结构和强度计算范本

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1、第一章绪论换热设备是使热量从热流体传递到冷流体的设备，是化工、炼油、动力、食品、 轻工、制药及其他许多工业部门防范使用的一种通用设备。在化工厂中，换热设备 的投资约占总投资的10%-20%在炼油厂中，约占总投资的35%-40%在工业生产 中，换热设备的主要作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流 体温度达到工艺流程的指标，以满足工业流程上的需要。目前国内使用的换热器多为列管换热器和螺旋板换热器。它的主要特点是管内外换热面积相等。这样当交换系数相差较大的交换介质在管内外进行热量交换时， 由于其不平衡性而达不到理想的交换目的，换热效率相对较低。虽然现在出现大量结构紧凑高效的换热设备，

2、例如：波纹板换热器、板翅式换热器、螺旋板换热器、伞板换热器等，但在个行业的换热设备中，管壳式换热器仍占据着主导地位。因为许多工艺过程都具有高温、高压、高真空、有腐蚀等特点，而管壳式换热器具有选材范围广（可为碳钢、低合金钢、铝材、铜材、钛材等），换热表面清洗较方便，适应性强，处理能力大，特别是能承受高温和高压等特点，所 以管壳式换热器被广泛应用于化工、炼油、石油化工、制药、印染以及其它许多工 业中，它使用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等方面。管壳式换热器在结构设计时，必须考虑许多因素，例如传热条件、材料、介质 压力、温度、管壳程壁温温差、介质结垢情况、流体性质以及检修和清洗条件等等， 从而确

3、定一种适合的结构形式。对于同一种形式的换热器，由于各种不同工况，往 往采用的结构并不相同。在工程设计中，应按其特定的条件进行分析设计，以满足 廿聿亜八十年代中至今，主要从事新型换热器的研究工作，由于传统的挡板式横向流 壳程，它的高度可靠性和广泛适应性，是其它板式高效换热器所不能替代的。因此， 至今它仍在工业生产中占主要地位。但它却存在传热效率低、流体流动阻力大和易 产生诱导震动等缺点。因此进一步研究开发新型高效节能管壳式换热器，无论杂理 论还是在工程实践中均有重要意义。第二章壳程筒体设计2.1设计数据当壳体与换热管的温差大于50。C时，可在壳体上设置膨胀节以减少因温差而带来的热应力。（手册52

4、3页）设计压力：Pc=1.50MP;设计温度：t=175.00 0 C;材料16MnR热扎；内径D=1600mm;根据 GB150-P4表 4-1 :材料在实验温度下的许用应力卜l-170.00MPa材料在设计温度下的许用应力L- l-170.00MPa屈服应力二s =345.00MPa采用全焊透对接接头，局部探伤，系数 =0.85;钢板负偏差G =0.00mm ;腐蚀余量C2 = 2.00mm2.2厚度计算及较核2.2.1厚度的计算PcDi2汀-Pc1.50 16002 170 0.85-1.50-8.35mm根据GB151-1999 P14表8得：筒体的最小厚度应为 12mm有效厚度e =

5、C1 -C2 -12 mm名义厚度：S n=14.00 mm;2.2.2水压实验应力校核（GB151-1999 P“）液压实验（内压换热器）FT =1.25R1=1.25 1.50 =1.875MPa170R(Dj 飞)-2莅1.875 (1600 12)2勺2=125.94MPa液压条件：二T乞0.9二s0.9 ；s=0.9 345.00 0.85=263.925MPa c圆筒满足液压条件223压力及应力计算最大允许工作压力 PJPQ = 2 12 170 0.85 = 2.i5i36Mp (Dj+6e)1600+12设计温度下许用应力=昱2/工50 1600 12 =100.75MPa2e

6、22校核条件；】=0.85X70= 14450NP H6结论；根据GB151及相关校核条件，厚度 6 =14.00mm满足要求。筒体的质量：密度d =7.85t/m3，筒体长度2875mm，厚度 14mm筒体质量 m=： Dj ；-n L nd= 314 1.6 0.014 2.875 0.014 7.85= 160*g第三章封头的设计3.1设计数据计算压力：Pc=0.50MP;设计温度：t=140.00 C;材料16MnR热扎；内径 D=1600mm;根据 GB150-1998( P14)表 4-1 :材料在实验温度下的许用应力 卜丨- 17Q00MPa材料在设计温度下的许用应力- 17Q0

