u型管换热器

1.引言 随着社会的发展，以及人们对生活质量的不断追求,人们开始享受着冬暖夏 凉的生活方式，夏天的空调是首选，而冬天的首选是暖气。家庭供暖以其安全， 效果好，价格便宜，供暖时间长而备受人们的喜爱。而家庭供暖的核心设备就是 容积式换热器，我就其中的一种容积罐换热器作个简单的介绍，介绍它的大体的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 过程。 容积罐换热器，顾名思义，有一个容积罐和一个换热器组成，它的工作原理 是换热器的壳程来加热容积罐里面的水，使容积罐的水得到加热，从而把热水送 到千家万户。下面我们就来介绍容积罐的设计过程，分为两部分，第一部分为换 热器的计算： 2. 换热器部分计算 2.1 壳体、管箱壳体和封头的设计： 2.1.1 计算外壳内管径 iD   '1 2i cD t n b   由于管中心距 01.25 1.25 25 32t d mm    管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离 ' 01.5 1.5 0.025 0.038b d m    所以 0.032(18 1) 2 0.038 0.620iD m     按壳体直径 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 系列尺寸圆整，取 D=500mm 因为 3000 4.3 700 L D   4＜4.3＜6，∴管长径比合适。 2.2 换热器主要构件尺寸与接管尺寸的确定 换热器的主要构件有封头、筒体、折流板（或支承板）、支座等。主要接管 有：流体进、出口接管，排气管，排液管等。 2.2.1 筒体（壳体）壁厚的确定  2 i PD c P     选取设计压力 P=1.6Mpa，壳体材料为 16MnR，查得其相应的许用应力   170Mpa  ；焊缝系数  单面焊）， 钢板标准 GB/T 3274 GB/T 3280 GB/T 4237 GB/T 4238 钢板厚度 >5.5~7.5 >7.5~25 >25~30 >30~34 负偏差 1c 0.6 0.8 0.9 1.0 钢板厚度 >34~40 >40~50 >50~60 >60~80 负偏差 1c 1.1 1.2 1.3 1.8 则腐蚀裕度 C=2 所以 1.6 500 2.96 3 2 170 0.8 1.6 mm mm      根据规定：对于压力较低的容器，按强度公式计算出来的厚度很薄，往往会 给制造、运输和吊装带来困难，为此对壳体元件规定了不包含腐蚀裕量的最小厚 度 min ，对于低合金钢和碳素钢制的容器， min 不小于 3mm。 所以 min =3mm，而 n =3+2=5mm 而 GB151-89 中规定：碳素钢或低合金钢圆筒的最小厚度(如表) 公称直径 400～700 800～1000 1100～1500 1600～2000 浮头式，U 型 管式 8 10 12 14 固定管板式 6 8 10 12 为了使换热器的壳程更好的加热容积罐,故采用变径! 1 6mm  2 10mm  壁厚为 6的那段长度为 896l mm ,另一段长度为 658l mm . 2.2.2 壳程封头（椭圆形）的计算   1.6 500 2.95 2.6 5.55 2 170 0.8 0.5 1.62 0.5 d i t d KP D c mm mm mm P             壳程的封头的最小厚度为 10mm。 2.2.3 管箱的设计 换热管利用管箱来实现管束分流，管箱位于换热器的两端，它的作用是将流 体均匀地分布到各换热管中或把管内流体汇集后输送出来。根据 GB151-89，选 用椭圆封头管箱，材料选用16MnR。 2.2.4 管箱短节的设计 管箱短节按 GB150-89 的有关要求设计。管箱短节的最小厚度不得小于下表 的规定： 公称直径 400～700 800～1000 1100～1500 1600～2000 浮头式、U型 管 8 10 12 14 固定管板式 6 8 10 12 初步选定管箱的公称直径为500mm，所以短节的厚度选10mm . 多程管箱的内侧深度 l应保证两程之间的最小流通面积不小于每程管子流通 面积的 1.3 倍，当操作允许时也可等于每程管子的流通面积. 管箱的选用如下： 为了便于制造与安装，初步选用16MnR，焊缝系数 0.8  查 GB150-98，在设计温度下的许用应力  170t MPa  管箱内只受到管程压力 1.1 1.1 2.0 2.2d tP P MPa      2.2 500 4.01 2 170 0.8 2.22 d i t d P D mm P         取厚度负偏差 1 0C  ，腐蚀裕量 2 2C mm 1 2 4.01 0 2 6.01n c c mm        圆整后取8mm。 8 2 6e mm    查《换热器设计手册》表 4-1 得知 当公称直径在 500mm 时，换热器管箱的最小壁厚为 8mm。 