参考换热器设计说明书

机械设计

机械设计包括结构设计和强度计算两部分。参考压力容器安全技术监察规程，本次设计的换热器为二类容器。

1.1 结构设计

1.1.1 设计条件

1.1.1.1 设计压力

设计压力根据最高工作压力确定。设有安全阀时，设计压力取最高工作压力的

1.05～1.10倍。本设计取1.1倍。

壳程设计压力 1.1 1.1(0.40.1)0.33d w P P MPa MPa ==⨯-=， 液柱压力0.95993.259.80.60.95gh Pa ρ⨯=⨯⨯⨯ = 5548.29455%d Pa P <

则可忽略液柱压力， 计算压力c d P P =，取高于其一个等级的公称等级1.0MPa 。 管程设计压力 1.1 1.1(1.40.1) 1.43d w P P MPa MPa ==⨯-=，忽略液柱压力，则取高出其一个压力等级为2.5MPa 。 1.1.1.2 设计温度

设计温度指容器在正常情况下，设定的元件金属温度，设计温度不得低于元件金属在工作温度状态可能达到的最高温度。 [8，124]

管程设计温度的确定 ，由于气氨最高操作温度为124℃，故取设计温度为130℃。

壳程设计温度的确定，由于壳程水最高操作温度为42℃，故取设计温度为50℃。

1.1.2 筒体壁厚

1.1.

2.1 筒体选材

由于筒体设计温度为50℃，设计压力为0.4MPa ，参考GB150-1998，故选20R 。 1.1.2.2 筒体壁厚的计算

2[]c i

t c

P D P δσφ=

-

式中δ— 计算厚度，mm ；

c P — 计算压力，MPa ；

φ — 焊接接头系数。

0.4600

0.9042[]2133 1.00.4

c i t c P D mm mm P δσφ⨯=

=≈-⨯⨯-

由表可知min 6mm δ=，故令δ=6mm 。

2

(62)8d

C mm mm δδ=+=+=

1(80)8d

n C mm mm δδ=++∆=++∆=

(取2C =2mm 在无特殊腐蚀情况下,对于碳素钢和低合金钢，不小于1mm )

[GB6654《压力容器用钢板》和GB3531《低温压力容器用低合金钢板》规定压力容器专用钢板的厚度负偏差不大于0.25mm ，因此使用该标准中钢板厚度超过5mm 时(如

20R,16MnR 和16MnDR)等，可取1C =0] [8，125]

由钢材标准规格，取n 8mm δ=

e δ=n δ-(1C +2C ) ( C=1C +2C ) =8-(0+2) =6mm

1.1.

2.3 筒体的强度校核

()0.4(6006)

2[]226

t

t c i e e P D MPa δσσφδ++=

==≤⨯ [8，122]

式中e δ — 有效厚度， e δ=n δ-C ， mm ；

n δ— 名义厚度， mm ；

t

σ— 设计温度下圆筒的计算应力， MPa ； C —厚度附加量， mm 。

[]t σφ=133⨯1.0=133MPa

t

σ<[]t σφ

故校核其满足强度要求。 因此，圆筒的最大工作压力[w p ]为

2[]26133 1.0 2.6346006

t e w i e p MPa D δσφδ⨯⨯⨯==≈++

1.1.3 管箱设计

1.1.3.1 管箱选材

管程设计压力为1.43MPa ，温度为130℃，参考GB150-1998，故选20R 。 1.1.3.2 管箱筒体厚度计算

2[]c i

t

c

P D P δσφ=

- 1.43600

3.27843792[]2133 1.0 1.43

c i t c P D mm mm P δσφ⨯=

==-⨯⨯-

由表可知min 6mm δ=，故令δ=6mm 。

2

(62)8d

C mm mm δδ=+=+=

1(80)8d

n C mm mm δδ=++∆=++∆=

[GB6654《压力容器用钢板》和GB3531《低温压力容器用低合金钢板》规定压力容器专用钢板的厚度负偏差不大于0.25mm ，因此使用该标准中钢板厚度超过5mm 时(如

20R,16MnR 和16MnDR)等，可取1C =0] [8，125]

由钢材标准规格，取n 8mm δ=

e δ=n δ-(1C +2C ) ( C=1C +2C ) =8-(0+2) =6mm 1.1.3.3 管箱选择

本次设计选择D 型管箱，其结构型式见管箱零件图。

[10，168]

1.1.3.4 筒体的强度校核

() 1.43(6006)

72.215[]226

t

t c i e e P D MPa δσσφδ++=

==≤⨯ [8，122]

式中e δ — 有效厚度, e δ=n δ-C ， mm ；

n δ— 名义厚度， mm ；

t

σ— 设计温度下圆筒的计算应力， MPa ； C —厚度附加量，mm 。

[]t σφ=133⨯1.0=133MPa

t

σ<[]t σφ

故校核其满足强度要求。 因此，圆筒的最大工作压力[w p ]为

2[]26133 1.0

2.6346006

t e w i e p MPa D δσφδ⨯⨯⨯==≈++

1.1.4 管箱法兰

1.1.4.1 材料选择

管程设计压力为1.43MPa ，温度为130℃，参考GB150-1998，故选20R 。 [13，6]

1.1.4.2 法兰尺寸

法兰材料及其质量列表如下： JB/T 4703-2000

表4-1乙型平焊法兰