浮头式换热器(过程设备设计课程设计说明书)参考word

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-------------------------------------------------------------5
1、管径及管长的选择---------------------------------------------------5
2、初步确定换热管的根数n和管子排列方式-------------------------------5
3、筒体内径确定-------------------------------------------------------5
4、浮头管板及钩圈法兰结构设计-----------------------------------------6
5、管箱法兰、管箱侧壳体法兰和管法兰设计-------------------------------7
6、外头盖法兰、外头盖侧法兰设计---------------------------------------7
7、外头盖结构设计-----------------------------------------------------8
8、接管的选择--------------------------------------------------------------------------------------8
9、管箱结构设计-------------------------------------------------------8
10、管箱结构设计------------------------------------------------------8
11、垫片选择----------------------------------------------------------9
12、折流板------------------------------------------------------------------------------------------9
13、支座选取----------------------------------------------------------10
14、拉杆的选择--------------------------------------------------------13
15、接管高度（伸出长度）确定------------------------------------------13
16、防冲板------------------------------------------------------------13
17、设备总长的确定----------------------------------------------------13
18、浮头法兰---------------------------------------------------------------------------------------14
19、浮头管板及钩圈----------------------------------------------------14
三、强度计算--------------------------------------------------------------14
1、筒体壁厚的计算-----------------------------------------------------14
2、外头盖短节，封头厚度计算-------------------------------------------15
3、管箱短节、封头厚度计算 --------------------------------------------16
4、管箱短节开孔补强的核校 --------------------------------------------16
5、壳体压力试验的应力校核---------------------------------------------16
6、壳体接管开孔补强校核-----------------------------------------------17
7、固定管板计算-------------------------------------------------------18
8、无折边球封头计算 --------------------------------------------------19
9、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。

该换热器的管束可以从壳体中抽出，便于清洗管间和管内，管束可以在壳体内自由伸缩，不会产生热应力。

浮头式换热器适用于较高的压力下工作，适用于壳体壁温于管壁温差较大或壳程流体易结垢的场合。

本设计的管程壁温和壳程壁温温差较大，工作压力属于中上，且管程内物料为重油，壳程内为轻汽油。

故本设计选择浮头式换热器。

一、换热器的分类及其特点
换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是各种工业部门最常见的通用热工设备，广泛应用于化工、能源、机械、交通、制冷、空调及航空航天等各个领域。

换热器不仅是保证某些工艺流程和条件而广泛使用的设备，也是开发利用工业二次能源，实现余热回收和节能的主要设备。

工业生产中使用的换热器型式很多，而且仍在不断发展。

按使用目的不同，换热器可分为加热器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。

由于使用的条件和工作的环境不同，换热器又有各种各样的型式和结构。

按传热原理和实现热交换的方法，换热器可分为间壁式、混合式和蓄热式3类，其中以间壁式换热器应用最为普遍。

间壁式换热器种类很多，如夹套式换热器、套管式换热器、蛇管式换热器、板式换热器、板翅式换热器和列管式换热器，列管式换热器又叫做管壳式换热器，是目前应用最广泛的一种换热器。

管壳式换热器的应用已有十分悠久的历史。

管壳式换热器是一种传统的标准换热设备，广泛应用于化工、石油、制冷、核能和动力等工业。

由于世界性的能源危机，工业生产中对换热器的需求量越来越多，对换热器的质量要求也越来越高。

在近代的许多化工过程中，如裂解、合成和聚合等，大都要求在高温高压下进行，有的压力高达250 MPa，温度则高达750℃，又腐蚀的情况下，实现换热更困难。

而管壳式结构具有选材范围广、换热表面清洗方便、适应性强、处理能力大、能承受高温和高压等特点。

一方面，伴随着现代化工厂生产规模的日益增大，换热设备也相应地向大型化方向发展，以降低动力消耗和余属消耗；另一方面，随着精细化工的迅速崛起，换热设备也有向小而精方向发展的趋势。

