臥式油-油固定管板換熱器設計

word文檔可自由復制編輯第三章設計說明書3、1傳熱工藝計算3.1.1原始數(shù)據(jù)殼程柴油的進口溫度殼程柴油的工作壓力管程原油的進口溫度管程原油的出口溫度管程原油的工作壓力殼程柴油的流量管程原油的流量3.1.2定性溫度及物性參數(shù)管程原油定性溫度=90管程原油密度查物性表得=815管程原油比熱查物性表得=2.2管程原油導熱系數(shù)查物性表得=0.128管程原油的粘度=310-3Pa.s管程原油普朗特數(shù)查物性表得Pr2=51.56殼程柴油密度查物性表得殼程柴油比熱查物性表得殼程柴油導熱系數(shù)查物性表得殼程柴油黏度殼程柴油普朗特數(shù)查物性表得Pr1=1000×μ1×Cp1／λ1=11.933.1.3傳熱量與柴油的出口溫度及柴油的定性溫度取定換熱效率為則設計傳熱量則柴油的出口溫度殼程柴油定性溫度==175+0.3(175－130)=188.53.1.4有效平均溫度=參數(shù)P：參數(shù)R：換熱器按單殼程雙管程設計，則查《管殼式換熱器原理與設計》圖2-6（a）得：溫差校正系數(shù)：有效平均溫差：3.1.5管程換熱系數(shù)計算參考表2—7《管殼式換熱器原理與計算》初選傳熱系數(shù)：則初選傳熱面積為：選用不銹鋼的無縫鋼管作換熱管。則管子外徑管子內(nèi)徑管子長度則所需換熱管根數(shù)：=405.1可取換熱管根數(shù)為406根則管程流通面積為（兩管程）管程流速為：管程質(zhì)量流速為：管程雷諾數(shù)為管程傳熱系數(shù)為：3.1.6結(jié)構(gòu)的初步設計：查GB151—1999知管間距按?。汗荛g距為：S=1.25×0.019=0.025m管束中心排管數(shù)為：取22根則殼體內(nèi)徑為：故內(nèi)徑為0.7m則內(nèi)徑比為（合理）折流板由書可知可以選擇弓形折流板。則弓形折流板的弓高為：折流板間距為：折流板數(shù)量為：取6塊3.1.7殼程換熱系數(shù)計算殼程流通面積為：殼程流速為：殼程質(zhì)量流速為：殼程當量直徑為：殼程雷諾數(shù)為：切去弓形面積所占比例按查得為0.145殼程傳熱因子由《管殼式換熱器原理與設計》書圖2-12可查得：管外壁溫度假定值為：壁溫下油的黏度為：黏度修正系數(shù)為：殼程換熱系數(shù)為：3.1.8傳熱系數(shù)計算查GB151—1999書第138頁可知：殼程選用柴油、管程選用原油則油側(cè)污垢熱阻為：由于管壁比較薄，管殼層阻力損失都不超過0.3×103N/m3所以管壁的熱阻可以忽略不計。所以可以計算出總傳熱系數(shù)為：則傳熱系數(shù)比為：(合理)所以假設合理。3.1.9管壁溫度計算管外壁熱流溫度計算為：管外壁溫度為：誤差校核：因為誤差不大，所以合適。3.1.10管程壓降計算壁溫下油的黏度為：黏度修正系數(shù)：查得管程摩擦系數(shù)為：管程數(shù)管內(nèi)沿程壓為：回彎壓降為：取出口處質(zhì)量流速為：進出口管處壓降為：管程污垢校正系數(shù)為：則管程壓降：3.1.11殼程壓降計算殼程當量直徑為：=0.0445m殼程雷諾數(shù)為：經(jīng)查殼程的摩擦系數(shù)為：管束壓降為：取進口管處質(zhì)量流速為：取進口管壓降為：取導流板阻力系數(shù)為：導流板壓降為：殼程結(jié)垢修正系數(shù)殼程壓降為：管程、殼程允許壓降為：符合壓降條件3、2強度計算3.2.1換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)確定序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源及計算公式數(shù)值1換熱管外徑GB151--1999《管殼式換熱器》192管長GB151--1999《管殼式換熱器》30003傳熱面積《管殼式換熱器設計原理》72.544換熱管根數(shù)個4065拉桿個GB151---1999《管殼式換熱器》表43.4412/86材料GB150-1998《鋼制壓力容器》20#3.2.2管子的排列方式1正三角形排列GB151-1999《管殼式換熱器》圖112換熱管中心距GB151-1999《管殼式換熱器》253隔板板槽兩側(cè)相鄰中心距GB151-1999《管殼式換熱器》383.2.3確定筒體直徑1換熱管中心距GB151-1999《管殼式換熱器》表12252換熱管根數(shù)根4063分程