换热器课程设计

化工原理 课程设计说明书

设计题目 学 院 专 业 姓 名 学 号 指导教师

换热器 机电工程学院 过程装备与控制工程 谢峰 100331108 孟宪宇

设计任务和设计条件

某生产过程的流程如图3-20所示。反应器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110℃进一步冷却至60℃之后，进入吸收塔吸收其中的可溶性组分。已知混合气体的流量为225801kgh，压力为6.9MPa，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水的入口温度为29℃，出口的温度为39℃，试设计一列管式换热器，完成生产任务。

已知：

混合气体在85℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）

390kgm密度 1

定压比热容

cp13.29k7jkg℃

w9m℃热导率 10.027

51.510Pas粘度 1

循环水在34℃下的物性数据：

3994.k3gm1密度

定压比热容

cp14.17k4jkgK

热导率10.624wmK

30.74210Pas 1粘度

目录

第一章绪论 ............................................................................................................................................... 1

1.1换热器的类型 ............................................................................................................................. 1 1.2换热器 ......................................................................................................................................... 1 1.3 换热器类型的选择 ................................................................................................................... 2 第二章确定设计方案 ............................................................................................................................... 4

2.1选择换热器的类型 ..................................................................................................................... 4 2.2管程安排 ..................................................................................................................................... 4 第三章确定物性数据 ............................................................................................................................... 5 第四章估算传热面积 ............................................................................................................................... 6

4.1热流量 ......................................................................................................................................... 6 4.2平均传热温差 ............................................................................................................................. 6 4.3传热面积 ..................................................................................................................................... 6 4.冷却水用量 .................................................................................................................................... 6 第五章工艺结构尺寸 ............................................................................................................................... 7

5.1管径和管内流速 ......................................................................................................................... 7 5.2管程数和传热管数 ..................................................................................................................... 7 5.3平均传热温差校正及壳程数 ..................................................................................................... 7 5.4传热管排列和分程方法 ............................................................................................................. 8 5.5壳体内径 ..................................................................................................................................... 8 5.6折流板 ......................................................................................................................................... 8 5.7其他附件 ..................................................................................................................................... 8 5.8接管 ............................................................................................................................................. 8 第六章换热器核算 ................................................................................................................................. 10

6.1热流量核算 ............................................................................................................................... 10

6.1.1壳程表面传热系数 ........................................................................................................ 10 6.1.2管内表面传热系数 ........................................................................................................ 10 6.1.3污垢热阻和管壁热阻 .................................................................................................... 11 6.1.4 传热系数Ke ................................................................................................................. 11 6.1.5传热面积裕度 ................................................................................................................ 12 6.2壁温计算 ................................................................................................................................... 12 6.3换热器内流体的流动阻力 ....................................................................................................... 13

6.3.1管程流体阻力 ................................................................................................................ 13 6.2.2壳程阻力 ........................................................................................................................ 13 6.2.3换热器主要结构尺寸和计算结果:............................................................................... 14

I

第七章强度设计计算 ............................................................................................................................. 16

7.1筒体壁厚计算 ........................................................................................................................... 16 7.2外头盖短节、封头厚度计算： ............................................................................................... 16 7.3管箱短节、封头厚度计算： ................................................................................................... 17 7.4 管箱短节开孔补强校核 .......................................................................................................... 18 7.5壳体接管开孔补强校核： ....................................................................................................... 19 7.6固定管板计算： ....................................................................................................................... 20 7.7浮头管板及钩圈： ................................................................................................................... 21 7.8无折边球封头计算： ............................................................................................................... 21 7.9浮头法兰计算： ....................................................................................................................... 22 结论 ......................................................................................................................................................... 23 参考文献： ............................................................................................................................................. 24

II

第一章绪论

1.1换热器的类型

列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在关内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。

其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。

列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。

1.2换热器

换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。

按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。

间壁式换热器又称表面式换热器或间接式换热器。在这类换热器中，冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量从热流体穿过壁面传给冷流体。该类换热器适用于冷、热流体不允许直接接触的场合。间壁式换热器的应用广泛，形式繁多。将在后面做重点介绍。

