〔大学论文〕U型管式换热器设计说明书（含word文档） .pdf

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1、U 型管式换热器设计 摘要 本文介绍了 U 型管换热器的整体结构设计计算。U 型管换热器仅有一个管板，管子 两端均固定于同一管板上，管子可以自由伸缩，无热应力，热补偿性能好；管程采用双 管程，流程较长，流速较高，传热性能较好，承压能力强，管束可从壳体内抽出，便于 检修和清洗，且结构简单，造价便宜。U 型管式换热器的主要结构包括管箱、筒体、封 头、换热管、接管、折流板、防冲板和导流筒、防短路结构、支座及管壳程的其他附件 等。 本次设计为二类压力容器，设计温度和设计压力都较高，因而设计要求高。换热器 采用双管程，不锈钢换热管制造。设计中主要进行了换热器的结构设计，强度设计以及 零部件的选型和工艺设

2、计。 关键词：关键词：关键词：关键词：U U U U 型管换热器，结构，强度，设计计算型管换热器，结构，强度，设计计算型管换热器，结构，强度，设计计算型管换热器，结构，强度，设计计算 U-U-U-U-TUBETUBETUBETUBE HEATHEATHEATHEAT EXCHANGEREXCHANGEREXCHANGEREXCHANGER DESIGNDESIGNDESIGNDESIGN ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACT This paper introduces the U-tube heat exchanger design and calculation.

3、 U-tube heat exchanger has only one tube sheet, tubes are fixed at both ends of boards in the same tube, and tubes could telescopic freely, non-thermal stress, thermal performance and compensation; use of double-tube process, the process is longer, higher speed, better heat transfer performance, pre

4、ssure capacity, and control can be extracted from the shell with easy maintenance and cleaning, and simple structure cost less. The main structure of U-tube heat exchanger, includes Equipment control, shell, head, exchanger tubes, nozzles, baffled, impingement baffle, guide shell, anti-short-circuit

5、 structure, support and other shell-tube accessories. This time I designed a second category pressure vessel, which has high design temperature and high design pressure. Thus the design demands are strict. It has dual heat exchanger tube, stainless steel heat exchanger manufacturers. I mainly carrie

6、d out the design of heat exchanger structural design, strength of design and parts selection and process design. K K K KEYWOEDSEYWOEDSEYWOEDSEYWOEDS: : : : U-tubeU-tubeU-tubeU-tube heatheatheatheat exchangerexchangerexchangerexchanger, , , , frameframeframeframe, , , , intensityintensityintensityint

7、ensity, , , , designdesigndesigndesign andandandand calculationcalculationcalculationcalculation 目录 中文摘要.I 英文摘要.II 绪论.1 1 管壳式换热器的类型、结构与型号2 1.1 换热器的零部件名称.2 1.2 换热器的主要组合部件.3 2 换热器材料选择4 2.1 选材原则.4 3 换热器结构设计5 3.1 壁厚的确定.6 3.2 管箱圆筒短节设计.6 3.3 壳体圆筒设计.7 3.4 封头设计.8 3.4.1 后封头计算. 9 3.4.2 管箱封头计算. 10 3.5 换热管设计.11

8、 3.5.1 换热管的规格和尺寸偏差. 11 3.5.2 U 形管的尺寸 12 3.5.3 管子的排列型式. 12 3.5.4 换热管中心距. 13 3.5.5 布管限定圆. 13 3.5.6 换热管的排列原则. 15 3.6 管板设计.15 3.6.1 管板连接设计. 17 3.6.2 管板设计计算. 19 3.7 管箱结构设计.21 3.7.1 管箱的最小内侧深度. 22 3.7.2 分程隔板. 22 4 换热器其他各部件结构23 4.1 进出口接管设计.23 4.1.1 接管法兰设计. 23 4.1.2 接管外伸长度. 25 4.1.3接管与筒体、管箱壳体的连接. 25 4.1.4接管开

