安徽理工大学毕业设计
在此选择标准椭圆形封头。 曲面高度hi?1Di4
式中，Di?封头内径，即封头直边段内径，mm。 所以hi?11Di??1700mm?425mm 44对于标准椭圆形封头，形状系数K?1
封头的材料仍选Q345R。封头的焊接形式采用双面全焊透，100%无损检测，即焊接接头系数??1.00。
假设材料的许用应力????99Mpa，则封头的计算厚度为：
t??pcDi2?????0.5pct?4.5?1700?39.08mm
2?99?1?0.5?4.5所以封头的有效厚度?e???C1?C2=42.38mm
考虑到封头与管箱筒体焊接的整体强度，故将封头的名义厚度也圆整为
?n?51mm。
当?n?51mm时，???没有发生变化，故?n?51mm合适。 满足最小厚度要求 压力试验:
最大允许工作压力?pw??2?e????KDi?0.5?ett?2?42.38?99?1?4.65Mpa1?1700?0.5?42.38
因为计算压力小于最大允许工作压力 所以合格
3.2.5浮头设计计算
根据GB151---1999《管壳式换热器》[7]选用钩圈式浮头，浮头端盖选用球冠形封头，根据换热器筒体内径Di?1600mm查GB151---1999《管壳式换热器》表46可得封头球面内半径Ri?1300mm.
浮头简图
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图3-4浮头简图
布管限定圆参数表3-1
换热器形式 布管限定圆直径 固定管板式/U形式 Di?2b3 浮头形式 Di?2?b1?b2?b? [10].GB150《钢制压力容器设计标准》
布管限定圆参数总表3-2
[10].GB150《钢制压力容器设计标准》
选择所用参数并绘制表格
布管限定圆参数表3-3
序号 1 2 项目 单位 数值 8 5 序号 5 6 项目 布管限定圆直径DL 垫片压紧力作用中心圆直径Dc单位 1531 数值 b b1mm mm mm mm 3 bnmm 20 7 封头球面内半径Ri 1300 mm
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4 b2mm 21.5 8 螺栓中心圆直径Db mm [10].GB150《钢制压力容器设计标准》
布管限定圆直径DL
DL=Di?2?b1?b2?b?=1600-2?5+21.5+8?=1531mm
浮头法兰和钩圈的内直径Dfi
Dfi?Di?2?b1?bn??1600?2??8?20??1544mm
浮头法兰和钩圈的外直径
Dfo?Di?80?1600?80?1680mm
外头盖内直径D
D?Di?100?1600?100?1700mm
浮动管板外径D0
D0?Di?2b1?1600?2?5?1590mm
3.2.6壳程外压作用下浮头盖的计算
用图算法设计球冠形封头:
计算压力pc?3.46Mpa，封头的材料仍选择Q345R。 封头材料的许用应力????99Mpa 焊接接头系数??1.0
取腐蚀裕量C2?3.0mm，厚度负偏差C1?0.3mm。 假设浮头盖的名义厚度?ns?51mm，则有效厚度
t?es??ns?C1?C2?51?0.3?3?47.7mm则 计算系数A?0.1250.125??0.0045
?Ri?es?27.25Ri?es?1300?27.25 47.7由A?0.0045，设计温度t?4150C用温度内插法查图《过程设备设计》图
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4-8可得系数B?110Mpa 则许用外压力?p??B?110?4.03Mpa 27.25?51mm合适。
?Ri?es??p??pc且两者相差不多，所以名义厚度?ns设计厚度下封头的计算应力
pc?Di??e?4?e3.46??1600?51?4?51????28.0Mpa??????99Mpat
满足强度要求。 3.2.7管板的设计计算
管板是管壳式换热器的主要部件。管板的设计是否合理对确保换热器的安全运行、节约金属材料，降低制造成本是至关重要的。由于管板受力情况复杂，影响管板强度因素很多，有管内、外压力，温度产生的力，法兰力矩和换热管的支撑力等影响，因此正确地进行管板分析是比较复杂的。在不同的假定下，可得到各种不同计算方法各计算结果，在此采用GB151标准中管板计算方法来设计计算管板。
（1）结构如图所示，
图3-5管板简图
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图4-6布管简图
本设计选择不带法兰的管板，管板通过垫片与壳体法兰和管箱法兰连接。结构如GB151-1999图18 a型管板所示。
Ad?在布管区内，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，
mm。对于正方形排列 Ad?n'S?Sn?S?
式中：S?换热管中心距, mm2；
Sn?隔板槽两侧相邻管中心距，mm； n'?沿隔板槽一侧的排管根数。 取n'?59
则Ad?n'S?Sn?S??59?25??38?25??19175mm2 换热管正方形排列的浮头式换热器， 管板布管区的面积为:
At?nS2?Ad?2114?252?19175?1340425mm2
n?换热管根数，根。 管板布管区内开孔后的面积为：
3.14?192A1?At?n?1340425?2114??741349.11mm2
44
20
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