【導讀】螺旋折流板式換熱器的設(shè)計-好。折流板是提高換熱器工效的重要部件傳統(tǒng)換熱器中最普遍應(yīng)用的是弓形折。流板由于存在阻流與壓降大有流動滯死區(qū)易結(jié)垢傳熱的平均溫差小振動條件下。易失效等缺陷近年來逐漸被螺旋折流板所取代理想的螺旋折流板應(yīng)具有連續(xù)的。螺旋曲面由于加工困難目前所采用的折流板一般由若干個14的扇形平面板替代。曲面相間連接形成近似的螺旋面在折流時流體處于近似螺旋流動狀態(tài)相比于弓。形折流板在相同工況下這樣的折流板被稱為非連續(xù)型螺旋折流板可減少壓降45. 左右而總傳熱系數(shù)可提高20～30在相同熱負荷下可大大減小換熱器尺寸。輕工制藥能源等工業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用本換熱器是用于空氣壓縮機級間冷卻。采用常溫冷卻水將壓縮后的高溫空氣冷卻到一定溫度本次設(shè)計采用固定管板式。定的設(shè)計參數(shù)假設(shè)傳熱系數(shù)計算換熱器的換熱面積以及初步確定換熱器型號換。已設(shè)計出的工藝尺寸設(shè)計筒體管箱接管折流板以及各部分之間的連接等結(jié)構(gòu)和

　　

【正文】 或 l＞ 900 管孔直徑 d07 d04 允許偏差 040 0 結(jié)論折流板管孔直徑 257mm 折流板外直徑及允許偏差應(yīng)符合《換熱器設(shè)計手冊》表 1633 中的規(guī)定 結(jié)論折流板直徑 2590mm 支撐跨距 換熱管在其材料允許使用溫度范圍內(nèi)的最大無支撐跨距應(yīng)按表 49 定 表 49 換熱管在其材料允許使用 溫度范圍內(nèi)的最大無支撐跨距 換熱管外徑 10 12 14 16 19 25 32 38 45 57 最大無支撐跨距 鋼管 1100 1300 1500 1850 2200 2500 2750 3200 有色金屬管 750 850 950 1100 1300 1600 1900 2200 2400 2800 注 1 不同的換熱管外直徑的最大無支撐跨距值可用內(nèi)插法求得 2 環(huán)向翅片清可用翅片根徑作為換熱管外直徑在表中查取最大無支撐跨距然后再乘以假定去掉翅片的竹子與有翅片的管子單位長度重量比的四次方根 即成正比的縮小 3本表列出的最大無支撐跨距不考慮流體誘導振動否則應(yīng)參照附錄 E的準則 411 拉桿 1 拉桿與管板焊接連接的桿孔結(jié)構(gòu) 拉桿與管板焊接連接的拉桿孔結(jié)構(gòu)拉桿孔深度 l3 等于拉桿孔直徑 d1 拉桿孔直徑按式 式中 拉桿直徑 mm 拉桿孔直徑 mm 2 拉桿與管板螺紋連接的拉桿螺紋結(jié)構(gòu) 拉桿與管板螺紋連接的拉桿螺紋結(jié)構(gòu)螺紋深度按式 式中 螺孔深度 mm 拉桿螺孔公 稱直徑 mm 結(jié)論拉桿直徑為 16mm 螺紋深度為 20mm 結(jié)構(gòu)形式 常用拉桿的形式有兩種 ①拉桿定距管結(jié)構(gòu)適用于換熱管外徑大于或等于 19mm 的管束按表 15 規(guī)定 ②拉桿與折流板點焊結(jié)構(gòu)適用于換熱管外徑小于或等于 14mm 的管束 當管板較薄時也可采用其他的連接結(jié)構(gòu) 圖 418 拉桿的連接尺寸 拉桿的直徑和數(shù)量可以按表 410 表 411 用 表 410 換熱管的的直徑 換熱管外徑 d 10≤ d≤ 14 14＜ d＜ 25 25≤ d≤ 57 拉桿直徑 dn 10 12 16 結(jié)論拉桿直徑為 16mm 表 411 桿的數(shù)量 公 稱 直徑 DNmm 拉桿 直徑 DN mm ＜ 400 ≥ 400 ＜ 700 ≥ 700 ＜ 900 ≥ 900 ＜ 1300 ≥ 1300 ＜ 1500 ≥ 1500 ＜ 1800 ≥ 1800 ＜ 2021 ≥ 2021 ＜ 2300 ≥ 2300 ＜ 2600 10 4 6 10 12 16 18 24 28 32 12 4 4 8 1 12 14 18 20 24 16 4 4 6 6 8 10 12 14 16 在保證大于或等于表 412 