资源描述
摘要
本设计是双管程固定管板式换热器，是目前应用较为广泛的换热器。固定管板式换热器的优点是：结构简单、紧凑，能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换；这种换热器使用于壳侧介质清洁且不宜结垢，并能进行清洗管束，壳程两侧温差不大或者温差较大但壳侧压力不高的场合。
本台换热器主要完成的是甲醇蒸汽、水蒸气-水之间的热量交换，设计压力为管程0.6MPa，壳程0.6MPa，工作温度管程进/出口32/42℃，壳程进出口91.86/86.4℃，设计温度管程60℃，壳程150℃，管程介质为0.4MPa的水，壳程介质主要为0.1MPa的甲醇蒸汽（85%）与水蒸气（15%）的混合物，传热面积为158m2，采用Φ25×2.5×4500的无缝钢管换热，则可计算出446根换热管，DN=800mm的圆筒。本台换热器的管板延长兼做法兰，管板与换热管的连接方式为焊接，因管板上的应力较多，且内外温度有一定的差值，因此，对管板强度的校核是一个重点，也是一个难点，本文按照弹性支撑假设对管板进行设计和校核的。
关键词： 换热管； 固定管板； 温差应力
Abstract
This design is about fixed plate heat exchanges. At present this exchanges are most used.
The advantages of the fixed tube-shell exchanged: The exchanged can bear high press; the price of making is low; Structure is simple and compacted; we can wash the tubes easily; we can change the broken tubes conveniently. The foremost shortcoming of the fixed tube-shell exchanged is the heats tress between the shell and the tubes is very large.
This exchanged is mainly completed the heat exchange from hot water steam to water. The design pressure of the tube-side is 0.6MPa. The design pressure of the shell-side is 0.6MPa. The work temperature of the import and export of the tube-side is 32/42℃.The work temperature of the import and export of the shell-side is 91.86/86.4℃. The design temperature of the tube-side is 60℃.The design temperature of the shell-side is 150℃.The fluid of the tube-side is 0.4MPa water and the fluid of the shell-side is 0.1MPa methyl alcohol（85%）steam and water steam（15%）. The area for exchanging heat is 158㎡.The heat exchanged used the tube Φ25×2.5×4500.We can work that this is heat exchanged consist of 446tubes and the DN of shell is 800mm.We weld the tube to the plate because there has a stress between the tube-side and shell-side that is really difficult to work out. The tube plate is designed and checked based in elastic supporting assumption.
Keywords: heat exchange tube； fixed tube sheet； thermal stress
目 录
第一章换热器综述 1
1.1 换热器的概述 1
1.2 管壳式换热器的分类 1
1.2.1 固定管板式换热器 1
1.2.2 浮头式换热器 2
1.2.3 U形管换热器 2
1.2.4 填料函式换热器 2
1.3 换热器设计方案的原则 3
1.3.1 满足工艺和操作的要求 3
1.3.2 满足经济上的要求 3
1.3.3 保证安全生产 3
1.4 换热器管结垢及除垢 3
1.4.1 手工或机械方法 4
1.4.2 冲洗法 4
1.4.3 化学除垢 4
1.5 换热器泄漏后如何进行试漏检查及堵管 4
1.5.1 试漏检查 4
1.5.2堵管 4
1.6 换热器腐蚀的主要部位及腐蚀原因 5
1.6.1 换热器腐蚀的主要部位 5
1.6.2 腐蚀原因如下 5
1.7 换热器的发展前景 5
第二章换热器传热工艺计算 7
