255吨每小时u形管式冷却器设计学士学位论文.doc

摘要
本文介绍了U型管冷却器的整体结构设计计算。U型管冷却器仅有一个管板，管子两端均固定于同一管板上，管子可以自由伸缩，无热应力，热补偿性能好；管程采用双管程，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。U型管式冷却器的主要结构包括管箱、筒体、封头、换热管、接管、折流板、防冲板和导流筒、防短路结构、支座及管壳程的其他附件等。
换热器的设计工作主要有换热器综述，换热器的工艺计算以及结构强度计算。其中换热器工艺计算中需要根据初始数据计算其处理量以及工艺参数，换热器的结构强度计算主要集中在折流板，筒体以及开口上。

换热器是化学工艺生产中重要的设备之一，它是一种冷热流体间的传递热量的设备，他们的使用条件和要求差别很大，如容量，温度，压力和工作介质的性质等，涉及的种类很多，因此换热器的结构形式也多种多样。U形管换热器仅有一个管板，管束可从壳体内抽出，便于检修和清洗，而且结构简单，造价便宜。U形管换热器主要结构包括筒体，封头，换热管，接管，折流板，防冲板，导流筒，防短路结构，支座和管壳层的其他设备等。
本次设计为二类压力容器，设计温度和设计压力都较高，因而设计要求高。冷却器采用双管程，不锈钢换热管制造。设计中主要进行了冷却器的结构设计，强度设计以及零部件的选型和工艺设计。

关键词： U型管冷却器； 结构； 强度； 设计计算

Abstract

This paper introduces the U-tube heat exchanger design and calculation. U-tube heat exchanger has only one tube sheet, tubes are fixed at both ends of boards in the same tube, and tubes could telescopic freely, non-thermal stress, thermal performance and compensation; use of double-tube process, the process is longer, higher speed, better heat transfer performance, pressure capacity, and control can be extracted from the shell with easy maintenance and cleaning, and simple structure cost less. The main structure of U-tube heat exchanger, includes Equipment control, shell, head, exchanger tubes, nozzles, baffled, impingement baffle, guide shell, anti-short-circuit structure, support and other shell-tube accessories.
This time I designed a second category pressure vessel, which has high design temperature and high design pressure. Thus the design demands are strict. It has dual heat exchanger tube, stainless steel heat exchanger manufacturers. I mainly carried out the design of heat exchanger structural design, strength of design and parts selection and process design.
The design for the second category pressure vessel, design temperature and design pressure are high, so the design requirements is high. Double tube heat exchange, heat transfer tubes of stainless steel manufacturing. Design mainly for the design, selection and process design and strength design of heat exchange components.

Key words: U-tube heat exchanger; Frame; Intensity; Design and
calculation
目 录

第一章 绪论 1
第二章 换热器传热工艺计算 3
2.1起始数据 3
2.2定性温度及确定其物性参数 3
2.3热量守恒与油流量的计算 3
2.4有效平均温度的公式计算 4
2.5管程换热系数的计算 4
2.6 结构的初步设计 5
2.7壳程换热系数计算 5
2.8 传热系数计算 6
2.9 管壁温度计算 7
2.10 壳程压力降计算 7
2.11 管程压力降计算 8
第三章 管壳式冷却器的类型、结构与型号 9
3.1 主要设计参数 9
3.2 冷却器的零部件名称 9
3.3 冷却器的主要组合部件 10
第四章 冷却器材料选择 11
4.1 选材原则 11
第五章 冷却器结构设计 12
5.1 壁厚的确定 12
5.2 管箱圆筒短节设计 13
5.3 壳体圆筒设计 14
5.4 封头设计[1～3] 15
5.4.1 后封头计算 16
5.4.2 管箱封头计算 17
5.5 换热管设计 18
5.5.1 换热管的规格和尺寸偏差 18
5.5.2 U形管的尺寸 19
5.5.3 管子的几种排列方式 19
5.5.4 布管限定圆 20
5.6 管板设计 21
5.7 管箱结构设计 22
5.7.1 管箱的最小内侧深度 22
5.7.2 分程隔板 22
第六章 冷却器其他各部件结构 24
6.1 进出口接管设计 24
6.1.1 接管法兰设计 24
6.1.2 接管外伸长度 26
6.1.3 接管开孔补强的设计计算 26
6.1.4 接管最小位置 30
6.1.5 壳程接管位置的最小尺寸 30
6.1.6 管箱接管位置的最小尺寸 30
6.2 管板法兰设计 31
6.2.1 垫片的设计 31
6.2.2 螺栓设 32
6.2.3 法兰设计 34
6.3 折流板 37
6.3.1 折流板尺寸 37
6.3.2 折流板的布置 38
6.4 拉杆与定距管 39
6.4.1 拉杆的结构型式 39
6.4.2 拉杆的直径和数量 39
6.4.3 拉杆的尺寸 39
6.4.4 拉杆的布置 40
6.5 防冲与导流 40
6.5.1 防冲板的形式 40
6.5.2 防冲板的位置和尺寸 41
6.5.3 导流筒 41
6.6 双壳程结构 41
6.7 防短路结构 42
6.7.1 旁路挡板的结构尺寸 42
6.7.2 挡管 42
6.7.3 中间挡板 42
6.8 鞍座 43
结论 44
参考文献 45
致谢 46