9、孔补强的设计计算. 25 4.1.5 接管最小位置. 29 4.1.6 壳程接管位置的最小尺寸. 30 4.1.7 管箱接管位置的最小尺寸. 30 4.2管板法兰设计.30 4.2.1 垫片的设计. 33 4.2.2 螺栓设计. 34 4.2.3 法兰设计. 38 4.3 折流板.38 4.3.1 折流板尺寸. 39 4.3.2折流板的布置. 39 4.3.3折流板的固定. 36 4.4 拉杆与定距管.38 4.4.1 拉杆的结构型式. 39 4.4.2 拉杆的直径和数量. 39 4.4.3 拉杆的尺寸. 40 4.4.4 拉杆的布置. 42 4.4.5 定距管尺寸. 42 4.5 防冲与导流

10、.42 4.5.1 防冲板的形式. 42 4.5.2 防冲板的位置和尺寸. 42 4.5.3 导流筒. 43 4.6 双壳程结构.43 4.7 防短路结构.44 4.7.1 旁路挡板的结构尺寸. 44 4.7.2 挡管. 44 4.7.3 中间挡板. 44 4.8 鞍座.45 结论.46 参考文献.47 致谢.48 附录 英文文摘及翻译.49 绪论 能源是当前人类面临的重要问题之一，能源开发及转换利用已成为各国的重要课 题，而换热器是能源利用过程中必不可少的设备，几乎一切工业领域都要使用，化工、 冶金、动力、交通、航空与航天等部门应用尤为广泛。近几年由于新技术发展和新能源 开发利用，各种类型的

11、换热器越来越受到工业界的重视，而换热器又是节能措施中较为 关键的设备，因此，无论是从工业的发展，还是从能源的有效利用，换热器的合理设计、 制造、选型和运行都具有非常重要的意义。 近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能 回收带来了显著的经济效益。 换热器分类方式多样,按照其工作原理可分为:直接接触式 换热器、蓄能式换热器和间壁式换热器三大类,间壁式换热器又可分为列管式和板壳式 换热器两类,其中列管式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性,在长期的操作过程 中积累了丰富的经验,其设计资料比较齐全, 随着经济的发展，各种不同型式和种类的 换热器发展很快，新结构、新材料

12、的换热器不断涌现。 近年来尽管列管式换热器也受到了新型换热器的挑战,但由于它具有结构简单、牢 固、操作弹性大、应用材料广等优点,列管式换热器目前仍是化工、石油和石化行业中 使用的主要类型换热器,尤其在高温、高压和大型换热设备中仍占有绝对优势。 列管式换热器适用于化工、石油、医药、食品、轻工、冶金、焦化等行业的液和液, 汽和汽,汽和液的对流传热,蒸汽冷凝和液体蒸发传热等换热冷凝流程。 列管式换热器是 由一个圆筒形壳体及其内部的管束组成。管子两端固定在管板上，并将壳程和管程的流 体分开。壳体内设有折流板，以引导流体的流动并支承管子。用拉杆和定距管将折流板 与管子组装在一起。列管式换热器共有三种结构

13、型式:固定管板式、浮头式和 U 形管式。 固定管板式换热器结构简单、紧凑、造价低，每根换热管可以单独清洗和更换，在结构 尺寸相同的条件下，与浮头式和 U 形管式换热器相比，换热面积最大。固定管板式换热 器的壳程清洗困难， 适应热膨胀能力差， 决定了固定管板式换热器适用于换热介质清洁， 壳程压力不高，换热介质温差不大的场合。浮头式换热器由于管束的热膨胀不受壳体的 约束，而且可拆卸抽出管束，检修更换换热管、清理管束和壳程污垢方便，因此，浮头 式换热器应用最广泛，在油田储运集输系统中，60%70%的换热器为浮头式换热 器。 形管式换热器是管壳式换热器的一种,它由管板、壳体、管束等零部件组成。 在 同

