105平方冷凝器的选型及工艺计算 毕业设计

2.105m2冷凝器的选型及工艺设计

2.1冷凝器设计示列

已知一卧式固定管板式换热器的工艺条件如下：换热器工程直径为1000mm，换热管长度3000mm，换热面积105m2;壳程价质为二次蒸汽，轻微腐蚀，操作压力20Kpa（绝压），工作温度60C0，；管程价质为冷却水，操作压力0.4Mpa，工作度

0

32~38C，双管程，换热管规格为?25mm×2mm,换热管间距36mm，数量545根，材料0Cr8Ni9；蒸汽进口管?377mm×8mm，冷凝水出口管?57mm，冷却水进，出口管均为?219mm×6mm。

2.2冷凝器结构设计

①材料选择。根据换热器的工作状况及价质特性，壳程选用

程选用Q235B，管板选用0Cr18Ni9。

0Cr18Ni9，管

②换热管。换热管是换热器的元件之一，置于筒体之内，用于两介质之间热

量的交换。选用较高等级换热管，管束为Ｉ级管束。 换热管的选择

排列方式：正三角形、正方形直列和错列排列。

图2-1换热管排列方式

各种排列方式的优点：

正方形排列：易清洗，但给热效果差； 正方形错列：可提高给热系数；

等边三角形：排列紧凑，管外湍流程度高，给热系数大。 换热管与管板的连接方式有强度焊、强度胀以及胀焊并用。

强度胀接主要适用于设计压力小≤4.0Mpa；设计温度≤300℃；操作中无剧烈振动、无过大的温度波动及无明显应力腐蚀等场合。

除了有较大振动及有缝隙腐蚀的场合，强度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何场合。

胀焊并用主要用于密封性能要求较高；承受振动和疲劳载荷；有缝隙腐蚀；需采用复合管板等的场合。

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③管板。管板选用兼作法兰结构，管板密封面选用

JB?T4701标准中的突面

密封面。换热管在管板上的排列采用正三角形排列，分程隔板两侧换热管中心距取44mm，实际排列548跟换热管。

④分成隔板与分程隔板槽。分成隔板厚度

10mm，开设?6mm泪孔；

分成隔板槽宽12mm，深度4mm；垫片材料为石棉橡胶板，厚度为3mm。

⑤换热管与管板的连接。换热管与管板的连接采用焊接结构，其中

L1=2mm，L3=2mm。

⑥支持板。换热器的壳程为蒸汽冷凝，不需折流板，但考虑到到换热管的支

撑，姑设置支持板。换热管无支撑最大跨距为1850mm,因此换热管至少需要3块儿支持板。本设计采用3块儿支持板，弓形缺口，垂直左右布置，缺口高度为25%筒体内直径。

⑦拉杆与拉杆孔。选用8根?16mm拉杆，拉杆与管板采用用螺纹连接。

拉杆两端螺纹为M16拉杆孔深度为24mm． 定距管及拉杆的选择 拉杆常用的结构型式有：

a. 拉杆定距管结构，见图4-7-1（a）。此结构适用于换热管外径d≥19mm的管束且l2>La（La按表4-5-5规定）

b. 拉杆与折流板点焊结构，见图4-7-1（b）。此结构适用于换热管外径d≤14mm的管束且l1≥d；

c. 当管板较薄时，也可采用其他的连接结构。

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图2-1 拉杆结构型式

这里我们选用拉杆定距管结构。

拉杆的尺寸

拉杆的长度L按实际需要确定，拉杆的连接尺寸由图4-7-2和表4-7-1确定。

图2-2 拉杆连接尺寸 拉杆的位置

拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，对于大直径的换热器，在布管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板不应少于3个支承点。 定距管尺寸

定距管的尺寸，一般与所在换热器的换热管规格相同。对管程是不锈钢，壳程是碳钢或低合金钢的换热器，可选用与不锈钢换热管外径相同的碳钢管作定距管。定距管的长度，按实际需要确定。

