换热器课程设计计算书
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水
F22和油
工作压力/MPa
0.5
1.85
设计压力/MPa
0.6
2.0
工作温度（进/出）/℃
25/40
100/70
设计温度/℃
40
100
液压试验压力/MPa
0.75
2.5
换热面积/m2
40
表4
2
图1换热器结构简图
三
1
根据换热器设计条件要求，考虑压差、温差等因素，由于温差较大，确定换热器设备的型式为固定管板式，程数为2程。
④焊缝金属截面积
A3=36mm2
A1+A2+A3>A 满足不另行补强条件，所以不需补强。
2
通过计算，不需要另外加强（此处计算略）
五．
化学工业在国民经济中占有重要地位，而工艺是通过设备实现的。所以化工设备在化学工业中占有相当重要的地位，所以我们要懂设备，懂设备选型、选材及设备的设计等。
在本次设计中，我深刻体会到了设备设计的严谨性。数据的计算，要考虑材料相应的内力、应力和强度条件等，封头、法兰、支座的选择更要参照各种工业标准，图纸上的设计表现，每一个尺寸，每一个部位，都需要细心的去安排。虽然在设计期间感觉很辛苦，但是当我看见一幅完整的设计图纸展现在我的面前，觉得无比欣慰，很有成就感。
φ89×6
φ89×4.5
φ89×6
φ45×3.5
φ25×3.5
表3
2
1、按照设备条件设计要求，确定设备型式(卧式、立式)；液压试验压力
2、根据换热面积、换热管长度和直径，确定换热管数目；
3、根据设备直径和换热管直径，确定拉杆数目和直径；
4、根据管板直径，确定折流板的形状和尺寸；根据换热管直径，确定折流板间距；
5、根据介质特性，确定筒体、管箱、法兰、管板、换热管等材料。
3
1、筒体的强度计算；
2、封头的强度计算；
3、开孔补强计算；
按等面积补强法进行计算。补强圈或加强管补强也尽可能采用标准件。
4、法兰的选型或设计；
根据公称直径、公称压力确定标准设备法兰，同样根据公称直径、公称压力选用管道法兰标准（HG），确定法兰尺寸。
4
5
8
10
10
400~700
4
5
6
10
10
12
＞700~＜900
5
6
8
10
12
16
＞900~＜1500
6
8
10
12
16
16
＞1500~＜2000
—
10
12
16
20
20
表5
选取折流板为双弓形结构。取缺口方向（卧式换热器）水平上下布置根据折流板的最小厚度,取折流板管厚度尺寸为5mm;间距为286mm。
4
P：设计压力
水压试验压力下的应力校核：
式中
：焊接接头系数
：筒体有效厚度
：筒体材料的屈服极限
：水压试验压力
：圆筒水压试验压力下的应力
：常温下材料的许用应力
：设计温度下材料的许用应力
Di：圆筒内直径
1
代入数据
壳程水压试验压力 =2.5MPa
代入数据，进行水压试验压力下的应力校核
壳程 =145.48MPa =175.95MPa
代入数据得： =6mm
按换热器最小厚度 min要求取 =6mm
2
查表，T20的许用应力 =148MPapc取筒体的设计压力0.6MPa
焊缝为双面焊，局部射线检测， =085
代入数据得： =1.08mm
C1=0.6mm C2=2mm
代入数据得： =4mm
按换热器管箱最小厚度 min要求，取 =6mm有效厚度： =4mm
L--换热管长度（扣除伸入管板内长度），对U形管，不包括弯管段面积
n--换热管数目
其中因安排拉杆需减去4根，故取n为200根
3
公称直径DN
换 热 管 无 支 撑 跨 距
≤300
＞300~≤600
＞600~≤900
＞900~≤1200
＞1200~≤1500
＞1500
折 流 板 最 小 厚 度
＜400
3
：钢板在设计温度下的许用应力，MPa
：焊接接头系数
名义厚度： ；
；
；
式中
：名义厚度
C1：腐蚀裕量
C2：钢板负偏差
：圆整量
：有效厚度
查表《化工设备机械基础》表，16MnR的许用应力 =0.85MPa
pc取筒体的设计压力2.0MPa焊缝为双面焊，局部射线检测， =085.