管壳式结构的换热器能满足这样的要求。

近几十年来，随着紧凑式换热器(板式、板翅式等)、热管式换热器和直接接触式换热器等的发展，管壳式换热器面临着挑战，在某些场合，管壳式换热器已被一些新型换热器所取代，但由于管壳式换热器具有高度的可靠性和广泛的适应性，它的产量至今仍占统治地位。

目前工业装置中管壳式换热器的用量占全部用量的70%。

管壳式换热器结构也有较大的改进和发展，从原来传统的弓形隔板加光滑管的结构，发展为其它类型的管间支撑物加强化管的结构，由于这些结构上的改进，使得管壳式换热器的传热与流体阻力性能有了明显的改善，加上本身固有的优点，如耐高温、耐高压、结构简单和清洗方便等，使得管壳式换热器在激烈的换热器竞争中得以生存和发展。

管壳式换热器主要包括固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式等结构。

根据介质的种类、压力、温度、污垢，以及管板与壳体的连接方式、换热管的形式与传热条件、造价和维修检查情况等，结合各种结构形式的特点选择、设计和制造各种管壳式换热器。

图1.1固定管板式换热器的典型结构
(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固定。

固定管板式换热器由管箱、壳体、管板和管子等零部件组成，如图1.1所示。

其结构简单紧凑，排管比较多，在相同换热器公称直径的情况下面积比较大，制造简单，但在最后一道壳体与管板的焊缝无法进行无损检测。

其优点是：
①相同公称直径下，传热面积比浮头式换热器大20%～30%；
②旁路泄露比较小；
③锻件使用比较少；
④没有内部泄露的存在。

缺点是：
①壳体和管子壁温差一般小于等于50℃，大于50℃时应在壳体上设置膨胀节；
②管板与管头之间容易产生温差应力而损坏；
③壳程无法进行机械清洗；
④管子腐蚀后造成连同壳体也报废，壳体部件寿命取决于管子寿命，因此设备寿命相
对比较低；
⑤不适用于壳程容易结垢的场合。

(2) 浮头式换热器
浮头式换热器的一端管板与壳体固定，一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管板对热膨胀是自由的，因此当两种介质温差较大时，管束与壳体之间不产生温差应力。

浮头端设计成可拆结构，使管束能容易地插入或抽出壳体，这样方便清洗和检修。

由于该换热器结构复杂，而且浮动端小盖在操作时无法得知其泄露情况，所以在安装时应特别注意其密封，如图1.2所示。

图1.2浮头式换热器
(3) U形管式换热器
该换热管两端是固定在同一块管板上的，结构简单，造价低。

管束可抽出，外壁便于清洗，但换热管清洗困难，所以介质必须是清洁且不结污垢的物料。

由于结构不紧凑的原因，影响传热效率，换热也不均匀。

一般用于高温高压的场合，壳程内一般按工艺要求设置折流板和纵向隔板，如图1.3所示。

图1.3 U形管式换热器的典型结构
(4) 填料函式换热器
填料函式换热器适用于壳程压力不高、较严重腐蚀的介质、温差较大且经常要更换管束的冷却器。

它具有浮头换热器的优点，又克服了固定管板式换热器的缺点，结构简单，制造方便，易清洗检修。

目前它使用在不宜直径过大，操作压力和温度不宜过高的场合，一般压力不超过2.0MPa。

在壳程内为易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，不宜采用该换热器。

如图1-4
图1.4 填料函式换热器的典型结构
二、结构设计
1、管径及管长的选择
选用GB816314φ⨯19x2、管长度L 为6米、管程数为2的较高级冷拔传热管（碳钢）。

2、初步确定换热管的根数n 和管子排列方式
a 、确定换热管根数n （根据公式3-12[1]）
A n dL =250(115%)
0.0196
803根
b 、管子排列方式
管间距确定（查表5-1[2]）
换热管中心距 t 为25mm ，分程隔板槽两侧相邻管中心距t 0为38mm ，采用正三角形排列，传热管排列是一个正六边形。

取拉杆数为10。

查表3-6[1] 管子总数为823根
管子实际总数还需根据作图排列后确定，暂按823根计算。

3、筒体内径确定
根据公式（3-20[1]） D i=1.05n
正三角形排列，管程为2时，=0.70.85，取=0.75
即 Di=1.0582325
8700.75
mm
圆整，取筒体内径为Di =900mm 。

