固定管板式换热器设计项目新版说明书.doc

摘 要
本设计是相关固定管板式换热器结构设计，关键进行了换热器工艺计算、换热器结构和强度设计。
本设计前半部分是工艺计算部分，根据GB150-和GB151-等国家标准和技术标准等依据给定设计条件进行换热器选型，校核传热系数，计算出实际换热面积。设计后半部分关键是相关结构和强度设计，依据已选定换热器型式进行设备内部各零部件（如接管、定距管折流板、折流板、管箱等）设计，包含：材料选择、具体尺寸、确定具体位置、管板厚度计算等。
本设计以本着安全可靠、经济性好、传热效率高和保护环境为标准进行设计，符合工厂中实际应用。
相关固定管板换热器设计各个步骤，本设计书中全部有具体说明。
关键词：固定管板；管壳式换热器；结构设计

Abstract
The design is fixed with respect to the structural design of the tube plate heat exchanger, mainly for the process to calculate heat exchanger, heat exchanger structure and strength design.
The first half of this design is part of the calculation process, in accordance with GB150- GB151- and other national standards and technical standards in accordance with a given design conditions of the heat exchanger selection, check the heat transfer coefficient, to calculate the actual heat area. The second half of the design is mainly on the structure and strength of design, internal equipment all parts have been selected according to the type of heat exchanger (such as receivership, spacer tube baffles, baffles, pipe boxes, etc.) Design including: choice of materials, specific dimensions, determine the specific location of the tube plate thickness calculation.
On all aspects of the fixed tube sheet heat exchanger design, the design specification is described in detail.
Key Words: fixed tube plate; shell and tube heat exchanger；Structural Design

目 录
摘 要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
第1章 设计任务、思想 1
1.1 设计任务 1
1.2 设计思想 1
第2章 换热器工艺设计 2
2.1换热器工艺条件 2
2.2估算设备尺寸 2
2.2.1计算传热管数NT 2
2.2.2计算壳程直径D 3
第3章换热器零部件结构设计 4
3.1换热管 4
3.1.1换热管型号和尺寸 4
3.1.2换热管材料 4
3.1.3换热管排列方法和管心距 4
3.2折流板 5
3.2.1折流板关键几何参数 5
3.2.2折流板和壳体间隙 6
3.2.3折流板厚度 6
3.2.4折流板管孔 6
3.2.5材料选择 6
3.3拉杆、定距管 6
3.3.1拉杆结构形式 7
3.3.2拉杆直径、数量和尺寸 7
3.3.3拉杆部署 8
3.4防冲板 8
3.5接管 8
3.5.1接管（或接口）通常要求 8
3.5.2接管高度（伸出长度）确定 8
3.6管箱 9
3.7管板结构尺寸 10
3.8封头 11
3.9法兰结构类型 12
3.10垫片选择 12
3.11鞍座选择 12
第4章 换热器机械结构设计 14
4.1传热管和管板连接 14
4.2管板和壳体连接 14
4.3 管板和管箱连接 16
第5章 换热器强度设计和校核 17
5.1壳体、管箱壁厚计算 17
5.1.1 壳体 17
5.1.2 管箱 18
第6章 部分管件零部件校核计算 19
6.1壳程圆筒 19
6.2 管箱圆筒 19
6.3 换热管 20
6.4 管板 20
6.5 管箱法兰 21
6.6 壳体法兰 21
6.7 系数 22
6.8 计算管板参数 22
第7章 换热器制造、检验、安装和维护 24
7.1换热器制造、检验和验收 24
7.1.1筒体 24
7.1.2 换热管 24
7.1.3管板 25
7.1.4 折流板、支持板 25
7.1.5 管束组装 25
7.1.6 换热器组装 25
7.1.7 压力试验 25
7.2 换热器安装、试车和维护 25
7.2.1安装 25
7.2.2 试车 26
7.2.3 维护 26
结束语 27
参考文件 28
致谢 29