直接接触式换热器又称混合式换热器。在此类换热器中，冷、热流体相互接触，相互混合传递热量。该类换热器结构简单，传热效率高，适用于冷、热流体允许直接接触和混合的场合。常见的设备有凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。

蓄热式换热器又称回流式换热器或蓄热器。此类换热器是借助于热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体。当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热量，蓄热体温度升高后，再与冷流体接触，将热量传给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。此类换热器结构简单，可耐高温，常用于高温气体热量的回收或冷却。其缺点是设备的体积庞大，且不能完全避免两种流体的混合。

工业上最常见的换热器是间壁式换热器。根据结构特点，间壁式换热器可以分为管壳式换热器和紧凑式换热器。

紧凑式换热器主要包括螺旋板式换热器、板式换热器等。

1

管壳式换热器包括了广泛使用的列管式换热器以及夹套式、套管式、蛇管式等类型的换热器。其中，列管式换热器被作为一种传统的标准换热设备，在许多工业部门被大量采用。列管式换热器的特点是结构牢固，能承受高温高压，换热表面清洗方便，制造工艺成熟，选材范围广泛，适应性强及处理能力大等。这使得它在各种换热设备的竞相发展中得以继续存在下来。

使用最为广泛的列管式换热器把管子按一定方式固定在管板上，而管板则安装在壳体内。因此，这种换热器也称为管壳式换热器。常见的列管换热器主要有固定管板式、带膨胀节的固定管板式、浮头式和U形管式等几种类型。

1.3 换热器类型的选择

根据列管式换热器的结构特点，主要分为以下四种。以下根据本次的设计要求，介绍几种常见的列管式换热器。 1． 固定管板式换热器

这类换热器如图1-1所示。固定管办事换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结余构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构式壳测清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，用使用管子于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏。

2.U型管换热器

U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力。U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板，密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大，壳程易短路；内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。此外，其造价比管定管板式高10%左右。

3. 浮头式换热器

2

浮头式换热器的结构如下图1-3所示。其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。其缺点是结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。

4.填料函式换热器

填料函式换热器的结构如图1-4所示。其特点是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也比浮头式的低；管束可以从壳体内抽出，管内管间均能进行清洗，维修方便。其缺点是填料函乃严不高，壳程介质可能通过填料函外楼，对于易燃、易爆、有度和贵重的介质不适用。

3

第二章确定设计方案

2.1选择换热器的类型

两流体温度的变化情况：热流体进口温度110℃ ，出口温度60℃；冷流体进口温度29℃，出口温度39℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。

2.2管程安排

从两物流的操作压力看，应使混合气体走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下贱，所以从总体考虑，应使循环水走管程，混和气体走壳程。

4

第三章确定物性数据

定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故壳程混和气体的定性温度为

110602T= =85℃

管程流体的定性温度为

392934t=2℃

根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。对混合气体来说，最可靠的无形数据是实测值。若不具备此条件，则应分别查取混合无组分的有关物性数据，然后按照相应的加和方法求出混和气体的物性数据。

混和气体在85℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）：

390kgm1密度

定压比热容

cp13.297kjkg℃

热导率10.0279wm℃

51.510Pas 1粘度

循环水在34℃ 下的物性数据：

3994.k3gm1密度

定压比热容

cp14.174kjkgK

热导率10.624wmK

30.74210Pas 粘度1

5

第四章估算传热面积

4.1热流量

Qm1cp1t1

=225801×3.297×(110-60) / 3600 = 10339.8 kw

4.2平均传热温差

先按照纯逆流计算，得：

tm逆(11039)（6029）48.3K

11039ln60294.3传热面积

为求得传热面积A，需先求出传热系数K，而K值又与给热系数、污垢热阻等有关。在换热器的直径、流速等参数均未确定时，给热系数也无法计算，所以只能进行试算。假设K=340W/(㎡k)则估算的传热面积为

Q10339.8103A630m2

Ktm34048.34.冷却水用量

Q10339.8247.7kg/s891789kg/h cpiti4.17410m

6

第五章工艺结构尺寸

5.1管径和管内流速

选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速u1=1.4m/s。

5.2管程数和传热管数

可依据传热管内径和流速确定单程传热管数

V891789/(3600994.3) n 5672s20.7850.021.4udi4按单程管计算，所需的传热管长度为 L

Ad0ns63014m

0.025567按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用标准设计，现取传热管长l=7.5m，则该换热器的管程数为

