换热器的设计说明书.
换热器课程设计说明书
一 设计任务与条件现试设计一台正戊烷冷凝器，实现正戊烷蒸汽由160C ︒冷却至40C ︒，正戊烷的流量为7200h kg /，操作压力为0.175MPa 。
水蒸气的入口水温为30C ︒，出口水温为40C ︒。
二 设计计算〈一〉 确定设计方案 （1） 选择换热器的类型正戊烷蒸汽： 160C ︒→40C ︒ 冷却水： 30C ︒→40C ︒因为壳体与传热管壁温差大于50C ︒，初步确定选用带有补偿圈的固定管板式换热器。
（2）管程安排考虑到冷却水若走壳程由于流速较低易结垢，确定水蒸气走管程正戊烷饱和蒸汽走壳程。
〈二〉确定物性数据正戊烷蒸汽定性温度： 100240160=+=T )(C ︒ 冷却水定性温度： 3524030=+=t )(C ︒正戊烷蒸汽在100℃,0.175MPa 条件下的有关物性数据如下：06.4)1000273(314.8072.01017531=+⨯⨯⨯==RT PM ρ)/(3m kg)/(1057.131,K kg J c p ⋅⨯= )/(0128..01K m W ⋅=λ s Pa ⋅⨯=-5110874.0μ水在35℃时的有关物性数据如下： 31/7.995m kg =ρ )/(10174.431,C kg J c p ︒⋅⨯=)/(6176.01C m W ︒⋅=λ s Pa ⋅⨯=-511075μ 〈三〉估算传热面积 （1）热流量8.376)40160(57.13600/7200,,=-⨯⨯=∆⋅⋅=T c q Q h p h m T )(kW(2)冷却水用量9.32709)3040(10147.43600108.37633,,=-⨯⨯⨯⨯=∆⋅=t c Q q c p T cm )/(h kg （3）平均传热温差，按逆流算3.44304040160ln)3040()40160(=-----=∆m t )(C ︒（4）初算传热面积 由于在高压力下操作，假设)/(1102C m W K ︒⋅=则估算的传热面积为3.773.44110108.3763=⨯⨯=∆=m T t K Q S 估)(2m 〈四〉工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速选用mm mm 5.225⨯φ较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速为s m u i /6.0=。
换热器设计说明书
3 U 形管换热器设计计算及强度校核...........................................................................................33 3.1 筒体、封头的厚度计算及压力试验校核 ....................................................................... 33 3.1.1 筒体厚度计算 ........................................................................................................ 33 3.1.2 前端管箱筒体计算 ................................................................................................ 34 3.1.3 前端管箱封头计算 ................................................................................................ 35 3.1.4 后端封头计算 ........................................................................................................ 36 3.2 水压试验校核 ................................................................................................................... 37 3.2.1 筒体的水压试验校核 ............................................................................................ 37 3.2.2 前端管箱封头，后端封头的水压试验校核......................................................... 39 3.3 法兰和螺栓 ....................................................................................................................... 40 3.3.1 垫片的选择及计算 ..............................................பைடு நூலகம்............................................... 40 3.3.2 螺栓的选择及计算 ................................................................................................ 41 3.3.3 法兰的选择 ............................................................................................................ 42 3.4 开孔补强计算 ................................................................................................................... 43 3.4.1 进口接管①、出口接管⑤ .................................................................................... 43 3.4.2 进口接管② ............................................................................................................ 45 3.4.3 出口接管④ ............................................................................................................ 47 3.5 管板及换热管的选择计算 ............................................................................................... 50 3.5.1 换热管的尺寸及排布 ............................................................................................ 50 3.5.2 管板的设计计算 .................................................................................................... 50
管板式换热器设计说明书
管板式换热器设计说明书管板式换热器设计说明书一、概述管板式换热器是一种高效的换热设备，广泛应用于化工、石油、制药、食品等多个领域。
本设计说明书旨在介绍管板式换热器的设计原理、结构特点、选型方法、安装注意事项等相关内容。
二、设计原理管板式换热器采用管道和板式换热器结合的方式进行换热。
其主要原理是利用热流体在管道中流动时，通过管壁和板片与低温流体进行换热。
同时，管道和板片的结构也能使热流体均匀地流过，从而增强换热效果。
三、结构特点1.结构紧凑：管板式换热器体积小，结构紧凑，占用空间少，适用于场地狭小的场合。
2.换热效率高：管板式换热器采用多层板片进行换热，有效增加了换热面积，提高了换热效率。
3.应用广泛：管板式换热器适用于多种流体之间的换热，如液-液、气-液等。
4.可靠性高：管板式换热器采用优质材料制造，工艺先进，具有耐腐蚀、耐压等特点，具有较高的可靠性。
四、选型方法1.按照工艺要求确定换热参数：如换热量、流量、温度等。
2.确定流体性质：如流体介质、流速、粘度等。
3.进行换热器设计：选择合适的板片组合，计算换热器换热面积，确定尺寸和数量。
4.选择合适的材料：选择耐腐蚀、耐高温的合金材料，同时考虑生产成本。
五、安装注意事项1.在安装前，应仔细检查产品是否完好，检查连接处是否严密，以确保安装质量。
2.安装时应注意管路连接方式的选择，可选用法兰连接或焊接连接。
3.在碰到易燃易爆介质时，应注意防火防爆措施。
4.安装后应进行效验，检查管道连接是否泄漏，实验前应做好相应的准备工作。
六、总结管板式换热器具有结构紧凑、换热效率高、应用广泛、可靠性高等特点，是目前工业中使用的一种高效节能的换热设备。
