第二章 换热器结构设计与强度计算
2.1 选材
2.1.1圆筒、封头、分程隔板
16MnR
2.1.2管板、法兰、折流板 16Mn 锻件
2.1.3换热管、接管 20号钢
2.1.4螺柱、螺栓、螺母 2.1.5接管法兰 20号锻件 2.2 设计 2.2.1 管箱
（1）设计压力p=1.1w p =1.1×1.6=1.76Mpa=c p
假设材料的许用应力[]t
σ=156Mpa （6~16mm ），[]σ=170Mpa ，s σ=345Mpa 采用双面焊，100%无损检测，φ=1.00
[] 1.76800
4.5421561 1.76
2c i t
c
p D mm p δσφ⨯=
=
=⨯⨯--
腐蚀余量2c =2mm ，钢材厚度负偏差1c =0（R 字号钢1c 取0）
名义厚度12n c c δδ=++=6.54mm 因标准法兰要求的规格为壳体厚度16mm ，所以名义厚度取16mm ，[]t
σ没有变化，故16mm 合适，满足碳素钢圆筒的最小厚度10mm 的要求。 （2）管箱的内测深度
按结构要求考虑，取600mm （3）分程隔板 取10mm 2.2.2圆筒
因为装有安全阀，故设计压力 1.05 1.05 1.5 1.575w c p p Mpa p ==⨯== [] 1.575800
4.0621561 1.575
2c i t
c
p D mm p δσφ⨯=
=
=⨯⨯--
12n c c δδ=++=6.06mm 与法兰连接处的筒节（300mm ）用16mm ，其他部位用10mm 。
[]t
σ没有变化。
2.2.3接管
192mm mm φ⨯的无缝钢管，管长4.5m ，质量为0.838Kg/m 。
（1）布管：正三角形排列 （2）换热管中心距：S=25mm
分程隔板槽两侧相邻管中心距：n S =38mm
（3）布管限定圆：b=4mm, 1b =5mm, n b =15mm, 2b =n b +1.5=16.5mm
L
i D D =-2(1b +2b +b)=800-2⨯(5+16.5+4)=749mm
（4）管程分程
（5）管孔：采用Ι级管束，管孔直径19.25，允许偏差0.150
+
（6）拉杆孔：螺纹连接，螺纹深度2 1.51218l mm =⨯=
（7）管板密封面
法兰密封垫用橡胶石棉板，厚度为1.5mm ，密封面表面粗糙度，垫片与法垫片尺寸的极限偏差：外径
1.5
-，内径 1.50
+
（8）分程隔板槽：宽度12mm,槽深6mm （9）管板计算
采用a型连接方式
22925(380.86625)22425(380.86625)68d A π=⨯⨯-⨯+⨯⨯⨯-⨯+⨯⨯=32378.07mm
2.2.6 换热管与管板的连接：采用焊接 2.2.7 折流板和支持板
选择单弓形，缺口弦高h=200mm ，厚度取10mm 。
管孔直径=19+0.4=19.4mm 允许偏差
0.300
+
折流板名义外直径=800-4.5=795.5mm 允许偏差 00.8-
折流板间距480mm
浮头端设置加厚环板的支持板。 2.2.8 拉杆、定距管
采用拉杆定距管结构，2l =20mm ，拉杆直径n d =12mm ，数量8
2.2.9 防冲板位于进气口下方，面积= 2
2
2 3.1412598125mm ⨯⨯=，厚度5mm 。 2.2.10 防短路结构
a.旁路挡板：厚度10mm ，二对挡板。
b.挡管：与换热管相同，但两端堵死。 2.2.11 钩圈式浮头
（1）浮头盖设计：
钩圈式浮头换热器的浮头盖推荐采用球冠形封头。 ①钩圈式浮头的结构尺寸如下：
a= b=4mm, 1b =5mm, n b =15mm, 2b =n b +1.5=16.5mm,C=80mm,
fi D =i D -2(1b +n b )=800-2⨯(5+15)=760mm, fo D =i D +80=880mm, i D =800mm,
L D =i D -2(1b +2b +n b )=800-2⨯(5+16.5+4)=749mm,D=i D +100=900mm, o D =i D -21b =800-2⨯5=790mm
②浮头盖计算
螺栓中心圆直径b D =815mm
垫片压紧力作用中心圆直径G D =775mm （压紧面形状用1a ） i R =600mm
a.管程压力t P 作用下（内压）浮头盖的计算 球
冠
形
封
头
计
算
厚
度
[]55 1.76600
5.6461561
6t i t
PR mm δσφ
⨯⨯=
=
=⨯⨯
127.64n c c mm δδ=++=
浮头法兰计算厚度：
b.壳程压力s p 作用下（外压）浮头盖的计算。
假设n δ=12mm ，令10e n c mm δδ=-=，则62.4o e R =
0.125
0.00262.5A =
= 根据图6—5，得B=119.5Mpa []119.5
1.96
2.4c p p ∴==> 取12mm 合适。
浮头法兰计算厚度：
