換熱器的結構

1、換熱器的結構管殼式換熱器就是具有換熱管和殼體的一種換熱設備，換熱管與管板連接，再用殼體固定。按其結構型式，主要分為：固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U形管式換熱器、填料函式換熱器、方形殼體翅片管換熱器等。詳細結構如下：固定管板式換熱器：  固定管板式換熱器結構如上圖所示，換熱器的兩端管板采用焊接方法與殼體連接固定。換熱管可為光管或低翅管。其結構簡單，制造成本低，能得到較小的殼體內徑，管程可分成多樣，殼程也可用縱向隔板分成多程，規(guī)格范圍廣，故在工程中廣泛應用。  其缺點是殼側不便清洗，只能采用化學方法清洗，檢修困難，對于較臟或對材料有腐蝕性的介質不能走殼程。殼體與換熱管溫差應

2、力較大，當溫差應力很大時，可以設置單波或多波膨脹節(jié)減小溫差應力浮頭式換熱器  浮頭式換熱器結構如圖所示，其一端管板與殼體固定，而另一端的管板可以在殼體內自由浮動。殼體和管束對熱膨脹是自由的，故當兩種介質的溫差較大時，管束與殼體之間不會產(chǎn)生溫差應力。浮頭端設計成可拆結構，使管束可以容易地插入或抽出，這樣為檢修和清洗提供了方便。這種形式的換熱器特別適用于殼體與換熱管溫差應力較大，而且要求殼程與管程都要進行清洗的工況。  浮頭式換熱器的缺點是結構復雜，價格較貴，而且浮頭端小蓋在操作時無法知道泄漏情況，所以裝配時一定要注意密封性能U形管式換熱器上圖為雙殼程U形管式換熱器。U形管式換

3、熱器是將換熱管彎成U形，管子兩端固定在同一塊管板上。由于換熱管可以自由伸縮，所以殼體與換熱管無溫差應力。因U形管式換熱器僅有一塊管板，所以結構較簡單，管束可從殼體內抽出，殼側便于清洗，但管內清洗稍困難，所以管內介質必須清潔且不易結垢。U形管式換熱器一般用于高溫高壓情況下，尤其是殼體與換熱管金屬壁溫差較大時。  殼程可設置縱向隔板，將殼程分為兩程(如圖中所示)。填料函式換熱器上圖為填料函式雙管程雙殼程換熱器，填料函式換熱器的換熱管束可以自由滑動，殼側介質靠填料密封。對于一些殼體與管束溫差較大，腐蝕嚴重而需經(jīng)常更換管束的換熱器，可采用填料函式換熱器。它具有浮頭換熱器的優(yōu)點，又克服了固定管

4、板式換熱器的缺點，結構簡單，制造方便，易于檢修清洗。  填料函式換熱器的缺點：使用直徑?。徊贿m于高溫、高壓條件下；殼程介質不適于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒等介質方形殼體翅片管換熱器： 方形殼體翅片管換熱器的殼體為方箱形(如上圖所示)，其換熱管為帶翅片的翅片管。換熱管可為單排或多排換熱管。翅片材料可采用碳鋼、不銹鋼、鋁或銅材等。翅片的翅高、翅距和翅片厚度可根據(jù)實際工況而定。  這種形式的換熱器因為采用了翅片管，可大大強化傳熱面積，所以特別適用于給熱系數(shù)較低的流體。殼程流通面積可設計較大，流動阻力較小，所以對于壓力較低和對壓力降要求較小的流體特別適用。在實際生產(chǎn)中，常常用這種換熱

5、器來加熱或冷卻低壓空氣。  其缺點：因為殼體為方箱形，雖然管程可承受高壓介質，但殼程只能承受較低壓力的介質。這種換熱器的金屬消耗量大，制造成本較高。  在實際生產(chǎn)裝置中，為提高殼程的耐壓能力，往往將殼體做成圓形，而管束采用方形布管。結構可參見下面附圖左圖為我廠設計制造的空氣段間冷卻器的剖視圖。該換熱器的管束采用方形排列的翅片管，管束長度為3.7m。為提高殼體的承壓能力，殼體采用圓筒形，直徑900mm。  換熱管為紫銅整體軋制翅片管，翅片外徑36mm，翅片根徑為20mm，換熱管內徑16mm，翅片間距2.5mm，翅片厚度為0.5mm，換熱總面積為440m2。 

