《管壳式换热器机械设计》

设计的目的与意义

管壳式换热器的发展史

管壳式换热器的国内外概况

壳层强化传热

管层强化传热

提高管壳式换热器传热能力的措施设计思路、方法

1.8.2换热器管径的设计

1.8.3换热管排列方式的设计

1.8.4 管、壳程分程设计

1.8.5折流板的结构设计

1.8.6管、壳程进、出口的设计

选材方法

1.9.1 管壳式换热器的选型

1.9.3流速的选择

1.9.4材质的选择

1.9.5 管程结构

2壳体直径的确定与壳体壁厚的计算1管径1

管子数n1

管子排列方式，管间距的确定1

换热器壳体直径的确定1

换热器壳体壁厚计算及校核1

3换热器封头的选择及校核

4容器法兰的选择5

5管板

管板结构尺寸6

管板与壳体的连接

管板厚度6

6管子拉脱力的计算8 7计算是否安装膨胀节0 8折流板设计2

9开孔补强5

10支座7

群座的设计7

基础环设计9

地角圈的设计0

符号说明2

参考文献4

小结

2 壳体直径的确定与壳体壁厚的计算

管径

换热器中最常用的管径有φ19mm ×2mm 和φ25mm ×。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×的无缝钢管，材质为20号钢，管长。 管子数n L F n d 均π=

(2-1)

其中安排拉杆需减少6根，故实际管数n=503-6=497根 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. 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 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 =；=i D 900mm;φ=;[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： 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 ++= 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，

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。

3 换热器封头的选择及校核

上下封头均选用标准椭圆形封头，根据JB/T4746-2000标准，封头为DN900×7，查《化工设备机械基础》表4-15得曲面高度1501=h mm ，直边高度402=h

mm ，材料选用20R 钢

标准椭圆形封头计算厚度：

mm

45.50

.15.09.0922900

0.15.0][2=⨯-⨯⨯⨯=-=c t

i c p D p φσδ

(3-1)

Mpa

KD p e i e t w 02.155.55.0900155

.59.09225.0][2][=⨯+⨯⨯⨯⨯=+=δφδσ

(3-2)

所以，封头的尺寸如下图：

图3-1 换热器封头尺寸

4 容器法兰的选择

材料选用16MnR 根据JB/T4703-2000 选用DN900，的榫槽密封面长颈对焊法