安全工程容积式水加热器课程设计
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2工艺计算2.1 热量衡算2.1.1 求进水水口每小时的流量（Q ）24n Q v A v D π=⋅=⋅其中：v =0.1m/s ，由GB3092-82，公称直径为80时，Di=82mm （904Φ⨯） 代入得：23.140.10.082360010001900/4Q L h =⨯⨯⨯⨯= 2.1.2 求每小时换热量（w ）t W C ⋅⋅理论水=Q其中：21t t t 601050C =-=-=︒,kJ/(L C)C ⨯︒水=4.19 代入数据得：54.19 3.9810kJ/h W ⨯⨯=⨯理论=190050考虑到热量损失，则：551.2 1.2 3.9810 4.77610kJ/h W W ==⨯⨯=⨯实际理论。
2.2 换热面积（F ）z /(3600k t)F ε⋅⋅⋅理论=W ，其中：5z = 4.77610kJ /h W W =⨯实际，传热效率ε取0.7，不锈钢管传热系数k 取7203w/(m)C ⋅︒。
代入数据得：5234.77610 2.04m 36000.772010129.2F -⨯=⨯⨯⨯⨯计算=同样，考虑热量损失： 1.2m F F =⨯2实际理论=1.2 2.04=2.442.3 筒体长度、管子长度及管字数 2.3.1 筒体长度（l 筒体）选择规格为252Φ⨯的不锈钢无缝钢管，查标准得换热管中心距为32mm 。
对应于公称直径DN=900mm 的筒体，其封头公称直径900mm ，封头选标准椭圆封头，K=1，查得：h 1=225mm ，h 2=25mm ，v 封头=0.112m 3 则容器总容积V N =V 筒体+2·V 封头21.5l 4N D π=筒体封头+2V得：22l (1.5-2V )/(1.5-20.112)/(0.9)=2.006m=2006mm 44N D ππ=⨯⨯筒体封头=2.3.2 管子长度及管子数（l 管子，n ）管子长度l 管子取2m ，即2000mm 。
2d l n2.44m n /(dl)=2.44/(3.140.0252)=15.54F F F F ππ=⋅===⨯⨯实际 考虑到热量损失及排列方式，取n=18。
2.4 管子排列方式由前面计算可知：管字数n=18，管子尺寸：252Φ⨯用正三角形排列方式：换热管中心距：32mm ，分层隔板槽两侧相邻管中心距：100mm.则管子排列方式如右图所示：106.6mm OR === 考虑到管径外径，则有：106.6+25/2=118.85mm ；又因为最外圈管子壁与壳体内壁间距离不小于10mm ，故取OR ’=130mm 。
2.5 筒体、封头壁厚 2.5.1 筒体壁厚计算筒体选不锈钢0Cr18Ni10Ti 作为材料，查得[]t137a MP σ=；采用双面焊，无损探伤100%，所以焊缝系数ϕ=1.0。
名义厚度n1112C C δδ=++，附加余量C 1=0.2，腐蚀余量C 2=0（材料为不锈钢，其腐蚀余量极弱），则n1 3.30.2 3.5mm δ=+=。
但参照标准，查得对于Di=900mm 的筒体，其壁厚不得小于6mm ，所以筒体的壁厚n16mm δ=。
2.5.2 封头壁厚计算封头选用标准椭圆封头，椭圆封头是由半椭圆和高度为h 的短圆筒两部分构成，直边的作用是为了保证封头的制造质量和避免筒体与封头间的环向焊缝受边缘应力作用，采用不锈钢材0Cr18Ni10Ti ，且设计为标准椭圆封头，即K=1，用双面焊，无损探伤100%，焊缝系数 1.0ϕ=，则封头计算壁厚其中，附加余量C 1=0.2，腐蚀余量C 2=0（材料为不锈钢，其腐蚀余量极弱），所以封头名义壁厚n2212=+C +C =3.5mm δδ，考虑到封头壁厚最好与筒体壁厚一致，则取n2=6mm δ。
2.6 确定封头上的接管及法兰尺寸 2.6.1 接管接管材料选择0Cr18Ni10Ti ，由管字数及排列方式接管最小半径为105mm ，即管直径应为210mm ，但又考虑到封头尺寸，按标准取300mm ，则计算其壁厚[]s i 3ts1.03001.10mm 2137 1.0 1.02P D P δσϕ⨯===⨯⨯--按与凹面法兰及筒体封头的配合，取接管壁厚n38mm δ=，伸长量为300mm ，直径为300mm 。
2.6.6 法兰选取可查标准，选取凹面平焊法兰，公称直径为300mm ，使其与接管相配。
2.7 进出水孔的尺寸及法兰定位 水进出口接管直径为Dg=80，法兰选与接管尺寸相配的平焊法兰；进出水孔定位于离筒体边缘150mm 处，进口在下，出口在上。
2.8 管箱封头壁厚设计压力取壳程设计压力P t =0.6MP a ，直径D=300mm ，焊缝系数0.9ϕ=，选取标准椭圆封头，材料为OCr18Ni9，[]137,1ta MP K σ==，计算壁厚410.63000.7321370.90.50.6mm δ⨯⨯==⨯⨯-⨯，查标准得此尺寸封头最少壁厚为8mm ，因此取管箱封头壁厚为8mm 。
2.9 管箱筒节计算短筒节的直径与前面所选法兰相配，为300mm ，筒节材料选0Cr18Ni10Ti ，[]1,1,137ta K MP ϕσ===，则[]50.63000.662137 1.00.62t i ttP D mm P δσϕ⨯===⨯⨯--，擦汗标准，最终选取57n mm δ=，节筒长度详见图纸。