第1章 设计任务、思想
1.1 设计任务
本设计课题为固定管板式冷却器结构设计，设计包含结构设计和强度设计。其中结构设计需要选择既合理又经济结构形式，同时又能够满足制造、检修、装配、运输和维修等要求；而强度计算内容则应包含换热器材料，确定关键结构尺寸，满足强度、刚度和稳定性等要求，再依据设计压力确定壁厚，使换热器能有足够腐蚀强度。
1.2 设计思想
本设计尽可能采取优异技术、国家和行业标准，使生产既能达成技术优异，经济合理要求，又能符合优质、高产、安全、低消耗标准，具体有以下几点：
(1)依据GB150—《钢制压力容器》和GB151—《管壳式换热器》和JB/T 4715—1992等国家标准作为基础进行设计。
(2)应满足工艺还有操作要求，所设计出来步骤和设备能能够确保得到质量稳定产品，设计步骤和设备需要一定操作弹性，可方便进行流量和传热调整。
(3)应满足经济上要求，设计应节省然热能和电能消耗、降低设备和基础费用，选择比较合理回流比，节省水蒸气，设计应要全方面考虑，努力争取总费用尽可能低部分。
(4)应确保生产安全，确保换热器含有一定刚度还有强度。依据设计压力确定壁厚，再校核其它零部件强度，进行水压试验，确定容器是否有足够腐蚀裕度。

第2章 换热器工艺设计
2.1换热器工艺条件

壳程（进/出）
管程（进/出）
物料名称
泵用冷却水
循环水
物料状态
液/液
液/液
设计压力 MPa
1.1
0.6
最高工作压力 MPa
1.0
0.5
设计温度 ℃
150
60
工作温度 ℃
63/52
28/38
以下为参考数据
换热面积 m2
400
换热管规格及管束等级
φ25×2.5×6000；Ⅰ类
程数
1
4
标准规范
GB150-; GB151-
2.2估算设备尺寸
2.2.1计算传热管数NT
本设计拟用传热管规格为φ25×2.5，管长为6m，传热管数NT为
NT===850根
公式中符号：
d0 —换热管外径。mm
AP —所需换热面积。M2
L —换热管长。M
NT —换热管总数。根
2.2.2若将传热管若将传热管按正三角形排列，计算壳程直径D
依据GB151-要求，管心距定为32mm
横过管束中心线管数
Nc=1.1=33根
本设计采取四管程结构，则壳程内径为
D=t（nc-1）+（1.5）d0
=32×（33-1）+1.5×25
=1061.5mm
圆整得D= 1100mm

第3章换热器零部件结构设计
3.1换热管
3.1.1换热管型号和尺寸
除光管外，换热器还可采取多种多样强化传热管，如翅片管、螺纹管、螺旋槽管等。当管内直径两侧给热系数相差较大时，翅片管翅片应部署在给热系数低一侧。本设计选择光管。
换热管常见尺寸（外径x壁厚）关键为Φ19mmx2mm、Φ25mmx2.5mm和Φ38mmx2.5mm无缝钢管和Φ25mmx2mm和Φ38mmx2.5mm不锈钢管。
选择管径时，本设计给出换热管规格φ25×2.5规格。
3.1.2换热管材料
常见材料有碳素钢、低合金钢、不锈钢、铜、铜镍合金、铝合金、钛等。另外还有部分非金属材料，如石墨、陶瓷、聚四氟乙烯等。设计时应该依据工作压力、温度和介质腐蚀性等选择适宜材料。依据钢材标准GB/T700-中20号钢完全能够满足要求，所以本设计换热器能够选择材料为20号钢。
3.1.3换热管排列方法和管心距
管子在管板上排列有正三角形、正方形和正方形错列三种，图所表示。传热管排列应使其在整个换热器圆截面上均匀分布，同时还要考虑流体性质，管箱结构及加工制造等方面问题。正三角形排列优点：管板强度高；流体走短路机会少，不过管外流体扰动较大，所以对流传热系数较高；相同壳径内可排列更多管子；不过正三角形排列管外不易清洗。正方形排列优点是便于清洗列管外壁，适适用于壳程流体易产生污垢场所；不过在一样管板面积上可排列管子数量较少。同心圆排列方法优点靠近壳体地方管子分布较均匀，，在壳体直径较小换热管能够排列传热管数比正三角形排列还多[2]。因为本换热器流体性质属于比较结晶和不易结垢，所以能够采取正三角形排列，图（a）所表示：