外径 0 500 16 516d mm   管箱封头  2 0.5 d i t d KP D P     计算所得的厚度小于管箱的厚度但是为了制造的方 便，封头设计为 500mm ，厚度为8mm。K=1 2.2.5 接管外伸长度的选取： 由于管程的接管和壳程的进口接管 DN=89mm，查表后取伸出的长度为 150mm。 同理壳程的接管伸出的长度取 150mm 2.2.6 接管与筒体，管箱壳体的连接 接管与壳体，管箱壳体连接的结构型式，采用焊接结构，且接管不得凸出于 壳体的内表面。 2.2.7 排气、排液管 为提高传热效率，排除或回收工作残液及凝液，凡不能借助于其他接管排气 或排液的换热器，应在其壳程和管程的最高、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内壁平齐。 2.2.8 接管的最小位置 在换热管设计中，为了使传热面积得以充分利用，壳程流体进、出口接管应 尽量靠近两端管板，而管箱进、出口接管应尽量靠近管箱法兰，可缩短管箱壳体 长度，减轻设备重量，为了保证设备的制造、安装，管口距地的距离也不能靠得 太近，它受到最小位置的限制. 流体进出口接管的直径计算 4 svd   水 蒸 气 进 口 接 管 1d ， 取 1 20 /m s  ， 已 知 蒸 汽 用 量 为 3816 / 1.06 /hw kg h kg s  。0.5Mpa 水蒸气的密度为 2.6673/kg/ 3m ，所以水蒸气 容积流量为 1.06 / ,hw kg s 31.06 0.4 / 2.6673 hwv m s  汽 ，取蒸汽入口流速 20 / ,m s 汽 则 1 4 0.4 0.159 159 3.14 20 d m mm   选用进口接管 219 6( 200 )DN mm  无缝钢管。则法兰采用板式平焊突面，内 径为 222mm，外径为 340mm，质量为 9.69kg，坡口宽度 6mm，法兰厚度 26mm。 出口接管 2d ： 因为蒸汽用量 1.06 /hw kg s ， 917 907152 915 917 152 150 915 160 150 o c           时的水密度为 （ ） ，所以冷凝 水容积流量为 1.06 40.00116, , 1 / , 915 i vv d m s     水水　 取 　则 4 4 0.00116 0.0384 38.4 3.14 1i vd m mm     水 可取排水管 45 3.5( 40 )DN mm  则法兰采用板式平焊突面，质量为 2.12kg 内径为 46mm，外径为 150mm 坡口宽度 5mm，法兰的厚度为 18mm 油进出口管径的计算 容积流量 280000 3600 812 4 h i Wv d    油 质量流量 密度 ，取 1 / ,m s  则管子内直径 4 0.187 187 3.14 3600 812 1i v d mm     油 可选择接管： 219 6( 200)DN  则法兰采用板式平焊突面，质量为 9.69kg， 内径为 222mm，外径为 340mm，坡口宽度 8mm，法兰厚度 26mm。 接管位置的最小尺寸 壳程接管的布置如下图所示： 1 ( 4)2 HDL b C    式中 HD —接管补强圈的外径，mm b—管板的厚度，mm C—为补强圈边缘到管板内壁间的距离， 4C S ( S为壳体的厚度，mm )， 但是最小不小于30mm以。 无补强圈的接管： 1 1 ( 4) 2 219 (55 4) 115 280 2 HdL b C L mm          取 280 带补强圈的管箱接管 2 2 H f DL h C   mm 式中 2L ---接管中心到管板密封面的距离，mm fh ---法兰厚度，mm C ---取 4S （ S为管箱壳体厚度，mm）且 30mm 无补强圈接管 2 2 2 219 115 55 280 2 H f dL h C L mm        2.3 管板和换热管 2.3.1 管板 2.3.1.1 管板的计算厚度应不小于以下三者之和： (1) 管板的计算厚度或以下规定的最小厚度，取大者； (2) 壳程腐蚀裕量或结构开槽深度，取大者； (3) 管程腐蚀裕量或分程隔板槽深度，取大者。 2.3.1.2 符号说明 a—根换热管管壁金属的横截面积， 2mm GD —垫片压紧作用中心圆直径，mm d —换热管外径，mm l—换热管与管板胀接长度或焊接高度， mm dP —管板设计压力，MPa sP —壳程设计压力，MPa tP—管程设计压力，MPa q—换热管与管板连接的拉脱力，MPa  q —许用拉脱力，MPa  —管板计算厚度， mm t —换热管管壁厚度， mm  —管板强度削弱系数，一般取为 0.4 t —换热管轴向应力，MPa  t r —设计温度下，管板材料的许用应力，MPa   tt —设计温度下，换热管材料的许用应力，MPa 2.3.1.3 设计条件 壳程设计压力 1.6sP MPa 壳程腐蚀裕量 2 2sC mm 管程设计压力 1.4tP MPa 管程腐蚀裕量 2t 2C mm 管板设计温度 130℃ 管程程数 2 2.3.1.4 结构尺寸参数 换热管公称直径 500DN mm 管程侧隔板槽深 2 4h mm 换热管外径 25d mm 壳程侧隔板槽深 1 0h  管壁厚度 2.5t  换热管与管板为焊接连接 根数 142n  换热管正三角形排列，管间距 32s mm 。