1、國家職業資格全國統一鑒定聚合技師論文論文題目：汽水換熱器設計姓名：身份證號：準考證號：所在省市：所在單位：摘 要換熱器在化工領域是常用的設備，在聚合裝置上，換熱器的主要功能是保證工藝過程中介質所要求的特定溫度，同時也是提高能源利用率的主要設備之一。管殼式換熱器是當前應用最廣, 理論研究和設計技術完善, 運用可靠性良好的一類換熱器。它在各工業領域中得到最為廣泛地應用。近年來，盡管受到了其他新型換熱器的挑戰，但反過來也促進了其自身的發展。在換熱器向高參數、大型化發展的今天，管殼式換熱器仍占主導地位。本課題是汽水換熱器的設計，其型式為固定管板式。查閱了大量資料完成了開題報告和英文翻譯；計算分為兩部分

2、：第一部分是傳熱工藝計算，主要進行了熱負荷，冷卻水用量，有效平均溫度，換熱面積，結構的初步設計，管程和殼程及總傳熱系數，管程和殼程壓降的計算，此外也做了工藝接管的選擇；第二分部是強度計算，主要進行了換熱管的選擇，殼體和管箱及封頭的壁厚的計算，同時進行了應力校核和耐壓試驗的計算，開孔補強，管法蘭的選擇，管板厚度計算和校核，此外還有折流板、拉桿、防沖板及支座的選擇。本次畢業設計的目的在于掌握這種可靠性高、適應性廣的換熱器類型的設計，鍛煉對所學知識的運用，為以后的應用打下堅實的基礎。關鍵詞：換熱器；法蘭；管板AbstractPlate (or gasketed) heat exchangers (P

3、HE) have been widely used for almost a century due to their good thermal performance, modest space requirements ,easy accesibility to all areas and lower capitaland operating costs in comparison to the most commonly used shell-and-tube heat exchangers. Although their applications were earlier limite

4、d to liquid-toliquid heat transfer, since the 70s, PHE have also been used in processes involving phase change such as district heating systems. Their high thermal performance andcompactness made them suitable as evaporators or condensers in many refrigeration, air conditioning, and heat pump system

5、s where the fluid acting as a heat source or heat sink is a liquid. For these purposes, various chlorofluorocarbon (CFC) and hydrochloro fluorocarbon(HCFC) refrigerants have been used as working fluids.Due to serious depletion of the ozone layer in the atmosphere and the global warming problems, the

6、 use of CFC refrigerants has been forbidden and the same destiny is soon awaiting the most extensively used HCFC refrigerant R-22. As replacement, various new refrigerants such as R-134a,R-143a, R-407c, R-410a, R-417a, or R-507 were developed during the past years, which created a need to learn thei

7、r thermodynamic, thermophysical, and heat transfer properties.The graduation project topic is the liquid-liquid heat exchanger design, and its pattern is fixed tube plate type which belongs to the shell-and-tube heat exchanger . Mainly carring on the following work for the design topic: consulting t

8、he material to translate the foreign materials, writing the literature summary of the related heat exchangers.The computation divides into two parts: the first part is the heat transfer process design, mainly has carried on the heat load, the cooling water amount used, the effective average temperat

9、ure, the heat transfer area, the structure preliminary design, the heat transfer coefficient of tube and shell, the computation of the regulation pressure drop, in addition , the choice of the craft control. The second part is the strength calculation, mainly has carried on the choice of the tube, t

10、he wall thickness of the shell and the tube box and the shell cover computation, simultaneously has carried on the stress examination and the compression test computation, the opening reinforcement, the choice of flanges, the examination and the computation the tube plate thickness, in addition , co

11、ncludign the choice of the baffle, the tension bar, against to flush the board and the support.Keywords: heat exchanger; flange;Tube plate目 錄摘 要IAbstractII第1章 引 言11.1課題介紹11.2選題意義11.3國內外發展趨勢21.4課題的主要工作3第2章 工藝設計42.1原始數據及相關物性參數42.2換熱器的熱負荷計算42.3平均溫差的計算52.4估算傳熱面52.5換熱器結構初步設計62.6傳熱系數校核計算62.6.1管程換熱系數62.6.2

12、殼程換熱系數72.7流體阻力計算92.7.1管程壓降計算92.7.2殼程壓降計算10第3章 結構設計133.1概述133.2管程的設計133.2.1管箱設計133.2.2封頭結構設計133.2.3管板143.2.4布管143.3殼程設計153.3.1殼程筒體設計153.3.2管子與管板連接163.3.3折流板和拉桿的設計163.3.4進口防沖結構的設計183.4支座的選用183.5接管及接管法蘭的設計183.5.1管程進出口的設計183.5.2殼程進出口的設計19第4章 強度設計214.1殼程筒體的壁厚設計計算214.2管程管箱筒體的壁厚設計計算234.3封頭設計244.4開孔補強計算264.

