U形管换热器的设计

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?T?而

PT(Di??e)7.82?(700?14)??199.41MPa

2?e2?140.9??s?0.9?1?345?310.5MPa 由于?T?0.9??s，故水压试验合格。 3.2.3壳程筒体封头厚度的计算

查标准JB/T4746[12]中表1，得公称直径DN?Di?700mm，选用标准椭圆形封头，长短轴比值为2，根据文献[4]按式（3-7）计算椭圆形封头厚度：

pcDi （3-7） t2?????0.5pc??有：

??2?????0.5pctpcDi?4.6?700?13mm

2?125?1?0.5?4.6焊缝系数?=1，腐蚀裕度C2?2mm；对16MnR钢板的负偏差C1?0，则有：

封头的名义厚度为：

?n?13mm?0?2mm?15mm；

取封头名义厚度与壳体名义厚度相等，取为?n?16mm。 封头参数见表3-3：

表3-3 封头参数表

公称直径DN mm 700 总深度H mm 200 内表面积A 容积 质量 Kg 75.3 m2 0.5861 m3 0.0545 3.2.4折流板设计及检验 根据2.3.6有，折流板数目为12，间距l?450mm，根据文献[3]中关于换热管最大无支撑跨距的规定，外径为25的换热管最大无支撑跨距为1850mm，且有l?1850mm，满足要求。折流板材料选用15CrMoR，l?13?700?233mm，

此时折流板的最小厚度为5mm，取折流板的厚度为6mm，满足要求。

3.2.5验证U型管的尾部支撑

根据文献[5]中U型管换热器规定，靠近弯管段起支撑作用的折流板，如下图，结构尺寸A+B+C之和应不大于最大无支撑跨距，超过表中数值时，应在弯管部分加特殊支撑。

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图3-1 U型管的尾部支撑

参照本设计U型管换热器装配图有：

A?626mm，B?100mm，C?550mm；

则有：

A?B?C?626?100?550?1276mm?1850mm，

故满足条件，不需要另行设置特殊支撑。

3.3管箱设计

3.3.1管箱短节设计 管箱壁厚计算：

管箱材料取为15CrMoR，查文献[4]得[?]t?122MPa，?s?295MPa。焊缝系数?=1，腐蚀裕度C2?2mm，钢板的负偏差C1?0。

则有： 计算厚度：??2?????PctPcDi?6?700?17.6mm；

2?122?1?6设计厚度：?d???C2?17.6?2?19.6mm；

名义厚度：?n??d?C1?19.6?0?19.6mm，圆整取?n?20mm； 有效厚度：?e??n?C1?C2?20-0-2?18mm。 3.3.2管箱短节壁厚检验 应力校核

设计温度下管箱短节的计算应力按式（3-3）计算为：

?t?Pc(Di??e)6?(700?18)??119.7MPa

2?e2?18[?]t??125?1?122MPa

由于?t?[?]t?，故筒体名义厚度?n?20mm满足条件。 设计温度下最大允许工作作压力校核

设计温度下圆筒的最大允许工作压力按式（3-4）计算为：

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2?e[?]t?2?18?122?1[PW]???6.1MPa

(Di??e)(700?18)由于[PW]?Pc，故筒体名义厚度?n?20mm满足条件。 水压试验应力校核：

查得实验温度下的许用应力为[?]?150MPa， 试验压力按式（3-5）计算：

PT?1.25P[?]150?1.25?6??9MPa t125[?]圆筒的薄膜应力按式（3-6）计算

?T?PT(Di??e)9?(700?18)??179.5MPa

2?e2?180.9??s?0.9?1?295?265.5MPa 由于?T?0.9??s，故水压试验合格。 3.3.3管箱封头设计

选用标准椭圆形封头，长短轴比值为2，公称直径DN?Di?700mm，封头材料选用15CrMoR，[?]t?122MPa，?s?295MPa，焊缝系数?=1，腐蚀裕度C2?2mm，钢板的负偏差C1?0。

根据式（3-7）计算：

??2?????0.5pctpcDi?6?700?17.4mm

2?122?1?0.5?6则有封头的名义厚度为：

?n?17.4mm?0?2mm?19.4mm；

取封头名义厚度与管箱筒体名义厚度相等，取为?n?20mm。 3.3.4管箱法兰设计

长颈对焊法兰与壳体之间为对接焊缝，连接强度很好，且可以采用各种方法进行焊缝质量检查，加之有颈部支撑，使其具有较好的刚性，不易变形而发生泄露，本设计采用此种法兰。参考JB4703-2000[13]采用带颈对焊法兰，凹凸面密封，参数见下表3-4：

表3-4 法兰参数表

N 7 0 0 D 9 5 0 D1 8 8 0 D2 8 2 9 D3 8 1 9 D4 8 1 6 法兰 ? 9 0 H 1 8 0 h 4 8 a 2 6 2 3 a1 2 6 ?1 4 2 ?2 R 1 8 d 3 9 螺柱采用M36,数量为32个； 管箱法兰垫片根据JB/T4704-2000[14]选型，基本参数见表3-5：

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表3-5 垫片尺寸

公称压力 MPa 公称直径 mm 700

δ0 4 D 787 d 737 δ1δ2DND1D图3-2 管箱法兰

3.4管板设计计算

管板是管壳式换热器的一个重要元件，它除了与管子和壳体连接外，还是换热器中的一个主要受压元件。它或者与筒体直接相焊（固定管板式换热器），或者被夹持在两法兰之间，起着管、壳程之间隔板和固定管板换热的双重作用。对管板的设计，除了满足强度要求外，同时应合理的考虑其结构设计。

管板与壳程圆筒、管箱圆筒之间可以有不同的连接方式，本U型管换热器采用a型连接方式。

管板材料采用16MnR，查得在设计温度下的许用应力为：[?]tr?93MPa，

?s?345MPa。

按照文献[3]中关于U型管换热器a型连接方式的计算步骤计算有： 壳程圆筒壁厚?s?16mm，管箱圆筒壁厚为?h?20mm，换热管管长

L?6m，中心排管数为19，换热管外径d?25mm，排列方式为正方形。

（a）根据布管尺寸计算Ad,At,Dt，根据法兰密封面形式和垫片尺寸计算计算DG。按式（3-8）进行计算

DG?D?2b （3-8）

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