课程设计-固定管板式换热器.docx

1 前言在第一部分进行工艺计算结束后,应进行下一步:开始换热器主体结构以及零部件的设计和强度计算。这一过程主要包括壳体和封头的厚度计算、材料的选择、管板厚度的计算、接管计算、开孔补强计算，还有主要构件的设计（如管箱、壳体、折流板、拉杆、膨胀节等）和主要连接（包括管板与管箱的连接、管子与管板的连接、壳体与管板的连接等），具体计算如下：3.1 壳体与管箱厚度的确定根据计算得出的软水进出口温度，选择设计温度为80℃；设计压力为1.0Mpa。3.1.1壳体和管箱材料的选择由于所设计的换热器属于常规容器，并且在工厂中多采用低碳低合金钢制造，故在此综合成本、使用条件等的考虑，选择16MnR为壳体与管箱的材料。16MnR是低碳低合金钢，具有优良的综合力学性能和制造工艺性能，其强度、韧性、耐腐蚀性、低温和高温性能均优于相同含碳量的碳素钢，同时采用低合金钢可以减少容器的厚度，减轻重量，节约钢材。3.1.2圆筒壳体厚度的计算及校核焊接方式：选为双面焊对接接头，全部进行无损探伤，故焊接系数；根据GB6654《压力容器用钢板》和GB3531《低温压力容器用低合金钢板》规定可知对16MnR钢板其：材料在80℃的许用应力（厚度为6～16mm时）壳体计算厚度按下式计算为：设计厚度为：名义厚度查其最小厚度为6mm，则此时厚度不满足要求,取有效厚度为水压试压压力为所选材料的屈服应力为水压试压应力水压试压应力校核即水压试压强度满足要求,设计的厚度是合适的。mm3.1.3管箱厚度计算及校核此时选用标准椭圆形封头，材料为16MnR,故，且同前面一样，其中，采用双面焊对接接头，部分进行无损探伤的焊接形式，取材料在205℃的许用应力为则封头计算厚度为：设计厚度名义厚度 （为向上圆整量）； 考虑到和法兰及管板连接的最小厚度取有效厚度水压试压压力水压试压应力为水压试压校核即水压试压强度满足要求,设计的厚度是合适的。查JB/T4746—2002《钢制压力容器用封头》可得封头的型号参数如下表3-1：表3-1 DN400标准椭圆形封头参数DN(mm)总深度H(mm)直段长度l(mm)内表面积A(㎡)容积(m3)封头质量（㎏）4001251000.20490.01159.7 封头处的厚度同前管箱短节部分的厚度一样,为6mm。3.2隔板隔板与管箱采用角接焊,与管板进行开槽密封连接。查GB151-1999可知：分程隔板槽槽深，槽宽为12mm，且分程隔板的最小厚度为8mm。焊接方式如下图3-1所示:图3-13.3接管设计3.3.1 壳程接管(1) 壳程接管公称直径壳程进出口接管:取接管内软水的流速为则直径为:按照钢管厚度系列，取公称直径可选接管的规格为，接管的材料选为20号钢。(2) 接管法兰形式与尺寸根据接管的公称直径，公称压力可查HG20592～20635－97钢制管法兰、垫片、紧固件，选择板式平焊钢制管法兰，其具体尺寸如下表3-2所示：表3-2法兰参数公称直径DN钢管外径A1连接尺寸法兰厚度C法兰内径B1法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺栓TH323812090144M121619具体形式如图3-2所示：图3-2(3) 接管高度(伸出长度)圆整,取3.3.1 管程接管(1) 管程接管公称直径壳程进出口接管:取接管内软水的流速为则直径为:按照钢管厚度系列，取公称直径可选接管的规格为，接管的材料选为20号钢。(2) 接管法兰形式与尺寸根据接管的公称直径，公称压力可查HG20592～20635－97钢制管法兰、垫片、紧固件，选择板式平焊钢制管法兰，其具体尺寸如下表3-3所示：表3-3法兰参数公称直径DN钢管外径A1连接尺寸法兰厚度C法兰内径B1法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺栓TH4045130100144M121646(3) 接管高度(伸出长度)圆整,取3.3.2排液口、排气口 排液口和排气口的公称直径大小一般不小于,本次采用的公称直径为。3.4开孔补强根据GB150-2011，允许不另行补强的最大接管外径是，本次设计的壳程接管、管程接管、排液口和排气口均小于，因此不需要另行考虑开孔补强问题。3.5法兰与垫片3.5.1管箱法兰与封头法兰管箱与法兰、封头与法兰均采用对接焊，查JB4700-2000压力容器法兰可选固定端的壳体法兰和管箱法兰为长颈对焊法兰，平面密封面，材料为锻件20MnMoⅡ，其结构如图3-3，其具体尺寸如下表3-4：（单位为mm）图3-3表3-4 DN400长颈对焊法兰尺寸DN法兰螺柱对接筒体最小厚度DD1D2D3D4Hhaa1Rd规格数量400540500465455452349525171412221223M202063.5.2 垫片查JB4700-2000压力容器法兰，根据设计温度可选择垫片型式为金属包垫片，