換熱器課程設計計算書

1、<p>　　《化工設備設計基礎》</p><p><b>　　課程設計計算說明書</b></p><p>　　學生姓名： 學 號： </p><p>　　所在學院： </p><p>

2、　　專 業(yè)： </p><p>　　設計題目： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2009 年 月 日</

3、p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　設計任務書…………………………………………………………2</p><p>　　設計參數與結構簡圖………………………………………………4</p><p>　　設備的總體及結構設計……………………………………………5</p><p>　　強度計算

4、……………………………………………………………9</p><p>　　設計小結…………………………………………………………..15</p><p>　　參考文獻…………………………………………………………..15</p><p><b>　　一、設計任務書</b></p><p><b>　　1、設計題目<

5、;/b></p><p>　　設計題目：(題號3)</p><p>　　尾氣冷卻器（F=19m2）設計 </p><p><b>　　2、設計任務</b></p><p><b>　　設計參數：</b></p>

6、<p>　　接 管 表</p><p>　　2.1設備的總體設計</p><p>　　1、按照設備條件設計要求，確定設備型式(臥式、立式)；</p><p>　　2、根據換熱面積、換熱管長度和直徑，確定換熱管數目；</p><p>　　3、 根據設備直徑和換熱管直徑，確定拉桿數目和直徑

7、；</p><p>　　4、 根據管板直徑，確定折流板的形狀和尺寸；根據換熱管直徑，確定折流板間距；</p><p>　　5、 根據介質特性，確定筒體、管箱、法蘭、管板、換熱管等材料。</p><p>　　2.2設備的機械強度設計計算</p><p>　　1、筒體的強度計算；</p><p>　　2、封頭的強度計算；&

8、lt;/p><p><b>　　3、開孔補強計算；</b></p><p>　　按等面積補強法進行計算。補強圈或加強管補強也盡可能采用標準件。</p><p>　　4、法蘭的選型或設計；</p><p>　　根據公稱直徑、公稱壓力確定標準設備法蘭，同樣根據公稱直徑、公稱壓力選用管道法蘭標準（HG），確定法蘭尺寸。</p

9、><p>　　5.水壓試驗應力校核。</p><p>　　2.3換熱器裝配圖繪制</p><p>　　（1）完成換熱設備的裝配圖設計，包括主視圖、局部放大圖、焊縫節(jié)點圖、管口方位圖等。 </p><p>　　（2）編寫技術要求、技術特性表、管口表、明細表和標題欄。</p><p><b>　　3、參考資料：

10、</b></p><p>　　[1] 董大勤.化工設備機械基礎[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2003. </p><p>　　[2] 全國化工設備技術中心站.《化工設備圖樣技術要求》2000版[S]． </p><p>　　[3] GB150-1998.鋼制壓力容器[S]．</p><p>　　[4] 鄭曉梅.化工工程制

11、圖 化工制圖[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[5] GB151-1999 《管殼式換熱器》[S]．</p><p><b>　　4、文獻查閱要求</b></p><p>　　設計說明書中公式、內容等應明確文獻出處;裝配圖上應寫明引用標準號。</p><p><b>　　5、設計成果

12、</b></p><p>　　1、提交設計說明書一份。</p><p>　　2、提交換熱器裝配圖一張(A1)。</p><p>　?。ɡ}） 二. 設計參數與結構簡圖</p><p><b>　　1、設計參數</b></p><p>　　本課程設計的設計參數<

13、/p><p>　　2、結構簡圖 （手畫）</p><p>　　圖1 換熱器結構簡圖</p><p>　　三. 設備的總體設計及結構設計</p><p>　　1、換熱器的總體設計</p><p>　　根據換熱器設計條件要求，考慮壓差、溫差等因素，由于溫差不高（＜50℃），確定換熱器設備的型式為固定管板式，程數為單程。&l

14、t;/p><p>　　（1）根據換熱面積、換熱管長度和直徑，確定換熱管數目①。</p><p><b>　　換熱面積，</b></p><p>　　式中：--換熱管外徑；</p><p>　　L--換熱管長度（扣除伸入管板內長度），對U形管，不包括彎管段面積；</p><p><b>　　n

15、--換熱管數目</b></p><p><b>　　取n為 根</b></p><p>　?。?） 根據設備直徑和換熱管直徑，確定拉桿數目和直徑。</p><p>　　拉桿的數量與筒體直徑及拉桿直徑有關，根據GB151 </p><p>　　表 拉桿直徑 （mm）</p><p&

