浮头式换热器毕业设计说明书.doc

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1、摘要本次设计为浮头式换热器，浮头式换热器主要由管箱、管板、壳体、换热管、折流板、拉杆、定距管、钩圈、浮头盖等组成。浮头换热器的一端管板与壳体固定，另一端为浮动管板。因此其优点为热应力较小，便于检查和清洗，缺点为结构较为复杂。在传热计算工艺中，包括传热量、传热系数的确定和换热器径及换热管型号的选择，以及传热系数、阻力降等问题。在强度计算中主要讨论的是筒体、管箱、管板厚度计算以及折流板、法兰和接管、支座、分隔板等零部件的设计，还要进行一些强度校核。本设计是按照GB151管壳式换热器和GB150钢制压力容器设计的。换热器在工、农业的各个领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处见，是不可缺少的工艺

2、设备之一。随着研究的深入，工业应用取得了令人瞩目的成果。 关键字：换热器，工艺计算，强度校核Abstract This design is floating head heat exchanger, it is made up of tube box 、tube sheet、shell、heat exchange tube、baffle plate、draw bar、spacer pipe、hook circle、floating head cover and so on. One tube sheet of the exchanger is connected with shell, and

3、 the other tube sheet is floating tube sheet. So its easy to check and clean. On the other hand the structure of it complex. In the process of heat transfer calculation, include area computation 、capacity of heat transmission 、the determine of heat transfer coefficient and the choice of the heat exc

4、hange tube. About strength calculation, it involve the calculating of shell、tube box、sealing head and so on. This design is according to GB151 and GB150 to design. Heat exchanger is one of the indispensable process equipment. With the deepening of the research, industrial application made remarkable

5、 achievements. Keywords: heat exchanger; Process calculation ；strength check 目录摘要IAbstractII前言1第一章 概述21.1 何为换热器21.2 换热器的应用21.3 换热器分类31.3.1 按传热原理分类31.3.2 按结构分类31.3.3 按传热种类分类31.3.4 按强化传热元件分类31.3.5 按材料分类31.4 换热器的结构和使用特点41.4 .1 浮头式换热器41.4.2 固定管板式换热器51.4.3 U形管换热器61.5 设计的思想71.5.1 首先设计必须满足生产需要71.5.2 设计必须安全

6、可靠71.5.3 设计必须经济合理71.6 设计的特点8第二章 设计主要参数92.1 原始数据92.2 定性温度及物性参数9第三章 零件结构型式的选择103.1 前端管箱103.2 壳体113.3 后端管箱113.4 管束分程和分程隔板的布置113.4.1 管束分程113.4.2 分程隔板的布置113.5 换热管123.5.1 换热管的长度123.5.2 规格及尺寸偏差123.5.3 布管123.6 管子与管板的连接133.7 管板与壳体的连接143.8 折流板、支持板的选择153.9 拉杆的选择153.10 定距管的选择163.11 防冲板的选择163.12 排液口和排气口的选择16第四章

7、传热工艺技术184.1 有效平均温度184.2 传热量和流量184.3 管程换热系数计算194.4 结构初步设计194.5 壳程换热系数计算204.6 强度计算214.6.1 换热管材料及规格的选择和根数的确定214.6.2 确定壳体径214.6.3 确定壳体壁厚214.6.4 壳体液压试验224.6.5 管箱封头厚度计算234.6.6 管箱短节厚壁计算244.6.7 管箱液压试验244.6.8 管板的设计254.6.9 钩圈式浮头254.6.10 管程压力作用下浮头盖的设计264.6.11 浮头侧封头厚度264.6.12 折流板的选择274.6.13 设备法兰的选择284.7 换热面积校核3

8、54.8 支座强度校核364.8.1 反力计算374.8.2 筒体轴向弯矩计算374.8.3 筒体轴向弯曲应力校核384.8.4 鞍座腹板强度校核384.9 阻力计算384.9.1 管程阻力计算384.9.2 壳程压力降39第五章 整体尺寸布局42结论43致44参考文献45前言毕业设计是完成教学计划实现专业培养目标的一个重要的教学环节；是教学计划中综合性最强的实践性教学环节。它对提高学生综合运用专业知识分析和解决实际问题的能力以及培养学生的工作作风、工作态度和处理问题等方面具有很重要的意义。毕业设计的题目是浮头式换热器设计。这次设计中的主要容为换热器的工艺计算、换热器的结构与强度设计。其中，工

