【導讀】本文設計的列管式換熱器為四管程固定管板式換熱器。固定管板式換熱器的優(yōu)點。核傳熱系數(shù)，計算出實際的換熱面積，最后進行壓力降和壁溫的計算。計算滿足工藝要求。具體尺寸確定、確定具體位置、管板厚度的計算、鞍座應力計算、開孔補強計算等。

　　

【正文】 管徑 / mm 192? ? 管心距 25 管長 / mm 3000 管子排列 正三角形 管數(shù)目 /根 72 折流板數(shù) /個 9 傳熱面積 /m2 折流板間距 /mm 280 管程數(shù) 4 材質 碳鋼 主要計算結果 管程 殼程 流速 /(m/s) 傳熱膜 系數(shù) / W/m2℃ 污垢熱阻 / m2℃ / W 阻力 損失 /MPa 熱負荷 /W 傳熱溫差 /℃ 傳熱系數(shù) / W/(m2℃ ) 裕度 /% 22 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 16 第 3 章 換熱器的 結構設計及 強度計算 筒體壁厚計算 由工藝設計給定的設計溫度 65 60 C2? ??， 操作壓力為 ，選低合金結構鋼板 Q345R 卷制 .材料 ? 時的許用應力 ? ? 189MPat? ? [4]，厚度偏差 1 ? ,在無特殊腐蝕 情況下，對于碳素鋼和低合金鋼， 2C 不小于 1m ，取 2 2mmC ? ，焊接系數(shù)?? 。 設計壓力通?？扇∽罡吖ぷ鲏毫Φ?~ 倍 [5]，而計算壓力是指在相應設計溫度下 ，用以確定原件厚度的壓力，應包括液柱靜壓力等附加載荷，對于臥式容器，不需要考慮液柱靜壓力，則計算壓力： 1. 10 1. 1 1. 0 1. 1 MPacpp? ? ? ? 計算厚度： ? ? ct ic pDp ?? ??? 2 ? ?? ??? tcp ? (31) 1 .1 3 0 0 0 .8 7 5 6 m m2 1 8 9 1 .1? ????? 對于壓力較低的容器，按照強度公式計算出來的厚度很薄，往往會給制造和運輸、安裝帶來困難，為此對殼體原件規(guī)定了不包括腐蝕裕量的最小厚度 min? ，對碳素鋼、低合金鋼制的容器， min? 不小于 3mm[5],因此取 3mm?? 。 設計厚度： 2 3 2 5m md C??? ? ? ? ? (32) 名義厚度： ???? 1Cdn ?? (33) ???? ? ??? 圓整至鋼材標準規(guī)格的厚度，取 8mmn? ? 。 有效厚度： 12 8 0 .7 5 2 5 .2 5 m men CC??? ? ? ? ? ? ? (34) 水壓實驗壓力： ? ?? ?1 .2 5 1 .2 5 1 .1 1 1 .3 7 5 M PaTc tpp ??? ? ? ? ? (35) 所選材料的屈服應力 345MPas? ? 水壓試驗應力校核 : ? ? ? ?1 . 3 7 5 3 0 0 5 . 2 5 3 9 . 9 7 M P a2 2 5 . 2 5T i eTepD ?? ? ? ? ?? ? ?? (36) 0 . 9 0 . 9 1 3 4 5 3 1 0 . 5 M PaTs? ? ?? ? ? ? ? 水壓試驗 強度滿足要求 。 劉松：反應釜冷卻器設計 17 管箱短節(jié)、封頭厚度計算 管箱短節(jié)厚度計算 由工藝設計給定的設計參數(shù)為：設計溫度 ? ，操作壓力為 ， 管箱材料選用 Q345R 卷制，查閱 GB15020xx，材料在 ? 時許用應力為 ? ? 189MPat? ? [4]，厚度負偏差 1 ? ，腐蝕裕量 2 2mmC ? ，焊接系數(shù) ?? ，所選材料的屈服應力345MPas? ? [4]， 。 計算 壓力 : MP acp ? ? ? (37) 計算厚度： ? ? ct ic pDp ?? ??? 2 ? ?? ??? tcp ? (38) 1 . 3 2 3 0 0 1 . 0 5 1 3 m m2 1 8 9 1 1 . 3 2? ???? ? ? 對于壓力較低的容器，按照強度公式計算出來的厚度很薄，往往會給制造和運輸、安裝帶來困難，為此對殼體原件規(guī)定了不包括腐蝕裕量的最小厚度 min? ，對碳素鋼、低合金鋼制的容器， min? 