图3-1 管子排列形式
管板上两传热管中心距为管心距，管心距大小关键和传热管和管板连接方法相关，另外还应该考虑管板强度和清洗管外表面时所需空间。依据GB151-要求，管心距定为32mm。
3.2折流板
折流板顾名思义是用来改变流体流向板，常见于管壳式换热器设计壳程介质流道，依据介质性质和流量和换热器大小确定折流板多少。折流板被设置在壳程，它既能够提升传热效果，还起到支撑管束作用。
常见折流板和支持板形式有弓形和圆盘-圆环形两种。弓形折流板有单弓形、双弓形和三弓形三种。在弓形折流板中，流体在板间错流冲刷管子，而流经折流板弓形缺口时是顺溜经过管子后进入下一板间，改变方向，流动中死区较少，比较优越，结构较简单，通常标准换热器中只采取这种。盘环形折流板制造不方便，流体在管束中为轴向流动，效率较低。而且要求介质必需是清洁，不然沉积物将会沉积在圆环后面，造成传热面积失效，通常见于压力比较高而又清洁介质。所以，本设计采取单弓形折流板。
3.2.1折流板关键几何参数
弓形折流板缺口高度应该使流体经过缺口时和横过管束时流速相近。缺口大小用切去弓形弦高占筒体内直径百分比来确定[1]，单弓形折流板缺口见图，依据GB151-缺口弦高h值，宜取0.20～0.45倍圆筒内直径，取系数为0.25，切去圆缺高度h=0.25×1100=275mm。

图3-2 单弓形折流板
3.2.2折流板和壳体间隙
折流板外周和壳体内径之间间隙越小，则壳体流体介质在另外泄漏越小，使传热效率提升，但同时间隙越小，又给制造、安装带来困难。依据GB151-选择折流板名义直径D＝DN-4.5＝1095.5mm
3.2.3折流板厚度
折流板厚度和壳体直径、换热管无支撑长度相关，依据GB151-折流板最小厚度δ＝4㎜，可选择δ＝8㎜
3.2.4折流板管孔
①折流板管孔直径和公差：根据GB151-要求，Ⅰ级管束换热器折流板管孔直径d＋0.7＝25+0.7＝25.7㎜及许可偏差+0.30
②管孔中心距：折流板上管孔中心距t＝32mm，公差为相邻两孔+0.30，任意两孔为+1.0
③管孔加工：折流板上管孔加工后两段必需倒角0.5×45°。
3.2.5材料选择
本设计中设计温度150°和设计压力P＝1.1Mpa，依据GB150-选择材料为Q235-B，其适用范围：容器设计压力P≤1.60；钢板使用温度为20°～300°；用于壳体时，钢板厚度小于16mm，不得用于毒性程度为极度或高度危险介质压力容器。
3.3拉杆、定距管
3.3.1拉杆结构形式
从传热角度考虑，有些换热器不需要设置折流板。但为了增加换热管刚度，预防产生过大挠度或引发管子振动，当换热器无支撑跨距超出标准要求值时，必需设置一定数量支撑板，其形状和尺寸均按折流板要求来处理[1]。
常见拉杆形式有以下两种，见下图。
a) 拉杆定距管结构，常适适用于换热管外径大于或等于19mm管束
b) 拉杆和折流板点焊结构，其适适用于换热管外径小于或等于14mm管束
c) 当管板较薄时，采取其它连接结构。[1]

图3-3 拉杆形式
本装置换热管外管径为25㎜，换热管直径为1100mm，依据上述要求可选择拉杆定距管结构。
3.3.2拉杆直径、数量和尺寸
（1）拉杆直径和数量 依据GB151-要求，拉杆直径d＝16mm，拉杆数量为6根。
（2）拉杆尺寸

