浮头法兰的设计
浮头法兰合理设计(丁伯民)
a 48 D 了+ ' 万万 二万 了而瓜 几万 簇L」 ‘ = a‘ ’ 、
式( 中 r 是薄膜 力和弯曲 1 的a因 ) 应 应力的 叠加, 所
以除按惯例对压力尸应取绝刘 外 , 力矩M。 值 对 也应取
万方数据
25 0 年第 1 0 期
为方便起见 , 以文 【] 1 的算例 中所采用 的法兰直
一现象, 见图 1 ) 现P 二 P , (, g 2 如取P 为更大的 , 值, 可能得不到 即 交点]S= } 和S = 2L ,ff( L) f ( f , ) 二者间并无交点, 1e, 不存在最佳设计。但 见图 ()即
1 前言
由于 浮头法兰所 受力矩不仅 和垫 片结构 尺寸 、
的、 即最佳设计。文 【1[1 3,4从求取最佳L, 出发 , 认为
类型有关, 而且和法兰厚度本身以及封头在法兰上
的焊接位置有关 , 以它和其它元件不 同, 既定 载 所 在
使法兰 在管、 壳程两种操 作工况下各自 求得的法兰 计 算厚度S趋于同值时 ( S= r 即 i i S)即为最合适的L 了
值 。文 〔1[1 3,4的主要思路无疑是可取的。
荷和结构 ( 例如封头在法兰 上的 焊人深度 ) l 的条件 下, 增加法兰厚度 S有时反会提高法兰的所受力 ,
矩,从 而使在某一既定工 况下已满足强度校核 的法 兰变成不能满足强度校核 。
事实上, 对某些操作条件, r 并不能得到 在L 时
- 6· 4
一 二二二 二 一 二 =
化 工 设 备 与 管 道
= 二 二 二 二 二二 二 = 二 二二 二 二 二 二 二 二 二= = = 二二二一 二二= 二二 二 二 二 二 二留 二 二 二二 二 二 二 二 二二 二 二 二 二 二 二二 二 二 二 二 二 二 二 二二 二 二 二 二 二二
浮头式换热器(过程设备设计课程设计说明书)
目录设计题目及工艺参数---------------------------------------------------1一、换热器的分类及特点---------------------------------------------------2二、结构设计-------------------------------------------------------------51、管径及管长的选择---------------------------------------------------52、初步确定换热管的根数n和管子排列方式-------------------------------53、筒体内径确定-------------------------------------------------------54、浮头管板及钩圈法兰结构设计-----------------------------------------65、管箱法兰、管箱侧壳体法兰和管法兰设计-------------------------------76、外头盖法兰、外头盖侧法兰设计---------------------------------------77、外头盖结构设计-----------------------------------------------------88、接管的选择--------------------------------------------------------------------------------------89、管箱结构设计-------------------------------------------------------810、管箱结构设计------------------------------------------------------811、垫片选择----------------------------------------------------------912、折流板------------------------------------------------------------------------------------------913、支座选取----------------------------------------------------------1014、拉杆的选择--------------------------------------------------------1315、接管高度(伸出长度)确定------------------------------------------1316、防冲板------------------------------------------------------------1317、设备总长的确定----------------------------------------------------1318、浮头法兰---------------------------------------------------------------------------------------1419、浮头管板及钩圈----------------------------------------------------14三、强度计算--------------------------------------------------------------141、筒体壁厚的计算-----------------------------------------------------142、外头盖短节,封头厚度计算-------------------------------------------153、管箱短节、封头厚度计算 --------------------------------------------164、管箱短节开孔补强的核校 --------------------------------------------165、壳体压力试验的应力校核---------------------------------------------166、壳体接管开孔补强校核-----------------------------------------------177、固定管板计算-------------------------------------------------------188、无折边球封头计算 --------------------------------------------------199、管子拉脱力计算-----------------------------------------------------20四、设计汇总-----------------------------------------------------21五、设计体会--------------------------------------------------------------21参考文献--------------------------------------------------------------22设计题目:浮头式换热器工艺参数:管口表:符号公称直径(mm)管口名称a 130 变换气进口b 130 软水出口c 130 变换气出口d 130 软水进口e 50 排尽口设备选择原理及原因:浮头式换热器的结构较复杂,金属材料耗量较大,浮头端出现内泄露不易检查出来,由于管束与壳体间隙较大,影响传热效果。
浅析浮头式换热器设计
156研究与探索Research and Exploration ·工艺与技术中国设备工程 2018.06 (上)浮头式换热器应按照标准GB150-2011《压力容器》、GB/T151-2014《热交换器》的要求进行选材、设计、制造、检验、验收及安装和使用。
浮头式换热器一端管板与壳体固定,另一端管板可以在壳体内自由浮动;其优点如下。
(1)因这种结构管束和壳体之间不会产生温差应力,因此管壳程介质温差不受限制。
(2)浮头盖和钩圈可以拆卸,管束可以抽出,方便设备的维修和管束的清洗。
(3)可用于结垢比较严重的场合。
(4)可用于管程易腐蚀场合。
但浮头式换热器结构比较复杂,而且在浮头盖和浮动管板密封垫处发生泄漏(无法知道泄漏情况);因此,如果管壳程介质成分要求比较严格时,尽量不要选用浮头式换热器。
浮头式换热器如图1所示,是为宁波某化工企业节能降耗项目而设计的一台双壳程双管程浮头式换热器。
该换热器主要是将塔侧采出的成品热二氯乙烷(~97℃)与裂解炉进料冷二氯乙烷进行充分热交换后,达到降低成品二氯乙烷的温度,提高裂解炉进料端二氯乙烷的温度,从而减少系统中蒸汽消耗和循环水的使用量,以减少生产成本。
图1 浮头换热器1 浮头式换热器设计计算1.1 工艺计算换热器的工艺计算有三种计算模式,即设计、模拟和校核计算。
常用的是设计与校核计算模式;设计计算的目的是根据给定的工艺参数选择换热器类型并计算热负荷,确定换热面积和部分换热器结构尺寸;校核计算的目的是对已有的换热器,校核它是否满足预定的换热要求,这是属于换热器的性能计算问题。
我们选择设计计算模式对浮头式换热器进行工艺计算,工艺参数详见表1。
表1 工艺参数壳程管程介质二氯乙烷二氯乙烷介质特性中毒危害、易爆中毒危害、易爆流量/(kg/ h)102995.6116006进/出口温度/℃9759.314077进口压力/MPa 0.892.12换热面积/㎡306进出口接管/mmDN150DN150DN150DN150程数22设备的结构数据如下:换热器型式BFS,材质为碳钢,换热器直径1000mm,换热管选用φ19×2。
浮头换热器结构设计要点要点
浮头换热器结构设计常用要点汇总(根据标准和手册综合整理)(碳钢、卧式、内导流)2011-11-11目录一、换热管————————————————————————————3二、筒体、隔板————————————————————————————3三、法兰——————————————————————————————3四、缠绕垫片————————————————————————————3五、双头螺柱/带肩双头螺柱/支耳————————————————————4六、管板结构————————————————————————————5七、钩圈与浮动管板——————————————————————————8八、折流板与支持板——————————————————————————9九、拉杆——————————————————————————————10十、滑道———————————————————————————————10 十一、内导流筒与防冲板———————————————————————11 十二、防短路结构—————————————————————————12 十三、排液(排气)口—————————————————————————13 十四、吊耳与顶丝——————————————————————————14附件1: Ⅰ级管束的管板管孔/折流板管孔—————————————————15 附件2 球面封头半径SR尺寸—————————————————————15 附件3 隔板槽处管孔中心距—————————————————————15 附件4 关于螺纹的一般要求—————————————————————15 附件5 关于技术要求—————————————————————15 附件6 分程隔板密封面加工——————————————————————16一、换热管(冷拔管)1.常用规格(PN≤6.4MPa):φ25x2.5 φ19x2 ;常用材料:10#、20#外径偏差:±0.3(GB/T8163-2008)------仅为Ⅱ级管束(±0.2为Ⅰ级)普通级:±0.2 高级:±0.15 (GB9948-2006)----均为Ⅰ级管束可见,GB9948中普通级已达到GB151中高精度要求2.长度L:3、4.5、5、6、7.5、9、12m3.管心距:规格φ25x2.5 φ19x2管心距32 25分程隔板处44 (转角正方形取32x2-1/2=45.25)384.换热管数据:规格质量Kg/m 外表面积m2/m 内表面积m2/m 内截面积cm2φ25x2.5 1.390 0.0785 0.0628 3.142φ19x2 0.838 0.0597 0.0471 1.7675.换热管伸出管板最小长度(强度焊):规格φ25x2.5 φ19x2长度 2 1.5二、筒体、分程隔板1.筒体规格:1)无缝钢管制筒体:DN300(φ324)2)钢板制筒体:DN400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800。