第一章 绪论
能源是当前人类面临的重要问题之一，随着时间的推移，人类对能源的需求越来越急，为此它却成为我们生活中的重要部分，这个过程中冷却器是能源转换的重要组成，其应用面涵盖整个工业领域，它应用尤为广泛。近几年由于新技术发展和新能源开发利用，各种类型的冷却器越来越受到工业界的重视，而冷却器又是节能措施中较为关键的设备，因此，无论是从工业的发展，还是从能源的有效利用，冷却器的合理设计、制造、选型和运行都具有非常重要的意义。
伴随着节能技术的研究深入，其应用的领域也在不断的扩大，冷却器的应用在进行高温和低温热能回收方面带来了很高的经济效益。冷却器的分类也是多种多样按照其工作的原理大致可以分为三种：一是储能式冷却器、二是直接接触式冷却器、三是间壁式冷却器。其中间壁式冷却器又可以分为列管式冷却器和板壳式冷却器两种，列管式冷却器由于其可靠性较高且应用较广泛等因素，在长期的设计过程中工程人员积累了丰富的经验，设计资料相对较为齐全，伴随着经济的不断发展，科技的不断进步，一些不同形式的冷却器也不断的涌现。
在最近几年的发展过程中，虽然列管式冷却器收到了新型冷却器的挑战，但是在装备中它仍然占据不可替代的位置，因为列管式冷却器具有结构简单合理且牢固，其操作的弹性较大，应用的材料较为广泛等优点。在石油、化工还有石化行业中的应用最为广泛。
列管式冷却器主要应用在化工、石油、医药、食品、轻工、冶金、焦化等行业的液和液,汽和汽,汽和液的对流传热,蒸汽冷凝和液体蒸发传热等换热冷凝流程。其主体由壳体和壳体内部的管束所组成。管子的两端分别固定在管板上，并且把壳程的流体分开，用以引导流体的流动并且起到支承管子的作用。用定距管和拉杆将折流板与管子组装在一起。列管式冷却器共有三种结构型式:固定管板式、浮头式。固定管板式冷却器的结构简单且结构紧凑合理具有造价低廉等优点，冷却器的每一根换热管都可以单独的更换和清洗，在同一结构尺寸下冷却器和浮头式冷却器其换热面积较大。由于固定管板式冷却器的壳程清洗较为困难，所以它适应于壳程压力不高和换热介质温度差不是很大的场合。浮头式冷却器应为其管束的热膨胀不会受到壳体的约束，并且可拆卸抽出管束，检修清理较为方便，所以，浮头式冷却器的应用最为广泛，在油田储运系统中，百分之六十到七十的冷却器都为浮头式冷却器。Ｕ形管式冷却器类型是管壳式冷却器的一种,其组成由管板、壳体、管束等组成。在相同的直径情况下,Ｕ形管冷却器的换热面积是最大的；其自身具有结构简单、紧凑、密封性能高, 检修、清洗方便、在高温、高压下金属耗量最小、造价最低等优点。