13、5管板厚度設計314.6換熱管穩定許用壓應力424.7法蘭設計計算43第5章 結 論46參考文獻47致 謝48第1章 引 言1.1課題介紹本設計題目為汽-水換熱器設計，由以下幾個部分組成的：汽水換熱器的工藝設計、結構設計、強度設計以及應用AutoCAD繪圖軟件繪制裝配圖、零件圖和部件圖。該換熱器是在板式換熱器的基礎上加裝降溫與降壓器而組成的，利用調節器對高蒸汽或高溫水進行一級換熱使之降之150以下。進入板式換熱器進行換熱，適用于高溫蒸汽及高溫水150以上。這種裝置集板式換熱器同時具有降溫與降壓器的優點。使換熱器更加充分地進行熱量交換。汽水混合加熱器是一種新型的汽液混合加熱裝置，與其它換熱設備比

14、較，它具有換熱效率高、 噪聲小、安裝簡單，成本低廉等特點。因此被廣泛應用于生產、生活用水的加熱和熱水采暖系統中。工作時被加熱水通過呈拉閥爾管形的噴管，蒸汽從噴管側通過管壁 上的許多斜向小孔噴入水中，二者在高速流動中瞬時良好混合，達到加熱水的目的。1.2選題意義換熱器的作用可以是以熱量交換為目的。廣泛應用于汽車、航空、石油化工、動力、醫藥、冶金、制冷、輕工、食品、工程機械等行業的一種通用設備。按其傳熱面的形狀和結構進行分類可分為管型、板型和其他形式換熱器，換熱器在化工生產中的應用是十分廣泛的，任何化工生產工藝幾乎都離不開它。所以，選擇換熱器的設計能提高學生對所學知識的綜合運用，并為以后的工作打下

15、堅實的基礎。能源是當前人類面臨的重要問題之一，能源開發及轉換利用已成為各國的重要課題，而換熱器是能源利用過程中必不可少的設備，幾乎一切工業領域都要使用。它的主要功能是保證工藝過程對介質所要求的特定溫度，同時提高的能源利用率。1.3國內外發展趨勢國內方面，各研究機構和高等院校研究成果不斷推陳出新，在強化傳熱元件方面華南理工大學相繼開發出表面多孔管、波紋管、縱橫管等；天津大學在流路分析法、振動方面研究成果顯著；清華大學在板片傳熱方面有深入研究；西安大學在板翅式換熱器研究方面已取得初步成果。這些技術成果為國民經濟的快速發展，為中國煉油、化工工業的發展起到了決定作用，也使中國傳熱技術水平步入國際先進水

16、平。在生產中存在的熱交換條件千變萬化，所需要的換熱器必須各式各樣，為了符合使用要求，國內、外對換熱器技術的開發從傳熱機理的研究、設備的結構的創新，設計計算的方法改進以及制造工藝水平的提高等方面都進行了長期而大量的工作。直至目前，換熱器的基本狀況是管殼式換熱器，就其數據量或使用場所與管式結構競爭，從空間技術發展起來的熱管技術受到極大重視，各式熱管換熱器已進入工業實用階段。在換熱器設計中采用了電子計算機，不僅可以縮短計算時間，減少人為的差錯，而且有可能進行最佳設計。換熱器制造工藝上獲得了改進，新材料及復合材料已逐漸使用。隨著工業的高速發展，換熱器技術將迅速發展。就目前的情況分析，換熱器的基本發展趨

