毕业设计论文流量位120th水水浮头式换热器设计.doc

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1、沈阳化工大学本科毕业论文题 目: 流量位120t/h水-水浮头式换热器院 系: 机械工程学院 专 业: 过程装备与控制工程班 级: 机械优创0601 学生姓名: 指导教师: 论文提交日期：2010年 月 日论文答辩日期：2010年 月 日摘 要浮头式换热器是一种广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门的换热设备，特别是在化工机械领域有着重要的意义。本次设计主要研究浮头式换热器的换热原理和结构设计，并且讨论了浮头式换热器的特性，以及在给定条件下浮头式换热器的各种参数的设计和结构尺寸。浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温

2、差应力。它的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动，这个特点在现场能看出来。这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。在传热计算工艺中，包括传热面积计算，传热量、传热系数的确定和换热器内径及换热管型号的选择，以及传热系数、压降及壁温的验算等问题。在强度计算中主要讨论的是筒体、管箱、封头、管板厚度计算以及折流板、法兰、垫片和接管、支座、分隔板等零部件的设计，还要进行一些强度校核。本设计是按照GB151管壳式换热器GB150钢制压力容器设计的。随着社会的进步和科技的发展，换热器的设计技术

3、也在不断的更新，现有的科研成果为我的生活带来了很大的方便。以后的前将必将更加美好。关键词：换热器；结构设计；校核；浮头 I AbstractThis design mainly discussed heat principles , and heat calculation and heat parameters ,the heat characteristic and heat calculation and heat parameters ,the structure and the size under the given conditions.In heat transfer proc

4、esses calculations , including the calculation of heat transfer area ,the determination of heat coefficient ,and the choice of the tube type and the diameter of receiver. We also check the heat transfer coefficient ,the decreasion of press, and the wall temperature . In the calculation of intensity

5、,we mainly discussed the calculation of thickness of receive ,boxes ,and panels ,as well as the choice of the flow panels flange ,spacer and receivership ,seating ,screens and other components of the design ,and do some Chechen about intensity .This design is according of GB151The Shell Type Heat Ex

6、chenger to GB150The Shell Prssure VesselKeywords: II 目 录摘 要IAbstractII综述4设计说明书9传热工艺计算91.1介质原始数据91.2介质定性温度及确定其物性数据91.3有效平均温差计算101.4传热量及物料衡算101.5管程结构初步设计111.6壳程换热系数计算111.7传热系数计算121.8管壁温度计算121.9管程压降计算121.10壳程压降计算13结构设计132.1筒体壁厚计算132.2管箱侧封头设计计算142.3浮头侧封头设计计算152.4设备法兰的选择162.5浮头换热器管板的设计计算172.6浮头设计计算192.7钩

7、圈的选择：262.8浮动管板的选择：262.9折流板的选择272.10管箱短节壁厚计算272.11防冲板的选择282.12接管及开孔补强282.13支座的选择29致谢32参考文献33 39沈阳化工学院学士学位论文 综述综述一 什么是换热器和换热器的应用换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，无论在日常生活还是工业领域，换热器的应用十分广泛。据统计，在石油炼制、化工装备中换热器占设备总数的40%左右，占装置总投资的30%45%。近年来随着节能技术的发展，换热器的应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收已带了显著的经济效益。为满足不同场合下的换热要求，各种新型换热器不断涌现，但工业中

8、用量最大的还是管壳式换热器，这主要是由于其具有结构坚固、操作弹性大、可靠程度高、使用范围广、清洗方便等优点，但该换热器在换热效率、设备的体积和金属材料的消耗量等方面不及其他新型的换热设备。二 管壳式换热器的分类管壳式换热器是把换热管与管板连接，再用壳体固定的一种换热器。根据管板和壳体的连接方式，管壳式大致可将其分为：固定管板式、浮头式、U型管式、填料函式等几种。1. 固定管板式换热器固定管板式换热器两端管板采用焊接方式与壳体连接。由于结构简单、紧凑、制造成本低，能得到最小的壳体内径，管程可分为多程，壳程也可分为双程，规格范围广，故在工程中广泛应用。该换热器的缺点是壳程清洗困难，管壳程间有温差应

