2.105m2冷凝器的选型及工艺设计
2.1冷凝器设计示列
已知一卧式固定管板式换热器的工艺条件如下：换热器工程直径为1000mm ，换热管长度3000mm ，换热面积105m 2; 壳程价质为二次蒸汽，轻微腐蚀，操作压力20Kpa （绝压），工作温度60C 0，；管程价质为冷却水，操作压力0.4Mpa ，工作度
32~38C ，双管程，换热管规格为Φ25mm×2mm, 换热管间距36mm ，数量545根，材料0Cr8Ni9；蒸汽进口管Φ377mm×8mm ，冷凝水出口管Φ57mm ，冷却水进，出口管均为Φ219mm×6mm 。
2.2冷凝器结构设计
①材料选择。根据换热器的工作状况及价质特性，壳程选用
程选用Q235B ，管板选用0Cr18Ni9。
0Cr18Ni9，管
②换热管。换热管是换热器的元件之一，置于筒体之内，用于两介质之间热
量的交换。选用较高等级换热管，管束为Ｉ级管束。 换热管的选择
排列方式：正三角形、正方形直列和错列排列。
图2-1换热管排列方式
各种排列方式的优点：
正方形排列：易清洗，但给热效果差； 正方形错列：可提高给热系数；
等边三角形：排列紧凑，管外湍流程度高，给热系数大。 换热管与管板的连接方式有强度焊、强度胀以及胀焊并用。
强度胀接主要适用于设计压力小≤4.0Mpa ；设计温度≤300℃；操作中无剧烈振动、无过大的温度波动及无明显应力腐蚀等场合。
除了有较大振动及有缝隙腐蚀的场合，强度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何场合。
胀焊并用主要用于密封性能要求较高；承受振动和疲劳载荷；有缝隙腐蚀；需采用复合管板等的场合。
③管板。管板选用兼作法兰结构，管板密封面选用
JB !T4701标准中的突面
密封面。换热管在管板上的排列采用正三角形排列，分程隔板两侧换热管中心距取44mm ，实际排列548跟换热管。
④分成隔板与分程隔板槽。分成隔板厚度
10mm ，开设Φ6mm 泪孔；
分成隔板槽宽12mm ，深度4mm ；垫片材料为石棉橡胶板，厚度为3mm 。
⑤换热管与管板的连接。换热管与管板的连接采用焊接结构，其中
L 1=2mm，L 3=2mm。
⑥支持板。换热器的壳程为蒸汽冷凝，不需折流板，但考虑到到换热管的支
撑，姑设置支持板。换热管无支撑最大跨距为1850mm, 因此换热管至少需要3块儿支持板。本设计采用3块儿支持板，弓形缺口，垂直左右布置，缺口高度为25%筒体内直径。
⑦拉杆与拉杆孔。选用8根Φ16mm 拉杆，拉杆与管板采用用螺纹连接。
拉杆两端螺纹为M16拉杆孔深度为24mm ． 定距管及拉杆的选择 拉杆常用的结构型式有：
a. 拉杆定距管结构，见图4-7-1（a ）。此结构适用于换热管外径d ≥19mm 的管束且l 2>La （L a 按表4-5-5规定）
b. 拉杆与折流板点焊结构，见图4-7-1（b ）。此结构适用于换热管外径d ≤14mm 的管束且l 1≥d ；
c. 当管板较薄时，也可采用其他的连接结构。
图2-1 拉杆结构型式
这里我们选用拉杆定距管结构。
拉杆的尺寸
拉杆的长度L 按实际需要确定，拉杆的连接尺寸由图4-7-2和表4-7-1确定。
图2-2 拉杆连接尺寸 拉杆的位置
拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，对于大直径的换热器，在布管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板不应少于3个支承点。 定距管尺寸
定距管的尺寸，一般与所在换热器的换热管规格相同。对管程是不锈钢，壳程是碳钢或低合金钢的换热器，可选用与不锈钢换热管外径相同的碳钢管作定距管。定距管的长度，按实际需要确定。
⑧管箱。管箱法兰选用容器法兰，规格为“RE 1000—0.6 JB !T4701—