图3-4 拉杆尺寸示意图
3.3.3拉杆部署
拉杆尽可能均匀部署在管束外边缘。对于大直径换热器，在布管区域内或是靠近折流板缺口处应部署合适数量拉杆，任何折流板全部应不少于3个支撑点。
3.4防冲板
防冲板是在换热器中为了预防流体直接冲刷管子而引发管子振动失稳和腐蚀而设置。
防冲板在壳体内位置，应使防冲板周围和壳体内壁所形成流通面积为壳程进口接管截面积1～1.25倍。
依据GB151-要求，防冲板固定形式为：
a) 防冲板两侧焊在定距管或拉杆上，也可同时焊在靠近管板第一块折流板上；
b) 防冲板焊在圆筒上；
c) 用U形螺栓将防冲板固定在换热管上。
依据GB151-要求，防冲板最小厚度：当壳程进口接管直径小于300㎜时，对碳钢、低合金钢取4.5mm；对不锈钢取3mm。当壳程进口接管直径大于300mm时，对碳钢、低合金钢取6mm；对不锈钢取4mm。本装置壳程进口接管直径为1100mm大于300mm，防冲板材料为Q235-A，它厚度取6mm。
3.5接管
3.5.1接管（或接口）通常要求
a) 接管宜和壳体内表面平齐；
b）接管应尽可能沿换热器径向或轴向设置；
c）设计温度高于或等于300°时，应采取对焊法兰；
d）必需时应设置温度计接口，压力表接口及液面计接口；
e）对于不能利用接管（或接口）进行放气和排液换热器，应在管程和壳程最高点设置放弃口，最低点设置排液口，其最小公称直径为20mm；
f）立式换热器可设置溢流口。
3.5.2接管高度（伸出长度）确定
接管伸出壳体（或管箱壳体）外壁长度，关键考虑法兰形式，焊接操作条件，螺栓拆装，有没有保温及保温厚度等原因决定。通常最短应符合下式计算值
I≥h＋h1＋δ＋15（mm）
式中：h—接管法兰厚度,mm
h1—接管法兰螺母厚度,mm
δ—保温层厚度,mm
I—接管安装高度,mm
依据上述要求,求接管高度为:循环水进口接管高度I＝120mm,冷却水进口接管高度I＝120mm,循环水进口接管高度为I＝120mm,循环水出口高度I＝120mm,管箱排气口接管高度I＝76mm。
3.6管箱
管箱作用是把由管道来管程流体均匀到各传热管把管内流体聚集在一起送出换热器。在多管程换热器中，管箱还起到改变流体流向作用。不管哪种管箱，其管箱最小内侧深度应该满足这么要求：使连接间流体流动横截面积最少大于或等于单管程经过截面。其结构型式有以下多个：
⑴A型（平盖管箱）图（a）装有管箱平盖（或称盲板），清洗管程时只要拆开盲板即可，而无须拆卸整个管箱和和管箱相连管路，缺点是盲板机构用材多，且尺寸较大是得用锻件，花费量大，机械加工时，提升了制造成本，并增加了一道密封泄露可能，通常多用DN＞900mm浮头式换热器。
⑵B型封头管箱型 图（b），用于单程或多程管箱，优点是结构简单，便于制造，适于高压，清洁介质，可省掉一块造价高盲板、法兰和几十对螺栓，且椭圆封头受力情况要比平端盖好多，缺点是检验管子和清洗管程时必需拆下连接管道和管箱。
⑶C型、D型管箱 这种形式是管箱一端和壳体及管板连成一体，或是用于可拆管束和管板制成一体管箱，另一端可采取A型结构，降低了泄露可能性。通常见较少，只在高压情况下使用。

图3-5 管箱结构形式
本换热器因为压力不高，而且管程为4程所以采取B型管箱。
3.7管板结构尺寸
管板在换热器制造成本中占有相当大比重，管板设计和管板上孔数、孔径、孔间距、开孔方法和管子连接方法相关。
1本换热器采取是选择固定管板兼作法兰形式管板。