浅析法兰的合理设计
浅析法兰的合理设计摘要本文提出法兰设计的原理及过程,然后对每一个过程进行剖析,从垫片的设计、螺栓的设计到法兰的合理设计,是逐步有序地进行的,从问题的提出,到最后对法兰的合理设计提出总结性的看法。
关键词法兰设计法兰尺寸螺栓垫片一、前言法兰的设计、分析方法不下十余种,但就其所依据的理论基础概括地可以分为如下三类:1.基于材料力学的简单方法。
例如巴赫法和苏联的TY8100法。
2.以弹性分析为基础的方法。
例如铁摩辛柯法、华特氏(Waters)法、默瑞—斯屈特法、龟田法。
3.以塑性分析为基础的方法。
例如德国的DIN2505 方法、AD规范方法、英国的BS1500-58法及苏联的PTM42-62法。
我国制定的GB150-2011,其法兰设计采用的就是华特氏(Waters)法。
华特氏法的影响因素较多,且随意性较大,不同的设计结果就其法兰重量来说就可以相差数倍,因此,法兰的合理设计是具有十分重要的意义的。
法兰的设计包括垫片设计、螺栓设计和法兰设计三部分,并且是依次进行的。
其中任何一步的设计失利都会直接影响以后步骤的进行,导致设计中的连续失利,而使得设计结果很不合理,造成整个法兰联接结构尺寸极不紧凑、重量大、耗材多等结果,使得制造成本大大提高,造成不必要的浪费。
法兰的合理设计必须从垫片的设计开始。
二、垫片设计垫片设计是整个法兰联接设计的基础。
垫片材料的选用以及垫片内径和宽度的选用都对法兰联接设计的结果有很大的影响。
1.垫片设计的第一个概念就是垫片的比压。
垫片的比压就是为了形成预密封条件而必须施加在垫片单位面积上的最小压紧力,常用符号y表示。
不同强度的垫片,为了达到预密封的条件所需要的压紧力是不同的,强度愈高、硬度愈大,则其y值也就越高。
不同材料的垫片其y值可参见《钢制压力容器GB150-2011》中表7-2。
垫片的有效压紧面积S=3.14DGb, 而单位面积所需要的最小压紧力为y,所以整个垫片的预压紧力Fa便可得出:Fa=3.14 DGby (式7-1)式中:Fa—预紧状态下所需要的最小垫片压紧力;(N)DG—垫片压紧力作用中心圆直径;(mm)b—垫片有效密封宽度;(mm)y—垫片比压力。
GB151浮头换热器相关尺寸及参数计算
输入数据:换热器内径Di (mm)1100900规定值:垫片最小宽度bn min (mm)1313输入数据:实际垫片宽度 bn (mm)1613 bmin (mm)44
b1 (mm)55
b2=bn+1.5 (mm)17.514.5
外头盖内直径D=Di+100(mm)12001000
浮头法兰和钩圈内直径Dfi =Di-
2*(b1+bn) -2 (mm)1056862
浮头法兰和钩圈外直径Dfo=Di+80
(mm)1180980
浮动管板外直径Do =Di-2*b1 (mm)1090890
浮动管板密封面内径D'=Dfi-3
(mm)1053859
垫片外径Dgo =Do (mm)1090890
垫片内径Dgi =Do-2*bn (mm)1058864
浮头法兰密封面直径=Do+3 (mm)1093893
输入数据:最外层换热管中心所在圆直径 Dt (mm)950825.2输入数据:换热管外径d (mm)1925最外层换热管外壁至浮头管板密封面内
径的距离b=D'/2- Dt/2-d/2(mm)42 4.4
b与bmin 比较b>=bmin,
Ok b>=bmin, Ok
两法兰密封面间的距离 H=5760.00mm 计算C值
输入参数管板厚度 δ=145.00mm 垫片厚度 δ1= 4.50mm
管板凸台深度 δ2= 4.00mm
两管板外侧间距 L=5994.00mm
C=L-(δ+30-1.5)-{δ-(δ2-δ1)}-H=
-85.00mm
计算所得数
据B型钩圈式浮头尺寸核算
计算所得数
据。
浮头式换热器(过程设备设计课程设计说明书)
目录设计题目及工艺参数---------------------------------------------------1一、换热器的分类及特点---------------------------------------------------2二、结构设计-------------------------------------------------------------51、管径及管长的选择---------------------------------------------------52、初步确定换热管的根数n和管子排列方式-------------------------------53、筒体内径确定-------------------------------------------------------54、浮头管板及钩圈法兰结构设计-----------------------------------------65、管箱法兰、管箱侧壳体法兰和管法兰设计-------------------------------76、外头盖法兰、外头盖侧法兰设计---------------------------------------77、外头盖结构设计-----------------------------------------------------88、接管的选择--------------------------------------------------------------------------------------89、管箱结构设计-------------------------------------------------------810、管箱结构设计------------------------------------------------------811、垫片选择----------------------------------------------------------912、折流板------------------------------------------------------------------------------------------913、支座选取----------------------------------------------------------