7、0MPa采用全焊透对接接头，局部探伤，系数 =0.85 ;钢板负偏差G=0.00mm 腐蚀余量C2=2.00mm采用标准椭圆圭寸头K =1;旦=2;所以h =40Crnm2h3.2厚度计算及较核厚度计算根据GB150-1998(P49)受内压时的厚度计算:PcD2汀-0.50FC=2.771mm0.50 勺6002 170 0.850.50 0.50根据GB150中规定(P50):标准椭圆形封头的有效厚度应不小于封头直径的0.15%; 即卩飞 _0.15%口 = 2.40mm取有效厚度 飞八n-。2 = 10 mm最大允许工作压力P _ 2、 IW KDi +0.56e2 10 170 0.8

8、51 1600 0.5 10= 1.801MPa结论：封头的设计满足要求。根据化工设备设计手册，封头总高 H = 425mm, h 25mm（ 当 DN 乞 200Cmn时，h。=25mm），封头质量为 269.2kg）第四章 管程法兰的选择及校核4.1垫片的设计设计条件：Pc=0.50MP;设计温度：t=140.00 C;内径 D=1600mm选用石棉橡胶板XB350 PNW2.5MR ; t兰300乜；（手册 ）Pc =0.60MP ；根据 GB150表 9-2，垫片厚度=3mm, m=2.00，y=ii.00MFa采用凹面密封，D3 =1655mm, D21605mm，垫片的宽度(GB1

9、50 P94)基本密封宽度b。誇D3 -D?21655-16052=25mm接触宽度为N =50mm有效密圭寸宽度b当b乞6.4mm时，b二0 当 b0 6.4mm时，b = 2.53. b0 = 2.53 、25 = 12.65mmDG =D32b=1655 2 汉 12.65=1629.7mm垫片的压紧力预紧状态下需要的最小垫片压紧力：Fg =Fa =3.14DGby = 712066451N操作条件下需要的最小垫片压紧力：FG 二 Fa =6.28DGbmP =712066451N4.2螺栓的设计选用等长双头螺柱，M24外径d =24mm,中径d2 = 22.051mm,小径d1 =20

10、.752mm，应力截面积A = 353mm2材料：35号钢，正火处理；常温下许用应力 二b =96MPa螺栓的布置螺栓的公称直径da = 24mm，径向尺寸La =34mm， J = 26mm螺栓的最小间距L =56mm422螺栓载荷预紧状态下需要的最小垫片压紧力：FG 讦厂 3.14DGby = 712066451N操作条件下需要的最小垫片压紧力：FG 干=6.28DGbmP 2066451N螺栓的面积预紧状态下的最小螺栓面积Wa712066451=n= ii82=602258mm操作状态下的最小螺栓面积1406299257962=14648951mm需要的螺栓面积Am取A和Ap的较大值，即

11、Am =14648951mnf实际螺栓面积452 3.14 20.752242=17578949mm条件：AbAp Aa,故取 Am = 14648951mm2螺栓设计的载荷预紧状态下的螺栓设计载荷* lAm+代 r 1 14648951+17578949 一门 一W=Fg-118 = 19014461N2 2操作状态下的螺栓设计载荷W=Wp =1406299257N螺栓的质量长度 l =180mm，密度 d=7.86t/m32 2d24质量 mL=3.14180 7.86 = 0.54kg4 44.3法兰的设计选用长颈对焊法兰，FM型，凹面密封，材料为16MnR （手册P685）公称压力PN

12、=0.60MPa最大允许工作压力为 0.60MPa；环部：设计温度下的许用应力 k I =15Q60MPa ；常温下的许用应力为鼻1 =15300MFa尺寸：(mm)DNDD2DHhdRDS 0S 11600 :1760167616561454027661217151626法兰力矩计算Fg=Fp，Ld二La0.51，LaLa 1LgLg -2，Lt=g，2Db -dg冷=26， Dj = Dg = D3 b0 =165525 = 1630mm预紧状态下的法兰力矩：Lg715 163 = 425mm,2Ma =FgLg / A3 “Lg2操作状态下的法兰力矩：聾9比咤织 118X25 = 808