代入数据得： =2.8mm
C1=0.6mm C2=2mm
[2]全国化工设备技术中心站.《化工设备图样技术要求》2000版[S]．
[3]GB150.1~150.4-2011.钢制压力容器[S]．
[4]郑晓梅.化工工程制图 化工制图[M]．北京：化学工业出版社，2002.
[5]GB151-1999《管壳式换热器》[S]．
[6]蔡纪宁等《化工设备机械设计基础课程设计指导书》2000.
同时我也认识到理论知识总是要结合实践才能表现出来，理论是实践的前提，实践是理论的表现。一个换热器的设计让我掌握了压力容器的一般设计方法，掌握了设计的基本原理与思路。
总的来说化工设备是理论联系实际的桥梁。通过本课程的学习，换热器的设计为我以后的设备设计奠定了基础。
六
[1]董大勤.化工设备机械基础[M].北京：化学工业出版社，2003.
100
液压试验压力/MPa
0.75
2.5
换热面积/m2
40
表1
换热面积（㎡）
管板厚度(mm)
规格
壳体内径×换热管长度(mm)
换热管尺寸
换热管材质
40
36
Dg450×3500
φ19x1.8
T2
表2
物料进口
物料出口
排气口
排液口
管程
壳程
管程
壳程
Dg80
Dg80
Dg80
Dg80
Dg 40
Dg 20
φ89×4.5
换热管外径
10
14
19
25
32
38
45
57
拉杆直杆
10
12
12
16
16
16
16
16
表6
公称直径
DNmm
拉杆直径mm
＜400
≥400~＜700
≥700~＜900
≥900~＜1300
≥1300~＜1500
≥1500~＜1800
≥1800~＜2000
10
4
6
10
12
16
18
24
12
4
4
8
10
12
14
18
16
4
4
6
6
8
10
12
表7
选取拉杆数量为4选取拉杆直径为12mm
5ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
鞍座的选取根据参照《化工设备机械基础》确定鞍座各尺寸。
6
物料进口
物料出口
排液口
排气口
管程
壳程
管程
壳程
Dg80
Dg80
Dg80
Dg80
Dg20
Dg40
表8
压力容器法兰的选取按照《化工设备机械基础》选JB/T4700～4707-2000标准。
接管c：物料出口，公称压力PN=2.5MPa,材质为T20,接管尺寸 ,公称直径DN为80mm，连接面为突面连接。查阅“HG20592法兰（《化工设备机械基础》表）”法兰连接尺寸表,得接管法兰的相关参数，法兰质量4.86Kg螺栓孔个数:4
接管e：排污口，接管尺寸 ，公称规格DN20密封面对焊，伸出长度100mm
pc取封头的设计压力0.6MPa焊缝为双面焊，100%射线检测，取 =1
代入数据得： =1.07mm
C1=0.6mm C2=2mm
代入数据得：名义厚度 =4mm但封头最小厚度应不小于6mm，故取名义厚度 =6mm有效厚度 =4mm〉0.15%Di=0.675mm满足最小厚度要求。
4
水压试验压力PT
式中
3
封头壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》
计算壁厚：
式中
：封头的理论计算壁厚，mm
pc：封头的计算压力，MPa
Di：封头内径，mm
：钢板在设计温度下的许用应力，MPa
：焊接接头系数；
名义厚度： ；
；
；
式中
：名义厚度
C1：腐蚀裕量
C2：钢板负偏差
：圆整量
：有效厚度
管箱封头材料T20，管程设计压力0.6MPa =148MPa
7
法兰密封垫片的选取参照《化工设备机械基础》表
3
压力容器类别的划分按《压力容器安全技术监察规程》，本设计换热器为低压换热设备，介质中毒危害介质，故划分为Ⅰ类压力容器。
四
1
圆筒体壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》
计算壁厚：
式中
：筒体的理论计算壁厚，mm
pc：筒体的计算压力，MPa
Di：筒体内径，mm
管法兰选取结果汇总：
进料管法兰
HG20592法兰5080(B)-2.5RF
材料T20
出料管法兰
HG20592法兰5080(B)-2.5RF
材料T20
平衡管法兰
-
-
排污管法兰
-
-
表9