⑧管箱。管箱法兰选用容器法兰，规格为“RE 1000—0.6 JB?T4701—

2000”。封头选用标准椭圆形封头，规格为“EHA 1000×8 JB?T4746—2002”。管箱接管采用径向接管，前端管箱开设冷却水进，出口管，后端管箱上不开设3?4′′压力表接口，下部开设DN25排净口。前端管箱筒节长度500mm，后端管箱筒节长度260mm。

⑨支座。卧式换热器多采用鞍式支座，立式换热器可采用耳式支座，大型立

式换热器也可采用裙座支座承。当采用耳式支座，公称直径DN≤800mm时，应至少安装2个支座，且对称布置；工程直径DN>800mm时，应至少安装4个支座，均匀布置。当选用鞍式支座时，支座在换热器上的布置按下列原则确定（其中个参数代号如图5-15所示）

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图2-3 卧式换热器鞍座安装位置

1.当L≤3000mm时，取LB=（0.4~0.6）L； 2.当L>3000mm时，取LB=（0.5~0.7） 3.尽量使LC和L′相近。

换热器采用鞍式支座，型号为“BI 1000JB?T 4712.1—2007”，固定式和滑动式支：

座各一个，固定式支座安装在靠近冷却水进口端，两支座距离为1700mm，支座螺栓孔中心矩管板密封面650mm。

⑩接管。换热器接管选用无缝钢板。蒸汽进口焊接连接，压力表口采用螺纹

连接，其余为法兰连接，法兰标准为HG?T 20592—2009，法兰类型为板式平焊（PL），法兰密封面为头面（RF），法兰公称压力均为16bar。采用补偿圈结构进行开孔不强。

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3.强度与稳定性计算

3.1壳程圆筒厚度计算

已知条件:

???0.08Mpa 筒体内径 ——Di?1000mm 工作压力——P0t?60C?工作温度—— 筒体长度 ——L=3000mm

材料——0Cr18Ni19

设计参数：

设计压力——P??0.1Mpa 设计温度——t?60C

0通体计算长度——L=3000mm 腐蚀裕量——C2?0

Rel?205Mpa

3.1.1筒体厚度

圆筒承受外压，故需进行稳定性计算。圆筒名义厚度取值为表5-2规定的最小厚度6mm，取钢板厚度负偏差C1?0.6mm,则筒体有效厚度为 ?e?6?0.6?5.4(mm) 筒体外直径

D0?1000?2?6?1012(mm)

D0

由GB150表6-2查得，A=0.00017。查GB150图6-7，得E=1.91×105Mpa,A直落在曲线的直线段上，所以

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L?e?187.4,D0?2.96

3.6压力ps作用下的危险组合工况

3.6.1仅有壳程压力ps作用下的危险组合工况

表3-1 仅有壳程压力ps作用下的危险组合工况（pt?0） 换热管与壳程圆筒热膨胀变形差 不计温差应力 0.0 -0.1 -0.557 -0.04628 -0.04496 -3.089 3.582 0.475 0.841 0.1557 计温差应力 -0.0004178 -0.1 -13 -0.001985 -0.0006627 -0.04553 0.01448 0.00192 ??at?tt?t0??as?ts?t0? 当量压力组合有效压力组合pc?ps pa??sps???Et ~MPa MPa 4Mm基本法兰力矩系数Mm? ??Di3Pa管板边缘力矩数M~ ?Mm?(?M)M1 ??M ~~~ 管板边缘剪切力系数?管板总弯矩系数m?m1??m2 1??系数G1e 3m?仅用于m?0时 G1e?系数G1i K 当m?0时，按K和m查图31（b） 当m?0时，按K和m查图31（a）实线 系数G1 0.841 0.145 -0.04064 -0.05737