13、1145辺5NM p =FdLdFt LtFgLg式中：Fd =0.785Di2R =0.785 160(f 0.50 = 1004800NFg =Fp =155359953NFt 二 F -Fd =0.785D；Pc -0.785Dj2p =0.785 0.5 16302 -16002 = 3803325NLd 二 La 0.5 34 0.5 26 = 47mmLt_ Db _Dg_ 21715-16302=42.50mm34 26 42.50_ 2= 51.25mm所以:M p =1004800 47 3803325 51.25 155359.953 42.5 = 5577760207 N

14、 *mm系数的计算由图 9-7 查得 丄二h-40=0.25，二=0=1.625h。、060 11600勺6616所以整体法兰颈部应力矫正系数f=1.55, = ,(1)法兰的有效厚度、f =66mm，参数e由表9-6计算得（GB150 RQFi0.894979ho160= 0.005593618（整体法兰系数 Fi 有图 9-3 查得 Fi =0.894979, h0 = . D.0 =160 ）所以，、.fe 1 =66 0.005593618 1 =1.369178,U 23029623（2）系数 d1160 162 =33625161mm3,Vi0.36875（其中U由图9-8得，V由

15、图9-4得）I -|663所以 =二 66 二 0.0855 d1 3362518061=T=1=0724433其中T由表一5查得），所以、=、=0.0855 0.724433=0.809933由表 9-5 插值计算得：Y=27.575, Z=14.315,法兰的设计力矩取以下的最大值 Ifn= 8081145925 1506 =7954382852N *mm153M p =5779336432N *mm法兰的轴向应力fM。f 4.亦79543282852 =14074158MPa ,0.809933 262 1600法兰的径向应力:1.3笳 fe+1 ）：2DiM01.33 66 0.005

16、593618 10.809933 662 1 600W954382852=21.010165MPa法兰的环向应力:YMZ；R27.575T954382852= 266 1600-14.315 21.010165=13.95211MPa应力校核（整体法兰）J =150600MPa,1.5 =225900MR法兰的轴向应力：叭 94074158/IP 1.51法兰的径向应力：二r =21.010165/IR ：上 f法兰的环向应力：cF =139521 MFa ： L f二 H140.74158 130101652=80.876MPa :：:140.74158 13952112= 77.3468M

17、P :组合应力:结论：管程法兰满足要求 查手册P690得单个法兰质量为268.4kg第五章延长部分兼作法兰的计算2=2009600mm5.1初始数据壳程圆筒内径 Di = 1600mm，厚度、s =14.00mm，内径面积：八二 Di23.14 160(fA -44金属横截面积:2人=仍s(Dj +6 )=3.14汇14江(1600+14)= 70951.44mm2管箱圆筒厚度1 =21mm，(GB151 P31)2换热管材料选用20号钢(GB8163尺寸为38 3,长度1-0 = 3m，管子根数n = 921，拉杆数n =10换热管质量 m = 92137.59 = 715617kg换热管的

18、有效长度L= 2875mm排列方式为正三角形排列，换热管中心距 S=48mm管子在常温下的许用应力 -130.00MPa管子在设计温度下的许用应力= 13000MP设计温度下屈服点 &!=183MP (GB150 P77)QQQ面积 代=0.866nS -0.866 10 48 =1995264mm布管限定圆直径 DL = Dj -2$ =1600-2 0.25 3 1581mm管子金属总截面积：na 二 n二 f d-、f =921 3.14 3 38-3 =3036537mnf开孔面积为:n 二d2严1 3.14 382 =1043990342管束模数：印a/05 105 3036537

19、/3532393MPa t LD2875 1600a44管子的回转半径:j =Z jd2+（d _2星 丫 =汇 ：382 十（38_2工3）2 =12.420mm44L 2875管子受压失稳当量长度：G石=14375mm系数2 314 25 105 =148626183因为鵲sct_22Cr22875丙炭計EPa系数的计算开孔后的面积：A 二=3.14 1600 -104399034 = 96560966mm2 44管板布管区面积：A =0.86618 +代=0.866汉 934汉 482 +19952642=1857590784mm2管板布管区当量直径：Dt =1538297mmV兀系数：

20、Ai 96560966A 2009600二 0.4805Etna5205 10 3036537 =4.56951.92 105 7095144na30365 =0.3145A 96560966-0.4 06 0.69 =0.40.6 45695 = 7.3546扎 丸0.48050.4805、t =0.4 06 9 0.4三=0.445695 0.4 0.3145 = 11.2844Di15382971600= 0.9614t0.4805 0.4805法兰力矩基本法兰力矩：Mm =珞1_3 b =14648951 42.5 118 = 1728576218N *mm管程压力作用时法兰力矩：Mp