如图2-1，实际排列的换热管数为2x （16+17+···+32）=816
图 2-1 固定管板换热管排列图
4、浮头管板及钩圈法兰结构设计
由于换热器内径已经确定，采用标准内径决定浮头管板外径及各结构尺寸（参照文献[4]及GB151）。

结构尺寸为：
浮头管板外径， D 0=Di-2b 1
b 1-------浮头管板外径与壳体内径间隙，取15b mm = 即 D 0=90025
890mm
垫片宽度， 按表4-16[1] 取13n b mm ；=
浮头管板密封面宽度，2 1.513 1.514.5n b b （mm ）；=+=+=
浮头法兰和钩圈的内直径，2fi i D D 1n （b +b ）==-900-2 (5+13) =864（mm ）；
浮头法兰和钩圈的外直径，080f i D D =+=900+80=980（mm ）； 外头盖内径，100i D D =+=900+100 =1000（mm ）； 螺栓中心圆直径，935b D 0f0890+980
（D +D ）/2=
2
==（mm ）
； 5、管箱法兰、管箱侧壳体法兰和管法兰设计
a 、管箱法兰，管箱侧壳体法兰
依工艺条件：管侧压力和壳侧压力中的高值，以及设计温度和公称直径900，管箱法兰和管箱侧壳体法兰按JB /T4703-2000表1长颈对焊法兰标准选取。

PN=1.10MPa 。

法兰尺寸见表2-1（查文献[5]）
对接圆筒最小厚度0
为12mm
b 、管法兰 （查文献[1]）
6、外头盖法兰、外头盖侧法兰设计
依工艺条件，壳侧压力、温度及公称直径DN =900mm ，按JB 4703-2000《长径对焊法兰》标准选取，并确定各部分尺寸，并画出结构草图。

（查文献[2] [5]）
图 2-2 外头盖法兰，侧法兰
7、外头盖结构设计
轴向尺寸由浮动管板，钩圈法兰及钩圈强度计算确定厚度后决定。

8、接管的选择
由工艺参数给定的接管公称直径为130mm、50mm。

查表附录七[1]
选取外直径1596，574的20号扎碳素无缝钢管。

9、管箱结构设计
选用B型封头管箱，因换热器直径较大，其管箱最小长度可不按流通面积计算，只考虑相邻焊缝间距离计算。

管箱法兰H=115mm，封头曲面高h
1=225mm，直边高h
2
=40mm、 C=80mmm、接管外直径
d
159mm、封头厚度为=12mm
故管箱长为Lg=115+80+225+40+80+159+12=711mm
圆整管箱长Lg=720mm
管箱内分程隔板由文献[1]采用与封头，管箱短节同等材料，取厚度为10mm，在处于水平位置的分程隔板上开设直径为6mm的排尽液孔（槽深6mm）。

10、管箱结构设计
依据所选的管箱法兰，管箱侧法兰的结构尺寸，确定固定端管板最大外径为D=965mm。

结构如图2-3
图 2-3 固定管板
11、垫片选择
根据管程、壳程操作条件，管箱垫片选择石棉橡胶垫片，外头盖垫片选缠绕式垫片，斧头垫片选金属包石垫片。

（文献[2]）
图 2-4 2管程浮头垫片及头盖垫片 2管程箱垫片
垫片名称浮头垫片
管箱垫片
头盖垫片
管箱侧垫片
外头盖垫片
PN(Mpa) 1.0 1.6 2.5 4.0 6.4 1.6
DN D d d
1W
A
W
B
D d d
1
D d d
1
900 892 864 860 215 226 965 925 921 1065 1025 1021
12、折流板
a、折流板初步计算
采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的20%，则切去的圆缺高度为
0.2900180
h mm 折流板间距B=(0.21)Di
取B=0.3900270mm
折流板N
B =
传热管长
折流板间距
-1=
6000
121
270
块
b、折流板布置：
折流板结构尺寸：外径1290012888
D DN mm
=-=-=，厚度取12mm，圆缺尺寸在排管上取。