9、力存在，当热冷流体温差较大时，需在壳体设置膨胀节。固定管板式换热器适用于介质清洁，不易结垢，以及温差不大或温差虽大但壳程压力不高的场合。2. 浮头式换热器浮头式换热器只有一端管板与壳体固定，而另一端的管板壳在壳体自由浮动。这种换热器最大的优点是解除了壳体与换热管之间的相互约束，管束和壳体间不产生温差应力，因而可适用于温差较大的场合。浮头端设计成可拆结构，使管束能容易地插入或抽出壳体，这样为检修、清洗提供方便。但是该换热器结构复杂，而且浮头端小盖在操作时无法判断泄露情况，因此在安装时要特别注意其密封。3. U形管换热器换热器是将换热管弯曲成U型，换热管的两端固定在同一块管板上。该换热器由于壳体与

10、换热管相互之间不产生相互的约束，因此不会产生由于热变形不同而产上的温差应力。该换热器由于只有一块管板，且无浮头，故结构简单，造价低。由于管束可以从壳体内抽出，换热管的外壁便于清洗，但换热管内清洗困难，因此换热管内应走清洁且不易结垢的物料。该换热器的缺点是由于管束中心存在空隙，液体易短路，影响传热效率。同时一旦换热管出现问题，更换非常困难，只能采用堵死的方法，这将造成传热面积的损失。该换热器由于结构简单，特别适用于高温高压的场合。4. 填料函式换热器填料函式换热器是又一种为消除管子与壳体间热变形的不同而发展起来的固定管板式换热器，该换热器适用于壳程压力不高、介质腐蚀严重、 温差大而经常需要更换管

11、束的场合。从结构上说它具有浮头式换热器的优点，又克服了固定管板式换热器的缺点，结构简单，制造方便，易于清洗。但由于填料的密封效果较差，因此该换热器不适宜于操作压力和温度过高的场合，壳程内不适宜于走易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质。三 换热器设计方案的原则1.满足工艺和操作的要求设计出来的流程和设备首先要保证质量，操作稳定，这就必须配置必要的阀门和计量仪表等，并自确定方案时，考虑到各种流体的流量，温度和压强变化使采取什么措施来调节，而在设备发生故障时，维修应方便。 2.满足经济上的要求 在确定某些操作指标和选定设备型式以及仪表配置时,要有经济核算的观点,既能满足工艺和操作要求,又使施工简便,材

12、料来源容易,造价低廉。如果有废热可以利用,要尽量节省热能,充分利用,或者采取适当的措施达到降低成本的目的。 3.保证安全生产在工艺流程和操作中若有爆炸、燃烧、中毒、烫伤等危险性,就要考虑必要的安全措施。又如设备的材料强度的演算,除按规定应有一定的安全系数外,还应考虑防止由于设备中压力突然升高或者造成真空而需要装置安全阀等。以上提到的都是为了保证安全生产所需要的。 设计方案也可能一次定不好,后来需要修改,但各物料流通路线和操作指标的改动都对后面的计算有影响,所以最好第一次确立就考虑周到些.四 换热器管结垢及除垢因为换热器大多是以水为载热体的换热系统，由于某些盐类在温度升高时从水中结晶析出，附着于

