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制在换热管中心距的(0.5~1.5)3范围内。
多管程换热器其各程管数应尽量相等,其相对误差应控制在10%以内,最大不能超过20%。
相对误差计算:?N?Ncp?Nmin(max)Ncp?100%;
其中:Ncp——各程的平均管数;Nmin(max)——各程中最小或最大的管数。
实际排管如下所示:
由上图可知,经过实际排管后发现,每个管程的布管数目分别是38,56,56,38,而各管程的平均管数为47,因此可知各程管数的相对误差是:
?N?Ncp?Nmin(max)Ncp?100%?47?3847?100%?52?4747?100%?19%?20%
3.4.4 换热管束的分程
在这里首先要先提到管箱。管箱作用是把从管道输送来的流体均匀地分布到换热管和把管内流体汇集在一起送出换热器,在多管程换热器中管箱还起改变流体流向的作用。
由于所选择的换热器是4管程,故管箱选择为多程隔板的安置形式。而对于换热管束的分程,为了接管方便,采用平行分法较合适,且平行分法亦可使管箱内残液放尽。
3.4.5 换热管与管板的连接
换热管与管板的连接方式有强度焊、强度胀以及胀焊并用。
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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。
在此,根据设计压力、设计温度及操作状况选择换热管与管板的连接方式为强度焊。这是因为强度焊加工简单、焊接结构强度高,抗拉脱力强,在高温高压下也能保证连接处的密封性能和抗拉脱能力。
3.5 管板设计
管板是管壳式换热器最重要的零部件之一,用来排布换热管,将管程和壳程的流体分隔开来,避免冷、热流体混合,并同时受管程、壳程压力和温度的作用。由于流体只具有轻微的腐蚀性,故采用工程上常用的16MnR整体管板。 3.5.1 管板与壳体的连接
由于浮头式换热器要求管束能够方便地从壳体中抽出进行清洗和维修,因而换热器固定端的管板采用可拆式连接方式,即把管板利用垫片夹持在壳体法兰与管箱法兰之间。 3.5.2 管板计算 符号说明:
Ad——在布管区范围内,因设置隔板槽和拉杆结构的需要,而未能被换热管支承的面积,mm2,对正方形排列,Ad?n'?S?(Sn?S);
n'——隔板槽一侧的排管根数; ——换热管中心距;
SSn——隔板槽两侧邻管的中心距; At——管板布管区面积,mm2;对多管程正方形排列换热器,At?n?S2?Ad;
2Al——管板布管区内开孔后的面积,mm
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;Al?At?n??d42;
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2a——一根换热管管壁金属的横截面积,mm;
DG——固定端管板垫片压紧力作用中心圆直径,根据所选的垫片的尺寸,mm;
且选择其压紧面型式为GB150表9-1的1a,可知密封面宽度
b0?N2?665?6252?10mm?6.4mm;则b?2.53b0?2.53?10?m8m?6.4mm,
故DG?665?2?8?649mm;
Dtd——管板布管区当量直径,mm,Dt?4At?;
——换热管外径,mm;
Ep——设计温度时,管板材料的弹性模量,Mpa; Ef——设计温度时,换热管材料的弹性模量,Mpa;
13?Gwe——系数,按K?12Pa和1?t查GB151图24;
EtnaLDtKt——管束模数,Mpa;Kt?;
??Kt?——管束无量纲刚度,Mpa;KKtt?EpL;
——换热管有效长度(两管板内侧间距),mm;
l——换热管与管板胀接长度或焊脚高度,mm;
n——换热管根数;
?——无量纲压力,P??PaaPd1.5????rt;
Pc——当量压力组合;Mpa; pd——管板设计压力,Mpa;
ps——壳程设计压力,Mpa; ptq——管程设计压力,Mpa;
——换热管与管板连接拉脱力,Mpa;
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?q?——许用拉脱力,查GB151,Mpa;
?——系数,??naA;
1?——管板计算厚度,mm;
?t——换热管管壁厚度,mm;
?——管板刚度削弱系数,一般可取?值;
?——管板强度削弱系数,一般取??0.4;
?Dtt——系数,?t?D;
G?t——换热管轴向应力,Mpa;
???cr——换热管稳定许用压应力,Mpa;
???tr——设计温度时,管板材料的许用应力,Mpa;
;???tt——设计温度时,换热管材料的许用应力,Mpa;管板厚度计算过程如下: 3.5.2.1管板名义厚度计算:
A'''d?2Ad?Ad?2?13?32?(44?32)?10?13?32?(44?32);
?13824mm2 A2t?188?32?13824?206336;
A3.14?252l?206336?188?4?114098.5;
a??223.1424(do?di)??202)?176.625mm24?(25; na?188?176.625?33205.5; ??33205.5114098.5?0.291;
D4?206336t?3.14?512.7mm;
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Ad?13824mm2
At?206336
Al?114098.5
a?176.625mm2na?33205.5
??0.291
Dt?512.7mm
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512.7649 ?t??0.79;
1?t?1.26;
?t?0.791?1.26
5 查GB150可知Et?1.62?105Mpa, ?tEp?1.58?10Mpa;
则 Kt?1.62?10?33205.5(6000?50?2)?512.75?1778.3Mpa;
Kt?1778.3Mpa
式中L应为换热管的有效长度,但由于管板厚度尚未计算出,暂估算管板厚度为50mm进行试算,待管板厚度算
出再用有效长度核算,L?L0?2?n?2?(管端伸出长度)。
??Kt1778.30.4?1.58?105?13?0.03 ?0.0281;Kt??0.0281 Kt?13?0.03 Kt当中的???cr的计算如下: Cr??2Et?3.14?2?1.62?102455?ts?114.2;
Cr?114.2
i?0.25d2?(d?2?t)2?0.25?252?(25?2?2.5)2?8.0; i?8.0 查GB151-1999可知lcr?2lb?600,则lcri?6008?75?Cr,lcr?600 同时由于前面换热管的材料选为20号钢,故???t?86Mpa, lcri?75
t
???cr??s2t(1?lcri2Cr)?2452?(1?752?114.2;
)
?82.2Mpa????t?86Mpa???cr
?82.2Mpa
由于此时不能保证ps与pt在任何时候都同时作用,则取
??pd?2.5Mpa;故Pa2.51.5?0.4?86?0.048?12?0.22;,故Pa??0.048 Pa?12?0.22 Pa?根据K13?2=1.36和1??1.26查GB151图可知Pta1C?0.55,Gwe?1.9,则管板计算厚度为:
?K13?2=1.36 Pa1??61.8mm
??0.55?512.7?0.048?61.8mm; ??CDtPa
?n?68mm
管板的名义厚度应不小于下列三部分之和,即
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