1014、拉杆的选择--------------------------------------------------------1315、接管高度(伸出长度)确定------------------------------------------1316、防冲板------------------------------------------------------------1317、设备总长的确定----------------------------------------------------1318、浮头法兰---------------------------------------------------------------------------------------1419、浮头管板及钩圈----------------------------------------------------14三、强度计算--------------------------------------------------------------141、筒体壁厚的计算-----------------------------------------------------142、外头盖短节,封头厚度计算-------------------------------------------153、管箱短节、封头厚度计算 --------------------------------------------164、管箱短节开孔补强的核校 --------------------------------------------165、壳体压力试验的应力校核---------------------------------------------166、壳体接管开孔补强校核-----------------------------------------------177、固定管板计算-------------------------------------------------------188、无折边球封头计算 --------------------------------------------------199、管子拉脱力计算-----------------------------------------------------20四、设计汇总-----------------------------------------------------21五、设计体会--------------------------------------------------------------21参考文献--------------------------------------------------------------22设计题目:浮头式换热器工艺参数:管口表:符号公称直径(mm)管口名称a 130 变换气进口b 130 软水出口c 130 变换气出口d 130 软水进口e 50 排尽口设备选择原理及原因:浮头式换热器的结构较复杂,金属材料耗量较大,浮头端出现内泄露不易检查出来,由于管束与壳体间隙较大,影响传热效果。
浮头法兰的合理设计
在 $ $ 作用时, 作用于法兰上的力 " $ "$ &, ( 对 法兰产生的力矩方向是顺时针的, 为了减小法兰 所受力矩, 也应将 " $ ! 作用位置设于法兰形心之上 方, 此 力 产 生 的 力 矩 "$ 可与 ! # ! 方 向 为 逆 时 针, 从而减小法兰所 "$ "$ &, ( 产生的力矩抵消一部分, 万方数据
— —法兰力矩计算力臂 (见图 () , " !— )); — —法兰操作力矩, ・ # *— + )); — — ! ! 对法兰环形心产生的力矩, ・ # !— + ));
$ — — —由管程压力 $ $ 作用引起的 ! #, !# +; $ !# " ,-./0 % 1 2 $$ $ — — —管程压力 $ $ 作用下的 ! 3, !3 +; $ !3 "1 !% 3 &’$ $ $ — — —管程压力 $ $ 作用下的 ! 4, !4 +; $ 1 ( %1 !4 " ,-./0 $$ 3 ’ %2 )
# # # 作用于法兰上的力 " & , , 在 $ # 作用下, "’ "( 对法兰产生的力矩方向是逆时针的。为了减小法
受的净力矩, 如图 + 所示。否则也会因两部分力 矩相叠加, 导致法兰力矩大增, 对设计不利。 需要明确的是: 在 $(正压) 作用时, 作用于 #
# # # , , 产生的 法兰上的两个方向的力矩, 由 "& "’ "(
— — $ $ 作用下的法兰操作力矩, ・ # $6— + ));
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浮头式换热器设计说明书
1 绪论1.1 换热设备在工业中的应用在炼油、化工生产中,绝大多数的工艺过程都有加热、冷却和冷凝的过程,这些过程总称为换热过程。
传热过程的进行需要一定的设备来完成,这些使传热过程得以实现的设备就称之为换热设备。
据统计,在炼油厂中换热设备的投资占全部工艺设备总投资的35%~40%,因为绝大部分的化学反应或传质传热过程都与热量的变化密切相关,如反应过程中:有的要放热、有的要吸热、要维持反应的连续进行,就必须排除多余的热量或补充所需的热量。
工艺过程中某些废热或余热也需要加以回收利用,以降低成本。
综上所述,换热设备是炼油、化工生产中不可缺少的重要设备。
换热设备在动力、原子能、冶金及食品等其他工业部门也有着广泛的应用。
1.2 换热设备的分类1.2.1按作用原理或传热方式可分为:直接接触式、蓄热式、间壁式。
1.2.1.1直接接触式换热器,如下图所示热流体图1.1其传热的效果好,但不能用于发生反应或有影响的流体之间。
蓄热式换热器,如下图所示图1.2其适用于温度较高的场合,但有交叉污染,温度被动大。
1.2.1.3 间壁式换热器,又称表面式换热器利用间壁进行热交换。
冷热两种流体隔开,互不接触,热量由热流体通过间壁传递给冷流体。
1.2.2 按其工艺用途可分为:冷却器(cooler)、冷凝器(condenser)、加热器(一般不发生相变)(heater)、蒸发器(发生相变)(evaporator)、再沸器(reboiler)、废热锅炉(waste heat boiler)。