2.10 隔板计算隔板材料选：0Cr18Ni9隔板与封头及短接由焊接相连，与管板间靠压紧力压住管板，从而形成密封。
隔板具体尺寸，取决于安装条件，详见管箱部件图。
2.11 管板计算管板材料选0Cr18Ni9，[]137tMPa σ= 管板强度的削弱系数0.4μ=管板设计压力：{}max , 1.0d s t s a P P P P MP ===， 热片压紧力作用中心圆直径D G300273273286.52G D mm -=+=则管板计算厚度：60.4540.454286.517.57D mm δ==⨯=，管板与管子采用胀焊结合的连接方式，查得管板厚度不得小于20mm ，因此，为了安全起见管板厚取620n mm δ=。
2.11.1 管板形状如图3所示，具体结构尺寸见管板部件图。
2.11.2 管板拉脱力校核：换热管尺寸252φ⨯，即外径d=25mm ，壁厚2t mm δ=；一根换热管横截面积()()23.142252144.44t t a d mm πδδ=-=⨯⨯-=，且[]137ta MP σ=，按下拉三种情况分别计算换热管轴向应力：I ）只有壳程设计压力Ps=1.0MPa ，管程Pt=0，()223.14251.0 1.04.444144.44t s t i a d P P P MP a πσ⎡⎤⎛⎫⨯=--+=-⨯+=- ⎪⎢⎥⨯⎣⎦⎝⎭[]tt σσ<II ）只有管程设计压力Pt=0.6MPa ，壳程Ps=0，()23.14251.00.60.6 1.444144.44t a MP σ⎡⎤⨯=--⨯+=-⎢⎥⨯⎣⎦[]tt σσ<III ）Ps=1.0MPa ，Pt=0.6MPa ，()23.14251.00.60.6 1.964144.44t a MP σ⎡⎤⨯=--⨯+=-⎢⎥⨯⎣⎦[]tt σσ<管子与管板连接是强度胀辅以焊接：()22,/4,/p t t t o i o p q q q q d d d l q pf dL σπ=+=-=其中：p —设计压力，取{}max ,,s t a P P MP ； f —相邻四根管子之间面积，mm 2； L —管子胀接部位长度，mm ；d o —管子外径，mm ； d i —管子内经，mm ；t σ—管子上温差应力，取4.4MPa ；a —两管子之间间距，mm 。
222220.8660.8663225395.8544o f a d mm ππ=-=⨯-⨯=胀接长度l 的选择原则：○1两倍外径，即2×25=50mm ，○250mm ；○3管板厚度减去3mm ，即20-3=17mm 。
取三者中最小值，故L=17mm 。
代入数据得：()/ 1.0395.85/ 3.1425170.297p a q pf dL MP π==⨯⨯⨯=，()()()2222/4 4.42521/425170.476t t o i o a q d d d L MP σ=-=⨯-⨯⨯=，0.2970.4760.773p t a q q q MP =+=+=，管板开孔槽，取[] 4.0,q MPa =所以q<[]q ，无需设置温差补偿装置。
3补强计算各处接管布置如图三（详细尺寸见总装配图）：a ：Dg80 接管（热水出口），b ：Dg80 接管（冷水进口），c ：Dg25 接管（排污口），d ：M27×2 螺纹孔（温度计），e ：Dg50 接管（蒸汽进口），f ：Dg32 接管（冷凝水出口），g ：回转人孔 Dv=450mm ，h ：3008φ⨯接管。
选材：a 、b 、c 、d 、e 、f 选0Cr18Ni9，h 、g 选 0Cr18Ni10Ti 。
3.1 人孔补强计算（DN=450mm ，取标准回转盖人孔） 3.1.1 补强计算方法判别：开孔直径d ：取开孔内径di=480mm （查标准得人孔尺寸4806φ⨯）d=di+2C=480+2×0.2=480.4mm ，因为480.55002Did mm mm =<=，满足允许开孔局部补强范围，故可采用等面积法进行开孔补强计算。
3.1.2 开孔所需补强面积（人孔用双面焊透， 1.0ϕ=） 封头计算厚度 3.3mm δ=， 封头实际壁厚6n mm δ=， 接管计算壁厚[] 1.0480.4' 1.762137 1.0 1.02s tsP d mm P δσϕ⨯===⨯⨯--，接管实际厚度'8n mm δ=，开孔所需补强面积480.4 3.31585.32A d mm δ=⋅=⨯=。
3.1.3 有效补强面积 有效高度：⑴外伸高度160h mm ===………○1 实际外伸高度：h 1=230mm ….……. ○2取○1○2中的小值，即外伸高度实际取h 1=60mm 。
⑵内伸高度2h =. ○1 实际内伸高度h 2=0 ………. ○2 取○1○2中的小值，即内伸高度h 2=0。
实际补强面积：取120.8,0n W W δ==,则()()21480.4 1.060.2 3.31201mm n A d C ϕδδ=--=⨯⨯--=⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦，()()()221n 2n 2h ''+2h '2=2606 1.760.2+0=484.8mm A C C δδδ=---⨯⨯--，21231201484.823.041708.84A A A mm ++=++=，123A A A ++>A ，即实际补强面积>开孔所需补强面积，所以人孔开口无需补强。
