固定管板式換熱器設(shè)計(jì)

前言 2列管式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì) 3一、問(wèn)題重述 31.1設(shè)計(jì)題目 31.2已知條件 3二、計(jì)算 42.1管子數(shù)n 42.2管子的排列方式，管間距的確定 42.3換熱器殼體直徑的確定 42.4換熱器殼體壁厚的計(jì)算 52.5換熱器封頭換熱器封頭的選擇 52.6封頭法蘭的選擇 62.7管板尺寸的確定 62.8管子拉脫力計(jì)算 92.9折流板設(shè)計(jì) 112．10拉桿、定距管 122.11波形膨脹節(jié)的計(jì)算 132.12接管法蘭的選擇 152.13開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng) 152.14封頭法蘭墊片 162.15底座 16三、課程設(shè)計(jì)小結(jié) 16參考資料 17前言換熱器在工、農(nóng)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的十分廣泛，在日常生活中也隨處可見(jiàn)，是不可缺少的工藝設(shè)備之一。換熱器的研究備受各種研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注和重視，其性能的每一點(diǎn)提高都意味巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。管殼式換熱器雖然在換熱效率、設(shè)備體積和金屬材料的消耗方面不如其他新型的換熱設(shè)備，但它具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、操作彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等，所以在各領(lǐng)域中仍得到廣泛的應(yīng)用。對(duì)于學(xué)習(xí)化工機(jī)械的大學(xué)生來(lái)說(shuō)，換熱器設(shè)計(jì)是必須要了解和掌握的知識(shí)之一。換熱器設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜而艱辛的過(guò)程，它不僅僅是確定一個(gè)或者多個(gè)可行的解決方案，還要求確定最可能的或接近最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須考慮很多的因素，如壓力、溫度、材料、流體性質(zhì)及檢修清理等，通過(guò)各種因素的綜合考慮，來(lái)選擇合適的設(shè)計(jì)方案。本次課程設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)固定管板式換熱器的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及整體裝配的設(shè)計(jì)，了解到換熱器大體的設(shè)計(jì)過(guò)程和裝配過(guò)程，豐富了我們所學(xué)習(xí)的知識(shí)，學(xué)以致用，加強(qiáng)了我們對(duì)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力，并且在設(shè)計(jì)過(guò)程中一些新的知識(shí)，開(kāi)闊了自己是思維，對(duì)我們以后的工作具有很大是指導(dǎo)意義。本次課程設(shè)計(jì)由陳慶和王海波老師指導(dǎo)，特此表示感謝。由于設(shè)計(jì)者水平有限，不足之處，還望指導(dǎo)。xxx2011列管式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)一、問(wèn)題重述1.1設(shè)計(jì)題目年產(chǎn)3000噸合成氨廠變換工段換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)。1.2已知條件（1）氣體平均壓力：管程：半水煤氣0.7(絕壓)；殼程：變換氣0.6（絕壓）；（2）半水煤氣進(jìn)口溫度180℃，出口溫度370℃；變換氣進(jìn)口溫度400℃，出口溫度220℃。（3）由工藝計(jì)算求得換熱面積為130。二、計(jì)算2.1管子數(shù)n換熱管選用Φ32×3的無(wú)縫鋼管，材質(zhì)為20號(hào)鋼，換熱管的長(zhǎng)度推薦采用1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,4.5,6.0,7.5,9.0，12.0，本次設(shè)計(jì)選取管長(zhǎng)為3米。管子的當(dāng)量直徑為:。換熱面積:根考慮到換熱過(guò)程中的各種熱量損失，圓整確換熱管數(shù)量n=476根。2.2管子的排列方式，管間距的確定換熱管的排列方式采用正三角形排列，換熱管中心距不宜小于1.25倍的換熱管外徑，由GB151-1999《管殼式換熱器表》中表12可知換熱管外徑時(shí)，換熱管中心距。查表得六角形層數(shù)為12層，六角形對(duì)角線上的管子數(shù)為25個(gè)。