21、 =5577760207N mm管板数据假定管板厚度：=60mm，材料为16M门亦扎管板材料的弹性模量为Ep =1.92 105MF ,=0.4管子加强系数:2K-1.31亦 十18 1600 205 严 3079398 . 76.186Ep L601.92 105 0.4 2875 60所以 K=8.7285, k 二 K 1 - 叫=8.7285 1 -0.9614 = 0.3369法兰的计算法兰外径Df =1760mm,法兰基本宽度bf =9- =80mm2管箱法兰厚度=66mm由 A =空 0.013125和 二 二-66 =0.04125查图 26 得门：=0.0006Dj 1600

22、Di 1600旋转刚度:12 Dif1 2E；b= 10.7824MPa确定壳体法兰的厚度：=47mm由生 二3.14 34890.0002024 13532393 =0.00875和巴=/L =0 029375查图 26 得E =0.00019875 Di 1600Di 1600旋转刚度:K；比 D+bf2Efbf 2耳）十巳时= 3.562MPaDi丿fKf旋转刚度无量纲参数:壳体法兰应力参数丫，按K =勺查表 9-5 得：Y=20.31 Di按K和f查图27得：g= 0.1190.115KKf 8.7285 0.0002024=67.3592按 K和f 查图 29 得：G2 =6.015

23、系数M10.1192K Q G22 8.7285 4.5695 6.015 一。.彳按K和Q查图30得G =1.509 10lf0.0002024f G30.0002024 0.001509= 0.11830Kf.Kf0.1183 0.3235 2.2635K空釘 =0.3235 2.2635=0.7322Kf按 K和Q 查图 28, m2 =2.5295.2危险工况组合的计算壳程压力作用下的危险组合制造环境温度to = 15 C，壳程设计压力Ps=1.50MPa，管程压力为01.换热管与壳程圆筒热膨胀变形差二at L -1 - as ts不计膨胀差二0计入膨胀差Y =12.53汉 10汉(1

24、24615)9.395汉 10汇(140.5 15)=19422102.有效压力组合Pa = x S- Et不计膨胀差Pa =7.3546 1.5 0 =11.0319MPa计入膨胀差65巳=7.3546 1.5 0.3145 194.22 102.05 10 = 23.5537MPa3.基本法兰力矩系数Mm4MmPR不计膨胀差Mm恥17285762180.4805 3.14 160( 11.03194= 1.0142 10计入膨胀差Mm4 172857621830.4750 10,0.4805 3.14 160CT 23.55374.管板边缘力矩系数M = Mm +仏M M1不计膨胀差 皿=

25、1.0142汉10十2.264汇6.436沢10/=1.5585汉10_4_4a计入膨胀差M =0.4750 102.264 6.436 10 =1.5046 105.管板边缘剪力系数：二M不计膨胀差=67.3592 1.5585 10=0.1050计入膨胀差= 67.3592 1.5046 10 =0.10136.管板总弯矩系数=晋不计膨胀差0.119 0.105 2.529 (m0.34801+0.105计入膨胀差0.119 0.1013 2.529 m0.34071+0.10137.系数G按GB15俺得不计膨胀差G =0.098计入膨胀差G =0.0968.管板径向应力系数产昇不计膨胀差

26、11 0.105 0.098 cc6 =一 汉=0.00255844.5695 6.015计入膨胀差11 0.1013 0.096=沃=0.00249744.5695 6.0159.管板布管区周边处径向应力系数：匚兮KQ坛不计膨胀差30.348 1 0.105；=工f =312210r 4 8.728 4.5695 6.015计入膨胀差30.3409 1 0.1013碣=5 2 2丿=3.048汉 10r 4 8.7285 4.5695 6.01511 +u10.管板布管区周边处剪切应力系数：p*QFG不计膨胀差11+01051 U. IU30.0261p 4 4.5695 6.015计入膨胀

27、差11 0.1013 p0.0260p 4 4.5695 6.01511.壳体法兰力矩系数MwS=rMm+（AMM1不计膨胀差MWS=0.1183 1.0142 10-0.7322 0.00064-0.4566 10计入膨胀差MWs =0.1183 0.4750 10-0.7322 0.00064二 -0.4630 10,12. 管板径向应不计膨胀差0 48050.002557 11.03190.4 I 60 丿“600=24.1154MP,v1.5b =1.5x1535 = 23Q25MPa计入膨胀差0002497 235537 詈5 詈2= 50.2644MF63匕 1-3 1535=46