L14（2管程） Np l7传热管总根数 Nt=567×2=1134(根)

5.3平均传热温差校正及壳程数

平均温差校正系数有

RT1T2110605t2t13929 t2t139290.124T1t111029

P按单壳程，双管程结构，查图5-19（a）得 0.96

648.346.℃4 平均传热温差 tmtm逆0.9由于平均传热温差校正系数大于0.9，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。

7

5.4传热管排列和分程方法

采用组合排列法,即每程内均按正三角形排列,隔板两侧采用正方形排列。 取管心距t=1.25d0，则 t=1.25×25=31.25≈32(mm)

隔板中心到离其最近一排管中心距离按式（3-16）计算 S=t/2+6=32/2+6=22㎜ 各程相邻管的管心距为44㎜。

管数的分成方法，每程各有传热管567根，其前后关乡中隔板设置和介质的流通顺序按图3-14选取。

5.5壳体内径

采用多管程结构，壳体内径可按式（3-19）估算。取管板利用率η=0.7 ，则壳体内径为 D=1.05t

N/1.0532t1134/0.71352mm

按卷制壳体的进级档，可取D=1400mm

5.6折流板

采用圆缺折流板，去弓形之流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为 h=0.25×1400=350m，故可取h=350mm 取折流板间距B=0.3D，则

B=0.3×1400=420mm，可取B为450mm。

传热管长70001114.514450折流板数目NB=折流板间距

根据实际情况，折流板数目取10个。

5.7其他附件

拉杆数量与直径按表4-9选取，本换热器壳体内径为1400mm，故其拉杆直径为Ф16拉杆数量不得少于8。

壳程入口处，应设置防冲挡板，如图3-17所示。

5.8接管

壳程流体进出口接管：取接管内气体流速为u110m/s，则接管内径为

8

D14Vu14225801/(360090)0.298m

3.1410圆整后可取管内径为310mm。

管程流体进出口接管：取接管内液体流速u22.5m/s，则接管内径为

D24891789/(3600994.3)0.36m

3.142.5圆整后去管内径为370mm

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第六章换热器核算

6.1热流量核算

6.1.1壳程表面传热系数 用克恩法计算 据式（5-72）

当量直径

00.361deRe00.55Pr3(10.14)w

4[ de=壳程流通截面积

322tdo]240.02mdo

0.0252d0）0.451（ BD（1-.41-）0.138s0mt0.032壳程流体流速及其雷诺数分别为

225801/(360090)4.8m8/s u00.1427 普朗特数

(Re0du0.024.88901.510-55.8610

5Pr0Cp3.2971.5100.0279-21.773

0.14)1w粘度校正

00.360.02790.551/325860001.773904w/mk 0.026.1.2管内表面传热系数 据式（5-63a）

i0.023 管程流体流通截面积

idiRe0.8Pr0.4

10

si/40.021134/20.178m

22管程流体流速

891789/(3600994.3)1.40m/s

0.1780.021.4994.3Re3752030.74210

普朗特数

ui Pr4.174100.742100.6243-34.96

i0.0230.624375200.84.960.4621[8W（/m2.k）]0.02

6.1.3污垢热阻和管壁热阻 按表5-5，可取

2R0.4mk/kw 管外侧污垢热阻 o2R0.58mk/kw 管内侧污垢热阻i管壁热阻按式

RwRwb计算，依附录4查表知，碳钢在该条件下的热导率为45.3w/(m·K)。

所以

0.00250.000055(m2k/w)45.3

6.1.4 传热系数Ke 依式（5-11c）有

Ke

1(doRdRd1iowoRo)idididmo

12525251(0.000580.0000550.0004)6218202022.5904401[W/(m2k)]1

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6.1.5传热面积裕度

依式（5-23）可得所计算传热面积Ac为

AcQKt1em103398002533m

40148.3该换热器的实际传热面积为Ap

Apd0lNT3.140.02571134623m

H2该换热器的面积裕度为

A-AApcc623-53316.88% 533传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。

6.2壁温计算

因为管壁很薄，而且壁热阻很小，故管壁温度可按式3-42计算。由于该换热器用循环水冷却，冬季操作时，循环水的进口温度将会降低。为确保可靠，取循环冷却水进口温度为15℃，出口温度为39℃计算传热管壁温。另外，由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中，应该按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。于是，按式4-42有

