U形管换热器设计毕业设计论文.doc

U形管式换热器设计
摘 要
换热器是化工生产过程中的重要设备，它能够实现介质之间热量交换，广泛应用于汽车、航空、石油化工、动力、医药、冶金、制冷、轻工、食品、工程机械等行业，约占工艺设备总量的20%～70%。按其传热面的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其他形式换热器。目前常用的换热器种类有浮头式、固定管板式和U形管式，其中以浮头式换热器居多。固定管板式换热器由于自身结构，应用的场合有限；浮头式换热器零部件多，易拆卸和清理，但检修的工作量大，容易内漏；而U型管式换热器的管板比固定管板式换热器少，其泄漏点就相应减少。此外,U型管式换热器的壳程水压试验后烘干也比较容易，而且它的适用场合广、检修简单、操作弹性好。如果换热器的换热面积小、壳程与管程的温差较大或壳程介质很容易脏、管束表面需要经常清理地，一般都采用U型管式换热器。
本设计参照GB150-2011，GB151-1999等参考文献，综合考虑各种因素结构设计需要选择适用合理、经济的结构形式。U形管式换热器主要是由筒体、封头、管箱、管板、换热管、折流板和法兰等组成，根据给定的工艺参数进行计算和校核，计算结果经校核后全部合格。
关键词：换热器，U形管式，计算，校核。

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U-tube heat exchanger design
Abstract
Heat exchanger is an important equipment in chemical production process, it can realize heat exchange between medium, widely used in automotive, aerospace, petrochemical, power, refrigeration, light industry, food, medicine, metallurgy, engineering machinery and other industries, accounts for about 20% ~ 70% of the total process equipment. According to the heat transfer surface shape and structure of classification can be divided into tube type, plate type heat exchanger, and other forms. At present commonly used type heat exchanger has floating-head type, fixed tube plate and U tube type, of which the majority of floating head heat exchanger. Fixed tube plate heat exchanger due to its structure, the application of limited occasions; Floating head heat exchanger components, easy disassembly and cleaning, but maintenance workload is big, easy to leak; And the U tube heat exchanger tube plate less than fixed tube plate heat exchanger, the leak will decrease accordingly. In addition, the shell side of the U tube heat exchanger after drying is also easier, water pressure test and its wide application occasions, simple maintenance and good elasticity of operation. If heat exchanger heat transfer area is small, the shell side of the shell side and tube side temperature difference is bigger or medium it is easy to dirty, bundle need often clean up the ground surface, generally USES the U tube heat exchanger.
With reference to the design of GB150-2011, GB151-2011 references, such as comprehensive consideration of various factors need to select suitable and reasonable
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structure design, the structure of the economy. U-tube heat exchanger is dominated by cylinder, head, tube, heat exchange tube and tube sheet, baffle plate and flange, etc, according to the given process parameters to calculate and check the results after checking all qualified.
Keywords: heat exchanger, u-shaped tube type, calculation and checking.

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目录
1.绪论 1
1.1课题背景 1
1.2课题的目的与意义 1
1.2.1课题的目的 1
1.2.2课题的意义 1
1.3国内外现状及发展趋势 2
1.4换热器的分类及特点 5
1.4.1换热设备的应用 5
1.4.2换热设备分类及其特点 6
1.4.3管壳式换热器 7
1.5换热器相关技术发展动向 10
1.6本次设计简介 11
2.换热器设计计算 13
2.1 筒体的计算 13
2.1.1 计算条件 13
2.1.2 厚度的计算 13
2.2 管箱短节的计算 14
2.2.1 计算条件 14
2.2.2 厚度的计算 14
2.3 外头盖短节的计算 15
2.3.1 计算条件 15
2.3.2 厚度的计算 15