14、样直径情况下,形管换热器的换热面积最大；它结构简单、紧凑、密封性能高, 检 修、清洗方便、在高温、高压下金属耗量最小、造价最低;形管换热器只有一块管板, 热补偿性能好、承压能力较强,适用于高温、高压工况下操作。 1 管壳式换热器的类型、结构与型号 1.1 换热器的零部件名称 表 1.1 序号名称序号名称序号名称 1接管法兰11活动鞍座 （部件）21纵向隔板 2管箱法兰12U 形换热管22接管 3壳体法兰13挡管23内导流筒 4防冲板14固定鞍座 （部件）24圆筒 5补强圈15滑到25管箱侧垫片 6壳体（部件）16管箱垫片26凸形封头 7折流板17管箱圆筒 （短节）27双头螺柱或螺栓 8拉杆18

15、封头管箱 （部件）28放气口 9定距管19分层隔板29螺母 10支持板20中间挡板 图 1.1U 型管式换热器 1.2 换热器的主要组合部件 换热器的主要组合部件有前段管箱、壳体和后端结构（包括管束）三部分。详细分 类见图 1.2。 图 1.2 2 主要部件的分类及代号 2 换热器材料选择 在进行换热器设计时，对换热器各种零部件的材料，应根据设备的操作压力、操 作温度、流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取。当然，最后还要 考虑材料的经济合理性。一般为了满足设备的操作压力和操作温度，即从设备的强度或 刚度的角度来考虑，是比较容易达到的，但对于材料的耐腐蚀性能，有时往往成为一个 复

16、杂的问题。如在这方面考虑不周，选材不妥，不仅会影响换热器的使用寿命，而且也 大大提高设备的成本。至于材料的制造工艺性能，是与换热器的具体结构有着密切的关 系。 2.1 选材原则 换热器用钢的标准、冶炼方法、热处理状态、许用应力、无损检测标准及检测项目 均按 GB150-1998 第四章及其附录 A 的规定。 换热器的目的是为了传热，经常与腐蚀性介质接触的换热表面积很大，为了保护金 属部受腐蚀，最根本的方法是选择耐腐蚀的金属或非金属材料。换热器主要部件材料选 择见表 2.1 表 2.1 材料 零部件材料设计压力设计温度 许用应 力 t 标准 管箱封头15CrMoR8.0323128.24GB66

17、54 后封头15CrMoR8.5273136.4GB6654 筒体15CrMoR8.5273136.4GB6654 管箱圆筒短 节 15CrMoR8.0323128.24GB6654 管板0Cr18Ni10Ti4.5323112.62GB4728 换热管0Cr18Ni10Ti8.0323100.4GB/T13296-2007 壳程接管15CrMoPN16273105.86GB6479 管程接管0Cr18Ni10TiPN16273 筒体法兰15CrMoPN6.4273GB470O-4703- 2000 管程接管法 兰 0Cr18Ni10TiPN16HG20592-97 壳程接管法 兰 15CrM

18、oPN16323HG20592-97 管箱法兰15CrMoPN6.4273GB470O-4703- 2000 3 换热器结构设计 管壳式换热器的结构设计，必须考虑许多因素，如材料、压力、温度、比温差、 结 垢情况、流体的性质以及检修与清理等等来选择一些适合的结构型式。 对同一种型式的换热器，由于各种条件不同，往往采用的结构亦不相同。在工程设 计中，除尽量选用定型系列产品外，也常按其特定的条件进行设计，以满足工艺上的需 要。 U 形管式换热器仅有一块管板，且无浮头，所以结构简单，造价比其它换热器便宜， 管束可以从壳体内抽出，管外便于清洗，但管内清洗困难，所以管内介质必须清洁及不 易结垢的物料。U