2.1 原始数据 7
2.2 定性温度及确定其物性参数 7
2.3 传热量与水流量计算 8
2.4 有效平均温差计算 9
2.5 管程换热系数计算 10
2.6 结构的初步设计 11
2.7 壳程换热系数计算 11
2.8 传热系数计算 13
2.9 管壁温度计算 13
2.10 管程压力降计算 14
2.11 壳程压力降计算 15
第三章固定管板式换热器结构设计计算 17
3.1 换热管材料及规格的选择和根数的确定 17
3.2 布管方式的选择 17
3.3 筒体内径的确定 17
3.4 筒体壁厚的确定 18
3.5 管箱短节壁厚的计算 19
3.6 筒体水压试验 19
3.7 封头厚度的确定 20
3.8 管箱水压试验 20
3.9 容器法兰的选择 20
3.10 管板尺寸的确定及强度计算 21
3.11 是否安装膨胀节的判定 31
3.12 防冲板尺寸的确定 32
3.13 折流板尺寸的确定 32
3.14 各管孔接管及其法兰的选择 32
3.15 开孔补强计算 35
3.16 鞍座 择及应力校核 38
总结 42
参考文献 43
致 谢 44
沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 换热器综述
第一章 换热器综述
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。
1.1 换热器的概述
换热器在石油、化工、动力、能源、轻工、核能、食品等行业有着广泛的应用，其中管壳式换热器最为广泛。在化工生产的工艺过程中，各种传热单元，如：加热、蒸发、冷凝等。换热器是一种将热量从高温流体传递到低温流体的工艺设备。在化工厂中换热设备的投资约占总的投资的10%~20%，在炼油厂中约占总投资的35%~40%。
随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器既可是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器。
1.2 管壳式换热器的分类
管壳式换热器是把换热管与管板连接，再用壳体固定的一种换热器。根据管板和壳体的连接方式，管壳式大致可将其分为：固定管板式、浮头式、U型管式、填料函式等几种。
1.2.1 固定管板式换热器
固定管板式换热器两端管板采用焊接方式与壳体连接。由于结构简单、紧凑、制造成本低，能得到最小的壳体内径，管程可分为多程，壳程也可分为双程，规格范围广，故在工程中广泛应用。该换热器的缺点是壳程清洗困难，管壳程间有温差应力存在，当热冷流体温差较大时，需在壳体设置膨胀节。固定管板式换热器适用于介质清洁，不易结垢，以及温差不大或温差虽大但壳程压力不高的场合。
1.2.2 浮头式换热器
浮头式换热器只有一端管板与壳体固定，而另一端的管板壳在壳体自由浮动。这种换热器最大的优点是解除了壳体与换热管之间的相互约束，管束和壳体间不产生温差应力，因而可适用于温差较大的场合。浮头端设计成可拆结构，使管束能容易地插入或抽出壳体，这样为检修、清洗提供方便。但是该换热器结构复杂，而且浮头端小盖在操作时无法判断泄露情况，因此在安装时要特别注意其密封。
1.2.3 U形管换热器
换热器是将换热管弯曲成U型，换热管的两端固定在同一块管板上。该换热器由于壳体与换热管相互之间不产生相互的约束，因此不会产生由于热变形不同而产上的温差应力。该换热器由于只有一块管板，且无浮头，故结构简单，造价低。由于管束可以从壳体内抽出，换热管的外壁便于清洗，但换热管内清洗困难，因此换热管内应走清洁且不易结垢的物料。该换热器的缺点是由于管束中心存在空隙，液体易短路，影响传热效率。同时一旦换热管出现问题，更换非常困难，只能采用堵死的方法，这将造成传热面积的损失。该换热器由于结构简单，特别适用于高温高压的场合。
1.2.4 填料函式换热器
填料函式换热器是又一种为消除管子与壳体间热变形的不同而发展起来的固定管板式换热器，该换热器适用于壳程压力不高、介质腐蚀严重、 温差大而经常需要更换管束的场合。从结构上说它具有浮头式换热器的优点，又克服了固定管板式换热器的缺点，结构简单，制造方便，易于清洗。但由于填料的密封效果较差，因此该换热器不适宜于操作压力和温度过高的场合，壳程内不适宜于走易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质。
1.3 换热器设计方案的原则
1.3.1 满足工艺和操作的要求
设计出来的流程和设备首先要保证质量，操作稳定，这就必须配置必要的阀门和计量仪表等，并自确定方案时，考虑到各种流体的流量，温度和压强变化使采取什么措施来调节，而在设备发生故障时，维修应方便。
1.3.2 满足经济上的要求
在确定某些操作指标和选定设备型式以及仪表配置时,要有经济核算的观点,既能满足工艺和操作要求,又使施工简便,材料来源容易,造价低廉。如果有废热可以利用,要尽量节省热能,充分利用,或者采取适当的措施达到降低成本的目的。
1.3.3 保证安全生产
在工艺流程和操作中若有爆炸、燃烧、中毒、烫伤等危险性,就要考虑必要的安全措施。又如设备的材料强度的演算,除按规定应有一定的安全系数外,还应考虑防止由于设备中压力突然升高或者造成真空而需要装置安全阀等。以上提到的都是为了保证安全生产所需要的。设计方案也可能一次定不好,后来需要修改,但各物料流通路线和操作指标的改动都对后面的计算有影响,所以最好第一次确立就考虑周到些.