夹持管板的壳程法兰和管箱法兰 采用： JB4702-92 法兰 A700-2.5 即 PN2.5DN500 的乙型平焊凹形密封面法兰，垫片 为非金属软垫片 765 / 715 / 3  . 垫片基本密封宽度 0b ：按GB150表9-1：压紧面型式1c， 20N mm ； 18mm  0 ( ) / 2 (18 3) / 2 10.5gb mm      ( ) / 4 (18 20) / 4 9.5N mm     取 0 9.5b mm 管板强度削弱系数 0.4  2.3.1.5 各元件材料及其设计数据 换热管材料：16MnR 查 GB150 表 4-3，设计温度下许用应力  170t t MPa  管板材料：16Mn锻件 查 GB150 表 4-5，设计温度下的许用应力   170t r MPa  许用拉脱力    0.5 0.5 170 85t tq MPa    计算 , ,d t t GA A D D和 2( ) 14 32(44 32) 5376d nA n s s s mm      n为沿隔板槽一侧的排管根数. 2 2 21.732 1.732 32 101 5376 184506t dA ns A mm       4 4 184506 142tt AD      2 765 2 7.8 749.4GD b mm     垫片接触面外径 因为： 0 9.5 6.4b mm mm  02.53 7.8 6.4b b mm   计算1/ t =2R/ tD = /G tD D =749.4/142=5.27 查表 1-8-1 得 0.2487cC  确定管板的设计压力 不能保证在任何情况下 sP 和 tP都同时作用，且 s tP P和 均为正压，故： ( , ) (0.55,1.6) 1.6d s tP MAX P P MAX MPa   管板计算厚度 和管板名义厚度 n   0.2487 1.320.82 0.82 749.4 35.54 0.4 170 c d G t r C PD mm        管板名义厚度应不小于下列三部分之和，即 min 1 2( , ) ( , ) ( , )n s tMAX MAX C h MAX C h     (47.9,12) (2,0) (2,4)MAX MAX MAX   35.54 2 4   41.54 圆整后 42n mm  2.3.1.6 换热管的轴向应力 查 GB151 附录 J，换热管金属横截面积 2176.71a mm 2 ( ) 4t s t t dP P P a      按三种工况分别计算： 只有壳程设计压力 1.6sP MPa ，管程设计压力 0tP  225(1.6 0) 0 4.42 4 176.71t MPa       只有管程设计压力 1.4tP MPa .壳程设计压力 0sP  225(0 1.4) 1.4 2.487 4 176.71t MPa      壳程设计压力和管程设计压力同时作用 225(1.6 1.4) 0.555 4 176.71t MPa      以上三种工况的计算值的绝对值均小于换热管设计温度下的许用应力   170tt MPa  换热管与管板连接拉脱力 2.345 176.71 1.5 25 3.5 taq MPa dl        〈66Mpa 满足要求 式中 1 3 1.5 2 3.5l l l     1l —换热管最小伸长长度，查换热器设计手册表 1-6-22 得， 1 1.5l mm 3l —最小坡口深度，查换热器设计手册表 1-6-22，得 3 2l mm t 取 14.7 项计算中三种工况绝对值的最大数。 2.3.1.7 管板密封面 管板与法兰连接的结构尺寸及制造、检验要求等按 JB1157～1164-82《压 力容器法兰》的规定：选用凹面密封。 2.3.1.8 分程隔板槽 槽深一般不小于4mm.取为4mm 分程隔板槽的宽度为12mm . 2.4 液压实验 液体采用水 ][ —容器元件材料在试验温度下的许用应力  t —容器元件材料在设计温度下的许用应力 应力校核    2.0 500 8 63.5 2 2 8 T i e T e p D MPa           2.0 500 8 79.375 2 2 8 0.8 T i e T f e p D MPa          T ， Tf 分别为水压实验筒体、封头的壁内应力，查 GB150-1998 表 4-1， 所用 16MnR 板材的 345s MPa  ，63.5 0.9 sMPa  ，79.375 0.9 sMPa  ，所以筒 体和封头的水压实验满足强度的要求。 