17、勢是：提高傳熱效率，提高緊湊性，降低材料消耗，增強承受高溫、高壓、超低溫及耐腐蝕能力。保證互換性及擴大容量的靈活性，通過減少堵塞和便于除垢以減少操作事故，從選用材料，結構設計以及運行操作等各方面增長使用壽命并在廣泛的范圍內向大型化發展。在換熱器制造中，專業化生產的趨勢仍將繼續。加工中向“多軸化”及“數值控制化”發展。采用新技術、新工藝、新材料，提高機械化、自動化水平。提高勞動生產率，降低制造成本仍是基本發展目標。對國外換熱器市場的調查表明，管殼式換熱器占64%。雖然各種板式換熱器的競爭力在上升，但管殼式換熱器仍將占主導地位。隨著動力、石油化工工業的發展，其設備也繼續向著高溫、高壓、大型化方向發

18、展。 目前，從世界石油、化工行業看，先進國家早以開發和采用了高效節能換熱器。世界先進國家的油化工企業的換熱設備正處在更新換代時期,朝著新型降耗高效換熱器方向發展。1.4課題的主要工作第1部分：準備工作查閱相關文獻資料了解換熱器在化工生產中的地位和作用、換熱器的現狀和發展趨勢、設計的理論基礎、技術路線及其意義。第2部分：工藝計算換熱器的結構 、熱量衡算、物料衡算、傳熱膜系數的確定、傳熱面積的確定、壓力降計算。第3部分：強度計算換熱器殼體、管箱短節、封頭厚度確定、容器法蘭、螺栓、墊片的校核計算、管板厚度的計算,開孔補強計算。第4部分：計算機繪圖及說明書的編寫利用Auto CAD 軟件繪制

19、出換熱器的裝配圖及各個零件圖，并編寫說明書。第2章 工藝設計2.1原始數據及相關物性參數a) 管程介質：水，進口溫度t1=70,出口溫度t2=95; 殼程介質：蒸汽，進口溫度t3=190,出口溫度t4=100; b) 殼程 冷卻水的物性參數，按定性溫度145查得：等壓比熱： 密度： 導熱系數： 粘度： c) 殼程 冷卻水的物性參數，按定性溫度70查得：等壓比熱： 密度： 導熱系數： 粘度： 2.2換熱器的熱負荷計算（1）殼程吸熱量Q1： (2-1)=4.3×20000/3600×（95-70） =597.2 kw =1480.3485 kw2.3平均溫差的計算設備流體的流型

20、選用逆流，逆流時的對數平均溫差： (2-2) 2.4估算傳熱面（1）初選傳熱系數：根據經驗初選（2）估算傳熱面積：根據傳熱速率方程得初算傳熱面積： (2-3)（3）選擇管子的材料、尺寸：管子外形有光管、螺紋管兩大類常見形式，一般情況下采用光管，以求經濟易的得和安裝、檢修、清洗方便5。本設備選擇光管。管徑采用標準尺寸，管徑選，材料為無縫鋼管。管子長度L取標準長度 m（4）總管子數：(2-4)其中 換熱管外徑 mm傳熱面積 m2根2.5換熱器結構初步設計臥式換熱器一臺，換熱面積10；換熱器殼體內徑；換熱管長；換熱管外徑；管壁厚；管內徑；換熱管根數22根；排列形式為三角形排列；單殼程，n2=1,雙管

21、程，n1=2；管間距Pt=32mm；折流板間距C=270mm；折流板數量為n=42.6傳熱系數校核計算2.6.1管程換熱系數（1）管程流通面積：m2 (2-5)其中 換熱器內徑 mm總管子數 根（2）管內流速：(2-6)（3）管內雷諾數： (2-7)（4）普朗特數： (2-8)（5）管程給熱系數： (2-9)=2.6.2殼程換熱系數（1）殼程流通面積：m2(2-10)（2）殼程流速：=（3）殼程當量直徑：(2-11)（4）殼程雷諾數：（5）液體普朗特數： （6）殼程給熱系數為：(2-12)（7）總傳熱系數計算： (2-13)其中 殼程換熱系數 管程換熱系數管程和殼程污垢系數，取=0.0005

22、管材料（不銹鋼）導熱系數所選傳熱系數合格2.7流體阻力計算2.7.1管程壓降計算總壓降（）中包括沿程摩擦阻力（），回彎阻力（）及進出口管咀的局部阻力（）三部分，還要考慮管內污垢的影響。（1）管程粘度修正系數： 由于管程為冷卻過程 所以=0.95 （2）管程沿程摩擦系數：管內雷諾數Re1=2189>2100 (2-14)（3）管子沿程壓降：管程沿程壓降 (2-15)其中管子沿程壓降 Pa管程質量流速 管程流體在定性溫度下的質量密度 管程數管程摩擦系數管程流體粘度校正系數（4）回彎壓降：Pa (2-16)（5）管程進出口局部壓降： (2-17)其中 管程進出口管處質量流速 取1.5 =Pa（