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0.003201 0.000106 m?0,G1?max(G1e,Gli) m?0,G1?G1i 1(1??)G1管板径向应力系数?r? 4Q?G2~ 管板布管区周边处径向应力系数 ?r?~'3m(1??) 4k(Q?G2) -0.04832 -0.006706 -0.0007334 0.02208 管板布管区周边处切应力系数 11???p?4Q?G2~壳体法兰力矩系数M?s ~??Mm?(?Mf)M1 计算机 55.11 34.15 ~ MPa 许用计 计算机 101.2 许用应力 ?Di2管板径向应力?r??rpa() ??~1.5???r?188.2 t 3???r?376.5 t管板布管区周边处径向应力 ?D?Pa~'?KK2'?r??r?1??(2?m)?(i)2 ??m2m??管板布管区周边处径向应力?p1.5????188.2 tr68.22 t3???r?376.5 MPa ?pa???p2~Di 1.52 0.5????62.75tr -16.19 107.4 49.14 ?1.5???r?188.2t MPa 42.14 6.269 3.264 3.296 t壳体法兰应力?'f??4YM?sPa?(~Di?'f) 1.5???f?188.2 3???f?376.5 t MPa G2?Q??1?P?Pa? 换热管轴向应力?t??c??Q?G2????tt?137 ???cr?52.34 ?????116.5 tc3???t?411 t MPa ???cr?52.34 -34.77 25.83 A??1???壳程圆筒轴向应力?c??Pa As?Q?C2?3????c?349.4t MPa ?ta换热管与管板连接拉脱应力q? d0l?

?P??68.5 3?P??205.5 MPa

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3.6.2仅有管程压力Ps作用下的危险组合工况

表3-2 仅有管程压力Ps作用下的危险组合工况（Pt 换热管与壳程圆筒热膨胀变形差 不计温差应力 0.0 -0.519 -3.817 ?0） 计温差应力 -0.0004178 -0.519 -16.26 -0.001813 -0.001813 -0.1246 -0.2066 0.0274 ??at(tt?t0)?as(ts?t0) 当量压力组合 有效压力组合 Pc??Pt(1??) MPa MPa Pa???tPt???Et ~p操作情况下法兰力矩系数M?4Mp ??Dpa3i -0.007726 -o.007726 -0.5308 -2.518 0.3339 管板边缘力矩系数M管板边缘剪切力系数?~?Mp ??M ~~ 管板总数弯矩系数 m??m2m?1 1??系数G1e 仅用于m?0时 系数G1i 当m?0时，按K和m查图31（b） 当m?0时，按K和m查图31（a）实线 系数G1 G1e?3m?K 0.9099 0.2158 0.9099 0.2158 m?0,G1?max(G1e,Gli) m?0,G1?G1i 1(1??)G1管板径向应力系数?r? 4Q?G2~ 0.009875 -0.00906 0.00437 -0.001387 管板布管区周边处径向应力系数 18

?r?~'3m(1??) 4k(Q?G2)~11??管板布管区周边处切应力系数?p? 4Q?G2壳体法兰力矩系数M~ 0.01085 -0.001686 计算机 许用计 计算机 172.8 t 0.02025 -0.0008885 许用应力 ??Mp?M1 91.65 54.1 ~ MPa ?Di2管板径向应力?r??rpa() ??~1.5????188.2 tr 3???r?376.5 t管板布管区周边处径向应力 t?D?Pa~'?KK2'?r??r?1??(2?m)?(i)2 ??m2m??管板布管区周边处径向应力?p1.5???r?188.2 0.5???r?62.75 t 109 3???r?376.5 1.5???r?188.2tMPa ?pa???p2~Di -18.57 162.8 62.51 -19.16 32.86 MPa ? -2.336 72.5 16.45 壳体法兰应力?'f??4YM?sPa?(~Di?'f) 1.5???f?188.2 t3???f?376.5 t MPa G2?Q??1?P?Pa? 换热管轴向应力?t?c??Q?G2?????tt?137 3???t?411 t MPa ???cr?52.34 15.7 8.65 ???cr?52.34 3????c?349.4tA???1????壳程圆筒轴向力?c???Pt?P ?Q?C2?a?As??????tc?116.5 MPa ?ta换热管与管板连接拉脱应力q? d0l??P??68.5 3?P??205.5 MPa

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参考文献

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专著[M]、期刊[J]、学位论文[D]、论文集[C]、报纸文章[N]、报告[R]、标准[S]、专利[P]

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7gpd.html