1.2.3 按材料分类:分为金属材料和非金属材料换热器。
1.3 国内外的研究现状上个世纪70年代初发生世界性能源危机,有力地促进了传热强化技术的发展。
为了节能降耗,提高工业生产的经济效益,要求开发适用不同工业过程要求的高效能换热设备。
因此,几十年来,高效换热器的开发与研究始终是人们关注的课题,国内外先后推出了一系列新型高效换热器。
近年来,国内已经进行了大量的强化传热技术的研究,但在新型高效换热器的开发方面与国外差距仍然较大,并且新型高效换热器的实际推广和应用仍非常有限。
浮头式换热器设计
第1章浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种,它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死,另一端可相对壳体滑移,称为浮头。
浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束,因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力,另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便,易清洗,在化工工业中应用非常广泛。
本文对浮头式换热器进行了整体的设计,按照设计要求,在结构的选取上,即壳侧两程,管侧四程。
首先,通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构,然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计,设计的前半部分是工艺计算部分,主要设根据设计传热系数、压强校核、壳程压降、管程压降的计算;设计的后半部分则是关于结构和强度的设计。
主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件(如壳体、折流板、管箱固定管板、分程隔板、拉杆、进出口管、浮头箱、浮头、支座、法兰、补强圈)的设计。
换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。
随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重,世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。
换热器因而面临着新的挑战。
换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用,有时甚至是决定性的作用。
目前在发达的工业国家热回收率已达96%。
换热设备在现代装置中约占设备总重30%左右,其中管壳式换热器仍然占绝对的优势,约70%。
其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备。
其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。
在继续提高设备热效率的同时,促进换热设备的结构紧凑性,产品系列化、标准化和专业化,并朝大型化的方向发展。
浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种。
换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。
换热管可为普通光管,也可为带翅片的翅片管,翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等,材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。
浮头式换热器设计说明书
浮头式换热器设计说明书摘要本设计说明书是关于浮头式换热器的设计,主要是进行了换热器的工艺计算、换热器的结构和强度设计。
设计的前半部分是工艺计算部分,主要是根据给定的设计条件估算换热面积,从而进行换热器的选型,校核传热系数,计算出实际的换热面积,最后进行压力降和壁温的计算。
设计的后半部分则是关于结构和强度的设计,主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件(如接管、折流板、定距管、钩圈、管箱等)的设计,包括:材料的选择、具体尺寸确定、确定具体位置、管板厚度的计算、浮头盖和浮头法兰厚度的计算、开孔补强计算等。
关于浮头式换热器设计的各个环节,设计说明书中都有详细的说明。
浮头式换热器:其结构如图2所示。
管子一端固定在一块固定管板上,管板夹持在壳体法兰与管箱法兰之间,用螺栓连接;管子另一端固定在浮头管板上,浮头管板夹持在用螺柱连接的浮头盖与钩圈之间,形成可在壳体内自由移动的浮头,故当管束与壳体受热伸长时,两者互不牵制,因而不会产生温差应力。
浮头部分是由浮头管板,钩圈与浮头端盖组成的可拆联接,因此可以容易抽出管束,故管内管外都能进行清洗,也便于检修。
由上述特点可知,浮头式换热器多用于温度波动和温差大的场合,尽管与固定管板式换热器相比其结构更复杂、造价更高。
1.1设计任务根据给定的工艺设计条件,此设计为无相变热、冷流体间换热的浮头式换热器设计任务。
1.2总体设计①确定结构形式。
由于介质换热温差较大,因此选用浮头式换热器。
②合理安排流程。
安排冷的污水走壳程,处理过的热清水走管程。
1.3热工计算①原始数据○2定性温度与物性参数○3物料与热量恒算○4有效平均温差○5初算传热面积○6换热器结构设计○7管程传热与压降○8壳程传热与压降结构设计与强度设计1)换热流程设计:采用壳程为单程、管程为单程的结构型式.2)换热管及其排列方式:采用的无缝钢管,材料为2520钢,热管排列方式为三角形排列,如图所示,共101根。
另外6根拉杆,共排列107根。
浮头式换热器设计说明书