隔板厚同上104管束中心排管的管數(shù)根同上225筒體直徑同上6016實取筒體直徑考慮防沖板向上取7003.2.4筒體壁厚的確定序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源及計算公式結(jié)果1工作壓力給定1.62材料GB150-1998《鋼制壓力容器》Q345R3材料許用應力GB150-1998《鋼制壓力容器》1704焊接接頭系數(shù)《過程裝備設計》0.855殼程設計壓力1.766筒體計算厚度4.37設計厚度6.38名義厚度7.39實取名義厚度GB151-1999《管殼式換熱器》表8810負偏差《過程裝備設計》111腐蝕余量《過程裝備設計》212計算厚度513設計厚度下圓筒的計算應力12514校核179.8合格15設計溫度下圓筒的最大許用工作壓力2.053.2.5液壓試驗序號項目符號單位根據(jù)來源及計算公式數(shù)值1試驗壓力2.22圓筒薄膜應力155.13校核合格3.2.6封頭厚度的計算序號項目符號單位根據(jù)來源及計算公式數(shù)值1設計壓力1.762材料GB150-1998《鋼制壓力容器》Q345R3材料許用應力GB150-1998《鋼制壓力容器》1704焊接接頭系數(shù)《過程裝備設計》0.855封頭計算厚度4.36設計厚度6.37名義厚度7.38實取名義厚度GB151-1999《管殼式換熱器》表889有效厚度710設計厚度下封頭的計算應力88.8811校核12設計溫度下封頭的最大許用工作壓力2.8813合格3.2.7法蘭的選擇2.7.1設備法蘭的選擇按其條件設計溫度設計壓力由《壓力容器法蘭》選擇乙型平焊法蘭，相關(guān)參數(shù)如下：單位（）螺柱規(guī)格螺柱數(shù)量8608157767667636621016211827M2428由《壓力容器法蘭》選擇相應墊片：非金屬軟墊片JB/T4704—2000其相應尺寸為：D=765mmd=715mm2.7.2接管法蘭的選擇1〉管程接管的公稱直徑相同設為，設進出口質(zhì)量流量為則同理故取a=b=200mm故取公稱直徑公稱壓力為2〉殼程接管的公稱直徑相同設為，設進出口質(zhì)量流量為則同理故取公稱直徑公稱壓力為由《鋼制管法蘭，墊片，緊固件》選擇帶頸對焊法蘭a.b相關(guān)參數(shù)如下DNA/法蘭理論重量200219.1/2193603101226M2430244/24417.4由《鋼制管法蘭，墊片，緊固件》選擇帶頸對焊法蘭c.d相關(guān)參數(shù)如下DNA/法蘭理論重量200219.1/2193603101226M2430244/24417.43.2.8、管板的設計管板尺寸的確定及強度計算:本設計為管板延長部分兼作法蘭的形式，即GB151-1999項目5.7中，圖18所示e型連接方式的管板。A、確定殼程圓筒、管箱圓筒、管箱法蘭、換熱管等元件結(jié)構(gòu)尺寸及管板的布管方式；以上項目的確定見項目一至七。B、計算、、、Kt、、、、、Q、、、、；序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1筒體內(nèi)徑7002筒體內(nèi)徑橫截面積AA=π/43846503筒體厚度84圓筒內(nèi)殼壁金屬截面積（+）177945管子金屬總截面積=7.65×1046換熱管根數(shù)4067換熱管外徑198換熱管壁厚29換熱管材料的彈性模量GB150-1998表F518500010換熱管有效長度L284011沿一側(cè)的排管數(shù)20312布管區(qū)內(nèi)未能被管支撐的面積82976.2513管板布管區(qū)面積302723.7514管板布管區(qū)當量直徑=62015換熱管中心距SGB151-19992516隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距GB151-19993817管板布管內(nèi)開孔后的面積=26953718系數(shù)=/0.719殼體不帶膨脹節(jié)時換熱管束與圓筒剛度比QQ=×/As0.820殼程圓筒材料的彈性模量GB150-1998表F519000021系數(shù)=/0.2822系數(shù)=15.823系數(shù)=2.51224管板不管區(qū)當量直徑與殼程圓筒內(nèi)徑比PtPt=/0.8925管子受壓失穩(wěn)當量長度GB151-1999圖32200826設計溫度下管子受屈服強度GB150-1998表F213327管子回轉(zhuǎn)半徑6.35C.