对管程进行水压试验   1.75 (25 2.5) 9.625 0.9 2 2 2.5 T i e T s e p D MPa         ,所以管程的水压试验 满足强度要求。 2.5.换热管的排布 换热管采用 16MnR，规格为 25×2.5mm，换热管的排列方式为正三角形排列。 布管限定圆的直径为 500-2×6=488，再考虑防冲板到壳体内壁的距离为 58，所 以排第一层为 8根，第二层 11 根，第三层 12 根，第四层 13 根，第五层 14 根， 第六层 13 根共 71 根，壳程挡板下部分排列方式同上，共 142 根。 2. 6 换热管中心距 换热管中心距，最小为管子外径的 1.25 倍，多管程的分程隔板处的换热管 的中心距，最小为换热管中心距加槽密封面的宽度。由表查得换热管的中心距为 32，分程隔板槽两侧相邻管中心距离为 44，而 U形管在外径为 25 的时候最小弯 曲半径为 50，所以取 100mm 2.7 壳体与管板、管板与法兰及换热管的连接 管板本身不直接与壳体焊接，而通过壳体上的法兰或夹持在两法兰之间固 定。U形管式换热器需要经常清洗，所以要把管板做成可拆式。采用圆缺螺栓紧 固型式。 2.8 管板的连接型式： 主要有（1）胀接（2）焊接（3）胀焊结合。本设计采用焊接。 2.9 开孔补强计算 换热器管箱和封头上的接管处开孔需要补强时，常可按等面积补强 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 来补 强。其结构是在开孔外面焊上一块截面积相当的、与容器器壁材料和厚度都相同 的 16MnR 钢板。 内径(mm) 厚度(mm) 材料 设计温度(℃) 许用应力 (MPa) 管箱 500 8 16MnR 135 170 接管 80 1．6 16MnR 95 170 1A—壳体上超过计算厚度 的多余金属截面积，mm n —壳体的实际壁厚，mm  —壳体的计算厚度，mm 2C —腐蚀裕度，mm 2A —接管上超过计算厚度 c 的多余金属截面积，mm 1 2h h、 —分别为外、内侧有效补强高度，mm nt —接管的实际厚度，mm t —接管的计算厚度，mm 3A —补强区内焊缝金属的截面积， 2mm 接管直径d 2 80 2 1.6 83.2id d c mm      2 2 83.2 166.4d mm   2 2 83.2 2 8 2 6n ntd         =111.2 所以 166.4B mm 允许开孔的范围： 对于在圆筒上开孔，当其内径 1500iD mm 时，开孔的最大直径 12 id D 显然上述条件符合规定 因开孔而削弱的面积 筒体计算壁厚：   1.6 500 2.96 2 170 0.8 1.62 d i t d P D mm P         削弱的金属面积： 先计算强度削弱系数 rf     170 1 170 t n r rf     2 2 ( )(1 ) 83.2 2.96 2 8(6 2)(1 1) 246.272 nt rA d C f mm              接管的计算壁厚   1.6 83.2 0.49 2 170 0.8 1.62 c i t t c P D mm P         筒体多余的金属截面积 1A  1 2 ( ) ( ) (166.4 83.2)(8 2 0.49) 458.432 n t rA B d C f mm           外侧有效高度 max(2 , 2 2 )n ntB d d     1 83.2 6 22.34nth d mm    接管多余的截面积 2A     2 1 2 2 2 22.34 6 2 0.49 1 156.83 nt t rA h C f mm               焊缝金属的截面积 3A (焊脚取8mm ) 2 3 1 8 8 2 64 2 A mm     2 1 2 3 458.432 156.83 64 679.262A A A mm      所需另行补强面积：  4 1 2 3 246.272 679.262 432.99 0A A A A A         所以不要补强。 同理计算壳体上的开孔补强： 内径(mm) 厚度(mm) 材料 设计温度(℃) 许用应力 (MPa) 筒体 500 8 16MnR 95 170 接管 61.8 1.6 16MnR 130 170 接管直径d ： 2 61.8 2 1.6 65id d c mm      2 2 65 130d mm   2 2 65 2 8 2 6n ntd         =93 所以 130B mm 允许开孔的范围： 对于在圆筒上开孔，当其内径 1500iD mm 时，开孔的最大直径 1 2 i d D 显然上述条件符合规定 因开孔而削弱的面积 筒体计算壁厚   1.6 500 2.96 2 170 0.8 1.62 d i t d P D mm P         削弱的金属面积： 