在选型和安装过程中，应注意流体性质、工艺要求的确定，材料的选择和安装质量的保证。
换热器设计手册
换热器设计手册换热器设计手册第一部分：引言换热器在许多工业领域中起着至关重要的作用，能够有效地传递热量和冷却介质。
本手册旨在提供关于换热器设计的详细说明和指导，以确保设计和运行的安全性、可靠性和高效性。
第二部分：换热器的基本原理和分类2.1 换热器的基本原理换热器是通过将热量从一个介质传递到另一个介质来实现的。
基于传热原理，换热器可以分为传导、对流和辐射换热器。
2.2 换热器的分类根据换热介质的流动方式和传热机理，换热器可以分为管壳式换热器、板式换热器、螺旋板换热器等。
第三部分：换热器设计的影响因素3.1 流体参数流体参数包括流体的流量、温度、压力、热导率等。
这些参数将直接影响到换热器的传热效果和换热面积的确定。
3.2 材料选择换热器的材料选择对其使用寿命和换热效率有着重要的影响。
应根据介质的性质和工作环境进行材料选择，并考虑材料的耐腐蚀性、导热性等因素。
3.3 热负荷计算通过计算热负荷，可以确定换热器的尺寸和换热面积。
热负荷计算依赖于流体参数和换热器的设计要求。
第四部分：换热器的设计步骤4.1 确定换热方式根据介质的性质和工艺要求，选择合适的换热方式，如对流换热、辐射换热或传导换热。
4.2 计算传热面积根据热负荷计算结果，确定换热器的传热面积。
传热面积的计算需要考虑流体参数和介质的传热特性。
4.3 确定换热器尺寸和形状根据换热器的传热面积和流体参数，确定换热器的尺寸和形状。
应确保设计的换热器能够有效地传递热量和具有合理的流体阻力。
4.4 选择材料根据介质的性质和工作环境，选择合适的材料。
应考虑材料的耐腐蚀性、导热性和可加工性等因素。
第五部分：换热器的安装和维护5.1 安装要求换热器的安装应符合相关的安全标准和操作规程。
在安装过程中，应注意保护换热器的密封性和防止外部损坏。
5.2 运行和维护换热器的运行和维护需要定期检查和保养。
应注意定期清洗换热器以防止结垢和污垢的堆积，避免影响换热器的传热效果。
换热器设计手册
换热器设计手册摘要，本文将介绍换热器的设计原理、分类、选型、安装和维护等内容，旨在帮助工程师和设计师更好地理解和应用换热器，提高换热器的设计和运行效率。
第一章换热器的基本原理。
换热器是一种用于传递热量的设备，其基本原理是利用热传导和对流传热的方式，将热量从一个流体传递到另一个流体。
换热器通常由管束、壳体、传热介质和支撑结构等部分组成。
在换热器中，热量的传递主要通过换热面积、传热系数和温度差来实现。
第二章换热器的分类。
根据换热方式的不同，换热器可以分为接触式换热器和间接式换热器。
接触式换热器是指传热介质直接接触的换热器，如冷却塔、冷凝器等；间接式换热器是指传热介质不直接接触的换热器，如管壳式换热器、板式换热器等。
根据换热器的结构形式，可以分为管式换热器、板式换热器、壳管式换热器、板壳式换热器等。
第三章换热器的选型。
在换热器的选型过程中，需要考虑流体的性质、流量、温度、压力、换热面积、传热系数、温差等因素。
根据实际工况和使用要求，选择合适的换热器类型和规格，以确保换热器的性能和可靠性。
第四章换热器的安装与调试。
换热器的安装与调试是确保其正常运行的关键环节。
在安装过程中，需要注意换热器的位置、支撑、固定、管道连接、密封等问题；在调试过程中，需要进行压力测试、泄漏检测、流量调节、温度控制等工作，以确保换热器的正常运行。
第五章换热器的维护与保养。
换热器的维护与保养是延长其使用寿命和保证其性能的重要手段。
定期对换热器进行清洗、检查、维修和更换，及时处理故障和问题，可以有效地保证换热器的正常运行。
结论。
换热器是化工、石油、电力、冶金、制药等行业常用的设备，其设计和运行对生产过程的效率和产品质量有着重要的影响。
通过本文的介绍，希望读者能够更好地理解和应用换热器，提高其设计和运行效率，为工程实践提供参考和指导。
换热器课程设计说明书
换热器原理与设计课程设计计算说明书设计题目换热器原理与设计课程设计学院（系）：机电工程学院专业：能源与动力工程班级：姓名：学号：指导老师：完成日期：新余学院目录第一部分确定设计方案1.1选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度130℃，出口温度40℃。
冷流体进口温度30℃，出口温度40℃。
从两流体温度来看，估计换热器的管壁温度和壳体壁温之差很大，因此初步确定选用浮头式列管换热器，而且这种型式换热器管束可以拉出，便于清洗；管束的膨胀不受壳体约束。
1.2流动空间及流速的确定由于煤油的粘度比水的大，井水硬度较高，受热后易结垢，因此冷却水走管程，煤油走壳程。
另外，这样的选择可以使煤油通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。
同时，在此选择逆流。
选用ф25×2.5的碳钢管，管内流速取u i=0.75m/s。
第二部分确定物性数据定性温度：可取流体进、出口温度的平均值。
壳程煤油的定性温度为： T=(130+40)/2=85℃管程冷却水的定性温度为：t=(30+40)/2=35℃根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
煤油在90℃下的有关物性数据如下：密度ρo= 810kg/m3定压比热容 cp o=2.3kJ/(kg·℃)导热系数λo=0.13W/(m·℃)粘度μo=0.00091 Pa·s冷却水在32℃下的物性数据：密度ρi=994kg/m3定压比热容 cp i=4.187kJ/(kg·℃)导热系数λi=0.626 W/(m·℃)粘度μi=0.000727 Pa·s第三部分工艺流程图第四部分 计算总传热系数4.1热负荷的计算以煤油为计算标准算它所需要被提走的热量： Q=qc Δt=2.39×108330×24x2.22x （130-40）=7.034x106KJ/h=1953.8KW4.2平均传热温度计算两流体的平均传热温差，暂按单壳程、多管程计算。
换热器设计说明书
换热器设计说明书
换热器是一种常见的传热设备，广泛应用于许多工业领域中。
作
为传热过程中的重要组成部分，换热器的设计十分关键，直接影响着
传热效率和设备的使用寿命。
因此，如何设计一款功能稳定、高效节
能的换热器，成为众多工程师的追求目标。
在换热器的设计中，需要从以下几个方面进行考虑：
1.设计选型：选择合适的换热器类型，根据实际需求确定尺寸、
材质和流量等参数。
比如可选择板式换热器、管式换热器和壳管式换
热器等。
2.传热计算：根据传热原理，对换热器的传热面积、传热系数等
进行计算和分析，确定合适数值，以保证传热效率的提高。
3.流体力学计算：进行流体力学分析，确定流体流动状态和阻力，以保证设备的正常运行和安全性。
4.材料选择：选择合适的材料，以确保设备的耐腐蚀性、耐热性
和耐压性等。
5.结构设计：设计合理的结构，保证设备的稳定性、耐用度和易
于维护等。
6.工艺参数：根据实际工艺参数确定换热器的工作温度、压力、
流量等参数，以保证设备的正常运行。
总之，换热器的设计过程需要充分考虑各个因素的综合因素，而且需要依据实际需求和应用环境来进行选择和优化。
同时，还需要不断进行改进与创新，以满足新技术、新工艺、新材料的需求，提升热交换设备的性能和效率。
换热器设计说明书
工程热力学与传热学课程设计管壳式换热器设计说明书目录一、设计任务书———————————11、换热器的概念及意义2、固定管板式换热器构造3、工作原理4、设计参数二、设计计算书———————————31、换热管的材料、内径、长度、管间距等确实定2、壳体内径3、管程接收直径4、折流板缺口高度、间距、数目以及折流板直径5、壳程接收直径确实定6、传热面积和传热面积之比三、计算表格四、设计结果汇总表—————————7五、设计自评————————————8六、参考文献————————————9一、设计任务书1、换热器的概念及意义在化工生产中为了实现物料之间能量传递过程需要一种传热设备。
这种设备统称为换热器。
在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进展着各种不同的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝。
换热器就是用来进展这些热传递过程的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高的流体传递到温度较低的流体，以满足工艺上的需要。
它是化工炼油，动力，原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备，对于迅速开展的化工炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。
换热器在化工生产中，有时作为一个单独的化工设备，有时作为某一工艺设备的组成局部，因此换热器在化工生产中应用是十分广泛的。
任何化工生产中，无论是国内还是国外，它在生产中都占有主导地位。
2、固定管板式换热器构造3、工作原理：管壳式换热器和螺旋板式换热器、板式换热器一样属于间壁式换热器，其换热管内构成的流体通道称为管程，换热管外构成的流体通道称为壳程。
管程和壳程分别通过两不同温度的流体时，温度较高的流体通过换热管壁将热量传递给温度较低的流体，温度较高的流体被冷却，温度较低的流体被加热，进而实现两流体换热工艺目的。