對于延長部分兼作法蘭的管板，計算和序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1墊片接觸寬度NGB150-1998表9-1252墊片基本密度寬度=N/212.53墊片比壓力yGB150-1998表9-2114墊片系數(shù)m2.05墊片有效密封寬度bB=2.5396墊片壓緊力作用中心圓直徑=D-2b6827預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷N=3.14×2133588操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷N=0.78××27232969常溫下螺栓材料的許用應力GB150-1998表F4272.510預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積=/909.211操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積=/189112需要螺栓總截面積mm2=max{，}189113法蘭螺栓的中心圓直徑Db81514法蘭中心至作用處的徑向距離=/23415基本法蘭力矩N．=1.8×10716筒體厚度817法蘭頸部大端有效厚度=1.751418螺栓中心至法蘭頸部與法蘭背面交的徑向距離49.519螺栓中心處至FT作用位置處的徑向距離=(++)/251.520作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力N=0.785×Pc51867621流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力差N=-10289722操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓力N=6.28×b×m×Pc90092.923法蘭操作力矩N．=×+×+×3.32×10724螺栓中心距FD作用處的徑向距離=0.5（-）49.5D、假定管板的計算厚度為δ，然后按結(jié)構(gòu)要求確定殼體法蘭厚度，計算K，k、和Kf。序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1假定管板計算厚度802殼體法蘭厚度663管板材料彈性模量GB150-1998表F5190×1034換熱管材料的彈性模量GB150-1998表F5191×1035管板剛度削弱系數(shù)ηGB151-19990.46換熱管有效程度28407管板強度削弱系數(shù)μGb151-19990.48管子金屬總截面積2.53×1049換熱管加強系數(shù)KK=2.610管板布管區(qū)的當量直徑與殼程圓筒內(nèi)徑之比=0.8911管板周邊布管區(qū)的無量綱參數(shù)kk=K×（1-）0.412管束模數(shù)=/（L×）399513殼體法蘭材料彈性模量GB150-1998表F5190×10314殼體圓筒材料彈性模量GB150-1998表F5190×10315殼體法蘭寬度=/26616系數(shù)GB151-1999圖260.0005517殼體法蘭與圓筒的選裝剛度=9.92318旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù)=π/（4）0.00195E、由GB151-1999P51圖27按照K和查，并計算值，由圖29按照K和查G2值序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1管板第一矩系數(shù)GB151-1999圖270.182系數(shù)=/（K×）35.53系數(shù)GB151-1999圖291.92F、計算M1，由GB151-1999圖30按照K和Q查，計算，、。序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1管箱法蘭材料的彈性模量GB150-1998表F5191×1032管箱法蘭厚度JB/T4702-2000663系數(shù)GB151-1999圖260.000554管箱圓筒與法蘭的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)=9.885管板邊緣力矩的變化系數(shù)=1/（/+）0.436法蘭力矩變化系數(shù)=×/0.427管板第二彎矩系數(shù)GB151-1999圖28（a）3.8G、按殼程設計壓力，而管程設計壓力=0，膨脹變形差r，法蘭力矩的的危險組合（GB151-1999項目5.7.3.2分別討論）只有殼程設計壓力，而管程設計壓力=0，不計膨脹節(jié)變形差（即r=0）。