接管a：平衡口，接管尺寸 ，公称规格 密封面内螺纹。伸出长度50mm
接管b：物料进口，公称压力PN=2.5MPa,材质为T20,接管尺寸 ,公称直径DN为80mm，连接面为突面连接。查阅“HG20592法兰（《化工设备机械基础》表）”法兰连接尺寸表,得接管法兰的相关参数，法兰质量4.86Kg螺栓孔个数:4
2
由于管程试验压力小于壳程试验压力，故取管程水压试验压力=2.5MPa
管程 =141.88MPa =240.98MPa
满足水压试验压力下的应力校核条件。
5
1
开孔补强计算采用等面积补强法
a.开孔所需补强面积：
A=d +2 et(1- )
式中
：强度削弱系数
d：开孔直径mm
：塔体的计算壁厚mm
et：接管的有效厚度mm
2
1
由于介质尾气有腐蚀性选取壳程筒体、管板、管箱壳体材料16MnR；换热管、管程接管材料为T20；壳程接管、设备法兰为T20；折流板、拉杆为Q253-A。
（壳体、接管材料的许用应力按照《化工设备机械基础》------查并列表）
2、根据换热面积、换热管长度和直径，确定换热管数目
换热面积
式中：
--换热管外径
5、水压试验应力校核。
4
1、完成换热设备的装配图设计，包括主视图、局部放大图、焊缝节点图、管口方位图等。
2、编写技术要求、技术特性表、管口表、明细表和标题栏。
3
设计说明书中公式、内容等应明确文献出处;装配图上应写明引用标准号。
4
1、提交设计说明书一份。
2、提交换热器装配图一张(A1)。
1
管程
壳程
介质
衢州学院
《化工设备设计基础》
课程设计计算说明书
学生姓名：
学号：
所在学院：
专 业：
设计题目：
指导教师：
2015年1月15日
一
1
冰机油冷器（F=40m2）设计
2
1
管程
壳程
介质
水
F22和油
工作压力/MPa
0.5
1.85
设计压力/MPa
0.6
2.0
工作温度（进/出）/℃
25/40
100/70
设计温度/℃
40
代入数据A= +2 et(1- )=110.6mm2
b.有效补强范围内的补强面积：
①有效补强范围
有效宽度： B=2d=158mm
外伸高度：h1= =21.2mm
内伸高度：h2=0mm
②壳体多余截面积
A1=(B-d)( - )-2 et( - )(1- )=86.9mm2
③接管多余截面积
A2=2h1( et- t) +2h2( et-C2) =172.99mm2
F22和油
工作压力/MPa
0.5
1.85
设计压力/MPa
0.6
2.0
工作温度（进/出）/℃
25/40
100/70
设计温度/℃
40
100
液压试验压力/MPa
0.75
2.5
换热面积/m2
40
表4
2
图1换热器结构简图
三
1
根据换热器设计条件要求，考虑压差、温差等因素，由于温差较大，确定换热器设备的型式为固定管板式，程数为2程。
④焊缝金属截面积
A3=36mm2
A1+A2+A3>A 满足不另行补强条件，所以不需补强。
2
通过计算，不需要另外加强（此处计算略）
五．
化学工业在国民经济中占有重要地位，而工艺是通过设备实现的。所以化工设备在化学工业中占有相当重要的地位，所以我们要懂设备，懂设备选型、选材及设备的设计等。
在本次设计中，我深刻体会到了设备设计的严谨性。数据的计算，要考虑材料相应的内力、应力和强度条件等，封头、法兰、支座的选择更要参照各种工业标准，图纸上的设计表现，每一个尺寸，每一个部位，都需要细心的去安排。虽然在设计期间感觉很辛苦，但是当我看见一幅完整的设计图纸展现在我的面前，觉得无比欣慰，很有成就感。
φ89×6
φ89×4.5
φ89×6
φ45×3.5
φ25×3.5
表3
2
1、按照设备条件设计要求，确定设备型式(卧式、立式)；液压试验压力
2、根据换热面积、换热管长度和直径，确定换热管数目；
3、根据设备直径和换热管直径，确定拉杆数目和直径；
4、根据管板直径，确定折流板的形状和尺寸；根据换热管直径，确定折流板间距；
5、根据介质特性，确定筒体、管箱、法兰、管板、换热管等材料。
3
1、筒体的强度计算；
2、封头的强度计算；
3、开孔补强计算；
按等面积补强法进行计算。补强圈或加强管补强也尽可能采用标准件。
4、法兰的选型或设计；
根据公称直径、公称压力确定标准设备法兰，同样根据公称直径、公称压力选用管道法兰标准（HG），确定法兰尺寸。
4
5
8
10
10
