刘丽丽 毕业设计终稿

目录前言 (1)符号说明 (2)第一章设计方案的确定 (8)1.1设计参数的确定 (8)1.2材料的选择 (8)第二章强度计算 (10)2.1圆筒的设计 (10)2.1.1选材 (10)2.1.2筒体厚度计算 (10)2.1.3水压试验校核 (11)2.2管箱圆筒短节设计 (11)2.2.1选材 (11)2.2.2筒体厚度计算 (11)2.2.3水压试验校核 (12)2.3底部封头（椭圆形封头）设计 (12)2.3.1选材 (12)2.3.2筒体厚度计算 (13)2.3.3封头校核 (13)2.4顶部封头（锥壳）设计 (14)2.5换热管设计 (15)2.5.1换热器中的换热管根数n (15)2.5.2换热管的排列形式 (16)2.5.3换热管中心距 (16)2.5.4换热管壳体直径 (16)2.5.5实际换热管数 (17)2.5.6换热面积校核 (18)2.5.7管孔 (18)2.5.8 换热管与管板的连接 (18)第三章管板设计 (19)3.1 壳体圆筒的相关参数 (19)3.2管子的相关参数 (19)3.3管板系数计算 (20)3.4管板抗弯刚度D和各项旋转刚度参数,,,f f f fK K K K''' (21)3.5危险工况计算 (22)3.6管板的厚度 (24)第四章判断是否用膨胀节 (25)4.1圆筒和管子的膨胀形差计算 (25)4.2判断条件 (25)4.3载荷计算 (26)4.4判断是否设膨胀节 (26)第五章接管、接管法兰及人孔选取 (28)5.1接管的选取 (28)5.1.1冷物料进口接管A (28)5.1.2冷物料出口接管B (28)5.1.3热物料进出口接管C、D (28)5.1.4进气、排气口接管E1~4、F1~4 (29)5.1.5人孔接管M1~2 (29)5.1.6温度计口接管T (29)5.2接管法兰设计 (30)5.3人孔的选取 (36)第六章附件的选取 (37)6.1拉杆 (37)6.1.1拉杆形式 (37)6.1.2 拉杆的直径，材料和数量 (37)6.1.3拉杆孔的确定 (38)6.2折流板 (38)第七章开孔补强 (39)7.1开孔补强设计准则 (39)7.2筒体开孔补强（热物料进出口补强） (39)7.2.1 开孔所需补强面积 (40)7.2.2有效补强范围 (40)7.2.3有效补强面积 (41)7.3冷物料进出口补强（接管A） (42)7.3.1开孔所需补强面积 (42)7.3.2有效补强范围 (42)7.3.3有效补强面积 (44)7.4排气、液开孔补强计算 (44)7.4.1开孔所需补强面积 (44)7.4.2有效补强范围 (45)7.4.3有效补强面积 (45)7.5人孔开孔补强计算 (46)7.5.1开孔所需补强面积 (46)7.5.2有效补强范围 (47)7.5.3有效补强面积 (47)第八章换热器质量计算及支座选取 (49)8.1换热器质量计算 (49)8.2偏心载荷计算 (51)8.3设备质心位置的计算 (51)8.4支座的选取 (52)参考文献 (55)谢辞 (56)前言换热器是化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。

在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%-45%。

近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。

在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝。

换热器就是用来进行这些热传递过程的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高的流体传递到温度较低的流体，以满足工艺上的需要。

它是化工炼油，动力，原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备，对于迅速发展的化工炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。

换热器在化工生产中，有时作为一个单独的化工设备，有时作为某一工艺设备的组成部分，因此换热器在化工生产中应用是十分广泛的。

任何化工生产中，无论是国内还是国外，它在生产中都占有主导地位。

本次毕业设计主要设计的是固定管板换热器，针对换热器中所需要的材料，标准零件,结构尺寸大小，作了详细的分析，从而使换热器达到工艺要求。

对材料，标准零件,结构尺寸的要求,主要从四个方面考虑：安全性能要求（强度、韧性、刚度、耐蚀性、密封性）；工艺性要求（生产效率、能耗）；使用性要求（结构、安装、维修、制造）；经济性要求，从而达到符合生产实际要求，适应市场竞争。