13、换热管表面，形成水垢。在冷却水中加入聚磷酸盐类缓冲剂，当水的PH值较高时，也可导致水垢析出。初期形成的水垢比较松软，但随着垢层的生成，传热条件恶化，水垢中的结晶水逐渐失去，垢层即变硬，并牢固地附着于换热管表面上。 此外，如同水垢一样，当换热器的工作条件适合溶液析出晶体时，换热管表面上即可积附由物料结晶形成的垢层；当流体所含的机械杂质有机物较多、而流体的流速又较小时，部分机械杂质或有机物也会在换热器内沉积，形成疏松、多孔或胶状污垢。换热器管束除垢的方法主要有下列三种。 1.手工或机械方法 当管束有轻微堵塞和积垢时，借助于铲削、钢丝刷等手工或机械方法来进行清理，并用压缩空气，高压水和蒸汽等配合吹洗

14、。当管子结垢比较严重或全部堵死时，可用管式冲水钻（又称为捅管机）进行清理。 2.冲洗法 冲洗法有两种。第一种是逆流冲洗，一般是在运动过程中，或短时间停车时采用，可以不拆开装置，但在设备上要预先设置逆流副线，当结垢情况并不严重时采用此法较为有效。 第二种方法是高压水枪冲洗法。对不同的换热器采用不同的旋转水枪头，可以是刚性的，也可以是挠性的，压力从10MPa至200Mpa自由调节。利用高压水除污垢，无论对管间、管内及壳体均适用。高压水枪冲洗换热器效果较好,应用广泛。 3.化学除垢 换热器管程结垢，主要是因为水质不好形成水垢及油垢的结焦沉淀和粘附两种形式，用化学法除垢，首先应对结垢物质化验分析，搞清

15、结垢物性质，就可以决定采用哪种溶剂清洗。一般对硫酸盐和硅酸盐水垢采用碱洗（纯碱、烧碱、磷酸三钠等），碳酸盐水垢则用酸洗（盐酸、硝酸、磷酸、氟氢酸等）。对油垢结焦可用氢氧化钠、碳酸钠、洗衣粉、液体洗涤剂、硅酸钠和水按一定的配比配成清洗液进行清洗。采用化学清洗的办法，现场需要重新配管，比较花费时间。五 换热器泄漏后如何进行试漏检查？怎样进行堵管？1.试漏检查 为了查明管子的泄漏情况，首先要作水压试验，一般均采用在管子外侧加压力的外压试验。其方法是：把水通入壳体，保持一定时间，用目测检查两端管板处管子的泄漏情况，对漏管做出记录。 2.堵管管子本身的泄漏一般情况下是无法修复的，假如泄漏管子的数量不多时

16、，可以用圆锥形的金属堵头将管口两端堵塞，如管程压力较高时，堵紧后再焊住更可靠。堵头的长度一般为管内径的2倍，小端直径应等于0.85倍的内径，锥度为1:10，堵头材料的硬度应低于或等于管子的硬度。用堵管来消除泄漏时堵管数不得超过10%。六 换热器腐蚀的主要部位及腐蚀原因 1.换热器腐蚀的主要部位换热器腐蚀的主要部位是换热管、管子与管板连接处、管子与折流板交界处、壳体等。2.腐蚀原因如下： (1).换热管腐蚀 由于介质中污垢、水垢以及入口介质的涡流磨损易使管子产生腐蚀，特别是在管子入口端的4050mm处的管端腐蚀，这主要是由于流体在死角处产生涡流扰动有关。(2).管子与管板、折流板连接处的腐蚀换热

17、管与管板连接部位及管子与折流板交界处都有应力集中，容易在胀管部位出现裂纹，当管与管板存在间隙时，易产生Cl+的聚积及氧的浓差，从而容易在换热管表面形成点坑或间隙腐蚀使它成为SCC的裂源。管子与折流板交界处的破裂，往往是由于管子长，折流板多，管子稍有弯曲，容易造成管壁与折流板处产生局部应力集中，加之间隙的存在，故其交界处成为应力腐蚀的薄弱环节。(3).壳体腐蚀 由于壳体及附件的焊缝质量不好也易发生腐蚀，当壳体介质为电解质，壳体材料为碳钢，管束与折流板为铜合金时，易产生电化学腐蚀，把壳体腐蚀穿孔。参考文献：过程设备机械设计 潘红良，郝俊文主编 华东理工大学出版社出版 换热设备的污垢与对策杨善让，徐