9、艺计算主要是确定换热器的换热面积、换热器的选型、压降计算等；而结构与强度设计则主要包括：管板厚度计算、换热管的分布、折流板的选型、浮头盖及浮头法兰的计算、开孔补强计算以及各种零部件的材料选择等。在设计过程中，我尽量采用较新的国家标准，做到既满足设计要求，又使结构优化，降低成本，以提高经济效益为主，力争使产品符合生产实际需要，适合市场激烈的竞争。同时为了使本次设计能够进行顺利，我在设计前参阅了许多有关书籍和英文文献，并做了一定的摘要。因为换热器设计是属于压力容器设计畴，与我所学的课程有紧密的联系，所以这次设计对我的设计能力有了很大的提高。它不仅使我贯通几年里所学习的专业基础知识和专业理论知识，还

10、培养和提高我们群体合作、相互配合的工作能力。换热器在设计过程中为技术分析与产品开发可以为设计者提供一个广阔的思维想象空间，还能激发设计者的创新意识。在设计过程中，我们可以很好地将所学的知识加以应用，在自己的脑海中巩固，这是我选择这个课题的初衷，而事实上我也达到了预期的目的。第一章 概述1.1 何为换热器换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在热量交换中常有一些腐蚀性、氧化性很强的物料，因此，要求制造换热器的材料具有抗强腐蚀性能。换热器的分类比较广泛：反应釜、压力容器、冷凝器、反应锅、螺旋板式换热器、波纹管、换热器、列管换热器、板式换热器、螺旋板换热器、管壳式换热器、容积式换热

11、器、浮头式换热器、管式换热器、热管换热器、汽水换热器、换热机组、石墨换热器、空气换热器、钛换热器、换热设备，要求制造换热器的材料具有抗强腐蚀性能。它可以用石墨、瓷、玻璃等非金属材料以及不锈钢、钛、钽、锆等金属材料制成。但是用石墨、瓷、玻璃等材料制成的有易碎、体积大、导热差等缺点，用钛、钽、锆等稀有金属制成的换热器价格过于昂贵，不锈钢则难耐许多腐蚀性介质，并产生晶间腐蚀。1.2 换热器的应用换热器在工、农业的各领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处可见，是不可缺少的工艺设备之一。因此换热设备的研究备受世界各国政府及研究机构的高度重视，在全世界第一次能源危机爆发以来,各国都在下大力量寻找新的

12、能源及在节约能源上研究新途径。据统计，在现代石油化工生产中，换热器的投资约占总投资的3O40，正因如此设计投资省，能耗低，传热系数高，维修方便的换热器是大势所趋，在研究投人大、人力资源配备足的情况下,一批具有代表性的高效换热器和强化传热元件诞生，如板翅式换热器、大型板壳式换热器和强化沸腾的表面多孔管、T 形翅片管、强化冷凝的螺纹管、锯齿管等都得到了国际传热界专家的首肯，社会效益非常显著，大大缓解了能源的紧状况。其中管壳式换热器是目前应用最为广泛的一种换热设备，已作为一种标准换热设备。这种换热器的特点是易于制造，生产成本较低，选用的材料围广，换热表面的清洗比较方便，适应性强，处理能力大，高温和高

13、压下亦能应用。与各种换热器相比，主要优点是单位体积所具有的传热面积较大以及传热效果较好；此外，结构简单，操作弹性也较大等，因此在高温、高压和大型装置上多采用管壳式换热器。1.3 换热器分类换热器作为传热设备随处可见，在工业中应用非常普遍，特别是耗能用量十分大的领域，随着节能技术的飞速发展，换热器的种类开发越来越多。适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构和型式亦不同，以下列举其中的几种分类:1.3.1 按传热原理分类1）直接接触式换热器 这类换热器的主要工作原理是两种介质经接触而相互传递热量，实现传热，接触面积直接影响到传热量。这类换热器的介质通常是一种是气体，另一种为液体，