19、 形管的弯管部分曲率不通，管子长度不一。管子因渗漏而堵死后，将 造成传热面积的损失。 U 型管式换热器，使用在压力较高的情况下，在弯管段的壁厚要加厚，以弥补弯管 后管壁的减薄。 壳程内可按工艺要求装置折流板、纵向隔板等，折流板由拉杆固定，以提高换热设 备的传热效果。纵向隔板是一矩形平板，安装在平行于传热管方向（纵向隔板按工艺要 求决定）以增加壳侧介质流速。 符号： 1 C- 钢材厚度负偏差 mm，应按相应钢材标准的规定选取； 2 C- 钢材的腐蚀裕量，mm； C- 厚度附加量（按1第三章取） ，mm；对多层包扎圆筒只考虑内筒的 C 值，对热 套圆筒只考虑内侧第一层套盒圆筒的 C 值； i D-

20、 圆筒或球壳的内直径，mm； o D- 圆筒或球壳的外直径（2 oin DD=+) ,mm； c p- 计算压力（按1第 3 章）,MPa； d P- 设计压力，Mpa； t P- 管程设计压力，Mpa； s P- 壳程设计压力，Mpa； w p- 圆筒或球壳的最大允许工作压力，MPa； - 圆筒或球壳的计算厚度，mm； e - 圆筒或球壳的有效厚度，mm； n - 圆筒或球壳的名义厚度，mm； t - 设计温度下圆筒或球壳的计算应力，MPa； t - 设计温度下圆筒或球壳材料的许用应力（按1第 4 章）,MPa； - 试验温度下材料的许用应力（按1第 4 章）,MPa； - 焊接接头系数（按

21、1第 3 章）；对热套圆筒取= 1 .0； 3.1 壁厚的确定 壳体、管箱壳体和封头共同组成了管壳式换热器的外壳。管壳式换热器的壳体通常 由管材或板材卷制而成。压力容器的公称直径按 GB9019-88 规定，当直径400 时， 通常采用管材做壳体和管箱壳体。当直径400 时，采用板材卷制壳体和管箱壳体。 其直径系列应与封头、连接法兰的系列相匹配，以便于法兰、封头的选型。卷制圆筒的 公称直径以 400 为基数，一般情况下，当直径1000 时，直径相差 100 为一个系 列，必要时也可采用 50 ；当直径1000 时直径相差 200 为一个系列，若采用旋 压封头，其直径系列的间隔可以取为 100

22、。 圆筒的厚度按GB150-1998第5章计算，但碳素钢和低合金钢圆筒的最小厚度应不小 于表3.1.1的规定，高合金钢圆筒的最小厚度应不小于3.1.2的规定。 表3.1.1 2 mm 公称直径 400 700 700 1000 1000 1500 1500 2000 2000 2600 浮头式，U形管式810121416 固定式管板式68101214 表3.1.2 2 mm 公称直径 400 500 500 700 700 1000 1000 1500 1500 2000 2000 2600 最小厚度3.54.5681012 3.2 管箱圆筒短节设计 管箱圆筒（短节）计算按GB150-1998

23、第五章的有关规定；其开孔补强计算按 GB150-1998第八章有关规定。圆筒的最小厚度按表3.1.2的规定。设计条件见表3.1.3。 表3.1.3 部件材料 设计温 度 设计压 力Mpa t Mpa Mpa 标准 1 C mm 2 C mm 管箱圆 筒短节 15CrMoR3238.0128.241.0 GB665 4 00 圆筒计算： 设计温度下圆筒的计算厚度按式（3-2-1）计算，公式的适用范围为 0.4 t c p。 2 Ci t C P D P = （3-2-1） 其中8.0= Cs PpMpa；800= i Dmm； 128.24= t Mpa；=1.0带入上式得： 计算厚度：= 25

24、.76mm 设计厚度： 2 25.76=+= d Cmm 名义厚度： 1 C25.76=+= nd mm，经圆整取n= 26mm 有效厚度： 21 C26026= en Cmm 设计温度下圆筒的计算应力按式（3-2-2）计算： () 2 + = Ciet e PD （3-2-2） 得 ()8.080026 127 2 26 + = t Mpa t = ww PPMpa 满足压力要求，故取名义厚度n= 26mm合适。 3.3 壳体圆筒设计 圆筒的厚度应按GB 150-1998第5章计算，但碳素钢和低合金钢圆筒的最小厚度应不 小于表3-1的规定，高合金钢圆筒的最小厚度应不小于表3-2的规定。设计条