图 2-5 管箱接管安装位置
壳体接管中心距管板内侧的距离[1]
L
2d
+h
f
+C=159+115+80=345mm,
取L
2
=360mm
前端折流板距固定管板距离至少为360+80=440mm，结构调整为460mm。

后端折流板距浮动管板的距离至少为 540mm。

折流板间距按B=270mm计算，
则需要折流板数量=（换热管长-两管板厚度-前后端折流板离管板距离）/270
=（6000-70-66-960）/27018块
所以实际所需折流板数为18块。

13、支座选取
（1）鞍式支座的选取及安装[5]
支座的选取按JB/T 4712.1-2007《鞍式支座》规定，选用BI重型（DN500-900）1200包角、焊制，四筋，带垫板鞍式支座，近固定管板处选F型，远管板处选S型。

对于JB/T4712鞍式支座，由设备重量，考虑到接管，法兰，加强圈等附件的质量以及风载荷和地震载荷等因素，其具体形式如图4-1，尺寸见表4-1
因接管较长，鞍座高度取h=300mm 。

表4-1鞍座尺寸 DN/mm 允许载荷Q/MPa h/mm 底板/mm 腹板/mm 筋板/mm
900
225
200
1
l
1
b
1δ 2δ 3
l
3
b
3δ
810 150 10
10
450 120 10
垫板/mm
螺栓
间距 弧长 4
b
4δ e 2l 1060 200
6
36
590
垫板的鞍座，其具体形式如图2-5：
图2-6
(2)卧式支座在换热器上的位置尺寸，如图2-7：
安装位置条件：
a 、 查文献1知：当L>3000mm ，()
B L =0.50.7L ,取 B L =0.7L=0.76000=4200mm ，
且'
C C L =L
b 、'C C L =L 必须满足壳程接管焊缝与支座地脚螺栓孔中心线至支座点半边远距离要求，
即 Lc
L 1+d/2+ba+C （ba=b1 /2）
式中，C=80mm ，ba 为地脚螺栓孔中心线至支座垫板边缘的距离,d 为接管直径 L 1=275mm, 则 Lc
510mm
圆整，取'C C L =L =900mm
图 2-7 浮头式换热器
14、拉杆的选择
a 、拉杆的形式
拉杆常用形式有两种：一种为拉杆和折流板焊接形式，一般用于换热管外径小于或等于14㎜的管束;另一种为拉杆定居管结构形式，用于换热管外径大于或等于19㎜的管束。

所以选择拉杆定居管结构形式。

b 、拉杆尺寸
拉杆数量为10根，dn=12mm ，La=15mm ，Lb
50mm ，管板上拉杆孔深Ld=18mm ，
c 、拉杆布置
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，再布管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆。

15、接管高度（伸出长度）确定
接管伸出壳体（或管箱壳体）外壁的长度，主要考虑法兰形式，焊接拆装，有无保温及保温厚度等因素决定。

查表4-12[1]，当PN 4.0Mpa时，DN=150时接管伸出长度为200mm，
DN=50时接管伸出长度为150mm。

16、防冲板
选用矩形防冲板，防冲板焊于壳体上，接管管径确定后，防冲板与壳体内壁的高度H
1
就确定，H
1
=（1/41/3）接管外径。

取H
1
=1/3159=53mm，
防冲板的直径或边长应大于接管外径50mm，
防冲板的最小厚度：当壳程进口接管直径小于300mm时，取=4.5mm
17、设备总长的确定
首先考虑换热管长为L
1
=6000mm，取外头盖短节为180mm，
外头盖封头为椭圆封头，曲边高h1为250mm，直边高h2为40mm，封头壁厚为12mm
管箱长Lg=720mm，外头盖长L
2
=180+250+40+12=602mm，圆整为610mm
设备总长 L=Lg+ L
1+ L
2
=720+6000+610=7330mm
18、浮头法兰
按GB—151—89相应规定。