I

2.4 管箱封头的计算 16
2.4.1 计算条件 16
2.4.2 厚度的计算 16
2.5 外头盖封头的计算 17
2.5.1 计算条件 17
2.5.2 厚度的计算 17
2.6 开孔补强 18
2.6.1壳程开孔补强 18
2.6.2 管程开孔补强 20
2.7 管板设计 23
2.7.1 符号说明 23
2.7.2 设计条件 24
2.7.3 结构尺寸及参数 24
2.7.4 受压原件材料及数据 25
2.7.5 管板计算 25
2.8 水压试验校核 29
2.8.1管程水压试验 29
2.8.2壳程水压试验 31
3.结论 33
谢辞 34
参考文献. 35

II

1.绪论
1.1课题背景
随着世界性的能源危机波及到了装备制造业及石油化工这些耗材级耗能的大户，以及国家节能减排长期国策的确立，作为能量回收装备-热交换设备的提高传热性能及降低耗能的研究被提高到了很重要的地位。这些研究归纳为以下几个方面：
⑴传热与流动研究：旨在提高传热及降压计算的准确性，寻求提高传热效率，降低压降的途径。这方面研究主要涉及到：物性模拟研究、分析设计研究（如温度场，流动分布的模拟研究等）、传热及流动试验和工艺计算软件的开发等。
⑵换热设备大型化、新型热交换设备的开发及降低耗能、节水的研究。
⑶强化传热的研究：如强化传热管研究、官办的研究（如板壳式，板空冷等）。
⑷材料研究（相容性及经济性的结合）。
⑸抗腐蚀及控制结垢的研究（设计使用寿命及保持传热效率）。
1.2课题的目的与意义
1.2.1课题的目的
通过此次换热器的设计，正确系统的认识换热器，了解换热器的结构特点及设计过程，掌握换热器的常规设计方法，进行结构设计，选材选型，对主要受压元件进行强度计算和校核，运用AutoCAD绘制设备图纸，同时还要学会查阅和熟练使用参考文献，为以后的工作积累宝贵经验。
1.2.2课题的意义
中国既是能源消费大国也是能源生产大国，但中国的能源利用率较低，国内能源生产的增长速度赶不上能源消费速度，中国已成为能源进口大国。所以节能减排变成了当今社会的首要目标，这是指采取技术上可行、经济上合理从能源生产到消费的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费，有效、合理地利用能源。换热器作为一种实现热能的回收、转化利用的节能设备，是工业生产中不可或缺的设备。换热器既可以是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可以是某一工艺设备的组成部分，如石化、煤炭工业中的余热回收装置等。据统计，在现代化学工业中所用换热器的投资大约占设备总投资的30%，在炼油厂中换热器约占全部工艺设备的40%，海水淡化工艺装置几乎全部是由换热器组成的。目前，在我国石油化工产业中换热器受到普遍的重视，而换热器的广泛应用性，决定了换热器换热性能的改善，设计理论的不断创新，对企业经济的收益和工业的飞速发展都具有一定的积极作用。
1.3国内外现状及发展趋势
管板厚度的管壳式换热器是一个量大而品种繁多的产品，按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类，由于国防工业技术的不断发展，换热器操作条件日趋苛刻，迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。近年来，我国在发展不锈钢，铜合金，复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。钛对海水、氯碱、醋酸等有较好的抗腐蚀能力，如再强化传热，效果将更好，目前一些制造单位已较好的掌握了钛材的加工制造技术。对材料的喷涂，我国已从国外引进生产线。铝镁合金具有较高的抗腐蚀性和导热性，价格比钛材便宜，应予注意。近年来国内在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率，减少传热面积降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企业成本降低，效益提高。根据国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要，“十一五”期间我国经济增长保持年均7.5％的速度。而石化及钢铁作为支柱型产业，保持着快速发展的势头，2010年钢铁工业总产值超过5000亿元，化工行业总产值突破了4000亿元。这些行业的发展都为换热器行业提供了广阔的发展空间。未来，国内市场需求将呈现以下特点：对产品质量水平提出了更高的要求，如环保、节能型产品将是今后发展的重点；要求产品性价比提高；对产品的个性化、多样化的需求趋势强烈；逐渐注意品牌产品的选用；大工程项目青睐大企业或企业集团产品。未来国内市场需求将呈现以下特点：对产品质量水平提出了更高的要求，如环保、节能型产品将是今后发展的重点；要求产品性价比提高；对产品的个性化、多样化的需求趋势强烈。