4、设计参数：二、设计计算书根据设计任务书进展设计计算：204565''2'1max =-=-=∆t t t ℃ 252550'2''1min =-=-=∆t t t ℃热损失系数取0.98传热量：()()kJ t t c M Q L p 48098.0506561.244.14''1'121=⨯-⨯⨯=-=η 冷却水量：()()s kg t t c M p 73.52545187.4480'2''222=-⨯=-逆流时的对数平均数温差：41.222025ln 2025ln minmax min max 1=-=∆∆∆-∆=∆⋅t t t t t c m 参数;P 、R5.025652545'2'1'2''2=--=--=t t t t P 75.025455065'2''2''1'1=--=--=t t t t R设计本管壳式换热器为2壳程-4管程<2-4>型，那么975.0=ψ 有效平均温差：85.214.22975.01=⨯=∆=∆⋅c m m t t ψ 初选传热系数：()C kg w K ︒⋅=300'0 估算传热面积：2'0'022.7385.21300480000m t K Q F m =⨯=∆= 管子材料：铝制管5.320⨯φ管程所需流通截面：222100573.0110003.57m M A t =⨯==ωρ每程管数：根43013.000573.044221=⨯⨯==ππd A n t每根管长：m l d nZ F l t 60'0==取π管子排列方式为：等边三角形 管间距s=26mm 分程隔板槽处管间距mm l E 40=平行于流向的管距mm s s p 5.2230cos =⨯=ο垂直于流向的管距mm s s n 1330sin =⨯=ο 拉杆直径取12mm 估计管壳直径mm 400≤ 管排列可做如下草图那么六边形层数为6层，一台管子数为86=t n ，一台拉杆数为4根一台传热面积为24.32602.086m dl n c =⨯⨯⨯=ππ 两台传热面积：2''08.64m F =管束中心至最外层管束中心距离为0.135m ，管束外缘直径m D L 29.0=壳体m 325.0取S D 那么长径比5.18325.06==s D l管程接收直径：6895.511100073.513.113.122⨯=⨯==φρω取M D 管程雷诺数：1793110725013.010001Re 621222=⨯⨯⨯==-μρωd 管程换热系数：52469.417931023.0013.0621.0Re 023.04.08.04.08.0122=⨯⨯⨯=⨯=τλαP d 折流板形式选弓形，折流板缺口高度m D h S 08.035.025.025.0=⨯== 折流板的圆心角为120度，折流板间距取m l s 4.0=，折流板数目为14块，折流板上管孔数为60个，折流板上管孔直径m d H 0204.0=，通过折流板管子数为56个，折流板缺口处管子数为30根，折流板直径m D b 3.0=。
换热器 设计手册
换热器设计手册第一部分：换热器概述换热器是工业生产中常用的设备，用于将热能从一个流体传递到另一个流体，以实现热能的平衡和利用。
在化工、能源、制药、食品等行业都有广泛的应用。
本手册将以换热器的设计、选择、运行与维护为主要内容，为工程师和操作人员提供全面的指导和参考。
第二部分：换热器设计原理1. 热传导原理：介绍热量在换热器中的传导过程，包括对流、传导、辐射等热传导方式。
2. 换热器工作原理：介绍不同类型换热器的工作原理，如壳管式、板式、螺旋式等。
3. 换热器设计参数：详细介绍换热器设计中的参数，如传热系数、流体速度、材料选取等。
第三部分：换热器设计流程1. 换热器类型选择：根据不同工艺要求和流体特性选择合适的换热器类型。
2. 换热器计算及模拟：对换热器进行热平衡计算和流体模拟，确定换热器的尺寸和传热面积。
3. 换热器结构设计：设计换热器壳体、管束、管板、密封装置等结构。
4. 材料选取：根据工作条件和流体性质选择合适的材料，包括金属、非金属等。
5. 换热器性能分析：对设计的换热器进行性能评估，确保满足工艺要求。
第四部分：换热器运行与维护1. 换热器安装与调试：介绍换热器的安装、泄漏检测、气密性测试等。
2. 换热器运行优化：讲述换热器的操作技巧和运行优化方法，包括流体控制、温度调节等。
3. 换热器维护与保养：指导换热器的定期检查、清洗、维护和更换零部件。
第五部分：换热器设计案例分析通过实际的换热器设计案例，分析不同场景下的换热器选型、设计、运行和维护过程，并总结经验和教训。
结语本手册以换热器设计为主线，系统介绍了换热器的原理和应用，涵盖了设计、选择、运行和维护的全过程。
希望通过本手册的阅读，读者能够对换热器设计有全面的了解，并能在实际工程中有效应用。
参考换热器设计说明书
机械设计机械设计包括结构设计和强度计算两部分。
参考压力容器安全技术监察规程，本次设计的换热器为二类容器。
1.1结构设计1.1.1设计条件1.1.1.1设计压力设计压力根据最高工作压力确定。
设有安全阀时，设计压力取最高工作压力的 1.05〜1.10倍。
本设计取1.1倍。
壳程设计压力F d =1.1巳=1.1 (0.4 _0.1)MPa =0.33MPa ,液柱压力ph 0.95 =993.25 9.8 0.6 0.95Pa=5548.2945Pa ：： 5%F d则可忽略液柱压力，计算压力P c = R，取高于其一个等级的公称等级1.0MPa。
管程设计压力R =1.1P W =1.1 (1.4-0.1)MPa =1.43MPa，忽略液柱压力，则取高出其一个压力等级为2.5MPa。
1.1.1.2设计温度设计温度指容器在正常情况下，设定的元件金属温度，设计温度不得低于元件金属在工作温度状态可能达到的最高温度。
[8，124]管程设计温度的确定，由于气氨最高操作温度为124C，故取设计温度为130C。
壳程设计温度的确定，由于壳程水最高操作温度为42C，故取设计温度为50C。
1.1.2筒体壁厚1.1.2.1筒体选材由于筒体设计温度为50C，设计压力为0.4MPa，参考GB150-1998,故选20R。
1.1.2.2筒体壁厚的计算、二RD2[珂-P c式中、：一计算厚度，mm ；P c —计算压力，MPa ;'—焊接接头系数。
由表可知、：min = 6mm ，故令=6mm 。
6=6 +C 2 =(6 +2)mm =8mm 5n =① +C i + 也=(8 + 0 + 也)mm = 8mm(取C 2=2mm 在无特殊腐蚀情况下，对于碳素钢和低合金钢，不小于1mm )[GB6654《压力容器用钢板》和 GB3531《低温压力容器用低合金钢板》规定压力容器 专用钢板的厚度负偏差不大于 0-25 mm ，因此使用该标准中钢板厚度超过 5 mm 时(如20R,16MnR 和 16MnDR)等，可取 C 1 =0][8，125]由钢材标准规格，取J* =8mm-e= ' n -( C 1 + C 2 ) ( C= C 1 +C 2 )=8-(0+2)=6 mm1.1.2.3筒体的强度校核式中飞—有效厚度，：e =：n -C ， mm ；;n—名义厚度，mm ；t匚—设计温度下圆筒的计算应力， MPa ；C —厚度附加量，mm 。
列管换热器的设计说明书
列管换热器的设计说明书设计说明书一、项目背景列管换热器是指通过管道将两种不同介质进行热交换的设备，广泛应用于化工、石油、能源等行业。
本设计说明书旨在为进行列管换热器的设计提供详细指导。
二、设计要求1、换热器需要能够保证高效的热交换效果；2、设计过程中要考虑介质流体的物性参数、压力等因素；3、设计要满足相关法律法规标准；4、设计材料应具有良好的耐腐蚀性能。
三、设计流程1、确定换热器的工况参数：包括介质流量、温度差、压力等；2、确定换热器的结构形式：选择适合的管束结构；3、计算传热面积：根据工况参数计算所需传热面积；4、确定管束布置：根据工况参数和传热面积计算结果确定管束布置；5、确定换热器外形尺寸：根据管束布置确定换热器外形尺寸；6、确定材料选择：根据介质性质和工艺要求选择合适的材料；7、绘制设计图纸：绘制换热器的总图、管束图和管板图等。
四、设计内容详细说明1、工况参数：a： A介质流量：__________b： B介质流量：__________c： A介质温度：__________d： B介质温度：__________e：压力：__________2、结构形式选择：经过综合考虑，本设计采用__________结构形式。
3、传热面积计算：根据工况参数，计算得出所需传热面积为__________。
4、管束布置：根据传热面积计算结果，确定管束布置方式为__________。
5、外形尺寸：经过计算，确定换热器的外形尺寸为__________。
6、材料选择：根据介质性质和工艺要求，选择适合的材料为__________。
7、设计图纸：设计完成后绘制换热器的总图、管束图和管板图等详细图纸。
附件：本设计说明书涉及的附件包括设计图纸、工况参数表、材料选择表等。
法律名词及注释：1、法律名词1：解释1；2、法律名词2：解释2；3、法律名词3：解释3：。
换热器设计说明书
这次换热器的课程设计从设计上来看，我设计的换热器基本符合工业上用的换热器标准，换热器多适用于烟道内，结构大致由换热管和换热箱组成。包括由多根换热管两端分别插入上管板和下管板组成的管束，换热管中为空气流道，管束的多个换热管间为烟气流道，管束通过连接集合箱使空气依次从多组管束的换热管中流过。我设计的烟气温度是620 ，比实际气体要低，所以各种参数的选择与实际情况有些差别。
。空气出口Biblioteka 缩段的出口圆截面积ƒ3为：，
，又知出口收缩角 查《有色冶金炉设计手册》附录六得渐缩局部阻力系数为：
查阅相关表格可知：换热管入口的局部阻力系数 ，换热管出口 ，空气在空气室内转180°的局部阻力系数 ，换热器空气入口与出口的温度补偿系数按下式计算：
换热器内空气侧阻力系数为：
空气侧形阻压按公式计算为：