2000”。封头选用标准椭圆形封头，规格为“EHA 1000×8 JB!T4746—2002”。管箱接管采用径向接管，前端管箱开设冷却水进，出口管，后端管箱上不开设3!4′′压力表接口，下部开设DN25排净口。前端管箱筒节长度500mm ，后端管箱筒节长度260mm 。
⑨支座。卧式换热器多采用鞍式支座，立式换热器可采用耳式支座，大型立
式换热器也可采用裙座支座承。当采用耳式支座，公称直径DN ≤800mm 时，应至少安装2个支座，且对称布置；工程直径DN>800mm时，应至少安装4个支座，均匀布置。当选用鞍式支座时，支座在换热器上的布置按下列原则确定（其中个参数代号如图5-15所示）
图2-3 卧式换热器鞍座安装位置
1. 当L ≤3000mm 时，取LB=（0.4~0.6）L ； 2. 当L>3000mm时，取LB=（0.5~0.7） 3. 尽量使LC 和L ′相近。
换热器采用鞍式支座，型号为“BI 1000JB!T 4712.1—2007”，固定式和滑动式支：
座各一个，固定式支座安装在靠近冷却水进口端，两支座距离为1700mm ，支座螺栓孔中心矩管板密封面650mm 。
⑩接管。换热器接管选用无缝钢板。蒸汽进口焊接连接，压力表口采用螺纹
连接，其余为法兰连接，法兰标准为HG !T 20592—2009，法兰类型为板式平焊（PL ），法兰密封面为头面（RF ），法兰公称压力均为16bar 。采用补偿圈结构进行开孔不强。
3. 强度与稳定性计算
3.1壳程圆筒厚度计算
已知条件:
ω=-0. 08Mpa 筒体内径 ——D i =1000mm 工作压力——P
t =60C ω工作温度—— 筒体长度 ——L=3000mm
材料——0Cr18Ni19
设计参数：
设计压力——P =-0. 1Mpa 设计温度——t =60C
通体计算长度——L=3000mm 腐蚀裕量——C 2=0
R el =205Mpa
3.1.1筒体厚度
圆筒承受外压，故需进行稳定性计算。圆筒名义厚度取值为表5-2规定的最小厚度6mm ，取钢板厚度负偏差C 1=0. 6mm , 则筒体有效厚度为
δe =6-0. 6=5. 4(mm )
02⨯6=101(2mm ) 筒体外直径 D 0=100+
D 0
由GB150表6-2查得，A=0.00017。查GB150图6-7，得E=1.91×105Mpa,A 直落在曲线的直线段上，所以
e
=187. 4, 0
=2. 96
)B =2=2⨯1. 91⨯105⨯0. =21. 65(M p a
[P ]=
圆筒稳定性满足要求。
=21. e
)>P =0. 116(M p a
. 4
3.1.2管箱圆筒
已知条件：
ω=0. 4Mpa 筒体内径——D i =1000mm 工作压力 ——P
t =32~38C ω工作温度—— 材料——Q235B
设计参数：
设计压力——P=0.45Mpa 设计温度——t =38C 腐蚀裕量——C 2=1mm 焊接接头系数——φ=0. 85
R el =235Mpa
3.1.3管箱厚度
δ=
设计厚度
P c D i 0. 45⨯1000
==2. 35(mm ) t
2σφ-P 2⨯113⨯0. 85-0. 45
δd =δ+C 2=2. 35+1=3. 35(mm ) 考虑钢板厚度负偏差，可取筒体名义厚度
δn =4mm 。
δn =8mm ，
根据表5-1，管箱最小厚度应不小于为8mm 。所以去管箱名义厚度为有效厚度
δn =8-0. 8-1=6. 2(mm )
3.1.4管箱封头
已知条件：
封头内经——
D i =1000mm P =0. 4Mpa
工作压力——ω
t =32~38C ω工作温度—— 材料——Q235B
设计参数：
设计压力——P =0. 45Mpa 设计温度——t =38C
腐蚀裕量——C 2=1mm 焊接接头系数——φ=0. 85
t
P =0. 45Mpa []σ=11M 3p a c 计算压力——
封头计算厚度
3.1.5管箱封头厚度
δ=
P c D i 0. 45⨯1000
==2. 35(mm ) t
2σφ-0. 5P 2⨯113⨯0. 85-0. 5⨯0. 45
设计厚度