25、件见表3-4： 表3-4 部件材料 设计温 度 设计压 力Mpa t Mpa Mpa 标准 1 C mm 2 C mm 壳 体 圆筒 15CrMoR2738.5136.41.0GB665400 圆筒计算： 设计温度下圆筒的计算厚度按式（3-2-1）计算， 其中8.5= Ct PpMpa；800= i Dmm； 136.4= t Mpa；=1.0带入（3-2-1）得： 计算厚度：= 25.73mm 设计厚度： 2 25.73=+= d Cmm 名义厚度： 1 C25.73=+= nd mm，经圆整取n= 26mm 有效厚度： 21 C26026= en Cmm 设计温度下圆筒的计算应力按式（3-

26、2）计算： 得 ()8.580026 135 2 26 + = t Mpa t = ww PPMpa 满足压力要求，故取名义厚度n= 26mm合适。 3.4 封头设计 13 压力容器封头的种类较多，分为凸形封头、锥壳、变径段、平盖及紧缩口等，其中 凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、碟形封头和球冠形封头。采用什么样的封头要 根据工艺条件的要求、制造的难易程度和材料的消耗等情况来决定。 此次设计采用标准椭圆形封头，它由半个椭球面和短圆筒组成，如图3.4所示。直 边段的作用是避免封头和圆筒的连接焊缝出现经向曲率半径突变， 以改善焊缝的受力状 况。封头的椭球部分经线曲率变化平滑连续，故应力分布比较均

27、匀，且椭圆形封头深度 较半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中、低压容器中应用较多的封头之一。 设 计条件见表3.4-1，表3.4-2。 图3.4 表3.4-1 部件材料 设 计 温 度 设计压 力Mpa t Mpa Mpa 标准 1 C mm 2 C mm 管 箱 封头 15CrMo3238.0128.241.0GB665400 表3.4-2 部件材料 设 计 温 度 设计压 力Mpa t Mpa Mpa 标准 1 C mm 2 C mm 后 封 头 15CrMo2738.5136.41.0GB665400 符号规定： i D- 封头内直径，mm； o D- 封头外直径（2 oin DD=

28、+),mm； i h- 封头曲面深度，mm； 2 h- 封头质变高度，mm； A - 封头内表面积，； V - 封头容积， 3 m； m - 封头质量，； c p- 计算压力（按1第3章）,MPa； w p- 最大允许工作压力，MPa； - 封头计算厚度，mm； e - 封头有效厚度，mm； n - 封头名义厚度，mm； - 设计温度下封头材料的计算应力，MPa； t - 设计温度下封头材料的许用应力（按1第4章）,MPa； - 焊接接头系数（按1第3章）。 3.4.1 后封头计算 标准椭圆形封头的计算厚度按式（3-4-1）计算： 20.5 = Ci t C P D P （3-4-1） 其中8

29、.5= Ct PpMpa；800= i Dmm； 136.4= t Mpa；=1.0带入式（3-4-1）得： 计算厚度：= 25.32mm 设计厚度： 2 25.32=+= d Cmm 名义厚度： 1 C25.32=+= nd mm，经圆整取n= 26mm 有效厚度： 21 C26026= en Cmm 标准椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内直径的0.15， 但当确定封头厚度时已 考虑了内压下的弹性失稳问题，可不受此限制。 0.15%0.15% 8001.2= ei Dmm 故该标准椭圆形封头的名义厚度n= 26mm合适。 椭圆形封头的最大允许工作压力按式（3-4-2）计算： 2 0.5 =