18、志明主编 科学出版社设计说明书传热工艺计算 1.1介质原始数据出入换热器流体的温度及流量如表1所示： 表1-1 介质的温度及流量机油（管程）机油（壳程）流量（/h）W1210000W2温度数据进口温度T1出口温度T2进口温度t1出口温度t2单位（）1701002080工作压力（Mpa）P1=1.6P2=1.21.2介质定性温度及确定其物性数据流体的平均温度Tm和tm:按介质的定性温度，查有关设计手册确定介质的物性数据。介质的定性温度及物性数据见 表2-2 介质的定性温度及物性数据公 式符号单位Tm=(T1+T2)/2tm=(t1+t2)/2介质机油机油定性温度13550物性数据828.9687

19、6.050.010.21Kj/(Kg.)2.3071.964W/(m.)0.01350.144 流体的普朗特数：管程机油：壳程机油：1.3有效平均温差计算 逆流平均温度差可按=85 参数S：参数R：换热器按照单壳程两管程设计，查化工工艺设计手册图8-12(a)得温差修正系数：FT=0.83有效平均温差： 1.4传热量及物料衡算设计传热量(换热效率为0.98)水蒸气流量由热量衡算得故kg/h管程换热计算参照化工原理68，初选传热系数K0=300W/m.则初选传热面积m2换热器选用.5不锈钢的无缝钢管做换热器管，管子外径d0=0.025m管子内径di=初选换热管长度l=6m所需换热管根数则取换热管

20、根数Nt=630根管程流通面积di2=0.0989m2管程流速为：m/s管程雷诺准数管程传热膜系数：w/m2.1.5管程结构初步设计布管方式：采用正三角形排列查GB151-1999知管间距按1.25d取，所以管间距s=0.032m。分程隔板两侧相邻管中心距Sn=0.044m。由于该换热器用于蒸汽冷凝，为减少液膜在列管上的包角及液膜厚度，应偏转一定角度管束中心排管数：取Nc=27故壳体内径：取Di=1m长径比 设计合理弓形折流板弓高：h=0.2Di=0.2m折流板间距：折流板数量：1.6壳程换热系数计算壳程流通面积壳程当量直径壳程流速壳程质量流速壳程雷诺准数壳程传热因子管外壁温度假定值，1.7传

21、热系数计算查GB151-1999第138页可知，管程机油垢热阻r1=0.000344./w,壳程机油污垢热阻r2=0.000172./w,管壁热阻忽略。故=341 合理1.8管壁温度计算管壁外壁热流密度计算w/.外壁温度 误差校核：23-20=3 误差不大，合适。1.9管程压降计算管内壁温度壁温下水的黏度黏度修正系数查得管程摩擦系数管程数n=2管内沿程压降回弯压降取进出口处质量流速进出口管处压降-管程压降结垢校正系数，对于252钢管可取=1.4管程压降管程允许压降=35000Pa即管程压降符合要求1.10壳程压降计算壳程当量直径de=0.036m壳程雷诺数Re1=150.2壳程摩擦系数管束压降

22、取进出口质量流速进出口管压取导流板阻力系数，壳程结构修正系数壳程压降壳程允许压降=35000Pa壳程压降符合要求结构设计2.1筒体壁厚计算换热器的设计压力按换热器的最高工作压力确定。即Pc=1.1P2。筒体材料根据GB150-1998钢制压力容器选用，材料为Q235-B。根据过程设备设计（化学工业出版社第二版），查得负偏差C1=0.3mm，腐蚀余量C2=1mm。筒体计算参数及材料力学性能见表4：表2-1 筒体计算参数及材料力学性能材料项目内径设计压力设计温度下的许用应力焊接接头系数设计温度下的屈服极限Q235-B符号单位mmMPaMPaMPa数值10001.321130.852351.筒体计算