6、; 空氣條件：      流量：30000Nm3/h      溫度：100-40ºC      工作壓力：0.1MPa      壓降:150mm水柱  總熱負荷:597000kcal/h管殼式換熱器主要由換熱管束、殼體、管箱、分程隔板、支座等組成。換熱管束包括換熱管、管板、折流板、支持板、拉桿、定距管等。換熱管可為普通光管，也可為帶翅片的翅片管，翅片管有單金屬整體軋制翅片管

7、、雙金屬軋制翅片管、繞片式翅片管、疊片式翅片管等，材料有碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅材、鋁材、鈦材等。殼體一般為圓筒形，也可為方形。管箱有橢圓封頭管箱、球形封頭管箱和平蓋管箱等。分程隔板可將管程及殼程介質分成多程，以滿足工藝需要。  管殼式換熱器在結構設計時，必須考慮許多因素，例如傳熱條件、材料、介質壓力、溫度、管殼程壁溫溫差、介質結垢情況、流體性質以及檢修和清洗條件等等，從而確定一種適合的結構形式。對于同一種形式的換熱器，由于各種不同工況，往往采用的結構并不相同。在工程設計中，應按其特定的條件進行分析設計，以滿足工藝需要。換熱面積的計算在管殼式換熱器的設計中，確定了一種換熱器的結構形

8、式后，首先必須確定的一個重要因素是有效換熱面積，換熱面積的多少決定了換熱器的大小。如果換熱面積太小，使工藝過程不能實現(xiàn)，使換熱器介質出口溫度不能得到有效控制。如果換熱面積太大，不僅造成材料的浪費，增加投資，而且增大了換熱器的體積，使其占據(jù)過多的空間。  計算換熱面積的一個重要參數(shù)是總傳熱系數(shù)，它包括冷熱介質的給熱系數(shù)、介質的污垢系數(shù)和金屬壁的傳熱系數(shù)。其中計算較為復雜的是介質的給熱系數(shù)。介質的給熱系數(shù)不僅與介質的物性有關，而且與介質的流動狀態(tài)有關。介質的流動狀態(tài)是由換熱器的結構決定的，如果換熱器的結構作很小改動，將引起介質流動狀態(tài)作較大的變化。在一個換熱器中，同一種介質的溫度是不斷變

9、化的，所以在換熱器中的不同位置，同一種介質的熱力學數(shù)據(jù)因溫度的不同而不同。在實際計算中，往往將一種介質分成許多個溫度區(qū)域，在不同的溫度區(qū)域，對介質的熱力學數(shù)據(jù)作相應的計算。在換熱器的設計過程中，換熱面積的確定是最為關鍵的一步，它不僅需要計算方法正確嚴密，而且各種參數(shù)必須十分精確。   換熱器的分析計算過程是一個動態(tài)的計算過程，往往須不斷地調整換熱器的結構參數(shù)。而管殼式換熱器的結構參數(shù)很多，其中一項的改變將會使計算結果產(chǎn)生很大變化，所以需要不斷的反復，不僅要使換熱面積滿足需要，而且還應兼顧到其它許多因素，例如介質阻力情況等等。流體阻力的計算在管殼式換熱器的分析設計中，流體的阻

10、力計算是極為重要的，流體的阻力對于工藝過程是較為關鍵的參數(shù)，它不僅影響到整個系統(tǒng)的壓力平衡，而且對于節(jié)能降耗也起到重要的作用。在實際生產(chǎn)中，常常由于流體阻力不適而使工藝過程難以實現(xiàn)。在管殼式換熱器中，流體的阻力包括殼程流體的阻力及管程流體的阻力。  殼程流體阻力包括介質進口管、出口管、換熱管間、折流板缺口等處阻力。介質進出口管阻力可以通過改變進出口管的大小來進行調節(jié)。換熱管間的介質阻力可以通過改變換熱管間的介質流通面積來進行調節(jié)，例如改變換熱管的布管形式，改變殼體直徑，改變折流板間距等。折流板缺口處的介質阻力可以通過改變折流板缺口高度來進行調節(jié)。  管程流體的阻力包括介質進