图3-6 管板结构
这种管板结构尺寸，在依据确定设计压力，壳体内径来选择或设计法兰，然后依据法兰对应结构尺寸来确定管板最大直径，密封面位置、宽度、螺栓直径、位置、个数等等，依据上述确定壳体内径D＝1100mm和设计压力PN＝1.1Mpa，依据JB4707-确定法兰D＝1260mm D1=1215mm D2=1176mm D3=1156mm D4=1153mm δ=76mm d=27mm。螺柱规格M24，数量n=36
2管板孔直径和许可公差，由参考得管孔直径为25.25mm，许可偏差为+0.15 0
3管板材料
在选择管板材料时，除了考虑力学性能外，还应考虑管程和壳程流体腐蚀性能，和管板和换热管之间电位差对腐蚀影响。本换热器所采取材料是16MnR。
3.8封头
封头属压力容器中锅炉部件一个。通常是在压力容器两端使用。再有就是在管道末端做封堵之用一个焊接管件产品。
压力容器封头种类很多，分为凸形封头、锥壳、变径短、平盖及紧缩口等，其中凸形封头包含半球形分头、椭圆形封头、蝶型风头和球冠形封头。采取什么样封头要依据工艺条件要求、制造难易程度和材料消耗等情况来决定。
1） 半球形封头，在均匀压力作用下，薄壁球形容器薄膜应力分析为相同直径圆筒二分之一，故从受力分析来看，球形封头是最理想结构形式。但缺点是深度大，直径小时，整体冲击困难，大直径采取分瓣压其拼焊工作量较大。半球封头常采取在高压容器上。
2） 椭圆形封头是由半个椭圆面和短圆筒组成，因为封头椭球部分经线曲率改变平滑连续，故应力分布比较均匀，且椭圆形封头深度较半球封头小得多，易于冲压成型，是现在中、低压容器中应用较多封头之一。本设计采取椭圆形封头。
3） 蝶型封头是带折边球面封头，该边缘弯曲应力和薄膜应力叠加，使该部分应力远远高于其它部分，故应力情况不佳。但过分环壳存在降低了封头深度，方便了成型加工，且压制蝶型封头钢模加工简单，使蝶型封头应用范围较为广泛。
4） 锥壳，轴对称锥壳能够分为无折边锥壳和折边锥壳，因为结构不连续，锥壳应力分布并不理想，不过其特殊结构形式有利于固体颗粒和悬浮或粘稠液体排放，可作为不一样直径圆筒中间过渡段，所以在中、低容器中使用较为普遍。
对受均匀内压封强度计算，因为封头和圆筒相连接，所以不仅需要考虑封头本身因内压引发薄膜应力，还考虑和圆筒连接处不连续应力。连接处总应力大小和封头几何形状和尺寸，封头和圆筒厚度比值大小相关。
3.9法兰结构类型
法兰基础结构形式按组成法兰圆筒、法兰环及锥颈三部分整体性程度可分为松式法兰、整体法兰和任意式法兰三种。
1） 松式法兰：指法兰不直接固定在壳体上或虽固定而不能确保和壳体作为一个整体承受螺栓载荷结构。适适用于有色金属和不锈钢制设备或管道上。且法兰用碳素钢制作，以节省珍贵金属。但法兰刚度小，厚度较厚，通常只适适用于压力较低场所。
2） 整体法兰：将法兰和壳体锻或铸成一体或经全熔透平焊法兰，这种结构能确保壳体和法兰同时受力，使法兰厚度能够合适减薄，但会在壳体上产生较大应力。其中带颈法兰能够提升法兰和壳体连接刚度，适适用于压力、温度较高关键场所。
3） 任意法兰：从结构来看，这种法兰和壳体连成一体，但刚性介于整体法兰和松式法兰之间，这类法兰结构简单，加工方便，故在低压容器或管道中得到广泛应用。
依据JB/T4702-故选择整体式乙型平焊法兰。
3.10垫片选择
设备垫片关键有：非金属垫片、缠绕垫片和金属包垫片。通常情况下，非金属软垫片适适用于甲型平焊法兰、乙型平焊法兰、长颈对焊法兰，法兰密封面式为光滑密封或凹凸密封面。缠绕垫片适适用于乙型平焊法兰、长颈对焊法兰，法兰密封面式为光滑密封或凹凸密封面和榫槽密封面。金属包垫片适适用于乙型平焊法兰、长颈对焊法兰，法兰密封面式为光滑密封或凹凸密封面和榫槽密封面。
本换热器壳程和管程介质为泵用冷却水和循环水，工作温度和压力不高，采取非金属垫片，能够根据JB/T4720进行选择和验收。
3.11鞍座选择
本换热器是卧式换热器，换热器鞍式支座可按JB/T4712 选择。鞍式支座在换热器上分布应按下列标正确定：
a）当L≦300mm时 ，取Ls=（0.4～0.6）L
b) 当L>3000mm时 取Ls=（0.5～0.7）L
c）尽可能使Lc和Lc1相近