14、主要是以塔设备为主体的传热设备，但通常又涉及传质，故很难区分与塔器的关系，通常归为塔式设备，电厂用凉水塔为最典型的直接接触式换热器。2）蓄能式换热器（简称蓄能器）这类换热器用量极少，原理是通过一种固体物质，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到传递热量的目的。3）板、管式换热器 这类换热器用量非常大，占总量的99%以上，原理是热介质通过金属或非金属将热量传递给冷介质的传热设备，这类换热器是我们通常称为管壳式、板式、板翅式或板壳式换热器。换热器的种类繁多，每种换热器各自适用于某一种工况。为此，应根据介质、温度、压力的不同选择不同种类的换热器，扬长避短，使之带

15、来更大的经济效益。1.3.2 按结构分类分为浮头式换热器、固定管板式换热器、填料函换热器、U 形管式换热器、蛇管式换热器、双壳程换热器、单套管换热器、多套管换热器、外导流筒换热器、折流杆式换热器、热管式换热器、插管式换热器、滑动管板式换热器。 1.3.3 按传热种类分类(1)无相变传热 一般分为加热器和冷却器。(2)有相变传热 一般分为冷凝器和重沸器。重沸器又分为釜式重沸器、虹吸式重沸器、再沸器、蒸发器、蒸汽发生器、废热锅炉。1.3.4 按强化传热元件分类分为螺纹管换热器、波纹管换热器、异型管换热器、表面多孔管换热器、螺旋扁管换热器、螺旋槽管换热器、环槽管换热器、纵槽管换热器、翅管换热螺旋绕管

16、式换热器、T 形翅片管换热器、新结构器、插物换热器、锯齿管换热器。1.3.5 按材料分类主要为金属和非金属两大类。金属又可分为低合金钢、高合金钢、低温钢、稀有金属等。1.4 换热器的结构和使用特点 换热器作为节能设备之一，在国民经济中起到非常重要的作用。换热器的结构决定了换热器的性能，一种性能能否发挥作用取决于设计者如何选择合理结构，任何一个场合都有适应于这个场合特点的换热结构。在换热设备中应用最为广泛的是管壳式换热器。它具有选材围广，换热表面清洗比较方便，适用性较强，处理能力大，能承受高温和高压等特点。管壳式换热器的结构设计，必须考虑诸多因素，如：材料、压力、温度、壁温差、结垢情况、流体性质

17、以及检修与清理等。 管壳式换热器虽然在换热效率、设备的体积和金属材料的消耗量等方面不如其它新型的换热设备，但它具有结构坚固、操作弹性大、可靠程度高、使用围广等优点，所以在各工程中仍得到普遍使用。管壳式换热器在炼油、石油化工、医药、化工以及其它工业中使用广泛，它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等各个方面。管壳式换热器的结构设计，必须考虑很多因素，如材料、压力、温度、壁温差、结垢情况、流体性质以及检修与清理等，通过各种因素的综合考虑及比较来选择某一种适合的结构形式。对同一种形式的换热器，由于各种条件不同，往往采用的结构亦不相同。在工程设计中，按工艺特定的条件进行设计，以满足工艺上的需要。管壳

18、式换热器把换热管与管板连接，再用壳体固定。它的形式大致分为固定管板式换热器、浮头式换热器、U 形管壳式换热器、外填料函式换热器、填料函滑动管板式换热器、釜式重沸器等几种。根据介质的种类、压力、温度、污垢和其它条件，管板与壳体的连接方式，换热管的形式与传热条件，造价，维修检查方便等情况，根据各种结构形式的特点来选择设计制造各种管壳式换热器。为了要使传热效率提高、能耗下降，就必须了解管壳式换热器的结构特点。下面着重介绍典型的管壳式换热器的结构及使用特点。1.4 .1 浮头式换热器浮头式换热器（见图1.1）是由管箱、壳体、管束、浮头盖、外头盖等零部件组成。它的最大的特点是管板一端的管束可以自由浮动，

19、在使用过程中由温差膨胀而不受壳体约束，不会产生温差应力，即其不受温差应力的困扰，但其结构复杂，浮头密封困难，锻件多，造价高。维修时可只更换管束，适用于管、壳程温差大但工作压力不超过10MPa的工况。它在相同的壳体直径下，布管数越多，换热面积越大。 其优点是： 管束可以抽出，以方便清洗管、壳程； 介质间温差不受限制； 可在高温、高压下工作，一般温度 450 oC ，压力 6.4 MPa； 可用于结垢比较严重的场合； 可用于管程易腐蚀场合。 缺点： 小浮头易发生漏； 金属材料耗量大，成本高20%； 结构复杂。1.4.2 固定管板式换热器固定管板式换热器（见图1.2）是由管箱、壳体、管板、管子等零部