1.4 换热器管结垢及除垢
因为换热器大多是以水为载热体的换热系统，由于某些盐类在温度升高时从水中结晶析出，附着于换热管表面，形成水垢。在冷却水中加入聚磷酸盐类缓冲剂，当水的PH值较高时，也可导致水垢析出。初期形成的水垢比较松软，但随着垢层的生成，传热条件恶化，水垢中的结晶水逐渐失去，垢层即变硬，并牢固地附着于换热管表面上。 此外，如同水垢一样，当换热器的工作条件适合溶液析出晶体时，换热管表面上即可积附由物料结晶形成的垢层；当流体所含的机械杂质有机物较多、而流体的流速又较小时，部分机械杂质或有机物也会在换热器内沉积，形成疏松、多孔或胶状污垢。换热器管束除垢的方法主要有下列三种。
1.4.1 手工或机械方法
并用压缩空气，高压水和蒸汽等配合吹洗。当管子结垢比较严重或全部堵死时，可用管式冲水钻（又称为捅管机）进行清理。当管束有轻微堵塞和积垢时，借助于铲削、钢丝刷等手工或机械方法来进行清理，
1.4.2 冲洗法
冲洗法有两种。第一种是逆流冲洗，一般是在运动过程中，或短时间停车时采用，可以不拆开装置，但在设备上要预先设置逆流副线，当结垢情况并不严重时采用此法较为有效。 第二种方法是高压水枪冲洗法。对不同的换热器采用不同的旋转水枪头，可以是刚性的，也可以是挠性的，压力从10MPa至200Mpa自由调节。利用高压水除污垢，无论对管间、管内及壳体均适用。高压水枪冲洗换热器效果较好,应用广泛。
1.4.3 化学除垢
换热器管程结垢，主要是因为水质不好形成水垢及油垢的结焦沉淀和粘附两种形式，用化学法除垢，首先应对结垢物质化验分析，搞清结垢物性质，就可以决定采用哪种溶剂清洗。一般对硫酸盐和硅酸盐水垢采用碱洗（纯碱、烧碱、磷酸三钠等），碳酸盐水垢则用酸洗（盐酸、硝酸、磷酸、氟氢酸等）。对油垢结焦可用氢氧化钠、碳酸钠、洗衣粉、液体洗涤剂、硅酸钠和水按一定的配比配成清洗液进行清洗。采用化学清洗的办法，现场需要重新配管，比较花费时间。
1.5 换热器泄漏后如何进行试漏检查及堵管
1.5.1 试漏检查
为了查明管子的泄漏情况，首先要作水压试验，一般均采用在管子外侧加压力的外压试验。其方法是：把水通入壳体，保持一定时间，用目测检查两端管板处管子的泄漏情况，对漏管做出记录。
1.5.2堵管
管子本身的泄漏一般情况下是无法修复的，假如泄漏管子的数量不多时，可以用圆锥形的金属堵头将管口两端堵塞，如管程压力较高时，堵紧后再焊住更可靠。堵头的长度一般为管内径的2倍，小端直径应等于0.85倍的内径，锥度为1:10，堵头材料的硬度应低于或等于管子的硬度。用堵管来消除泄漏时堵管数不得超过10%。
1.6 换热器腐蚀的主要部位及腐蚀原因
1.6.1 换热器腐蚀的主要部位
换热器腐蚀的主要部位是换热管、管子与管板连接处、管子与折流板交界处、壳体等。
1.6.2 腐蚀原因如下
(1).换热管腐蚀
由于介质中污垢、水垢以及入口介质的涡流磨损易使管子产生腐蚀，特别是在管子入口端的40-50mm处的管端腐蚀，这主要是由于流体在死角处产生涡流扰动有关。
(2).管子与管板、折流板连接处的腐蚀
换热管与管板连接部位及管子与折流板交界处都有应力集中，容易在胀管部位出现裂纹，当管与管板存在间隙时，易产生Cl+的聚积及氧的浓差，从而容易在换热管表面形成点坑或间隙腐蚀使它成为SCC的裂源。管子与折流板交界处的破裂，往往是由于管子长，折流板多，管子稍有弯曲，容易造成管壁与折流板处产生局部应力集中，加之间隙的存在，故其交界处成为应力腐蚀的薄弱环节。
(3).壳体腐蚀
由于壳体及附件的焊缝质量不好也易发生腐蚀，当壳体介质为电解质，壳体材料为碳钢，管束与折流板为铜合金时，易产生电化学腐蚀，把壳体腐蚀穿孔。
1.7 换热器的发展前景
