换热器设计说明书(1) - 图文(5)

2020-06-16 23:11

0mm。拉杆中心与折流板缺边的距离应尽量控制在换热管中心距的 (0.5~1.5)3范围内。

多管程的各程管数应尽量相等,其相对误差应控制在10%以内,最大不得超过20%。相对误差计算公式:?N?Ncp?Nmin(max)Ncp?100%

总管数;

管程数式中:Ncp——各程平均数,Ncp?错误!未找到引用源。——各程中最小(或最大)管数。 总管数:222 管程数:4

平均每程管数:Ncp=55

各程管数:Nmin=51(3程),Nmax=60(1程) 中心一行的管数Nr=587.5/32=18 采用正三角形排列,层数为8层 管程分布:

第三节 进出口设计

在换热器的壳体和管箱上一般均装有接管或接口以及进出口管。在壳体和大多数管箱的底部装有排液管,上部设有排气管,壳侧也常设有安全阀接口以及其他诸如温度计、压力表、液位计和取样管接口。对于立式管壳式换热器,必要时还应设置溢流管。由)于在壳体、管箱壳体上开孔,必然会对壳体局部位置的强度造成削弱。因此,壳体、管箱壳体上的接管设置,除考虑其对传热和压降的影响外,还应考虑壳体的强度以及安装、外观等因素。 1、接管外伸长度

接管外伸长度也叫接管伸出长度,是指接管法兰面到壳体(管箱壳体)外壁的长度。可按下式计算:

l?h?hl???15

式中l——接管外伸长度,mm; h——接管法兰厚度,mm;

hl——接管法兰的螺母厚度,mm; δ——保温层厚度,mm。

除按上式计算外,接管外伸长度也可由表4-3-1的数据选取

表4-3-1 PN<4.0MPa的接管外伸长度 δ DN 80 150 150 150 200 200 250 250 300 200 200 200 200 250 250 300 由于是冷却器,不需要设置保温层故δ=0 。因此壳程接管外伸长度为150mm,管程接管外伸长度为200mm。

2、接管与筒体、管箱壳体的连接

1)结构型式

接管与壳体、管箱壳体(包括封头)连接的结构型式,采用插入式焊接结构。一般接管不得凸出于壳体的内表面。 2)开孔补强

(1)补强设计原则

等面积补强法的设计原则 局部补强的金属截面积必须大于或等于开孔所减去的壳体截面积,其含义在于补强壳壁的平均强度,用与开孔等截面的外加金属来补偿被削弱的壳壁强度。但是这种补强方法并不能完全解决应力集中问题。当补强金属集中于开孔接管的根部时,补强效果良好;当补强金属比较分散时,即使100%等面积补强,仍不能有效地解决应力集中系数。

塑性失效补强原则 开孔容积在接管处达到全域塑性时的极限压力等于无孔壳体的屈服压力;同时,按弹性计算的最大应力应不超过2σs,即:

0~50 51~75 76~100 101~125 126~150 151~175 176~200 ?max?2?s

而?s?1.5[?]

代入上式,得?max?3[?]

该式表明:如果将薄膜应力控制在许用应力[σ]以下,那么应力集中区的最大应力集中系数可以允许达到3.0。应该指出,这种补强方法只允许采用整体锻件补强结构。

(2)补强形式

内加强平齐接管 将补强金属加在接管或壳体的内侧。 外加强平齐接管 将补强金属加在接管或壳体的外侧。

对称加强凸出接管 采用凸出(插入)接管,接管的内伸与外伸部分实行对称加强。 密集补强 将补强金属密集地加在接管和壳体的连接处。

理论和实验研究结果表明,从强度角度来看,密集补强最好,对称凸出接管补强次之,内加强平齐接管补强第三,而外加强平齐接管补强最差。而从制造角度来看,密集补强必须从接管根部和壳体连接处做成一个整体结构,这就给制造加工带来了困难,而且容器和开孔的直径越大,加工越困难;凸出接管对称加强形式,连接处的内侧焊接困难,且容器和开孔越小越困难;对于内加强平齐接管来说,除加工制造困难外,还会给工艺流程带来一些其它问题。因此,一般不采用这种形式。我们这里选择采用外加强平齐接管的补强形式。

(3)补强结构

补强结构是指补强金属采用什么样的结构方式与被补强的壳体或接管连成一体。主要有以下几种: 补强圈补强结构 以补强圈作为补强金属焊接在壳体与接管连接处。

补强圈的材料一般与器壁的材料相同,其厚度一般也与器壁厚度相同。补强板与被补强的器壁之间要很好地焊接,使其与器壁能同时受力,否则起不到补强作用。为了检验焊缝的紧密性,补强板上开有一个M10的小螺纹孔,从这里通入压缩空气,并在补强圈与器壁的连接焊缝外涂抹肥皂水,如果焊缝由缺陷,就会在该处吹起肥皂泡。