30、+ t e w ie P D （3-4-2） 2 136.4 26 1.0 8.72 8000.5 26 = + w PMPa max 8.0= ww PPMPa 该封头满足压力要求，故取名义厚度n= 26mm合适。 设计温度下封头的计算应力按式（3-4-3）计算： ()2 4 + = cie e pD （3-4-3） ()8.52 80026 132.89 4 26 1.0 + = MPa 136.4= ei Dmm 故该标准椭圆形封头的名义厚度n= 26mm合适。 椭圆形封头的最大允许工作压力按式（3-4-2）计算： 2 128.24 26 1.0 8.2 8000.5 26 = + w

31、PMPa max 7.5= ww PPMPa 该封头满足压力要求，故取名义厚度n= 26mm合适。 设计温度下封头的计算应力按式（3-4-3）计算： ()8.02 80026 125.08 4 26 1.0 + = MPa 128.243 100026004 i D= 800mm,取b = 28mm。 表3.5.5.2 2 i D n b 1 b 700103 700135 取 n b= 30mm， 1 b= 5mm，则有 2 1.5301.531.5 n bbmm=+=+=。 布管限定圆为管束最外层换热管中心圆直径，布管限定圆按表3.5.5.3确定。 表3.5.5.3 2 换热器型式固定管板

32、式、U形管式浮头式 布管限定圆直径 L D 3 2 i Db() 12 2 i Dbbb+ 得： 3 280028784 Li DDbmm=。 除了考虑布管限定圆直径外，换热管与防冲板间的距离也许考虑。通常，换热管外 表面与邻近防冲板表面间的距离，最小为6mm。换热管中心线与防冲板板厚中心线或上 表面之间的距离，最大为换热管中心距的 3 / 2。 3.5.6 换热管的排列原则 换热管的排列应使整个管束完全对称； 在满足布管限定圆直径和换热管与防冲板间的距离规定的范围内， 应全部布满换 热管； 拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘在靠近折流板缺边位置处应布置拉杆， 其间 距小于或等于700mm，拉杆

33、中心至折流板缺边的距离应尽量控制在换热管中心距地 （0.51.5） 3 范围内； 多管程的各管程数应尽量相等， 其相对误差应控制在10%以内， 最大不得超过20%。 3.6 管板设计 符号规定： d A- 在布管区范围内， 因设置隔板槽和拉杆结构的需要， 而未能被换热管支承的面 积， 2 mm；例如双管程管板，对于三角形排列： ()0.866 25 dn An S S=（3-6-1） n- U 形管根数，管板开孔数为2n； n- 沿隔板槽一侧的排管根数； S- 换热管中心距，mm； n S- 隔板槽两侧相邻管中心距，mm； t A- 管板布管区面积，； 三角形排列: 2 1.732 td An

34、SA=+（3-6-3） a- 一根换热管管壁金属的横截面积，； c C- 系数，按 f K 和 1 t ，查图19 2； e C- 系数，按 f K 和 1 t ，查图20 2； M C- 系数，按 f K 和 1 t ，查图21 2； D- 管板开孔前的抗弯刚度，Nmm； () 3 2 12 1 p E D = （3-6-5） G D- 垫片压紧力作用中心圆直径，按1第9章，mm； i D- 壳程圆筒和管箱圆筒内直径，mm； t D- 管板布管区当量直径，Mmm； 4= tt DA（3-6-6） d - 换热管外径,mm； p E- 管板材料的弹性模量,MPa； f K- 管板边缘旋转刚度参

35、数，MPa； =+ fff KKK，对于a型连接0= f K f K- 壳程圆筒与法兰（或凸缘）的旋转刚度参数，MPa； f K- 管箱圆筒与法兰（或凸缘）的旋转刚度参数，MPa； f K - 旋转刚度无量纲参数；对于a型连接 f K = 0 l- 换热管与管板胀接长度或焊脚高度，按5.8.2.3或5.8.3.2 2规定，mm； d p- 管板设计压力，MPa； t P- 壳程设计压力，MPa； s P- 管程设计压力，MPa； q- 换热管与管板连接的拉脱力，MPa； q- 许用拉脱力，按5.7.5 2规定，MPa； R- 半径， mm； 对a型连接：2 G RD=（3-6-7） S- 换热