换热器的所有种类中，管壳式换热器是一个量大而品种繁多的产品，由于国防工业技术的不断发展，换热器操作条件日趋苛刻迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。近年来，我国在发展不锈钢铜合金复合材料铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。钛对海水氯碱醋酸等有较好的抗腐蚀能力，如再强化传热，效果将更好，目前一些制造单位已较好的掌握了钛材的加工制造技术。铝镁合金具有较高的抗腐蚀性和导热性，价格比钛材便宜。近年来国内在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率，减少传热面积降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。
16
沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器传热工艺计算
第二章 换热器传热工艺计算
2.1 原始数据
管程水的进口温度t=32 ℃
管程水的出口温度t=42 ℃
管程水的工作压力P=0.4
壳程物料的进口温度t=91.86℃
壳程水蒸汽的出口温度t=86.4℃
壳程水蒸汽的工作压力P=0.1
壳程物料的流量G=21894
2.2 定性温度及确定其物性参数
①.管程：
管程水定性温度 t===37℃ (21)
管程水密度查物性表得=993.3
管程水比热查物性表得=4.174
管程水导热系数查物性表得=0.628
管程水粘度=6.9941
管程水普朗特数查物性表得Pr=4.71
②.壳程：
壳程物料定性温度：
壳程水蒸汽冷凝点:
冷却段：==89.13℃
冷凝段：
壳程物料密度查物性表计算得：
冷却段：=85%×725.957+15%×965.866=761.943
冷凝段：=85%×3.1364+15%0.4527=2.734
壳程物料比热查物性表计算得：
冷却段：=4.522
冷凝段：=3.653
壳程物料导热系数查物性表计算得：
冷却段：=0.268
冷凝段：=0.024
壳程物料粘度：
冷却段：= 264.8
冷凝段：= 11.65
壳程物料普朗特数查物性表计算得：
冷却段：=3.417
冷凝段：=2.159
2.3 传热量与水流量计算
取定换热效率=0.98
时的汽化潜热r=85%×1046.28+15%×2276.802=1231.019
冷凝段传热量:
W (23)
则设计传热量:
==（150665.8+7484595.52）×0.98=7482556.094W
水流量:
设冷凝段和冷却段分界处的温度为
根据热量衡算:
= (24)
2.4 有效平均温差计算
逆流冷却段平均温差:
==52℃ (25)
逆流冷凝段平均温差:
℃ (26)
冷却段:
参数:P===0.164
参数:R===0.557
换热器按单壳程双管程设计则查图2-6(a)，得:
温差校正系数=0.995
有效平均温差:=0.995×52=51.7℃
冷凝段：
参数:P=
参数:R=
换热器按单壳程4管程设计则查图2-6(a)，得:
温差校正系数=1.0
有效平均温差:=1.0×59.8=59.8℃
2.5 管程换热系数计算
初选冷却段传热系数:=650
初选冷凝段传热系数:
则初选冷却段传热面积为:==
初选冷却段传热面积为:==
选用的无缝钢管做换热管
则: 管子外径=25
管子内径=20
管子长度L=4500㎜
则需要换热管根数:==根
可取换热管根数为450根
管程流通面积: ==0.071㎡
管程流速: ==2.542
管程雷诺数: ==72201.7
管程冷却段的定性温度: ℃
管程冷却段传热系数:
==10303.596 (27)
管程冷凝段传热系数为:
管程冷凝段的定性温度: (28)
管程冷凝段传热系数: ==9007.117 (29)
2.6 结构的初步设计
查GB151-1999知管间距按1.25取
管间距:s=0.032
管束中心排管数:=1.1==23.3根，取23根
则壳体内径:==804
圆整为: =0.8㎜
则长径比:== 5.625合理
折流板选择弓形折流板:
弓形折流板的弓高:=0.16m
折流板间距:= 取=250㎜
折流板数量:=16块
2.7 壳程换热系数计算
壳程流通面积: (210)
壳程流速:
冷却段:0.171
冷凝段:
壳程当量直径: (211)
冷凝段管外壁温度假定值:℃
膜温:
膜温下液膜的粘度:
膜温下液膜的密度:
膜温下液膜的导热系数为:
正三角形排列
冷凝负荷: (212)
壳程冷凝段雷诺数: (213)
壳程冷凝段传热系数:
(214)
②.冷却段管外壁温假定值:
冷却段雷诺数:
壁温下水粘度:
粘度修正系数:
壳程传热因子查图2-12得:
冷却段壳程换热系数: (215)
2.8 传热系数计算
查GB-1999第138页可知
物料的侧污垢热阻:=
管程水选用地下水，污垢热阻为:=
由于管壁比较薄，所以管壁的热阻可以忽略不计
冷却段总传热系数:
传热面积比为: （合理）
冷凝段总传热系数:
传热面积比为: （合理）
2.9 管壁温度计算
设定冷凝段的长度:
冷却段的长度:
冷却段管外壁热流密度计算:
(216)
冷却段管外壁温度:
℃ (217)
误差校核:℃ 误差不大
冷凝段管外壁热流密度计算:
(218)
冷凝段管外壁温度:
℃
误差校核:℃ 误差不大
2.10 管程压力降计算
管程水的流速:
=2.542 (219)
管程雷诺准数:72202.8
管程摩擦系数:=0.0193
压降结垢校正系数:1.4
沿程压降: (220)
管程数:2 管程回弯次数: n=1
回弯压降:
取管程出入口接管内径:250mm
管程出入口流速:
局部压降:
管程总压降:26558.192
管程允许压降:[]=35000Pa
<[] 即压降符合要求。
2.11 壳程压力降计算
壳程当量直径: (221)
壳程流通面积: (222)
壳程流速:
冷却段:
查表壳程摩擦系数: 冷却段:
壳程粘度修正系数:冷却段
管束周边压降:
冷却段管束周边压降:
(223)
导流板压降:（无导流板）
查表取壳程压降结垢系数:
冷却段
取壳程进口接管内径:
壳程出口接管内径:
壳程出口流速:
壳程进口流速:
局部压降:
冷却段
壳程总压降:
冷却段壳程总压降:
壳程允许压降: []=35000Pa
<[]即压降符合要求 ；<[] 即压降符合要求。
沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 固定管板式换热器结构设计计算
45
第三章 固定管板式换热器结构设计计算
3.1 换热管材料及规格的选择和根数的确定
表3-1 换热管材料及规格
序号
项目
符号
单位
数据来源及计算公式
数值
1
换热管材料
20#
2
换热管规格
3
传热面积
A
157.7
4
换热管根数
N
根
446
5
拉杆直径
GB151---1999《管壳式换热器》表43
16
6
拉杆数量
根
GB151---1999《管壳式换热器》表44
6
3.2 布管方式的选择
表3-2 布管方式
序号
项目
符号
单位
数据来源和数据计算
数值
1
正三角形
GB151-1999图11
2
换热管中心距
S
GB151-1999表12
32
3
隔板槽两侧相邻管中心距
GB151-1999表12
44
3.3 筒体内径的确定
表3-3 筒体内径表
序号
项目
符号
单位
数据来源和计算公式
数值
1
换热管中心距
S