23、6）管程壓降污垢校正系數：管子查表得：（7）管程壓降： (2-18)2.7.2殼程壓降計算（1）當量直徑：mm (2-19)（2）殼程流體的圓管摩擦系數： (2-20) （3）管束壓降： (2-21) =12893.4 Pa （4）殼程導流板和出入口處流速 取1.5 （5）導流板阻力系數：導流板阻力系數由實測決定，因缺乏實測數據，暫取（6）導流板壓降：(2-22)（7）殼程進出口管咀的壓降：(2-23)（8）殼程壓降污垢校正系數：（9）殼程總壓降：(2-24)第3章 結構設計3.1概述結構設計的主要任務在于確定設備的主要尺寸，如確定管子的尺寸、數目及流程數和排列方式，確定管板的尺寸，有時還需要

24、決定各連接管的尺寸，此外，管、殼材質的選擇也屬于結構計算的范圍。本次設計選擇固定管板式換熱器，其典型結構包括：殼體、封頭、管箱、法蘭、支座等屬于壓力容器設備的通用零部件。設計要求同一般壓力容器的設計要求是一致的5-6。3.2管程的設計3.2.1管箱設計（1）左管箱封頭管箱，開有兩個133的接口，封頭厚度為6mm，筒徑為400mm，所選乙型平焊法蘭，短節厚度為6mm,短節長為264mm，分程隔板厚度為8mm。（2）右管箱封頭管箱，開有32的接口，封頭厚度為3.5mm，筒徑為400mm，所選乙型平焊法蘭，短節厚度為6mm,短節長為159mm。3.2.2封頭結構設計本設計采用橢圓形封頭長短軸比值為2

25、的標準型，如圖3-1所示。圖3-1封頭結構圖3.2.3管板管板的作用是固定作為傳熱面的管束，并作為換熱器兩端的間壁將管程和殼程流體分隔開來。由于換熱介質為無腐蝕性，反應產物有輕微腐蝕，本次設計的換熱器為低壓換熱器，因此選用結構簡單的平管板鍛件。管板兼做作法蘭7-8。布管（1）管子的排列管子的排列主要有以下四種，如圖3-2所示。(a)正三角形(b)轉角正三角形(c)正方形 (d)轉角正方形圖3-2管子的排列5由于本次設計的流體介質比較清潔，在管間距和布管區相同的情況下，三角形形排列的布管數較多，換熱效果較好，所以本次設計選擇三角形排列。（2）管間距管間距指的是相鄰兩根管子的中心距，用t表示，減小

26、管間距可提高對流傳熱系數，但它受到管板強度和管子與管板連接工藝要求的限制。換熱器的中心距由表3-1可查得：表3-1 換熱管中心距/mm5換熱管外徑 d101214161920222530323538455055 t131619222526283238404448576470本次設計的管間距t=32mm（3）布管圖，如圖3-3所示。圖3-3布管圖3.3殼程設計3.3.1殼程筒體設計殼體設計應滿足強度、剛度、穩定性、密封性、抗腐蝕性、節省材料等要求，此外，還要求制造方便、安裝簡易、維修容易等。殼體厚度可由強度理論加以計算。但在實際設計中，為了保證殼體具有必要剛度，又最小厚度限制。而在本次設計中，最

27、小厚度為10mm。3.3.2管子與管板連接本設計管板與管子的連接采用焊接的方法9。3.3.3折流板和拉桿的設計（1）折流板常用的折流板有弓形、盤環形、管孔形及螺旋形等。本次設計選用垂直方向布置得弓形折流板，如圖3-4所示。此布置多半用于臥式冷凝器和臥式再沸器，以及氣液混合向的場合。這種布置便于液體和氣體的流動，若用水平布置會造成液體阻塞，氣流不暢10。圖3-4折流板（2）拉桿常見拉桿的形式有兩種：拉桿定距管結構和拉桿與折流板點焊結構11。其中拉桿定距管結構適用于換熱管外徑大于或等于19mm的管束。故本設備拉桿采用拉桿定距管結構。拉桿如圖3-5所示。拉桿的直徑和數量查表3-2和表3-3可確定：表