36、管中心距，mm； - 管板计算厚度，mm； h- 管箱圆筒厚度，mm； s- 壳程圆筒厚度，mm； t - 换热管壁厚,mm； - 管板强度削弱系数，一般可取0.4=； - 管板材料泊松比，取0.3=； t - 布管区当量直径 t D与直径2R之比； t r - 设计温度下，管板材料的许用应力，MPa； t t - 设计温度下，换热管材料的许用应力，MPa； 管板是管壳式换热器的一个重要元件，它除了与管子和壳体等连接外，还是换热器 中的一个重要受压元件。对管板的设计除了要满足强度要求外，同时应合理的考虑其结 构设计。管板得合理设计对于正确选用和节约材料、减少加工制造的困难、降低成本、 确保使用

37、安全都具有重要意义。 U型管换热器仅有一块管板，采用可拆式连接，管板通过垫片与壳体法兰和管箱法 兰连接。其连接形式见图3.6。 图3.6 管板的最小厚度除满足强度设计要求外，当管板和换热器采用焊接时，应满足结构 设计和制造的要求， 且不小于12mm。 若管板采用复合钢板， 其复合层的厚度应不小于3mm。 对于有腐蚀要求的复层，还应保证距复层表面深度不小于2mm的复层化学成分和金相组 织符合复层材料的要求。 当管板与换热管采用胀接时，管板得最小厚度（不包括腐蚀裕度）应满足表3.6.1。 若管板采用复合管板，其复层最小厚度应不小于10mm。并应保证距复层表面深度不小于 8mm的复层化学成分和金相组

38、织符合复层材料的要求。 表3.6.1 换热管外径d，mm2525 管程接管：d/D250 / 8000.31250.5 i = 故本设计可用整锻件补强设计。 （2）开孔所需补强面积 壳程： 200 1.970.4 80025.73 22 i d D = 2 0.750.7520025.733859.5Admm= 管程： 250 2.460.4 80025.76 22 i d D = 2 0.750.7525025.74830Admm= （3）有效补强范围 A 设定补强元件结构尺寸如图4.1.4所示。过渡圆角半径按GB150确定。 1 0.10.1262.6 e rmm= 3 () 452 t

39、d r 或 90 et 取大者，式中：45= o， 壳程圆角半径 3 r： 3 3 452006.87 ()26.21mm 452 45 73.5mm 9090 et r r = = 取30mm 图4.1.4 管程圆角半径 3 r： 3 3 452508.64 ()32.86mm 452 45 94.5mm 9090 et r r = = 取35mm 4t d1 90 r = 或 e 1 902 取大者 壳程圆角半径 4 r： 4 4 45 2006.87110.86mm 90 4526 16.5mm 902 r r = = 取15mm 管程圆角半径 4 r： 4 4 45 2508.6411

40、3.61mm 90 4526 16.5mm 902 r r = = 取15mm B 有效补强范围半径 有效补强范围半径按式（4.1.4.1）计算 2/3 ci i 2 0.472LD D = （4.1.4.1） 壳程有效补强范围半径： 2/3 c 225.73 0.47280060.62 800 Lmm = 管程有效补强范围半径： 2/3 c 225.76 0.47280060.67 800 Lmm = （4）有效补强面积 A 圆筒多余金属面积：() 1 2 cn ALC= 壳程：() 2 1 260.622625.73032.7348Amm= 管程：() 2 1 260.672625.760

41、29.1216Amm= B 接管多余金属面积：() () 2 2 cnntt ALCC= 壳程：()() 2 2 260.622625.73076.87015.691Amm= 管程：()() 2 2 260.672625.76098.64043.5096Amm= C 密集补强区金属面积： 2 3 7070 24900 2 Amm = D 有效补强面积（略去 3 r， 4 r圆角处金属面积）： 123 AAA+ 壳程： 2 123 32.734815.69149004948.4258AAAmm+=+= 管程： 2 123 29.121643.509649004972.6312AAAmm+=+=