εh.g=εCO2+βεH2O=0.086+1.08×0.059=0.150
εh.w=εCO2+βεH2O=0.078+1.08×0.066=0.149
因此，系统的辐射率为：
烟气对管群的辐射传热系数为αh.f
则烟气侧传热系数αh为：
αh=αh,c+αh,r=38.4+6.8=45.2
解得：αh=45.2W/(m2．℃)
烟道断面宽度B=1.392m。则在其宽度上排列的换热管列数为：
m= = =10列
顺烟气流向排列M排，则 (排)
图2-1一个行程管群排列图
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在换热器热计算中，假定换热器无热损失，两流体在换热器中无流量损失，无相变，比热容不变，仅有显热变化。
(1)有效换热量Q
所谓有效换热量是指空气从20℃被加热到350℃从烟气所吸收的热量。由于相应温度下空气的比热容分别为 和 则有效换热量为：
(完整word版)换热器毕业设计说明书
摘要换热器是化工生产过程中的重要设备，它能够实现介质之间热量交换。
广泛应用于石油、化工、制药、食品、轻工、机械等领域.U型管式换热器是换热器的一种，它只有一个管板,结构简单,密封面少，且U形换热管可自由伸缩，不会产生温差应力，因此可用于高温高压的场合。
一般高压、高温、有腐蚀介质走管程,这样可以减少高压空间，并能减少热量损失,节约材料，降低成本。
甲烷化换热器，是合成氨生产中的重要设备之一，它能将27℃的H2N2混合气升温至274℃，同时将339℃的H2N2精制气降温至90℃。
甲烷化换热器一般选用U型管换热器，它由一台Ⅰ型甲烷化换热器与一台Ⅱ型甲烷化换热器连接组成。
其中Ⅰ型甲烷化换热器将27℃的H2N2混合气升温至150℃，同时将215℃的H2N2精制气降温至90℃；Ⅱ型甲烷化换热器能将150℃的H2N2混合气升温至274℃，同时将339℃的H2N2精制气降温至215℃。
本次设计主要根据GB150《钢制压力容器》及GB151《管壳式换热器》对设备的主要受压元件进行了设计及强度计算，又结合HG/T20615《钢制管法兰》、JB/T 4712《容器支座》等其它压力容器相关标准，对其它各部件进行设计,最终完成了Ⅱ型甲烷化换热器的设计。
关键词：换热器;甲烷化换热器AbstractHeat exchanger is important in the process of chemical production equipment, which can be achieved between the heat exchange media。
Widely used in petroleum, chemical，pharmaceutical, food， light industry， machinery and other fields。
U—tube heat exchanger is a heat exchanger, it has only one tube plate， simple structure, less sealing surface， and the U—shaped tubes are free to stretch, no thermal stress， it can be used for high temperature and pressure of the occasion . General high—pressure， high temperature, corrosive media, take control process, thus reducing the pressure of space，and can reduce heat loss and saving materials and reduce costs。
固定管板式换热器设计说明书
固定管板式换热器设计说明书一、设计背景与要求二、设计原理固定管板式换热器由固定的管束和管板组成，通过管束内的流体和管板外的流体之间的传热，实现热能转移。
其主要设计原理为热量的对流传递和热量的传导传递。
设计时需要根据流体的性质和要求确定换热系数和传导热阻，并通过计算和优化得出合理的设计。
三、操作参数1.温度：设计时需要确定换热器的设计工作温度范围，包括入口和出口温度，以及最大温度差。
2.压力：设计时需要确定换热器的设计工作压力范围，包括入口和出口压力，以及最大压力差。
3.流量：设计时需要确定流体的流量和流速，以便计算换热器的传热能力。
4.材料：选择合适的材料以满足操作参数和流体性质的要求。
四、结构特点1.管束：固定管束的结构形式多种多样，包括普通绕管式、螺旋绕管式、折流板绕管式等。
设计时需要根据传热效果和结构特点选择合适的管束类型。
2.管板：固定管束通过管板支撑和固定，管板的结构形式多样，包括单管板和多管板。
设计时需要考虑流体的流动和换热效果，选择合适的管板形式。
3.密封：固定管板式换热器的密封性能直接影响其工作效果，设计时需要充分考虑密封结构和材料，确保换热器的可靠性和密封性。
4.清洗：固定管板式换热器的管束和管板之间的间隙较小，难以进行清洗和维护。
设计时需要充分考虑清洗装置和维护便利性，保证换热器的正常运行。
五、设计方案1.确定操作参数：根据实际应用需求和流体性质，确定换热器的操作参数，包括温度、压力、流量等。
2.选择管束类型：根据传热效果和结构特点，选择合适的管束类型，包括普通绕管式、螺旋绕管式、折流板绕管式等。
3.设计管板形式：根据流体的流动和换热效果，选择合适的管板形式，包括单管板和多管板。
4.确定密封结构：根据换热器的工作要求，选择合适的密封结构和材料，确保换热器的可靠性和密封性。
5.考虑清洗装置：充分考虑清洗装置和维护便利性，确保换热器的清洗和维护工作能够顺利进行。
六、施工与使用1.施工流程：根据设计方案，进行换热器的制造和安装，确保施工质量和进度。
管板式换热器设计说明书
管板式换热器设计说明书
管板式换热器是一种常见的换热设备，其设计说明书应包含以下
内容：
一、设计原理和工作条件
1.1 设计原理：介绍管板式换热器的工作原理，包括热传递方式、热传递系数等。
1.2 工作条件：介绍管板式换热器工作的环境条件，包括温度、
压力、介质、流量等。
二、设计参数和技术要求
2.1 设计参数：包括管板式换热器的几何尺寸、热传递面积、管
子数量、管子长度、管子直径等。
2.2 技术要求：包括制造工艺要求、材料要求、焊接工艺要求、
检验标准等。
三、管板式换热器结构设计
3.1 部件结构设计：包括换热器筒体、管子、管板、法兰等部件
的结构设计。
3.2 热传递面积的确定：根据设计要求和工艺条件，确定管板式
换热器的热传递面积大小。
3.3 管板的设计：根据管子的数量、直径、长度等参数，设计管板。
四、管板式换热器焊接和检验
4.1 焊接工艺：根据设计要求和管板式换热器的材料特性，选择适合的焊接工艺和焊接参数。
4.2 焊接质量控制：包括焊接过程的控制和焊缝的质量控制。
4.3 检验标准：根据设计要求和国家相关标准，对管板式换热器进行检验，确保其符合设计要求和工艺要求。
五、管板式换热器安装和维护
5.1 安装说明：根据现场环境和管板式换热器的结构特点，制定安装方案和安装要求。
5.2 维护保养：介绍管板式换热器的维护保养要求，包括清洗、防腐、检查等。
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西安科技大学—乘风破浪团队1换热器的设计1.1 换热器概述换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多任务业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。
在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。
换热器随着换热目的的不同，具体可分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器，再沸器和热交换器等。
由于使用条件的不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。
换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有: ① 热负荷及流量大小； ② 流体的性质；③ 温度、压力及允许压降的范围； ④ 对清洗、维修的要求；⑤ 设备结构、材料、尺寸、重量； ⑥ 价格、使用安全性和寿命；按照换热面积的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其它型式的换热器。
其中，管型换热器中的管壳式换热器因制造容易、生产成本低、处理量大、适应高温高压等优点，应用最为广泛。
管型换热器主要有以下几种形式：（1）固定管板式换热器：当冷热流体温差不大时，可采用固定管板的结构型式，这种换热器的特点是结构简单，制造成本低。
但由于壳程不易清洗或检修，管外物料应是比较清洁、不易结垢的。
对于温差较大而壳体承受压力较低时，可在壳体壁上安装膨胀节以减少温差应力。
（2）浮头式换热器：两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，称为固定端。
另一端管板不与壳体连接而可相对滑动，称为浮头端。
因此，管束的热膨胀不受壳体的约束，检修和清洗时只要将整个管束抽出即可。
适用于冷热流体温西安科技大学—乘风破浪团队2差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。
