换热器布管计算

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1、布管(1)换热管的排列方式为转角正方形排列，如下图所示(d)转角正方形排列IDi_b3=0.25d=O.25 县5=6.25mm (2)换热管中心距所选换热管d=25mm，换热管中心距宜不小于1.25倍的换热管外径, 查国标得换热管中心距S=32mm(3)布管限定圆布管限定圆直径DL=D.-2b3L 13Dl布管限定圆直径,mmD圆簡内直径.mm；般情况下不小于8mm)取 b3=8.501=气-也=5002X8*483mm具体布管图如附图U型管换热器的设计与校核1由工艺设计给定壳体公称直径为500mm,壳程的最高工作压力为1.2MPa，管程最高 工作压力为1.5MPa，壳程液体进口温度为70C

2、，出口温度为110C； 管程液体进口温度180C，出口温度125C；管长为6000mm，4管程单壳程的换热器。原油的黏度大，因此壳程走 原油，管程走被冷却的柴油。2筒体壁厚设计由工艺设计给定设计温度为150C，选用低合金钢Q345R。查 GB 150 一 2011 可知：150C 时 Q345R 的许用应力 Is i50=189MPa，厚 度暂取316mm，焊接采用双面对接焊局部无损探伤检测，焊接系 数 =0.85,钢板的厚度负偏差按GB/T 709 一 2006查3B类钢板得 钢板负偏差为C=0.3,腐蚀裕量C2=3mm,设计压力为最大工作压力的1.051.1倍，由工艺设计给定壳程的 最高工

3、作压力为1.2MPa（绝）；表压二绝压一当地大气压=1.2Mpa101.3kpa=1.1Mpa.P=（1.051.1）x1.1=1.2Mpac计算壁厚 t=（PD /26 -P ）+C +C =5.175mmcic12由于管壳式换热器在工作过程中除承受内压外还受到温差应力、支座 反力和自重等载荷的作用，因此壳体壁厚应比计算值大，对碳素钢和 低合金钢应满足GB 151 一 1999的最小厚度要求，查得U型管式换 热器的壁厚应不小于8mm，圆整后取钢板名义厚度t =8mm。n3封头厚度计算为满足强度要求，封头取与筒体相同的Q345R。查 GB 150 一 2011可知：Q345R在150C时的许用

4、应力k】5o=189MPa,厚度暂取316mm,焊接系数采用双面对接焊局部 无损探伤检测，焊接系数 =0.85，钢板负偏差为C=0.3,腐蚀裕量 C2=3mm。封头为标准椭圆形封头，计算厚度：t =罟标准椭圆形封头K=12IS.I -0.5Pct=1X 1.2X500/ (2X189X0.85 - 0.5X 1.2 )+C +C =5.17mm 1 2与筒体壁厚的设计厚度近似，为加工方便圭寸头壁厚取t =8mm。n4管箱短节圆筒、封头厚度计算由工艺设计给定设计温度为200C，表压二绝压一当地大气压=1.5Mpa101.3kpa=1.4Mpa设计压力 P =(1.051.1)X1.4=1.5Mp

5、aC为满足强度和加工要求，管箱短节封头取与筒体相同的材料Q345R。根据 GB 150 一 2011可知：200C时 Q345R的许用应力 k loo=183MPa，厚度暂取316mm，焊接系数采用双面对接焊局部 无损探伤检测，焊接系数 =0.85，钢板负偏差为C=0.3,腐蚀裕量 C2=3mm。计算短节圆筒壁厚：PD1.5x500750 c “t 二c_i二=2.42mm2lS bo P 2 x183x 0.85 -1.5309.6T =t+C +C =2.42+0.3+3=5.72mmn12根据GB 151 一 1999规定 碳素钢和低合金钢的最小厚度应不小于8mm,圆整后取8mm标准椭圆

6、形封头K=1封头为标准椭圆形封头，计算厚度：1.5x 500750 小.t 二2xl83x 0.85-0.5x1.5二31035-2.4加加与筒体壁厚的设计厚度近_ KPD2肌C-6.5Pc似，为加工方便封头壁厚取8mm。强度校核如SW6所示5换热管材料、规格及功能的确定由于管板选用的是与筒体一样的材料16Mn（锻件），钢板的硬度i9mm，采用拉杆定距管结构，如图所示a查 GB 151 一 1999 （表 4345 ）得换热管外径为25mm时，拉杆直径d=i6mm,材料为不锈钢，4根；拉杆螺纹公称直径 d =16mm, L =20mm, L $60mm, b=2.0mmnab0X45a）管箱法

7、兰的选择已知D =500mm, P =1.5 Mpa，介质温度V200C，所以选用甲型NN平焊法兰（平面法兰），查得法兰型号为JB/T 4701 一 2000。压紧面 形式为全平面密圭寸，材料为16MnR。由于腐蚀裕量为3mm,故加厚 短节为2mm。查JB/T 4701 一 2000得法兰连接尺寸：D =500mm,ND=630mm,D1=590mm,D2=555mm,D3=545mm,D4=542mm, =44mm,d=23mm。配套螺柱为M20X28个，查JB/T 4707 2000选用等长双头螺柱（A 型）d=d2=20mm, L0=50mm, C=2.5mm, r=6mm,b）壳体法兰

8、的选择D=500mm, P =1.2 Mpa，介质温度V200C，所以选用甲型平焊法 NN兰（平面法兰），材料为16MnR，压紧面形式为全平面密封查JB/T 4701 2000得法兰连接尺寸：D =500mm，ND=630mm,D1=590mm,D2=555mm,D3=545mm,D4=542mm,& =44mm,d=23mm。配套螺柱为M20X28个，材料为40MnB查JB/T 4707 一 2000选用 等长双头螺柱（A 型）d=d2=20mm， L0=50mm，C=2.5mm， r=6mm，Z/uL=?C）接管法兰的选择根据HG20592 1997 Dn=125 Pn=1.5选用板式平焊