20、件组成。其结构较紧凑，排管较多，在相同直径情况下面积较大，制造较简单，但最后一道壳体与管板的焊缝无法用无损检测。其两端管板，采用焊接方式与壳体连接固定，管程可分成多程，壳程也可分成双程，规格围广，故在工程中广泛应用。它适用于管、壳程温差不大或管、壳程温差大，但压力不高，壳程介质干净或虽结垢但通过化学清洗能清除的场合。在热膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。 其优点是： 传热面积比浮头式换热器大20%-30%； 旁路漏流较小； 锻件使用较少，成本低20以上； 没有漏。 缺点： 壳体和管子壁温差一般易小于等于50，大于50 时应在壳体上设置膨胀节； 管板与管头

21、之间易产生温差应力而损坏； 壳程无法机械清洗； 管子腐蚀后造成连同壳体报废，壳体部件寿命决定于管子寿命，故设备寿命相对较低； 不适用于壳程易结垢场合。1.4.3 U形管换热器 U 形管换热器（见图1.3）是由管箱、壳体、管束等零部件组成。它是将换热管弯成U 形，并将换热管两端固定在同一块管板上，因此密封面较少。由于壳体与换热管分开，管束可自由伸缩，可以不考虑热膨胀。因U 形管式换热器仅有一块管板，且无浮头，所以结构简单，造价比其它换热器低。管束可以从壳体抽出，换热管外壁便于清洗。但换热管清洗困难，所以换热管的介质必须是清洁且不易结垢的物料。由于换热管的结构形式关系，换热管的更换除外侧一层外，部

22、换热管大部分不可能更换。管束中心部分存在空隙，所以流体易短路，影响传热效率。而且管板上排列的换热管较少，结构不紧凑。U 形管的弯管部分曲率不同，换热管长度不一致，因而物料分布不如固定管板式换热器均匀。换热管因渗漏而堵死后，将造成传热面积的损失。U 形管式换热器一般用于高温高压的情况下。壳程里需要清洗的管束，则要求采用正方形排列，管程为偶数程。 壳程一般可按工艺要求设置折流板和纵向隔板等。折流板用于提高换热器的传热效率。纵向隔板是安装在平行于换热管方向的矩形平板上，以增加壳侧介质流速。 其优点是： 管束可抽出来机械清洗； 壳体与管壁不受温差限制； 可在高温、高压下工作，一般适用于温度，压力（10

23、MPa）； 可用于壳程结垢比较严重的场合； 可用于管程易腐蚀场合。 缺点： 在管子的U 形处易冲蚀，应控制管流速； 管程不适用结垢较重的场合； 单管程换热器不适用； 不适用于导流筒，故死区较大。1.5 设计的思想设计是为生产服务，要设计出一台能够满足生产需要的换热器，必须做到设计要满足生产需要，满足换热器安全可靠运行，满足经济合理等基本要求。1.5.1 首先设计必须满足生产需要所设计的产品能够进行稳定可靠得操作，从而满足正常的生产需要，此外，还能够适应生产负荷以及操作参数在一定围的波动，所以产品的可操作性和可控制性是设计中应该考虑的重要问题。另外，设备与部件应便于运输与装拆，确保检修和更换零件

24、的便利。1.5.2 设计必须安全可靠一般来讲,换热器的失事,不仅仅使容器和设备本身遭到破坏,而往往会破坏周围的其他设备及建筑,甚至造成人身伤亡事故,而由于部介质向外扩散带来的化学爆炸、着火燃烧或恶性中毒等连锁反应更会造成不可估量的灾难性破坏。因此，根据压力容器可能的失效形式，设计上应满足强度、刚度、稳定性、密封性和耐蚀性等基本要求。1.5.3 设计必须经济合理在竞争激烈的当代社会中，“经济合理”的消费理念已成为了生产者的共识，一般情况下，生产者都追求所设计的设备总是以较少的投资获取最大的经济利润，要求其经济技术指标具有竞争性，因此，在各种方案的分析对比过程中，其经济技术指标评价往往是最重要的决