23、厚度：2.设计厚度：3.名义厚度：4.有效厚度：5.设计压力下筒体的计算应力：校核 筒体合格，满足要求6.设计温度下筒体的最大许用工作压力： 对筒体进行液压试验，试验压力按计算,PT=3.1Mpa筒体薄膜应力校核：水压试验较核合格，圆筒厚度满足水压试验要求。2.2管箱侧封头设计计算管箱侧封头材料根据GB150-1998钢制压力容器选用，材料为16MnR。根据过程设备设计（化学工业出版社第二版），查得负偏差C1=0.6mm，腐蚀余量C2=1mm，设计压力Pc=1.1P1=1.6Mpa。管箱封头计算参数及材料力学性能见表5，相关数据均查阅GB150-1998钢制压力容器。表2-2 管箱侧封头计算参

24、数及材料力学性能材料项目内径设计压力设计温度下的许用应力焊接接头系数设计温度下的屈服极限16MnR符号单位mmMPaMPaMPa数值10001062350.851.781.选用标准椭圆形封头，其计算厚度：2.设计厚度：根据GB150-1998钢制压力容器，名义厚度圆整为4.有效厚度：5.设计压力下筒体的计算应力：校核 封头合格，满足要求6.设计温度下筒体的最大许用工作压力：因采用标准椭圆形封头，故K=1管箱侧封头尺寸：公称直径1000mm；总深度250mm；内表面积1.1625m2;质量109.1kg；直边高度40mm。2.3浮头侧封头设计计算浮头侧封头材料根据GB150-1998钢制压力容器

25、选用，材料为16MnR。根据过程设备设计（化学工业出版社第二版），查得负偏差C1=0.6mm，腐蚀余量C2=1mm，设计压力Pc=1.1P2=1.2Mpa。浮头侧封头计算参数及材料力学性能见表6，相关数据均查阅GB150-1998钢制压力容器。表2-3 浮头侧封头计算参数及材料力学性能材料项目内径设计压力设计温度下的许用应力焊接接头系数设计温度下的屈服极限16MnR符号单位mmMPaMPaMPa数值11001.321130.852351.选用标准椭圆形封头，其计算厚度：2.设计厚度：3.名义厚度： 根据GB150-1998钢制压力容器，名义厚度圆整为4.有效厚度：5.设计压力下筒体的计算应力：

26、校核 封头合格，满足要求6.设计温度下筒体的最大许用工作压力：因采用标准椭圆形封头，故K=1校核合格管箱侧封头尺寸：公称直径1100mm；总深度275mm；直边高度40mm；质量130.9kg内表面积1.398 m2。2.4设备法兰的选择选用JB/T 47004707-2000压力容器法兰中的法兰可免除GB150-1998中的有关计算。2.4.1管箱侧法兰的选择按尺寸条件DN=1000mm，设计压力1.76Mpa，质量193.9kg，由压力容器法兰选择长颈对焊法兰，相关参数见表7：单位（mm）表2-4 管箱侧法兰参数DD1D3D4HhRd螺柱规格螺柱数量11951140108510856815

27、54220321530M2736由压力容器法兰选择相关垫片：选用非金属软垫片其相关尺寸为：D=1087mm，d=1037mm，=3mm。2.4.2浮头侧法兰的选择按尺寸条件DN=Di+100=800mm，设计压力0.66Mpa，设计温度170，由压力容器法兰选择长颈对焊法兰，相关参数见表8：单位（mm）表2-5 浮头侧法兰参数DD1D2D3Hadat规格数量12001215117611567627016212718M2436由压力容器法兰选择相关垫片：选用非金属软垫片其相关尺寸为：D=1155mm，；d=810mm；=3mm。2.4.3接管法兰的选择接管a、b选择相同型号法兰，设液体流速u1=