11、出口管、換熱管內、管箱等處阻力。介質進出口管阻力可以通過改變進出口管的大小來進行調節(jié)。換熱管內的介質阻力可以通過改變換熱管的數(shù)量，換熱管的長度，換熱管的直徑以及管程數(shù)等來進行調節(jié)。管箱處的介質阻力可以通過改變管箱處的介質流通面積來進行調節(jié)。  換熱器中流體的阻力計算，應分別計算出換熱器內部各處的流體阻力。只有掌握了介質阻力的分布情況，才能夠通過有效調整換熱器各處的結構尺寸來改變介質的阻力，從而滿足工藝要求。管束震動分析對于管殼式換熱器，一個容易被忽視的問題是換熱管的振動。而換熱管束的振動往往是換熱管破壞的主要原因，使換熱器過早報廢。  引起換熱管振動的因素很多，也較復雜。當

12、介質流量接近使換熱管產(chǎn)生共振的臨界流量時，將引起換熱管束產(chǎn)生較大的振動。另外換熱器內部介質的局部湍流、渦流也會引起換熱管振動。  換熱管振動的位置較廣，可以是某兩個折流板間的所有換熱管同時產(chǎn)生振動，或只有幾排換熱管產(chǎn)生振動。也可能是在介質進口或出口端的某些換熱管產(chǎn)生振動?？傊?，換熱管的振動可能發(fā)生在換熱管束的任何一處或多處。  換熱器的管束振動分析，就是要確定換熱管的振動位置以及振動性質，了解引起換熱管產(chǎn)生振動的原因，從而消除換熱管的振動。消除換熱管振動的方法有很多，可以通過改變換熱器的結構尺寸來改變換熱管束的固有頻率或流體的流動狀態(tài)，從而消除換熱管的振動?；蛘咴趽Q熱管束的

13、振動部位增加局部支撐板，來約束換熱管的振動。換熱器網(wǎng)絡分析在一個工程系統(tǒng)中，往往不是對單一的某臺換熱器進行分析，常常是對由多個換熱器組成的網(wǎng)絡進行聯(lián)合計算，其間還有一些其它設備（例如：閥門、混合、分離等設備）。下圖為一個簡單的換熱器網(wǎng)絡。對一個換熱器網(wǎng)絡應進行綜合的考慮并進行系統(tǒng)的分析。在一個工程系統(tǒng)中，往往不是對單一的某臺換熱器進行分析，常常是對由多個換熱器組成的網(wǎng)絡進行聯(lián)合計算，其間還有一些其它設備（例如：閥門、混合、分離等設備）。下圖為一個簡單的換熱器網(wǎng)絡。對一個換熱器網(wǎng)絡應進行綜合的考慮并進行系統(tǒng)的分析。換熱器強度計算確定了換熱器的結構及尺寸以后，必須對換熱器的所有受壓元件進行強度計算

14、。因為管殼式換熱器一般用于壓力介質的工況，所以換熱器的殼體大多為壓力容器，必須按照壓力容器的標準進行計算和設計，對于鋼制的換熱器，我國一般按照GB150<<鋼制壓力容器>>標準進行設計，或者美國ASME標準進行設計。對于其它一些受壓元件，例如管板、折流板等，可以按照我國的GB151<<管殼式換熱器>>或者美國TEMA標準進行設計。對于其它材料的換熱器，例如鈦材、銅材等應按照相應的標準進行設計。  下面提供一氮氣冷卻器的受壓元件強度計算，以供參考。該換熱器為U形管式換熱器，殼體直徑500mm，管程設計壓力3.8MPa，殼程設計壓力0.6M

15、Pa。詳細強度計算如下：1殼程筒體強度計算：氮氣冷卻器(U形管式換熱器)筒體計算計算條件筒體簡圖計算壓力 Pc0.60MPa設計溫度 t100.00° C內徑 Di500.00mm材料16MnR(熱軋) ( 板材 )試驗溫度許用應力 s 170.00MPa設計溫度許用應力 s t170.00MPa試驗溫度下屈服點 s s345.00MPa鋼板負偏差 C10.00mm腐蝕裕量 C21.00mm焊接接頭系數(shù) f0.85厚度及重量計算計算厚度d = = 1.04mm有效厚度d e =d n - C1- C2= 7.00mm名義厚度d n = 8.00mm重量481.06Kg壓力試驗時應力校