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第二章 换热器传热工艺计算
2.1起始数据
壳程油的进口温度：=140℃
壳程油的出口温度：=75℃
壳程油的工作压力：P1=1. 4MPa
壳程油的流量：G1=255
管程水的进口温度：=25℃
管程水的出口温度：=65℃
管程水的工作压力：P2 =2MPa
2.2定性温度及确定其物性参数
①壳程（煤油）
壳程油的定性温度：t1=107.5℃
查表得壳程煤油的密度：ρ1=800Kg/m3
查表得壳程油的比热：Cp1=2.1Kg/(Kg·℃)
查表得壳程油的导热系数：λ1=0.15w/(m·℃)
壳程油的粘度：μ1=493.7×10-6Pa·s
查表得壳程油的普朗特系数：Pr1=42
②管程（水）
管程水的定性温度：t2=45℃
查表得管程水的密度：ρ2=998Kg/m3
查表得管程水的比热：CP2=4.174Kg/(Kg·℃)
查表得管程水导热系数：λ2=64.78w/(m·℃)
查表得管程水的粘度：μ2=549.4×10-6Pa·s
查表得管程水的普朗特系数：Pr2=3.54
2.3热量守恒与油流量的计算
假定取热交换效率为η=0.98
其设计传热量：
Q0=G1×Cp1×(－)×η×1000/3600
=255000×2.1×(140－75)×0.98×1000/3600
=9475375W
则管程水流量为：
G2===56752t/h
2.4有效平均温度的公式计算
△tn===50℃
其中有关参数的计算
参数：P===0.55
参数：R===0.62
冷却器按照单壳程双管程设计差《管程式换热器原理与设计》得温差校正系数ø=0.85
有效平均温差：△tm=ø△tn=0.85×50=42.5℃
2.5管程换热系数的计算
采用试算的方式计算换热系数
初选换热系数为K0=560w/m·k
则可得出下列数据：
初选传热面积;F0===340m2
选用ø25×2.5的无缝钢管做换热管
管子外径为：d0=25mm
管子内径为：di=20mm
管子长度为：L=6000mm
则需要换热管数为:===720根
可取换热管根数为720根
管程流通面积: ==0.11㎡
管程流速: ===0.16
管程雷诺: ==998×0.16×0.02/549.4×10-6=5811
管程传热系数:α2==0.023××58110.8×3.540.4=126806
2.6 结构的初步设计
查GB151-1999《管壳式换热器》可知，管间距按照1.25选取：
管间距: s = 1.25d0 = 1.25×0.025 = 0.032
管束中心排管数:=1.1=1.1×=29根，取30根
则壳体内径为:===1.028
圆整为: =1000㎜
则长径比:== 6，在4-6之间，合理。
折流板选择弓形折流板:
折流板弓高:=
折流板间距:=
折流板数量:=块 取16块
2.7壳程换热系数计算
壳程流通面积:
壳程流速:
壳程质量流速:=1.3466×800=1077.25
壳程当量直径:
壳程雷诺数:
根据，切去弓形面积所占的比例，可查得为0.145
根据《管壳式换热器原理与设计》图2-12查得壳程传热因子：
管外壁温度假定值为100℃，壁温下油粘度：=0.0004937
粘度修正系数:
壳程换热系数:

2.8 传热系数计算
查GB151-1999《管壳式换热器》第138页可知
水侧污垢热阻:=
油侧污垢热阻为:=
由于管壁比较薄，所以管壁的热阻γ可以忽略不计，可得总传热系数为：
732
传热面积比为: = （合理）
2.9 管壁温度计算
管外壁热流密度计算:
=
管外壁温度:
= ℃
误差校核:℃，误差不大，合理。
2.10 壳程压力降计算
参考《换热去设计手册》1-3-75：

由=79209，查图1—3—24得壳程压强摩擦因子=0.04
其中：
壳体内径=1.0m；
管子长度L=6m；
折流板间距=0.33m；
流体密度=800；
流体粘度=493.7；
管外流体壁温107.5℃下粘度=0.0005494；
则壳程压强
＜0.05，符合压强计算。
2.11 管程压力降计算
参考《换热器设计手册》公式1-3-47：
管程压强：
其中 ：—直管压降；
—回弯压降；
—管箱进出口压降；
—结构校正系数，=1.4；
—串联的壳程数，=1；
—管程数，=2；
其中

则

即
＜0.05，符合压强条件。

第三章 管壳式冷却器的类型、结构与型号
3.1 主要设计参数
管程:管程介质为水，温度由250C加热到650C，工作压力2.0MPa，程数2
壳程：壳程介质为高温油，程数1，由1400C被冷却到750C、压力为1.4Mpa，流量为255t/h。
3.2 冷却器的零部件名称
表3.1
序号
名称
序号
名称
序号
名称
1
接管法兰
11
活动鞍座（部件）
21
纵向隔板
2
管箱法兰
12
U形换热管
22
接管
3
壳体法兰
13
挡管
23
内导流筒
4
防冲板
14
固定鞍座（部件）
24
圆筒
5
补强圈
15
滑到
25
管箱侧垫片
6
壳体（部件）
16
管箱垫片
26
凸形封头
7
折流板
17
管箱圆筒（短节）
27
双头螺柱或螺栓
8
拉杆
18
封头管箱（部件）
28
放气口
9
定距管
19
分层隔板
29
螺母
10
支持板
20
中间挡板