而这种结构由于补强板和壳体或接管金属煤油形成一个整体,温差应力大,抗疲劳的能力差。由于这些缺点,补强圈补强结构只适用与一般中、低压容器。而且采用补强圈补强结构时,应遵循以下规定:

钢材的标准抗拉强度下限值?b?540MPa;

补强圈厚度小于或等于1.5Sn(Sn为壳体开孔处的名义壁厚,mm); 壳体名义厚度不大于38mm;

加强元件补强结构 将接管或壳体开孔附近需要补强的部分,做成加强元件,然后再与接管和壳体焊在一起。

整体补强结构 增加壳体的厚度,或用全焊透的结构形式将厚壁接管或整体补强锻件与壳体相焊。

在这里我们采用补强圈补强。 (4)不另行补强的最大开孔直径

壳体开孔满足下面全部要求时,可不另行补强 设计压力不大于2.5MPa;

两相邻开孔中心的间距(对于曲面间距以弧长计算)应不小于两孔直径之和的两倍; 接管公称外径不大于89mm; 接管最小壁厚满足表4-3-2要求

表4-3-2 接管最小壁厚 接管公称外径 最小壁厚 25 32 3.5 38 45 48 57 65 76 6.0 89 4.0 5.0 因此壳程接管可以不补强。

5)管程等面积补强计算补强圈外径

补强圈补强厚度一般与器壁厚度相等,故取补强圈厚度为8mm,则补强圈外径DH=2d=2×150=300mm 3、排气、排液管

为提高传热效率,排除或回收工作残液(气)及凝液,凡不能借助其他接管排气或排液的换热器,应该在其壳程和管程的最高、最低点,分别设置排气、排液接管。排气、排液接管的端部必须与壳体或管箱壳体内壁平齐,其结构如下图。排气口和排液口的尺寸一般不小于φ15mm。

卧式换热器的排气、排液口多采用(a)结构,设置的位置分别在壳体、管箱壳体的上部和底部。在立式换热设备中,当公称压力PN<2.5MPa时,多采用(b)结构,而当公称压力PN>2.5MPa时,则选用(c)、(d)结构。即壳程排气、排液口采用在管板上开设不小于φ16mm的小孔,管端采用螺塞或焊上接管法兰。(c)结构通道易堵塞,螺塞易锈死,对于不清洁、有腐蚀性的物料,不宜采用这种结构。换热器管

间为蒸汽时,排气、排液孔可采用(e)结构。

图4-3-1 换热器排液、排气接管结构

4、接管最小位置

在换热器的设计中,为了使传热面积得以充分利用,壳程流体进、出口接管应尽量靠近两端管板,而管箱进、出口接管应尽量靠近管箱法兰,可缩短管箱壳体长度,减轻设备重量。然而,为了保证设备的制

造、安装,管口距管板或管箱法兰的距离也不能靠得太近,它受到最小位置的限制。 1)壳程接管位置的最小距离

图4-3-2 壳程接管位置

壳程接管位置的最小尺寸,见图4-3-2,可按下式进行计算:

DH?(b?4)?C mm 2d不带补强圈接管 L1?H?(b?4)?C mm

2带补强圈接管 L1?以上两式中取C≥4S(S为管箱壳体厚度,mm),且≥30mm。 2)管箱接管尺寸的最小位置

图4-3-3 管箱接管位置

管箱接管位置的最小尺寸,见图4-3-3,可按下式进行计算:

DH?hf?C mm 2d不带补强圈接管 L1?H?hf?C mm

2带补强圈接管 L1?以上两式中取C≥4S(S为管箱壳体厚度,mm),且≥30mm。 以上四式中b,hf——管板厚度,mm;

L1/L2——壳程/管箱接管位置最小尺寸,mm;

C——补强圈外缘(无补强圈时,为管外壁)至管板(或法兰)与壳体连接焊缝之间的距离,mm;

DH——补强圈外圆直径,mm; dH——接管外径,mm。 取C=4S=32mm。

壳程接管不带补强圈,故壳程接管位置的最小尺寸为

L1?dH80?(b?4)?C??(42?4)?32?110mm,取L1=120mm。 22DH300?hf?C??42?32?222mm,取L2=230mm。 22管箱接管带补强圈,且补强圈外圆直径为DH=300mm,故管箱接管位置的最小尺寸为:

L1?


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