序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1當量壓力組合1.762有效壓力組合5.253基本法蘭力矩系數(shù)0.00324管程壓力下的法蘭力矩系數(shù)0.0235管板邊緣力矩系數(shù)0.026管板邊緣剪切系數(shù)0.517管板總彎矩系數(shù)0.758系數(shù)0.339殼體法蘭力矩系數(shù)0.03210管板徑向應力系數(shù)=0.0711管板的徑向應力8812管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數(shù)0.02513管板布管區(qū)周邊外徑向的應力72.514管板布管區(qū)周邊剪切應力系數(shù)0.05815管板布管區(qū)周邊的剪切應力1516法蘭的外徑與內(nèi)徑之比1.1417系數(shù)YGB150-1998表9-510.7518殼體法蘭應力7.919換熱管的軸向應力=[×]8.120殼程圓筒的軸向應力=××41.0521一根換熱管管壁金屬的橫界面積176.622換熱管與管板連接的拉托應力0.005b、只有殼程設計壓力，而管程設計壓力Pt=0，并且計入膨脹變形差。序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1殼程圓筒材料線膨脹系數(shù)GB150-199811.62×10-62換熱管材料線膨脹系數(shù)GB150-199810.88×10-63換熱管與殼程圓筒的膨脹變形差-173×10-64沿長度平均的殼程圓筒金屬溫度工藝給定1605沿長度平均的換熱管金屬溫度工藝給定1106制造環(huán)境溫度207當量壓力組合0.888有效壓力組合Pa30.0539基本法蘭力矩系數(shù)0.00210管程壓力下的法蘭力矩系數(shù)0.00411管板邊緣力矩系數(shù)0.00712管板邊緣剪切系數(shù)0.2513管程總彎矩系數(shù)0.90614系數(shù)=max{，}0.17515殼體法蘭力矩系數(shù)-0.005416管板徑向應力系數(shù)0.0013517管板的徑向應力5318管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數(shù)0.0719管板布管區(qū)周邊外徑向的應力16520管板布管區(qū)周邊的剪切應力系數(shù)0.0821管板布管區(qū)周邊的剪切應力8922換熱管的軸向應力=[Pc-×Pa]423換熱管與管板連接的拉托應力0.031c、只有管程設計壓力Pt，而殼程設計壓力Ps=0，不計膨脹節(jié)變形差時：序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值備注1當量壓力組合=02有效壓力組合Pa=∑sPs+βrEt-6.4013管板邊緣力矩系數(shù)0.0074管板邊緣剪切系數(shù)0.255管板總彎矩系數(shù)0.9066系數(shù)0.0048167管板的徑向應力-2.7138管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數(shù)-0.0749管板布管區(qū)周邊外徑向的應力-89.7310管板布管區(qū)周邊的剪切應力系數(shù)0.070411管板布管區(qū)周邊的剪切應力-4.58712殼體法蘭應力-8213換熱管的軸向應力=[Pc-×Pa]19.214殼程圓筒的軸向應力=A/As××Pa-39.215換熱管與管板連接的拉托應力0.02d、只有管程設計壓力Pt，而殼程設計壓力Ps=0，同時計入膨脹變形差時：序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值備注1換熱管與殼程圓筒的膨脹變形差r-173×10-62當量壓力組合Pc-1.0323有效壓力組合Pa-11.724基本法蘭力矩系數(shù)-0.005235