28、3-2拉桿直徑的選擇5換熱管外徑d10d1414d2525d57拉桿直徑101216表3-3拉桿數量的選擇5公稱直徑DNmm拉桿直徑mm<400400DN<700700DN<900900DN<13001300DN<15001500DN<180010461012161812448101214164466810由表可查得：拉桿的直徑取12mm，數量為10根。圖3-5拉桿結構圖3.3.4進口防沖結構的設計（1）設防沖裝置的條件為防止殼程進口接管處殼程流體對換熱管的直接沖刷，可設置殼程的防沖擋板。如管程采用軸向入口接管或換熱管內流體速度超過3m/s時，在管箱內應設防

29、沖擋板，以減少流體的不均勻分布和對換熱管和管板的沖蝕12-13。（2）防沖擋板的選擇防沖板外表面到圓筒內壁的距離應不小于接管外徑的1/4。防沖板的直徑或邊長，應大于接管外徑500mm。防沖板的最小厚度：碳鋼為4.5mm，不銹鋼為3mm。（3）防沖板的固定形式防沖板的兩側焊在定距管或拉桿上，也可同時焊在靠近管板的第一塊折流板上。防沖板焊在圓筒上。用U形螺栓將防沖板固定在換熱管上（4）本設計防沖板的選用本設計在殼程進口出設有防沖板，由于考慮到裝配因素，選擇防沖板與定距管焊接固定。3.4支座的選用一般管殼式換熱器的支座與其它設備的支座一樣，立式換熱器可以用耳式支座或裙座，臥式換熱器可用鞍式支座，一端

30、固定，一端可自由滑動，本次設計是臥式換熱器，故采用鞍式支座。鞍式支座通常由墊板、筋板、腹板和底板組成，墊板的作用是改善殼體局部受力情況，筋板的作用是將墊板、腹板和底板連接在一起加大剛度，可以有效地傳遞壓縮力和抗外彎矩6。3.5接管及接管法蘭的設計3.5.1管程進出口的設計進出口管的位置對換熱器性能有重要的影響，實踐表明水平布置的進出口不利于管程流體的均勻分布。使部分傳熱管不能很好發揮作用。甚至因流速太低而被堵塞，進出口管分布在換熱器底部和頂部使流體向上流動比布置在兩側水平流動為佳14。進出口管的管徑應考慮在壓降允許的條件下，按所采用的流速來確定。管程進出口流量： G1=20000Kg/h=5.

31、5kg/s管程進出口最小流通截面積： VS=(3-1)故進出口管內徑d：(3-2)根據標準取管程進出口管外徑為133mmPn=1.0MPa Dn=125 設計溫度為39選取標準法蘭 PL125-1.0RF3.5.2殼程進出口的設計殼程接管設計的優劣對管束壽命影響較大。殼程流體入口橫向沖刷管束，對管束產生磨損和振動，當流速高特別是含固體顆粒時尤為嚴重。本設備在進出口管處加裝防沖板可起緩沖作用，保護管束不受沖擊。殼程進出口流量： G2=20000Kg/h=5.5kg/s殼程進出口最小流通截面積： VS=故進出口管內徑d：根據標準取殼程進出口管外徑為63mmPn=1.0MPa Dn=200 設計溫度

32、為27選取標準法蘭 PL200-1.0RF第4章 強度設計4.1殼程筒體的壁厚設計計算（1）計算壓力：MPa（2）材料：16MnR（3）厚度： (4-1)其中 筒體的計算厚度 mm計算壓力 MPa筒體內徑 mm設計溫度下筒體材料的許用應力 MPa焊接接頭系數設計溫度為39，16MnR 在39的許用應力為=170 MPa焊縫選用雙面焊縫局部無損探傷=0.85則：mm 厚度附加量，其中 鋼板的厚度負偏差 =0 mm腐蝕裕量 =1mm則0+2 =2mm設計厚度mm名義厚度徑圓整取=3mm（4）液壓試驗壓力： (4-2)其中 試驗壓力，；設計壓力，；換熱器元件材料在試驗溫度下的許用應力，；換熱器元件材

