马进炎毕业设计说明书

本科毕业设计 (论文)200号油换热器设计Design of 200 # Oil Heat Exchanger学院：机械工程学院专业班级：过程装备与控制工程装备071 学生姓名：马进炎学号： 010782114 指导教师：刘洁（讲师）2011 年06月目录1绪论............................................. 错误！未定义书签。

1.1换热器的应用................................... 错误！未定义书签。

1.2换热器的主要分类............................... 错误！未定义书签。

1.3管壳式换热器特殊结构........................... 错误！未定义书签。

2．换热器结构设计与强度计算........................ 错误！未定义书签。

2.1壳体与管箱厚度的确定 (1)2.2接管的选取 (2)2.3开孔补强计算 (3)2.4水压试验 (5)2.5换热管 (5)2.6管板设计 (7)2.7折流板 (11)2.8拉杆与定距管 (13)2.9防冲板 (14)2.10保温层 (14)2.11法兰与垫片 (14)2.12钩圈式浮头 (16)2.13分程隔板 (22)2.14鞍座 (22)3换热器的腐蚀、制造与检验 (24)3.1换热管的腐蚀 (24)3.2换热器的制造与检验 (25)结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)2.1壳体与管箱厚度的确定2.1.1 壳体和管箱材料的选择由于所设计的换热器属于常规容器，并且在工厂中多采用低碳低合金钢制造，故在此综合成本、使用条件等的考虑，选择Q345R 为壳体与管箱的材料。

Q345R 是低碳低合金钢，具有优良的综合力学性能和制造工艺性能，其强度、韧性、耐腐蚀性、低温和高温性能均优于相同含碳量的碳素钢，同时采用低合金钢可以减少容器的厚度，减轻重量，节约钢材。

2.1.2 圆筒壳体厚度的计算焊接方式：选为单面焊对接接头，局部无损探伤，故焊接系数0.85Φ=； 根据GB713《锅炉与压力容器专用钢板》，Q345R 钢板的120.3;2C C mm ==。

假设材料的许用应力[]170t σ=MPa （厚度为6～16mm 时），已知条件：管程：水，工作压力 1.0MPa ，工作温度25～35℃；壳程：200号油，工作压力1.25MPa ，工作温度80～40℃。

设计条件的确定设计压力：管程为1.3MPa ，壳程为1.3 MPa. 设计温度：管程为50℃，壳程为90 ℃。

P c =1.3+P l =1.3 MPa0.769.80.5 3.724 1.35%0.065l a p gh P MPa ρ==⨯⨯=<⨯=壳体计算厚度按下式计算为：[] 1.3500 2.2621700.85 1.32c itcD mm δσP ⨯===⨯⨯-Φ-P ；设计厚度2 2.262 4.26d C mm δδ=+=+=；名义厚度1 4.260.310n d C mm δδ=++=++∆=（其中∆为向上圆整量）；查其最小厚度为8mm ，则此时厚度满足要求，且经检查，[]tσ没有变化，故合适。

考虑到后面法兰选取要求壳体最小厚度为10，因此选10mm 更合适。

2.1.3 管箱厚度计算管箱由两部分组成：短节与封头；且由于前端管箱与后端管箱的形式不同，故此时将前端管箱和后端管箱的厚度计算分开计算。

2.1.3.1 前端管箱厚度计算前端管箱为椭圆形管箱，这是因为椭圆形封头的应力分布比较均匀，且其深度较半球形封头小得多，易于冲压成型。

其计算压力P c =P d +P l此时选用标准椭圆形封头，故1K =，且同上120.3;2C C mm ==，则封头计算厚度为：[]1 1.3500 2.25217010.5 1.320.5c ih tcD mm δσKP ⨯⨯===⨯⨯-⨯Φ-P10009.80.549000.0049 1.35%0.065l a p gh P MPa MPa ρ==⨯⨯==<⨯=忽略。

设计厚度：2 2.252 4.25d h h C mm δδ=+=+=名义厚度：1 4.450.310nh d h C mm δδ=++∆=++∆=（∆为向上圆整量）；经检查，[]tσ没有变化，故合适查JB/T4746—2002《钢制压力容器用封头》可得封头的型号参数如下：表2-1 DN500标准椭圆形封头参数DN(mm) 总深度H(mm) 内表面积A(㎡)容积(m3) 封头质量（㎏）5001650.3340.02427短节部分的厚度同封头处厚度，为10mm 。

2.1.3.2 后端管箱厚度计算由于是浮头式换热器设计，因此其后端管箱是浮头管箱，又可称外头盖。

外头盖的内直径为600mm ，这可在“浮头盖计算”部分看到。

选用标准椭圆形封头，故1K =，且同上120;2C C mm ==，则计算厚度为：[]'1 1.3600 2.7121700.850.5 1.320.5c ih tcD mm δσKP ⨯⨯===⨯⨯-⨯Φ-P ；（p l 忽略）设计厚度'2 2.712 4.71d h h C mm δδ=+=+=；名义厚度''1 4.710.310nh d h C mm δδ=++∆=++∆=（∆为向上圆整量）；经检查，[]tσ没有变化，故合适。