先计算强度削弱系数 rf     170 1 170 t n r rf     2 2 ( )(1 ) 65 2.96 2 8(6 2)(1 1) 192.4 nt rA d C f mm              接管的计算壁厚   1.6 65 0.38 2 170 0.8 1.62 c i t t c P D mm P         筒体多余的金属截面积 1A  1 2 ( ) ( ) (130 65)(8 2 0.38) 365.3 n t rA B d C f mm           外侧有效高度 1 65 6 19.75nth d mm    接管多余的截面积 2A     2 1 2 2 2 19.75 6 2 0.38 1 142.99 nt t rA h C f mm               焊缝金属的截面积 3A (焊脚取8mm ) 2 3 1 8 8 2 64 2 A mm     2 1 2 3 365.3 142.99 64 572.3A A A mm      所需另行补强面积：  4 1 2 3 192.4 572.3 379.9 0A A A A A         所以不要补强。 同理，法兰 n的直径小于 89，不用补强。 2.10 各部件结构 2.10.1 折流板的布置 为了增加壳程流体的流速，提高壳程的传热膜系数，从而达到提高总传热系 数的目的，需要设置折流板。当换热管过长，而管子承受的压应力过大时，在满 足换热器壳程允许压降的情况下，增加折流板的数量，减少折流板的间距，对缓 解换热管的受力状况和防止流体流动诱发振动有一定的作用。而且，设置折流板 也有利于换热管的安装。 折流板的型式有弓型折流板、圆盘-圆环型折流板和矩形折流板。本设计采 用最常用的弓型折流板中单弓型折流板。 2.10.1 折流板 常用的折流板的形式有弓形和圆盘-圆环形两种，弓形又有单弓形、双弓形 和三弓形三种，这里选择单弓形，其结构如图 2.8： 转角竖直水平 图 2.8 折流板的结构形式 弓形折流板缺口高度应使流体通过缺口时与横过管束时的流速相近。缺口的 大小用切去的弓形弦高占院筒内直径的百分比来确定，缺口弦高 h 值，一般取 0.20� 0.45 倍的圆筒内直径。取 0.20 0.45 0.3 500 150ih D mm   � 。 查 GB151-89 表 3-19，取折流板的厚度为 6mm，折流板的管孔直径=换热管外 径d+0.4=25+0.4=25.4mm，其允许偏差为 0.40025.4 。 折流板一般应按等间距布置，管束两端的折流板尽可能靠近壳程进、出口接 管 。 折 流 板 的 最 小 间 距 应 不 小 于 圆 筒 内 直 径 的 五 分 之 一 （ 1 1 500 100 5 5i h D mm    ，数目： / 1 6100 / 240 1 2bN l h     ），且不小于 50mm。最大间距应不大于圆筒内直径（500mm），且应满足 GB151-89 表 3-22 的要 求。 2.10.2 尾部支撑 在 U型管换热器中，靠近弯管段起支撑作用的折流板，结构尺寸 A+B+C 之和 应不大于下表中最大无支撑跨距，超过表中数值时，应在弯管部分加特殊支撑。 换热管外径 d(mm) 10 14 19 25 32 38 45 最大无支撑跨距(mm) 800 1100 1500 1900 2200 2500 2800 A+B+C〈1900 所以不需要加特殊的支撑。 根据 GB151-89，表 3-21，公称直径DN 500 900mm� 时折流板的名义外直径 为 4.5 495.5DN mm  ，允许偏差为 0.8mm 。 2.10.3 折流板外直径： 公 称 直 径 DN 〈400 400～500 500～900 900 ～ 1300 1300 ～ 1700 1700 ～ 2000 折 流 板 名 义 外 直径 DN-2.5 DN-3.5 DN-4.5 DN-6 DN-8 DN-10 折 流 板 外 直 径 允 许 偏 差 -0.5 -0.5 -0.8 -0.8 -1.2 -1.2 则外直径为 500-4.5=495.5mm 根据 GB151-99，表 3-20b，换热管外径 25d mm 时，折流板管孔直径为 25.4mm，起允许偏差为 0.40mm 。 换热器 外径 d 10 14 19 25 32 38 45 57 折流板 管孔径 10.5 14.6 19.6 25.4 32.8 38.8 45.8 58 管孔直 径允许 偏差 +0.4 +0.4 +0.4 +0.4 +0.45 +0.45 +0.5 +0.5 公称直径 换热器无支 撑跨距 〈300 〉300〈600 〉600〈900 〉1200〈1500 〉1500 折流板最小 厚度 〈400 3 4 5 8 10 400~700 4 5 6 10 12 〉700〈900 5 6 8 10 16 〉900〈1500 6 8 10 12 16 〉1500〈2000 - 10 12 16 20 2.11 管程设置防冲板的条件 当管程采用轴向入口接管或换热管内流体流速超过3 /m s时，应设置防冲板， 以减少流体的不均匀分布和对换热管端的冲蚀。