图3-7 鞍座

第4章 换热器机械结构设计
4.1传热管和管板连接
管子和管板连接，在管壳换热器设计中，是一个比较关键结构部分。它不仅加工工作量大，而且必需是每个连接处于设备运行中，确保介质无法泄露及承受介质压力能力。管子和管板连接形式有强度胀接、强度焊接和胀焊接混合结构。不管采取何种连接方法，全部必需满足以下两个条件:连接处确保介质无泄漏充足气密性;承受介质压力充足结协力。强度胀接结构简单，换热管修补轻易。因为胀接管端处于胀接使产生塑性变形，存在着残余应力。不锈钢管和管板不管压力大小，温度高低，通常均采取焊接结构，目标是消除换热管和管板孔间隙，从而消除间隙腐蚀。
4.2管板和壳体连接
管板和壳体连接依据换热器结构形式分为可拆连接及不可拆连接。可拆连接关键用于浮头式，U型管式和填料函式换热器固定端管板，不可拆连接在刚性结构换热器中采取，其两端管板内侧面直接焊在壳体上，而依据两端管板外侧面连接形式又分为管板兼法兰和不兼作法兰。现在用于管侧介质压力及密封性能要求不高场所即通常称为固定管板式换热器；后者多见于管侧压力很高或密封性能要求也高高温高压换热器中。
本设备选择了延长部分兼作法兰管板。图为常见兼作法兰管板和壳体连接结构，依据具体情况也可选择其它形式结构。其使用压力及场所关键依据焊缝是否焊透及焊缝受力情况。可焊透结构及对接焊缝使用压力则较高，反之则较低，图（a）为角焊缝，不管采取对接双面焊，不过进行壳程强度计算时，只能依这里焊缝为最微弱步骤取用适于壳体板厚大于10mm，壳程压力Ps≦1MPa，不适适用于易燃、易挥发及有毒介质场所。图（b）、（c) 形式焊接质量科大大提升，所以适适用在压力较高（Ps≦4MPa），设备直径较大，管板较厚场所。图（b）（e）形式使用压力更高，通常 Ps<4MPa.此时管板带有凸肩，其焊接结构性能已由交接变为对接，故承载能力更佳。在选定上述结构形式时，要尤其注意壳程介质有没有间隙腐蚀作用，则只能选择图（b）（d）两种不带垫板结构；若壳程节奏无间隙腐蚀作用，应尽可能选择带有垫片存在间隙结构形式，即图（c）、（e），它能够确保对接焊缝焊透，焊接质量更佳。至于管板上环形圆角则完全是为了降低应力集中。
图4.2.1兼作法兰管板和壳体连接结构
4.3 管板和管箱连接
管板和管箱连接多数是靠法兰连接，形式很多，伴随温度，压力及耐腐蚀情况下不一样而异。在设计中应合理选择不一样链接形式，对设备制造，安全及节省材料相关键意义。
固定管板式换热器管板和管箱法兰连接形式比较简单，除了满足工艺上要求选择一定密封形式外，按压力、温度来选择法兰结构形式。图所表示为三种最常见固定管板换热器管板和管箱法兰连接形式。图（a）结构采取平面密封形式，适适用于管程操作压力小于1.6MPa，且对气密性要求不高情况下。图（b）采取榫槽密封面形式，适于气密性要求较高场所，但含有制造要求较高，加工比较困难，垫片窄，安装不便等缺点，通常在中低压较少采取，当在较高压下采取时，法兰形式应该用长颈法兰。图（c）形式时最常见，法兰密封面采取凹凸面形式，视压力高低，法兰形式可分为平焊法兰，更过为长颈法兰。
依据本设备气密性要求和加工方便，安装便利，采取下面图（c）连接方法。

图4-1 固定管板换热器管板和管箱连接

第5章 换热器强度设计和校核
5.1壳体、管箱壁厚计算
5.1.1 壳体
16MnR（热轧），依据GB150-在设计压力1.1MPa和设计温度150℃下许用力[б]t=170MPa,受压元件焊接接头形式是双面焊对接接头或相当于双面焊全焊透对接接头，其100%无损检测下焊接接头系数Φ=1.00，局部无损检测Φ=0.85，取Φ=1.公称直径Di=1100mm，碳钢腐蚀余量C2=1mm,钢板厚度负偏差C1=0.8mm
计算厚度
δ===3.57mm≈4mm
设计厚度
δd=δ+C2=4+1=5mm
名义厚度
δn=δd +C1=5+0.8=6mm（依据GB151-要求低合金钢圆筒最小厚度为 8mm）
有效厚度
δe=δn-C2-C1=8-1-0.8=6.2mm