42、（5）补强结果 壳程： 22 123 4948.42583859.5AAAmmAmm+= 管程： 22 123 4972.63124830AAAmmAmm+= 故补强满足要求。 4.1.5 接管最小位置 在换热器设计中，为了使传热面积得以充分利用，壳程流体进、出口接管应尽量靠 近两端管板，而管箱进、出口接管尽量靠近管箱法兰，可缩短管箱壳体长度，减轻设备 重量。然而，为了保证设备的制造、安装，管口距地的距离也不能靠的太近，它受到最 小位置的限制。本设计采用接管整体补强。 4.1.6 壳程接管位置的最小尺寸 符号： b - 管板厚度，mm； 12 /LL- 壳程/管箱接管位置最小尺寸，mm； C

43、- 补强圈外边缘（无补强圈时，为管外壁）至管板（或法兰）与壳体连接焊 缝之间的距离，mm； H D- 补强圈外圆直径，mm； H d- 接管外径，mm。 壳程接管位置的最小尺寸，可按下列公式计算： 无补强圈的接管 () 1 4 2 H d LbC+（4.1.6.1） 取C4S(S为壳体厚度，mm)且30mm。 计算壳程接管位置的最小尺寸如下： C 4S = 426 = 104mm，取C = 105mm； () 1 20027 1504105358 2 Lmm + += 4.1.7 管箱接管位置的最小尺寸 管箱接管位置的最小尺寸，可按下列公式计算： 无补强圈的接管 2 2 H f d LhC+（

44、4.1.7.1） 取C4S(S为壳体厚度，mm)且30mm。 计算管箱程接管位置的最小尺寸如下： C 4S = 426 = 104mm，取C = 105mm； () 2 25029 1504105385 2 Lmm + += 4.2管板法兰设计 压力容器的可拆密封装置形式很多，如中低压容器中的螺纹连接、承插式连接和 螺栓法兰连接等，其中以结构简单、装配比较方便的螺栓法兰连接用得最普通。螺栓法 兰连接主要由法兰、螺栓和垫片组成。本次设计管板与管箱和壳体的连接采用螺栓法兰 连接。 图4-2 符号规定： a A- 预紧状态下，需要的最小螺栓总截面积，以螺纹小径计算或以无螺纹部分的最 小直径计算，取小

45、者，； b A- 实际使用的螺栓总截面积，以螺纹小径计算或以无螺纹部分的最小直径计算， 取小者，； m A- 需要的螺栓总截面积，取 a A、 P A之大者，； P A- 操作状态下，需要的螺栓总截面积，以螺纹小径计算或以无螺纹部分的最小直 径计算，取小者，； b- 垫片有效密封宽度，mm； 0 b- 垫片基本密封宽度（见表9-1 1）,mm； b D- 螺栓中心圆直径，mm； G D- 垫片压紧力作用中心圆直径，mm； i D- 法兰内直径，mm； 当 1 20 i D m A。 （6）垫片宽度校核 min 34661 805 28.48 6.286.28 870 179.3 b b G A

46、 mm D y = min a L,( a L按表 452规定）； b）拉杆与折流板点焊结构，适用于换热管外径小于或等于14mm的管束， 1 ld； c）当管板较薄时，也可采用其他的连接结构。 本次设计采用拉杆定距管结构。 图4.4.1 4.4.2 拉杆的直径和数量 拉杆的直径和数量可以按表43 2和表442选取。 选取拉杆直径为12mm。 选取拉杆数量为8根。 4.4.3 拉杆的尺寸 拉杆的长度按实际需要确定，拉杆的连接尺寸按图4.4.3，表4.4.3确定。 图4.4.3 表4.5.3 2 拉杆直径d拉杆螺纹公称直径 n d a L b Lb 101013401.5 121215502.0 161620602.0 选取拉杆螺纹公称直径为12mm， a L为15mm， b L为50mm，b为2.0mm。 4.4.4 拉杆的布置 拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。对于大直径的换热器，在布管区内或靠近折 流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板应不少于3个支承点。 4.4.