δd =δ+C 2=2. 35+1=3. 35（mm) 考虑钢板厚度负偏差，可取筒体名义厚度δn =4mm 。
根据表5-1，管箱最小厚度应不小于为8mm 。所以取管箱名义厚度为δn =8mm ，有效厚度
01. 5(mm ) δn =8-0. 8-1=6. 2(mm ) >0. 15%D i =0. 15%⨯100=满足最小厚度要求
3.2水压试验应力校核
3.2.1 压力试验及其强度校核
容器制成以后（或检修后投入生产前），必须作压力试验或增加气密性试验，其目的在于检验容器的宏观强度和有无渗漏现象，即考察容器的密封性，以确保设备的安全运行。
对需要进行焊接后热处理的容器，应在全部焊接工作完成并经热处理之后，才能进行压力实验和气密性试验；对于分段交货的压力容器，可分段热处理，在安装工地组装焊接，并对焊接的环焊缝进行局部热处理之后，再进行压力试验。 压力实验的种类、要求和试验压力值应在图样上注明。压力试验一般采用液压试验，对于不适合作液压试验的容器，例如容器内不允许有微量残留液体，或由于结构原因不能充满液体的容器，可采用气压试验。
液压试验：
液压试验一般采用水，需要时也可采用不会导致发生危险的其他液体。试验时液体的温度应低于其闪电或沸点。奥氏体不锈钢制容器用水压进行液压试验后，应将水渍清除干净。当无法清除时，应该控制水中氯离子含量不超过25 mg/L。 试验温度：对碳钢、16MnR 、15MnNbR 和正火的15MnVR 钢制容器液压试验时，液体温度不得低于5℃；其他低合金钢制容器液压试验时，液体温度不得低于15℃。如果由于板厚等因素造成材料无塑性转变温度升高，则需相应提高试验液体的温度。
试验方法：试验时容器顶部应设排气扣，充液时应将容器内的空气排尽，试验过程中应保持容器观察表面干燥；试验时压力应缓缓上升至设计压力无泄漏，再缓缓上升，达到规定的试验压力后，保压时间一般不少于30 min。然后将压力降至规定试验压力的80%，并保持足够长的时间以对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验，直至合格。对于夹套容器，先进行内筒液压试验，合格后再焊夹套，然后进行夹套内的液压试验；液压试验完毕后，应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干。本换热器的设计采用水压试验来检验强度应力的校核。
3.2.2管程水压试验压力
P T =1. 25⨯P
[σ]=1. 25⨯0. 45⨯113=0. 5625(Mpa )
113σt
T =0. 57Mpa 。取P 由于壳程试验压力小于管程试验压力，故去壳程试验压力等于
管程试验压力。
3.2.3管程试验压时圆筒应力
σT =
P T (D i +δe )0. 57⨯(1000⨯6. 2)
==46. 25(Mpa )
2δe 2⨯6. 2
3.2.4壳程试验时圆筒应力
σT =
P T (D i +δe ) 0. 57⨯(1000+5. 4)
==53. 06(Mpa )
2δe 2⨯5. 4
3.3开孔补强
3.3.1壳程筒体开孔补强
已知条件：
t []σ=137Mpa 壳体材料——0Cr18Ni9, 许用应力——
内径——D i =1000mm 名义厚度——δn =6mm 厚度负偏差——C 1=0. 6mm 腐蚀裕量——C 2=0 有效厚度——δe =5. 4mm 接管材料——0Cr18Ni9
t
[]σ许用应力——t =137Mpa 外径——d 0=377mm
名义厚度——δnt =8mm 厚度负偏差——C 1t =1. 0mm 腐蚀裕量——有效厚度——
C 2t =0
C t =C 1t +C 2t =1mm
δet =7. 00mm 强度削弱——f r =1. 0
-2⨯8+2⨯1=36(3mm ) 开孔直径 d =d 0-2δnt +2C t =377有效补强宽度 B =2d =2⨯363=726(mm ) 外侧有效高度
h 1=d δnt =⨯8=53. 9(mm )
内侧有效高度 h 2=0