因此法兰处于受压状态，取法兰厚度64mm。

19、浮头管板及钩圈
浮头式换热器浮头管板的厚度不是有强度决定的，按结构取40，勾圈采用B型，材料与浮头管板相同，设计厚度按浮头管板厚加16mm，定为56mm。

三、强度计算
1、 筒体壁厚的计算
此次设计中，根据壳体所用材料为16MnR ，当厚度在mm 16~6时[]170t
MPa ，壳
程设计压力为P=1.10Mpa ，焊缝采用双面对焊局部无损探伤，焊接接头系数为
=85.0。

[3]
取钢板厚度负偏差C 1=0.8mm ，腐蚀裕量2C =mm 2 。

C= C 1+2C =2.8mm
由轻油走壳程，此换热器壳内产生的静压力为：
3
110100.90.009 1.105%0.055P gh Mpa Mpa 其中，轻油密度小于水的密度，取水的密度计算， 显然P 小于设计压力的5%，故c P P = 根据以下厚度计算式：
式中， δ—计算厚度，mm ；
c P —计算压力，MPa ； φ—焊接接头系数； i D —壳体直径，mm ； t ][σ—材料许用应力，MPa ； 计算壁厚：
设计壁厚：
取名义厚度
12n
mm ，有效厚度
12 2.8
9.2e n
c mm
圆整，故取名义厚度n
=12mm 为筒体壁厚。

2、外头盖短节，封头厚度计算
外头盖内径=1000mm ，外头盖材料为16MnR ，屈服强度 s σ=345 MPa ，其余条件参数
同筒体，
短节计算壁厚 1.11000
3.282[]21700.85 1.1
c i t c
P D S
mm
P 2[]c i t
c
P D p 1.10900
3.442[]21700.85 1.13.44 2.8 6.2c i t
c d P D mm
p c mm
短节设计壁厚 2
3.822 5.82d
S S
C mm
短节名义壁厚1
5.82
0.8 6.62n
d
S S C mm 圆整圆整（圆整）
取 12n
S mm
有效厚度 12 2.8
9.2e
n
S S C
mm
压力试验应力校核
()
1.375(1000
9.2)
75.42229.2
T i e T
e
P D S Mpa S
75.42Mpa <0.90.93250.85
310.5s
Mpa
压力试验满足实验要求。

外头盖封头选用标准椭圆封头，（封头曲边高为250mm ，直边高为40mm ） 封头计算厚度 1.11000
3.812[]0.521700.850.5 1.1
c i
t c P D S mm P
封头名义厚度 3.81 2.8 6.61n
S S
C
mm 圆整
圆整（圆整）
取封头名义壁厚与短节等厚，n S =12mm
3、管箱短节、封头厚度计算
根据给定的工艺参数，管程材料为20号钢，设计压力 1.12a MP ，材料许用应力[]t =130a MP ，取焊缝系数
=0.85，腐蚀裕度C 2=2mm ，C 1=0.8mm 。

设计厚度 2
1.1210002
6.582[]21300.85 1.12
c i t c
P D S
C mm P
取名义厚度 n S =12mm 有效厚度 12 2.8
9.2e
n
S S C
mm
压力试验强度在这种情况下一定满足。

管箱封头取用厚度与短节相同，取n s =12mm 。

4、管箱短节开孔补强的核校
开孔补强采用等面积补强法，由工艺设计给定的接管公称直径130，选用 1596
无缝钢管，考虑实际情况选20号热轧碳素钢管 [
]t =130a MP ，C 2 =1mm 。

接管计算壁厚 0 1.12159
0.802[]21300.85 1.12c t
t c
P D S mm P 接管有效壁厚 6160.15
4.1et
nt
S S C
mm
开孔直径 2159262 2.35142.3d di C mm 接管有效补强宽度 B=2d=2142.3284.6285mm mm 接管外侧有效补强高度度 1142.3629.2nt
h dS mm
由于S=d δ=3.44mm, 需要补强面积 2142.3 3.44
489.5A
dS
mm
可以作为补强的面积为
21
()()
(284.6
42.3)(9.2 3.44)
819.65e
A B
d S S mm
212A h et t r （S -S ）f ==2×29.2×(4.1-0.8)×130/130 =192.7（2
mm ）
1A +2A =819.65+192.7=10122mm > A=489.52mm
该接管补强的强度足够，不需另设补强结构。

