U型管换热器设计说明书

流体流量进口温度出口温度压力煤油10tℎ⁄180℃40℃1MPa 水?tℎ⁄20℃40℃0.5MPa 一．热力计算1.换热量计算Q=m1∙C p1∙(T1−T2)=100003600∙2100∙(180−40)=817.32KJ/s 2.冷却剂用量计算m2=QC P2∙(t1−t2)=817.32∙1000 4183∙(40−20)=9.77KJ/s由于水的压力较之煤油较大，黏度较之煤油也较大，所以选择水为壳程，煤油为管程。

3.换热面积估算∆t1=|T1−t2|=140℃∆t2=|T2−t1|=20℃∆t m′=∆t1−∆t2ln∆t1∆t2=140−20ln14020=61.67∆t m′——按纯逆流时计算的对数平均温差∆t m=ε∆t∙∆t m′ε∆t——温差矫正系数ε∆t=φ（R.P）R=热流体的温降冷流体的温升=T1−T2t1−t2=180−4040−20=7P=冷流体温升两流体的初始温差=t2−t1T1−t1=40−2080−20=0.16查图d o−−换热管外径,mL=38.1320∙4∙π∙0.019=7.98m考虑到常用管为9m管，为生产加工方便，选用单程管长8m又考虑到单程管长8m会使得换热器较长，在选取换热器壳体内径时，尽量选取较大的，以保证安全，因此换热器内部空间较大，故选用较为宽松的正方形排布。

换热管材料由于管程压力大于0.6MPa,不允许使用焊接钢管，故选择无缝冷拔钢管。

按照GB—151管壳式换热器1999选取常用管心距p i= 25mm；分程隔板两侧管心距p s=38mm按下图作正方形排列选择布管限定圆直径D L=D i−0.5d o=400−10=390mm由布管限定圆从《GB151—1999》管壳式换热器中选定工程直径DN=400mm的卷制圆筒，查得碳素钢，低合金钢圆筒最小厚度不得小于8mm，高合金钢圆筒最小厚度不得小于3.5mm圆筒厚度计算：选用壳体材料为现在工业生产中压力容器的常用材料Q345R，为一种低合金钢。

按《GB150.1~.4-2011压力容器》中圆筒厚度计算公式：δ=p c∙D i2|σ|tϕ−p cδ−−圆筒计算厚度mmp c−−计算压力，MPaD i−−圆筒内径，mm|σ|t−−设计温度下圆筒材料的许用应力，MPaϕ−−焊接接头系数计算压力p c=0.5MPa圆筒内径由选定的圆筒公称直径得D i=400mm设计温度下的圆筒材料的许用应力由选定的材料Q345R从不应小于下表因分程隔板两侧无明显压差，分程隔板可按上表选取。

分程隔板选材为Q235，属碳素钢，故取分程隔板厚度为mm 8=δ 二．接管管径设计：1.煤油进出口管径：进出口管径可由公式：u Vd π4=V ——液体的体积流量u ——液体的流速m d 07.0100347.04=⨯⨯=π煤油2.水进出口管径：m d 1.091.000814.04水=⨯⨯=π 三．容器法兰选取及校核由NB/T 47020——2012选取长颈对焊法兰，密封面采用全平面密封，法兰采用锻件，材料选用20号钢。

垫片选择石棉像胶板，厚度为3mm ，垫片系数m=3.50，比压力y=44.8MPa1.垫片设计计算垫片压紧力：由《过程设备设计》查得下列公式计算垫片压紧力：F a =πDG byF a ——预紧状态下，需要的最小垫片压紧力，Nb——垫片有效密封宽度，mmD G ——垫片压紧力作用中心圆计算直径，mm ；当密封基本宽度b o ≤6.4mm 时，D G 等于垫片接触的平均直径当密封基本宽度b o >6.4mm 时，D G 等于垫片接触的外径减去2by——垫片压力比，MPa由NB/T 47020—47027—2012查得垫片宽度N=22mm ，由此的垫片密封基本宽度b o =11mm ，垫片有效密封宽度b =2.53√b o =2.53×√11=8.39mm ，则D G =454−2×8.39=437.22mmW =A m +A b2[σ]b b. 操作状态螺栓设计载荷按下式计算：W =W PA m ——需要的螺栓总面积，mm 2 A b ——实际使用的螺栓总面积，mm 2由所需螺栓直径和个数：d o =√4A mπnd o ——螺纹根径或螺栓最小截面直径，mmn——所需螺栓个数此处需要确定直径与个数其中之一的数值，由筒体外径查NB/T 47020—47027—2012得螺栓使用个数为20将其带入上式d o =√4×2653π×20=13mm由NB/T 47020—47027—2012查得所用螺栓为M20 螺栓符合要求。

