辽宁石油化工大学
fo?5.0Re?0.228；
nc——横过管束中心线的管子数，对三角形排列
；
nc?1.1Nt；对正方形排列nc?1.19Nt；
uo——按壳程流通截面Ao计算的流速，m/s； Nb——折流板的数量。 其中：
Ao?lb(Di?ncdo)?lb(Di?1.19Ntdo)?0.3?(0.6?1.19188?0.025)?0.0578m2Ao?0.0578m2
m6.44因此 uo?h??0.121m/s；
?hAo918?0.0578uo?0.121m/s fo?0.724
fo?5.0?4800?0.228?0.724； nc?1.19Nt?1.19?188?16.3； Nb?l?0.16?0.1?1??1?18.6，取整为19。 lb0.3nc?16.3
Nb?19
918?0.1212?475.8 Pa，则有：?p?0.3?0.724?16.3?20? ?p1'?475.8Pa 2'1 2?0.3918?0.1212)??638.4 Pa； ?p?38?(3.5?0.62'?p2?638.4Pa
'2 ?po?(475.8?638.4)?1.15?3?0.0038 Mpa； 可知此时的压力降在合理范围之类。
?po?0.0038 Mpa
2.4 换热器壁温计算
2.4.1 换热管壁温tt计算 符号说明：
?——以换热管外表面积为基准计算的总传热系数，
W/（m2℃）；
19
辽宁石油化工大学
rd——污垢热阻，㎡2℃/w；
Tm,tm——分别为热、冷流体的的平均温度，℃； Ti,To——分别为热流体的进、出口温度，℃； ti,to——分别为冷流体的进、出口温度，℃；
?tm——流体的有效平均温差，℃；
?——以换热管外表面积为基准计算的给热系数， W/（m2℃）。 热流体侧的壁温：
tth?Tm??(1?h?rdh)??tm1?200?191.6?(?0.52?10?3)?78.6 ；
420.8?156.4oCtth?156.4oC
冷流体侧的壁温：
ttc?tm??(1?c?rdc)??tm1?0.52?10?3)?78.6 ； 775ttc?112.3oC
?85?191.6?(?112.3oC所以 tt?tth?ttc156.4?112.3??134.3℃。 22tt?134.3oC
2.4.2 圆筒壁温ts的计算
由于圆筒外部有良好的保温层，故壳体壁温取壳程流体的平均温度：ts?200℃。
ts?200℃
到此换热器的工艺计算告一段落，其中工艺计算的主要目的是计算出其换热
面积，选出相应的换热器型式，因此，接下来应该是进行换热器的结构设计以及强度计算。
表2-3与表2-4附于下面：
20
辽宁石油化工大学
表2-3 所选浮头式换热器规格 DN PN 管管换热管计算传规格型号 管程出入壳程出入设备净 充水水 长 程规格 热面积口公称直口公称直重 重 ㎡ 径，㎜ 径，㎜ mm Mpa m 数 ㎏ ㎏ 600 2.5 6 4 ?25? 2.586.9 150 150 4327 1980 BES-2.5-85-6/25-4-??
表2-4 工艺计算常用参数 公称直径ＤＮ管程平均通道面积弓形折流板缺口弓高管程Ｎ 中心排管数 换热管数 （mm） （c㎡） （㎜） 600 4 10 188
21
148 150 辽宁石油化工大学
第三章 换热器结构设计与强度计算
在确定换热器的换热面积后，应进行换热器主体结构以及零部件的设计和强度计算，主要包括壳体和封头的厚度计算、材料的选择、管板厚度的计算、浮头盖和浮头法兰厚度的计算、开孔补强计算，还有主要构件的设计（如管箱、壳体、折流板、拉杆等）和主要连接（包括管板与管箱的连接、管子与管板的连接、壳体与管板的连接等），具体计算如下。
3.1 壳体与管箱厚度的确定
根据给定的流体的进出口温度，选择设计温度为400℃；设计压力为2.5Mpa。 3.1.1 壳体和管箱材料的选择
由于所设计的换热器属于常规容器，并且在工厂中多采用低碳低合金钢制造，故在此综合成本、使用条件等的考虑，选择16MnR为壳体与管箱的材料。 16MnR是低碳低合金钢，具有优良的综合力学性能和制造工艺性能，其强度、韧性、耐腐蚀性、低温和高温性能均优于相同含碳量的碳素钢，同时采用低合金钢可以减少容器的厚度，减轻重量，节约钢材。 3.1.2 圆筒壳体厚度的计算
焊接方式：选为双面焊对接接头，100%无损探伤，故焊 接系数??1；
??1
根据GB6654《压力容器用钢板》和GB3531《低温压力 容器用低合金钢板》规定可知对16MnR钢板其
C1?0;C2?2mm。 C1?0;C2?2mm
假设材料的许用应力??t??125Mpa（厚度为6～16mm 时），壳体计算厚度按下式计算为：
2.5?600????6.1mmt2?125?1?2.52??????c；
设计厚度?d???C2?6.1?2?8.1mm；
22
?cDi??6.1mm
?d?8.1mm
辽宁石油化工大学
名义厚度?n??d?C1???8.1?0???10mm（其中?为向上?n?10mm 圆整量）；
查其最小厚度为8mm，则此时厚度满足要求，且经检查，???没有变化，故合适。 3.1.3 管箱厚度计算
管箱由两部分组成：短节与封头；且由于前端管箱与后端管箱的形式不同，故此时将前端管箱和后端管箱的厚度计算分开计算。 3.1.3.1 前端管箱厚度计算
前端管箱为椭圆形管箱，这是因为椭圆形封头的应力分布比较均匀，且其深度较半球形封头小得多，易于冲压成型。
此时选用标准椭圆形封头，故??1，且同上
??1
t
C1?0;C2?2mm，则封头计算厚度为： C1?0;C2?2mm
?h???cDi2?????0.5?ct?1?2.5?600?6.03mm；
2?125?1?0.5?2.5?h?6.03mm ?dh?8.03mm
设计厚度?dh??h?C2?6.03?2?8.03mm；
名义厚度?nh??dh?C1???8.03?0???10mm（?为向上圆整量）；
经检查，???没有变化，故合适
t
?nh?10mm
查JB/T4746—2002《钢制压力容器用封头》可得封头的型号参数如下：
表3-1 DN600标准椭圆形封头参数
DN(mm) 总深度H(mm) 内表面积A(㎡) 容积(m3) 封头质量（㎏） 600 175 0.4374 0.0353 34.6 短节部分的厚度同封头处厚度，为10mm。 3.1.3.2 后端管箱厚度计算
由于是浮头式换热器设计，因此其后端管箱是浮头管箱，又可称外头盖。外头盖的内直径为700mm，这可在“浮头盖计算”部分看到。
23