Twtw

cctmn11n

式中液体的平均温度tm和气体的平均温度分别计算为 tm0.4×39+0.6×15=24.6℃ Tm(110+60)/2=85℃ ci6218w/㎡·k no904w/㎡·k 传热管平均壁温

85/621824.6/904tw1/62181/90432.2℃

壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T=85℃。壳体壁温和传热管壁温之差为



12

t85-32.252.8℃。

该温差较大，故需要设温度补偿装置。由于换热器壳程压力较大，因此，需选用浮头式换热器较为适宜。

6.3换热器内流体的流动阻力

6.3.1管程流体阻力

pt(pipr)NsNpFt

Ns1,Np2,

lu2 piidi2由Re=37520，传热管对粗糙度0.1/20=0.005，查莫狄图得u=1.4m/s ,994.3kg/m3,所以，

3/215280( Pa p0.0347/0.021.499.42i0.034，流速

i

pru223994.31.41.42923( Pa)2 p1(152802923)21.554609(P a管程流体阻力在允许范围之内。 6.2.2壳程阻力 按式（6-4）计算

ps(p1p2)FsNs , Ns1, Fs1

流体流经管束的阻力

p1Ffonc(NB1)uo22

F0.5

f055860000.5-0.2880.109 10.5nc1.1NT1.1113437

13

NB1

u04.88m/s

904.8822 p0.50.10913715132444(Pa)

流体流过折流板缺口的阻力

2hup2NB(3.5)oD2 , h0.45m, D1.45m

220.45904.88p14（3.5-）42866Pa

21.42总阻力

2ps32444+42866=75310Pa

由于该换热器壳程流体的操作压力较高，所以壳程流体的阻力也比较适宜。

6.2.3换热器主要结构尺寸和计算结果: 换热器主要结构尺寸和计算结果见下表： 参数 流量/kg/h 进/出口温度/℃ 压力/MPa 定性温度/℃ 管程 891789 29/39 0.4 34 994.3 4.174 0.742×10 0.624 4.96 浮头式 1400 Φ25×2.5 7000 1134 个 传热面积/㎡

630 14 3壳程 225801 110/60 6.9 85 90 3.297 1.5×10 0.0279 1.773 壳程数 台数 管心距/㎜ 管子排列 折流板数/折流板间距/㎜ 1 1 44 △ 10 450 5物性密度/（kg/m3） 定压比热容/[kj/（kg•k）] 粘度/（Pa•s） 热导率（W/m•k） 普朗特数 形式 设备结构参数 壳体内径/㎜ 管径/㎜ 管长/㎜ 管数目/根 管程数 主要计算结果 流速/（m/s） 表面传热系数/[W/（㎡•k）] 污垢热阻/（㎡•k/W） 阻力/ MPa 热流量/KW 传热温差/K 传热系数/[W/（㎡•K）] 裕度/%

2 管程 1.4 6218 0.00058 0.054609 10339.8 48.3 401 16.88% 材质 壳程 4.88 904 0.0004 0.074446 碳钢