设计温度下圆筒计算
应力：
бt===98.13 MPa

<[б]tΦ=170×1=170MPa
设计温度下圆筒
最大许可工作应力
[]===1.91MPa>1.1MPa
5.1.2 管箱
采取16MnR(热轧)，依据GB150-在设计压力0.6MPa和设计温度60℃下许用力[б]t=170MPa,受压元件焊接接头形式是双面焊对接接头或相当于双面焊全焊透对接接头，其100%无损检测下焊接接头系数Φ=1.00，局部无损检测Φ=0.85，取Φ=1.公称直径Di=1100mm，碳钢腐蚀余量C2=1mm,钢板厚度负偏差C1=0.8mm

计算厚度
δ===2.64mm≈3mm
设计厚度
δd=δ+C2=3+1=4mm
名义厚度
δn=δd +C1=4+0.8=5mm（依据GB151-要求低合金钢圆筒最小厚度为8mm）

有效厚度

δe=δn-C2-C1=8-1-0.8=6.2mm
设计温度下圆筒计算
应力：
бt===53.52MPa

<[б]tΦ=170×1=170MPa
设计温度下圆筒最大许可工作应力
[]===1.91MPa>0.6MPa
第6章 部分管件零部件校核计算
延长部分兼作法兰固定式管板
6.1壳程圆筒
设计计算条件：
设计压力ps=1.1MPa 设计温度Ts=150
平均金属温度 ts=101 装配温度t0=15

材料名称 16MnR(热轧) 设计温度下许用应力[s]t =170 Mpa

平均金属温度下弹性模量 Es=1.9×105Mpa

平均金属温度下热膨胀系数as=1.12×105 mm/mm
壳程圆筒内径 Di =1100 mm
壳 程 圆 筒 名义厚 度=8 mm
壳 程 圆 筒 有效厚 度=6.2 mm
壳体法兰设计温度下弹性模量 =2.046×105 MPa
壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di2=2.827×105 mm2

壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )=1.528×104 mm2
6.2 管箱圆筒
设计压力pt=0.6 Mpa 设计温度Tt=60
材料名称16MnR(热轧)
设计温度下弹性模量 Eh=2.045×105 Mpa
管箱圆筒名义厚度(管箱为高颈法兰取法兰颈部大小端平均值) dh=23mm
管箱圆筒有效厚度dhe=19 mm
管箱法兰设计温度下弹性模量 =2.045×105Mpa
6.3 换热管
料名称20(GB8163) 管子平均温度Tt=33
设计温度下管子材料许用应力=130 MPa
设计温度下管子材料屈服应力=226.2 MPa
设计温度下管子材料弹性模量 =1.912×105 MPa
平均金属温度下管子材料弹性模量=1.918×105MPa
平均金属温度下管子材料热膨胀系数 =1.1×105mm/mm
管子外径 d=25 mm 管子壁厚dt=2.5 mm
管子根数 n=850 换热管中心距 S=32mm
一根管子金属横截面积=176.7 mm2
换热管长度 L=6000 mm 管子有效长度(两管板内侧间距) L=5920 mm
管束模数 =4489 Mpa 管子回转半径 =8.004 mm
管子受压失稳当量长度lcr=240 mm 系数Cr ==129.2
比值 =29.99
管子稳定许用压应力 ()时， []= =32.59 MPa
管子稳定许用压应力 ()时， []==99.99Mpa
6.4 管板
材料名称16Mn 设计温度 =80
设计温度下许用应力=150 Mpa
设计温度下弹性模量=2.038×105 MPa
管板腐蚀裕量 C2 =1mm 管板输入厚度dn=40 mm
管板计算厚度 d=36 mm
隔板槽面积 (包含拉杆和假管区面积)Ad=1.68×104 mm2