图3.1 U型管式冷却器
3.3 冷却器的主要组合部件
冷却器的主要组合部件有前段管箱、壳体和后端结构（包括管束）三部分。详细分类见图3.2。

图3.2[2] 主要零部件分类和代号

第四章 冷却器材料选择
4.1 选材原则
冷却器用钢的标准、冶炼方法、热处理状态、无损检测标准及检测项目均按GB150-1998第四章及其附录A的规定。
冷却器它的主要用途是为了把热量散出去，在我们的生活中它时常经常容易发生电化学反应。为此，避免金属受到为了保护金属部受腐蚀，最根本的方法是选择耐腐蚀的金属或非金属材料。冷却器主要部件材料选择见表4.1
表4.1 材料
零部件
材料
设计压力
设计温度
许用应力 [s]t
标准
管箱封头
15CrMoR
8
323
128.24
GB6654
后封头
15CrMoR
8.5
273
136.4
GB6654
筒体
15CrMoR
8.5
273
136.4
GB6654
管箱圆筒短节
15CrMoR
8
323
128.24
GB6654
管板
0Cr18Ni10Ti
4.5
323
112.62
GB4728
换热管
0Cr18Ni10Ti
8
323
100.4
GB/T13296-2007
壳程接管
15CrMo
PN16
273
105.86
GB6479
管程接管
0Cr18Ni10Ti
PN16
273

筒体法兰
15CrMo
PN6.4
273

GB470O-4703- 2000
管程接管法兰
0Cr18Ni10Ti
PN16

HG20592-97
壳程接管法兰
15CrMo
PN16
323

HG20592-97
管箱法兰
15CrMo
PN6.4
273

GB470O-4703- 2000

第五章 冷却器结构设计
管壳式冷却器的结构设计，必须考虑许多因素，如材料、压力、温度、比温差、结垢情况、流体的性质以及检修与清理等等来选择一些适合的结构型式。
通常相同形式的冷却器，由于各种条件的制约，其设计时所选用的结构会有所不同。在实际工程设计的过程中，除了满足尽量选取标准系列产品外，往往也会按照其特定的要求进行设计，来满足工艺性的要求。
它在外界给它施加较大的压力的情况下，由于管壁有点薄，故此要加厚它的管壁。
5.1 壁厚的确定
管式冷却器的外壳由壳体和封头还有管箱壳体所组成，其壳体一般采用管材或者板材劵制成型。压力容器的公称直径选取参考GB9019-88规定，当直径大于等于400毫米的情况，选取板材来劵制壳体和管箱壳体；当直径小于400毫米的时候，一般会选用成型管。管式冷却器的直径系列应该与封头和连接法兰的系列相互匹配，以方便进行封头和法兰的选型。通常当直径小于1000毫米时，相差100毫米作为一个系列，在有必要的时候也可以选用50毫米作为一个系列；当直径大于1000毫米时，直径相差200毫米为一个系列。
表5.1.1[2] mm
公称直径
400～≤700
＞700～≤1000
＞1000～≤1500
＞1500～≤2000
＞2000～≤2600
浮头式，U形管式
8
10
12
14
16
固定式管板式
6
8
10
12
14
表5.1.2[2] mm
公称直径
400～≤500
＞500～≤700
＞700～≤1000
＞1000～≤1500
＞1500～≤2000
＞2000～≤2600
最小厚度
3.5
4.5
6
8
10
12
5.2 管箱圆筒短节设计
管箱圆筒（短节）计算按GB150-1998第五章的有关规定；其开孔补强计算按GB150-1998第八章有关规定。圆筒的最小厚度按表5.1.2的规定。设计条件见表5.1.3。
表5.1.3
部件
材料
设计温度℃
设计压力MPA