（3）U 形管式换热器换：热效率高，传热面积大。
结构较浮头简单，但是管程不易清洗，且每根管流程不同，不均匀。
表1-1 换热器特点一览表分类管 壳 式 名称 特性管式固定管板式刚性结构用于管壳温差较小的情况(一般≤50°C)，管间不能清洗带膨胀节：有一定的温度补偿能力，壳程只能承受较低的压力浮头式管内外均能承受高压，壳层易清洗，管壳两物料温差>120℃；内垫片易渗漏 U 型管式制造、安装方便，造价较低，管程耐压高；但结构不紧凑、管子不易更换和不易机械清洗填料函式 内填料函：密封性能差，只能用于压差较小场合外填料函：管间容易泄露，不易处理易挥发、易爆易燃及压力较高场合釜式 壳体上都有个蒸发空间，用于蒸汽与液相分离套管双套管式结构比较复杂，主要用于高温高压场合或固定床反应器中西安科技大学—乘风破浪团队3在过程工业中，由于管壳式换热器具有制造容易，生产成本低，选材范围广，清洗方便，适应性强，处理量大，工作可靠，且能适应高温高压等众多优点，管式套管式 能逆流操作，用于传热面积较小的冷却器、冷凝器及预热器板式板式拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性加大的液体间换热 螺旋板板 制造简单，紧凑，可用于带颗粒物料，温位利用好；不易检修伞板式制造简单、紧凑、成本低、易清洗，使用压力不大于1.2Mpa ，使用温度不大于150℃板壳式板数类似管束，可抽出清洗检查，压力不能太高 蓄 热 式回旋式盘式传热效率高，用于高温烟气冷却等鼓式 用于空气预热器等固定格室式紧凑式适用于低温到高温的各种条件非紧凑式适用于高温及腐蚀性气体场合表 面 扩 展 式 板翅式紧凑、效率高。
可多股物流同时换热，使用温度不大于150℃，主要用于粘性加大的液体间换热管翅式 高效而紧凑，换热面积大，传热效果好西安科技大学—乘风破浪团队4壳式换热器被使用最多。
工业中使用的换热器超过90%都是管壳式换热器，在工业过程热量传递中是应用最为广泛的一种换热器。
结合上述优点和本工艺的特点，本工艺的换热器主要选用管壳式换热器。
1.2 管壳式换热器的选用1.2.1 结构参数的确定⑴管径管径越小换热器越紧凑、便宜，但压力降会增加。
为了满足允许的压降，一般选用19mm 的管子；对于物流流量较大的，采用25mm 以上的管子。
⑵管长无相变传热时，管子长则换热系数增加，对于相同的换热面积，管子长则管程数减小，使得压力降减小，每平方米传热面积比降低。
我国生产的标准钢管长度为6m ，故系列标准中管长有1.5 m ，2 m ，3 m ，6 m 和9 m 五种。
因此，一般管长取4-6m ，对大面积，无相变换热器管长可取至8～9m 。
⑶管子配布换热管在管板上的排列方式主要有正三角形、正方形和转角正三角形、转角正方形。
正三角形排列形式最为普遍，由于管距都相等，可以在同样的管板面积上排列最多的管数。
但因管外不易清洗，其适用场合受到限制，主要适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。
而采用正方形和转角正方形排列的管束，能够使管间小桥形成一条直线通道，便于管外机械清洗。
⑷管心距管心距小设备紧凑，但将引起管板增厚、清洁不便、壳程压降增大。
故一般选用范围为 1.25～1.5d （d 为管外径）。
表1-2 换热管管心距换热管外径/mm 19 25 32 38 换热管中心距/mm25 32 40 48 分程隔板槽两侧相邻管中心距/mm38445260西安科技大学—乘风破浪团队5⑸管程数管程数增加，管内流速增加，传热系数增加。
管程数一般有1、2、4、6、8、10、12等七种。
但管程数不能分得太多，以免压力降过大，且隔板要占用相当大的布管面积。
⑹折流板折流板可以改变壳程流体的方向，使其垂直于管束流动，提高流速，从而增加流体流动的湍流程度，获得较好的传热效果。
折流板型式可分为圆缺形（弓形）折流板、盘环形折流板、孔式折流板和折流圈。
表1-3 折流板间距常用数值管长(mm) 折流板间距(mm)≤3000 100200300450600—4500～6000 — 1500～6000 150200 300450600— ≤6000—200300450600—7500，9000 —7506000——3004506007507500，9000 — 6000～9000 —— —4506007501.3 换热器详细设计本工艺共有41台换热设备（换热器、再沸器、冷凝器、预热器），这里我们西安科技大学—乘风破浪团队6以浮头式换热器（E0602）详细设计为例。
热物流经该换热器换热温度降至目标温度，冷却物流为循环冷却水。
由Aspen 软件得到冷热工艺物流数据：表1-4 工艺操作参数操作参数参数壳程管程介质 循环冷却水 甲苯回收塔塔底去一级结晶质量流量（Kg/h ） 343740.0 84194.9 入口温度（℃） 20.00 138.00 出口温度（℃） 30.00 34.00 入口压力（bar ） 3.00 2.87 出口压力（bar ） 2.872.7413初步选择换热器的形式后，根据任务要求利用Aspen Exchanger Design ＆Rating V7.2进行模拟计算，模拟出来的换热器工艺参数如图1-1所示：西安科技大学—乘风破浪团队7图1-1 换热器工艺参数⑴结构设计西安科技大学—乘风破浪团队8利用Aspen Exchanger Design ＆Rating V7.2软件也可以对换热器进行结构设计，模拟出来的结果如下：①换热管设计图 1-2 换热管基本参数图 1-3 换热管排列方式换热管为平滑管，外径19mm ，壁厚为2mm ，管间距为25mm ，管长 5850mm 。
换热管根数514根。
管子排列方式为正三角形排列。
②折流板和管口设计折流板的设置主要是为了提高壳程的流速，增加扰动，改善传热。
这里选择单弓形折流板，并且圆缺方向的高度为壳体公称直径的0.15～0.45，折流板间距西安科技大学—乘风破浪团队9一般不小于圆筒内径的1/5。
折流板的数目及厚度等基本参数见图1-4 所示图1-4 折流板基本参数折流板数目为6，折流板型式为单弓形，切割率为39.15%。
折流板朝向为水平，与进出口间隔（第一块与进口或最后一块与出口端面的距离）为466.48mm ， 两块板间隔为525.00mm 。
图1-5 管口基本参数管程进、出口管口各有一个。
其中，管程进口管口外径为168.28mm ，内径154.05mm ；管程出口管口外径168.28mm ，内径154.05mm 。
壳程进、出口管口亦各有一个，壳程进口管口外径为323.85mm ，内径304.8mm ；壳程出口管口外径273.05mm ，内径254.51mm 。
③管束西安科技大学—乘风破浪团队10图1-6 管束基本参数如图为管束信息，主要对管束布置、布置限定、定位杆拉杆和管束布置图 进行详细设置。
图 1-7 换热器结构尺寸根据《JB/T4715-1992固定管板式换热器形式与基本参数》和《GB151-1999西安科技大学—乘风破浪团队11管壳式换热器》对模拟的数据进行圆整，并考虑到热损失等，换热面积有余量， 选定换热器的基本参数如下：表1-5 换热器基本参数项目 参数 公称直径/mm 800管子规格/mm φ19×2 排列方式 正三角形 管中心距/mm 25 管长/mm 4500 公称压力/MPa 0.6 换热面积/㎡ 189.8 管程数 4 壳程数 1 折流板间距/mm 600 折流板数 6 折流板形式单弓形⑵换热器的机械设计及校核 ①选材由于热流体和冷却水温度都不是太高，冷、热流体腐蚀性不大，故壳体材料 选用Q235-B ，管子材料选用Q235-B 无缝钢管。
②管板的选择管板用来固定换热管并起着分隔管程和壳程的作用,根据选定的换热器公称直径及操作压力查表可得管板数据，这里选用其默认的管板类型为标准单管板。
表1-6 管板结构数据西安科技大学—乘风破浪团队12DN D D1 D2 D3 D4 D5 d2 bf b 800 930890855797842800233848③管子与管板的连接因为操作压力小于4Mpa ，且温度低于300℃，所以管子与管板的连接采用 胀接。
④管板与壳体的连接管板与壳体的连接采用焊接，,该结构在管板上开槽，壳体嵌入后焊接。
壳体对中容易，适用于壳体压力不太高的场合。