9、法兰（标准号 为 HG20593）,全平面密封，连接尺寸:D=250，K=210, L=18X8（M16）O 8垫片的选择一般情况下垫片材料为非金属软垫片（GB3985石棉橡胶板）垫片 500-1.6 JB/T 4704 一 2000查得垫片尺寸 D=544mm， d=504mm， 6 =3mm法兰垫片接触面外径D4=542mm垫片接触面宽度N= (542504)三2=19mm基本密封宽度，查 GB150 2011 表 7 一 1, b 二 N/2二9.5mmo管箱垫片选用缠绕垫片标号为JB/T4719-1992如图所示为四管程管箱垫片钢带为填料为石棉D垫片外径d垫片内径山內定位加强环内径mn

10、u查 JB / T4719-1992 得 D=554,d=522,di=5189管板设计换热器公称直径Dn为500mm,即D.二500mm ；由于管板不兼作法 兰，所以管板与管箱圆筒、壳程圆筒之间的连接方式为a型(管板通过垫片与壳体法兰和官箱法兰连接);换热管规格为（p 25mmX 2.5mm, Lo=6000mm,换热管实际排管换热管实际排管根数60；换热管排列方式为斜正方形，管心距为32mm；换热管与管板的连接方式：先焊后强度胀接；管板分程隔板槽深4mm,管箱法兰采用JB/T 4701 一 2000，查 GB150.2 一 2011 得圆筒材料:Q345R|g50=189MPa 艮贏。二

11、183MPa管板材料：16Mn 锻件 硏。二 150MPa |g50=167MPa 换热管材料：10号钢 k I。=108MPa计算 D , A ， A， D， p ， CG dtttc垫片压紧力作用中心圆直径DGb 6.4mm 时 b 二 2.53.、：b = 2.53 xj9.5 二 7.8 mmD = 542 - 2 x 7.8 = 526.4 mmG沿隔板一侧的排管数n =10和8根隔板槽两侧相邻中心距S =32 mmn在布管区范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，而未能被换热管支承的面积对于正方形排列 A 二 nS（S - S）=（10 + 8）x32去2迈-32）= 7635 mm

12、 2dn管板布管区面积 A = 2nS2 + A =2x60x322 + 7635 =130515mm 2td一根换热管管壁金属的横截面积a查 GB151 一 1999 附录 J 表 J1 得 a=176.71 mm 2管板布管区的当量直径D 卡壬亞I二407.8mm t V兀管板布管区的当量直径与壳程圆筒内径之比P =二 （a型连接2R= D ）p = D=4078=0.775 t 2 R 526.4t 2 RG=1.2903t系数C，对于a型连接方式，Kf二0,按!；查GB151 一 1999图19得：C =0.266确定管板设计压力 不能保证p与p在任何情况下都同时作用，并两侧均为正压时

13、，取两者中的大者stp =max( p , p )=max(1.5,1.2)=1.5MPads tiC n11 5x0 266管板厚度计算 5= 0.82 x D x ：召=0.82 x 526.4 x ：门 . 二 35.2mmG lipin片 0.4x 150管板设计厚度5 = 35.2+6+4+0.8=46mm（加上腐蚀裕量6mm和分程隔板槽厚度4mm）d管板名义厚度5 =46mm D=542mmnGB 151 一 1999中用于一般场合，管板最小厚度要求应符合：d 0.75d = 18.75mm 符合。mino10接管油的经济流速范围为0.51.0m s-1（1）接管的选型各接管直径由

14、流速及其流量，按如下公式进行计算7 4V i4md = s =s-兀u p兀u管程流体进出口接管：流速取0.8m s-1,|4ms I 4x23000.,d = 103.6mm1 叩 u3.14 x 948 x 3600 x 0.8查HG20592-1997可知，选用管程接管公称通径为Dn=125mm,钢管外径为Do=133mm,接 管材料为20号钢,查GB9948设计温度下的许用应力 k l0L131MPa,负偏差为0.8mm,壳程流体进出口接管：流速取0.75ms-1,J4mI 4x14817_ _d = s = 97.83mm2 叩 u3.14 x 730 x 3600 x 0.75查H

15、G20592-1997可知，选用壳程接管公称通径为Dn=100mm,钢管外径为Do=108mm接 管材料为20号钢，查GB9948设计温度下的许用应力 k l50.140MPa,负偏差为0.8mm11折流板折流板按等间距布置，管束两端的折流板尽可能靠近壳程进、出口接 管。折流板缺口水平上下布置，为防止液体中有气体进入壳体，在缺 口朝下的折流板最高处开通气口，如图所示折流板间距为150mm,圆缺口高度h=1 / 3Do+5mm=172mm, 且 25mm钢管的最大无 支撑跨距为1850mm,所以折流板的最小厚度为12mm,公称直径Dn=500折流板的名义外 直径=500 4.5=495.5mm。查国标151-1999 （表35）得折流板管孔直径=换热管外径+0.7=25.7mm12 U形管的尾部支撑板U形管换热器中，靠近弯管段其支撑作用的折流板，如图所示,结构尺寸A+B+C之和应不大于最大无支撑跨距A+B+C 1850, 推出 BV646mm,取 300mm11分程隔板一般情况，压差不大，由于DN=500mm所以选择材料为Q345R厚度8 = 10mm共2个隔 板,隔板槽宽度为12mm,13管孔和拉杆孔查GB151-1999 （表16）可知，管孔直径为25.25,允许偏差+0.15,拉杆孔直径=拉杆直径+1.0=17mm