化工设备word设计.docx

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1、5.1管板结构尺寸165.2管板与壳体的连接165.3管板厚度166管子拉脱力的计算187计算是否安装膨胀节208折流板设计229开孔补强2510支座2710.1群座的设计2710.2基础环设计2910.3地角圈的设计30符号说明32前言11概述111换热器的类型管壳式换热器是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折潦挡板和封头等组成.一种流体在管内流淌，其行程称为管程：另一种流体在管外流淌，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚实,可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、而压和大型装置上多采纳

2、列管式换热器。为提高壳程潦体流速，往往在壳体内安装肯定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50*C以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，仪至弯曲或裂开，因此必需考虑这种热膨胀的影响。112换热器换热器是化工、石油、食品及其他很多工业部门的通用设备.在生产中占有重要地位。由生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发

3、器和再沸器等。依据冷、热潦体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式.间壁式换热器又称表面式换热器或间接式换热器。在这类换热器中，冷、热流体被固体壁面隔开，瓦不接触，热量从热流体穿过壁面传绐冷流体。该类换热器适用下冷、热流体不允许干脆接触的场合.间壁式换热器的应用广泛，形式繁多。将在后面做重点介绍。干脆接触式换热器又称混合式换热器。在此类换热器中，冷、热流体相互接触，相互混合传递热量。该类换热器结构简洁，传热效率高，适用于冷、热流体允许干脆接触和混合的场合。常见的设备有凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。蓄热式换热器乂称回流式换热器或蓄热器。此类换热器是借助于热容量较大的固体

4、蓄热体，聘热量由热流体传给冷潦体。当蓄热体与热流体接触时，从热潦体处接受热量，塞热体温度上升后，再与冷流体接触，将热量传给冷流体，制热体温度下降，从而达到换热的目的.此类换热器结构简洁，可耐高温，常用于高温气体热量的回收或冷却。其缺点是设备的体积浩大，且不能完全避开两种流体的混合。工业上最常见的换热器是间壁式换热器。依据结构特点，间壁式换热器可以分为管壳式换热器和禁凌式换热罂。紧凑式换热器主要包括螺旋板式换热器,板式换热器等.1.2 设计的目的与意义换热器是将热流体的部分热量:传递绐冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器.换热器是实现化工生产过程中热府交换和传递不行缺少的设

5、省。在换热器中,至少有两种温度不同的流体，种流体温度较高，放出热ft：另一种流体则温度较低，汲取热量。在工程实践中有时也会存在两种以上的潦体参与换热，但它的基本原理与前一种情形并无本质上的区分。换热设备在炼油、石油化工以及在其他工业中运用广泛，它适用于冷却、冷凝.加热、蒸发和废热回收等各个方面.其中，管壳式换热耦虽然在换热效率、设备的体积和金底材料的消耗量等方面不如其他新型的换热设备，但它具有结构坚实、弗性大、牢靠程度高、运用范围广等优点，所以在各工程中仍得到普遍运用。管壳式换热器的结构设计，是为了保证换热器的质量和运行寿命，必需考虑很多因索，如材料、压力、温度、壁温差、结垢状况、流体性质以及

6、检修与清理等等来选择某一种合适的结构形式。对同一种形式的换热器，由于各种条件不同，往往采纳的结构亦不相同。在工程设计中，除尽量选用定型系列产品外，也常按其特定的条件进行设计，以满意工艺上的须要（得到适合工况下最合理最有效也最经济的便于生产制造的换热器等等）.1.3 管壳式换热器的发展史为了满意电厂对在较高压力下运行的大型换热器（如冷凝器和供水加热器）的须要，在20世纪初，提出了壳管式换热器的基本设计。经过长期的运用，使设计变得相当成熟和专业化。当今已广泛地应用于工业上的壳管式换热器，在20世纪初也起先适应石油工业提出的要求。油加热器和冷却器、再沸沸以及各种原油闿分和有关的有机流体的冷凝器这些设

7、备须要在恶劣的野外条件下运行，流体经常不干净而且乂要求高温柔高压，因此，设备便于清洗和进行现场修理是肯定须要的“2壳体直径的确定与壳体壁厚的计算2.1 管子数n选用32X3的无缝钢管，材质为20号钢，管长3m。F=dEJ1.W=5=-=512(根)乃Q均1.3.14x0.029x3其中支配拉杆需削减6根，故实际管数n=517根2.2 管子排列方式，管间距的确定采纳正三角形排列，由化工设备机械基础表7-4查得层数为12层,查表7-5取管间距a=40ru.2.3 换热器壳体直径的确定D1=S-1.)+2/其中/为最外层管子中心到趟边缘的距离其中b为正六角形对角线上的管子数b=25mm,查表7-5,