MPA

MPA

标准

MM

MM
管箱圆筒短节
15CRMOR
323
8.0
128.24

1.0
GB6654
0
0
圆筒计算：
在保证设计温度的前提下圆筒的计算厚度按式（5-2-1）计算，公式的适用范围为。
（5-2-1）
其中；； ；=1.0带入上式得：
厚度计算：δ= 25.76mm
设计厚度：
名义厚度： ，经圆整取= 26mm
有效厚度：
圆筒应力计算按照式（5-2-2）计算：
（5-2-2）
得：

<
满足强度要求，故取名义厚度= 26mm合适。
设计温度下圆筒的最大允许工作压力按式（5-2-3）计算：
（5-2-3）

在满足压力要求下，所以厚度= 26mm合适。
5.3 壳体圆筒设计
设计条件见表5-4：
表5-4
部件
材料
设计温度℃
设计压力MPA

MPA

MPA

标准

MM

MM
壳体圆筒
15CRMOR
273
8.5
136.4

1.0
GB6654
0
0
圆筒计算：
设计温度下圆筒的计算厚度按式（5-2-1）计算，
其中；； ；=1.0带入（5-2-1）得：
计算厚度：δ= 25.73mm
设计厚度：
名义厚度： ，经圆整取= 26mm
有效厚度：
设计温度下圆筒的计算应力按式（5-2）计算：
得：

<
满足强度要求，故取名义厚度= 26mm合适。
设计温度下圆筒的最大允许工作压力按式（5-2-3）计算：

满足压力要求，故取名义厚度= 26mm合适。
5.4 封头设计[1～3]
压力容器封头的种类主要分为凸型封头、变径段、锥壳、平盖还有紧缩口等类型，在这其中凸型封头包括有球冠行封头、椭圆形封头、半球形封头、碟形封头。根据工艺条件的要求和制造难易程度等情况来考虑采用什么样的工艺条件。
此次设计采用标准椭圆形封头，它由半个椭球面和短圆筒组成，它的组成由短圆筒和半个球面，如图5.4所示。设计条件见表5.4-1，表5.4-2。

图5.4
表5.4-1
部件
材料
设计温度℃
设计压力MPA

MPA

MPA

标准

MM

MM
管箱封头
15CRMO
323
8.0
128.24

1.0
GB6654
0
0
表5.4-2
部件
材料
设计温度℃
设计压力MPA

MPA

MPA

标准

MM

MM
后封头
15CRMO
273
8.5
136.4

1.0
GB6654
0
0
符号规定：
---- 封头内直径，mm；
---- 封头外直径（),mm；
---- 封头曲面深度，mm；
---- 封头质变高度，mm；
A ---- 封头内表面积，㎡；
V ---- 封头容积，；
m ---- 封头质量，㎏；
---- 计算压力（按[1]第3章）,MPa；
---- 最大允许工作压力，MPa；
---- 封头计算厚度，mm；
---- 封头有效厚度，mm；
---- 封头名义厚度，mm；
---- 设计温度下封头材料的计算应力，MPa；
---- 设计温度下封头材料的许用应力（按[1]第5章）,MPa；
---- 焊接接头系数（按[1]第3章）。
5.4.1 后封头计算
标准椭圆形封头的计算厚度按式（4-4-1）计算：
（5-4-1）
其中；； ；=1.0带入式（5-4-1）
得：计算厚度：δ= 25.32mm
设计厚度：
名义厚度： ，经圆整取= 26mm
有效厚度：
标准椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内直径的0.15％，但当确定封头厚度已考虑了内压下的弹性失稳问题，可不受此限制。

故该标准椭圆形封头的名义厚度= 26mm合适。
椭圆形封头的最大允许工作压力按式（4-4-2）计算：
（5-4-2）

该封头满足压力要求，故取名义厚度= 26mm合适。
设计温度下封头的计算应力按式（4-4-3）计算：
（5-4-3）

满足强度要求，故取名义厚度= 26mm合适。
5.4.2 管箱封头计算
标准椭圆形封头的计算厚度按式（4-4-1）计算：
其中；； ；=1.0带入（5-4-1）得：计算厚度：δ= 25.35mm
设计厚度：
名义厚度： ，经圆整取= 26mm
有效厚度：
标准椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内直径的0.15％，但当确定封头厚度时已考虑了内压下的弹性失稳问题，可不受此限制。