2.3換熱器殼體直徑的確定殼體內(nèi)徑:S——換熱管中心距，S=40；b——正六角形對(duì)角線上的管子數(shù)，b=25個(gè)；最外層管子的中心到殼體邊緣的距離，取=2d；選取殼體內(nèi)徑。2.4換熱器殼體壁厚的計(jì)算(不用改)殼體材料選取A3R，已知?dú)んw承受壓力為，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)該取大于取設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)溫度取400℃，設(shè)壁厚在3-16之間，此時(shí)材料的許用應(yīng)力；鋼板寬度在2500-4000時(shí)，材料的允許負(fù)偏差C1=-0.8；對(duì)于碳素鋼，腐蝕裕量C2不小于1，取C2=2；焊接接頭形式為單面焊對(duì)接接頭，局部無(wú)損檢測(cè)，焊接接頭系數(shù)Φ=0.8。此時(shí)筒體的計(jì)算厚度：實(shí)際所需厚度所以材料的名義厚度可以圓整取。2.5換熱器封頭換熱器封頭的選擇上下封頭均選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，封頭材料選A3R，根據(jù)JB/T4746-2002標(biāo)準(zhǔn)，以?xún)?nèi)徑為基準(zhǔn)，封頭公稱(chēng)直徑，封頭厚度也取,曲面高度,查表可知封頭總高度。封頭結(jié)構(gòu)如下圖：2.6封頭法蘭的選擇材料選擇16Mn，根據(jù)JB/T4703-2000，選用的榫槽密封面長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，其規(guī)格尺寸如下圖：2.7管板尺寸的確定選用固定式換熱器管板e(cuò)型，管板與殼程圓筒連為整體，期延長(zhǎng)部分兼做法蘭，與管箱用螺柱、墊片連接；管板材料選用16Mn。單管程(延長(zhǎng)部分兼作法蘭固定管板換熱器管板，管板周邊布管區(qū)較窄(管板周邊布管區(qū)無(wú)量綱寬度)，假定管板厚度為，管子加強(qiáng)系數(shù)為，則（1）式中：——?dú)こ虉A筒內(nèi)徑，；——管板計(jì)算厚度，；——管子根數(shù)；——一根換熱管管壁金屬的橫截面積，；——管板剛度削弱系數(shù)，取=0.4；——管子有效長(zhǎng)度，；——管子設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量，；——管板設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量；。（2）式中：——管板布管區(qū)當(dāng)量直徑，；——管板布管區(qū)面積，。（3）式中：——管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑與殼程圓筒內(nèi)徑之比。對(duì)單管程換熱器，三角形排列時(shí)：（4）（5）式中：——管間距，；——管子壁厚，；——管子外徑，。（4）式代入（2）式中得：（6）（60）式代入（3）式化簡(jiǎn)得：（7）在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，(8)且知：所以，由(8)得：，即(9)由(9)代入(1)中，經(jīng)化簡(jiǎn)得：（10）由已知條件計(jì)算得：設(shè)計(jì)溫度為400℃時(shí)，管子材料為20鋼，彈性模量，管板材料為16Mn，彈性模量所以管板的最小有效厚度為23.587.取管板的有效厚度，并且將管板延長(zhǎng)部分作為法蘭和封頭法蘭配合形成榫槽面密封結(jié)構(gòu)，則其他尺寸如下圖所示：2.8管子拉脫力計(jì)算管子和管板采用開(kāi)槽脹接的方式連接，管板厚度大于25時(shí)，需要開(kāi)二個(gè)槽。開(kāi)槽，換熱管外徑為時(shí)，查表可知開(kāi)槽深度K=0.6，管子伸出段長(zhǎng)度為4+2，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：拉脫力計(jì)算：管子殼體材質(zhì)20號(hào)鋼A3R尺寸管字?jǐn)?shù)：476根；管間距：；管殼壁溫差：；管子與管板連接結(jié)構(gòu)：開(kāi)槽脹接；脹接長(zhǎng)度：。(1)在操作壓力下，脹接周邊所產(chǎn)生的應(yīng)力式中：(2)在溫差應(yīng)力作用下，脹接周邊所產(chǎn)生的應(yīng)力式中：與的作用方向相同，則查表知碳素鋼在開(kāi)槽脹接時(shí)許用拉脫應(yīng)力由于，拉脫力在許用范圍內(nèi)。2.9折流板設(shè)計(jì)折流板為弓形，查表可知折流板的名義外徑：折流板高度范圍內(nèi)，取。查表知公稱(chēng)直徑為1100時(shí)，折流板的厚度。折流板的間距一般不小于圓筒內(nèi)徑的五分之一，換熱管外徑為時(shí)，鋼管的最大無(wú)支撐跨距為2200，在此范圍內(nèi)取折流板間距，則折流板數(shù)量為4個(gè)。查表知，在間距時(shí)，折流板管孔直徑取折流板結(jié)構(gòu)如下圖：2．10拉桿、定距管常用拉桿形式有兩種：（1）拉桿定距管結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑大于或等于19的管束，；（2）拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑小于或等于14的管束。