据统计，在一般石油化工企业中，换热器的投资占全部投资的40﹪-50﹪；在现代石油化工企业中约占30﹪-40﹪；在热电厂中，如果把锅炉也作为换热设备，换热器的投资约占整个电厂总投资的70﹪；在制冷机中，蒸发器的质量要占制冷机总质量的30﹪-40﹪，其动力消耗约占总值的20﹪-30﹪。由此可见，换热器的合理设计和良好运行对企业节约资金、能源和空间都十分重要。提高换热器传热性能并减小其体积，在能源日趋短缺的今天更是具有明显的经济效益和社会效益。
上个世纪70年代初发生的世界性能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展。为了节能降耗，提高工业生产的经济效益，要求开发适用不同工业过程要求的高效能换热设备。20世纪20年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。20世纪80年代以来，换热器技术飞速发展，带来了能源利用率的提高。各种新型、高效换热器的相继开发与应用带来了巨大的社会经济效益，市场经济的发展、私有化比例的加大，降低成本已成为企业追求的最终目标。能源日趋紧张、全球气候的不断升高和环境保护要求的提高给换热器及空冷式换热器及高温、高压换热器带来了日益广阔的应用前景。在地热、太阳能、核能、余热回收、风能的利用上，各国政府、研究机构和企业都加大了投入资金力度，在未来几年内换热器技术会有很大的发展空间。新的《压力容器安全技术监察规程》提出压力容器应优先推荐采用HG 20592～HG 20614（欧洲体系）以及HG 20615—HG 20635（美洲体系）管法兰、垫片紧固件标准，这样两套体系配用的钢管系列除了国际通用系列（俗称英制管）外，结合国情，欧洲体系也适用于国内沿用系列（俗称公制管）。
在国外，主要是各大型的传热研究公司在从事换热器的研究与推广应用。美国传热研究公司HTRI (Heat Transfer Research Inc.)是1962年发起组建的一个国际性、非赢利的合作研究机构，会员数百家，遍及全球，取得了大量的研究成果，积累了换热器设计的丰富经验，在传热机理、两相流，振动、污垢、模拟及测试技术等方面做出了巨大贡献。近年来，该公司在计算机应用软件开发上发展很快，所开发的网络优化软件、各种换热器工艺设计软件计算精度准确，不仅节省了人力，提高了效率，而且提高了技术经济性能。目前国内有近20家学院成为HTRI的会员。英国传热及流体服务中心HTFS (Heat Transfer and Fluid Flow Service)于1967年成立，隶属于英国原子能管理局。该中心有会员数百家，长期从事传热与流体课题的研究，所积累的经验和研究成果不仅广泛用于原子能工业，而且用于一般工业。它最大的特点是与各大学和企业合作，进行专门的课题研究，研究成果显著。在传热与流体计算上更精确，开发的HTFS和TASC各类换热器微机计算软件备受欢迎，国内有30多家企业成为其会员。
国内的研究机构和高等院校的研究成果也不断推陈出新，在强化传热元件方面华南理工大学相继开发出表面多孔管、螺旋槽管、波纹管、纵横管等；天津大学在流路分析法、振动等方面研究成果显著；清华大学在板片传热方面有深入的研究；西安交大在板翅式换热器研究方面已取得初步成果；重庆建工学院开发出翅管换热器；在强度计算软件方面化工设备设计技术中心站开发出了SW6；在液压胀管方面江苏化工学院开发出液压胀管器；以换热器起家的兰州石油机械研究所率先开发出板式换热器、板式冷凝器、板式蒸发器，螺旋板换热器、板壳式换热器、螺纹管换热器、折流杆换热器、外导流筒换热器、高效重沸器、新结构高效换热器、Ω环高压换热器、表面蒸发空冷器、板式空冷器等一批具有实用价值的系列高效换热器，近年来又在强度计算软件方面开发出Lansys PV，在CAD软件上开发出浮头式换热器Lansys HF、U形管式换热器Lansys HU等系列CAD软件，含标准图2000余套；中国石化工程建设公司与兰州石油化工机器厂联合开发出螺纹锁紧环换热器；西安交通大学、兰州第五化工设计院、宁夏化工厂合作开发出螺旋绕管式换热器。这些技术成果为国民经济的快速发展，为中国炼油和化工工业的发展起到了决定作用，也使中国的传热技术水平步入国际先进水平。
随着企业经济效益与环境保护要求的不断进步，换热器制造水平的不断提高，新能源的逐渐开发，研究手段的日益发展，各种新思想与新结构的涌现，换热器将朝着更高效、经济、环保的发展方向。
1.4换热器的分类及特点
1.4.1换热设备的应用
用于在两种或两种以上流体间、一种流体一种固体间、固体粒子间或者热接触且具有不同温度的同一种流体间的热量（或焓）传递的装置称为换热设备。+它是化工、炼油、食品、轻工、能源、制药、机械及其他许多工业部门广泛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%。近20年来，换热设备在能量储存、转化、回收，以及新能源利用和污染治理中得到了广泛的应用。
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过程规定的指标，以满足工艺过程上的需要。此外，换热设备也是回收余热、废热特别是低品位热能的有效装置。例如，烟道气（约200～300℃）、高炉炉气（约1500℃）、需要冷却的化学反应工艺气（300～1000℃）等的余热，通过余热锅炉可生产压力蒸汽，作为供热、供气、发电和动力的辅助能源，从而提高热能的总利用率，降低燃料消耗和电耗，提高工业生产的经济效益。
