管壳式换热器机械设计参考资料

1前言 (1)

1.1概述 (1)

1.1.1换热器的类型 (1)

1.1.2换热器 (1)

1.2设计的目的与意义 (2)

1.3管壳式换热器的发展史 (2)

1.4管壳式换热器的国内外概况 (3)

1.5壳层强化传热 (3)

1.6管层强化传热 (3)

1.7提高管壳式换热器传热能力的措施 (4)

1.8设计思路、方法 (5)

1.8.1换热器管形的设计 (5)

1.8.2换热器管径的设计 (5)

1.8.3换热管排列方式的设计 (5)

1.8.4 管、壳程分程设计 (5)

1.8.5折流板的结构设计 (5)

1.8.6管、壳程进、出口的设计 (6)

1.9 选材方法 (6)

1.9.1 管壳式换热器的选型 (6)

1.9.2 流径的选择 (8)

1.9.3流速的选择 (9)

1.9.4材质的选择 (9)

1.9.5 管程结构 (9)

2壳体直径的确定与壳体壁厚的计算 (11)

2.1 管径 (11)

2.2管子数n (11)

2.3 管子排列方式，管间距的确定 (11)

2.4换热器壳体直径的确定 (11)

2.5换热器壳体壁厚计算及校核 (11)

3换热器封头的选择及校核 (14)

4容器法兰的选择 (15)

5管板 (16)

5.1管板结构尺寸 (16)

5.2管板与壳体的连接 (16)

5.3管板厚度 (16)

6管子拉脱力的计算 (18)

7计算是否安装膨胀节 (20)

8折流板设计 (22)

9开孔补强 (25)

10支座 (27)

10.1群座的设计 (27)

10.2基础环设计 (29)

10.3地角圈的设计 (30)

符号说明 (32)

参考文献 (34)

小结 (35)

2 壳体直径的确定与壳体壁厚的计算

2.1 管径

换热器中最常用的管径有φ19mm ×2mm 和φ25mm ×2.5mm 。小直径的管子可以承受更大

的压力，而且管壁较薄；同时，对于相同的壳径，可排列较多的管子，因此单位体积的传热面积更大，单位传热面积的金属耗量更少。所以，在管程结垢不很严重以及允许压力降较高的情况下，采用φ19mm ×2mm 直径的管子更为合理。如果管程走的是易结垢的流体，则应常用较大直径的管子。

标准管子的长度常用的有1500mm ，2000mm ，2500mm ，

3000m,4500,5000,6000m,7500mm,9000m 等。换热器的换热管长度与公称直径之比一般为4

—25,常用的为6—10

选用Φ25×2.5的无缝钢管，材质为20号钢，管长4.5m 。

2.2 管子数n L F n d 均π= (2-1)

()根均5035

.40225.014.3160

F

L =⨯⨯=

=

∴

n

d n π

其中安排拉杆需减少6根，故实际管数n=503-6=497根 2.3 管子排列方式，管间距的确定

采用正三角形排列，由《化工设备机械基础》表7-4查得层数为12层，对角线上的管

数为25，查表7-5取管间距a=32mm.

2.4换热器壳体直径的确定

l b a D i 2)1(+-= (2-2)

其中壁边缘的距离为最外层管子中心到壳

l 取d l 2=，()m m 8682522)125(32=⨯⨯+-⨯=i D ，

查表2-5，圆整后取壳体内径9=i D 00mm

2.5 换热器壳体壁厚计算及校核

材料选用20R

计算壁厚为：c

t i

c p D p -=

φσδ][2, (2-3)

式中:p c 为计算压力，取p c =1.0MPa ；=i D 900mm;φ=0.9;[σ]t =92Mpa （设壳壁温度为 350°C ）

将数值代入上述厚度计算公式，可以得知：

mm 47.51.0

-0.9292900

1.0=⨯⨯⨯=

δ

查《化工设备机械基础》表4-11取2.12=C mm ； 查《化工设备机械基础》表4-9得25.01=C mm 5.47+1.2+0.25=6.92 mm 圆整后取0.7=n δ mm

复验25.042.0%6>=⨯n δ mm ，最后取25.01=C mm 该壳体采用20钢7mm 厚的钢板制造。 1、液压试验应力校核

s

e

e i T T D P φσδδσ9.02)

(≤+=

(2-4) [][]

Mpa

P

P t

T 15.1115.115.1=⨯==σσ (2-5)

55.525.02.17=--=-=C n e δδ mm (2-6) 查《化工设备机械基础》附表6-3Mpa s 245=σ

Mpa T 82.9355

.52)

55.5900(15.1=⨯+⨯=

σ，

Mpa s 45.1982459.09.09.0=⨯⨯=φσ

可见

s

T φσσ9.0≤故水压试验强度足够。

2、强度校核

设计温度下的计算应力Mpa D p e e i c t 58.8155.52)

55.5900(0.12)(=⨯+⨯=+=

δδσ

Mpa t 8.829.092][=⨯=φσ﹥t σ

最大允许工作压力Mpa

D P e i e t w 02.155.590055

.59.0922][2][=+⨯⨯⨯=+=δφδσ (2-7) 故强度足够。