⑤换热器的校核表 1-7 固定管板式换热器设计计算浮头式换热器筒体设计计算计算单位全国化工设备设计技术中心站设计计算条件壳程管程设计压力 0.4 MPa 设计压力 0.4 MPa 设计温度 65℃ 设计温度 170 ℃ 壳程圆筒内径 800.00 mm 管箱圆筒内径 800.00 mm 材料名称 Q235-B材料名称Q235-B计算内容 壳程圆筒校核计算 前端管箱圆筒校核计算 前端管箱封头(平盖)校核计算 后端管箱圆筒校核计算 后端管箱封头(平盖)校核计算 管板校核计算西安科技大学—乘风破浪团队13表 1-8 前端管箱筒体计算前端管箱筒体计算结果计算单位 全国化工设备设计技术中心站计算条件筒体简图计算压力 P c 0.40 MPa设计温度 t 170.00 ︒ C 内径 D i 800.00mm材料Q235-B ( 板材 )试验温度许用应力 [σ] 113.00 MPa 设计温度许用应力 109.80 MPa 试验温度下屈服点 σs235.00 MPa 钢板负偏差 C 1 0.80 mm 腐蚀裕量 C 2 3.00mm焊接接头系数 φ0.85厚度及重量计算计算厚度 δ = P D P c it c 2[]σφ- = 1.72 mm 有效厚度 δe =δn - C 1- C 2= 8.20mm 名义厚度 δn = 12.00 mm 重量100.44Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值 P T = 1.25P [][]σσt= 0.5000 (或由用户输入) MPa压力试验允许通过 的应力水平 [σ]T[σ]T ≤ 0.90 σs = 211.50MPa西安科技大学—乘风破浪团队14试验压力下 圆筒的应力 σT = p D T i e e .().+δδφ2 = 28.99MPa校核条件 σT ≤ [σ]T 校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力 [P w ]= 2δσφδe t i e []()D += 1.89385 MPa 设计温度下计算应力σt=P D c i e e()+δδ2= 19.71MPa [σ]t φ 93.33 MPa校核条件 [σ]tφ ≥σt结论合格表 1-9 前端管箱封头计算前端管箱封头计算结果计算单位 全国化工设备设计技术中心站计算条件椭圆封头简图计算压力 P c 0.40 MPa设计温度 t 170.00 ︒ C 内径 D i 800.00 mm 曲面高度 h i200.00mm材料Q235-B (板材) 试验温度许用应力 [σ] 113.00 MPa 设计温度许用应力[σ]t109.80 MPa 钢板负偏差 C 1 0.80 mm 腐蚀裕量 C 23.00mm西安科技大学—乘风破浪团队15焊接接头系数 φ0.85厚度及重量计算形状系数 K = 16222+⎛⎝ ⎫⎭⎪⎡⎣⎢⎢⎤⎦⎥⎥D h i i = 1.0000 计算厚度 δ = KP D P c it c 205[].σφ- = 1.72 mm 有效厚度 δe =δn - C 1- C 2= 8.20mm 最小厚度 δmin = 1.20 mm 名义厚度 δn = 12.00 mm结论 满足最小厚度要求 重量77.54Kg压 力 计 算最大允许工作压力[P w ]= 205[].σφδδt ei e KD += 1.90351MPa结论合格表 1-10 后端管箱筒体计算后端管箱筒体计算结果计算单位 全国化工设备设计技术中心站计算条件筒体简图计算压力 P c 0.40MPa设计温度 t 65.00 ︒ C 内径 D i 900.00mm材料Q235-B ( 板材 ) 试验温度许用应力 [σ] 113.00 MPa 设计温度许用应力113.00MPa西安科技大学—乘风破浪团队16试验温度下屈服点 σs235.00 MPa 钢板负偏差 C 1 0.80 mm 腐蚀裕量 C 2 3.00 mm焊接接头系数 φ0.85厚度及重量计算计算厚度 δ = P D P c it c 2[]σφ- = 1.88 mm 有效厚度 δe =δn - C 1- C 2= 8.20mm 名义厚度 δn = 12.00 mm 重量87.44Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值 P T = 1.25P [][]σσt= 0.5000 (或由用户输入) MPa压力试验允许通过 的应力水平 [σ]T [σ]T ≤ 0.90 σs = 211.50MPa试验压力下 圆筒的应力 σT = p D T i e e .().+δδφ2 = 32.58MPa校核条件 σT ≤ [σ]T 校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力 [P w ]= 2δσφδe t i e []()D += 1.73444 MPa 设计温度下计算应力σt=P D c i e e()+δδ2= 22.15MPa [σ]t φ 96.05 MPa校核条件[σ]t φ ≥σt西安科技大学—乘风破浪团队17结论合格表 1-11 后端管箱封头计算后端管箱封头计算结果计算单位 全国化工设备设计技术中心站计算条件椭圆封头简图计算压力 P c 0.40 MPa设计温度 t 65.00 ︒ C 内径 D i 900.00 mm 曲面高度 h i200.00mm材料Q235-B (板材) 试验温度许用应力 [σ] 113.00 MPa 设计温度许用应力[σ]t113.00 MPa 钢板负偏差 C 1 0.80 mm 腐蚀裕量 C 2 3.00mm焊接接头系数 φ0.85厚度及重量计算形状系数 K = 16222+⎛⎝ ⎫⎭⎪⎡⎣⎢⎢⎤⎦⎥⎥D h i i = 1.1771 计算厚度 δ = KP D P c it c 205[].σφ- = 2.21 mm 有效厚度 δe =δn - C 1- C 2= 8.20mm 最小厚度 δmin = 2.70 mm 名义厚度δn = 12.00mm西安科技大学—乘风破浪团队18结论 满足最小厚度要求 重量91.59Kg压 力 计 算最大允许工作压力[P w ]= 205[].σφδδt ei e KD += 1.48120MPa结论合格表 1-12 筒体计算浮头式换热器筒体计算结果计算单位全国化工设备设计技术中心站计算条件筒体简图计算压力 P c 0.40 MPa设计温度 t 65.00 ︒ C 内径 D i 800.00mm材料Q235-B ( 板材 ) 试验温度许用应力 [σ] 113.00 MPa 设计温度许用应力 113.00 MPa 试验温度下屈服点 σs235.00 MPa 钢板负偏差 C 1 0.80 mm 腐蚀裕量 C 2 3.00 mm焊接接头系数 φ0.85厚度及重量计算计算厚度 δ = P D P c it c 2[]σφ- = 1.67 mm 有效厚度 δe =δn - C 1- C 2= 8.20mm 名义厚度δn = 12.00mm西安科技大学—乘风破浪团队19重量1081.33Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值 P T = 1.25P [][]σσt= 0.5000 (或由用户输入) MPa压力试验允许通过 的应力水平 [σ]T [σ]T ≤ 0.90 σs = 211.50MPa试验压力下 圆筒的应力 σT = p D T i e e .().+δδφ2 = 28.99MPa校核条件 σT ≤ [σ]T 校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力 [P w ]= 2δσφδe t i e []()D += 1.94905 MPa 设计温度下计算应力σt=P D c i e e()+δδ2= 19.71MPa [σ]t φ 96.05 MPa校核条件 [σ]t φ ≥σt 结论合格表1-13 筒体法兰计算筒体法兰计算结果计算单位 全国化工设备设计技术中心站设 计 条 件简 图设计压力 p 0.400 MPa计算压力 p c 0.400 MPa 设计温度 t65.0︒ C西安科技大学—乘风破浪团队20轴向外载荷 F 0.0 N外力矩 M 0.0N .mm壳 材料名称 Q235-B 体 许用应力 113.0MPa法 材料名称 16Mn许[σ]f 150.0 MPa 兰 应[σ]t f150.0MPa材料名称40MnB 螺 许[σ]b 196.0 MPa应[σ]t b184.8 MPa 栓 公称直径 d B 20.0 mm 螺栓根径 d 117.3 mm 数量 n 28个D i 800.0 D o 950.0垫 结构尺寸 D b 907.0D外878.0 D 内 855.0δ0 14.0 mmL e 21.5 L A 26.5 h13.0 δ1 27.0 材料类型 金属垫片N 11.5 m 3.00 y (MPa) 25.5 压紧面形状 1a,1bb5.75D G866.5片 b 0≤6.4mm b = b 0 b 0≤6.4mm D G = ( D 外+D 内 )/2b 0 > 6.4mm b =2.530bb 0 > 6.4mm D G = D 外 - 2b螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷W aW a = πbD G y = 399140.8 N操作状态下需要的最小螺栓载荷W pW p = F p + F = 273443.8 N西安科技大学—乘风破浪团队21所需螺栓总截面积 A m A m = max (A p ,A a ) = 2036.4 mm 2 实际使用螺栓总截面积A bA b = 214d n π= 6577.2 mm 2力 矩 计 算操F D = 0.785i2D p c= 200960.0NL D = L A + 0.5δ1 = 40.0mmM D = F D L D= 8038400.0N .mm作F G = F p= 37547.2NL G = 0.5 ( D b- D G ) = 20.2mmM G = F G L G = 760330.4N .mmM pF T = F -F D = 34798.2NL T =0.5(L A + δ1 + L G ) = 36.9mmM T = F T L T = 1283183.2N .mm外压: M p = F D (L D - L G )+F T (L T -L G ); 内压: M p = M D +M G +M T M p= 10081914.0N .mm预紧M aW = 844132.2N L G = 20.2 mm M a =W L G = 17093678.0 N .mm 计算力矩 M o = M p 与M a [σ]f t /[σ]f 中大者 M o = 17093678.0N .mm螺 栓 间 距 校 核实际间距 nD L bπ=)= 90.5mm 最小间距 =min L )46.0 (查GB150-98表9-3)mm 最大间距=max L )122.3mm形 状 常 数 确 定西安科技大学—乘风破浪团队22h D 0i 0==δ98.99h/h o = 0.1 K = D o /D I = 1.214δδ10= 1.9由K 查表9-5得 T =1.844Z =5.876 Y =11.389 U =12.515整体法兰查图9-3和图9-4 F I =0.90090V I =0.42312e F h ==I 00.00851松式法兰 查图9-5和图9-6F L =0.00000 V L =0.00000 e F h ==L 00.00000查图9-7 由 δ1/δo 得f = 2.91134整体法兰21o o Ih V U d δ= = 613524.1松式法兰21o o Lh V U d δ= = 0.0ηδ==f 13d 0.2ψ=δf e +1 =1.44 γ = ψ/T = 0.76 =+=134e f δβ 1.54λγη=+= 0.94 剪应力校核 计 算 值许 用 值结 论预紧状态 ==l D Wi πτ10.00 MPa [][]n στ8.01=操作状态==lD W i pπτ20.00MPa[][]tn στ8.02=输入法兰厚度δf = 48.0 mm 时, 法兰应力校核应力 性质计 算 值许 用 值结 论轴向 应力==i21oH D fM λδσ 90.38MPa15.