16、gt;<b>　　表 拉桿數量</b></p><p>　　本設計換熱器換熱管：φ25x2</p><p><b>　　選取拉桿數量為：4</b></p><p>　　選取拉桿直徑為：16 mm</p><p>　?。?）根據管板直徑，確定折流板的形狀和尺寸；根據換熱管直徑，確定折</p&

17、gt;<p><b>　　流板間距。</b></p><p>　　選取折流板為弓形結構。</p><p>　　取缺口方向（臥式換熱器）——水平上下布置：</p><p>　　根據折流板的最小厚度</p><p>　　取折流板管厚度尺寸為5mm;間距為400mm。</p><p>　　

18、（4）根據介質特性（介質的腐蝕性、設計壓力、設計溫度），確定筒體、管箱、法蘭、管板、換熱管等材料。</p><p>　　由于介質尾氣有腐蝕性選取殼程筒體、管板、殼程接管材料0Cr18Ni9；換熱管、管程接管材料為20；管箱殼體、設備法蘭為20R；、鞍座：Q235-B/0Cr18Ni9。</p><p>　?。んw、接管材料的許用應力按照《化工設備機械基礎》表8-7查并列表）</p&g

19、t;<p>　?。?）設備法蘭的型式及尺寸選用，管法蘭等零部件選型。</p><p><b>　　a.工藝接管</b></p><p>　　b.壓力容器法蘭和接管法蘭</p><p>　　壓力容器法蘭的選取按照《化工設備機械基礎》選JB/T4700～4707-2000標準。（按照《化工設備機械基礎》（p263）寫出選取過程）<

20、;/p><p>　　容器法蘭選取結果如下表：</p><p>　　管法蘭選取結果匯總：</p><p>　　接管a ：管程進料口，公稱壓力PN=0.6MPa,材質為20,在工作溫度為70時，接管尺寸(《化工設備機械基礎》表6-5)，公稱直徑DN為80mm，連接面為突面連接。查閱“HG20594 法蘭（《化工設備機械基礎》表10-23）”法蘭連接尺寸表得接管法蘭的相關參數

21、，DN=50mm，D=140mm, D1=110mm, n=4， M12法蘭厚度16 mm，法蘭質量1.73Kg（D - 法蘭外徑 mm ；n - 螺栓孔個數；D1 - 法蘭螺栓孔中心圓直徑 mm；M12- 螺紋直徑 mm)</p><p>　　接管b：管程出料口，公稱壓力PN=0.6MPa,材質為20,在工作溫度為70時，接管尺寸(《化工設備機械基礎》表6-5)，公稱直徑DN為40mm，連接面為突面連接。查

22、閱“HG20594 法蘭（《化工設備機械基礎》表10-23）”法蘭連接尺寸表得接管法蘭的相關參數，DN=40mm，D=130mm, D1=100mm, n=4， M12法蘭厚度16 mm，法蘭質量1.55Kg（D - 法蘭外徑 mm ；n - 螺栓孔個數；D1 - 法蘭螺栓孔中心圓直徑 mm；M12- 螺紋直徑 mm)</p><p>　　接管c.d：殼程進出料口，公稱壓力PN=0.6MPa,材質為0Cr18

23、Ni9,在工作溫度為10時，接管尺寸(《化工設備機械基礎》表6-5)，公稱直徑DN為25mm，連接面為突面連接。查閱“HG20594 法蘭（《化工設備機械基礎》表10-23）”法蘭連接尺寸表得接管法蘭的相關參數，DN=25mm，D=100mm, D1=75mm, n=4， M10法蘭厚度14mm，法蘭質量0.81Kg（D - 法蘭外徑 mm ；n - 螺栓孔個數；D1 - 法蘭螺栓孔中心圓直徑 mm；M10- 螺紋直徑 mm)<

24、;/p><p>　　接管e.f：--- </p><p>　　c.法蘭密封墊片的選取</p><p>　　法蘭密封墊片的選取參照《化工設備機械基礎》表10-30</p><p><b>　　（6） 鞍座選取</b></p><p>　　鞍座的選取根據參照《化工設備機械基礎》確定鞍座各尺寸。</p

25、><p>　　（7）焊接接頭形式和和焊接材料的選取</p><p>　　焊接接頭形式的選取參照《化工設備機械基礎》第十四章第二節(jié)（p367-377），標準為HG20583-1998，A、B類焊接接頭按照HG20583-1998中DU4，D類焊接接頭按照HG20583-1998中G2，帶補強圈D類焊接接頭按照JB/T4736-2002中C，</p><p>　　焊接材料的

26、選取參照第十四章《化工設備機械基礎》第四節(jié)（p379-382），標準GB/T5117-95、GB/T5118-95 GB/T983-95</p><p>　　焊接接頭的檢驗《化工設備機械基礎》第十四章第三節(jié)(p378)</p><p>　?。?）壓力容器類別的劃分</p><p>　　壓力容器類別的劃分按《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》，本設計換熱器為低壓換熱設備，介質