武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计(论文)说明书论文题目 BES-900-1.0-165-4.5/25-2Ⅱ浮头式换热器设计学号 1002050314学生姓名刘成专业班级 10过程装备与控制工程03班指导教师刘丽芳总评成绩2014年 6 月 1 日摘要 (2)Abstract (3)绪论 (4)一换热器的简单介绍 (4)二换热器的应用 (4)三管壳式换热器的分类及其特点 (4)四换热器在化学工业中的应用 (5)五换热器的选型 (7)第一章结构及强度计算 (8)1.1筒体的计算 (8)1.2管箱的结构设计 (9)1.3 浮头盖的设计 (14)1.4管板的计算 (27)1.5外头盖的计算 (32)1.6开孔补强计算 (33)1.7其他零部件设计 (36)第二章浮头式换热器的制造工艺 (41)2.1 总体制造工艺 (41)2.2 管箱、壳体、头盖的制造工艺 (41)2.3 换热管的制造工艺 (41)2.4 管板与折流板的制造工艺 (41)第三章浮头式换热器的检验、安装、使用和维修 (43)3.1换热管的水压试验 (43)3.2安装 (43)3.3使用 (44)3.4维护 (44)设计总结 (45)致谢 (46)参考文献 (47)附录 (48)换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备,又称热交换器。
换热器的应用广泛,它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度,同时也是提高能源利用率的主要设备之一。
换热器既可是一种单独的设备,如加热器、冷却器和凝汽器等;也可是某一工艺设备的组成部分,如氨合成塔内的热交换器。
本设计说明书是关于浮头式换热器的设计,主要是进行了换热器的结构和强度设计。
这部分主要是根据设计课题和课题给定条件进行设备内各零部件(如管箱、浮头钩圈、管板、接管、折流板、隔板、定距管等)的设计,包括:材料的选择、具体尺寸确定、确定具体位置、管板厚度的计算、浮头盖和浮头法兰厚度的计算、开孔补强计算等。
对浮头法兰厚度设计计算的一些看法
对浮头法兰厚度设计计算的一些看法第一篇:对浮头法兰厚度设计计算的一些看法对浮头法兰厚度设计计算的一些看法【关键词】换热器【摘要】对浮头法兰厚度设计计算的一些看法近年来,随着GB150---1998《钢制压力容器》和GB151-1999《管壳式换热器》等标准的不断修改,使得国标换热器(浮头式换热器、冷凝器、u形管式换热器)和洛阳石油化工工程公司(LPEC)的标准换热器(浮头式折流杆换热器、冷凝器,T形翅片管重沸器,浮头式双弓形及三弓形折流板换热器)中各个部件的计算方法也要做相应修改。
2OOO年根据“全国容委会”和“换热器分会”的计划,要求LPEC负责对国标换热器JB/T47l4_-92和JB/T4717—92中浮头盖部分的各个参数进行修订,且要求全部出计算书。
由于标准中公式的修改,该部件的计算程序也要相应修改,为此作者按GB151-1999中的要求编制了浮头盖部分的计算软件,但在对标准换热器浮头法兰系列重新进行校核计算过程中,发现压力较高、直径较大的换热器在用受外压计算浮头法兰厚度时,计算所需厚度很大,计算结果很不理想。
而浮头法兰厚度计算结果对换热器节约材料,减少加工难度,降低成本,确保使用安全,都具有重要意义。
困此,针对计算时出现的情况,简要阐述计算时应注意的问题。
l 几个问题的考虑一般情况下,在计算浮头法兰厚度时,首先必须假设法兰厚度δf,无折边球形封头装入深度h,然后进行计算,要取得法兰的合理计算厚度必须反复试算,直至取得的假设厚度与实际计算厚度相接近。
浮头法兰的厚度取决于强度和结构两个方面,强度包括法兰在管程压力和壳程压力单独作用下的厚度计算,并应分别考虑预紧和操作两种情况;结构方面受球冠形封头焊入法兰深度的影响很大。
1.1 压力对厚度的影响浮头法兰的厚度取决于管程压力和壳程压力单独作用时预紧及操作两种状态的强度要求。
(1)管程压力(Pt)作用时在Pt作用下(法兰受力状况见图1),按照GB151~1991中规定的公式,分别计算出预紧螺栓时的力矩和操作情况下法兰的总力矩,从而计算出在管程压力作用下预紧时法兰的计算厚度和操作时法兰的计算厚度,取其大者作为浮头法兰的厚度。
浮头法兰的设计
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浮头法兰的设计
中国石化工程建设公司
摘
桑如苞
浮头法兰设计计算程序
浮头法兰设计计算一、a值计算主要参数的意义:1.Pt-换热器管程设计压力2.5Mpa2.Ps-换热器壳程设计压力 1.5MPa3.Di-法兰内直径755mm4.Ri-封头球面内半径700mm5.[δ]f t 法兰材料在设计温度下的许用应力135Mpa6.D-法兰外直径880mm7.δn-封头名义厚度15mm8.β1=0.5335690.562814753 弧度 计算过程:Fst=-6.5935101Frt=1773202.98Bt=227.554525Frs=1063921.79Bs=136.532715B=27.6095155a=762.285344二、b值计算主要参数的意义:1.Db-螺栓中心圆直径840mm2.DG-垫片压紧力作用中心圆直径773mm3.b-垫片有效密封宽度17.5mm4.m-垫片系数 2.5计算过程:LD=42.5LG=33.5LT=38At=8648.23184Ft=16.4837753Ct=8919.94669As=793.921256Fs=9.89026519Cs=-696.10391φ=-9572.5762Φ=725.908964b=-40220.522三、c值计算c=Φ2-Cs=527639.929δf-浮头法兰计算厚度40mm 结论:(一):当管程设计压力大于壳程设计压力时Lr=28.3319218mm那么L=-17.1997214mm (二)当管程设计压力小于壳程设计压力时Lr=24.4311578mm 那么L=-13.2989574mm (三)当管程设计压力等于壳程设计压力时Lr=34.578354mm。
大直径中压钩圈式浮头法兰的设计