本设计换热管内的流体流速为 1.3 / 3 /m s m s ，所以在管程不用设置防冲板。 壳程设置防冲板的条件 对有腐蚀或有磨蚀的气体，蒸汽及气液混合物，应设防冲板。本案的介质为 水，没有腐蚀性，所以不用设置防冲板。 2.12 拉杆和定距管 2.12.1 采用拉杆定距管结构 根据 GB151-89，表 3-23，3-24，拉杆的尺寸与数量如下 换热管 的外径 10 14 19 25 32 38 45 57 拉杆直 径 10 12 12 16 16 16 16 16 2.12.2 拉杆数量 公称直径 拉杆直径 〈400 〉400 〈700 〉 700 〈900 〉 900 〈1300 〉 1300 〈1500 〉 1500 〈1800 〉 1800 〈2000 10 4 6 10 12 16 18 18 12 4 4 8 10 12 14 18 16 4 4 6 6 8 10 12 所以取拉杆直径为 16mm，拉杆数量为 4根 2.12.3 拉杆结构布置 拉杆是一根两端皆带螺纹的长杆，一段穿过管板，折流板就穿在拉杆上，各 板之间则以套在拉杆上的定距管来保证管间的距离。最后一块折流板可用螺母拧 在拉杆紧固。 拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，对于大直径的换热器，在布管区内或 靠近折流板缺口处也应布置适当数量的拉杆。 2.12.4 拉杆材料 采用 Q235-A 钢 2.121.5 拉杆尺寸（GB151，表 3-25） 拉杆直径 拉杆螺纹公称直 径 前端罗纹 La 后端螺纹 Lb 10 10 13 40 12 12 15 50 16 16 20 60 2.12.6 定距管尺寸 定距管的尺寸和换热管的尺寸相同 2.12.7 拉杆孔深 2 1.5 1.5 16 24nl d mm    式中 2l ---螺孔深度，mm nd ---拉杆螺孔公称直径，mm 2.13 防短路结构 在换热器壳程，由于管束边缘部分都不能排满换热管，所以在这些部位形成 旁路。为防止壳程从这些旁路大量短路，降低换热效率，可在管束边缘的适当位 置安装旁路挡板来增大旁路的阻力，以迫使壳程介质通过管束与换热管内流体进 行换热。 本设计为卧式的缺边折流板换热器，壳程从旁路短路的可能性较大，需采用 旁路档板。旁路档板与折流板焊接连接，因为 500 1000mm DN mm  ，根据 GB151-99，表 3-19，取其厚度为5mm根据换热器设计手册规定：公称直径 DN 〈500mm 时，一对挡板；500mm〈DN〈1000mm 时，两对挡板；DN〉1000mm 时，不 少于三挡板。本设计用两对旁路档板，其厚度和折流板厚度一样为5mm。 由于本设计为 U形管换热器，所以要设置滑道，而滑道兼做旁路挡板，所以 本设计只设计滑道，不需要另外安装挡板。 2.13.1 滑道 滑道的结构一般有滑板、滚轮和滑条等形式。 滑板焊在折流板或支持板的槽内，在直径方向高出折流板 0.5～1mm，并与 管束成一整体。滑板的尺寸可根据换热器的直径、长度和管束重量确定。 2.14.2 中间档板设计 在 U型管换热器中，由于受 U型管最小弯管半径的限制，U型管最中间两排 管的管间距过大，从而形成无阻力的流体通道。为了减少这种短路，使壳程介质 能有效地换热，可在 U型管束的中间通道设置中间挡板。中间挡板可以与折流板 点焊固定。 中间挡板的数量推荐：公称直径 DN 500mm 时，一块挡板；500mm〈DN〈1000mm 时，两块挡板；DN 1000mm 时，不少于三块挡板。 2.15 法兰及其附件的选用 2.15.1 法兰的选用 2.15.1.1 确定法兰类型 根据 500DN mm ， 1.6P MPa ，按《化工容器与化工设备实用手册》表 3-1-1 可知应选用板式平焊钢制管法兰。 2.15.1.2 确定法兰材料 选用16MnR，定 1.6PL MPa 时，135℃的  1.6P MPa ，能满足 1.6P MPa 的需要，所以法兰的PL应为 1.6MPa能满足求。 2.15.1.3 确定法兰的结构尺寸 根据确定的 500DN mm ， 1.6PN MPa 的法兰尺寸如下表所示： D 1D 2D 3D 4D  H 860 815 776 766 763 46 115 a 1a t d 螺柱规格 螺柱数 量 h 21 18 16 27 24M 24 35 法兰的质量为37.2kg . 2.15.2 密封垫片 压力容器法兰用密封垫片有 3种，分别为(1)非金属软垫片 (2)缠绕式垫片 (3)金属包垫片 因考虑到已选用了板式平焊钢制管法兰，以及操作温度 135℃，因此选用非 金属软垫片。 