换热器毕业论文 Prepared on 22 November 2020
新疆大学毕业论文(设计) 目录
2.冷凝器的工艺条件及零部件选取
60m2冷凝器工艺条件
已知一卧式固定管板式换热器的工艺条件如下：换热器工程直径为800mm，换热管长度3000mm，换热面积60m2;壳程价质为二次蒸汽，轻微腐蚀，操作压力,工作温度60C0，；
管程价质为冷却水，操作压力，工作度32~38C0，双管程，换热管规格为 25mm×2mm,换热管间距36mm，数量312根，材料0Cr8Ni9；蒸汽进口管 377mm×8mm，冷凝水出口管 57mm，冷却水进，出口管均为 219mm×6mm。
冷凝器结构设计
①材料选择。根据换热器的工作状况及价质特性，壳程选用0Cr18Ni9，管程选用Q235B，管板选用0Cr18Ni9。
②换热管。换热管是换热器的元件之一，置于筒体之内，用于两介质之间热量的交换。选用较高等级换热管，管束为Ｉ级管束。
换热管的选择
排列方式：正三角形、正方形直列和错列排列。
图2-1换热管排列方式
各种排列方式的优点：
正方形排列：易清洗，但给热效果差；
正方形错列：可提高给热系数；
等边三角形：排列紧凑，管外湍流程度高，给热系数大。
换热管与管板的连接方式有强度焊、强度胀以及胀焊并用。
强度胀接主要适用于设计压力小≤；设计温度≤300℃；操作中无剧烈振动、无过大的温度波动及无明显应力腐蚀等场合。
除了有较大振动及有缝隙腐蚀的场合，强度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何场合。
胀焊并用主要用于密封性能要求较高；承受振动和疲劳载荷；有缝隙腐蚀；需采用复合管板等的场合。
③管板。管板选用兼作法兰结构，管板密封面选用JB T4701标准中的突面密封面。换热管在管板上的排列采用正三角形排列，分程隔板两侧换热管中心距取44mm，实际排列312跟换热管。
④分成隔板与分程隔板槽。分成隔板厚度10mm，开设 6mm泪孔；分成隔板槽宽12mm，深度4mm；垫片材料为石棉橡胶板，厚度为3mm。
⑤换热管与管板的连接。换热管与管板的连接采用焊接结构，其中L1=2mm，L3=2mm。
⑥支持板。换热器的壳程为蒸汽冷凝，不需折流板，但考虑到到换热管的支撑，姑设置支持板。换热管无支撑最大跨距为1850mm,因此换热管至少需要3块儿支持板。本设计采用3块儿支持板，弓形缺口，垂直左右布置，缺口高度为25%筒体内直径。
⑦拉杆与拉杆孔。选用6根 16mm拉杆，拉杆与管板采用用螺纹连接。拉杆两端螺纹为M16拉杆孔深度为24mm．
定距管及拉杆的选择
拉杆常用的结构型式有：
a. 拉杆定距管结构，见图4-7-1（a）。此结构适用于换热管外径d≥19mm的管束且
l
2>L
a
（L
a
按表4-5-5规定）
b. 拉杆与折流板点焊结构，见图4-7-1（b）。此结构适用于换热管外径d≤14mm的管束且l1≥d；
c. 当管板较薄时，也可采用其他的连接结构。
图2-1拉杆结构型式
这里我们选用拉杆定距管结构。
拉杆的尺寸
拉杆的长度L按实际需要确定，拉杆的连接尺寸由图4-7-2和表4-7-1确定。
图2-2 拉杆连接尺寸拉杆的位置
拉杆的尺寸
拉杆的直径和数量
拉杆直径选用表
拉杆数量选用表
由于换热管外径为25mm，壳体公称直径为800mm，故选取直径为16mm的拉杆，其数量为6.