由于本次設(shè)計(jì)所用換熱管外徑為32，故采用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。換熱管外徑為時(shí)，查表得對(duì)應(yīng)的拉桿直徑；圓筒公稱(chēng)直徑DN為1100，查得拉桿數(shù)量為6根，，，，拉桿長(zhǎng)度根據(jù)結(jié)構(gòu)所需來(lái)確定，拉桿結(jié)構(gòu)如下：拉桿定距管結(jié)構(gòu)以及和管板的連接方式如下圖所示:拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束外緣，在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于3個(gè)支撐點(diǎn)。合理布置完拉桿后，根據(jù)結(jié)構(gòu)得出定距管數(shù)量為18根。2.11波形膨脹節(jié)的計(jì)算根據(jù)GB16749-1999標(biāo)準(zhǔn)，選用一個(gè)ZDL型（立式）波形膨脹節(jié)，材料Q235，其壁厚按下列兩式計(jì)算，選用二者中較大值。（1），由表查得（2）取波形膨脹節(jié)的厚度與殼體厚度一樣，即為10，按下式進(jìn)行應(yīng)力校核：故膨脹節(jié)厚度符合要求，查表知膨脹節(jié)尺寸如下圖所示：2.12接管法蘭的選擇變換氣進(jìn)口選的接管，根據(jù)法蘭標(biāo)準(zhǔn)JB/T4703-2000，PN=1.6，DN=350的對(duì)焊接管法蘭，半水煤氣選的接管，PN=1.6，DN=300的對(duì)焊接管法蘭，材料為20鋼。結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示：2.13開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)容器開(kāi)口需要補(bǔ)強(qiáng)，常用的結(jié)構(gòu)是在開(kāi)口外面焊上一塊與容器器壁材料和厚度都相同，即10的A3R鋼板，查表可知補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)尺寸，見(jiàn)下圖：2.14封頭法蘭墊片由于封頭法蘭所選的是長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，采用榫槽密封面密封，故墊片選用適用于長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭的纏繞墊片中的基本型墊片，根據(jù)JB/T4075-2000標(biāo)準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示：2.15底座本次設(shè)計(jì)的換熱器圓筒公稱(chēng)直徑在800～4000范圍內(nèi)，圓筒長(zhǎng)度L與公稱(chēng)直徑DN之比小于5，容器總高度小于10，故采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的支承式支座中的B型支座即可，根據(jù)JB/T4712.4-2007支承式支座標(biāo)準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)尺寸具體見(jiàn)裝配圖。三、課程設(shè)計(jì)小結(jié)三周的機(jī)械設(shè)計(jì)使我們認(rèn)識(shí)到了作為一名工程技術(shù)人員需具備的素質(zhì)，扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和較寬的知識(shí)面，我們?cè)O(shè)計(jì)者之間團(tuán)隊(duì)的重要性，三周的時(shí)間里的能夠讓我們學(xué)到很多很多的實(shí)際性的知識(shí)，怎樣才能在這三周里更好的運(yùn)用學(xué)的知識(shí)來(lái)完成設(shè)計(jì)任務(wù)呢？這無(wú)疑讓我們有時(shí)間做一個(gè)理性的思考。把所學(xué)的知識(shí)在這次設(shè)計(jì)中和自己的想法結(jié)合起來(lái)并在自己的設(shè)計(jì)中形象而生動(dòng)的表現(xiàn)出來(lái)，我認(rèn)為此次課程設(shè)計(jì)是我們走向工作的前奏也算是對(duì)個(gè)人的一個(gè)實(shí)踐性的訓(xùn)練。課程設(shè)計(jì)是我們專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程?！鼻Ю镏惺加谧阆隆?，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義。我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開(kāi)這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)這次換熱器設(shè)計(jì)，本人在很