故该标准椭圆形封头的名义厚度= 26mm合适。
椭圆形封头的最大允许工作压力按式（4-4-2）计算：

该封头满足压力要求，故取名义厚度= 26mm合适。
设计温度下封头的计算应力按式（4-4-3）计算：

满足强度要求，故取名义厚度= 26mm合适。
由续表1[3]查取封头的数据见表5.4.2：
表5.4.2
封头
公称直径DN MM
曲面高度 MM
直边高度
MM
内边面积A

容积V

质量M

管箱封头
800
200
50
0.8194
0.0992
174.67
后封头
800
200
50
0.8194
0.0992
174.67
5.5 换热管设计[4]
5.5.1 换热管的规格和尺寸偏差
换热管的长度有设计条件给定取为6m，直径Ф19mm，厚度δ=2mm；由GB13296查得换热管的规格和尺寸偏差见表5.5.1：
表5.5.1
材料
换热管标准
管子规格，MM
高精度，较高精度，MM
管控规格，MM
外径D
厚度Δ
外径偏差
厚度偏差
管孔直径
允许偏差
不锈钢0CR18NI10TI
GBA13296-2007
19
2
0.20

19.25

5.5.2 U形管的尺寸
（1）U型管弯曲阶段的曲率半径
U型管弯曲阶段的曲率半径R（见图5.5.2）应不小于两倍的换热管外径，常用换热管的最小弯曲半径可按GB151-1999表11选取，取=40mm。

图5.5.2
(2)U型管的弯管段在弯曲前的壁厚最小取值按式（4-5-1）计算：
（5-5-1）
其中，d = 19mm，R = = 40mm， = 2mm，带入上式得：
，圆整取为2.5mm
5.5.3 管子的几种排列方式
换热管的排列主要由一下及几种：

图5.5.3[2]
通常采用正方形排列方式来对壳程进行清洗，管间通道应该保证连续且沿整个管束，保证清洗通道为6毫米。
折流板间距相同的情况下，在图4.5.3中所示a和b这两种排列形式的流通截面要比b与c这两种方式小，更有利于提高流体的速度，所以相对比较合理一些。
本文所设计内容采用三角形排列方式。
5.5.4 布管限定圆

图5.5.5.1

图5.5.5.2

表5.5.5.1[2]

B
<1000
>3
1000～2600
>4
= 800mm,取b = 28mm。
表5.5.5.2[2]

≤700
≥10
3
>700
≥13
5
取= 30mm，= 5mm，则有。
布管限定圆为管束最外层换热管中心圆直径，布管限定圆按表4.5.5.3确定。
表5.5.5.3[2]
冷却器型式
固定管板式、U形管式
浮头式
布管限定圆直径

得：。
5.6 管板设计
管板作为管式冷却器的一个非常重要的组成元件，不仅与壳体和管子连接，它还是冷却器中的一个重要的承受压力的元件，管板在设计的过程中不仅要考虑其自身的强度要满足还要考虑结构的设计合理性。管板得合理设计对于正确选用和节约材料、减少加工制造的困难、降低成本、确保使用安全都具有重要意义。
U型管冷却器只有一块管板，采用可以拆卸式连接，管板通过垫片与管法兰和壳体法兰连接。其连接形式见图5.6。

图5.6
管当管板与换热管采用胀接时，管板得最小厚度（不包括腐蚀裕度）应满足表若管板采用复合管板，其复层最小厚度应不小于10mm。并应保证距复层表面深度不小于8mm的复层化学成分和金相组织符合复层材料的要求。
表5.6.1
换热管外径D，MM
≤25
>25～<50
≥50
最小厚度，MM
用于易燃易爆及有毒介质等场合
≥D
用于无害介质的一般场合
≥0.75D
≥0.70D
≥0.65D
5.7 管箱结构设计
管箱主要起到把管道中存在流体汇集到一起送出冷却器的作用。管箱还具有改变流体流向的作用。
5.7.1 管箱的最小内侧深度
两程之间的流通面积的最小值是指管箱被与地面平行的平面所剖开所形成的载面面积；每程换热管流通面积是指同一管程内的换热管管内截面所形成的面积之和。
根据设计要求选择取管箱内侧深度为835mm。
5.7.2 分程隔板
隔板材料应采用与管箱相同的材料制造。它的厚度应该大于等于表6[2]的规定。按规定取隔板材料为15CrMo，隔板的最小厚度为10mm。
槽深按照5.6.6.2[2]规定：
（1）槽深大于等于4mm ；
（2）槽的宽度根据材质分为：碳钢12mm,不锈 钢 11 mm ；
（3）槽拐角处的倒角通常为45°，倒角宽度b近似等于分程垫片的圆角半径R，见图5.7.2。