所給定的拉桿總截面積的前提下拉桿直徑和數(shù)量可以變 動但其直徑不得小于 l 0mm 數(shù)量不少于 16 根 結(jié)論拉桿數(shù)量為 16 個 拉桿的連接尺寸按表 412 定 拉桿的長度按需要確定本設(shè)計中拉桿的長度為 8510mm 表 412 不同拉桿對應(yīng)的螺紋 拉桿直徑 d 拉桿螺紋及 公稱直徑 dn 10 10 13 ≥ 40 15 12 12 15 ≥40 20 16 16 20 ≥ 60 30 布置 拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣對于大直徑的換熱器在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適當數(shù)量的拉桿任何折流板應(yīng)不少于 3 個支承點 412 支座 生產(chǎn)中的各種容器都 是通過支座面固定在某一位置上雖然容器的結(jié)構(gòu)和形狀不一樣但他們的支座型式主要有三種立式容器支座臥式容器支座和球形容器支座支座型式的選用要根據(jù)設(shè)備的重量結(jié)構(gòu)承受的載荷及操作等要求來確定 本設(shè)計要求用到的是臥式容器支座臥式容器支座可分為鞍座式圈座式和支腿式三種支座小型臥式容器設(shè)備用支腿式支座圈座式很少使用鞍座式支座應(yīng)用較多 鞍座式支座由墊片又叫加強板腹板徑向直立筋板肋板軸向直立筋板底板構(gòu)成當器璧較厚時支座的環(huán)向應(yīng)力不大時可不加墊板其標準系列的直徑范圍為DN1594000mm 同一公稱直徑分輕重型兩種形式根據(jù)底板螺 栓孔形狀又分成固定鞍座圓形螺栓孔和活動鞍座長圓形螺栓孔兩種形式每臺設(shè)備只用兩個鞍座應(yīng)采用固定與活動鞍座各一個多于兩個鞍座是不恰當?shù)囊驗榘白礁叨鹊奈⑿〔町悤斐芍ё芰Σ痪鶑亩鹌鞅诘牟焕麘?yīng)力 根據(jù)所選的支座所承受的載荷不超過支座的允許 33 載荷選用鞍座式支座其DN 2600mmJBT471292 根據(jù) JBT471212021 選擇鞍式支座選擇 BI 型其中筋板數(shù)為 6 如下圖所示 圖 419 鞍式支座結(jié)構(gòu)及參數(shù) 參數(shù)如下 允許載荷 Q 1950KN 鞍座高度 h 250mm 底板 mm 腹板 筋板 墊板弧長 螺栓配置 間距螺孔螺紋 M20 孔長 鞍座質(zhì)量 每增加 100mm 高度增加的質(zhì)量為 5 螺旋折流板式換熱器的強度計算 51 設(shè)計條件 表 51 換熱器設(shè)計條件 管程 殼程 壓力 MPa 操作 045 039 設(shè)計 05 05 溫度℃ 操作進出 3438 399369 設(shè)計 100 100 介質(zhì) 水管程 丁二烯殼程 腐蝕余量 mm 2 2 程數(shù) 6 1 焊接接頭系數(shù)φ 085 085 52 結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù) a 換熱管 換熱器公稱直徑 DN2600 即 換熱管規(guī)格 換熱管排管根數(shù) n 4158 換熱管為轉(zhuǎn)角三角形排列 管心距 S 32mm 換熱管與管板的連接形式脹接 殼程側(cè)管板結(jié)構(gòu)開槽深度 3mm 管板分程隔板槽深 4mm b 管箱法蘭 管箱法蘭采用 JB 47022021 法蘭 WN260010MFM 可以得到 法蘭外直徑 法蘭螺柱孔中心圓直徑 法蘭密封面尺寸 管箱法蘭厚度 螺栓數(shù)量 螺柱規(guī)格 M24 如圖 51 圖 51 雙螺栓結(jié)構(gòu) 查 JB4707－ 1992 得則螺柱有效承載面積 53 前端管箱開孔補強計算 根據(jù) GBT1501998表 81允許不另行補強的最大接管外徑是Φ 89mm本開孔外徑為 89mm 因此不需要另行考慮其補強 54 殼體上開孔補強計算 1 補強及補強方法判別 補強判別 根據(jù)《過程設(shè)備設(shè)計》表 415 允許不另行補強的最大接管外徑為本開孔外徑等于 273mm 故需另行考慮其補強 