根据外压圆筒稳定性计算方法，试算得到圆筒和接管的计算厚度分别为
δ=5. 15mm 和δt =0. 92mm 。
3.3.2开孔削弱所需的补强面积
A =0. 5[d δ+2δδet (1-f r ) ]=0. 5⨯363⨯5. 15=935（mm2) 壳体多余金属面积
A 1=(B -d )(δe -δ) -2δet (δe -δ)(1-f r ) =(726-363)(5.4-5.15)=91(mm2)
接管多余金属面积
A 2=2h 1(δet -δt ) f r +2h 2(δet -C 2) f r =2×53.9×（7-0.92）×1.0=655（mm2) 焊缝金属面积
A 3=6⨯6=36（mm2) 有效补强面积
A e =A 1+A 2+A 3=91+655+36=782（mm2) 需要另加补强面积
-782=153 A 4=A -A e =935（mm2)
(jB 4736-2002)
采用补强圈补强，选用标准补强圈，外径620mm ，则补强圈
计算厚度为
153
=0. 63(mm )
620-377 取补强圈名义厚度为6mm 。 管箱筒体开孔补强
通过计算不需另加补强（此出计算略) 。
3.4管板计算 3.4.1壳程圆筒
设计压力——
P s =-0. 1Mpa
T =60C s 设计温度——
00
t =60C t =15C s 0平均金属温度—— 装配温度——
材料名称——0Cr18Ni9
t
[]σ=137Mpa 设计温度下的的许用应力 ——
5E =1. 93⨯10Mpa s 平均金属温度下的弹性模量——
a s =1. 66⨯10-50
(mm . C ) 平均金属温度下的热膨胀系数——壳程圆筒内经——
D i =1000mm δ=6mm
壳程圆筒名义厚度——s
壳程圆筒有效厚度——
δes =5. 4mm
E ' f =1. 93⨯105M p a
壳体法兰在设计温度下的弹性模量
壳程圆筒内直径横截面积
πD i 2A =
=7. 854⨯105mm 2
42
A =πδ(D +δ) =1. 706⨯10mm s s i s 壳程圆筒金属横截面积
3.4.2管箱圆筒
p =0. 45Mpa T =38C t t 设计压力—— 设计温度——
材料——Q235B
5
E =1. 92⨯10M p a 设计温度下弹性模量 h
管箱圆筒名义厚度（管箱为高颈法兰取法兰颈部大小端平均值）δh =88mm 管箱圆筒有效厚度δhe =6. 2mm
' ' 5
E =1. 92⨯10M p a 管箱法兰设计温度下弹性模量 t
3.4.3换热管
t =35C t 材料名称——0Cr18Ni9 管子平均温度—— t
[]σ7p a t =13M 设计温度下管子材料许用应力 t R =188M p a eL 设计温度下管子材料屈服应力 t 5E =1. 93⨯10M p a t 设计温度下管子材料弹性模量 5
E =1. 942⨯10M p a t 平均金属温度下管子材料弹性模量
a t =1. 646⨯10-50
(mm . C ) 平均金属温度下管子材料热膨胀系数 管子外径 ——
d 0=25mm
管子壁厚 ——
δt =2mm
管子根数——n=548 换热管中心距 ——S=36mm
2
a =πδ(d -δ) =144. 5(mm ) t 0t 一根管子金属横截面积
换热管长度 ——
L 0=3000mm
管子有效长度（两管板内测间距，假设管板厚度为31mm ） L=2938mm
K t =
管束模量
E t na
=523(6M p a ) LD i
i =
1
d 02+(d 0-2δt ) 2=8. 162mm 4
管子回转半径
管子受压失稳当量长度 —— l cr =1030mm
C r =
系数——
l cr
2πE t
=142. 7t
R eL
=126. 2
比值——
(C r >
l cr
)
管子稳定许用压应力
[σ]cr
l cr
t ⎡R eL ⎢1-=
2⎢2C r
⎢⎣
⎤
⎥=52. 34M p a ⎥⎥⎦