16、核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值PT = 1.25P = 0.7500MPa壓力試驗允許通過的應力水平 s T s T£ 0.90 s s = 310.50MPa試驗壓力下圓筒的應力s T = = 31.95MPa校核條件s T£ s T校核結果合格壓力及應力計算最大允許工作壓力Pw= = 3.99014MPa設計溫度下計算應力s t = = 21.73MPa s tf144.50MPa校核條件 s tf s t結論合格2前端管箱筒體強度計算氮氣冷卻器前端管箱筒體計算計算條件筒體簡圖計算壓力 Pc3.80MPa設計溫度 t100.00° C內徑 Di500.00m

17、m材料0Cr18Ni9 ( 板材 )試驗溫度許用應力 s 137.00MPa設計溫度許用應力 s t137.00MPa試驗溫度下屈服點 s s205.00MPa鋼板負偏差 C10.80mm腐蝕裕量 C20.00mm焊接接頭系數(shù) f0.85厚度及重量計算計算厚度d = = 8.29mm有效厚度d e =d n - C1- C2= 11.20mm名義厚度d n = 12.00mm重量75.76Kg壓力試驗時應力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值PT = 1.25P = 4.7500MPa壓力試驗允許通過的應力水平 s T s T£ 0.90 s s = 184.50MPa試驗壓力下圓筒的

18、應力s T = = 127.53MPa校核條件s T£ s T校核結果合格壓力及應力計算最大允許工作壓力Pw= = 5.10266MPa設計溫度下計算應力s t = = 86.72MPa s tf116.45MPa校核條件 s tf s t結論合格3前端管箱封頭強度計算氮氣冷卻器前端管箱封頭計算計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力 Pc3.80MPa設計溫度 t100.00° C內徑 Di500.00mm曲面高度 hi125.00mm材料0Cr18Ni9 (板材)試驗溫度許用應力 s 137.00MPa設計溫度許用應力 s t137.00MPa鋼板負偏差 C10.80mm腐蝕裕量

19、C20.00mm焊接接頭系數(shù) f1.00厚度及重量計算形狀系數(shù)K = = 1.0000計算厚度d = = 6.98mm有效厚度d e =d n - C1- C2= 11.20mm最小厚度d min = 0.75mm名義厚度d n = 12.00mm結論滿足最小厚度要求重量32.23Kg壓 力 計 算最大允許工作壓力Pw= = 6.06962MPa4后端殼程封頭強度計算氮氣冷卻器后端殼程封頭計算計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力 Pc0.60MPa設計溫度 t100.00° C內徑 Di500.00mm曲面高度 hi125.00mm材料16MnR(熱軋) (板材)試驗溫度許用應力 s 170

20、.00MPa設計溫度許用應力 s t170.00MPa鋼板負偏差 C10.00mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) f1.00厚度及重量計算形狀系數(shù)K = = 1.0000計算厚度d = = 0.88mm有效厚度d e =d n - C1- C2= 6.00mm最小厚度d min = 0.75mm名義厚度d n = 8.00mm結論滿足最小厚度要求重量19.61Kg壓 力 計 算最大允許工作壓力Pw= = 4.05567MPa結論合格5管板強度計算氮氣冷卻器管板計算設 計 條 件殼程設計壓力0.60MPa管程設計壓力3.80MPa殼程設計溫度100.00° C管程設計溫度100

21、.00° C殼程筒體壁厚8.00mm管程筒體壁厚12.00mm殼程筒體腐蝕裕量 C1.00mm管程筒體腐蝕裕量 C0.00mm換熱器公稱直徑500.00mm換熱管使用場合一般場合管板與法蘭或圓筒連接方式 ( a b c d 型 )a型換熱管與管板連接方式 ( 脹接或焊接 )焊接材料(名稱及類型)0Cr18Ni9名義厚度70.00mm管強度削弱系數(shù) 0.40剛度削弱系數(shù) 0.40材料泊松比 0.30隔板槽面積 210.00mm2換熱管與管板脹接長度或焊腳高度 l3.50mm設計溫度下管板材料彈性模量191000.00MPa設計溫度下管板材料許用應力137.00MPa許用拉脫力 68.5