5、壳体压力试验的应力校核
压力试验类型：液压试验
试验压力值，由（GB150-98，式3-3）计算：
[]
1.25 1.25 1.11 1.375[]T
t
P P
Mpa
压力试验允许通过的应力水平[]T 由（GB150-98，）计算：
[]0.9
0.9325
248.7T
s
Mpa ，
所选材料的屈服应力s
=325Mpa
水压试验应力校核
() 1.375(9009.2)67.94229.2
T i e T
e P D S Mpa S <0.9
0.9325
248.7s
Mpa
压力强度满足要求。

6、壳体接管开孔补强校核
开孔补强采用等面积补强法，由工艺设计给定的接管公称直径130，选用φ1596无缝钢管，考虑实际情况选20号热轧碳素钢管 []t =130a MP ，C 2 =1mm 。

接管计算壁厚 0 1.1159
0.7872[]21300.85 1.1c t
t c
P D S mm P 接管有效壁厚 6160.15
4.1et nt
S S C
mm
开孔直径 2159262(160.15)150.8d
di
C
mm
接管有效补强宽度 B=2d=2150.8301.6302mm mm
接管外侧有效补强高度度 1150.6630.08nt
h dS mm
由于S=d δ=3.44mm, 需要补强面积 2150.8 3.44
518.75A
dS
mm
可以作为补强的面积为
21
()()
(301.6150.8)(9.2 3.44)
868.6e
A B
d S S mm
212A h et t r （S -S ）f ==2×30.08×(4.1-0.787)×130/170 =152.4（2
mm ）
1A +2A =868.6+152.4=10212mm > A=518.752mm
该接管补强的强度足够，不需另设补强结构。

排净口接管根据工艺设计给定的接管公称直径50，选用φ574无缝钢管，考虑实际情况选20号热轧碳素钢管 []t =130a MP ，C 2 =1mm 。

接管计算壁厚 0
1.157
0.2822[]21300.85 1.1c t
t c
P D S mm P 接管有效壁厚 4140.15
2.4et nt
S S C
mm
开孔直径 257242(140.15)52.2d
di
C
mm
接管有效补强宽度 B=2d=252.2104.4105mm mm
接管外侧有效补强高度度 152.2414.45nt
h dS mm
由于S=d δ=3.44mm, 需要补强面积 252.2 3.44
179.57A
dS
mm
可以作为补强的面积为
21
()()
(104.452.2)(9.2 3.44)
298.37e
A B
d S S mm
212A h et t r （S -S ）f ==2×14.45×(2.4-0.282)×130/170 =46.81（2
mm ）
1A +2A =298.37+46.81=345.182mm > A=179.572mm
该接管补强的强度足够，不需另设补强结构。

7、固定管板计算
固定管板厚度设计采用BS 法。

假设管板厚度 b=70mm 总换热管数量 n=823 一根管壁金属的截面积为 a=
222220
1()
(1915)106.84
4
d d mm
开孔强度削弱系数（双程）
0.5
两管板间换热管有效长度（除掉两管板厚）L 取6000mm 计算系数K
2
900831106.81.32
1.32
11700.5600070
i D na K b Lb
K=3.32
按管板简支考虑，依K 值查文献[1]图4-45、图4-46、图4-47 得 G1=2.5， G 2=-0.57， G 3=2.3 管板最大应力
2
2
1 1.1 1.12900()()
0.66440.5 2.570
S t i r
P P D Mpa G b
筒体内径截面积 2
26358504
i A D mm 管板上管孔所占的总截面积，2
2
20823 3.14192354904
4
n d C mm
系数 635850235490
0.6296635850A C A
系数
823106.8
0.22636850235490
na A C
壳程压力 Ps=1.1Mpa 管程压力 Pt=1.12 Mpa
当量差 Pa =Ps -Pt(1+ )=1.1-1.12（1+0.22）=-0.2664 Mpa
管子最大应力t σ
2
()1
1(1.1 1.12)(0.57)[]
1.220.2330.6296
S t t
P P G Pa
Mpa
管板采用Q235A []r σ =130 Mpa 换热管采用20号碳素钢 []t 130 Mpa
管板，管子强度校核
max r σ=-0.66a MP <1.5[σ]r =1.5×130=195Mpa
max t σ=-1.22a MP <[]130t
Mpa
管板计算厚度满足强度要求。