15

第七章强度设计计算

7.1筒体壁厚计算

。由工艺设计给定设计温度85C，设计压力等于工作压力为6.9Mpa，选低合金结构钢板

16MnR卷制，查得材料85C时许用应力163Mpa；《过程设备设计》（第二版）化学工业

。t出版社。

取焊缝系数=1，腐蚀裕度C2=1mm；对16MnR钢板的负偏差

C1=0

根据《过程设备设计》（第二版）化学工业出版社：公式（4-13）内压圆筒计算厚度公式：

PcDit2Pc 从而：  =

6.9145031.35mm计算厚度： =216316.9

设计厚度： dC231.35132.35mm

5133.35m名义厚度： ndC132.3 m 圆整取n34mm 有效厚度： enC1C234-1-132mm

PT1.25Pc水压试验压力：

1.256.918.625Mpat

所选材料的屈服应力s325Mpa

t水式实验应力校核：

P（（145032）TDie）8.625199.7Mpa2e232

199.7Mps0.90.85325248.625Mpa水压强度满足 a0.9气密试验压力： PTPc6.9Map

7.2外头盖短节、封头厚度计算：

外头盖内径=1500mm，其余参数同筒体：

16

短节计算壁厚：

PcDi6.9150032.3mmt2Pc=216316.9 S= 短节设计壁厚：

133.3m m SdSC232.3 短节名义厚度：

3134.3m SnSdC133. m 圆整取Sn36mm 有效厚度：

33.9m SeSnC1C236-1-1.1 m 压力试验应力校核：

t

P（（150033.9）TDie）8.625195Mpa2e233.9

压力试验满足试验要求。 外头盖封头选用标准椭圆封头： 封头计算壁厚：

PcDi6.9150032.1mmt20.5P216310.56.9c S== 封头名义厚度：

SnSC1C232.111.034.1mm 取名义厚度与短节等厚： Sn36mm

7.3管箱短节、封头厚度计算：

。p由工艺设计结构设计参数为：设计温度为34C，设计压力为0.4Ma，选用16MnR钢板，

t170Mpa，屈服强度s345Mpa，取焊缝系数=0.85，腐蚀裕度C2=2mm 材料许用应力

计算厚度：

PcDi0.414501.94mmt2Pc=21700.850.4 S=

设计厚度：

17

SdSC21.9423.94m m 名义厚度：

SnSdC13.94m m 结合考虑开孔补强及结构需要取Sn8mm 有效厚度：

5.2m m SeSnC1C28-2-0.8 压力试验强度在这种情况下一定满足。 管箱封头取用厚度与短节相同，取Sn8mm

7.4 管箱短节开孔补强校核

开孔补强采用等面积补强法，接管尺寸为3779，考虑实际情况选20号热轧碳

t130Mpa，3779，C21mm 素钢管

接管计算壁厚：

St 接管有效壁厚：

PcDi0.43770.58mmt2Pc213010.4

56.65m SetSntC1C29-1-90.1 m 开孔直径：

ddi2C3772922.3536.37mm 接管有效补强高度：

B2d2363.7727.4mm

接管外侧有效补强高度：

h1dSnt363.7957.2mm

2 需补强面积：AdS363.71.94705.6mm

可以作为补强的面积：

2A（B-d）(S-S)（727.4363.7）（61.94）147.6mme 1 2A2h（S-St）f257.2（6.650.68）130/170522.3mm21etr

18

2AA1476.6522.31998.9A70.56mm12

该接管补强的强度足够，不需另设补强结构。

7.5壳体接管开孔补强校核：

开孔校核采用等面积补强法。选取20号热轧碳素钢管32512

t137Mpa， C21mm 钢管许用应力：

接管计算壁厚：

St 接管有效壁厚：

PcDi6.93257.98mmt2Pc213716.9

59.2m m SetSntC1C212-1-120.1 开孔直径：

（1120.15）306.6m ddi2C3252122 m 接管有效补强厚度：

B2d2306.6623.2mm

接管外侧有效补强高度：

h1dSnt306.61260.7mm

需要补强面积：

mm2 Ad306.630.39290 可以作为补强的面积为：

2A（B-d）(-)（613.2306.6）（3230.3）521mm1e 2A2h（S-St）f260.7（9.27.98）137/170119.4mm21etr