3.法兰选用与校核（1）法兰的相关标注如下图由NB/T47020—47027-2012查得长颈对焊法兰如下图所示：兰连接。

管板形式如下图：（2）管板计算按照GB151——1999管壳式换热器中a 型连接方式管板的计算步骤进行下列计算。

a)根据布管尺寸计算A d ，A t ，D tA d ——在布管区范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，而未能被换热管支撑的面积，mm 2对于正方形排布A d =n ′S (S n −S )n ′——沿隔板槽一侧的排管根数S——换热管中心距，mmS n ——隔板槽两侧相邻管中心距，mmA d =6×25×(38−25)=1950mm 2A t ——管板布管区面积，mm 2正方形排布：A t =2nS 2+A dA t =2×40×252+1950=51950mm 2D t ——管板布管区当量直径，mm 2D t =√4A tπD t =√4×51950π=257.18mm 2b)计算ρt ，以1ρt ⁄查图或查表得到C cρt ——布管区当量直径D t 与直径2R 之比ρt =1解换热管的受力形况和防止流体流动诱发振动有一定作用。

（1）折流板缺口高度弓形折流板缺口高度使流体通过缺口时与横过管束时的流速相近。

缺口大小用切去的弓形弦高占圆筒内直径的百分比确定，单弓形折流板缺口见下图，缺口弦高h，宜取0.20~0.45倍的圆筒内直径。

取折流板缺口弦高h为0.25倍的圆筒内径，即h=0.25×400=100mm（2）折流板厚度之前热力计算中已经确定折流板间距为200mm，查得内径400mm的圆筒折流板最小厚度为4mm，取折流板厚度为5mm（3）折流板管孔由GB151——1999管壳式换热器规定，管孔直径d=d0+0.7=19+0.7=19.7mm，允许正偏差为0.3，负偏差为0，即管孔为ϕ=19.7 0+0.30（4）折流板的固定折流板的固定一般采用拉杆与定距管等原件与管板固定，其固定形式由一下几种：a.采用全焊接法，拉杆一段插入管板并与管板固定，每块折流板与拉杆焊接固定。

b.拉杆一段用螺纹拧入管板，每块折流板之间用定距管固定，每一拉杆上最后一块折流板与拉杆焊接c.螺纹与焊接相结合，拉杆一端用螺纹拧入管板，然后将折流板焊接在拉杆上d.拉杆的一端用螺纹拧入管板，中间用定距管将折流板固定，最后一快折流板用两螺母锁紧并点焊固定。

这里选择d.作为折流板固定的方法。

6.拉杆与定距管（1）拉杆直径和数量由GB151——1999规定，对于换热管外径14<d<25取拉杆直径d n=12mm，拉杆数量取4。

拉杆长度按需要选取，取拉杆长度为8000mm（2）拉杆尺寸杆长度按需要选取，取拉杆长度为8000mm。

拉杆尺寸可有下图和下表选择取拉杆螺纹公称直径d n=12mm，L a=15mm，L b=50mm，b=2mm（3）拉杆布置拉杆布置应尽量均匀布置在管束的外缘，且任何折流板不应少于3跟拉杆。

（5）定距管选择定距管选择材质与换热管相同的不锈钢管。

定距管长度为200mm，尺寸选择与换热管相同的ϕ19×2mm6.接管法兰选取接管法兰由HG20592选取，之前以确定接管内径为d 水=100mm，d煤油=70mm选取带颈平焊法兰。

密封形式为凸面密封。

查得法兰各参数如下：水进出口法兰：D=220mm，K=180mm，L=18mm，n=8，螺栓：M16，C=20mm，B1=116mm，N=140mm，R=8mm，H=40mm 煤油进出口法兰：D=200mm，K=160mm，L=18mm，n=8，螺栓：M16，C=20mm，B1=90.5mm，N=118mm，R=6mm，H=34mm 7.接管外伸计算L≥h+ℎ1+δ+15L——接管外伸长度，mmℎ——接管法兰厚度，mmℎ1——接管法兰螺母厚度，mm壳程进出口法兰ℎ1=14.8mm管程进出口法兰ℎ1=14.8mmδ——保温层厚度(无需保温取0)，mm得L管=49.8mm，L壳=49.8mm综合考虑安装等方面的问题最终选定煤油与水进出口管的伸出长度均为100mm8.开孔补强由《过程设备设计》得在厚度大于6mm，接管外径小于89mm 则可以不用补强。

因此，管箱部分不用补强。

只需计算圆筒部分的补强面积（1）对受内压的圆筒，所需的补强面积：A=dδ+2δδet(1−f r)A——开孔消弱所需的补强面积，mm2 d——开孔直径，圆形孔等于接管内直径加2倍的厚度,mmδ——壳体开口处的计算厚度，mmδet——接管有效厚度，mmf r——强度消弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比，当该值大于1.0时取1.0由于壳体材料与接管材料相同，f r=1.0查得相关参数：工程直径DN=400 允许载荷Q=60kN，鞍座高度h=200mm底板（l1=380mm，b1=120mm，δ1=8mm）腹板δ2= 8mm，筋板（b3=96mm，δ3=8mm），垫板（弧长= 480mm，b4=200mm，δ4=6mm，e=48），螺栓间距l2= 260mm，鞍座质量（带垫板14kg，不带垫板9kg）参考文献：由NB/T47020—47027-2012查得长颈对焊法兰如下图所示：其中：公称直径DN=400mm法兰外径D=540mm螺孔中心圆直径D1=500mm密封圆外径D3=455mm法兰厚度δ=34mm法兰高度H=95mm法兰颈高h=25mm法兰颈δ2=22mm法兰颈δ1=12mm螺孔直径d=23mm过渡圆角R=12mm。