25、策因素之一。要想设计一台既满足要求又经济合理的换热器，不仅仅是必须严格按照有关标准和制造条件进行简单的常规设计，同时还必须要综合考虑生产条件、安全要求和技术经济上的合理等因素，这样才能选择一个最佳设计。1.6 设计的特点结构坚固、可靠性高、适应性广、易于制造、处理能力大、生产成本较低、选用的材料围广、换热表面的清洗比较方便；设备的体积和金属材料的消耗量少；机械加工和制造安装合理方便；检修容易；设备的使用寿命长；有足够的机械强度；操作费用低。第二章 设计主要参数2.1 原始数据管程 壳程介质：减三线油 初底油设计压力：=2.5MPa =2.8MPa设计温度：335 300入口温度：=315 =2

26、55 出口温度：=270 =275 地震等级：7级 场土类别：二级焊缝系数：=0.85 碳钢腐蚀余量：=4mm容器类别：二级 换热面积：=2502.2 定性温度及物性参数密度（）：=927 =903.8比热容（）：=1.9 =2.0粘度（Pa.S）：= =导热系数（）：=0.12 =0.13定性温度：=292.5 =265普朗特常数： 第三章 零件结构型式的选择3.1 前端管箱A 型（平盖管箱） 前端管箱形式中A，装有管箱平盖（或称盲板），清洗管程时只要拆开盲板即可，而不必拆卸整个管箱和与管箱相连的管路，缺点是盲板结构用材多，且尺寸较大时得用锻件，耗费大量机加工工时，提高制造成本，增加一道密封

27、的泄漏可能。一般多用于DN900mm 的浮头式换热器中。B 型封头管箱型。用于单程或多程管箱，优点是结构简单，便于制造，适于高压，清洁介质，可省掉一块造价高的盲板、法兰和几十对螺栓，且椭圆封头受力情况要比平端盖好得多，缺点是检查管子和清洗管程时必须拆下连接管道和管箱，但这种形式用的最多。本设计在考虑了操作的方便，且考虑B 型管箱的优点后，选取B 型封头管箱型为前端管箱。图3-1 前端管箱3.2 壳体一般换热器上使用单程壳体，由于选取的换热管根数不多，因此可以选取单程壳体，代号为E。3.3 后端管箱由于所设计是浮头式换热器，一般都会采用带钩圈的浮头结构，所以此处选用代号为S 的钩圈式浮头管箱。3

28、.4 管束分程和分程隔板的布置3.4.1 管束分程在设计中，如采用多管程，则需要在管箱中安装分程隔板。分程时，应使各程管子数目大致相等，隔板形式要简单，密封长度要短。为使制造、维修和操作方便，一般采用偶数管程。但程数不宜太多，否则隔板本身将占去相当大的布管用的面积，而且在壳程中形成许多旁路，影响传热。随着程数的增加，换热器的传热效率下降且与错流传热接近。故选用双管层就可以满足要求，其中管束分程方法常采用平行方式。3.4.2 分程隔板的布置在换热器中，不论是管外还是管的流体，要提高它们的传热系数，通常是采用设置隔板的方法来增加程数以提高流体流速实现其目的。在设计时要求管箱隔板的密封面与管箱法兰密

29、封面，管板密封面与分程槽面必须处于同一基面，如下图所示：图3-2 分程隔板本设计管程隔板形式采用上图中最常用的结构形式（a）。3.5 换热管3.5.1 换热管的长度根据钢制管壳式换热器GB151-1999 1 规定，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。本设计中选取换热管长度为6m。3.5.2 规格及尺寸偏差本设计换热管采用16Mn，根据钢制管壳式换热器GB151-1999 规定，可选取其规格为的无缝钢管，则管子外径，管子径。3.5.3 布管传热管在管板上的排列有：图3-3 换热器的排列方式三角形排列最为普遍，其在同一直径管板