1.4.2换热设备分类及其特点
在工业生产中，由于用途、工作条件和物料特性的不同，出现了各种不同形式的结构的换热设备。
按热传递原理或传热方式分类：
⑴直接接触式换热器
这类换热器又称混合式换热器。它是利用冷、热流体直接接触，彼此混合进行换热的换热器。如冷却塔、冷却冷凝器等。为增加两流体的接触面积，已达到充分换热，在设备中常放置填料和栅板，通常采用塔状结构。直接接触式换热器具有传热效率高、单位容积提供的传热面积大、设备结构简单、价格便宜等有点，但仅适用于工艺上允许两种流体混合的场合。
⑵蓄热式换热器
这类换热器又称回热式换热器。它是借助于由固体（如固体填料或多孔性格子砖等）构成蓄热体与热流体和冷流体交替接触，把热量从热流体传递给冷流体的换热器。在换热器内首先由热流体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后由冷流体通过，由蓄热体把热量释放给冷流体。由于两种流体交替与蓄热体接触，因此不可避免地会使两种流体少量混合。若两种流体不允许有混合，则不能采用蓄热式换热器。
蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜、单位体积传热面大，故较适合用于气-气热交换的场合。如回转式空气预热器就是一种蓄热式换热器。
⑶间壁式换热器
这类换热器又称表面式换热器。它是利用间壁（固体壁面）将进行热交换的冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体的换热器。间壁式换热器是工业生产中应用最为广泛的换热器，其形式多种多样，如常见的管壳式换热器和板式换热器都属于间壁式换热器。
⑷中间载热体式换热器
这类换热器是把两个间壁式换热器由在其中循环的载热体连接起来的换热器。载热体在高温流体换热器和低温流体换热器之间循环，在高温流体换热器中吸收热量，在低温流体换热器中释放热量，如热管式换热器。
1.4.3管壳式换热器
管壳式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。
管壳式换热器又称为列管式换热器，是最典型的间壁式换热器。
优点：单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。
结构：壳体、管束、管板、折流挡板和封头。一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。
管壳式换热器，按材质分为碳钢列管式换热器，不锈钢列管式换热器和碳钢与不锈钢混合列管式换热器三种，按形式分为固定管板式、浮头式、U型管式换热器，按结构分为单管程、双管程和多管程，传热面积1～500m2，可根据用户需要定制。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另一种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程。
管壳式换热器种类很多，根据其结构特点主要有以下几种：固定式换热器、浮头式换热器、U形管换热器、填料函式换热器和釜式重沸器五类。
⑴固定管板式换热器
固定管板式换热器的管束连接在管板上，管板与壳体焊接。其优点是结构简单、紧凑，能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换；缺点是当管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力。这种换热器适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行清洗，管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合。
为减少热应力，通常在固定管板式换热器中设置柔性元件（如膨胀节、挠性管板等），来吸收热膨胀差。
⑵浮头式换热器
浮头式换热器两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动，称为浮头。浮头由浮动管板、钩圈和浮头端盖组成，是可拆连接，管束可从壳体内抽出。管束与壳体的热变形互不约束，因而不会产生热应力。
浮头式换热器的优点是管间和管内清洗方便，不会产生热应力；但其结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求较高。适用于壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。
⑶U形管式换热器
这种换热器的结构特点是，只有一块管板，管束由多根U形管组成。管的两端固定在同一块管板上，管子可以自由伸缩。当壳体与U形管换热器有温差时，不会产生热应力。
