列管式换热器设计举例

列管式换热器设计举例（一）

一、设计任务书

（一）已知条件 1． 气体工作压力： 管程：半水煤气 0.70MPa 壳程：变换气0.68MPa

2． 壳、管壁温差 50℃，ta > ts 。 3． 由工艺计算求得换热面积为 130 m2。 （二）设计任务

1．列管热交换器结构及工艺尺寸；

2．绘制列管热交换器结构图。

3．选用适合并满足换热任务的标准型换热器。

二、换热器设计计算

1．确定管子数n

选?25?2.5的无缝钢管，材质为20号钢，管长 3 m 因 F??d均ln 所以 n?A?d?130?613 根

均L3?14?0?0225?3其中因安排拉杆需减少6 根，实际近数为607 根。 2．管子排列方式、管间距确定

采用正三角形排列，由表 查得层数为 13 层，查表 ，取管间距3．换热器壳体直径的确定

壳体内径为： Di???b?1??2l 式中 Di —— 换热器内径；m

b —— 正三角形对角线上的管子数；查表 ，取b?27； l —— 最外层管子的中心到壳壁边缘的距离；取l?2d0。

?32mm。 ? 因此 Di?32??27?1??2?2?25?932圆整后取壳体内径 Di?10004． 换热器壳体壁厚的计算 材料选用20R 钢，计算壁厚为 S?mm

mm

2?????PtPDi

式中 P —— 设计压力；取P?1?0MPa； Di?1000 ??0?85 ???300mm

； ?101MPa （设壳壁温度为300℃）

换热器壳体壁厚为： S?取C2?1?21?0?1000?5?862?101?0?85?1?0mm

mm，由表 ，得C1?0?8mm

mm

圆整后实取 Sn?85．换热器封头选择

上下封头均选用标准椭圆形封头，根据JB1154—73 标准，封头为Dg1000?8，曲面高度h1?250mm，直边高度h2?40mm，如图7-48所示，材料选用20R 钢。 下封头与裙座焊接，直边高度取50mm。 6．容器法兰的选择

材料：16 MnR

根据JB1160—82 标准，选用Dg1000，Pg1?6?MPa?的榫槽密封面长颈对焊接法兰。法兰尺寸如图7-49所示。 7．管板尺寸确定

选用固定式换热器管板，并兼作法兰。由《钢制列管式固定管板换热器结构设计手册》4.11.7节，查得P（取管板的公称压力为16kgf/cm）t?Ps?16kgf/cm(1?6MPa)

22的碳钢管板尺寸，如图7-50所示。

图7-50 管板 8．管子拉脱力计算

表 列管式换热器结构尺寸计算数据 材质 管子 20钢 壳体 20R ??1/0C? E?MPa? 尺寸 管子数 管间距 管壳壁温差 管子与管板连接方式 胀接长度

11?8?10?6 0?21?106 11?8?10?6 0?21?106 ?25?2?5?3000 607 根 ?1000?8 32mm ?t?50℃ 开槽胀接 l?50mm （1）在操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力qp： qp?Pf ?d0l2式中 f?0?866?? P?0?7MPa l?50mm

?4d02?0?866?322??4?252?3?96?10?4m2

0?7?3?96?10?4?106?0?07MPa qp???0?025?0?05（2）温差应力导致的每平方米胀接周边上的拉脱力qt： qt??t?d02?di2?4d0l

式中 ?t??E?tt?ts?A1?tAs AS??D中Sn???1008?8?25400mm?2?54?10 At?2?2m2

??d420?di2n???4?252?202?607?107100mm2?0?11m2

??11?8?10?6?0?21?106?50?23?8MPa 则 ?t?0?111?0?02542?38?0?0252?0?022?1?07MPa qt?4?0?025?0?05由已知条件可知，qp与qt的作用方向相同，都使管子受压，则合拉脱力： q?qp?qt?1?14MPa 因此，拉脱力在许用范围内。 9．计算是否必须安装膨胀节 管、壳壁温差所产生的轴向力：

??F1?

?E?tt?ts?As?At?6?As?At6?11?8?10?021?10?50?0?0254?0?11?2?56?106N0?0264?0?11

压力作用于壳体上的轴向力： F2?式中

QAS

At?ASQ???D?nd??P?n?d?2S?P?4????1?607?0025??0?68?607??0?025?2?0?0025?4?2i202S0tt222?0?7?0?465?106N?则 F2?465000?0?0254?0?087?106N

0?11?0?0254压力作用于管子上的轴向力：

F3?QAt465000?0?11??0?378?106N

At?AS0?11?0?0254F1?F22?56?106?0?087?106则 ?s???104?2MPa

As0?0254?F1?F3?2?56?106?0?378?106 ?t????19?8MPa

At0?11根据《钢制管式壳式换热器设计规定》，

?s?104?2MPa?2????s?180MPa

t ?t??19?8MPa?2????t?206MPa

t q??q??4?0MPa

条件成立，故本换热器不必设置膨胀节。

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