拉杆的位置
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应布置适当数量的拉杆，任何折流板不应少于3个支承点。
定距管尺寸
定距管的尺寸，一般与所在换热器的换热管规格相同。对管程是不锈钢，壳程是碳钢或低合金钢的换热器，可选用与不锈钢换热管外径相同的碳钢管作定距管。定距管的长度，按实际需要确定。
⑧管箱。管箱法兰选用容器法兰，规格为“RE 800— JB T4701—2000”。封头选用标准椭圆形封头，规格为“EHA 800×8 JB T4746—2002”。管箱接管采用径向接管，前端管箱开设冷却水进，出口管，后端管箱上不开设3 4′′压力表接口，下部开设DN25排净口。前端管箱筒节长度500mm，后端管箱筒节长度260mm。
⑨支座。卧式换热器多采用鞍式支座，立式换热器可采用耳式支座，大型立式换热器也可采用裙座支座承。当采用耳式支座，公称直径DN≤800mm时，应至少安装2个支座，且对称布置；工程直径DN>800mm时，应至少安装4个支座，均匀布置。当选
用鞍式支座时，支座在换热器上的布置按下列原则确定（其中个参数代号如图5-15所示）
图2-3 卧式换热器鞍座安装位置
1.当L ≤3000mm 时，取LB=（~）L ；
2.当L>3000mm 时，取LB=（~）
3.尽量使LC 和L ′相近。
换热器采用鞍式支座，型号为“BI 800JB T —2007”，固定式和滑动式：
支座各一个，固定式支座安装在靠近冷却水进口端，两支座距离为1700mm ，支座螺栓孔中心矩管板密封面650mm 。
⑩接管。换热器接管选用无缝钢板。蒸汽进口焊接连接，压力表口采用螺纹连接，
其余为法兰连接，法兰标准为HG T 20592—2009，法兰类型为板式平焊（PL ），法兰密封面为头面（RF ），法兰公称压力均为16bar 。采用补偿圈结构进行开孔不强。
3.强度与稳定性计算
壳程圆筒厚度计算
已知条件:
筒体内径 ——
mm
D i 800= 壳程工作压力——
Mpa
P 3.0=ω
工作温度——0
60C t =ω 筒体长度 ——L=3000mm
管程操作压力 -- 材料——0Cr18Ni19
设计参数：
壳程设计压力—— Mpa P 37.0= 设计温度——0
60C t =
筒体计算长度——L=3000mm 腐蚀裕量——02=C
Mpa R el 205= 管程设计压力----Mpa P 56.0=
3.1.1筒体厚度
圆筒承受内压
已知条件：Di=800mm ， 工作压力Pw=，
工作温度t w=60， 材料0Cr18Ni9，筒体长度L=3000mm 。 设计参数：设计压力P==，设计温度t=60 ℃，筒体长
度L=3000mm ，腐蚀裕量C 2=0，ReL=205Mpa ，[]t
σ=137Mpa ，=.
壳程筒体计算厚度： 根据规定最小厚度
mm
n 6=δ 3.1.2管箱圆筒
已知条件： 筒体内径——
mm
D i 800= 工作压力 ——
Mpa
P 5.0=ω
工作温度——0
38~32C t =ω 材料——Q235B
设计参数：
设计压力——P= 设计温度——0
38C t =
腐蚀裕量——mm C 12= 焊接接头系数——85.0=φ
3.1.3管箱厚度
设计厚度
[])(63.263.085.01132800
63.02mm P D P t
i c =-???=-=
φσδ
考虑钢板厚度负偏差，可取筒体名义厚度
mm n 4=δ。
根据表5-1，管箱最小厚度应不小于为8mm 。所以去管箱名义厚度为mm n 8=δ，有效厚度
3.1.4管箱封头
已知条件： 封头内经——
mm
D i 800= 工作压力——
Mpa
P 5.0=ω
工作温度——038~32C t =ω
材料——Q235B
设计参数：
设计压力——Mpa P 63.0= 设计温度——0
38C t =
腐蚀裕量——mm C 12= 焊接接头系数——85.0=φ 计算压力——
Mpa
P c 63.0=
[]Mpa t
113=σ 封头计算厚度
3.1.5管箱封头厚度
设计厚度
63.3163.22=+=+=C d δδ（mm)
考虑钢板厚度负偏差，可取筒体名义厚度mm n 4=δ。
根据表5-1，管箱最小厚度应不小于为mm 8。所以取管箱名义厚度为mm n 8=δ，有效厚度
满足最小厚度要求
水压试验应力校核
3.2.1 压力试验及其强度校核
容器制成以后（或检修后投入生产前），必须作压力试验或增加气密性试验，其目的在于检验容器的宏观强度和有无渗漏现象，即考察容器的密封性，以确保设备的安全运行。
对需要进行焊接后热处理的容器，应在全部焊接工作完成并经热处理之后，才能进行压力实验和气密性试验；对于分段交货的压力容器，可分段热处理，在安装工地组装焊接，并对焊接的环焊缝进行局部热处理之后，再进行压力试验。
压力实验的种类、要求和试验压力值应在图样上注明。压力试验一般采用液压试验，对于不适合作液压试验的容器，例如容器内不允许有微量残留液体，或由于结构原因不能充满液体的容器，可采用气压试验。 液压试验：
液压试验一般采用水，需要时也可采用不会导致发生危险的其他液体。试验时液体的温度应低于其闪电或沸点。奥氏体不锈钢制容器用水压进行液压试验后，应将水渍清除干净。当无法清除时，应该控制水中氯离子含量不超过25 mg/L 。