補強計算方法判別 開孔直徑 本凸形封頭開孔直徑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 開孔所需補強面積 封頭計算厚度 由于在橢圓形封頭中心區(qū)域開孔所以封頭計算厚度按下式確定 式中 查《過程設(shè)備設(shè)計》表 45 開孔所需補強面積 先計算強度削弱系數(shù) 注接管使用 10 號鋼 開孔 所需補強面積按下式計算 有效補強范圍 有效寬度 B 取大值 故 B 538mm 有效高度 外側(cè)有效高度 取小值 故 內(nèi)側(cè)有效高度 取小值 故 4 有效補強面積 封頭多余金屬面積 封頭多余金屬面積 接管多余金屬面積 接管計算厚度 接管多余金屬面積按式計算 接管區(qū)焊縫面積焊腳取 60mm ④有效補強面積 ⑤所需另行補強面積 那么開孔后不需要另行補強 55 受壓元件材料及數(shù)據(jù)查 GBl501998 1 圓筒材料 16MnR 鋼板標準為 GB6654 查表 41 200℃設(shè)計溫度下許用應(yīng)力 200℃設(shè)計溫度下屈服應(yīng)力 查表 F5200℃金屬溫度下彈性模量 查表 F6200℃金屬溫度下平均線性膨脹系數(shù) 100℃金屬溫度下平均線性膨脹系數(shù) 2 換熱管材料 10 號鋼 鋼板標準為 GB8163 查《過程設(shè)備設(shè)計》表 D2[1] 200℃下許用應(yīng)力 查 GB1501998 表 F2200℃設(shè)計溫度下屈服應(yīng)力 查表 F5200℃金屬溫度下彈性模量 6597℃金屬溫度下彈性模量 可用中值法 查表 F66597℃金屬溫度下平均線性膨脹系數(shù) 3 管板法蘭材料 16Mn 鍛件 JB4726 查表 45 200℃設(shè)計溫度下許用應(yīng)力 200℃設(shè)計溫度下屈服應(yīng)力 100℃設(shè)計溫度下許用應(yīng)力 100℃設(shè)計溫度下屈服應(yīng)力 查表 F5 200℃金屬溫度下彈性模量 100℃金屬溫度下彈性模量 4 螺柱材料 40Cr GB3077 調(diào)質(zhì) 查表 47 常溫下許用應(yīng)力 100℃設(shè)計溫度下許用應(yīng)力 100℃設(shè)計溫度下屈服應(yīng)力 200℃計溫度下許用應(yīng)力 200℃計溫度下屈服應(yīng)力 5 墊片材料鍍鋅薄鋼板包石棉橡膠板 查表 92 墊片系數(shù) 比壓力 56 換熱管穩(wěn)定許用壓應(yīng)力 查 GBl51 一 l999 附錄 J 表得換熱管的回轉(zhuǎn)半徑 由圖 GBl51 一 l999 中圖 32 可知失當量長度為 系數(shù) 因為故 故選用換熱管合格 57 封頭筒體校核計算 表 52 封頭筒體校核計算表 前端管箱封頭計算 計算單位 計算條件 橢圓封頭簡圖 計算壓力 Pc 045 MPa 設(shè)計溫度 t 10000 C 內(nèi)徑 Di 260000 mm 曲面高度 hi 65000 mm 材料 16MnR 正火 板材 設(shè)計溫度許用應(yīng)力 t 18900 MPa 試驗溫度許用應(yīng)力 18900 MPa 鋼板負偏差 C1 000 mm 腐蝕裕量 C2 200 mm 焊接接頭系數(shù) 085 厚 度 及重 量計 算 形狀系數(shù) 計算厚度 306K 1 mm 有效厚度 e n C1 C2 1400 mm 最小厚度 min 1600 mm 名義厚度 n 1600 mm 結(jié)論 滿足最小厚度要求 重量 96530 Kg 壓 力 計 算 最大允許工作壓力 [Pw] 17254 MPa 結(jié)論 合格 后 端管箱封頭計算 計算單位 計算條件 橢圓封頭簡圖 計算壓力 Pc 045 MPa 設(shè)計溫度 t 10000 C 內(nèi)徑 Di 260000 mm 曲面高度 hi 65000 mm 材料 16MnR 正火 板材 設(shè)計溫度許用應(yīng)力 t 18900 MPa 試驗溫度許用應(yīng)力 18900 MPa 鋼板負偏差 C1 000 mm 腐蝕裕量 C2 200