查JB/T4746—2002《钢制压力容器用封头》可得封头的型号参数如下：表2-2 DN600标准椭圆形封头参数DN(mm) 总深度H(mm) 内表面积A(㎡) 容积(m3) 封头质量（㎏）6001900.4660.04038短节部分的厚度同封头处厚度，为10mm 。

2.2接管的选取循环水进口与出口选用无缝钢管尺寸为Φ168⨯6，材料为16Mn 。

200号油进口与出口选用无缝钢管尺寸为Φ219⨯6材料为16Mn 。

排气口与排液口选用无缝钢管尺寸为Φ25⨯3材料为 16Mn 。

2.3开孔补强计算在该台浮头式换热器上，壳程流体的进出管口在壳体上，管程流体则从前端管箱进入，而后端管箱上则有排污口和排气口，因此不可避免地要在换热器上开孔。

开孔之后，出削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连接性被破坏，会产生很高的局部应力，会给换热器的安全操作带来隐患。

因此此时应进行开孔补强的计算。

按照GB150规定，当在设计压力小于或等于2.5MPa 的壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径小于或等于89mm 时，只要接管最小厚度满足下表2-3要求，就可以不另行补强。

表2-3接管外壁最小厚度接管外径253238454857657689最小厚度3.54.05.06.0按照以上规定，循环水进口与出口与200号油进口与出口都需进行补强计算 a.对于受内压的圆筒或球壳，A 2(1)e r d f δδδ=+- b.对于受外压的圆筒和球壳，A 0.5[2(1)]e r d f δδδ=+-A ——开孔削弱做需要的补强面积，2mmd ——开孔直径，mmδ——壳体开孔处的计算厚度，mm e δ——接管有效厚度，mmr f ——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。

2.3.1 壳体上开孔补强计算 2.3.1.1 补强及补强方法判别：①200号油进口与出口补强计算 用等面积法进行开孔补强计算。

2.3.1.2 开孔所需补强面积计算：强度削弱系数[][]1701170t n rtf σσ===接管有效厚度60.32 3.7et nt C mm δδ=-=--= 开孔直径219262 2.3211.6d mm =-⨯+⨯=开孔所需补强面积按下式计算：22(1)211.6 2.262 2.266(11)478.216et r A d f mm δδδ=+-=⨯+⨯⨯⨯-= 2.3.1.3 有效补强范围①有效宽度B ：22211.6423.2max 423.222211.321026243.6n nt d mm B mm d mm δδ=⨯=⎧⎫==⎨⎬++=+⨯+⨯=⎩⎭②有效高度： （a ）外侧有效高度1h 为：135.63min 35.63200mm h mm mm =====⎫⎪⎬⎪⎪⎩⎭实际外伸长度（b ）内侧有效高度2h 为：235.63min 00mm h mm mm =====⎫⎪⎬⎪⎪⎩⎭实际内伸长度2.3.1.4 有效补强面积①壳体多余金属面积：壳体有效厚度：10 2.37.7;e n C mm δδ=-=-= 则多余的金属面积1A 为：12()()2()(1)(423.3211.6)(7.7 2.26)01151.648e et e r A B d f mm δδδδδ=-----=-⨯--=；②接管多余金属面积： 接管计算厚度：[] 1.32000.7721701 1.32c it tcn d mm δσP ⨯===⨯⨯-Φ-P接管多余金属面积A 2：2212222()2()235.63(3.70.77)10208.79h et t r et r A A h f h C f mm δδδ==-+-=⨯⨯-⨯+=③接管区焊缝面积（焊脚取为6mm ）：31266362A mm =⨯⨯⨯=④有效补强面积：21231151.648208.79361396.438e A A A A mm =++=++=可知e A A>该接管补强的强度足够，不需另外设补强结构该设备最大接管的公称直径为200mm ，此接管不需另设补强结构，那么其他的也不需另设补强结构了。

2.4水压试验设试验温度为常温，根据GB150规定，则有[][]1701.25 1.25 1.3 1.625170T tP PMPa σσ==⨯⨯=则校核水压试验时圆筒的薄膜压力T σ：()1.625(500 5.7)22 5.772.080.90.90.85345263.925T i e T es P D MPaδσδφσ+⨯+==⨯=<=⨯⨯=满足条件。

2.5换热管换热管的规格为25 2.5Φ⨯，材料选为20钢。

2.5.1 换热管的排列方式换热管在管板上的排列有正三角形排列、正方形排列和正方形错列三种排列方式。

各种排列方式都有其各自的特点：①正三角形排列：排列紧凑，管外流体湍流程度高在同样的管板面积上可排列最多的管数，应用最为普遍；②正方形排列：易清洗，但给热效果较差；③正方形错列：可以提高给热系数。

各排列如图2-1所示图2-1在此，选择正三角形排列，主要是考虑同样的管板面积上可排列最多的管数。

查GB151-1999可知，换热管的中心距S=32mm ，分程隔板槽两侧相邻管的中心距为44mm ；同时，由于换热管管间需要进行机械清洗，故相邻两管间的净空距离（S-d ）不宜小于6mm 。