试验温度：对碳钢、16MnR 、15MnNbR 和正火的15MnVR 钢制容器液压试验时，液体温度不得低于5℃；其他低合金钢制容器液压试验时，液体温度不得低于15℃。如果由于板厚等因素造成材料无塑性转变温度升高，则需相应提高试验液体的温度。 试验方法：试验时容器顶部应设排气扣，充液时应将容器内的空气排尽，试验过程中应保持容器观察表面干燥；试验时压力应缓缓上升至设计压力无泄漏，再缓缓上升，达到规定的试验压力后，保压时间一般不少于30 min 。然后将压力降至规定试验压力的80%，并保持足够长的时间以对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验，直至合格。对于夹套容器，先进行内筒液压试验，合格后再焊夹套，然后进行夹套内的液压试验；液压试验完毕后，应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干。本换热器的设计采用水压试验来检验强度应力的校核。 3.2.2管程水压试验压力
取 。由于壳程试验压力小于管程试验压力，故去壳程试验压力等于管程试验压力。 3.2.3管程试验压时圆筒应力 <
)
(8.17985.02359.09.0Mpa R el =??=φ
试验应力满足要求。 3.2.4壳程试验时圆筒应力 <
)
(8.15685.02059.09.0Mpa R el =??=φ
实验应力满足要求。
开孔补强
3.3.1壳程筒体开孔补强 已知条件：
壳体材料——0Cr18Ni9, 许用应力——
[]Mpa t 137=σ 内径——
mm
D i 800= 名义厚度——mm n 6=δ
厚度负偏差——mm C 6.01= 腐蚀裕量——02=C 有效厚度——mm e 4.5=δ 接管材料——0Cr18Ni9
许用应力——[]Mpa t
t 137=σ 外径——mm d 3770=
名义厚度——mm nt 8=δ 厚度负偏差——mm C t 0.11= 腐蚀裕量——02=t C mm C C C t t t 121=+= 有效厚度——mm et 00.7=δ 强度削弱——0.1=r f 开孔直径
)
(3631282377220mm C d d t nt =?+?-=+-=δ
有效补强宽度 )(72636322mm d B =?== 外侧有效高度
)
(9.5383631mm d h nt =?==δ
内侧有效高度 02=h
，试算得到圆筒和接管的计算厚度分别为mm 27.1=δ和mm
t 57.0=δ。 3.3.2开孔削弱所需的补强面积
[]11
.46027.13635.0)1(2=??=-+=r et f d A δδδ（mm2)
壳体多余金属面积
=(726-363)接管多余金属面积 =2××（）×=（mm2) 焊缝金属面积
36663=?=A （mm2) 有效补强面积
A
A A A A e >=++=321（mm2)
所以不需要另加补强面积 管箱筒体开孔补强 通过计算不需另加补强。 管板计算
3.4.1壳程圆筒 设计压力——
Mpa
P s 37.0= 设计温度——0
60C T s =
平均金属温度——0
60C t s = 材料名称——0Cr18Ni9 设计温度下的的许用应力 ——
[]Mpa t
137=σ 平均金属温度下的弹性模量——
Mpa E s 51093.1?= 平均金属温度下的热膨胀系数——).(1066.105C mm mm
a s -?=
壳程圆筒内经——
mm
D i 800= 壳程圆筒名义厚度——mm s 6=δ
壳程圆筒有效厚度——mm es 4.5=δ 壳体法兰在设计温度下的弹性模量
Mpa
E f 5'1093.1?=
壳程圆筒内直径横截面积 2
52
1002.54
mm D A i ?==
π
壳程圆筒金属横截面积 2
410519.1)(mm D A s i s s ?=+=δπδ
3.4.2管箱圆筒 设计压力——
Mpa
p t 57.0= 设计温度——0
38C T t =
材料——Q235B
设计温度下弹性模量
Mpa E h 5
1092.1?= 管箱圆筒有效厚度mm he 2.6=δ
管箱法兰设计温度下弹性模量
Mpa E t 5
''1092.1?= 3.4.3换热管
材料名称——0Cr18Ni9 管子平均温度——0
35C t t = 设计温度下管子材料许用应力 []Mpa t
t 137=σ 设计温度下管子材料屈服应力
Mpa R t eL 188= 设计温度下管子材料弹性模量 Mpa E t t
51093.1?= 平均金属温度下管子材料弹性模量
Mpa E t 5
10942.1?= 平均金属温度下管子材料热膨胀系数
).(10646.105C mm mm
a t -?=
管子外径 ——mm d 250= 管子壁厚 ——mm t 2=δ 管子根数——n=312 换热管中心距 ——S=36mm 一根管子金属横截面积
)
(5.144)(20mm d a t t =-=δπδ
换热管长度 ——mm L 30000=
3.4.4管板
材料名称——0Cr18Ni9 设计温度——
60C t p =
设计温度下许用应力 []Mpa t
r 5.125=σ
设计温度下弹性模量
Mpa
E p 51093.1?=
管板腐蚀裕量 ——02=C
管板厚度表
管板对管束的支撑作用。
管板的厚度取设计厚度δ=50mm
计算厚度δ=44.1mm
参考文献
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