尚需另加补强的面积为：

2AA-A-A9290-521-119.48649.6m412 m

补强圈厚度：

Sk

A48649.630mmBd0613.2325

实际补强圈与筒体等厚：Sk34mm ； 则另行补强面积：

19

2AS(B-d)34（613.232）59798.8m4K0 m22AAA383.25119.49798.810439.2mmA9290mm124

同时计算焊缝面积A3后，该开孔补强的强度的足够。

7.6固定管板计算：

固定管板厚度设计采用BS法。假设管板厚度b100mm。 总换热管数量 n1292； 一根管壁金属横截面积为：

22a（d0di2）（252202）176.6mm44

开孔温度削弱系数（双程）：0.5

 两管板间换热管有效长度(除掉两管板厚)L取6850mm 计算系数K：

K21.32

取K3.88

Dibna14001292176.61.3215.08Lb1000.56850100

接管板筒支考虑，依K值查《化工单元过程及设备课程设计》化学工业出版社：图4-45，

G32.8 图4-46，图4-47得：G12.9,G2-0.65, 管板最大应力:

t1（PsPt）G21（6.90.4）（0.65）P6.4157.4Mpaa0.6070.233

或

t1（PsPt）G31（6.90.4）2.8P6.41101.2Mpaa0.6070.233

筒体内径截面积：

44

管板上管孔所占的总截面积：

n21292Cd0252633888mm244

ADi2140021538600mm2

20

系数 系数

A-C15386006338880.588A1538600

na1292176.60.252A-C1538600633888

壳程压力：

Ps6.9Map 管程压力:

Pl0.4Mpa 当量压差：

（6.90.4（10.252）6.4Mpa l1） PaPs-P 管板采用16Mn锻：r150Mpa 换热管采用10号碳系钢：t112Mpa 管板管子程度校核：

rmax219.6Mpa1.51.5150225Mpa

t112Mpa x101.2Mpa tma 管板计算厚度满足强度要求。考虑管板双面腐蚀取C24mm，隔板槽深取4mm，实际 管板厚为100mm。

7.7浮头管板及钩圈：

浮头式换热器浮头管板的厚度不是由强度决定的，按结构取80mm； 钩圈采用B型。 材料与浮头管板相同，设计厚度按浮头管板厚加16mm，定为96mm。

7.8无折边球封头计算：

封头上面无折边球形封头的计算接外压球壳计算，依照GB151-89方法计算。选用16MnR。。。R1100mm，853445CCC。假设名i板，封头封头外侧 气体，内侧为 循环水，取壁温

21

义厚度Sn50mm；双面腐蚀取C23mm，钢板主偏差C11.2mm ；

当量厚度 :

45.8mm SeSnC50-3-1.2， 封头外半径: R0R1Sn1100501150mm，

A0.1250.1250.005R0/Se25.1

R0/Se115025.145.8

计算系数:

依据所选16MnR材料，温度，A系数查外压圆筒，球壳厚度计算得：B=176 计算许用外压力P：

P

B1767.01MapR0/Se25.1

p算值可 用 PPs6.9Ma计7.9浮头法兰计算：

按GB151-89相关规定。因此法兰出于受压状态。计算过程取法兰厚度180mm。结构见《化

（C）工单元过程及设备课程设计》化学工业出版社：图452

下表为设计汇总：

名称 尺寸/mm 34 34 36 36 8 8 材料 名称 尺寸/mm 材料 筒体壁厚 筒体补强圈厚 外头盖短节厚 外头盖封头厚 管箱短节厚 管箱封头厚 管箱分程隔板厚 16MnR 16MnR16MnR 16MnR 管程接管 壳程接管 固定管板厚 浮头管板厚 370mm9mm20 20 310mm12mm108 80 16Mn锻 16Mn锻 16Mn锻 16MnR14 96 16MnR 钩圈厚 16MnR 无折边球封头 50 16MnR 180 浮头法兰厚 16Mn锻

22

结论

我设计的是浮头式换热器，通过查相关国家标准，根据实际要求按照常规设计的方法与步骤，根据设计取壳体的内径为1400mm，传热管长7m，传热管总根数1134根，单壳程双管程的换热器。其它尺寸可直接查得。经校核后符合设计要求。

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参考文献：

1． 《化工原理》（第三版）化学工业出版社出版 2． GB4557.1——84机械制图图纸幅面及格式 3． GB150——98钢制压力容器

4. 化工部六院编，化工设备技术图样要求，化学工业设备设计中心站，5. 《过程设备设计》（第二版）化学工业出版社 6. 《化工单元过程及设备课程设计》化学工业出版社

24

年。1991