27、中毒危害介質，故劃分為一類壓力容器。</p><p><b>　　四、強度計算</b></p><p>　　1、換熱器殼程筒體壁厚計算</p><p>　　圓筒體壁厚計算按照GB150-1998《鋼制壓力容器》式5-1</p><p>　　計算壁厚： （4-1）</p>&

28、lt;p>　　式中 ：筒體的理論計算壁厚，mm</p><p>　　pc：筒體的計算壓力，MPa</p><p>　　Di：筒體內徑，mm</p><p>　　：鋼板在設計溫度下的許用應力，MPa</p><p><b>　?。汉附咏宇^系數；</b></p><p>　　名義厚度： ；

29、 （4-2）</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　式中 ：名義厚度；</p><p><b>　　C1：腐蝕裕量；</b></p><p><b>　　

30、C2：鋼板負偏差；</b></p><p><b>　?。簣A整量；</b></p><p><b>　?。河行Ш穸?；</b></p><p>　　查表《化工設備機械基礎》表8-7 0Cr18Ni9的許用應力 =137MPa</p><p>　　pc：取筒體的設計壓力，0.45 MPa&

31、lt;/p><p>　　焊縫為雙面焊，局部射線檢測，=0.85</p><p>　　代入數據到式（4-1）得：= = mm</p><p><b>　　C1 =0 mm</b></p><p><b>　　C2 =0 mm</b></p><p>　　代入數據到式（4-2）

32、得：名義厚度： = mm</p><p>　　按換熱器最小厚度min要求 取 = 6 mm</p><p>　　2、換熱器管程筒體壁厚計算</p><p>　　管程圓筒體壁厚計算按照GB150-1998《鋼制壓力容器》式5-1</p><p>　　計算壁厚： （4-1）</p>&l

33、t;p>　　式中 ：筒體的理論計算壁厚，mm</p><p>　　pc：筒體的計算壓力，MPa</p><p>　　Di：筒體內徑，mm</p><p>　?。轰摪逶谠O計溫度下的許用應力，MPa</p><p><b>　?。汉附咏宇^系數；</b></p><p>　　名義厚度： ；

34、 （4-2）</p><p><b>　??；</b></p><p><b>　??；</b></p><p>　　式中 ：名義厚度；</p><p><b>　　C1：腐蝕裕量；</b></p><p><b>　　C

35、2：鋼板負偏差；</b></p><p><b>　　：圓整量；</b></p><p><b>　?。河行Ш穸?；</b></p><p>　　換熱器管箱筒體材料取20R，管程設計壓力0.1MPa</p><p>　　查表《化工設備機械基礎》表8-6 20R的許用應力 =133MPa&

36、lt;/p><p>　　pc：取管程的設計壓力，0.1MPa</p><p>　　焊縫為雙面焊，局部射線檢測，=0.85</p><p>　　代入數據到式（4-1）得：= = mm</p><p><b>　　C1 =0 mm</b></p><p><b>　　C2 =0 mm<

37、;/b></p><p>　　代入數據到式（4-2）得：名義厚度： = mm</p><p>　　按換熱器最小厚度min要求 取 = 6 mm</p><p>　　3、換熱器管程封頭的強度計算</p><p>　?。ǚ忸^的設計參照第八章第二節(jié)p175-185）。</p><p>　　封頭壁厚計算按照G

38、B150-1998《鋼制壓力容器》式7-1</p><p>　　計算壁厚： （4-3）</p><p>　　式中 ：封頭的理論計算壁厚，mm</p><p>　　pc：封頭的計算壓力，MPa</p><p>　　Di：封頭內徑，mm</p><p>　　：鋼板在設計溫度下的許用應力

39、，MPa</p><p><b>　　：焊接接頭系數；</b></p><p>　　名義厚度： ； </p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　式中 ：名義厚度

40、；</p><p><b>　　C1：腐蝕裕量；</b></p><p><b>　　C2：鋼板負偏差；</b></p><p><b>　?。簣A整量；</b></p><p><b>　?。河行Ш穸龋?lt;/b></p><p>　　

41、換熱器管箱封頭材料取20R，管程設計壓力0.1MPa</p><p>　　查表《化工設備機械基礎》表8-6 20R的許用應力 =133MPa</p><p>　　pc：取封頭的設計壓力，0.1MPa</p><p>　　焊縫為雙面焊，100%射線檢測，取=1</p><p>　　代入數據到式（4-3）得： </p><p