[]σf t =225.0 或25.[]σn t =282.5( 按整体法兰设计的任 意 式法兰,取15.[]σn t )校核合格径向 应力=+⋅=i2f 0R )133.1(D M e f λδδσ15.17MPaf t []σ = 150.0校核合格西安科技大学—乘风破浪团队23切向 应力σδσT 0f i R =-=M YD Z 216.45 MPaf t []σ = 150.0校核合格综合 应力))(5.0),(5.0m ax (T H R H σσσσ++ =53.42 MPaf t []σ = 150.0校核合格法兰校核结果校核合格表1-14后端筒体法兰计算后端筒体法兰计算结果计算单位 全国化工设备设计技术中心站设 计 条 件简 图设计压力 p 0.400 MPa计算压力 p c 0.400 MPa 设计温度 t 65.0 ︒ C 轴向外载荷 F 0.0 N 外力矩 M 0.0 N .mm壳 材料名称 Q235-B 体 许用应力 nt[]σ 113.0MPa法 材料名称16Mn许[σ]f 150.0 MPa 兰 应[σ]t f150.0MPa西安科技大学—乘风破浪团队24材料名称40MnB 螺 许[σ]b 196.0 MPa 应[σ]t b184.8 MPa 栓 公称直径 d B 20.0 mm 螺栓根径 d 117.3 mm 数量 n 28 个D i 800.0 D o 1050.0垫 结构尺寸 D b 1007.0 D 外 978.0 D 内 950.0 δ0 8.0 mmL e21.5 L A 34.5 h 30.0δ169.0材料类型 软垫片N14.0 m 3.00 y (MPa) 52.4 压紧面形状 1a,1bb6.69D G 964.6片 b 0≤6.4mm b = b 0 b 0≤6.4mm D G = ( D 外+D 内 )/2 b 0 > 6.4mm b =2.530bb 0 > 6.4mm D G = D 外 - 2b螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷W aW a = πbD G y = 1062926.5 N操作状态下需要的最小螺栓载荷W pW p = F p + F = 341001.5 N 所需螺栓总截面积 A m A m = max (A p ,A a ) = 5423.1 mm 2 实际使用螺栓总截面积 A bA b = 214d n π= 6577.2 mm 2力 矩 计 算操F D = 0.785i 2D p c = 200960.0NL D = L A + 0.5δ1= 69.0mmM D = F D L D = 13866240.0N .mm作F G = F p= 48659.0NL G = 0.5 ( D b - D G )= 21.2mmM G = F G L G= 1031267.3N .mm西安科技大学—乘风破浪团队25M pF T = F -F D= 91209.9NL T =0.5(L A + δ1 +L G ) = 62.3mmM T = F T L T = 5686650.0N .mm外压: M p = F D (L D - L G )+F T (L T -L G ); 内压: M p = M D +M G +M T M p =20584158.0N .mm预紧 M aW = 1176025.0N L G = 21.2 mmM a =W L G = 24924388.0N .mm计算力矩 M o = M p 与M a [σ]f t /[σ]f 中大者 M o = 24924388.0N .mm螺 栓 间 距 校 核实际间距 nD L b π=)= 113.0mm 最小间距 =min L )46.0 (查GB150-98表9-3)mm 最大间距=max L )122.3mm形 状 常 数 确 定h D 0i 0==δ74.83h/h o = 0.4 K = D o /D I = 1.312δδ10= 8.6由K 查表9-5得 T =1.792Z =3.768 Y =7.289 U =8.010整体法兰查图9-3和图9-4 F I =0.81583V I =0.08833e F h ==I 00.01020松式法兰 查图9-5和图9-6F L =0.00000 V L =0.00000 e F h ==L 00.00000查图9-7 由 δ1/δo 得f = 35.17656整体法兰21o o Ih V U d δ= =松式法兰21o o Lh V U d δ= = 0.0ηδ==f 13d 0.2西安科技大学—乘风破浪团队26464289.0ψ=δf e +1 =1.51 γ = ψ/T = 0.83 =+=134e f δβ 1.65 λγη=+= 1.07 剪应力校核 计 算 值许 用 值结 论预紧状态 ==l D Wi πτ10.00 MPa [][]n στ8.01=操作状态==lD W i pπτ20.00MPa[][]tn στ8.02=输入法兰厚度δf = 48.0 mm 时, 法兰应力校核应力 性质计 算 值许 用 值结 论轴向 应力==i21oH D fM λδσ 213.13MPa15.[]σf t =225.0 或25.[]σn t =282.5( 按整体法兰设计的任 意 式法兰,取15.[]σn t )校核合格径向 应力 =+⋅=i2f 0R )133.1(D M e f λδδσ20.90MPaf t []σ = 150.0校核合格切向 应力σδσT 0f i R =-=M YD Z 219.83 MPaf t []σ = 150.0校核合格综合 应力))(5.0),(5.0m ax (T H R H σσσσ++ =117.01 MPaf t []σ = 150.0校核合格法兰校核结果校核合格表1-15前端管箱法兰计算前端管箱法兰计算结果计算单位 全国化工设备设计技术中心站设 计 条 件简 图西安科技大学—乘风破浪团队27设计压力 p 0.400 MPa计算压力 p c 0.400 MPa 设计温度 t 170.0 ︒ C 轴向外载荷 F 0.0 N 外力矩 M 0.0 N .mm壳 材料名称 Q235-B 体 许用应力 nt []σ 109.8MPa法 材料名称16Mn许[σ]f 150.0 MPa 兰 应[σ]t f 142.2MPa材料名称40MnB 螺 许[σ]b 196.0 MPa 应[σ]t b168.6 MPa 栓 公称直径 d B 20.0 mm 螺栓根径 d 117.3 mm 数量 n 28个D i 800.0D o 950.0垫 结构尺寸 D b 907.0 D 外 878.0 D 内 850.0 δ0 14.0 mmL e21.5 L A 26.5 h 13.0δ127.0材料类型 软垫片N14.0 m 3.00 y (MPa) 25.5 压紧面形状 1a,1bb6.69D G 864.6片 b 0≤6.4mm b = b 0 b 0≤6.4mm D G = ( D 外+D 内 )/2b 0 > 6.4mm b =2.530bb 0 > 6.4mm D G = D 外 - 2b螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷W aW a = πbD G y = 463639.8 N 操作状态下需要的最小螺栓W p = F p + F = 278487.8N西安科技大学—乘风破浪团队28载荷W p所需螺栓总截面积 A m A m = max (A p ,A a ) = 2365.5 mm 2 实际使用螺栓总截面积 A bA b = 214d n π= 6577.2 mm 2力 矩 计 算操F D = 0.785i 2D p c = 200960.0NL D = L A + 0.5δ1= 40.0mmM D = F D L D = 8038400.0N .mm作F G = F p= 43614.6NL G = 0.5 ( D b - D G )= 21.2mmM G = F G L G = 924357.3N .mmM pF T = F -F D= 33772.2NL T =0.5(L A + δ1 +L G ) = 37.3mmM T = F T L T = 1261286.0N .mm外压: M p = F D (L D - L G )+F T (L T -L G ); 内压: M p = M D +M G +M T M p =10224043.0N .mm预紧M aW = 876381.8 N L G = 21.2 mmM a =W L G = 18573820.0N .mm计算力矩 M o = M p 与M a [σ]f t /[σ]f 中大者 M o = 17607980.0N .mm螺 栓 间 距 校 核实际间距 nD L b π=)= 101.8mm 最小间距 =min L )46.0 (查GB150-98表9-3)mm 最大间距=max L )122.3mm形 状 常 数 确 定h D 0i 0==δ105.83h/h o = 0.1 K = D o /D I = 1.188δδ10= 1.9西安科技大学—乘风破浪团队29由K 查表9-5得 T =1.844 Z =5.876 Y =11.389 U =12.515整体法兰查图9-3和图9-4 F I =0.90090V I =0.42312e F h ==I 00.00851松式法兰 查图9-5和图9-6F L =0.00000 V L =0.00000 e F h ==L 00.00000查图9-7由 δ1/δo 得f = 2.91134整体法兰21o o Ih V U d δ= = 613524.1松式法兰21o o Lh V U d δ= = 0.0ηδ==f 13d 0.2ψ=δf e +1 =1.44 γ = ψ/T = 0.76 =+=134e f δβ 1.54λγη=+= 0.94 剪应力校核 计 算 值许 用 值结 论预紧状态 ==l D Wi πτ10.00 MPa [][]n στ8.01=操作状态==lD W i pπτ20.00MPa[][]tn στ8.02=输入法兰厚度δf = 48.0 mm 时, 法兰应力校核应力 性质计 算 值许 用 值结 论轴向 应力==i21oH D fM λδσ 93.10MPa15.[]σf t =213.3 或25.[]σn t =274.5( 按整体法兰设计的任 意 式法兰, 取15.[]σn t )校核合格径向 应力 =+⋅=i2f 0R )133.1(D M e f λδδσ15.63MPaf t []σ = 142.2校核合格切向σδσT 0f i R =-=M YD Z 216.95 MPaf t []σ = 142.2校核合格西安科技大学—乘风破浪团队30应力综合 应力))(5.0),(5.0m ax (T H R H σσσσ++=55.02MPaf t []σ = 142.2校核合格法兰校核结果校核合格表1-16后端管箱法兰计算后端管箱法兰计算结果计算单位 全国化工设备设计技术中心站设 计 条 件简 图设计压力 p 0.400 MPa计算压力 p c 0.400 MPa 设计温度 t 65.0 ︒ C 轴向外载荷 F 0.0 N 外力矩 M 0.0 N .mm壳 材料名称 Q235-B 体 许用应力 nt []σ 113.0MPa法 材料名称16Mn许[σ]f 150.0 MPa 兰 应[σ]t f150.0MPa西安科技大学—乘风破浪团队31材料名称40MnB 螺 许[σ]b 196.0 MPa 应[σ]t b184.8 MPa 栓 公称直径 d B 20.0 mm 螺栓根径 d 117.3 mm 数量 n 28个D i 900.0 D o 1050.0垫 结构尺寸 D b 1007.0 D 外 978.0 D 内 950.0 δ0 8.0 mmL e 21.5 L A -15.5 h 30.0δ169.0材料类型 软垫片N14.0 m 3.00 y (MPa) 52.4 压紧面形状 1a,1bb6.69D G 964.6片 b 0≤6.4mm b = b 0 b 0≤6.4mm D G = ( D 外+D 内 )/2b 0 > 6.4mm b =2.530bb 0 > 6.4mm D G = D 外 - 2b螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷W aW a = πbD G y = 1062926.5 N操作状态下需要的最小螺栓载荷W pW p = F p + F = 341001.5 N 所需螺栓总截面积 A m A m = max (A p ,A a ) = 5423.1 mm 2 实际使用螺栓总截面积 A bA b = 214d n π= 6577.2 mm 2力 矩 计 算操F D = 0.785i 2D p c = 254340.0NL D = L A + 0.5δ1= 19.0mmM D = F D L D = 4832460.0N .mm作F G = F p= 48659.0N L G = 0.5 ( D b - D G )= 21.2mm M G = F G L G = 1031267.3N .mm M pF T = F -F D NL T =0.5(L A + δ1 +mmM T = F T L TN .mm西安科技大学—乘风破浪团队32= 37829.9L G ) = 37.3= 1412827.2外压: M p = F D (L D - L G )+F T (L T -L G ); 内压: M p = M D +M G +M T M p =7276554.5N .mm预紧 M aW = 1176025.0N L G = 21.2 mmM a =W L G = 24924388.0N .mm计算力矩 M o = M p 与M a [σ]f t /[σ]f 中大者 M o = 24924388.0N .mm螺 栓 间 距 校 核实际间距 nD L b π=)= 101.8mm 最小间距 =min L )46.0 (查GB150-98表9-3)mm 最大间距=max L )122.3mm形 状 常 数 确 定h D 0i 0==δ84.85h/h o = 0.4 K = D o /D I = 1.167δδ10= 8.6由K 查表9-5得 T =1.852Z =6.538 Y =12666 U =13.919整体法兰查图9-3和图9-4 F I =0.83061V I =0.09826e F h ==I 00.00979松式法兰 查图9-5和图9-6F L =0.00000 V L =0.00000 e F h ==L 00.00000查图9-7由 δ1/δo 得f = 36.55010整体法兰21o o Ih V U d δ= = 769301.4松式法兰21o o Lh V U d δ= = 0.0ηδ==f 13d 0.1ψ=δf e +1 γ = ψ/T=+=134e f δβ 1.63λγη=+西安科技大学—乘风破浪团队33=1.51 =0.85 = 0.94剪应力校核 计 算 值许 用 值结 论预紧状态 ==l D Wi πτ10.00 MPa [][]n στ8.01=操作状态==lD W i pπτ20.00MPa[][]tn στ8.02=输入法兰厚度δf = 48.0 mm 时, 法兰应力校核应力 性质计 算 值许 用 值结 论轴向 应力==i21oH D fM λδσ 224.82MPa15.[]σf t =225.0 或25.[]σn t =282.5( 按整体法兰设计的任 意 式法兰,取15.[]σn t )校核合格径向 应力 =+⋅=i2f 0R )133.1(D M e f λδδσ20.86MPaf t []σ = 150.0校核合格切向 应力σδσT 0f i R =-=M YD Z 215.87 MPaf t []σ = 150.0校核合格综合 应力))(5.0),(5.0m ax (T H R H σσσσ++ =122.84 MPaf t []σ = 150.0校核合格法兰校核结果校核合格表1-17开孔补强计算开孔补强计算计算单位全国化工设备设计技术中心站 接 管: A1, φ324×10 计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强法, 单 孔 设 计 条 件简 图西安科技大学—乘风破浪团队34计算压力 p c 0.4 MPa设计温度 65℃壳体型式 圆形筒体 壳体材料 名称及类型Q235-B 板材壳体开孔处焊接接头系数φ 0.85 mm 壳体内直径 D i 800 壳体开孔处名义厚度δn 12 mm 壳体厚度负偏差 C 1 0.8 mm 壳体腐蚀裕量 C 2 3 mm 壳体材料许用应力[σ]t 113 MPa 接管实际外伸长度 250 mm 接管实际内伸长度 0 mm 接管材料 20(GB8163) 接管焊接接头系数 1 名称及类型 管材 接管腐蚀裕量 1.5mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 mm补强圈外径mm 补强圈厚度mm 接管厚度负偏差 C 1t 1.25 mm 补强圈厚度负偏差 C 1r mm 接管材料许用应力[σ]t130MPa 补强圈许用应力[σ]tMPa开孔补强计算壳体计算厚度δ 1.461 mm 接管计算厚度δt 0.468 mm 补强圈强度削弱系数 f rr0 接管材料强度削弱系数f r1 开孔直径 d309.5mm补强区有效宽度 B619mm西安科技大学—乘风破浪团队35接管有效外伸长度 h 1 55.63mm接管有效内伸长度 h 2mm开孔削弱所需的补强面积A516.6 mm 2 壳体多余金属面积 A 1 2021 mm 2 接管多余金属面积 A 2754.6 mm 2 补强区内的焊缝面积 A 364mm 2A 1+A 2+A 3=2840 mm 2 ，大于A ，不需另加补强。