3.4.4管板
材料名称——0Cr18Ni9 设计温度——
t
[]σ55M p a r =12. 设计温度下许用应力
t p =60C 0
E p =1. 93⨯105M p a
设计温度下弹性模量
管板腐蚀裕量 ——C 2=0 假设管板厚度——31mm 管板计算厚度——δ=26mm
隔板糟面积（包括拉杆和假管区面积）——
管板强度削弱系数——η=0. 4 管板刚度削弱系数——μ=0. 4
A d =10000
mm2
K 2=1. 管子加强系数
D i
δ
E t na E p ηL δ
，K=9.05
管板和管子连接形式和尺寸焊接，焊接高度 l =3. 5mm
t
[][]P =0. 5σt =68. 5M p a 焊接许用拉脱应力
3.5 法兰 3.5.1管箱法兰
材料名称——Q245R （正火） 管箱法兰厚度 ——
δ' f ' =48mm
法兰外径——
D f =1130mm
7
M =1. 333⨯10N . mm m 基本法兰力矩
M p =1. 523⨯107N . mm
管程压力操作工况下法兰力矩 (法兰力矩的计算GB150第9章进行） 法兰宽度
b f =
(D
f
-D i =65mm
δh
比值
i
=0. 0062
i ，i ，
δ' f '
i
=0. 0048
δh
系数（按
δ' f ' δ' f '
i ，查GB151—1999图25） C ' ' =0. 00 i ，查GB151—1999图26） ω' ' =0. 00013 1
⎛2b ' f ' D ⎝i
3
⎤⎫' ' ⎪+E h ω⎥=3. 835
⎪⎥⎭⎦
δh
系数（按
2E ' f ' b f 1⎡' '
K f =⎢
12⎢D i +b f
⎣旋转刚度
3.5.2壳体法兰
材料名称——0Cr18Ni9 壳体法兰——法兰外径——
δ' f =27mm
D f =1130mm
法兰宽度
b f =
(D f -D i )
=65mm
δs
比值
i
=0. 0054，
i
,
δ' f
i
=0. 027
δh
系数（按
δ' f '
i
'
，查GB151—1999图25） C =0. 00
δh
系数（按
i
,
δ' f '
i
' -5
，查表GB151—1999图26） ω=6. 476⨯10
2E ' f b f 1⎡1
K f =⎢
12⎢D i +b f
⎣旋转刚度
⎛2b ' f
D ⎝i
3
⎤⎫' ⎪+E h ω⎥=1. 351
⎪⎥⎭⎦
法兰外径与内经之比
K =
~
D f
i
=1. 13
K f =
旋转刚度量纲一参数
πK ' f
=0. 00020264K t
3.5.3系数计算
管板第一 弯矩系数（按K ，K f 查GB151—1999图27）
~
m =0. 126
1
ϕ=
系数——
m K K f
~
=68. 71
系数（按K ，Q 或查GB151—1999图29（a) 或（b ） G 2=6. 134
Q =
E t na
=4. 673E s A s
换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比
管板第二弯矩系数[按K ，Q 或查GB151—1999图28（a ）或（b)]
M 1=
m 1
=0. 000644
2K Q +C 2
G 3=0. 0013
m
2
=2. 463
系数
系数（K ，Q 查图30）
~~
ξ=
法兰力矩折减系数
K f K f
=0. 1349
~
∆M =
ξ+
管板边缘力矩变化系数
1K ' f
=2. 053K f
~
∆M f =
法兰力矩变化系数
~
K ' f K ' f '
⨯∆M =0. 7231
~
3.5.4管板参数
管板开孔后面积
A 1=A -
n πd 2
=5. 164⨯105(mm 2)
t 252A =0. 866S +A =6. 251⨯109(mm ) d 管板布管区面积
管板布管区当量直径
D t =
4A t
=892. 1(mm )
λ=A l A =0. 6575