33、料在設計溫度下的許用應力，；（5）液壓試驗應力校核：(4-3)（6）設計溫度下圓筒的計算應力：(4-4)（7）設計溫度下圓筒的最大允許工作壓力：(4-5)4.2管程管箱筒體的壁厚設計計算（1）計算壓力：MPa（2）材料：16MnR（3）厚度：其中 筒體的計算厚度 mm計算壓力 MPa筒體內徑 mm設計溫度下筒體材料的許用應力 MPa焊接接頭系數設計溫度為27，16MnR 在27的許用應力為=170 MPa焊縫選用雙面焊縫局部無損探傷=0.85則：厚度附加量，其中 鋼板的厚度負偏差 =0 mm腐蝕裕量 =1mm則0+2 =2mm設計厚度mm名義厚度徑圓整取=4mm（4）液壓試驗壓力：（5）液壓試

34、驗應力校核：（6）設計溫度下圓筒的計算應力：（7）設計溫度下圓筒的最大允許工作壓力：4.3封頭設計封頭采用標準橢圓形封頭。（1）計算壓力：（2）材料：16MnR（3）厚度：(4-6) 其中 封頭計算厚度 mm則mm厚度附加量與筒體相同 mm設計厚度 mm名義厚度 3mm經圓整取名義厚度=6mm。（4）液壓試驗壓力：（5）液壓試驗應力校核：(4-7)（6）橢圓形封頭的最大允許工作壓力： (4-8)4.4開孔補強計算容器開孔以后引起強度削弱和應力集中，必須采取適當的補強措施。補強的目的是孔邊集中系數降低到某一允許數值。（1）補強的形式、結構補強有整體補強和局部補強，局部補強形式有貼板補強、接管補強

35、和整鍛件補強。由于貼板補強結構簡單，制造容易，有一定的補強效果，故本設備采用貼板補強15。（2）補強準則和計算開孔補強的設計準則，目前通過的是等面積補強法。塑性失效的補強準則只允許采用整鍛件補強結構16-17。（3）筒體上開口a. 圓筒開孔所需補強面積：(4-9)其中 開孔所需補強面積 開孔直徑，等于接管內徑加2倍厚度附加量 殼體開孔處的計算厚度 =2.19接管有效厚度 厚度附加量 強度削弱系數， 則：b. 有效補強范圍：（1）有效寬度： (4-10)其中 殼體開孔處的名義厚度 有效寬度 取兩者中較大值。則。（2）有效高度：外側高度：(4-11)接管實際外伸高度取兩者中較小值,故。內側高度：接

36、管實際內伸高度 取兩者中較小值，故。c. 有效補強面積： (4-12)其中 殼體承受內壓或外壓所需設計厚度之外的多余金屬面積 殼體開孔處的有效寬度 mm 有效寬度 接管有效厚度 殼體開孔處的計算厚度 強度削弱系數 則 (4-13)其中 接管承受內壓所需設計厚度之外的多余金屬面積 接管計算厚度 接管有效厚度 強度削弱系數接管實際外伸高度接管實際內伸高度厚度附加量 則補強區的焊縫面積根據所選焊縫接頭型式。(4-14)則開孔后不需要另補強。（4）管箱筒體開孔a. 管箱筒體開孔所需補強面積：其中 開孔直徑，等于接管內徑加2倍厚度附加量 管箱筒體開孔處的計算厚度 =4.17接管有效厚度 強度削弱系數，

37、b. 有效補強范圍：（1）有效寬度：其中 管箱筒體開孔處的名義厚度 有效寬度 取兩者中較大值。則。（2）有效高度：外側高度：接管實際外伸高度 取兩者中較小值。故內側高度：接管實際內伸高度 取兩者中較小值，故。c. 有效補強面積：其中 殼體承受內壓或外壓所需設計厚度之外的多余金屬面積 殼體開孔處的有效寬度 mm 有效寬度 接管有效厚度 殼體開孔處的計算厚度 強度削弱系數 則其中 接管承受內壓所需設計厚度之外的多余金屬面積 接管計算厚度 接管有效厚度 強度削弱系數接管實際外伸高度接管實際內伸高度厚度附加量 則補強區的焊縫面積根據所選焊縫接頭型式。則開孔后不需要另補強。4.5管板厚度設計延長部分兼作