30、面积上可排最多的换热管数。其用于壳程介质较清洁，换热管外不需清洗。当需对换热管外清洗时，则需采用正方形排列，其最小清洗通道应不小于6 毫米。正三角形排列和转角正方形排列时，流体在垂直流向折流板缺口时正对换热管，冲刷换热管外表面，提高换热效果。正方形排列法在一定的管板面积上可排列的管子数量少。此排列法在浮头式和填料函式换热器中用得较多。若将正方形排列的管束旋转45安装，可适当提高壳程对流传热系数。本课题采用转角正方形排列。3.6 管子与管板的连接换热管与管板连接是管壳式换热器设计、制造最关键的技术之一，是换热器事故率最多的部位。所以换热管与管板连接质量的好坏，直接影响换热器的使用寿命。换热管与管

31、板的连接方法主要有强度胀接、强度焊、胀焊并用。而其连接结构如下图所示： 图3-4 管子与管板的连接方式强度胀接是为了保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的胀接。胀接结构制造简单，管子的更换和修补容易，所以应用较广。一般使用的管板为碳素钢，低合金钢，管子为碳钢，设计压力不超过4.0MPa。管子和管板的强度焊目前采用广泛，由于管孔不需开槽，而且管孔的粗糙度要求不高，管子端不需要退火和磨光，因此制造加工较方便。也不需要像胀接那样一定得使管子端部和管板有硬度差，在高压、高温条件下可考虑选用强度高的低合金管等。强度焊的结构强度高，抗拉脱力强，在高温高压下能保证连接处的紧密性和抗拉脱能力。随着高温、

32、高压换热器的出现，使接头在操作过程中，受到反复变形，热冲击，热腐蚀及介质压力作用，工作环境极其苛刻，发生破坏的可能性很大，尽管孔焊较理想的解决了这些问题，但因焊接工具复杂，管板加工困难，因此工程上多数情况下还是采用胀焊结合的形式来解决上述问题。在本设计中考虑到焊接与胀接的各自的优缺点，所以采用胀焊并用中的强度焊贴胀的方法来作为换热管与管板的连接方式，此方法主要的优点是既保证换热管与管板连接的密封形，又保证了换热管与管孔之间缝隙的拉脱力。总的来说此方法保证了较高的密封性能、能承振动和疲劳载荷。3.7 管板与壳体的连接管板与壳体的连接形式，分为两类：一是不可拆式的，如固定式管板换热器，管板与壳体是

33、用焊接连接；一是可拆式的，如U 形管式、浮头式及填料函式和滑动管板式的换热器，一般采用管板本身不直接与壳体焊接，而通过壳体上法兰和管箱法兰夹持固定，如下图示：图3-5 管板与壳体的连接方式考虑到本设计为浮头式换热器，管束要拆卸进行清洗，使用可拆式管板，如上图示，选用a 形连接方式。此连接在制造上较其它5 种形式要简单，装卸也比较方便，结构省材，质量轻。3.8 折流板、支持板的选择在本设计中换热管长6m，根据工艺可不设置折流板，查GB151-1999表42折流板最大间距，可知在一些换热器中当不需设置折流板，其最大无支撑跨距的大小，而本设计采用直径为19mm 的换热管，据表中查得其最大无支撑跨距为

34、1.5m，故应设置支持板，来支撑换热管，以防止换热管发生较大的挠度。同时支持板的形状和尺寸与折流板一致，所以可根据折流板的种类选取。常用的折流板和支持板的形式有弓形和圆盘-圆环形两种，弓形折流板有单弓形、双弓形和三弓形三种。大部分换热器采用弓形折流板，其中单弓形折流板用的最多，而双弓形和三弓形多用于大直径和大流量场合，根据本设计的需要只需选用单弓形就满足要求，故选取单弓形的支持板。3.9 拉杆的选择因换热管外径为19mm，壳体公称直径为700mm，查钢制管壳式换热器GB151-1999 中的表 43 和表 44 可知，拉杆直径为 12mm，使用 8根拉杆。其各参数如下图和下表所示：图3-6 拉

35、杆图3-7 拉杆直径类型根据拉杆直径16mm，可选3.10 定距管的选择当换热管外径大于等于19mm时，定距管外经与换热管相同，所以其尺寸选择193.11 防冲板的选择由于壳程流体的，管程换热管流体的流速，因此在本台换热器的壳程与管程都不需要设置防冲板。 3.12 排液口和排气口的选择为了提高传热效率，排除或回收工作残液（气），凡不能借助其他接管排气，排液的换热器应在其壳程的最高，最低点分别设置排气、排液接管，排气、排液接管的端部必须与壳体或管箱壳体壁平齐。排气口和排液口的大小一般不小于f 15mm。卧式换热器排气、排液口多采用下图的形式，设置的位置分别在筒体的上部和底部。图3-8 排液口第四