大直径中压钩圈式浮头法兰的设计陆嘉懿【摘要】简述了在中压设计工况下,大直径钩圈式浮头换热器的浮头法兰设计要点,主要包括:计算需考虑腐蚀前后两种状态;钩圈和浮头垫片的选型;超设计标准适用范围时结构参数b、b1、bn数值的确定;浮头法兰双头螺柱规格及数量的确定等,着重介绍了运用SW6计算程序试算并通过方案比对来辅助确定l(球冠形封头焊入浮头法兰深度)的合理取值,从而完成浮头法兰外径和厚度的优化设计.为今后类似设计提供借鉴.%The key points in the design of large diameter flange attached with hook ring type floating head under medium pressure condition was introduced in this article, including calculated conditions with corroded and non-corroded pressure parts, the selection of hook ring and floating head gasket, the determination of structural parameters b, b1, bnin case of beyond applicable scope of the standard, and the determination of the size and the number of the stud bolts. It was also introduced to use SW6 software and then to compare the results for obtaining appropriate value of l (the welding depth of floating heat to flange), with which the optimum design was fulfilled. What presented herein may be referenced in similar designs later.【期刊名称】《化工设备与管道》【年(卷),期】2017(054)004【总页数】4页(P10-13)【关键词】钩圈;浮头法兰;大直径;中压;换热器【作者】陆嘉懿【作者单位】上海寰球工程有限公司,上海 200032【正文语种】中文【中图分类】TQ050.2;TH122随着我国科技与工业的飞速发展,化工和石化产品的生产装置在不断大型化,如乙烯装置已由原来的几万吨、几十万吨发展到目前的上百万吨规模。
浮头换热器浮头法兰浮头结构
浮头式换热器浮动端的结构——钩圈式浮头浮头换热器的浮头部分结构设计,除需考虑管柬能在设备内部自由伸缩,及检修、安裴、清洗方便外,还应保证浮头端盖的密封。
而钩圈对保证浮头端的密封、防止管壳间介质的串漏起重要的作用。
一、钩圈式浮头的结构及尺寸:5.7.1钩圈式浮头的结构及尺寸钩圈式浮头的详细结构见图5.7盖侧法兰一1。
外头盖法兰 B型钩圈浮头盖法兰图5. 7-1(或者GB151第82页图50)图5. 7-1中结构尺寸及符号说明如下:a-根据管束和壳体的伸缩量来确定;及、b2、bn -按5.3.3的规定; (GB151第25页)C-安装及拧紧浮头螺母所需空间尺寸,应考虑在各种情况下的热膨胀量,宜不小于60mm;Dfi——浮头法兰和钩圈的内直径,dfo=Di-2 (b1+ bn),mm:Dfo——浮头法兰和钩圈的外直径,Dfo=Di+80,mm;Di——换热器圆筒内直径,mm:D L——布管限定圆直径,按5.5.3确定,mm:(GB151第25页)D-外头盖内直径,~Di+100,mm:Do——浮动管板外直径,Do=Di-2b1,mm。
图5.7.2钩圈:钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要的作用。
随着浮头换热器的设计、制造技术的发展、以及长期以来使用经验的积累,钩圈的结构形式也得到了不断的改进和完善。
钩圈一般都是对开式结构,要求密封可靠,结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。
二、钩圈分类:5.7.2.1 A型钩圈和B型钩圈,GB151给出了两种型式的钩圈,即A型钩圈和B型钩圈。
见图5.7-2a、b。
A型钩圈在上世纪70年代及以前采用较多,由于A型钩圈的底部距浮动管板较远,使得浮头端壳程介质的死角增大,减少管束的有效传热面积。
且A型钩圈的厚度比B型钩圈厚一上紧双头螺柱也比B型长,稳定性差。
B型钩圈为国外引进型式,其特点是浮头管板和钩圈的斜槽采用不同倾角,浮头管板斜角采用18。
,外圈斜角2×45。
重叠式浮头换热器设计
重叠式浮头换热器设计[摘要]本文主要讨论了如何正确地计算和分析重叠式浮头换热器的浮头部件的尺寸和特性。
特别强调的是,浮头法兰、浮动管板和双鞍座的尺寸都需要进行精确的计算。
此外,这篇文章还总结和提炼出有助于读者更好地掌握这些技能的有效信息。
[关键词]换热器;浮头;重叠式;设计浮头式换热器的管束可以从壳体内抽出,固定管板由管箱法兰及壳体法兰之间用螺柱螺母紧固件连接,另一端浮动管板可在壳体内自由伸缩。
浮头部分由浮动管板、钩圈和浮头盖组成,结构可拆,适用于管壳程之间温差较大或壳程物料易结垢的场合。
浮头换热器的浮头部分结构,可按GB/T151-2014换热器标准设计为A型或B型,除要考虑管束能在壳体内自由伸缩外,还需要考虑到浮头部分的安装、检修和清洗的方便。
处于壳程介质内的浮动密封面操作时容易发生泄漏,较难采取堵漏措施,所以就要求在设计制造浮头盖时严格控制密封要求。
本文简单归纳了浮头盖设计重要尺寸的确定以及重叠浮头式换热器鞍座简要计算方法及重叠换热器制造要点,利用SW6计算软件对支座和壳体进行强度计算和稳定性校核。
1浮头法兰尺寸的确定图11.1浮头法兰的内外径及垫片宽度根据GB/T151-2014标准6.9.1的规定,浮头法兰的内外径和垫片宽度应当由De-浮动管板外径和De=Di-2b1式中的b1来决定,具体参数可参照GB/T151表1;表1在Dfo-浮头法兰的设计中,其外部尺寸为Di+80mm;而在Dfi-浮头法兰与钩圈的设计中,其内部尺寸为Dfi=Di-2(b1+b2)+3=Di-2(b1+bn),其值可以通过公式计算得出。
在进行换热器的安装时,bn-作为垫板的宽度,应参考表1中的数字,以获得最佳的性能。
此外,还应参考GB/T29463-2012管壳式热交换器用垫片,以及GB/T19066.1-2008柔性石墨金属波齿复合垫片,以便更好地满足换热器的安装要求。
一旦bn被确认,换热器的内外径也就随之得到了确定。
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且应用于工程。