考虑管板双面腐蚀取C 2=4 mm ，隔板槽深取4mm ，查阅标准实际管板厚度取为78mm 。

8、无折边球封头计算
浮头盖上无折边球形封头的计算按外压球壳计算，依据GB151-89的方法计算。

选用16MnR 板，封头R i =750mm ，壁温为550。

假设名义厚度为S n =18mm ，双面腐蚀取C 2=3， 钢板负偏差C 1=1.2mm ，
当量厚度S e =S e -C=18-3-1.2=13.8mm ， 封头外半径R 0=R i +S n =750+18=768mm ， R 0/S e =768/13.8=56.7, 计算A
00.1250.1250.0022(/)
55.65
e A
R S
依据所选16MnR 材料、壁温、A 系数查外压圆筒、球壳厚度计算图得B=162。

计算许用外压力[p]=
0(/)
e B
R S =2.96Mpa ，
[p]>ps=1.1MPa ，计算值可用。

9、管子拉脱力计算
=11.26
10
01
C
、 60.2110E Mpa 、
管子尺寸 1596mm mm 管间距 25mm 管壳壁温差 000855530t
C C
C 胀接长度 l =41mm
在操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力0p
pf
q d l
式中
2
2
2
2
00.8660.8662519257.724
4
f
a d mm
1.12,41p Mpa l mm
而温差应力导致的每平方米胀接周边上的脱力，2200()
4t
i t
d d q d l
式中，
()1
t
s t
t s
E t t A A
292412
34834s
n
A Dt mm
222220()(1915)823
879084
4
t
i A d d n
mm
611.21030
2.0025879081
34834
t
Mpa
2200() 2.00251360.087441941
t
i t
d d q Mpa d l
<<[p]
由于管子核管板的连接采用胀焊组合，管子的许用拉脱力远小于材料许用应力[p] 因此，拉脱力在许用应力范围内。

四、设计汇总
表3-4设计汇总表：
尺寸/ mm
40 60
五、设计体会
方案设计初期，只考虑了设计的可行性，忽略了加工制造的难度，导致设计的一些零部件无法加工，不得不重新设计，浪费了大量的时间和精力。

设计中过分考虑安全因素，某些结构参数设置过大，导致材料用量增加，这样虽然保证了刚度、强度，却增加了制造成本，使综合的性价比有所下降。

在指导老师的指导和帮助下，经过两个星期的不懈努力，我顺利的完成了本次课程设计。

在此，我要感谢我的指导老师，姜国平老师，感谢您在我设计过程遇到疑问时的耐心细致的讲解。

姜老师以高度的责任心、渊博的知识、严谨的治学态度和对学生学业的奉献精神，为我们营造了浓厚的学术气氛，他的谆谆教导让我们受益匪浅。

在本课题的完成过程中，姜老师既积极参与，对我们不懂的问题认真解答，又充分发挥了我们的想象力和动手能力，锻炼了我们的创造能力，培养了我们一丝不苟的工作作风。

最后，我还要感谢所有帮助过我的同学。

在此，祝愿所有一直关心和帮助我的老师同学在今后的工作、学习和生活中事事如意！
参考文献
【1】《化工单元过程及设备课程设计》匡国柱、史启才主编，化工工业出版社
【2】《过程设备机械设计》潘红良主编，华东理工大学出版社
【3】《过程设备设计》郑津洋主编，化工工业出版社
【4】《化工设备设计全书》秦叔经主编，化工工业出版社
【5】《过程装备成套技术设计指南》黄振仁主编，化工工业出版社【6】《化工设备设计基础》谭蔚主编，天津大学出版社
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。