1.换热器壳体壁厚计算
(1)选择钢材：壳程介质为煤油，煤油为易燃易爆液体，危害毒性为轻度（IV级），根据SH3075-1995《石油化工钢制压力容器材料选用标准》中表4.1.1选Q235-B钢材作为壳体材料。
(2)确定各设计参数：根据GB151-1999 《管壳式换热器》3.12.1的规定选取设计温度t=110℃；查GB150.2-2011《压力容器》第二部分材料表D.1并进行差值计算得Q235-B的许用应力「?」t=112MP；按表2-10，面对接焊采用双面局部无损探伤，焊接接头系数?=0.85；, 根据GB151-1999 《管壳式换热器》查钢板厚度负偏差C1=0.8㎜（假设其钢板名义厚度为8～25㎜），腐蚀裕量C2=2㎜，厚度附加量C= C1 + C2 =2.6㎜；取Pc =1.1Pw, Pw=0.1P,可得：Pc =1.1×0.1=0.11MPa
(3)计算壁厚：
?=
PcDi2[?]t??Pc?5.78mm
有效厚度?n???C1?C2?5.78?2.8?8.58mm
按钢板厚度规格向上圆整后，取壳体名义厚度为10mm,此值在初始假设厚度范围，故得?n?10mm 2.换热器封头的壁厚计算
由于Di/2hi=2时，椭圆形封头的应力分布较好，且封头的壁厚与相连的筒体厚度大致相等，便于焊接，经济，合理，适用于低压容器，所以选择标准椭圆形封头，其形状系数K=1.0。
KPD1.0?0.11?1000ci由公式得： δ???5.779mm t2?112?0.85-0.5?0.112[σ]φ?0.5Pc有效壁厚: ?n???C?5.779?2.8?8.579mm 按钢板厚度规格向上圆整后取得名义厚度?n?10mm
根据JB/T25198-2010标准，标准椭圆形封头为DN1000×10,曲面高度h1 =275mm,直边高度h2 =40mm,如图所示，材料选用Q235-B。
椭圆形封头直边高度h的选用
封头材料 碳素钢、普通低合金钢、复合钢板 不锈钢、耐酸钢
封头厚度?n 直边高度h 4～8 25 10～18 40 ≥20 50 3～9 10～18 ≥20 25 40 50 3压力试验及其强度校核
根据公式确定水压试验压力：
PT?1.25PC??1.25?0.11?1?0.1375MP t???再根据公式校核壳体强度： ?T?PT(Di??e) ?0.9??s
2?e钢板在试验压力下的屈服极限?s?245MPa 可计算出：
1000??10?2.8??PT(Di??e)0.1375?????9.603MPa ?T??2?e2??10?2.8?0.9?s??0.2??0.9?0.85?245?187.425MPa
由于?T?0.9?S,所以液压试验时壳体强度满足要求。 4.换热器压力容器法兰的选择与计算
(1)由壳体的设计压力Pc=0.11MPa,按照设计压力?公称压力的原则, 就进确定法兰公称压力为0.25MP,为保证安全，所以就进提高一个公称压力等级，暂
定法兰公称压力为0.6MPa。
(2)根据容器法兰公称直径等于其相连的壳体内径，可得法兰的公称直径DN=1000mm,同时由设计温度t=110℃和以上的初定的公称压力PN=0.6MPa,根据JB/T4700-2000《压力容器法兰分类与技术条件》表1初步选取甲型平焊法兰。
(3)根据介质特性及壳体材料确定法兰材料为Q235-B，并根据t=110℃和PN=0.6MP,根据NB/T47020-2012《压力容器法兰分类与技术条件》表6，查得其最大允许工作压力为0.4MP。
(4)由于0.4MP>0.11MP即法兰最大允许工作压力大于设计压力，所以选择公称直径DN=1000mm，公称压力PN=0.6MP,材料为Q235-B的甲型平焊法兰。
(5)由于工作介质为煤油，根据《过程设备设计》表4-11选择突面密封面，确定垫片为耐油橡胶石棉板。根据NB/T 47020-2012《压力容器法兰分类与技术
条件》表2选取螺栓材料为20号钢,螺柱材料为35号钢。 查JB/T4701-2000表1查得法兰的结构尺寸如表所示： 公称公称法兰，mm 直径 压力 ? D DN PN D1 D2 D3 D4 1000 0．6
图3-2 容器法兰（图面形式）
螺柱 d 23 规格 数量 M20 36 1130 1090 1055 1045 1042 48 (6)压力容器法兰标记为：法兰-FM1000-0.6 JB/T 4703-2000 5 管板的选择与尺寸计算
管程工作压力为0.1,可算管程的设计压力Pt=1.1Pw=0.11MPa(取管板的公