42、><b>　　== mm</b></p><p><b>　　C1 =1 mm</b></p><p><b>　　C2 =0 mm</b></p><p>　　代入數據到式（4-2）得：名義厚度： = 2 mm</p><p>　　按標準橢圓封頭最小厚

43、度min 〉0.15%Di要求 取 = 6 mm</p><p>　　查《化工設備機械基礎》(p196)</p><p>　　選標準橢圓形封頭JB/T4746-2002封頭直邊高度h0取25mm</p><p>　　封頭高度h取150 mm</p><p><b>　　3)開孔補強計算</b></p>

44、<p>　　開孔補強結構選用JB/T4736-2002補強圈結構，補強圈尺寸按照《化工設備機械基礎》p327（列出所選尺寸），焊接坡口尺寸選《化工設備機械基礎》第十四章第二節(jié)p375 C型。</p><p>　　開孔補強計算采用等面積補強法，其公式參照第十二章第一節(jié)（p326-p335）。</p><p>　　例：a開孔補強計算：</p><p>　　公

45、稱壓力0.6MPa，公稱直徑50 mm，標準號為HG20594-95 </p><p>　　接管￠573.5(p302)　　材料：20</p><p>　　a.　開孔所需補強面積 ；</p><p>　　A=d+2et(1-) （4-4）</p><p>　　式中 ：強度削弱系數

46、</p><p>　　d ：開孔直徑 mm</p><p>　?。核w的計算壁厚mm</p><p>　　et：接管的有效厚度mm</p><p>　　d=di+2Ct=(57-7)+2(1+0)=52 mm</p><p>　　et=nt- Ct=3.5-1=2.5 mm</p><p>

47、;　　筒體材料：20R =137MPa </p><p>　　接管材料：20 t=137 MPa</p><p><b>　　==1</b></p><p>　　代入式（4-4） A=+2et(1-)</p><p><b>　　=52</b>&

48、lt;/p><p><b>　　= mm2</b></p><p>　　b. 有效補強范圍內的補強面積：</p><p><b>　?、儆行аa強范圍</b></p><p>　　有效寬度： B=2d=252=104 mm</p><p>　　外伸高度：h1= ==

49、 mm</p><p>　　內伸高度：h2= 0 mm</p><p><b>　?、跉んw多余截面積</b></p><p>　　A1=(B-d)( -)-2et( -)(1-) （4-5）</p><p><b>　　代入式（4-5） </b></p><p&g

50、t;　　A1= mm2</p><p><b>　　③接管多余截面積</b></p><p>　　A2=2h1(et-t) +2h2(et-C2) （4-6）</p><p>　　接管計算厚度t== = mm</p><p>　　式中 di：接管內直徑 mm di=57-7=

51、50 mm</p><p>　　代入式（4-6） A2=2h1(et-t) +2h2(et-C2) = mm2</p><p><b>　?、芎缚p金屬截面積</b></p><p>　　A3=66=36 mm2</p><p>　　A1+A2+A3>A 滿足不另行補

52、強條件，所以不需補強。</p><p>　　其它開孔直徑比人孔直徑要小，故不需再進行開孔計算</p><p>　?。ㄈ缬嬎憬Y果需要補強，還需對其他接管進行補強計算）</p><p>　　7) 水壓試驗應力校核</p><p><b>　　水壓試驗壓力PT</b></p><p><b>

53、　　（3-7） </b></p><p>　　式中 P：設計壓力</p><p>　　水壓試驗壓力下的應力校核： </p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　式中 ： 焊接接頭系數 </p&

54、gt;<p><b>　　： 筒體有效厚度</b></p><p>　?。?筒體材料的屈服極限 </p><p><b>　?。?水壓試驗壓力</b></p><p>　　： 圓筒水壓試驗壓力下的應力 </p><p>　?。撼叵虏牧系脑S用應力</

55、p><p>　?。涸O計溫度下材料的許用應力 </p><p><b>　　Di： 圓筒內直徑</b></p><p>　　代入數據到式（3-7）殼程水壓試驗壓力=1.25×0.45= MPa</p><p>　　管程水壓試驗壓力=1.25×0.1= MPa</p>&l

56、t;p>　　代入數據到式（3-8）進行水壓試驗壓力下的應力校核</p><p>　　殼程= </p><p>　　管程= </p><p>　　滿足水壓試驗壓力下的應力校核條件。</p><p><b>　　五. 設計小結</b></p><p

57、><b>　?。s300字）</b></p><p><b>　　六. 參考文獻</b></p><p>　　[1] 董大勤.化工設備機械基礎[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2003. </p><p>　　[2] 全國化工設備技術中心站.《化工設備圖樣技術要求》2000版[S]． </p>&