28、1.5m/s，即。取d=200mm，设计压力2.5Mpa，选用板式平焊钢制法兰，尺寸参数见表9：单位（mm）表2-6 a、b管法兰参数DNA1DKLnThCB1b法兰理论重量（Kg）2002193603102617M2432222814.2接管d，h选择相同型号法兰，设计压力1.6Mpa，d=200，选用板式平焊钢制法兰，尺寸参数见表10：单位（mm）表2-7 d，h管法兰参数DNA1DKLnThCB1b法兰理论重量（Kg）2002193402952212M202622289.69接管e，f，m选择相同型号法兰，取d=20mm，设计压力0.6Mpa，选用板式平焊钢直尺法兰，尺寸参数见表11：单

29、位（mm）表2-8 e，f，m管法兰参数DNA1DKLnThCB1法兰理论重量（Kg）20259065114M1014260.6接管g，c取d=50mm，设计压力1Mpa，选用板式平焊法兰，尺寸参数见表12：单位（mm）表2-9 g，c管法兰参数DNA1DKLnThCB1法兰理论重量（Kg）5057165125184M1620592.772.5浮头换热器管板的设计计算固定管板设计计算根据换热管外径d0=25mm查管壳式换热器原理与设计表5-6知管板最小厚度。1.未被换热管支撑的面积：，其中Nc-隔板槽一侧的排管数，Nc =282.管板布管区面积：3.管板开孔后的面积：4.单根换热管横截面积：5

30、.管板布管区当量直径：6.系数查GB150-1998表F5，设计温度下换热管材料的弹性模量；设计温度下管板材料的弹性模量；查表4-1，设计温度下管板材料的许用应力=163MPa，查表4-3，设计温度下换热管材料的许用应力=125Mpa；换热管有效长度=5900。7.管板模数：8.管束无量纲刚度：，其中-管板刚度削弱系数，=0.4，故9.系数，其中-设计压力下换热管材料屈服点，=125MPa故10.换热管的回转半径：根据GB151-1999图32，换热管失稳当量长度，故满足要求。11.对于浮头式换热器，无量纲压力：12.系数，根据此系数查管壳式换热器原理与设计图5-19（a），5-20（a）得c

31、=0.45，Gwe=4.813.管板计算厚度：，取名义厚度。14.换热管轴向应力： ，强度满足要求。15.换热管与管板拉脱力：因此固定端管板满足强度要求。2.6浮头设计计算根据GB151-1999管壳式换热器选用钩圈式浮头，浮头端盖选用球冠形封头，球面封头内半径Ri=800mm，结构形式参见GB150-1999钢制压力容器图7-4。所需参数见表13.表2-10 计算参数序号项目单位数值序号项目单位数值1bmm55布管限定圆直径DLmm9512b1mm56垫片压紧力作用中心圆直径DGmm9773bnmm137球面封头内半径Rimm8004b2mm14.58螺栓中心圆直径Dbmm1050浮头法兰和

32、钩圈的内直径：浮头法兰和钩圈的外直径：外头盖内直径：浮动管板外直径：2.6.1管程压力（内压）作用下浮头盖的计算取设计压力，材料根据GB150-1998钢制压力容器选用Q235-C,材料许用应力为；焊接接头系数。封头计算厚度：1. 设计厚度：2. 名义厚度：根据GB150-1998钢制压力容器，名义厚度圆整为3.有效厚度：2.6.2壳程压力（外压）作用下浮头盖的计算计算压力选用Q235-C,材料许用应力为；焊接接头系数。1. 封头计算厚度：2. 设计厚度：3. 名义厚度：实取名义厚度圆整为4. 有效厚度：系数，由A查GB-150图6-4得系数B=130。因此接近比较壳程压力作用和管程压力作用下