图5.7.2[2]
取槽深为4mm，槽宽度为12mm，倒角为45°。

第六章 冷却器其他各部件结构
6.1 进出口接管设计
通常冷却器的管箱上还有壳体上都会安装有接口或接管还有进出口管。在大多数管箱底部和壳体都安装有排液管，在上部都安装有排气管，壳体的侧面也通常装备有安全阀接口以及其他设备的接口，例如压力表、温度计、液位计等。立式管壳式冷却器，有必要的时候还需要设置溢流口。由于箱壳体和壳体上开孔，这样会对局部位置的强度造成影响。
6.1.1 接管法兰设计
已知设计条件见表6.1.1
表6.1.1 管口规格
符号
用途或名称
公称尺寸
连接标准
法兰类型及密封面形式
1-1，2
管程进出口
PN16 DN250
HG20592-97
WN/RJ
2-1，2
壳程进出口
PN16 DN200
HG20592-97
WH/RJ
根据HG20592-97选取接管法兰的结构参数如下：
公称直径
钢管外径
法兰厚度
法兰颈
法兰高度
法兰理论重量
DN
A1
C
N
S
H1
R
H
（kg）
200
219
66
278
16
16
8
140
65.6
250
273
76
340
20
18
10
155
106.4
公差

连接尺寸
DN
法兰外径
D
螺栓孔中心圆直径
K
螺栓孔直径
L
螺栓孔数量
n
螺纹
Th
200
430
360
36
12
M33×2
250
515
430
42
12
M39×3

密封面尺寸
DN
d
P
E
F
Rmax
250
388
330
11
17
0.8
200
322
275
11
17
0.8
公差
±0.5
±0.13
+0.4
±0.2
±0.5°

垫片尺寸
DN
A
P
H
C
200
15.5
275
22
10.5
250
15.5
330
22
10.5
公差
±0.2
±0.18
±0.4
±0.2

紧固件长度计算：
螺柱：
式中：
----紧固件长度，mm；
----法兰厚度，mm
----法兰厚度正公差（按HG 20592～20635-97表A.0.1-1规定）,mm；
----环连接面法兰突台高度（按HG 20592第8.0.2规定），mm；
----环连接面法兰间近似距离（按HG 20592～20635-97表A.0.1-2规定）,mm；
----螺母最大厚度（按HG 20592～20635-97表A.0.1-3规定）,mm；
----紧固件倒角端长度（按HG 20592～20635-97表A.0.1-3规定）,mm；
----六角螺栓或螺柱安装时的最小伸出长度（按一个螺距计算，见HG 20592～20635-97表A.0.1-3规定）,mm；
----六角螺栓或螺柱的负公差（按HG 20592～20635-97表A.0.1-4规定）,mm；，
----垫片厚度，取。
查取数值，及计算结果见下表:

DN

计算结果l
200
66
+4.0
11
6.7
28．7
2
2
2.3
3
239.4
250
76
+4.0
11
6.7
33.4
2.5
3
2.6
3
272.1
6.1.2 接管外伸长度
它的长度也叫接管伸出长度，为此我们可以完成计算此长度。
可按式（5.1.1）计算：
（6.1.1）
代入数据计算接管外伸长度得：
壳程进出口接管外伸长度为：，取。
管程进出口接管外伸长度为：，取。
6.1.3 接管开孔补强的设计计算
本次设计采用整体补强设计。具体设计如下：
（1）确认方法的适用性
A圆筒计算厚度：
壳程圆筒计算厚度：
管程圆筒计算厚度：
B接管计算厚度：

壳程开孔直径：
管程开孔直径：
壳程接管计算厚度：
名义厚度：，圆整取
有效厚度：
管程接管计算厚度：
名义厚度：，圆整取
有效厚度：
C 校核使用条件
壳程接管：

，

管程接管：

，

故本设计可用整锻件补强设计。
（2）开孔所需补强面积
壳程：

管程：

（3）有效补强范围
A设定补强元件结构尺寸如图4.1.4所示。过渡圆角半径按GB150确定。

或取大者，式中：，
壳程圆角半径：
取30mm

图6.1.4
管程圆角半径：
取35mm
或取大者
壳程圆角半径：
取15mm
管程圆角半径：
取15mm
B有效补强范围半径
有效补强范围半径按式（6.1.4.1）计算