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U型管换热器设计方案

用户：上海航天能源股份有限公司
型号：KSI600D-1500
任务书编号：SR12023
工作令：SWA12171
图号：SW01-013-00

编制：日期：

1、设计标准
本设计中U型管换热器属于换热设备，属管壳式（列管式）换热器。应以安全为前提，综合考虑质量保证的各个环节，尽可能做到经济合理，可靠的密封性，足够的安全寿命。设计标准如下：
a.TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》
b.GB151-1999《管壳式换热器》
c.GB150.1~150.4-2011《压力容器》
c.HG20584-1998《钢制化工容器制造技术要求》
d.JB4712.2-2007《容器支座》
2、U型管换热器的特点
U型管换热器仅有一个管板，管子两端均固定在同一管板上，这一换热器的优点是：管束可以自由伸缩，不会因为管壳之间的温差而产生热应力，热补偿性能好；管程为双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好；承压能力强；管束可从壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单，造价便宜。

缺点：管内清洗不便，管束中间部分的管子难以更换，又因最内层管子弯曲半径不能太小，在管板中心部分部管不紧凑，所以管字数不能太多，且管束中心部分存在间隙，使壳程流体易于短路而影响壳程换热。此外，为了弥补弯管后管壁的减薄，直管部分必须用壁较厚的管子。这就影响了其适用场合，仅宜用于管壳壁温相差较大，或壳程介质易结垢而管程介质不易结垢，高温、高压、腐蚀性强的场合。

3、材料选择
一、管程材料
①筒体与封头的材料选择：
该设备管程设计压力1.0MPa，设计温度70°，介质为天然气。天然气最主要的成分是甲烷，经过处理的天然气具有无腐蚀性，因此可选用一般的钢材。由操作条件可知，该容器属于低压、常温范畴。在常温下材料的组织性和力学性能没有明显的变化。但根据客户的要求，选用材料S31603，执行GB24511-2009《承压设备用不锈钢钢板及钢带》的相关要求。
②换热管的材料选择：
根据该设备的压力、温度、介质的腐蚀程度，按照GB151《管壳式换热器》及客户技术规格书中的换热管有关要求，选用GB13296《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》材质，牌号为：00Cr17Ni14Mo2。
③管板材质的选择：
根据GB151《管壳式换热器》中的管板材料的有关要求，可以选用钢板及锻件。本台设备管板较厚，依据标准选择S31603II级锻件，符合标准NB/T47010-2009承压设备不锈钢及耐热钢锻件的要求。
④接管的材料选择：
根据GB150《钢制压力容器》引用标准以及接管要求焊接性能较好且塑性好的要求，故选择00Cr17Ni14Mo2GB14976-2002《流体输送用不锈钢无缝钢管》作各型号接管。因设备设计压力较高，涉及到开孔补强问题，在后面的强度计算过程中，选择S31603II锻件作为接管材料。
⑤法兰的材料选择：
法兰选用HG/t20615-2009钢制管法兰，材质：S31603II，符合NB/T47010-2009承压设备不锈钢及耐热钢锻件标准。
二、壳程材料：
①筒体与封头的材料选择：
该设备管程设计压力1.0MPa，设计温度70°，介质为热水。因此可选用一般的钢材。由操作条件可知，该容器属于低压、常温范畴。在常温下材料的组织性和力学性能没有明显的变化。但根据客户的要求，选用材料S31603，执行GB24511-2009《承压设备用不锈钢钢板及钢带》的相关要求。
②接管的材料选择：
根据GB150《钢制压力容器》引用标准以及接管要求焊接性能较好且塑性好的要求，故选择00Cr17Ni14Mo2GB14976-2002《流体输送用不锈钢无缝钢管》作各型号接管。因设备设计压力较高，涉及到开孔补强问题，在后面的强度计算过程中，选择S31603II锻件作为接管材料。
③法兰的材料选择：
法兰选用ASMEB16.5-2009钢制管法兰，材质：S31603II，符合NB/T47010-2009承压设备不锈钢及耐热钢锻件标准。
三、其他附件、连接件：
与受压件相焊的的垫板，选用与壳体一致的材料：S31603GB24511-2009；
其余非受压件，选用Q235-BGB3274《碳素结构钢和低合金钢热轧厚钢板和钢带》；
设备紧固件选用JB/T4707-2000《等长双头螺柱》、GB/T6170-2000六角螺母；
4、设计参数的确定
根据用户提供的容器运行条件，确定该设备的设计参数如下：

5、结构设计
一、管箱设计：
①管箱筒体强度设计：
前端管箱筒体计算结果计算单位江苏盛伟过滤设备有限公司计算所依据的标准GB150.3-2011计算条件筒体简图计算压力Pc1.00MPa设计温度t70.00C内径Di600.00mm