33、球冠的厚度取大者即球冠封头的名义厚度，有效厚度。5.校核：设计厚度下封头的计算应力，满足强度要求设计温度下封头的最大需用工作压力：2.6.3管程压力作用下浮头法兰的计算：取设计压力，选用Q235-C,材料1. 操作状态下所需最小垫片压紧力：2. 流体压力引起的总轴向力：3. 预紧状态下所需的最小螺栓载荷：螺栓材料根据HG2059220635-97表6.0.3-2选用35CrMoA，查GB150-1998钢制压力容器表4-7得常温下螺栓许用应力，设计温度下螺栓许用应力；螺栓直径，螺栓数量n=36。4. 需要的螺栓总截面积：5. 实际使用的螺栓总截面积：6. 封头边缘处球壳面切线与法兰环的夹角：7

34、. 螺栓设计载荷：8 (1).作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力：螺栓中心至FD作用位置处径向距离：力矩(2).法兰垫片压力：螺栓中心至FG作用位置处径向距离力矩：(3). 螺栓中心至FT作用位置处径向距离：力矩：(4).作用在法兰环侧封头压力载荷引起的径向分力：Fr对法兰环截面形心得力臂：力矩：总力矩：8. 法兰预紧力矩：，其中FG=W.9. 法兰的设计力矩：查GB150-1998钢制压力容器表4-1，常温下法兰的许用应力，设计温度下法兰的许用应力。10. 法兰厚度：操作状态下预紧状态下操作状态下法兰厚度：预紧状态下法兰厚度：因此法兰厚度2.6.4壳程压力作用下浮头法兰的计算：取设计

35、压力，选用Q235-C,材料1.操作状态下所需最小垫片压紧力：2.流体压力引起的总轴向力：3.预紧状态下所需的最小螺栓载荷：螺栓材料根据HG2059220635-97表6.0.3-2选用35CrMoA，查GB150-1998钢制压力容器表4-7得常温下螺栓许用应力，设计温度下螺栓许用应力；螺栓直径，螺栓数量n=36。4.需要的螺栓总截面积：5.实际使用的螺栓总截面积：6.封头边缘处球壳面切线与法兰环的夹角：7.螺栓设计载荷：8 (1).作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力：螺栓中心至FD作用位置处径向距离：力矩(2).法兰垫片压力：螺栓中心至FG作用位置处径向距离：力矩：(3). 螺栓中

36、心至FT作用位置处径向距离：力矩：(4).作用在法兰环侧封头压力载荷引起的径向分力：Fr对法兰环截面形心得力臂：力矩：总力矩：9.法兰预紧力矩：，其中FG=W.10.法兰的设计力矩：11. 法兰厚度：操作状态下预紧状态下操作状态下法兰厚度：预紧状态下法兰厚度：因此法兰厚度2.7钩圈的选择： 根据GB101-1999管壳式换热器图52，选择B型钩圈。钩圈设计厚度，其中-浮动管板厚度。则实取钩圈名义厚度。2.8浮动管板的选择：浮头法兰垫片外径Dg0=990mm浮头法兰垫片内径Dgi=964mm垫片接触密度N=（Dgo-Dgi）/2=13mm垫片基本密封宽度b0=N/2=6.5mm,垫片有效密封宽度

37、1.系数，根据此系数查管壳式换热器原理与设计图5-19（a），5-20（a）得c=0.45，Gwe=4.813.管板计算厚度：，取名义厚度。14.换热管轴向应力： ，强度满足要求。15.换热管与管板拉脱力：因此浮头端管板满足强度要求。2.9折流板的选择（1） 根据GB151-1999管壳式换热器图37选择单弓形折流板，。（2） 折流板尺寸：缺口弦高h值，一般取0.20.45倍圆筒内直径，取h=0.2di=0.2m。由GB151-1999管壳式换热器表42知，当换热管外径为25mm的钢管时，换热管的最大无支撑跨距为l=1850mm。（3） 折流板厚度：由GB151-1999管壳式换热器表34，当