22、0MPa殼程側結構槽深 h10.00mm板管程側隔板槽深 h24.00mm殼程腐蝕裕量0.00mm管程腐蝕裕量0.00mm材料名稱0Cr18Ni9換管子外徑 d19.00mm熱管子壁厚 2.00mm管U型管根數(shù) n138根換熱管中心距 S25.00mm設計溫度下?lián)Q熱管材料許用應力 137.00MPa墊片材料軟墊片壓緊面形式1a或1b墊墊片外徑 Do565.00mm片墊片內徑 Di515.00mma型墊片厚度 d gmm墊片接觸面寬度 Wmm墊片壓緊力作用中心園直徑 DG547.11mm ( c 型 )管板材料彈性模量0.00MPa ( d 型 )管板材料彈性模量0.00MPa( b d 型 )

23、管箱圓筒材料彈性模量0.00MPa ( b c 型 )殼程圓筒材料彈性模量0.00MPa ( c d 型 )管板延長部分形成的凸緣寬度0.00mm ( c 型 ）殼體法蘭或凸緣厚度0.00mm ( d 型 )管箱法蘭或凸緣厚度0.00mm參數(shù)計算管板布管區(qū)面積三角形排列正方形排列一根換熱管管壁金屬橫截面積= 106.81mm2管板開孔前抗彎剛度 b c d 型0.00N·mm管板布管區(qū)當量直徑436.43mma 型其他系數(shù) 0.80系數(shù) 按和 查圖得 : = 0.000000系數(shù) 按和 查圖得 : = 0.000000a d 型= 0b c型0.00a ,c 型= 0b ,d 型0.

24、00a 型= 0其他0.00旋轉剛度無量剛系數(shù) 0.00系數(shù)0.2696按和 0.07130.0000管板厚度或管板應力計算a管板計算厚度 取、大值61.345mm型管板名義厚度66.000mm管板中心處徑向應力= 0MPa= 0MPabcd布管區(qū)周邊處徑向應力= 0MPa型= 0MPa邊緣處徑向應力 = 0MPa= 0MPa管板應力校核 單位：MPa|s r|r=0 = b工況|s r|r=Rt = c|s r|r=R = d|s r|r=0 = 型工況|s r|r=Rt = |s r|r=R = 換熱管軸向應力計算及校核 : MPa (單位)計算工況計算公式計算結果校核只有殼程設計壓力,管

25、程設計壓力=0 :|-1.59| 合格只有管程設計壓力,殼程設計壓力=0 :=|6.29| 合格殼程設計壓力,管程設計壓力同時作用:|4.69| 合格換熱管與管板連接拉脫力校核拉脫力 q3.21 qMPa校核合格重量64.89Kg6管程設備法蘭強度計算氮氣冷卻器管箱法蘭強度計算設 計 條 件簡 圖設計壓力 p3.800MPa計算壓力 pc3.800MPa設計溫度 t100.0° C軸向外載荷 F0.0N外力矩 M0.0N.mm殼材料名稱0Cr18Ni9體許用應力 137.0MPa法材料名稱#許用s f137.0MPa蘭應力s tf137.0MPa材料名稱40Cr螺許用s b212.0

26、MPa應力s tb189.0MPa栓公稱直徑 d B24.0mm螺栓根徑 d 120.8mm數(shù)量 n24個Di500.0Do660.0墊結構尺寸Db615.0D外565.0D內515.0016.0mmLe22.5LA31.5h35.0126.0材料類型軟墊片N25.0m2.00y11.0壓緊面形狀1a,1bb8.94DG547.1片b06.4mm b= b0b06.4mm DG= ( D外+D內 )/2b0 > 6.4mm b=2.53b0 > 6.4mm DG= D外 - 2b螺 栓 受 力 計 算預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WaWa= bDG y = 169119.0N操作狀態(tài)