28、05MR13. 管板布管区周边处径向应力不计膨胀差一 .4805 11.0319 3.12110,0.41-嗨 2-0.348IL 0.3480 2 0.348-r 15- I =1.5 1535 = 23025皿巳计入膨胀差；4805 茨537 3048 10书0.41-皿 QL 2-0.3409IL 0.3409 2 0.3409叫 计入膨胀差p 二 0.48052355370.02600.41538297 = 189299Mpi 60丿tp 17.壳程圆筒轴向应力7C =-PaAs Q+G2A为壳程圆筒内直径截面积：兀 23.14 o2A = D2 =x 1606 = 200960nm2

29、 44As为圆筒壳壁金属横截面积：A 二二 s Dj 、s =3.14 14 1600 14 = 70951.44mm2不计膨胀差T0鬻0豐51籍1103115B805MPaJ C =0.85 170 = 144.5MPa计入膨胀差23.5537= 33.370曲巳2009600 0.4805 1 0.1013X 70951444.5695 6.015讥：3 上=3 0.85 170=433.5MR18.换热管与管板连接拉脱应力：q二（I为焊脚高度） 兀dlql = 0.5!t =0.5 130 = 65MFa不计膨胀差 q 二13-544 3297 = 149980MPa 73.14 汇 3

30、8 汉 2.5计入膨胀差 q 二 34.4973 329 二 38.1286MPa : 3q 丨 3.14沢38江2.5壳程压力作用下的危险组合制造环境温度to =15 c，壳程设计压力Ps =0，管程压力为 P =0.50MPa，R =-R 1；心 i；=-0.5 1 0.31451=-0.6576MPa1.换热管与壳程圆筒热膨胀变形差二d匕-1 - as ts -1不计膨胀差二0计入膨胀差= 12.53 10“ 124.6T5 -9.395 10 140.5T5 =194.22 10“2.有效压力组合P厂亠t P也不计膨胀差巳二 -11.2844 0.5 0 = -5.6422MPa计入膨

31、胀差65P -11.2844 0.5 0.3145 194.22 102.05 10 = 6.8954MPa 4M p3.基本法兰力矩系数Mp=dP不计膨胀差4 5577760207Mp36.3929 10MPap 0.4805 3.14 16003- 5.6422计入膨胀差4 5577760207Mp 0.4805 3.14 160d 6.8954一5.2423 MPa4.管板边缘力矩系数M二Mp不计膨胀差 M = -6.3929 10MFa计入膨胀差 M =5.2423 10MFa5.管板边缘剪力系数灯h：护M不计膨胀差二 67.3592- 6.3929 10；= -0.4309计入膨胀差

32、= 67.3592 5.2423 10=0.35346.管板总弯矩系数mim2m -1不计膨胀差m,11943。92.5291.70581- 0.4309计入膨胀差叶迪竺沁理0.74831 0.35347.系数G按GB151查得不计膨胀差G =G|j = 0.614计入膨胀差= Gq =.6578.管板径向应力系数1.1 G4 Q G2不计膨胀差- 一。439 0.614 = 8.2494 10MP44.5695 6.015计入膨胀差=-1 0.3534 0.0657 二 2.0992 1OMP44.5695 6.0159.管板布管区周边处径向应力系数:3 m14 K Q G2不计膨胀差3 -

33、1.70581 - 0.4309-.4 8.7308 4.5695 6.015二7.8750 10计入膨胀差3 0.7483 1 0.35344 8.7308 4.5695 6.015= 8.2177 1010.管板布管区周边处剪切应力系数:1 1*4 Q G2不计膨胀差j仁。4309 “013444 4.5695 6.015计入膨胀差=丄 1 35340.031954 4.5695 6.01511.壳体法兰力矩系数Mws二，Mp-M1不计膨胀差Mw 0.1183 -6.3929 10绍-0.6436 10 二-1.3992 10计入膨胀差Mws =0.1183 5.2423 10-0.643