38、法蘭的固定式管板計算（1）殼程圓筒內徑 Di=1200mm厚度 mm內徑面積 金屬橫截面積 （2）管箱圓筒壁厚（3）管子管子外徑 mm管子壁厚 mm管子根數 n=1676根管心距 S=25mm面積管子金屬總截面積開孔后面積管子的有效長度L暫取L=6000120=5880mm管束模數 (4-15) 管子回轉半徑 (4-16) 管子受壓失穩當量長度 查得mm系數 (4-17)管子穩定許用壓應力（4）管板假定管板厚度管子加強系數(4-18)（5）法蘭法蘭外徑法蘭寬度(4-19)管箱法蘭厚度 查表得 旋轉剛度(4-20)=確定殼體法蘭厚度 查表得 旋轉剛度 = =旋轉剛度無量綱參數(4-21)殼體法蘭

39、應力參數Y Y取15.57（6）系數計算開口后面積：管板布管區面積：三角形：管板布管區當量直徑： (4-22)系數：（7）法蘭力矩基本法蘭力矩：管程壓力作用時法蘭力矩：按，查圖得 m1=0.13按，查圖得 G2=3.7按K，Q查圖得G3=0.007按 K，Q查圖得 （8）殼程壓力作用下的危險組合 殼程設計壓力 管程壓力 不計膨脹差 計入膨脹差0 0.00003095 Mpa 0 1.27 Mpa 4.4 5.670.016 0.01250.019 0.01560.404 0.3310.8 0.7G1 0.19 0.1650.01 0.00840.025 0.021 不計膨脹差 計入膨脹差0.0

40、53 0.05070.00078 0.000287（9）管程壓力作用下的危險組合 殼程設計壓力 管程壓力 不計膨脹差 計入膨脹差 0 0.00003095 Mpa 0 1.27 Mpa -6.44 -5.17-0.011 -0.0147-0.011 -0.0147-0.234 -0.312 -0.5634 -0.8994G1 0.5 0.70.0146 0.0184-0.00967 -0.013870.0292 0.0262-0.00344 -0.00396（10）殼程壓力作用下的危險組合 殼程設計壓力 管程壓力 管板應力 Mpa不計膨脹差 計入膨脹差殼程法蘭應力 Mpa不計膨脹差 計入膨脹差

41、管子應力 Mpa不計膨脹差 計入膨脹差 殼程圓筒軸向應力 Mpa不計膨脹差 計入膨脹差拉脫應力 Mpa不計膨脹差 計入膨脹差（11）管程壓力作用下的危險組合 殼程設計壓力 管程壓力 管板應力 Mpa不計膨脹差計入膨脹差殼程法蘭應力Mpa不計膨脹差 計入膨脹差管子應力 Mpa不計膨脹差 計入膨脹差殼程圓筒軸向應力 Mpa不計膨脹差 計入膨脹差拉脫應力 Mpa不計膨脹差 計入膨脹差4.6換熱管穩定許用壓應力（1）符號： (4-23)其中 系數換熱管外徑 ，mm；設計溫度時，換熱管材料的彈性摸量，Mpa；換熱管的回轉半徑，mm；換熱管受壓失穩當量長度，mm；換熱管壁厚，mm；設計溫度時，換熱管材料的

42、屈服點，MPa；換熱管穩定許用壓應力，Mpa；（2）計算公式：當4.7法蘭設計計算計算壓力： MPa設計溫度：法蘭材料：MnR螺栓材料：40MnB 腐蝕余量： 2 mm螺栓許用應力 設計溫度 常溫法蘭許用應力 設計溫度 常溫墊片：操作情況預緊螺栓情況形狀常數查表得：T=1.86 Z=8.05 Y=15.57 U=17.11 F1=0.91 V1=0.46 f=2.3假設許用值 應力計算 軸向應力 徑向應力 切向應力 第5章 結論本次設計主要對換熱器的知識進行了概述，闡述了換熱器設計的意義和目的，并且對未來發展方向進行了進一步的了解和認識。進行了工藝設計、結構設計和強度設計。設計按照GB-150和GB-151進行計算。工藝計算部分：根據熱平衡方程進行熱負荷計算；平均溫差計算；傳熱系數的確定；流體阻力計算（管程壓降計算和殼程壓降計算）；傳熱面積最終確定為10m。結構設計部分：確定換熱器的形式為固定管板式；確定管、殼程結構：管箱結構設計，封頭為標準橢圓型封頭，殼程筒體內徑400mm，管板