其中 2 max645 , 530iD mm D mm 　 垫片的宽度 垫片实际宽度 2 max 645 530 57.5 2 2 iD DN     mm 垫片基本密封宽度 0 57.5 28.75 2 b   垫片有效密封宽度 2.53 28.75 13.57 14b mm   垫片压紧力作用中心圆直径 Dc 2 645 2 14 617Dc b mm     垫片接触面外径 螺栓预紧状态下的最小载荷： 3.14 617 14 11 298356.52aw N     操作下需要的最小载荷： 2617 1.6 2 478145.384 230625.7125 708771.0992 4p c w D b m p N           螺栓面积： 预紧时 2298356.52 2550.1 117a A mm  操作时 2798771.0992 7460.7 95p A mm  需要的螺栓面积 mA =7460.7 2mm 螺栓总截面积 224 28.75 15572.4 4b A mm   螺栓设计载荷： 预紧状态   7460.7 15572.4 117 1347436 2 2 m b b A Aw N      操作状态 708771.0992pw w N  2.15.3 法兰设计 （1） 法兰材料及许用应力 法兰材料选用 16MnR，许用应力为 170MPa （2） 法兰的力矩     2 1 2 2 2 2 3 1.6 31847 4 4 0.785 530 1.6 169717 4 2 6.28 645 14 2 1.6 181466 i G i G p D p N p D D p N p D b m p N                                   1 1 3 2 3 645 530 57.5 2 2 14 57.5 46 2 2 645 600 22.5 2 2 b i b G D Dl mm l ll mm D Dl mm             操作时法兰力矩： 1 1 2 2 3 3 13721169 /pM p l p l p l N mm    预紧时法兰力矩： 3 708771.0992 22.5 15947347 /aM w l N mm     所以法兰的设计力矩为： pM =15947347 N/mm 剪应力较核： 剪切面积： 3.14 500 6 9420iA D l        剪应力： 预紧状态下的剪应力： 298356.52 31.7 9420 a a w Mpa A     操作状态下的剪应力： 708771.0992 75.2 9420 p p w Mpa A     剪应力较核     31.7 0.8 130.4 75.2 0.8 0.8 158 126.4 a f t p f Mpa Mpa MPa Mpa             法兰刚度要求： 为满足法兰刚度，螺栓最大间隙 3.14 645 85 24 s mm  金属包垫片用0 18 9rC Ni 板包层。其标记为： 垫片 G—500—1.6 JB4706—92 2.15.4 压力容器法兰用螺柱及螺母型式与尺寸 压力容器法兰用的双头螺柱有 A型与 B型两种，为了减小热应力，螺柱中段 无螺纹部分的直径均车细，A 型螺柱车细至等于螺纹的中径，B 型螺柱车细至等 于螺纹的内径。 2.15.5 管子的排布 因为采用了双管程，可采用正三角型排列，，第一排排 8根，第二层 11 根， 第三层 12 根，第四层 13 根，第五层 14 根，第六层 13 根共 71 根，排 6排共 71 根，壳程挡板以下排列如上，共 142 根。 合理性 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 2.16 计算质量 2.16.1 圆筒质量 2.16.1.1  2 2 91 2 104 i im D D L               2 22 9 2 9 500 2 10 500 658 7850 10 500 2 6 500 4 4 896 7850 10 156.6kg                         一个封头的质量m =19.6kg 2.16.1.2 管箱短节的质量 3m  2 2 ' 93 2 104 i im D D L                2 2 9500 2 8 500 285 7850 10 28.5 4           kg 'L－短节的长度 'L =285 2.16.3 管板的质量 4m  2 2 94 1m 104 iD n d               2 2 91 500 142 25 55 7850 10 514 kg           2.16.4 充液质量 '4m 2.16.5 充满水的质量： '' 2 9 4m 2 104 i D L v             2 9500 1554 2 0.0603 0.8 997 10 243.25 4 kg           ＝ 2.16.6 换热管的质量 2 2 9 5 104 4i m n D d L              、 2 2 9142 25 20 1545.5 