不小于 3mm[5]， 因此取 3mm?? 。 設計厚度 : 2 3 2 5m md C??? ? ? ? ? (39) 名義厚度： ???? ? ??? 圓整至鋼材標準規(guī)格的厚度，取 8mmn? ? 。 有效厚度： 12 men CC??? ? ? ? (310) 水壓試驗壓力： ? ?? ?1 .2 5 1 .2 5 1 .3 2 1 1 .6 5 M PaTc tpp ??? ? ? ? ? (311) 水壓試驗應力校核： ? ? ? ?1 . 6 5 3 0 0 5 . 2 5 4 7 . 9 6 8 M P a2 2 5 . 2 5T i eTepD ?? ? ? ? ?? ? ?? (312) 0 . 9 0 . 9 1 3 4 5 3 1 0 . 5 M PaTs? ? ?? ? ? ? ? 水壓試驗強度滿足要求。 封頭厚度計算 由于橢圓形封頭應力分布比較均勻，且橢圓形封頭易沖壓成型，選擇標準橢圓形封頭 ，封頭材料選用 Q345R，設計壓力 為 ， 材料在 ? 時許用應力為? ? 189MPat? ? [4]，厚度負偏差 1 ? ，腐蝕裕量 2 2mmC ? ，焊接系數(shù) ?? ，所選材料的屈服應力 345MPas? ? [4]， 。 計算壓力等于設計壓力，即 ? 計算厚度： 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 18 ? ? ct ic pDp ?? ??? (313) 1 . 3 2 3 0 0 1 . 0 5 m m2 1 8 9 1 0 . 5 1 . 3 2? ???? ? ? ? 對于壓力較低的容器，按照強度公式計算出來的厚度很薄，往往會給制造和運輸、安裝帶來困難，為此對殼體原件規(guī)定了不包括腐蝕裕量的最小厚度 min? ，對碳素鋼、低合金鋼制的容器， min? 不小于 3mm[5],因此取 3mm?? 。 設計厚度： 2 3 2 5m md C??? ? ? ? ? (314) 名義厚度： ???? ? (315) ??? 圓整至鋼材標準規(guī)格的厚度，取 8mmn? ? 。 有效厚度： 12 men CC??? ? ? ? (316) 水壓試驗壓力： ? ?? ?1 .2 5 1 .2 5 1 .3 2 1 1 .6 5 M PaTc tpp ??? ? ? ? ? (317) 水壓試驗應力校核： ? ? ? ?1 . 6 5 3 0 0 5 . 2 5 4 7 . 9 6 8 M P a2 2 5 . 2 5T i eTepD ?? ? ? ? ?? ? ?? (318) 0 . 9 0 . 9 1 3 4 5 3 1 0 . 5 M PaTs? ? ?? ? ? ? ? 水壓試驗強度滿足要求。 根據(jù) 參考文獻 [8]，當封頭公稱直徑 20xx?DN 時，直邊高度 h 宜為 25mm， 冷卻器的公稱直徑為 300mm， 則封頭的直邊高度 25mmh? ，并且 100mmH? 。封頭的形式如圖 31 所示： 圖 31 封頭的結構形式 劉松：反應釜冷卻器設計 19 筒體接管開孔補強校核 （ 1） 補強及補強方法的判別 ①補強判別 殼體開孔處接管 分 別 為 108mm 4mm? ? 無縫鋼管 （ 100mmDN ? ）和 25mm 2mm? ? 無縫鋼管（ 20mmDN? ）。 當在設計壓力小于或等于 的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距大于兩孔直徑之和，且接管公稱外徑小于或等于 89mm，只要接管的厚度滿足表 31 的要求，就可不另行補強 [3]。 表 31 不另行補強的接管最小厚度 接管公稱外徑 25 32 38 45 48 57 65 76 89 最小厚度 因此只需要對 108mm 4mm? ? 無縫鋼管開孔處進行開孔補強校核。 ②補強計算方法判別 接管材料選用 16Mn，材料的許用應力 ? ? 181MPatn? ? ，厚度偏差 1 0mmC ? ，腐蝕裕量 2 2mmC ? ，因此 2mmC? 。 