同时为了是本次设计能顺利完成，我查阅了大量有关书籍，订做了一定的摘要。

符号说明a ——根换热管管壁金属的截面积，2mm ； dA ——在布管区范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，而未能被换热管支撑的面积，2mm ；例如对于三角形排列： A d =ns (S n −0.866∙s )tA ——管板布管区面积，2mm ；三角形排列 A t =0.886n s 2+A d A s ——圆筒壳壁金属横截面积，mm 2;A 1——壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积，㎜2A 2——接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积，㎜2 A 3—— 焊缝金属截面积，㎜2A e ——补强面积，㎜2A m ——需要的螺栓面积，㎜2； A l ——管板开孔后的面积，mm 2；A ——圆筒内直径横截面积，2mm ；αs ——壳程圆筒线膨胀系数，mm mm ∙℃⁄ αt ——换热管材料线膨胀系数，mm mm ∙℃⁄B ——补强有效宽度，mm ；β——系数；1C ——钢板负偏差，mm ； 2C ——腐蚀裕量，mm ；C ——厚度附加量，mm ；D L ——布管限定圆直径，mm ；D ——管板开孔前的抗弯刚度，N mm3212(1)p E D δν=-0D ——容器外径；i D ——壳程圆筒和管箱圆筒内直径，mm ； tD ——管板布管区当量直径，mm ；t D =d °——换热管外径，mm ；h E ——下述对于b 型连接方式，指管箱圆筒材料的弹性模量，a MP ； pE ——管板材料的弹性模量，a MP ；sE ——下述对于b 型连接方式，指壳程圆筒材料的弹性模量，a MP ；E t ——换热管材料的弹性模量，a MP ；rf ——强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比值，当该比值大于1.0时，取1r f =；g ——重力加速度，取29.8/g m s =； eG ——偏心载荷，N ；G 3—— 系数； G 2 ——系数；G 1e ——系数，仅用于m >0时； G 1i —— 系数；H ——容器总高度，mm ；h ——水平力作用点至底板高度，mm ；1h ——接管外侧有效补强高度，mm ； 2h ——接管内侧有效补强高度，mm ；K ——椭圆形封头应力增强系数；k −管板周边不布管区无量纲宽度；fK ——管板边缘旋转刚度参数，a MP ；f f f K K K '''=+fK '——壳程圆筒与法兰的旋转刚度参数，a MP ；322112f f f f s i f i E b K E D b D δω⎡⎤''⎛⎫''⎢⎥=+ ⎪+⎢⎥⎝⎭⎣⎦ f K ''——管箱圆筒与法兰（或凸缘）的旋转刚度参数，a MP ；322112f f ff h i f i E b K E D b D δω⎡⎤''''⎛⎫''''⎢⎥=+ ⎪+⎢⎥⎝⎭⎣⎦ fK ——旋转刚度无量纲参数；28i tf fD D K K D =L ——换热管长度，mm;L cr ——换热管受压失稳当量长度，mm; i ——换热管的回转半径，mm; M̃m —— 基本法兰力矩系数； M̃ws −−壳体法兰力矩系数； M̃−−管板边缘力矩系数； m −−管板总弯矩系数； m 1−−管板第一弯矩系数； m 2−−管板第二弯矩系数； M 1−−系数；∆M̃−−管板边缘力矩变化系数； ∆M̃f −−法兰力矩变化系数； M ̃b −−边界效应压力组合系数；M m −−基本法兰力矩，N ∙㎜；m ——设备总质量，kg ；n '——沿隔板槽一侧的排管根数；n ——换热管根数；P T ——水压试验下压力，a MP ；c P ——计算压力，a MP ； wP ——水平风载荷，60001.210w i P f q D H -=⨯P ——水平力，取0.25w e w P P P +和的大值，N 。

eP ——水平地震力，N ；0e P am g=P a −有效压力组合，MPa ； P b −边界效应压力组合，MPa ；d P ——管板设计压力，a MP ； s P ——壳程设计压力，a MP ； tP ——管程设计压力，a MP ；Q ——支座实际承受的载荷，kN ；q ——换热管与管板连接的力，aMP ；[]q ——许用拉脱力，按参考文献[4](GB151-1999)5.7.5规定，aMP ；q ——10m 高度处的基本风压，2/N mm ，此处按呼和浩特市区20500/q N mm =；R ——半径，mm ；对于a 型连接方式，/2G R D =； 对于其他连接方式，/2i R D =S ——换热管中心距，mm ；n S ——隔板槽两侧相邻管中心距，mm ；μ——管板强度削弱系数，一般可取0.4μ=；ν——管板材料泊松比，取0.3ν=；η−管板刚度系数，一般可取μ值； ξ−法兰力矩折减系数；t ρ——布管区当量直径t D 与直径2R 之比；σ——应力，a MP ；t σ——换热管轴向应力，aMP ；σr −管板径向应力，MPa ；σ̃r −管板径向应力系数； σ̃r ′−管板布管区周边处径向应力系数； σr ′−管板布管区周边处的径向应力，MPa ；σs ——圆筒或椭圆形封头在试验温度下的屈服点或屈服强度，a MP ； τp −管板布管区周边剪切应力，MPa ；[]tr σ——设计温度下，管板材料的许用应力，aMP ；[σ]t t ——设计温度下，换热管材料的许用应力，a MP ； [σ]s t ——设计温度下壳体材料的许用应力，a MP ；[]tn σ——设计温度下接管材料的许用应力，aMP ；ω'——系数，//s i f i D D δδ'按和，查参考文献[4](GB151-1999)图26； ω''——系数，//h i f i D D δδ''按和，查参考文献[4](GB151-1999)图26；φ——焊接接头系数； λ−系数；eS ——偏心距，mm ；δ——计算厚度，mm ；h δ——管箱圆筒厚度，mm ；sδ——壳程圆筒厚度，mm ；eδ—— 壳体开孔处的有效厚度，,e n C mm δδ=- ；et δ—— 有效厚度，,et ntC mm δδ=- ；n δ——名义厚度，mm ； nt δ—— 接管名义厚度，mm ； δd ——设计厚度，mm ；t δ——接管计算厚度，mm ；t δ——换热管壁厚，mm ；第一章设计方案的确定1.1设计参数的确定管程、壳程的工作压力分别为0.383、0.861MP。