本设计方法克服了现行 4:; 所存在的问题, 且较国 外同类设计具有优越性。 7 浮头法兰设计现状
浮头法兰主要在法兰厚度的设计上存在困难。 浮头法兰的厚度受控于强度和结构两个方面。强度 方面包括法兰在管程压力和壳程压力单独作用下的 厚度计算, 并应分别考虑预紧和操作两种情况。其 中较复杂的是球冠形封头与法兰连接位置的确定, 万方数据
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浮头法兰的设计
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" " " 、 、 产生的力矩 兰上的两个方向的力矩, 由 #& #’ #(
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需经受管程压力 ( !# ) 和壳程压力 ( !" ) 两种工况, 所 以软件中分别以两种工况进行计算, 而后取其大值, 作为最终设计结果。然而这种作法存在问题。即当 按某工况的 “大值” 确定的法兰厚度回代到另一工况 进行校核计算, 可出现强度尚不能满足要求的情况。 其原因是随着法兰厚度的加大, 当封头焊入法兰的 深度 ( -) 保持不变时, 由于封头水平力 ., 对法兰形 心的作用力臂 +, 也随之增大, 故使 .,+, 增加, 导致 法兰力矩 /’ 增大使法兰的计算厚度需进一步加
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第 %2 卷第 = 期 — —换热器壳程设计压力, !" — !"#; — —换热器管程设计压力, !# — !"#; — —封头内半径, $% — $$; — —浮头头法兰强度计算厚度, $$; !&’ —
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( 1( $ ! N !" ) 0( K ( [ ( "] .! " ! ( !" ) — —法兰力矩计算力臂, 见图 &。 2! 、 2) 、 2/ 、 2, — GG;
— —封头焊入法兰的深度, 见图 -。 3— GG; — —法兰操作力矩, ・ 1$ — 0 GG; — — ’& 作用下的法兰操作力矩, ・ 1& 0 GG; $—
[9] 大。因此现行 4:; 软件在浮头法兰的设计上存在
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前言
浮头式换热器的浮头法兰设计是压力容器设计 中一项长期存在困扰的工作。01%.%—%222 《 管壳式 换热器》 中的浮头法兰计算方法源自美国 34!5 [7] 对该计算方法的分析见文献 [8] 。文献 [%、 !6% , 仅给出了此种法兰的强度计算方法, 因该种法兰 7] 的特殊性, 其设计采用叠代试算法, 不仅设计过程较 为麻烦, 而且设计结果往往不易达到经济合理的要 求。特别是因其受两种压力 (管程压力和壳程压力) 的作用, 必须兼顾多种工况下的受力并同时满足相 应结构设计的要求, 为此使设计工作复杂化。 我国目前通用的压力容器软件 4:; 在此存在 一些的问题。因此浮头法兰的设计存在的问题, 不 仅国内如此, 国外也在探索。 为此文献 [<、 进行了讨论, 无疑对提高浮头法 .] 兰设计的技术水平作出有益的贡献, 但未能切中浮 头法兰合理设计的关键即最佳 +, 的确定。本文对 该种法兰的合理设计原理进行分析, 并提出相应设 计方法。该法已编制成计算软件
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[;] [9] [%]
不安全的隐患, 并且由于固定封头埋入法兰的深度, 可导致浮头法兰设计结果极不合理, 甚至不能得到 设计结果。 浮头法兰的合理设计与法兰所受力矩的大小密 切相关, 其中 +, 起着重要的作用, 对法兰操作力矩 (无论 !" 或 !# 工况) 具有很大的影响 8 浮头法兰的合理设计原理
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设
计
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浮头法兰的设计
中国石化工程建设公司
摘
桑如苞
林上富
针对浮头式换热器的浮头法兰设计存在的问题, 对该种法兰的合理设计原理进行了分析并 要:
提出合理设计方法, 从而使浮头法兰的设计趋于安全、 经济和合理。 浮头法兰; 合理设计 关键词:
中图分类号: !"#$# 文献标识码: % 文章编号: (-’’-) &’’& ( )*+, ’* ( ’’&- ( ’$
图" !) 作用时的法兰受力图
#) #) #) $% $ 力矩方向为逆时针; &、 ( 的力矩方向是顺时针。
符号说明 — —法兰外直径, !— GG; — —法兰内直径, !" — GG; — —作用在法兰环内径圆截面上由压力引起的轴向 #! — 分力, 0; #! K ’L,*M !" $% ; — —由壳程压力 #& !— #& ! K ’& 作用引起的 #! , 0; $& ; ’L,*M !"
— —操作状态下, 由压力在环面积上产生的轴向分 #/ —
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" " " 法兰在 !" 作用下, 法兰上的 #& 、 、 对法兰 #’ #( 产生的力矩方向是逆时针的。为了减小法兰所受力
[9] 新版 (2= 版) 软件, 进行了改造, 可免于死 4:; [<] 循环的发生, 设计出一定的结果 。因为浮头法兰
" — —浮头法兰在 !" 作用下的强度计算厚度, $$; !&’ — # — —浮头法兰在 !# 作用下的强度计算厚度, $$; !&’ —
— —浮头法兰由焊接结构要求的最小厚度, $$; !&结 — — —浮头 法 兰 由 程 间 流 通 面 积 要 求 的 最 小 厚 度, !&流 — $$; — —封头名义厚度, $$; !( — — —封头边缘处球壳中面切线与法兰环的夹角, () ) ; "% — ,-. *% "% & #’()*+ $% / ,-. !( # [ — —法兰材料在设计温度下的许用应力, !"#。 #] &—