38、Di=1000mm，l=1850mm时，取折流板厚度。（4） 折流板管孔：由GB151-1999管壳式换热器表36查得管孔直径为25.8mm，允许偏差5折流板直径：由GB151-1999管壳式换热器表41查得折流板名义外直径为944mm，允许偏差2.10管箱短节壁厚计算注：符号意义及取值同筒体壁厚计算的符号及意义，短节材料选用Q235-C2.10.1壳程短节：1.设计压力2.计算厚度3.设计厚度4.名义厚度，有效名义厚度10mm;有效厚度8.7mm。2.10.2管程短节：1.设计压力2.计算厚度3.设计厚度4.名义厚度，有效名义厚度10mm;有效厚度8.7mm。2.11防冲板的选择因壳程介质流

39、速较大，应在壳程设置防冲板。1. 由GB151-1999管壳式换热器查得防冲板外表面到圆筒内壁的距离，应不小于接管外径的1/4，该设计中该距离定为105mm。2. 防冲板的直径或边长应大于接管外径50mm，故该设计中为205mm。3. 防冲板的最小厚度为6mm。2.12接管及开孔补强注：该计算仅适用于容器壳体开孔及其补强。1. 接管计算厚度：接管名义厚度，有效厚度。2. 壳体开孔处的计算厚度：可以开孔处的有效厚度3. 开孔直径：，系数4. 开孔所需补强面积：5. 有效宽度：6. 外侧有效高度：7. 内侧有效高度：8. 封头多余金属面积： =637.5mm29. 接管多余金属面积：10.焊缝面积

40、：故，因此壳体开孔不需另加补强。2.13支座的选择根据JB/T 4712-92鞍式支座选择重型型焊制式鞍式支座。当DN=700mm时所选鞍式支座的相关尺寸表2-11序号项目符号单位数值1公称直径DNmm10002允许载荷QKN3053鞍座高度hmm2004底板mm760mm170mm125腹板mm86筋板mm170mm140mm87垫板弧长mm1180mm350mm8emm708螺栓间距mm6009带垫板鞍座质量MKg6310鞍座包角120鞍座校核筒体长L=5811mm， 设备总重量9908Kg， 鞍座中心线离封头切线的距离H=1282mm, 筒体内径Di=1000mm。相关系数计算如下：支座

41、反力2.13.1轴向应力校核：筒体在支座跨中截面处的弯矩：筒体在支座截面处的弯矩：跨距中点处圆筒截面的轴向应力最高点(压缩应力)：最低点(拉伸应力)：系数A=0.0001 系数B=137轴向许用压缩应力为137MPa比较验算合格.2.13.2.切向切应力校核：查过程设备设计表5-2得K3=1.171，验算合格2.13.3周向应力校核：查过程设备设计表5-3得K5=0.760,K6=0.0528支座截面上圆筒最低处：支座截面上带鞍座边角处：，验算合格。2.13.4鞍座腹板应力系数K=0.204鞍座承受水平分力Fs=RF=9204.3N鞍座计算高度Hs=200mm鞍座有效断面平均应力=5.353M

42、Pa比较验算合格致谢本毕业设计在选题及研究过程中得到林伟老师的悉心指导，林老师多次询问设计进程，加以修改，帮我开拓研究思路，使我在设计的速度与准确方面都有所提高。林老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅在毕业设计上有所帮助，而且对我以后工作以及做人有很大的帮助，在此表示由衷地感谢和崇高的敬意。还要感谢一同工作的龚斌老师和金丹老师，在整个毕业设计期间兢兢业业，耐心的教诲。除此以外感谢在毕业设计期间帮助过我的同学们，正因为在大家的鼓励帮助，共同协作下，我的设计才能够顺利地完成。通过设计的全过程不仅知识方面有了进步，也加深了同学间的友谊。最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家领导表示衷心地感谢！