管板强度减弱系数μ=0.4 管板刚度减弱系数η= m=0.4
管子加强系数 K=4.898
管板和管子连接型式 焊接
管板和管子胀接(焊接)高度l=3.5 mm
胀接许用拉脱应力 [q]=4 Mpa 焊接许用拉脱应力 [q]=65 Mpa
6.5 管箱法兰
材料名称16Mn 管箱法兰厚度 =36 mm
法兰外径 =830 mm 基础法兰力矩 = N×mm
管程压力操作工况下法兰力=8.76×106 N×mm
法兰宽度 =70 mm
比值=0.025 比值=0.07333
系数(按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151->>图25) 0.00
系数w”(按dh/Di ,df”/Di ,查<<GB151->>图 26) 0.003472
旋转刚度 =70.4 Mpa
6.6 壳体法兰
材料名称 16Mn 壳体法兰厚度=36 mm
法兰外径 =830 mm 法兰宽度 =70 mm
比值 =0.01 比值=0.045
系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151->>图25 0.00
系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151->>图26 0.000344
旋转刚度 =8.462 MPa
法兰外径和内径之比 =1.233
6.7 系数
壳体法兰应力系数Y ( 按K查<<GB150－1998>>表9-5) 9.379
管板第一弯矩系数(按,查<<GB151->>图 27) 0.1421
系数 =19.6
系数(按查<<GB151－98>>图 29) =3.396
换热管束和不带膨胀节壳体刚度之比 =3.359
换热管束和带膨胀节壳体刚度之比
管板第二弯矩系数(按K,Q或查<<GB151->>图28(a)或(b))=2.828
系数（带膨胀节时替换Q） =0.002147
系数 (按K,Q或Qex 查图30) =0.007632
法兰力矩折减系数 =0.1625
管板边缘力矩改变系数 =3.538
法兰力矩改变系数 =0.4252
6.8 计算管板参数
管板开孔后面积 A - 0.25 npd 2=1.689×105 mm2
管板布管区面积
(三角形布管)
(正方形布管 )
管板布管区当量直径 =532.3 mm
系数 =0.5972
系数 =0.2428
系数 =4.779
管板布管区当量直径和壳体内径之比 =0.8872

第7章 换热器制造、检验、安装和维护
7.1换热器制造、检验和验收
换热器制造、检验和验收，应遵守GB151-和GB150-相关要求。
7.1.1筒体
a) 圆筒内直径许可偏差：用板材卷制时，内直径许可偏差可经过外圆周长加以控制，其外圆周长许可偏差为10mm,下偏差为0。
b) 圆筒同一断面上，最大直径和最小直径之差为e0.5%DN,
DN=0.5%×600=3mm
c) 圆筒直线度偏差为L/1000，且当L6000mm时，其值小于4.5mm。L=2652mm,所以直线度许可偏差为2652/1000=2.65mm。进行检验时，应经过中心线和垂直面即沿圆周0º、90º、180º、270º四个部位测量。
d) 壳体内壁凡有碍管束顺利装入或抽出焊缝均应磨至于母材表面平齐。
e) 插入式接管不应伸出管箱、壳体和头盖内表面。
7.1.2 换热管
a) 换热管管端外表面应除锈，用于焊接时，管端清理长度应大于管外径，且大于25mm。
b) 管端坡口应采取机械方法加工，焊前应清洗洁净。
7.1.3管板
a) 管板由高合金钢0Cr17Ni12Mo2制成，加工前表面不平度不得大于2mm,如超出此值，应优异行校平，然后进行加工。
b) 拼接管板对接接头应进行100%射线或超声检测，按JB4730进行表面检测，检测结果不低于II级，或超声检测中I级为合格。
c) 换热管和管板连接：二者采取焊接形式连接，连接部位 和管板孔表面，应清理洁净，不得有毛刺、铁屑、锈斑、油污等。焊渣及凸出于换热管内壁焊瘤均应清除。
d) 管板和换热管焊接时，管孔表面粗糙度Ra25ｕm。
7.1.4 折流板、支持板
a) 折流板、支持板管孔直径及许可误差按GB151-中5.9.3要求为19.6，但许可超差0.1mm管孔数不得超出4%。
b) 折流板、支持板外圆表面粗糙度Ra值不得大于25ｕm，外圆面两侧尖角应倒钝。还应清除折流板、支持板上任何毛刺。
7.1.5 管束组装
a) 拉杆上螺母应拧紧，以免在装入或抽出管束时，因折流板窜动而损伤换热管。
b) 穿管时不应强行敲打，换热管表面不应出现凹瘪或