固定管板式换热器设计

前言 (2)

列管式换热器机械设计 (3)

一、问题重述 (3)

1.1 设计题目 (3)

1.2 已知条件 (3)

二、计算 (3)

2.1 管子数N (3)

2.2 管子的排列方式，管间距的确定 (4)

2.3 换热器壳体直径的确定 (4)

2.4 换热器壳体壁厚的计算 (4)

2.5 换热器封头换热器封头的选择 (5)

2.6 封头法兰的选择 (5)

2.7 管板尺寸的确定 (6)

2.8 管子拉脱力计算 (8)

2.9 折流板设计 (10)

2．10 拉杆、定距管 (11)

2.11 波形膨胀节的计算 (12)

2.12 接管法兰的选择 (14)

2.13 开孔补强 (14)

2.14 封头法兰垫片 (15)

2.15 底座 (15)

三、课程设计小结 (16)

参考资料 (17)

前言

换热器在工、农业的各个领域应用的十分广泛，在日常生活中也随处可见，是不可缺少的工艺设备之一。换热器的研究备受各种研究机构的关注和重视，其性能的每一点提高都意味巨大的经济与社会效益。

管壳式换热器虽然在换热效率、设备体积和金属材料的消耗方面不如其他新型的换热设备，但它具有结构坚固、操作弹性大、可靠程度高、使用范围广等，所以在各领域中仍得到广泛的应用。

对于学习化工机械的大学生来说，换热器设计是必须要了解和掌握的知识之一。换热器设计是一个复杂而艰辛的过程，它不仅仅是确定一个或者多个可行的解决方案，还要求确定最可能的或接近最优的设计方案。

管壳式换热器的结构设计，必须考虑很多的因素，如压力、温度、材料、流体性质及检修清理等，通过各种因素的综合考虑，来选择合适的设计方案。

本次课程设计通过对固定管板式换热器的的结构设计以及整体装配的设计，了解到换热器大体的设计过程和装配过程，丰富了我们所学习的知识，学以致用，加强了我们对知识的实际应用能力，并且在设计过程中一些新的知识，开阔了自己是思维，对我们以后的工作具有很大是指导意义。

本次课程设计由陈庆和王海波老师指导，特此表示感谢。由于设计者水平有限，不足之处，还望指导。

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2011年12月26日

列管式换热器机械设计

一、问题重述

1.1 设计题目

年产3000吨合成氨厂变换工段换热器的机械设计。

1.2 已知条件

（1）气体平均压力：

管程：半水煤气 0.7MPa (绝压)； 壳程：变换气 0.6MPa （绝压）；

（2）半水煤气进口温度180℃，出口温度370℃；变换气进口温度400℃，出口温度220℃。

（3）由工艺计算求得换热面积为1302m 。

二、计算

2.1 管子数n

换热管选用Φ32×3的无缝钢管，材质为20号钢，换热管的长度推荐采用1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,4.5,6.0,7.5,9.0，12.0m ，本次设计选取管长为3米。

管子的当量直径为:

m mm d n 029.029332==-=。

换热面积:

Ln d A n π=

877.4753

029.0130

L d A n n =⨯⨯==

∴ππ根 考虑到换热过程中的各种热量损失，圆整确换热管数量n=476根。

2.2 管子的排列方式，管间距的确定

换热管的排列方式采用正三角形排列，换热管中心距不宜小于1.25倍的换热管外径，由GB151-1999《管壳式换热器表》中表12可知换热管外径mm d 32=时，换热管中心距mm S 40=。查表得六角形层数为12层，六角形对角线上的

管子数为25个。

2.3 换热器壳体直径的确定

壳体内径:

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

S ——换热管中心距，S=40mm ；

b ——正六角形对角线上的管子数，b=25个；

l 最外层管子的中心到壳体边缘的距离，取l =2d ；

mm

l b S D i 10883222)125(322)1(=⨯⨯+-⨯=+-=

选取壳体内径mm D i 1100=。

2.4 换热器壳体壁厚的计算

壳体材料选取A3R ，已知壳体承受压力为MPa 68.0，设计压力应该取大于

MPa 68.0取设计压力MPa P c 1=，设计温度取400℃，设壁厚在3-16mm 之间，

此时材料的许用应力MPa t

106][=σ；钢板宽度在2500-4000mm 时，材料的允

许负偏差C 1=-0.8mm ；对于碳素钢，腐蚀裕量C 2不小于1mm ，取C 2=2mm ；焊接接头形式为单面焊对接接头，局部无损检测，焊接接头系数Φ=0.8。此时筒 体的计算厚度：

mm P D P c t

i c c 524.61

8.010621100

1][2=-⨯⨯⨯=-=

φσδ 实际所需厚度

mm C C c 324.921=++=δδ

所以材料的名义厚度可以圆整取mm 10=δ。

2.5 换热器封头换热器封头的选择

上下封头均选择标准椭圆形封头，封头材料选A3R ，根据JB/T4746-2002标准，以内径为基准，封头公称直径mm D DN i 1100==，封头厚度也取mm 10=δ,曲面高度mm D h i 2754

1

==,查表可知封头总高度mm H 300=。封头结构如下图：

2.6 封头法兰的选择

材料选择16Mn ，根据JB/T 4703-2000，选用MPa PN mm DN 6.1,1100==的榫槽密封面长颈对焊法兰，其规格尺寸如下图：