GB151-1999表12
32
2
换热管根数
根
446
3
管束中心排管根数
根
=1.1
23
4
换热管外径
25
5
到壳体内壁最短距离
=0.25且不小于8
8
6
布管限定圆直径
=-2
0.784
7
筒体内径
=s（Nc-1）+3
804
8
实取筒体公称直径
D
JB/T4737-95
800
3.4 筒体壁厚的确定
表3-4 筒体壁厚确定表
序号
项目
符号
单位
数据来源和计算公式
数值
1
壳程工作压力
设计说明说
0.1
2
壳程计算压力
0.6
3
筒体内径
800
4
筒体材料
Q235-B
5
设计温度下筒体材料的许用应力
GB150-1998
132
6
焊接接头系数
0.85
7
筒体计算厚度
2.145
8
腐蚀裕量
2
9
负偏差
0
10
设计厚度
=+
4.145
11
名义厚度
GB151-1999项目5.3.2
8
12
有效厚度
6
13
设计厚度下圆筒的计算应力
40.3
14
校核
<=1320.85=112.2
合格
15
设计温度下圆筒的最大许用应力
0.51
3.5 管箱短节壁厚的计算
表3-5 管箱短节壁厚计算表
序号
项目
符号
单位
数据来源及计算公式
数值
1
设计压力
MPa
0.6
2
计算厚度
mm
1.664
3
设计厚度
d
d
mm
2.664
4
名义厚度
d
n
mm
D
9
5
有效厚度
d
e
mm
9
6
选材
GB150-1998 第四章
Q235-B
3.6 筒体水压试验
3-6 筒体水压表
序号
项目
符号
单位
根据来源及计算公式
数值
1
实验压力
0.642
2
圆筒薄膜应力
43.143
3
校核
合格
3.7 封头厚度的确定
3-7 封头厚度表
序号
项目
符号
单位
数据来源和计算公式
数值
1
封头内径
800
2
计算压力
0.6
3
焊接接头系数
0.85
4
封头材料
Q235-B
5
设计温度下的许用应力
GB150-1998
132
6
标准椭圆封头计算厚度
1.413
7
腐蚀裕量
1
8
负偏差
0
9
设计厚度
2.413
10
名义厚度
GB151-1999 项目5.3.2
9
3.8 管箱水压试验
表3-8 管箱水压计算表
序号
项目
符号
单位
根据来源及计算公式
数值
1
实验压力
0.75
2
圆筒薄膜应力
41.676
3
校核
合格
3.9 容器法兰的选择
3-9 容器法兰的选择
序号
项目
符号
单位
数据来源和计算公式
数值
1
法兰类型
甲型平焊法兰JB/T4701-2000
PN=0.6MPa
2
法兰外径
JB/T4701-2000
930
3
螺栓中心圆直径
JB/T4701-2000
890
4
法兰公称直径
JB/T4701-2000
800
5
法兰材料
16MnR
6
垫片类型
JB/T4704-2000
PN=0.6MPa
7
垫片材料
石棉橡胶板垫片GB/T3985-1995
8
垫片公称直径
JB/T4704-2000
800
9
垫片外径
JB/T4704-2000
844
10
垫片内径
JB/T4704-2000
804
11
法兰厚度
JB/T4702-2000
40
12
垫片厚度
JB/T4704-2000
3
13
螺栓规格及数量
24
14
螺栓材料
35
3.10 管板尺寸的确定及强度计算
本设计为管板延长部分兼作法兰的形式，即GB151-1999项目5.7中，图18所示e型连接方式的管板，材料16MnR锻件。
A、确定壳程圆筒、管箱圆筒、管箱法兰、换热管等元件结构尺寸及管板的布管方式；以上项目的确定见项目一至九。
B、计算、、、、、、、、、、、、；
表3-10 管板尺寸确定及强度计算表
序号
项目
符号
单位
数据来源和计算公式
数值
备注
