热交换器设计计算

热交换器设计计算

一、基本参数

管板与管箱法兰、壳程圆筒纸之间的连接方式为e型 热交换器公称直径DN600，即Di=600mm 换热管规格φ38?2，L0=3000mm 换热管根数n=92

管箱法兰采用整体非标法兰

管箱法兰/壳体法兰外直径Df=760mm 螺柱孔中心圆直径Db=715mm 壳体法兰密封面尺寸D4=653mm

二、受压元件材料及数据

以下数据查自GB 150.2—2011；

管板、法兰材料：16Mn锻件 NB/T 47008—2010 管板设计温度取 10℃

查表9，在设计温度100℃下管板材料的许用应力：

[σ]rt?178Mpa（δ≤100mm）

查表B.13，在设计温度100℃壳体/管箱法兰/管板材料的弹性模量：

’’E’?EMpa ff?Ep?197000壳程圆筒材料：Q345R GB 713 壳程圆筒的设计温度为壳程设计温度

查表2，在设计温度100℃下壳程圆筒材料的许用应力：

t[σ]c?189Mpa（3mm＜δ≤16mm）

查表B.13，在设计温度10℃下壳程圆筒材料的弹性模量Es?197000Mpa 查表B.14在金属温度20℃~80℃范围内，壳程圆筒材料平均线膨胀系数： αs?1.137?10-5mm（/mm?℃）管程圆筒材料：Q345R GB 713 管程圆筒的设计温度为壳程设计温度 按GB/T 151—2014 中7.4.6.1规定，管箱圆筒材料弹性模量，当管箱法兰采用长颈对焊法兰时，取管箱法兰的材料弹性模量，即Eh?197000Mpa 换热管材料：20号碳素钢管 GB 9948 换热管设计温度取100℃

t[σ]?147Mpa（δ≤16mm）

查表6，在设计温度100℃下换热管材料的许用应力t查表B.3，设计温度100℃下换热管材料的屈服强度ReL?220Mpa（δ≤16mm）

t查表B.13，设计温度100℃下换热管材料的弹性模量Et?197000Mpa 查表B.13，换热管材料在沿长度平均的金属温度50℃下弹性模量：

Etm?199500Mpa

查表B.14，在金属温度20℃~50℃范围内，换热管材料平均线膨胀系数： αt?1.112?10-5mm（/mm?℃）螺柱材料：35CrMoA

查表12，室温下螺柱材料的许用应力

[σ]b?228Mpa

t[σ]?206Mpa b查表12，设计温度100℃下螺柱材料的许用应力

三、管板计算 a.

确定管板布管方式及各元件结构尺寸

换热管为转角正三角形排列

换热管中心距S=48mm 壳程圆筒计算厚度δ=

psDi2.632?600??4.207mm t2[σ]cφ?ps2?189?1?2.632壳程圆筒设计厚度δ?C2?4.2?1?5.2mm

按GB713—2014 钢板负偏差：C1=0.3mm

按照GB/T 151 表7-1，对于不可抽管束的固定管板式热交换器，其壳程圆筒最小厚度（包含1mm腐蚀裕量）为10mm，取δs=16mm

t[σ]crb. 计算α、A、A1、As、Kt、λ、Q、β、∑s、∑t、、At、Dt、ρt

一根换热管管壁金属的横截面积α=??t(d??t)?3.14?2?(38?2)?226.08mm2

3.14?6002??2.83?105mm2 壳程圆筒内径横截面积A?443.14?382?2.83?10?92??1.79?105mm2 管板开孔后的面积A1?A?n445?Di2?d2圆筒壳壁金属横截面积As???s?Di??s??3.14?16??600?16??3.09?10mm

42设管板名义厚度?n?56mm，换热管伸出管板长度为1.5mm 换热管有效长度（两管板内侧间距）：

L?L0?2??n?1.5??3000?2??56?1.5??2885mm

管束模数Kt?Etna197000?92?226.08??45.96Mpa 4LDi2885?3.09?10A11.79?105??0.6325 系数??5A2.83?10

壳体不带波形膨胀节时，换热管束与圆筒刚度比：

Q?Etna197000?92?226.08??0.0673 EsAs197000?3.09?105na92?226.08??0.1162 5A11.79?100.6系数??系数系数?s?0.4???1?Q??0.4??0.6??1?0.0673??0.4050 0.63251?0.4(1??)?(0.6?Q) ?t1?(0.6?0.0673) 0.6325 ?0.4?(1?0.1162)? ?1.5015 换热管受压失稳当量长度lcr=1154mm 2Et2?197000?3.14??132.8821 系数Cr??tReL220换热管回转半径i?0.25d??d?2?t??0.25?38??38?2?2??12.748mm 2222系数lcr/i?1154/12.748?90.5240

Cr＞lcr/i

t?lcr/i?220?1154/12.748?ReL换热管稳定许用压应力[?]??1??1?????146.66Mpa 1.5?2Cr?1.5?2?132.8821??tcr

c.

对于其延长部分兼作法兰的管板，计算Mm，按GB 150.3—2011第7章确定Mp，取pt作为法兰计算压力。

垫片接触面宽度N??753?715?/2?19mm 按GB 150.3—2011 表 7-1 计算：

垫片基本密封宽度b0?N19??9.5mm 22b0＞6.4mm，垫片有效密封宽度b?2.53b0?2.53?9.5?7.8mm

按GB 150.3—2011 中 7.5.1.3 b）规定，垫片压紧力作用中心圆直径：

DG?D4?2b?653?2?7.8?637.4mm

按GB 150.3—2011 表7-4： 垫片压紧力的力臂LG?Db?DG715?637.4??38.8mm 22查GB 150.3—2011 表 7-2，垫片系数m=3，比压力y=69Mpa

预紧状态下需要的最小螺柱载荷：

Wa?3.14DGby?3.14?637.4?7.8?69?1.08?106N

操作状态下需要的最小螺柱载荷：

2Wp?0.785DGpt?6.28DGbmpt

274?7.8?3?4 ?0.785?637.4?2.632?6.28?63. ?1.21?10N

预紧状态下需要的最小螺柱面积Aa?6???bWpWa1.06?106??4649.12mm2

228操作状态下需要的最小螺柱面积Ap????tb1.21?106??5.87?103mm2

206332需要的螺柱面积Am?max{Aa,Ap}?max{4649.12,5.87?10}?5.87?10mm 基本法兰力矩Mm?Am?LG???b?5.87?103?38.8?228?5.19?107N?mm 内压引起的作用于法兰内径截面上的轴向力

d. 假定管板计算厚度δ，计算δ、bf、K、k、ks、kh、ω、ω、K、K、Kf和Kf e. f.

按Kf和Kf查管板第一弯矩系数m1、系数G2，计算系数ψ 查GB/T 151—2014图7-12得m1=？？

管板第二弯矩系数m2 按Kf和Q查GB/T 151—2014图7-14 a 得 m2=2.43

~’f’”’f”f~

g. 对于其延长部分兼作法兰的管板，计算M1、ξ、ΔM、ΔMf，由GB/T 151—2014图

7-15按K和Q查G3。

h. 计算换热管与壳程圆筒的热膨胀变形差γ和系数c1~c6

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6m8g.html