27、下需要的最小螺栓載荷WpWp = Fp + F = 1127044.1 N所需螺栓總截面積 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 5963.2mm2實際使用螺栓總截面積 AbAb = = 8117.5mm2力 矩 計 算操FD = 0.785pc= 745750.0NLD= L A+ 0.51= 44.5mmMD= FD LD= 33185876.0N.mm作FG = Fp= 233573.5NLG= 0.5 ( Db - DG )= 33.9mmMG= FG LG= 7928625.5N.mmMpFT = F-FD= 147150.2NLT=0.5(LA + d 1 + LG )=

28、45.7mmMT= FT LT= 6728066.0N.mm外壓: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 內壓: Mp = MD+MG+MT Mp = 47842568.0N.mm預緊 MaW = 1492550.6NLG = 33.9mmMa=W LG = 50664460.0N.mm計算力矩 Mo= Mp 與 中大者 Mo=50664460.0N.mm螺 栓 間 距 校 核實際間距= 80.5mm最小間距56.0 (查GB150-98表9-3)mm最大間距158.4mm形 狀 常 數(shù) 確 定89.44h/ho = 0.4K = Do/DI = 1.3201.6由K查

29、表9-5得T=1.789Z =3.694Y =7.145U=7.851整體法蘭查圖9-3和圖9-4FI=0.85944VI=0.314150.00961松式法蘭查圖9-5和圖9-6FL=0.00000VL=0.000000.00000查圖9-7由得f = 1.06578整體 法蘭 = 572246.8松式 法蘭 = 0.00.2=f e+1 =1.44 g = y /T = =0.811.59= 0.98剪應力校核計 算 值許 用 值結 論預緊狀態(tài)0.00MPa操作狀態(tài)0.00MPa輸入法蘭厚度f = 46.0 mm時, 法蘭應力校核應力性質計 算 值許 用 值結 論軸向應力158.57MPa

30、=205.5 或=342.5( 按整體法蘭設計的任 意 式法蘭, 取 )校核合格徑向應力77.96MPa= 137.0校核合格切向應力54.14MPa= 137.0校核合格綜合應力= 118.27MPa= 137.0校核合格法蘭校核結果校核合格7接管開孔補強計算氮氣冷卻器開孔補強計算接 管: a, 219×16計 算 方 法 : GB150-1998 等 面 積 補 強 法, 單 孔設 計 條 件簡 圖計算壓力 pc3.8MPa設計溫度100殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型0Cr18Ni9板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)0.85殼體內直徑 Di500mm殼體開孔處名義厚度n12mm殼體厚

31、度負偏差 C10.8mm殼體腐蝕裕量 C20mm殼體材料許用應力t137MPa接管實際外伸長度100mm接管實際內伸長度0mm接管材料0Cr18Ni9接管焊接接頭系數(shù)1名稱及類型管材接管腐蝕裕量0mm補強圈材料名稱補強圈外徑mm補強圈厚度mm接管厚度負偏差 C1t2mm補強圈厚度負偏差 C1rmm接管材料許用應力t137MPa補強圈許用應力tMPa開 孔 補 強 計 算殼體計算厚度8.293mm接管計算厚度t2.63mm補強圈強度削弱系數(shù) frr0接管材料強度削弱系數(shù) fr1開孔直徑 d191mm補強區(qū)有效寬度 B382mm接管有效外伸長度 h155.28mm接管有效內伸長度 h20mm開孔削

32、弱所需的補強面積A1584mm2殼體多余金屬面積 A1555.2mm2接管多余金屬面積 A21257mm2補強區(qū)內的焊縫面積 A364mm2A1+A2+A3=1876 mm2 ，大于A，不需另加補強。補強圈面積 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結論: 補強滿足要求,不需另加補強。氮氣冷卻器開孔補強計算接 管: b, 108×6計 算 方 法 : GB150-1998 等 面 積 補 強 法, 單 孔設 計 條 件簡 圖計算壓力 pc0.6MPa設計溫度100殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型16MnR(熱軋)板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)0.85殼體內直徑 Di500mm殼體開孔