7850 10 179.6 4 4              kg 2.16.7 折流板质量 6m 2 2 6 0 3 50 16 4i dm n D              2 23 50 208 500 10 7850 1.8 16 4 kg           2.16.8 所有法兰的质量： 4.1+1.75+0.34=6.19kg 2.16.9 接管的质量： 31.50.23+3.110.15+1.1320.1=19+0.46+0.226=20kg 2.16.10 螺栓质量： 0.33324=8kg 2.16.11 定距管的质量：  2 2 96 25 20 7850 2920 10 24.34 kg      2.16.12 拉杆的质量 2 96 16 7850 2920 10 27 4 kg       2.16.13 其它附件质量 8m 8m =500 得总质量为 4000kg 3 容积罐部分计算 3.1 筒体壁厚的计算 已知内直径 1200iD mm ,高度 L=1300mm 壁厚  2[ ] te i P D     式中 —计算厚度 cP —计算压力 1  —焊接系数  2 c i t c P D P     2 8.4 170 0.85 2.023 2 1200 mm MPa     名义厚度 1 2 10n C C mm     � 有效厚度 1 2 10 1.6 8.4e n C C mm       强度校核 内压圆筒的许用压力  2[ ] te i P D     2 8.4 170 0.85 2.023 2 1200 mm MPa     故水压试验安全强度符合要求 3.2 封头的计算 封头材料选用 16MnR 3.2.1 封头内直径的选择： 1200iD mm ，焊接系数取 1  3.2.2 封头厚度的计算   1.6 1200 5.66 2 170 0.5 1.62 0.5 c i t c P D mm P         1 2 10n C C mm     � 1 2 10 1.6 8.4e n C C mm       强度校核 1.25 ( ) 1.25 1.6 1208.4 143.86 2 2 8.4 c i e T e P D        0.9 0.9 1 345 310.5 143.86s      即满足强度校核条件 经查表，材料为 16MnR， 1200iD mm 的标准椭圆封头的许用压力为 2.83MPa〉 2MPa（水压试验压力）即，水压试验安全。 取直边高度 h=25mm 3.3．补强计算 3.3.1 接管所用材料为 20 钢，最高 so 工作压力为 1.6MPa，为中低压容器 1A—壳体上超过计算厚度 的多余金属截面积，mm n —壳体的实际壁厚，mm  —壳体的计算厚度，mm 2C —腐蚀裕度，mm 2A —接管上超过计算厚度 c 的多余金属截面积，mm 1 2h h、 —分别为外、内侧有效补强高度，mm nt —接管的实际厚度，mm t —接管的计算厚度，mm 3A —补强区内焊缝金属的截面积， 2mm max(2 , 2 2 )n ntB d d     接管直径d 50d mm 2 2 50 100d mm   2 2 100 2 10 2 6n ntd         =132mm 所以 100B mm ① 允许开孔的范围： 对于在圆筒上开孔，当其内径 1500iD mm 时，开孔的最大直径 12 id D 显然上述条件符合规定 ② 因开孔而削弱的面积 筒体计算壁厚：   1.6 1200 6.68 2 170 0.85 1.62 d i t d P D mm P         削弱的金属面积： 先计算强度削弱系数 rf     130 0.765 170 t n r rf     2 2 ( )(1 ) 50.2 5.66 2 5.66 3.4 (1 0.765) 294 nt rA d C f mm               接管的计算壁厚   1.6 47 0.29 2 130 1 1.62 c i t t c P D mm P         筒体多余的金属截面积 1A  1 2 ( ) ( ) 133 n t rA B d C f mm       外侧有效高度 1 50.2 5 15.84nth d mm    接管多余的截面积 2A     2 1 2 2 2 15.84 3.4 0.29 0.765 74.7 nt t rA h C f mm              焊缝金属的截面积 3A (焊脚取6mm ) 2 3 1 6 6 2 36 2 A mm     2 1 2 3 133 74.7 36 243.7A A A mm      所需另行补强面积：   24 1 2 3 294 243.7 50.3A A A A A mm       3.2 用补强圈补强 补强圈设计 根据接管的公称直径 DN47 选补强圈，参照补强圈，取补强圈外径 ' 130D mm ，内径 ' 60d mm ，因为