由于受弯管曲率半径的限制，其换热管排布较少，管束最内层管间距较大，管板的利用率较低，管程流体易形成短路，对传热不利。当管子泄露损坏时，只有管束外围处的U形管才便于更换，内层换热管坏了不能更换，只能堵死。儿坏一根U形管相当于坏两根管，报废率较高。
U形管式换热器结构比较简单、价格便宜，承压能力强，适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要清洗，又不适宜采用浮头式或固定管板式的场合。特别适用于管内走清洁而不易结垢高温、高压、腐蚀性强的物料。
⑷填料函式换热器
这种换热器的结构特点与浮头式换热器相类似，浮头部分留在壳体以外，在浮头与壳体的滑动接触面处采用填料函式密封结构。由于采用填料函式密封结构，使得管束在壳体轴向可以自由伸缩，不会产生壳壁热变形差而引起的热应力。其结构较浮头式换热器简单，加工制造方便，节省材料，造价比较低廉，且管束可以从壳体内抽出，管内，管间都能进行清洗，维修方便。
因填料处易产生泄露，填料函式换热器一般适用于4MPa以下的工作条件，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度也受填料的物性限制。填料函式换热器现在已很少采用。
⑸釜式重沸器
这种换热器的管束可以为浮头式，U形管式和固定管板式结构所以它具有浮头式，U形管式换热器的特性。在结构上与其他换热器不同之处在于壳体上部设置一个蒸发空间，蒸发空间的大小由产气量和所要求的蒸汽品质所决定。产气量大、蒸汽品质要求高者蒸发空间大，否则可以小些。
此种换热器与浮头式、U形管式换热器一样，清洗维修方便，可处理不清洁、易结垢的介质，并能承受高温、高压。
1.5换热器相关技术发展动向
换热器相关技术的发展主要表现在以下几个方面。
⑴防腐技术的应用 近年来，在换热器防腐蚀领域的研究和设计方面取得了较为显著的成果，如阳极保护技术的开发和新型防腐蚀材料的应用等。
⑵大型化与微小型化并重 随着成套装置的大型化，换热器向大型化发展，同时由于微电子、航天航空、医疗、化学生物工程、材料科学等场合的特殊要求而向微小型化发展。大型化换热器直径超过5m。微小型换热器与普通换热器相比，其主要特点在于单位体积内的传热面积很大，比普通换热器要高1～2个数量级。
⑶强化技术 各种新型、高效换热器逐步取代现有常规产品。电厂动力效应强化传热技术、添加物强化沸腾传热技术、通入惰性气体强化传热技术、滴状冷凝技术、微生物传热技术、磁场动力传热技术、纳米流体传热技术等将得到研究和发展。
⑷抗振技术 由于工业生产规模的日益增大，换热器的尺寸也越来越大，因流体诱导振动所造成的破坏事故显著增多。目前，已出现多种应用新型壳程支承结构和其他的抗振方法的新型换热器，它们在工业生产中获得广泛应用，大大延长了换热器的使用寿命。
⑸防结垢技术 结垢不仅造成换热器传热效率的降低和输送动力的增加，而且大大减少有效传热面积和增大材料的浪费，甚至于使换热器发生堵塞失效。随着结垢机理的研究，防止结垢的方法也获得了发展，如采用表面涂层或特殊表面形状、管内弹簧插入物或清洗球等在线除垢、声波除垢、使用除垢剂以及改变流道结构等技术方法均得到了一定的工业运用。
⑹先进制造技术 制造技术的进步主要表现在各种强化管加工工艺的日渐成熟和新材料焊接工艺水平的提高。许多心才来哦在换热器设计中的应用带来了焊接工艺的进步，进一步推动了新型材料换热器的发展。
⑺研究手段 随着计算流体力学（CFD）的发展和计算机软硬件技术的飞速进步，以及大型商业化CFD软件的日渐成熟，通过计算机程序来对复杂的流体流动现象进行数值模拟和仿真已成可能。当前用CFD方法对换热器进行数值模拟已成为新型换热器开发研究的一种重要手段，CFD方法已成为性能检验和性能评价的有效方法之一。
随着工业中经济效益与社会中环境保护的要求，制造水平的不断提高，新能源的逐渐开发，研究手段的日益发展，各种新思路与新结构的涌现，换热器将朝着更高效、经济、环保的方向发展。
1.6本次设计简介
本次设计的U形管式换热器，其主要是由筒体、封头、管箱、管板、换热管、折流板和法兰等组成。U形管式换热器仅有一个管板，管子两端均固定于同一管板上。此类换热器的特点是管束可以自由伸缩，不会因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。缺点是管内清洗不便，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，在管板中心部分布管不紧凑，所以管子数不能太多，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，直管部分需用壁较厚的管子。这就影响了它的使用场合，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清洁及不易结垢，高温、高压、腐蚀性强的情形。此次的设计要求为：壳程：设计压力5.9 MPa，设计温度 230℃，介质为液氨/吗啉/氢气；管程：设计压力 5.9 MPa，设计温度260℃，介质为液氨/二甘醇；内径：Di=600mm；用材料：OCr18Ni10Ti；钢板负偏差：C1=0.3mm；钢板腐蚀裕量：C2=0.5mm；焊接接头系数：Φ=1.0；换热面积为54㎡。