33、處名義厚度n8mm殼體厚度負偏差 C10mm殼體腐蝕裕量 C21mm殼體材料許用應力t170MPa接管實際外伸長度100mm接管實際內伸長度0mm接管材料20(GB8163)接管焊接接頭系數(shù)1名稱及類型管材接管腐蝕裕量2mm補強圈材料名稱補強圈外徑mm補強圈厚度mm接管厚度負偏差 C1t0.75mm補強圈厚度負偏差 C1rmm接管材料許用應力t130MPa補強圈許用應力tMPa開 孔 補 強 計 算殼體計算厚度1.04mm接管計算厚度t0.222mm補強圈強度削弱系數(shù) frr0接管材料強度削弱系數(shù) fr0.765開孔直徑 d101.5mm補強區(qū)有效寬度 B203mm接管有效外伸長度 h124.

34、68mm接管有效內伸長度 h20mm開孔削弱所需的補強面積A107.2mm2殼體多余金屬面積 A1595.8mm2接管多余金屬面積 A2114.3mm2補強區(qū)內的焊縫面積 A336mm2A1+A2+A3=746.1 mm2 ，大于A，不需另加補強。補強圈面積 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結論: 補強滿足要求,不需另加補強。氮氣冷卻器開孔補強計算接 管: c, 89×5計 算 方 法 : GB150-1998 等 面 積 補 強 法, 單 孔設 計 條 件簡 圖計算壓力 pc0.6MPa設計溫度100殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型16MnR(熱軋)板材殼體開孔處焊接接頭

35、系數(shù)0.85殼體內直徑 Di500mm殼體開孔處名義厚度n8mm殼體厚度負偏差 C10mm殼體腐蝕裕量 C21mm殼體材料許用應力t170MPa接管實際外伸長度100mm接管實際內伸長度0mm接管材料20(GB8163)接管焊接接頭系數(shù)1名稱及類型管材接管腐蝕裕量2mm補強圈材料名稱補強圈外徑mm補強圈厚度mm接管厚度負偏差 C1t0.625mm補強圈厚度負偏差 C1rmm接管材料許用應力t130MPa補強圈許用應力tMPa開 孔 補 強 計 算殼體計算厚度1.04mm接管計算厚度t0.183mm補強圈強度削弱系數(shù) frr0接管材料強度削弱系數(shù) fr0.765開孔直徑 d84.25mm補強區(qū)有

36、效寬度 B168.5mm接管有效外伸長度 h120.52mm接管有效內伸長度 h20mm開孔削弱所需的補強面積A88.8mm2殼體多余金屬面積 A1495.5mm2接管多余金屬面積 A268.82mm2補強區(qū)內的焊縫面積 A325mm2A1+A2+A3=589.3 mm2 ，大于A，不需另加補強。補強圈面積 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結論: 補強滿足要求,不需另加補強。換熱器分析實例這里我們?yōu)榇蠹姨峁┝艘粋€實例，甲烷化爐進出口換熱器。其管程介質為脫碳氣，溫度由70°C升高到315.6°C。殼程介質為甲烷化氣，溫度由346.4°C降低到89.5

37、6;C。這臺換熱器計算較為復雜，介質溫度梯度較大；管殼程介質組分較多(其中包括氮氣、氫氣、甲烷、氬氣、一氧化碳、水共六種組分)；換熱管較長，長度為12.5米；折流板數(shù)量較多，其數(shù)量為32塊；換熱管數(shù)目較多，其數(shù)目共為1787根。這臺換熱器在整個系統(tǒng)中十分重要，不僅要求具有良好的換熱效果，而且必須完全控制介質阻力。由下面的分析報告可以看出，換熱面積的富裕量僅為7.8%,節(jié)約了投資成本，而且介質阻力也在控制之下。從長期的實際運行情況來看，此換熱器完全滿足工藝要求。請見下面的換熱器分析詳細數(shù)據(jù)。換熱器結構參數(shù)：換熱器型式BEM(橢圓封頭管箱，固定管板式)換熱器安裝位置水平安裝殼體內徑D(mm)1200換熱管數(shù)量Nt1787換熱管材料15CrMo換熱管長度L(mm)12500換熱管外徑Dt(mm)19換熱管壁厚t(mm)2.5換熱管布置