单壳程双管程管壳式换热器设计

式中
p=1.1(MPa)；l=40mm
B.温差应力导致的每平方米胀接周边上的拉脱力
式中
则
由已知条件可知，qp与qt的作用方向相同，都使管子受压，则合拉脱力为
q<[q]=4.0(MPa)
因此，拉脱力在许用范围内。
2.11
管，壳壁所产生的轴向力：
压力作用于壳体上的轴向力：
其中
则
压力作用于管子上的轴向力：
2.9
由于与壳体接触的介质仅为冷却水，对密封的要求一般，因此密封垫片选用价格相对较低的石棉橡胶片。
根据JB/T4704—1992及所选的DN500，PN1.6(MPa)甲型平焊法兰。
垫片尺寸如下表：（单位：mm）
公称直径DN
垫片内径di
垫片外径D0
垫片厚度t
500
504
544
3
2.10
计算数据如下表
本科生通用
题目：单壳程双管程管壳式换热器设计（立式）
题目:单壳程双管程管壳式换热器设计（立式）
参数:
项目
管程
壳程
工作压力（MPa）
1.1
0.7
工作温度（℃）
165
90
设计温度（℃）
170
95
设计压力（MPa）
1.2
0.8
物料名称
氮气
水
换热面积（m2）
11
焊缝系数
0.85
0.85
腐蚀余量（mm）
1
1
要求:要求每位学生在设计的过程中，充分发挥自己的独立工作能力及创造能力，在设计过程中必须做到：
查《化工单元过程及设备课程设计》表4-1得分程隔板的最小厚度为8mm
2.7
上下封头均选用EHA椭圆封头，其厚度与壳体厚度相同，材料选用Q235-B钢。
上封头的主要尺寸如下表：
公称直径DN (mm)
曲面高度h1(mm)
直边高度h2(mm)
碳钢厚度δ(mm)
500
125
40
4
下封头的主要尺寸如下表：
公称直径DN (mm)
立式固定管板式换热器示意图
2．设计计算
2.
选25 ×2.5的无缝钢管，材质20号钢，管长1.5m。
因为F=πd均Ln，所以
2.
本设计物料：管程氮气，壳程水，循环水工作温度90℃较高，不易结垢。可暂不考虑机械清洗水垢的问题，故排列方式采用结构紧凑、传热系数较高的正三角形排列。
由《化工设备与仪表自动化》中表6-4得六角形层数为6，对角线上的管数为13，管子根数为127其中因安排拉杆需减少6根(参见2.12拉杆设计)，实际管数121根。查表6-5，由管子外径25mm,可得管间距α=32mm。
曲面高度h1(mm)
直边高度h2(mm)
碳钢厚度δ(mm)
500
125
50
4
查《过程设备机械设计》P106标2 JB/T4746-2002得:
公称直径
DN (mm)
总深度
H(mm)
内表面积
A (m2)
容积
V(Baidu Nhomakorabea3)
质量
M (kg)
500
150
0.3103
0.0213
9.6
如下图所示：
2.8
容器法兰材料选16MnR。根据JB4701—2000标准，选用DN500，PN1.6(MPa)的甲型平密封面法兰。DN25(100)PN＜4MPa管法兰的接管伸出长度为150mm。
根据《钢制管壳式换热器设计规定》：
q<[q]=4.0(MPa)条件成立，故本换热器不必设置膨胀节。
2.
折流板为单弓形，切缺率（切掉圆弧的高度与壳体内径百分比）为20%~49%，通常为20%~25%，最佳大小一般为20%，此时单位压降下的传热膜系数最高。
切掉圆弧的高度
实际应用中，单弓形折流板间距B=(0.2-1.0)Di，以0.4~0.5最优。取B=0.5Di=250mm。折流板数
管子排列方式如右图：
2.
Di=a(b-1)+2l
式中Di—换热器内径，mm
b—正六角形对角线上的管子数，查表6-4，取b=13
l—最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，取l=2d.
查《仪表设备及仪器自动化》P58表2-5，并结合壳体直径的计算，确定Di=500mm
2.
pc—计算压力，取pc=0.8MPa；Di=500mm;焊接系数φ=0.85;
项目部件
管子
壳体
材质
20号钢
Q235-B钢
(α/℃)
11.8×10-6
11.8×10-6
E(MPa)
0.21×106
0.21×106
尺寸
φ25×2.5×1500
φ500×4
管子数
127根
管间距
32mm
管壳壁温差/℃
T=75
管子与管板连接方式
开槽胀接
胀接长度
L=40mm
A.在操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力qp
（1）及时了解有关资料，做好准备工作，充分发挥自己的主观能动性和创造性。
（2）认真计算和制图，保证计算正确和图纸质量。
（3）按预定计划循序完成任务。
日程安排：
1.准备阶段（1天）
2.设计计算阶段（3天）
3.绘图阶段（4天）
4.编写设计说明书（2天）
1.绪论
热交换器，通常又称作换热器，是化工﹑炼油和食品及其他工业部门的通用设备，在生产中占有重要作用。化工生产中，换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用甚为广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可以分为三大类，及间壁式、混合式和蓄热式。三类换热器中，间壁式换热器应用最多。本次设计的管壳式换热器就属于间壁式换热器的一种。
材料选用Q235-B钢，[σ]95℃=113Mpa。计算壁厚为
取c2=1mm,由书中表4-7得c1=0.3mm
圆整后实取Sn=4mm。DN500,δ=4每米钢板质量为50kg。
2.5
试验压力
故：
Q235-B在常温时 , ,
,故液压试验应力校核合格。
2.
分程隔板应采用与封头、管箱短节相同材料，故材料选用Q235-B。要求隔板的密封面与壳体法兰密封面，管板密封面与分程槽面须处于同一基面。分程隔板槽深度为4mm，槽宽12mm。其结构相见装配图。
折流板最小厚度与壳体直径、换管无支承板有关，由书中表6—6查得为3mm。由表6—8查得折流板外径496.5mm,材料为Q235—B钢。
按GB151规定，I级换热器由于d<32mm,l=1500>900mm,故折流板管孔直径与允许偏差分别为25.4mm和0.3mm。
容器法兰的主要尺寸如下表：
公称直径DN，mm
法兰，mm
螺柱
D
D1
D2
D3
D4
δ
d
规格
数量
500
630
590
555
545
542
44
23
M20
28
其密封面结构如下图所示：
选用固定式换热器管板，不兼做法兰，换热管与管板的连接采用先焊后强度胀的连接形式，考虑到胀接结构要求，此次管板的厚度取30mm。实际上，管板的厚度应按GB151-1991进行强度计算，但由于计算复杂，在此不进行具体的校核。