管板邊緣力矩系數(shù)0.000196管板邊緣剪切系數(shù)0.00677管程總彎矩系數(shù)0.2048系數(shù)=max{，}0.005249管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數(shù)0.013310管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數(shù)11.411管板布管區(qū)周邊的剪切應力系數(shù)0.06512管板布管區(qū)周邊的剪切應力-27.9613換熱管的軸向應力=[Pc-×Pa]30.614換熱管與管板連接的拉托應力0.19H、由管板計算厚度來確定管板的實際厚度：序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值備注1管板計算厚度84.22殼程腐蝕裕量23管程腐蝕裕量24結(jié)構(gòu)開槽深度根據(jù)結(jié)構(gòu)確定35管板的實際厚度90考慮圓整是否安裝膨脹節(jié)的判定由G，a、b、c、d計算結(jié)果可以看出：四組危險組合工況下，換熱管與管板的連接拉托力均沒超過設計許用應力，并且各項應力均沒超過設計許用應力。所以，不需要安裝膨脹節(jié)。3.2.9.折流板的選擇3.2.9.1根據(jù)GB151—1999《管殼式換熱器》圖37選擇單弓形水平放置的折流板。3.2.9.2缺口弦高值，一般取0.20~0.45倍的圓筒內(nèi)直徑，取3.2.9由GB151—1999表42知，但換熱管為外徑鋼管時，換熱管的最大無支撐跨距為，且折流板最小間距一般不小于圓筒內(nèi)直徑五分之一且不小于由傳熱計算得到折流板間距3.2.9.4由GB151—1999表34，查得折流板最小厚度為，實取折流板厚度由GB151—1999表36查得管孔直徑為允許偏差為3.2.9.5由GB151—1999表41查得折流板名義外直徑為允許偏差為3.2.10.接管及開孔補強補強及補強方法判別補強判別由GB150—1998表8—1知當滿足下列所有條件時不另行補強。設計壓力小于或等于兩相鄰開孔中心距應不小于兩孔直徑之和的兩倍；接管公稱直徑小于或等于接管最小壁厚滿足表8—1要求（GB150—1998p75）由于接管的公稱直徑大于所以要補強，但由于設計的筒體或封頭的厚度遠大于理論厚度，所以要進行計算看是否要進行補強。補強計算方法判別開孔直徑本凸形封頭開孔直徑滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算開孔所需補強面積強度削弱系數(shù)接管有效厚度開孔所需補強面積有效補償范圍有效寬度取值故取有效高度外側(cè)有效高度故內(nèi)側(cè)有效高度故取有效補強面積封頭多余金屬面積封頭有效厚度封頭多余金屬面積接管多余金屬面積其中接管區(qū)焊縫面積（焊角?。┯行аa強面積所需另行補強面積擬采用補強圈補強補強圈設計根據(jù)接管公稱直徑選補強圈，參照補強圈標準取補強圈外徑內(nèi)徑因補強圈在有效補償范圍內(nèi)補強圈厚度為考慮鋼板負偏差并經(jīng)圓整，取補強圈名義厚度為3.2.11.管箱短節(jié)壁厚的計算序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源及計算公式數(shù)值1設計壓力1.762選材GB150-1998《鋼制壓力容器》選Q345R3計算厚度4.34設計厚度6.35名義厚度7.36實取名義厚度87有效厚度7注：其符號意義及取值同筒體壁厚計算的符號及意義。水壓試驗比較筒體的水壓試驗和短節(jié)的水壓試驗同樣可以滿足要求。3.2.12.拉桿和定距管的確定序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源及計算公式數(shù)值1拉桿直徑GB151-1999《管殼式換熱器》表43122拉桿數(shù)量GB151-1999《管殼式換熱器》表4483定距管規(guī)格GB151-1999《管殼式換熱器》取4拉桿在管板端螺紋長度GB151-1999《管殼式換熱器》表45505拉桿在折流板端螺紋長度GB151-1999《管殼式換熱器》表45156拉桿上倒角高GB151-1999《管殼式換熱器》表452.03.2.13.分程隔板厚度選取根據(jù)GB151-1999《管殼式換熱器》，分層隔板厚度取3.2.14.支座的選擇及應力校核3.2.1