U型管换热器的结构计算设计
摘要
换热器(heatexchanger)又称热交换器，这种设备通过不同的冷热流体接触方式及不同的换热结构，来交换冷热流体中的热量，从而完成冷却或加热的工艺流程。本设计是一种用于冷却无硫甲醇的氨冷器，其形式为U型管换热器，U型换热管能在很大程度上避免温差应力的产生，尽可能避免因为温度变化而使换热器在工作中出现故障。文中首先介绍了换热器中两种不同介质其各自的基本特性，结合设计工况，从GB150-2011中的介绍各种金属材料中选用不同的金属材料来设计制造换热器的各个部件，所选材料均属低温用钢。并依据所用材料性质及不同部件的工作条件，按照GB150-2011及GB/T151-2014中的设计步骤分别进行了校核计算，以确保换热器各部件的在工作条件下具有足够的强度和稳定性。主体设计完毕后，根据设计条件及介质特性，依据GB/T151-2014中的叙述对换热器零部件进行了选型及计算，经由上述过程，所得设计结果能够保证换热器结构满足设计要求。
关键词：U型管换热器；结构设计；强度校核
目录
引言 5
第一章设计条件及设计方案 6
1.1设计名称 6
1.2设计参数 6
1.3无硫甲醇氨冷器介绍 6
第二章换热管设计计算 7
2.1换热管尺寸设计 7
2.2换热管材料的选择 7
2.3换热管管数计算 8
2.3.1U型管选材 8
2.3.2U型管弯曲半径 8
2.3.3弯管段最小壁厚 9
2.3.4换热管管数的计算 9
2.4换热管的排列形式 9
2.5换热管中心距 10
2.6换热器筒体内径计算 10
2.7布管限定圆设计 10
2.8换热器换热面积核算 11
第三章壳体内径计算 12
3.1壳程筒体材料选择 12
3.2壳程筒体厚度设计 12
3.2.1壳程筒体厚度计算 12
3.2.2水压试验 13
3.3壳程筒体封头设计计算 13
3.3.1封头选型 13
3.3.2筒体封头参数计算 14
3.3.3水压试验 15
第四章换热器管箱设计计算 16
4.1管箱筒体选材 16
4.2管箱筒体 16
4.2.1管箱筒体厚度计算 16
4.2.2管箱筒体强度校核 16
4.2.3筒体水压实验校核 16
4.3管箱封头设计计算 17
4.3.1封头参数计算 17
4.3.2封头选型 17
4.3.3封头的厚度计算 17
4.3.4封头校核 18
4.3.5封头水压试验校核 18
4.4锥壳设计 18
4.4.1参数计算 18
4.4.2外压校核 19
第五章接管及开孔补强设计计算 20
5.1接管材料选择 20
5.1.2接管尺寸表 20
5.2判断开孔补强 20
5.3接管开孔补强设计计算 21
5.3.1接管N1、N2 21
5.3.2接管N3、N4 22
5.3.3接管N5 23
第六章法兰设计计算 25
6.1管箱法兰设计 25
6.1.1管箱法兰选材 25
6.1.2管箱法兰选型 25
6.2法兰垫片的选用 26
6.2.1垫片形式 26
6.2.2垫片有效密封密度 26
6.2.3垫片压紧力作用中心圆直径计算 27
6.2.4垫片预紧力 27
6.3螺栓设计 27
6.3.1螺栓选型 27
6.3.2螺栓布置 28
6.3.2螺栓载荷计算 28
6.3.3螺栓面积 29
6.3.4螺栓设计载荷计算 29
6.4法兰的校核 29
6.4.1法兰参数 29
6.4.2内压法兰力矩 30
6.4.3内压法兰力矩设计 30
6.4.4内压法兰应力计算 31
6.5外压法兰 32
6.5.1外压法兰力矩 32
6.5.2外压法兰设计力矩 32
6.5管法兰设计 32
第七章管板设计计算 36
7.1管板与换热管连接方式的选择 36
7.2管板结构设计计算 37
7.2.1参数计算 37
7.2.2管板设计压力计算 38
7.2.3管板厚度计算 38
7.3