開孔直徑： 2 10 0 2 2 10 4 m mid d C? ? ? ? ? ? (319) 筒體開孔直徑 1 0 4 2 1 5 0 m midD? ? ?，滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。 （ 2）開孔所需的補強面積 開孔所需的補強面積 先計算強度削弱系數(shù) rf ， ? ?? ? 9 57 1 891 81 ??? rtnrf ??，接管有效厚度 4 2 2 m me t n t C??? ? ? ? ?。 開孔所需的補強面積 ： ? ?ret fdA ??? 12??? (320) ? ? 21 0 4 3 2 3 2 1 0 . 9 5 7 7 3 1 2 . 5 0 7 6 m m? ? ? ? ? ? ? ? （ 3）有效補強范圍 ① 有效寬度 B 2 2 1 0 4 2 0 8 m mBd? ? ? ? 2 2 1 0 4 2 8 2 4 1 2 8 m mn n tBd ??? ? ? ? ? ? ? ? ? (321) 取以上兩式 的最大值，故 208mmB? 。 ②有效高度 外側有效高度 1h ： 1 1 0 4 4 2 0 .4 m mnthd ?? ? ? ? (322) 1 150mmh? （實際外伸高度） 取以上兩式的最小值，故 1 ? 。 內側有效高度 2h ： 2 1 0 4 4 2 0 .4 m mnthd ?? ? ? ? (323) 02?h （實際內伸高度） 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 20 取以上兩式的最小值，故 02?h 。 （ 4）有效補強面積 ①封頭多余金屬面積 筒體有效厚度 ? ? 筒體多 余金屬面積 1A ： ? ?? ? ? ?? ?reete fdBA ?????? 121 ????? (324) ? ? ? ? ? ? ? ? 22 0 8 1 0 4 5 . 2 5 3 2 2 5 . 2 5 3 1 0 . 9 5 7 7 2 3 3 . 6 1 9 3 m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ②接管多余金屬面積 接管計算厚度： ? ? 1 . 1 1 0 0 0 . 3 0 4 8 m m2 1 8 1 1 1 . 12 cit t pd p? ?? ?? ? ?? ? ?? 接管多余金屬面積 2A ： ? ? ? ? retret fChfhA 2212 22 ???? ??? (325) ? ? 22 2 0 . 4 2 0 . 3 0 4 8 0 . 9 5 7 7 0 6 6 . 2 4 m m? ? ? ? ? ? ? ③接管區(qū)焊縫面積（焊角取 ） 23 12 6 .0 6 .0 3 6 m m2A ? ? ? ? ? ④有效補強面積 21 2 3 3 3 5 .8 5 9 3 m meA A A A? ? ? ? (326) 由于 AAe? ,則開孔后不需要另行補強。 管箱接管開孔補強校核 （ 1） 補強及補強方法的判別 ： ①補強判別 管箱開孔處接管 分別為 89mm 4mm? ? 無縫鋼管（ 80mmDN? ）和 25mm 2mm? ? 無縫鋼管（ 20mmDN? ）。 根據(jù)表 31，只需對 89mm 4mm? ? 無縫鋼管開孔處進行開孔補強校核。 ②補強計算方法判別 接管材料選用 16Mn，材料的許用應力 ? ? 181MPatn? ? ，厚度偏差 1 0mmC ? ，腐蝕裕量 2 2mmC ? ，因此 2mmC? 。 開孔直徑： 2 81 2 2 85m mid d C? ? ? ? ? ? (327) 冷卻器封頭開孔直徑 85 m m 2 15 0 m midD? ? ?，滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。 （ 2）開孔所需的補強面積 開孔所需的補強面積 先計算強度削弱系數(shù) rf ， ? ?? ? 9 57 1 891 81 ??? rtnrf ??，接管有效厚度