8、取管间距a=32mm.取=2d,D1=40(25-1.)+2232=1.088(mm)查表2-5,圆整后取壳体内径,=1100mm。2.4 换热器壳体壁厚计算及校核材料选用Q245R钢板计算壁厚为：6=2-pc式中：化为计算压力，取Pr=1.oMpa：D1=I1.OOmm;=0.85;,=108Mpa(壳壁温度为300O将数值代入上述厚度if噂公式，可以得知1.()II(X)2920.85-1.0=6.03mm杳化工设备机械嵯础表4-U取G=1.2mm；查灯匕工设备机械基础表4-9得CI=O.3mm。查表4T3例整后取6n=9m113换热器封头的选择及校核上下封头均选用标准椭例形封头，依据GB

9、/T25198标准，封头为DNI1.OOX8,查化工设备机械基础表7-47得曲面高度hi=275mm,直边高度为=40n11）材料选用Q245R.下封头与裙座焊接，4容器法兰的选择材料选用Q345R依据NB/T4703-2012选用DN1.1.OO,PN1.6Mpa的桦槽密封面长颈对焊法兰。所以，选用的法竺尺寸如下图748所示：5管板5.1管板尺寸的确定选用固定换热涔管板，并兼作法兰，直相关标准得P=P-I6MPa（取管板的公称压力为1.6MPa）的碳钢板尺寸,如图7-19所示：6管子拉脱力的计算计算数据按表7-13选取项目管子壳体操作厌力/Mpa材质我膨版系数0.750.720别20R11.

10、8x10I1.8x106弹性模景0.21XIO60.21XIO6许用应力/Mpa10192尺寸432x3x300010()9管子根数511管间距/mIO管壳增温差/C.Af=55管子与管板连接方式开倍胀接胀接长度/M/=50许用拉脱力川Pa4.01、在操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力外(6-1)(nun)2/=0.866fr-洒=0.866402-322=582(6-2)p=0.75Mpa,/=5011ra0.75x396=008P3.14x32x502、温差应力引起的每平方米张接周边所产生的拉脱力4dJ其中6=吗SI+-J-AAt=11P,1Zn=3.14KXW9=28515(mmfA

11、=-(d：-d-)n=(32压力作用于壳体上的轴向力其中QTa-MM-2方川=-01OO2-511.322)0.7+51.I(32-23)2x().75-262)511=139595(Inm?44I1.8OftO.2O,552851522.93(252-2()j),八一，瓦瓦布=1.(BA由此可知,%作用方向相同，都使管子受压，则管子的拉脱力:=1.297Mpa2851528515+13595=0.482X1(FN则S=307O+0099W=aA128515一耳+K-3.07106+0.482106ioccw.=!=-1S5.5MpaA113595依据GB151一1999&管壳式换热潜：,=1

12、11AMpa涮bj；=MMpa,=T8.5p“2b：=216MPaqq=4.0W条件成立，故本换热器不必要设置膨胀节。8折流板设计我们采纳弓形折流板h=3Q=31.1.OO=825mm折流板间距取60Omm由表7-944查得折流板外径为1095.5,材料为Q235-A钢如图7-50所示。拉杆选用412.共6根,材料为20钢.9开孔补强换热冠壳体和封头上的等面积的接管处开孔须要补强，常用的结构是在开孔外面焊上块与容罂材料和厚度都相同，即9mm厚的Q245R钢板。其补强结构如图7-51所小。10支座采纳裙座，具体计算参见第八章“塔设备的机械设计这里选裙座厚度为9mm,基础环厚度为14mm。设计结果

13、为如图7-52所示的换热器装置图。表7-14技术特性表序号名称指标管程壳程I工作压力/Mm0.70.682工作温度1.C180-3704002203物料名称半水煤气变换气4传热面积11v130表7-15符号说明I1操作状态下管壁温度，C;ts一一操作状态下壳壁温度，C；一一焊接接头系数，无量纲；b一一正六边形对角线上的管子数，个:1.n换热管长度，mm：d均一一管子的平均直径，mm；Pw最大允许工作压力，MPa；接管表序号接管法兰标准密封面形式用途1PN16DN250IIG/T20592平面变换气进口2PN1.ODN250HG/T20592平面半水煤气进口3PN1.ODN250HG/T20592平面变换气进口4PN16f)N250HGT20592平面半水煤气进口F一一换热面积，m1；a管间距，mm；d.壳体内径，mm：do壳体外径，mm：PC计算压力，MPa;Pw工作压力,MBa;P一一设计压力,MPa;PT水压试验压力，MPa;DN直径（公称），mm：PN公称压力，MPa；Pt一一管子的工作压力，MPa：Ps冗体的工作压力，MPa：t一一管壳壁温度，C;