400~700
4
5
6
10
10
12
＞700~＜900
5
6
8
10
12
16
＞900~＜1500
6
8
10
12
16
16
＞1500~＜2000
—
10
12
16
20
20
表5
选取折流板为双弓形结构。取缺口方向（卧式换热器）水平上下布置根据折流板的最小厚度,取折流板管厚度尺寸为5mm;间距为286mm。
4
P：设计压力
水压试验压力下的应力校核：
式中
：焊接接头系数
：筒体有效厚度
：筒体材料的屈服极限
：水压试验压力
：圆筒水压试验压力下的应力
：常温下材料的许用应力
：设计温度下材料的许用应力
Di：圆筒内直径
1
代入数据
壳程水压试验压力 =2.5MPa
代入数据，进行水压试验压力下的应力校核
壳程 =145.48MPa =175.95MPa
代入数据得： =6mm
按换热器最小厚度 min要求取 =6mm
2
查表，T20的许用应力 =148MPapc取筒体的设计压力0.6MPa
焊缝为双面焊，局部射线检测， =085
代入数据得： =1.08mm
C1=0.6mm C2=2mm
代入数据得： =4mm
按换热器管箱最小厚度 min要求，取 =6mm有效厚度： =4mm
L--换热管长度（扣除伸入管板内长度），对U形管，不包括弯管段面积
n--换热管数目
其中因安排拉杆需减去4根，故取n为200根
3
公称直径DN
换 热 管 无 支 撑 跨 距
≤300
＞300~≤600
＞600~≤900
＞900~≤1200
＞1200~≤1500
＞1500
折 流 板 最 小 厚 度
＜400
3
：钢板在设计温度下的许用应力，MPa
：焊接接头系数
名义厚度： ；
；
；
式中
：名义厚度
C1：腐蚀裕量
C2：钢板负偏差
：圆整量
：有效厚度
查表《化工设备机械基础》表，16MnR的许用应力 =0.85MPa
pc取筒体的设计压力2.0MPa焊缝为双面焊，局部射线检测， =085.
代入数据得： =2.8mm
C1=0.6mm C2=2mm
[2]全国化工设备技术中心站.《化工设备图样技术要求》2000版[S]．
[3]GB150.1~150.4-2011.钢制压力容器[S]．
[4]郑晓梅.化工工程制图 化工制图[M]．北京：化学工业出版社，2002.
[5]GB151-1999《管壳式换热器》[S]．
[6]蔡纪宁等《化工设备机械设计基础课程设计指导书》2000.
同时我也认识到理论知识总是要结合实践才能表现出来，理论是实践的前提，实践是理论的表现。一个换热器的设计让我掌握了压力容器的一般设计方法，掌握了设计的基本原理与思路。
总的来说化工设备是理论联系实际的桥梁。通过本课程的学习，换热器的设计为我以后的设备设计奠定了基础。
六
[1]董大勤.化工设备机械基础[M].北京：化学工业出版社，2003.
100
液压试验压力/MPa
0.75
2.5
换热面积/m2
40
表1
换热面积（㎡）
管板厚度(mm)
规格
壳体内径×换热管长度(mm)
换热管尺寸
换热管材质
40
36
Dg450×3500
φ19x1.8
T2
表2
物料进口
物料出口
排气口
排液口
管程
壳程
管程
壳程
Dg80
Dg80
Dg80
Dg80
Dg 40
Dg 20
φ89×4.5
换热管外径
10
14
19
25
32
38
45
57
拉杆直杆
10
12
12
16
16
16
16
16
表6
公称直径
DNmm
拉杆直径mm
＜400
≥400~＜700
≥700~＜900
≥900~＜1300
≥1300~＜1500
≥1500~＜1800
≥1800~＜2000
10
4
6
10
12
16
18
24
12
4
4
8
10
12
14
18
16
4
4
6
6
8
10
12
表7
选取拉杆数量为4选取拉杆直径为12mm
5ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
鞍座的选取根据参照《化工设备机械基础》确定鞍座各尺寸。
6
物料进口
物料出口
排液口
排气口
管程
壳程
管程
壳程
Dg80
Dg80
Dg80
Dg80
Dg20
Dg40
表8
压力容器法兰的选取按照《化工设备机械基础》选JB/T4700～4707-2000标准。
