U型管换热器设计说明书68459

管外流体给热系数 :
精品
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查得定性温度下流体的粘度为 壁温下流体的粘度 1004
查得壳程流体的普朗克数 查得水的导热系数
管内流体给热系数 ：
查得煤油的导热系数 查得煤油的密度 管内流体的流速 煤油的粘度 煤油的比热 换热管的内径
在总传热系数计算公式中， 可看作 管外流体的污垢热阻 管内流体的污垢热阻 用外表面表示的管壁热阻
，允许正偏差为
0.3，负偏差为 0，即管孔为
（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。
箱法兰连接。管板形式如下图：
折流板厚度 5mm
（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
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. 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，
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. 对于正方形排布
拉杆直径 12mm 拉杆长度 8000mm
从 GB150.2 查得 40Cr 在 40 下的许用应力:
取其中面积较大者 （3）螺栓设计载荷 螺栓设计载荷按下列规定确定： a. 预紧状态螺栓设计载荷按下式计算：
b. 操作状态螺栓设计载荷按下式计算：
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.
由所需螺栓直径和个数：
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
（5）操作状态的法兰力矩计算： 作用于法兰内径截面上内压引起的轴向力 由下式计算：
内压引起的总轴向力 F 与内经截面上的轴向力 之差 按下式 计算：
法兰力矩按下式计算： （6）法兰材料选取
管法兰一般选用锻件或铸件，不推荐钢板制造因此选用 16Mn （7）法兰设计力矩
法兰设计力矩按下式计算并去最大值 精品
由于椭圆封头经线曲率变化平滑，应力分布均匀，且椭
圆形封头较半球形封头深度小得多，易于冲压成形，是
目前最常用的封头之一，故次换热器采用标准椭圆形封
头。
对于标准椭圆封头，K=1 厚度计算公式为：
pc
2 t
Di 0.5 pc
pc — —设计压力， MPa
Di — —圆筒内径， mm
t — —许用应力， MPa ——焊接接头系数
Y=6.63
b)径向应力按下式计算：
c)环向应力按下式计算：
（9）应力校核 a)轴向应力
管板厚度 24mm 管板直径 473mm
轴向应力校核合格 精品
. b)径向应力
径向应力合格 c)环向应力
环向应力合格 d)组合应力
组合应力合格 4.管板设计计算
（1）管板形式选择： 管板形式选择 a 型：管板通过垫片与壳体法兰和管
（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。
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取折流板缺口弦高 h 为 0.25 倍的圆筒内径，即
（2） （3）
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 折流板管孔 由 GB151——1999 管壳式换热器规定，管孔直径
d水
4 0.00814 0.91
0.1m
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=44.8MPa
1.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：
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：
计算压力 圆筒内径由选定的圆筒公称直径得 设计温度下的圆筒材料的许用应力由选定的材料 Q345R 从 GB150.2 中查得 焊接接头系数
由于壳程流体为水，不会产生较严重的腐蚀，选取腐蚀 yu 量
由于垫片宽度为 3mm，则开槽取 4mm。壳程侧隔板槽深 4mm，管程隔板槽深 4mm。
圆整为 24mm
（4）.管板直径
根据容器法兰相关参数需要，取管板直径 D=473mm
考虑到金属的热膨胀尺寸，可由微小负偏差，但不允
许有正偏差。
（5）.管板连接设计
由之前热力计算部分以确定布管方式选用正方形排布，
布管限定圆直径
6.拉油 水 一．热力计算 1.换热量计算
.
进口温度 出 口 温 压力 度
2.冷却剂用量计算
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
查图
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得 ε∆t=0.85
传热面积估算：
取传热系数：K=450
A=38.13
取安全系数 0.1： 4 管径，管长，管数确定：
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
，垫片有效密封宽
度
，则
操作时需要的压紧力有操作密封比压引起，由于原始定 义 m 时是取 2 倍垫片有效接触面积上的压紧载荷等于操 作压力的 m 倍，所以计算时操作密封比压应为 ，
则
2.螺栓设计计算： 螺栓材料选择 40Cr。 （1）螺栓载荷： 预紧状态下需要的最小螺栓载荷按下式计算：
厚度不应小于下表
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
8mm
二．接管管径设计： 1.煤油进出口管径： 进出口管径可由公式：
d 4V
u
V——液体的体积流量 u——液体的流速
d煤油
4 0.00347 0.07m 1
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.
2.水进出口管径：
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. 又由于 Q345R 在公称直径为 400mm 是可选取得最小厚度为 8mm，则选择圆筒厚度为 8mm
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. 折流板间距： 折流板间距一般不小于圆筒内径的五分之一且不小于 50mm；因此取折流板间距为 200mm 核算传热系数： 由 GB151—1999 管壳式换热器得到包括污垢在内的，以换 热管外表面积为基准的总传热系数 K 的计算公式:
将其带入上式 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：
其中：
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（2）由上述数据可得
（3）预紧状态下的法兰力矩按下式计算：
（4）由机械设计手册查得 M20 的小径为 17.29mm 由此可得实际使用的螺栓总面积
，由 GB151——1999 管壳
式换热器，查得对于
换热管的管孔直径为
，正偏差
，负偏差为 0，管孔直径为
。
5.折流板设计计算： 折流板的结构设计，是根据工艺过程及要求来确定，折 流板的作用主要是为了增加管间流速，提高传热效果。 同时设计折流板对于卧式换热器的换热管有一定支撑 作用，当换热管过长，而管子承受的压应力过大时， 在满足换热器壳程允许压降的情况下，增加折流板的 数量，减小折流板的间距，对缓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。
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操作状态下需要的最小螺栓载荷计算： 内压引起的轴向力按下式计算：
D=565mm L=26mm 螺栓 M24 C=26mm
最小螺栓载荷按下式计算：
（2）螺栓面积： 螺栓面积按下列规定确定 a.预紧状态下需要的最小螺栓面积按下式计算：
从 GB150.2 查得 40Cr 在室温下的许用应力: 操作状态下所需的最小螺栓面积按下式计算：
由流量确定管数：
煤油在管中的流速为 0.8~1，取管程流体流速
常用换热管为
与
选用外径
管。 管程流体体积流量可由煤油的要求流量的出：
n=20 N=4
换热
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. 精品
. L=8m
取管数 由换热面积确定管程数和管长： 由于是 U 型管换热器，由 GB151-1999 管壳式换热器查得有 2，4 两种管程可选。 初选管程为 4
布管限定圆
圆筒工程直径 DN=400
；分程隔板两侧管心距 按下图作正方形排列
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折流板间距 200mm
选择布管限定圆直径
由布管限定圆从《GB151—1999》管壳式换热器中选定工程
直径
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：
力，最终取封头厚度为 8mm
2. 管箱短节设计：
（1）管箱短节厚度设计：
管箱短节厚度与筒体厚度相同， 8mm
（2）管箱的最小内侧深度：
由 GB150——1998 规定：
a. 轴向开口的单程管箱，开口中心处的最小深度应不 小于接管内径的1 3
b. 多管程管箱的内侧深度应保证两程之间的最小流 通面积不小于每程换热管流通面积的 1.3 倍；当操