34、6 100.2396 1012.管板径向应力二r不计膨胀差8.2496 103 5.6422 0.480526000.460二 39.7951MRJ ：1.5r =1.5 153.5 = 230.25MR计入膨胀差2.0992106.8954 480516000.4 I 60 丿3$ =3汉153.5 = 4605皿巳13.管板布管区周边处径向应力S电1飞以2-mJm 2mDi2.3493MR不计膨胀差.480556422 -7.875 10,0.41-竺型 33692 1.7058L 1-1.70582-1.7058詈 2=41.yi2 0.7483)0.7483 2 汇 0.7483160

35、0 丫二 30.2085MPa-r ： 3 r -3 153.5 =460.5MPa14.管板布管区周边剪切应力T p不计膨胀差p4805 一 56422 0.013440.4迪空】一2.3440MPa、60 丿p ： 0.5卜 U 76.75MFa计入膨胀差.485 亦54 0Q31957 =6.7954MPap 600.4p 1.5 ) =23Q25MFa15.壳体法兰应力6 =王YMwS扎Pa 349丿Di不计膨胀差3 14314 20.31-1.3992 100.4805-5.65434：1.5卜 f =230.25MFa计入膨胀差二314 20.31 0.2396 10” 0.480

36、5 6.89544心 I =46Q5MFa1G? _uQ16.换热管轴向应力6=|巳2 rQ G2 Pa不计膨胀差亠-0.657 6.015 0.4309 456950.3152 IL4.5695 6.015-11.4424MPa牛 50m故必须考虑其补强。补强计算判断开孔直径：d = dj 2C = 377 - 20 2 2 - 359mmDi本凸形封头开孔直径359mmL = 800mm,采用等面积开孔补强计算方2法。开孔所须补强面积封头的计算厚度= 2.771mm,开孔所须补强面积A二d 2朮-C 1 - fr=359 2.771 2 2.771 10 - 21 - 0.765=9843

37、70mm2有效宽度B取下列大值：2d = 2359= 718mm+26n +26nt =359+2d2+210=403mm故 B=718mm有效高度h,取下列小值：d nt 359 10 = 59.917mm故 0= 59.917mmh = 250mm内侧有效高度h2取最小值：1瓦=丁359汉 10 = 59.917mm*故 g =0 mmhOmm有效补强面积圭寸头多余金属面积：A 二 Bd 、e 一 -2 nt -C e1一 fr= 718-35910-2.771 -2 10-210-2.7711 - 0.765二 256803mmf接管计算厚度:PCd2/ - Pc0.5 3592 170

38、 1-0.5=0.529mmA2 =2h、et 一、t fr 2h2 et 一。2 fr=2 59.917 10-2-0.529 0.765 2 0 10-2-0 0.7652=684889mm补强区焊缝面积：A-2 卩,0-100mm2 （焊角取 10mmAe 二 A 九A3 二2568.03 684.889 100 二 3352.920mm2因为Ae A所以开孔处不须另行补强。接管及法兰的质量查手册得，接管为16.18kg,法兰为30.5kg6.2壳程开口补强壳程：PC =1.50MPa，温度 t =175C接管直径为：159 8，外伸长度为200mm内平齐接管, 厚度附加量：封头取C=2

39、mm，接管取C =2mm，取即-1材料：封头 16MnR接管（GB8163 20号钢frtr Jj =0.744试进行开孔补强设计图5-21订=126.5皿巳，二170MR12mm，允许不另行补强的最大接管公称直径DN为80mm本开孔DN=140mm80m故必须考虑其补强。补强计算判断开孔直径：d = dj 2C =159-16 2 2 - 147mmDi本凸形封头开孔直径d = 147mm = 800mm,采用等面积开孔补强计算方 法。开孔所须补强面积筒体的计算厚度= 8.35mm,开孔所须补强面积A =2“ C 1- fr=147 8.35 2 8.35 8-21-0.744=125310

40、mm2623有效宽度B取下列大值：2d =2汉 147= 294mmd +26n +26nt =147+2 汇 14十2 汉 8 = 191mm故 B=294mm有效高度g取下列小值：故 g = 34.293mmd、nt =147 8 = 34.293mmA = 200mm内侧有效高度h2取最小值：d nt 147 8 = 34.293mm1故 h2=0mmh2 =0mm有效补强面积圭寸头多余金属面积：A 二 Bd 飞一 2、ntC 飞一 1fr= 294-14712-8.35 -2 8-212-8.351 - 0.744 = 52534mmf接管计算厚度:Rd2 n - pc1.5 1472