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2 换热器设计计算
2.1 筒体的计算
2.1.1 计算条件
壳程：设计压力 5.9 MPa 设计温度 230℃ 介质 液氨/吗啉/氢气
管程：设计压力 5.9 MPa 设计温度 260℃ 介质 液氨/二甘醇
内径：Di=600mm 选用材料：OCr18Ni10Ti
钢板负偏差：C1=0.3 mm 钢板腐蚀裕量 ：C2=0.5mm
焊接接头系数： f =1.0 换热面积：54㎡
由 GB150-2011 查得，ORc18Ni10Ti 在设计温度下的许用应力
[s ] =89 MPa
试验温度下的屈服点 s s =205MPa
2.1.2 厚度的计算
计算厚度

设计厚度

名义厚度

有效厚度

2.2 管箱短节的计算
2.2.1 计算条件
计算压力 PC=5.9MPa
设计温度 t=260℃
内径
选用的材料 ORc18Ni10Ti
钢板负偏差
钢板的腐蚀余量
操作温度下的许用应力
设计温度下的许用应力
试验温度下的屈服点
焊接系数 Φ=1
2.2.2 厚度的计算

2.3 外头盖短节的计算
2.3.1 计算条件
计算压力 PC=5.9MPa
设计温度 t=260℃
内径
选用的材料 ORc18Ni10Ti
钢板负偏差
钢板的腐蚀余量
操作温度下的许用应力
设计温度下的许用应力
试验温度下的屈服点
焊接系数 Φ=1
2.3.2 厚度的计算

2.4 管箱封头的计算
2.4.1 计算条件
计算压力 PC=5.9MPa
设计温度 t=260℃
内径
选用的材料 ORc18Ni10Ti
钢板负偏差
钢板的腐蚀余量
操作温度下的许用应力
设计温度下的许用应力
试验温度下的屈服点
焊接系数 Φ=1
2.4.2 厚度的计算
本设备采用标准椭圆形封头
K=1