称压力为0.6MPa)的管板，材料为16Mn。
根据《换热器设计手册》表1-6-9，可查得：在公称直径DN=1000mm,壳程公称压力Ps=1.0MPa=Pt下的管板尺寸如下表所示：
表3-2 管板尺寸 Ps Pt 规数备DN D D1 D2 D3 D4 D5 d2 bf b MPa MPa 格 量 注 0.6 0.6 1000 1130 1090 1055 997 1042 1000 23 M20 36 42 52 6 分程隔板的选择
根据《化工单元过程及设备课程设计》表4-1查得1200≥DN＞600时，隔板最小厚度为10mm。材料为Q235-B。根据GB151-1999中5.6.6.2确定分程隔板槽深5mm，宽12mm。拐角处倒成圆角4mm× 45°。 7 膨胀节的选用与计算
固定管板式换热器在换热过程中，管束与壳体有一定的温差存在，而管板、管束与壳体是刚性连接在一起，当温差达到某一个温度直时，由于过大的温差应力往往会引起壳体的破坏和管束的弯曲，需设置补偿装置，如膨胀节。膨胀节是安装在固定管板式换热器上的挠性构件，对管束与壳体间的变形差进行补偿，以此来消除壳体与管束间因温差而引起的温差应力。
膨胀节的型式较多，通常有波形膨胀节、平板膨胀节、?形膨胀节等。而在生产实践中，应用最多的，最普遍的是波形膨胀节。
根据GB151-1999附录F的计算方法进行换热管壁温的计算，从设备的具体操作情况，可以假定K、rd、q和a保持不变，进行简化计算：
热流体的平均温度Tm为：
Tm?11?Ti?To???100?35??67.522
冷流体的平均温度tm为：
tt?tm?11?ti?to???25?40??32.5oC22
则：
11?Tm?tm???67.5?32.5??50oCo22即换热管壁温为50 C。
圆筒壁温ts的计算：应外部有良好的保温，故壳体壁温可取壳层流体的平均温度：ts?tm?32.5oC 管壳层温差：
?t?tt?ts?51.25?32.5?18.75oC?50oC
由于管束与壳体温差小于50℃，所以不需要设置膨胀节。
8 折流板的设计与计算
在壳程管束中，一般都装有横向折流板，用以引导流体横向流过管束，增加流体速度，以增强传热；同时起支撑管束、防止管束振动和管子弯曲的作用。折流板的型式有圆缺型、环盘型和孔流型等。
圆缺形折流挡板在流动中死区较少，比较优越，结构比较简单，所以采用圆缺形折流挡板，去折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为：
h?0.25?1000?250，故可取h?250mm。
取折流板间距B=0.3D，则 B?0.3?1000?300mm，可取B为300mm。
折流板数目NB?传热管长9000?1??1?29
折流板间距300根据GB151-1999表34查得：折流板最小厚度为16mm;由表41查得：折流
板名义外径为DN-6=964mm,材料为Q235-B.
折流板圆缺面水平装配，见图
9 接管的选择
(1)管程接管的选择与计算：
Shc x=1000x
P[?]=1000x
0.11=7.53 146所以根据《过程装备成套技术设计指南》表9-8应选用Shc.10系列的管子，其设计压力为0.11MPa,材料为20号钢，其公称直径DN150,查表得外径为168.3mm，壁厚为5mm。根据《换热器设计手册》表1-6-6查得管子的外伸长度为200mm。
(2)壳程接管的选择与计算：
Shc x=1000x
P[?]=1000x
0.11=7.53 146 根据《过程装备成套技术设计指南》表9-8应选用Shc.10系列，公称直径DN100,外径为114.3mm，壁厚为4.5 mm的管子。根据《换热器设计手册》表1-6-6查得管子的外伸长度为150mm。 10 接管法兰的选择与计算
管程接管法兰的选择与计算：
(1)接管法兰的公称直径DN= 150mm。
(2)根据介质特性，设计温度t=150℃和接管材料，选定接管法兰材料为Q235-A。
(3)根据管法兰的材质和温度t=150℃，按照设计压力不得高于对应工作温度
下无冲击工作压力的原则，根据《化工设备机械基础》查表10-29（D）最高无冲击工作压力得：管法兰的公称压力为2.5MPa。
(4)根据PN=2.5 MPa和DN=150mm查《化工设备》表4-6确定法兰类型为板式平焊法兰；查表4-14确定垫片为石棉橡胶板垫片，由表4-15和表4-16，螺栓为A2-50六角螺栓、螺母为I型六角螺母。
固定管板换器设计