41、 1265 1-1.50.877mmA2 =2h、ett fr 2h2 et 一。2 fr=2 34.293 8-2-0.877 0.744 02=261.416mm8K8 2补强区焊缝面积： 2264mm （焊角取8mm代=A +民 +A3 =525.34+ 261.416+ 64 = 850.76mm2所须另行补强的面积为：2他二 A- A =125310 -850.76 二 402.34mm补强圈的选择采用补强圈补强：材料为16M nR补强圈的外径不应大于有效宽度 B=294mm根据压力容器设计手册取外径 D2=300mm D=163mm质量为5.48kg,采用A型坡口（图P87。）补强

42、圈厚度AD2 _ D140234300-163=2.94mm实际取 * =14mm ： 1.5、（壳体）补强圈的质量为5.48kg，接管质量4.68kg,法兰质量9.13kg.第七章其他部件7.1折流挡板材料为Q135A选用弹弓形，水平放置;h = 0.3Dj = 480mm， =10mm,选用8块，板孔直径为38+0.7mm折流板的直径为D=1592mm;质量为67kg7.2拉杆布置在管束的外边缘，数量为n =10，材料为Q235ALb60mm，l按需要确定尺寸：d = 16mm, La =20mm，图6-27.3定距管材料20号钢，尺寸为25 2.5，长度L按需要确定;图6-3第八章支座的

43、选用选用耳式支座：B5型，数量4个，每个为28.7kg，因总高度小于10m所以 Q= m0g Ge . 4 Ph GeQ102L 4k4设备总质量为21392.172kg， g=9.81m/s2偏心载荷Ge =0N不均匀系数k = 0.83 ( n 3)，水平力作用点至支座底板之间的距离h = 37.5mm 螺栓分布圆直径：* = J(D +20-26)2 +2山 _ S1 )=為600 2 14 2 10 2 - 200-2 1222330-90= 2118575mm水平力取下列大值：Pe = 0.5%g = 0.5 汉 0.9 汉 9.8仆 21392172 二 94436汉 103 NP

44、w =0.95fiqDoH。10=0.95 0.80 7000 10=5.32 103N 故 P 二 Pe =94436 103N所以Q = 21392172沢 9.81 +0 * 4汉(94436勺 03 汉空0儿 10二=7 99KN IL 4 0.834 2118575Q ： Q 】=100KN对筒壁作用的力矩：“ Ql2Si7.99 330-90M 331.92KN m ：、M 丨 - 23.56KN103103结论：支座满足要求。第九章制造、检验、安装和维护9.1制造换热器的制造是根据图样要求，按GB150-98钢制压力容器和GB1589管 壳式换热器进行，并接受劳动部颁发的压力容器

45、安全技术监察规程的监督。换热器壳体采用20g钢板卷制，内径允差通过外圆周长加以控制，外圆周长允 许上偏差为10mm下偏差为0。同一断面上最大直径和最小直径之差 e 2.5mm直 线度允差为4.5mm,直线度检查时应通过中心线的水平和垂直面。相邻筒体的纵向焊 缝应互相错开，两焊缝中心线间的外圆弧长不得小于100mm热卷筒体应消除外表面的氧化皮，筒体内外表面的凹陷和疤痕当其深度为 3-4mnfl寸，应修磨成圆滑过渡， 当深度大于1mm时，应补焊并修磨。封头冲压前应除去周边毛刺，冲压后应去除内表面的氧化皮，表面不允许有裂 纹、重皮等缺陷。纵向焊缝对接边缘偏差，当钢板厚度不同时，边缘偏差？3不应大于1

46、0%板厚，且不超过3mm当钢板厚度相同时，焊缝两边钢板中心线应一致。环向 焊缝对接边缘偏差，当钢板厚度相同时，边缘偏差 ？3不应大于10%板厚如7mm 且 不得超过4mm换热管采用20#无缝钢管，管端及外表面应除锈，管端除锈长度不小于25mm。和管板连接采用焊接，连接部位的换热管和管孔应清理干净，不得留有影响胀焊质 量的毛刺，铁屑，锈斑，油污等。焊渣及凸出于换热管内表面的焊瘤均应清除焊缝 缺陷的返修，应先清除，后补焊。换热管与管板的焊接接头，施焊前应做焊接工艺 评定。9.2安装组装时相邻圆筒的A类焊缝的距离或封头A类焊缝的端点与相临圆筒 A类焊缝 的距离应大于名义厚度的三倍，且不小于100mm