2.5 外头盖封头的计算
2.5.1 计算条件
计算压力 PC=5.9MPa
设计温度 t=260℃
内径
选用的材料 OCr18Ni10Ti
钢板负偏差
钢板的腐蚀裕量
操作温度下的许用应力
设计温度下的许用应力
试验温度下的屈服点
焊接系数 Φ=1
2.5.2 厚度的计算
本设备采用标准椭圆形封头
K=1

2.6 开孔补强
2.6.1壳程开孔补强
设计压力 P=5.9 MPa
设计温度 t=230℃
接管规格 Φ57×9的无缝接管
筒体厚度 =21.2mm
厚度附加量 （由GB8163查得）
钢板的腐蚀裕量
焊接系数 Φ=1
筒体材料 OCr18Ni10Ti
由GB150-2011查得其设计温度下的许用应力
接管材料 00Cr17Ni14Mo2
由GB150-2011查得其设计温度下的许用应力
开孔直径

强度消弱系数

接管有效厚度

开孔需补强面积

有效宽度

取两者较大值

外侧有效高度

接管实际外伸高度

取两者较小值

内侧有效高度

接管实际内伸高度

取两者较小值

接管的计算厚度

焊缝金属横截面积（取焊脚为10mm）

另加补强面积
2.6.2 管程开孔补强
设计压力 P=5.9 MPa
设计温度 t=260℃
接管规格 Φ25×2.0的无缝接管
管体厚度 =21.2mm
厚度附加量 （由GB8163查得）
钢板的腐蚀裕量
焊接系数 Φ=1
管体材料 OCr18Ni10Ti
由GB150-2011查得其设计温度下的许用应力
接管材料 00Cr17Ni14Mo2
由GB150-2011查得其设计温度下的许用应力
开孔直径

强度消弱系数

接管有效厚度

开孔需补强面积

有效宽度

取两者较大值

外侧有效高度

接管实际外伸高度

取两者较小值

内侧有效高度

接管实际内伸高度

取两者较小值

接管的计算厚度

焊缝金属横截面积（取焊脚为10mm）

另加补强面积
2.7 管板设计
2.7.1 符号说明
：未能被换热管支撑的面积，；
：管板布管区内开孔后的面积，；
：管板布管区面积，；
a：一根换热管管壁金属的横截面积，；
：固定端管板垫片压紧力作用中心圆直径，mm；
D：换热管直径，mm；
：设计温度时管板材料弹性模量，MPa；
：设计温度时换热管材料弹性模量，MPa；
：管束模量，MPa；
：管束无量纲刚度；
L：换热管有效长度，mm；
L：换热管与管板胀接长度或焊脚高度，mm；
n：换热管根数；
：沿隔板槽一侧的排管根数；
：无量纲压力；
：当量压力组合，MPa；
：管板设计压力，MPa；
：壳程设计压力，MPa；
：管程设计压力，MPa；
q：换热管与管板连接拉脱力，MPa；
：许用拉脱力，MPa;
S：换热管中心距，mm；
Sn：隔板槽两侧相邻管中心距，mm；
δ：管板设计厚度，mm；
：换热管管壁厚度，mm；
pr—布管区当量直径D：与直径2R之比；
η：管板刚度消弱系数；
μ：管板强度消弱系数；
：换热管轴向应力，MPa；
：换热管稳定许用压应力，MPa；
：设计温度时，管板材料的许用应力，MPa；
：设计温度时，换热管材料的许用应力，MPa。
2.7.2 设计条件
管程：操作压力 5.5，设计压力 5.9，设计温度 260℃，程数 4；
壳程：操作压力 5.5，设计压力 5.9，设计温度 230℃，程数 1；
腐蚀裕量 0.5 焊接接头系数 1
2.7.3 结构尺寸及参数
管程与管程、壳程圆筒之间的连接方式为a型
换热器公称直