固定管板换热器设计.doc

1.换热器壳体壁厚计算
(1)选择钢材：壳程介质为煤油，煤油为易燃易爆液体，危害毒性为轻度（IV级），根据SH3075-1995《石油化工钢制压力容器材料选用标准》中表4.1.1选Q235-B钢材作为壳体材料。
(2)确定各设计参数：根据GB151-1999《管壳式换热器》3.12.1的规定选取设计温度t=110℃；查GB150.2-2011《压力容器》第二部分材料表D.1并进行差值计算得Q235-B的许用应力「」t=112MP；按表2-10，面对接焊采用双面局部无损探伤，焊接接头系数=0.85；,根据GB151-1999《管壳式换热器》查钢板厚度负偏差=0.8㎜（假设其钢板名义厚度为8～25㎜），腐蚀裕量=2㎜，厚度附加量C=+=2.6㎜；取Pc=1.1Pw,Pw=0.1P,可得：Pc=1.1×0.1=0.11MPa
(3)计算壁厚：
=EQEQEQEQ5.78mm
有效厚度
按钢板厚度规格向上圆整后，取壳体名义厚度为10mm,此值在初始假设厚度范围，故得
2.换热器封头的壁厚计算
由于Di/2hi=2时，椭圆形封头的应力分布较好，且封头的壁厚与相连的筒体厚度大致相等，便于焊接，经济，合理，适用于低压容器，所以选择标准椭圆形封头，其形状系数K=1.0。
由公式得：
有效壁厚:
按钢板厚度规格向上圆整后取得名义厚度
根据JB/T25198-2010标准，标准椭圆形封头为DN1000×10,曲面高度=275mm,直边高度=40mm,如图所示，材料选用Q235-B。
椭圆形封头直边高度h的选用
封头材料碳素钢、普通低合金钢、复合钢板不锈钢、耐酸钢封头厚度4～810～18≥203～910～18≥20直边高度h254050254050
3压力试验及其强度校核
根据公式确定水压试验压力：

再根据公式校核壳体强度：

钢板在试验压力下的屈服极限MPa
可计算出：

由于,所以液压试验时壳体强度满足要求。
4.换热器压力容器法兰的选择与计算
(1)由壳体的设计压力=0.11MPa,按照设计压力公称压力的原则,就进确定法兰公称压力为0.25MP,为保证安全，所以就进提高一个公称压力等级，暂定法兰公称压力为0.6MPa。
(2)根据容器法兰公称直径等于其相连的壳体内径，可得法兰的公称直径DN=1000mm,同时由设计温度t=110℃和以上的初定的公称压力PN=0.6MPa,根据JB/T4700-2000《压力容器法兰分类与技术条件》表1初步选取甲型平焊法兰。
(3)根据介质特性及壳体材料确定法兰材料为Q235-B，并根据t=110℃和PN=0.6MP,根据NB/T47020-2012《压力容器法兰分类与技术条件》表6，查得其最大允许工作压力为0.4MP。
(4)由于0.4MP>0.11MP即法兰最大允许工作压力大于设计压力，所以选择公称直径DN=1000mm，公称压力PN=0.6MP,材料为Q235-B的甲型平焊法兰。
(5)由于工作介质为煤油，根据《过程设备设计》表4-11选择突面密封面，确定垫片为耐油橡胶石棉板。根据NB/T47020-2012《压力容器法兰分类与技术条件》表2选取螺栓材料为20号钢,螺柱材料为35号钢。
查JB/T4701-2000表1查得法兰的结构尺寸如表所示：
公称直径
DN公称压力
PN法兰，mm螺柱Dd规格数量10000．6113010901055104510424823M2036

图3-2容器法兰（图面形式）
(6)压力容器法兰标记为：法兰-FM1000-0.6JB/T4703-2000
5管板的选择与尺寸计算
管程工作压力为0.1,可算管程的设计压力Pt=1.1Pw=0.11MPa(取管板的公称压力为0.6MPa)的管板，材料为16Mn。
根据《换热器设计手册》表1-6-9，可查得：在公称直径DN=1000mm,壳程公称压力Ps=1.0MPa=Pt下的管板尺寸如下表所示：
表3-2管板尺寸
Ps
MPaPt
MPaDNDD1D2D3D4D5d2规格数量bfb备注0.60.61000113010901055997
1042100023M203642526分程隔板的选择
根据《化工单元过程及设备课程设计》表4-1查得1200≥DN＞600时，隔板最小厚度为10mm。材料为Q235-B。根据GB151-1999中5.6.6.2确定分程隔板槽深5mm，宽12mm。拐角处倒成圆角4mm×45°。
7膨胀节的选用与计算
固定管板式换热器在换热过程中，管束与壳体有一定的温差存在，而管板、管束与壳体是刚性连接在一起，当温差达到某一个温度直时，由于过大的温差应力往往会引起壳体的破坏和管束的弯曲，需设置补偿装置，如膨胀节。膨胀节是安装在固定管板式换热器上的挠性构件，对管束与壳体间的变形差进行补偿，