1
筒体内径
800
2
筒体内径横截面积
502400
3
筒体厚度
8
4
圆筒内壳壁金属截面积
5
管子金属总截面积
=
7.95×104
6
换热管根数
446
7
换热管外径
25
8
换热管壁厚
2.5
9
换热管材料的弹性模量
GB150-1998表F5
189000
10
换热管有效长度
4415
11
管板布管区面积
420519.552
12
管板布管区当量直径
722.973
13
换热管中心距
GB151-1999
32
14
管板布管内开孔后的面积
281506.767
15
隔板槽两侧相邻管中心距
mm
GB150-1999
44
16
系数
0.56
17
壳体不带膨胀节时换热管束与圆筒刚度比
3.916
18
壳程圆筒材料的弹性模量
GB150-1998表F5
189000
19
系数
=/
0.158
20
系数
5.667
21
系数
8.527
22
管板布管区当量直径与壳程圆筒内径比
0.904
23
管子受压失稳当量长度
GB151-1999图32
500
24
设计温度下管子受屈服强度
GB150-1998表F2
210
25
管子回转半径
8.004
26
系数
133.3
27
管子稳定许用应力
80.394
28
校核
合格
A C.对于延长部分兼作法兰的管板，计算和
序号
项目
符号
单位
数据来源和计算公式
数值
1
垫片接触宽度
GB150-1998表9-1
20
2
垫片基本密封宽度
10
3
垫片比压力
GB150-1998表9-2
11
4
垫片系数
GB150-1998表9-2
2.0
5
垫片有效密封宽度
8
6
垫片压紧力作用中心圆直径
828
7
预紧状态下需要的最小螺栓载荷
228909.007
8
操作状态下需要的最小螺栓载荷
372828.528
9
常温下螺栓材料的许用应力
GB150-1998表F4
685
10
预紧状态下需要的最小螺栓面积
334.174
11
操作状态下需要的最小螺栓面积
544.275
12
需要螺栓总截面积
544.275
13
法兰螺栓的中心圆直径
890
14
法兰中心至作用处的径向距离
31
15
预紧状态的法兰力矩
1.156×107
16
筒体厚度
8
17
法兰颈部大端有效厚度
14
18
螺栓中心至法兰颈部与法兰背面交的径向距离
31
19
螺栓中心距FD作用处的径向距离
45
20
螺栓中心处至FT作用位置处的径向距离
38
21
作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力
301440
22
流体压力引起的总轴向力与作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力差
90568
23
操作状态下需要的最小垫片压力
21470.064
24
操作状态的法兰力矩
1.593×107
D、假定管板的计算厚度为δ，然后按结构要求确定壳体法兰厚度，计算K，k、和。
表3-11 法兰厚度计算
序号
项目
符号
单位
数据来源和计算公式
数值
1
假定管板计算厚度
50
2
壳体法兰厚度
50
3
管板材料弹性模量
GB150-1998表F5
189×103
4
换热管材料的弹性模量
GB150-1998表F5
189×103
5
管板刚度削弱系数
η
GB151-1999
0.4
6
换热管有效长度
4396
7
管板强度削弱系数
μ
GB151-1999
0.4
8
管子金属总截面积
7.95×104
9
换热管加强系数
4.478
10
管板布管区的当量直径与壳程圆筒内径之
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