接管c：物料出口，公称压力PN=2.5MPa,材质为T20,接管尺寸 ,公称直径DN为80mm，连接面为突面连接。查阅“HG20592法兰（《化工设备机械基础》表）”法兰连接尺寸表,得接管法兰的相关参数，法兰质量4.86Kg螺栓孔个数:4
接管e：排污口，接管尺寸 ，公称规格DN20密封面对焊，伸出长度100mm
pc取封头的设计压力0.6MPa焊缝为双面焊，100%射线检测，取 =1
代入数据得： =1.07mm
C1=0.6mm C2=2mm
代入数据得：名义厚度 =4mm但封头最小厚度应不小于6mm，故取名义厚度 =6mm有效厚度 =4mm〉0.15%Di=0.675mm满足最小厚度要求。
4
水压试验压力PT
式中
3
封头壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》
计算壁厚：
式中
：封头的理论计算壁厚，mm
pc：封头的计算压力，MPa
Di：封头内径，mm
：钢板在设计温度下的许用应力，MPa
：焊接接头系数；
名义厚度： ；
；
；
式中
：名义厚度
C1：腐蚀裕量
C2：钢板负偏差
：圆整量
：有效厚度
管箱封头材料T20，管程设计压力0.6MPa =148MPa
7
法兰密封垫片的选取参照《化工设备机械基础》表
3
压力容器类别的划分按《压力容器安全技术监察规程》，本设计换热器为低压换热设备，介质中毒危害介质，故划分为Ⅰ类压力容器。
四
1
圆筒体壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》
计算壁厚：
式中
：筒体的理论计算壁厚，mm
pc：筒体的计算压力，MPa
Di：筒体内径，mm
管法兰选取结果汇总：
进料管法兰
HG20592法兰5080(B)-2.5RF
材料T20
出料管法兰
HG20592法兰5080(B)-2.5RF
材料T20
平衡管法兰
-
-
排污管法兰
-
-
表9
接管a：平衡口，接管尺寸 ，公称规格 密封面内螺纹。伸出长度50mm
接管b：物料进口，公称压力PN=2.5MPa,材质为T20,接管尺寸 ,公称直径DN为80mm，连接面为突面连接。查阅“HG20592法兰（《化工设备机械基础》表）”法兰连接尺寸表,得接管法兰的相关参数，法兰质量4.86Kg螺栓孔个数:4
2
由于管程试验压力小于壳程试验压力，故取管程水压试验压力=2.5MPa
管程 =141.88MPa =240.98MPa
满足水压试验压力下的应力校核条件。
5
1
开孔补强计算采用等面积补强法
a.开孔所需补强面积：
A=d +2 et(1- )
式中
：强度削弱系数
d：开孔直径mm
：塔体的计算壁厚mm
et：接管的有效厚度mm
2
1
由于介质尾气有腐蚀性选取壳程筒体、管板、管箱壳体材料16MnR；换热管、管程接管材料为T20；壳程接管、设备法兰为T20；折流板、拉杆为Q253-A。
（壳体、接管材料的许用应力按照《化工设备机械基础》------查并列表）
2、根据换热面积、换热管长度和直径，确定换热管数目
换热面积
式中：
--换热管外径
5、水压试验应力校核。
4
1、完成换热设备的装配图设计，包括主视图、局部放大图、焊缝节点图、管口方位图等。
2、编写技术要求、技术特性表、管口表、明细表和标题栏。
3
设计说明书中公式、内容等应明确文献出处;装配图上应写明引用标准号。
4
1、提交设计说明书一份。
2、提交换热器装配图一张(A1)。
1
管程
壳程
介质
衢州学院
《化工设备设计基础》
课程设计计算说明书
学生姓名：
学号：
所在学院：
专 业：
设计题目：
指导教师：
2015年1月15日
一
1
冰机油冷器（F=40m2）设计
2
1
管程
壳程
介质
水
F22和油
工作压力/MPa
0.5
1.85
设计压力/MPa
0.6
2.0
工作温度（进/出）/℃
25/40
100/70
设计温度/℃
40
代入数据A= +2 et(1- )=110.6mm2
b.有效补强范围内的补强面积：
①有效补强范围
有效宽度： B=2d=158mm
外伸高度：h1= =21.2mm
内伸高度：h2=0mm
②壳体多余截面积
A1=(B-d)( - )-2 et( - )(1- )=86.9mm2
③接管多余截面积
A2=2h1( et- t) +2h2( et-C2) =172.99mm2