47、支座应根据换热器的结构型式，在两端留有足够的空间满足拆装和维修的需要。安装前的准备工作很重要，是保证换热器安装质量的重要环节，必须周密仔细 地进行。准备工作，包括技术资料的收集，安装现场的清理及检验，现场管件零部 件的预制和装配，施工检验的机械工具仪器的准备、安装、施工材料、消耗材料的 计算及准备，安装施工方案的制定等，安装前一般应进行压力试验。应在不受力的状态下连接管线，避免强力装配。拧紧法兰时应注意顺序进，并应涂抹适当的螺纹润滑剂，以免“咬死”。各零部件组装前应认真检查和清扫，不得 留有焊疤，焊条头，飞溅物和浮锈。紧固螺栓至少分三遍进行，每遍的起点互错1200. 9.3检验本设备按GB15

48、0-98钢制压力容器和 GB1589管壳式换热器进行检验 和验收。壳体、封头及主要受压部件的焊缝进行无所检测，不允许有任何裂纹和分 层缺陷存在。返修焊缝时先清除干净后补焊，并对该部位采用原探伤方法重新检查。安装完毕后，应按设计图纸及有关安装施工技术规程进行校核，对各设备管道 的安装尺寸、数量、方位、水平度、垂直度、管道支架、设有支座等都应仔细检查， 全部合格后，再进行水压试验。9.4维护换热器的运行及维护，主要是指对换热器内部的介质与压力的控制与监视，正 常的运行及维护，对换热设备的使用寿命和文明生产都具有十分重要的意义。换热器的使用要求： .换热器不得在超过铭牌规定的条件下运行。 .应经常对

49、换热器内的物料进行分析， 在系统压降增大，传热系数超过一定数值时，应根据介质和换热结构的特点，选择适当方法清理。 .换热器正常运行是应定期排污。结论毕业设计是大学四年中最重要的一个环节，是实际与理论最好的结合。四个多 月以来，我们进入工厂进行实地考察，在学校查阅相关的资料，经过我们个人的努 力和指导教师的热心指导，顺利完成了本次的设计任务。本次设计的主要任务是换热器的结构设计和强度的较核，其中涉及到了一系列 零件的设计和选择，这些均参照GB150 GB151等国家标准进行设计。设计还涉及到 了绘图与说明书的编写，这些也是很重要的环节。通过本次设计使我对国家标准有了进一步的了解，对专业知识进一步

50、巩固，特 别是对CAD制图软件的运用更加熟练。虽然设计过程很繁琐，但是我们从中学到了 很多。致谢参考文献1 华人民共中和国国家标准管壳式换热器.GB 151-1999.北京：中国标准出版社2 中华人民共和国国家标准.钢制压力容器.GB 150-1998.北京：中国标准出版社3 中华人民共和国国家标准.椭圆形封头.GB 150-1998.北京：中国标准出版社4 中华人民共和国行业标准.压力容器法兰JB/T 47004702-92.北京：气象出 版社中华人民共和国行业标准.补强圈JB/T 4736-95.北京：机械工业出版社 钱颂文主编.换热器设计手册.北京：化学工业出版社，20027 朱有庭，曲

51、文海，于浦义主编.化工设备设计手册.北京工业出版社，20058 丁伯民，黄正林等编.化工容器.北京：化学工业出版社，20039 潘永亮，刘玉良主编.化工设备机械设计基础.北京：科学出版社，199910 黄键主编.管法兰垫片紧固件选用手册.北京：机械工业出版社，200611 郑津洋，董其伍，桑芝富 主编.过程设备设计.化学工业出版社.200112 栾春远主编.AutoCAD2005压力容器设计.化学工业出版社.200613 懂大勤 袁凤隐 主编.压力容器设计手册.化学工业出版社.2006A壳程圆筒内直径横截面积,附录2 mm二 DAd 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，mm2，例如:双管程管板，对三角形排列Ad二n SSn-0.86S，对于正方形排列几=nS Sn -0. 86S几一管板开孔后的面积，mm2二d2对于固定式换热器A =A-n4对于浮头式、填函式换热器 A二Atn一4As圆筒壳壁金属横截面积，mm2a 一根换热管管壁金属的横截面积,2 mmbf a、c、d型结构为管板延长部分形成的凸缘或e、f型为法兰的厚度，mmbfC 系数，按1Df -Di仝，红,查GB151-1999图 25Di DiC系数，按56h