36、章 传热工艺技术4.1 有效平均温度由于，所以逆流时 (4-1)参数 ， (4-2)（GB151-1999图F2） (4-3)由于设计换热器为单壳程双管程，查GB151-19991图2-6（a）得温度校正系数， (4-4)4.2 传热量和流量参考管壳式换热器原理与设计9表2-7，选转热系数设计转热量： (4-5)取换热器效率，则：减三线油流量： (4-6)初底油流量： (4-7)4.3 管程换热系数计算所需换热管根数：根 (4-8)则管程换热面积： (4-9)管程流速： (4-10)管程雷诺数： (4-11)管程换热系数： (4-12)4.4 结构初步设计布管为转角正方形布管，查GB151-1

37、999表12知，分程隔板两侧相邻管中心距管束中心排管数：根 (4-13)则壳体径：， (4-14)实取， 则长径比，合理布管限定圆，由GB151-1999得 (4-15)其中选择单弓形折流板，则弓高 (4-16)折流板间距： (4-17)折流板数量： (4-18) 实际块。4.5 壳程换热系数计算壳程流通面积： (4-19)壳程流速： (4-20)壳程当量直径： (4-21)壳程雷诺准数： (4-22)壳程传热系数： (4-23)其中壳程被加热，故: (4-24)4.6 强度计算4.6.1 换热管材料及规格的选择和根数的确定表4-1 换热管的选择和根数确定序号项目符号单位数据来源及计算公式数值

38、1换热管外径mmGB151-19991192换热管长度LmmGB151-199960003传热面积给定2504换热管数6995换热管材料GB151-1999表4-316Mn6排管方式GB151-1999转角正方形4.6.2 确定壳体径表4-2 壳体径序号项目符号单位数据来源及计算公式数值1换热管中心距SmmGB151-1999表42252分隔板两侧相邻管中心距mmGB151-1999表42383分程隔板厚度mmGB151-1999表6124壳体直径mm7005mmGB151-1999表14、155、5、156布管限定圆直径mm6507管板直径Dmm7634.6.3 确定壳体壁厚表4-3壳体厚度

39、序号项目符号单位数据来源及计算公式数值1材料GB150-19982第四章16MnR2材料许用应力MPaGB150-1998表4-11443焊接接头系数给定0.854壳程设计压力MPa给定2.85壳体计算厚度mm6.876壳体设计厚度mm10.877壳体名义厚度mm128实取名义厚度mmGB151-1999表8129厚度负偏差mm过程装备设计0.810腐蚀余量mm过程装备设计411壳体有效厚度mm7.212设计厚度下圆筒的许用应力MPa97.513校核 故合格14设计温度下圆筒的最大许用应力MPa2.4915材料的屈服应力MPaGB150-1998表4-13454.6.4 壳体液压试验表4-4

40、壳体液压试验序号项目符号单位数据来源及计算公式数值1试验压力MPa2.492圆筒薄膜压力MPa122.33校核 合格4.6.5 管箱封头厚度计算表4-5 封头的厚度计算序号项目符号单位数据来源及计算公式数值1材料GB150-1998第四章20R2材料许用应力MPaGB150-1998表4-1923焊接接头系数给定0.854管程设计压力MPa给定2.55筒体计算厚度mm11.286筒体设计厚度mm15.287筒体名义厚度mm168实取名义厚度mmGB151-1999表8169厚度负偏差mm过程装备设计0.810腐蚀余量mm过程装备设计411筒体有效厚度mm11.712设计厚度下筒体的许用应力MPa76.0413校核 故合格14封头尺寸：公称直径700mm，曲面高度175mm，直边高度30mm4.6.6 管箱短节厚壁计算表4-6 短节厚壁计算序号项目符号单位数据来源及计算公式数值1设计压力MPa给定2.52计算厚度mm6.743设计厚度mm10.744名义厚度mm165有效厚度mm8.26选材GB150-1998第三章16MnR4.6.7 管箱液压试验表4-7 管箱液压试验序号项目符号单位数据来源及计算公式数值1试验温度下许用应力MPaGB150-1998表4-115