系数
系数
β==0. 1534
l
=0. 4+0. +0. 6Q =5. 577∑系数
s
Q +0. 4β=8. 4810. =0. 4++∑系数 t 管板布管区当量直径与壳体内径之比 区量纲一宽度 k =K (1-ρt )=0. 976 4
2.105m2冷凝器的选型及工艺设计
2.1冷凝器设计示列
已知一卧式固定管板式换热器的工艺条件如下：换热器工程直径为1000mm ，换热管长度3000mm ，换热面积105m 2; 壳程价质为二次蒸汽，轻微腐蚀，操作压力20Kpa （绝压），工作温度60C 0，；管程价质为冷却水，操作压力0.4Mpa ，工作度
32~38C ，双管程，换热管规格为Φ25mm×2mm, 换热管间距36mm ，数量545根，材料0Cr8Ni9；蒸汽进口管Φ377mm×8mm ，冷凝水出口管Φ57mm ，冷却水进，出口管均为Φ219mm×6mm 。
2.2冷凝器结构设计
①材料选择。根据换热器的工作状况及价质特性，壳程选用
程选用Q235B ，管板选用0Cr18Ni9。
0Cr18Ni9，管
②换热管。换热管是换热器的元件之一，置于筒体之内，用于两介质之间热
量的交换。选用较高等级换热管，管束为Ｉ级管束。 换热管的选择
排列方式：正三角形、正方形直列和错列排列。
图2-1换热管排列方式
各种排列方式的优点：
正方形排列：易清洗，但给热效果差； 正方形错列：可提高给热系数；
等边三角形：排列紧凑，管外湍流程度高，给热系数大。 换热管与管板的连接方式有强度焊、强度胀以及胀焊并用。
强度胀接主要适用于设计压力小≤4.0Mpa ；设计温度≤300℃；操作中无剧烈振动、无过大的温度波动及无明显应力腐蚀等场合。
除了有较大振动及有缝隙腐蚀的场合，强度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何场合。
胀焊并用主要用于密封性能要求较高；承受振动和疲劳载荷；有缝隙腐蚀；需采用复合管板等的场合。
③管板。管板选用兼作法兰结构，管板密封面选用
JB !T4701标准中的突面
密封面。换热管在管板上的排列采用正三角形排列，分程隔板两侧换热管中心距取44mm ，实际排列548跟换热管。
④分成隔板与分程隔板槽。分成隔板厚度
10mm ，开设Φ6mm 泪孔；
分成隔板槽宽12mm ，深度4mm ；垫片材料为石棉橡胶板，厚度为3mm 。
⑤换热管与管板的连接。换热管与管板的连接采用焊接结构，其中
L 1=2mm，L 3=2mm。
⑥支持板。换热器的壳程为蒸汽冷凝，不需折流板，但考虑到到换热管的支
撑，姑设置支持板。换热管无支撑最大跨距为1850mm, 因此换热管至少需要3块儿支持板。本设计采用3块儿支持板，弓形缺口，垂直左右布置，缺口高度为25%筒体内直径。
⑦拉杆与拉杆孔。选用8根Φ16mm 拉杆，拉杆与管板采用用螺纹连接。
拉杆两端螺纹为M16拉杆孔深度为24mm ． 定距管及拉杆的选择 拉杆常用的结构型式有：
a. 拉杆定距管结构，见图4-7-1（a ）。此结构适用于换热管外径d ≥19mm 的管束且l 2>La （L a 按表4-5-5规定）
b. 拉杆与折流板点焊结构，见图4-7-1（b ）。此结构适用于换热管外径d ≤14mm 的管束且l 1≥d ；
c. 当管板较薄时，也可采用其他的连接结构。
图2-1 拉杆结构型式
这里我们选用拉杆定距管结构。
拉杆的尺寸
拉杆的长度L 按实际需要确定，拉杆的连接尺寸由图4-7-2和表4-7-1确定。
图2-2 拉杆连接尺寸 拉杆的位置
拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，对于大直径的换热器，在布管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板不应少于3个支承点。 定距管尺寸
定距管的尺寸，一般与所在换热器的换热管规格相同。对管程是不锈钢，壳程是碳钢或低合金钢的换热器，可选用与不锈钢换热管外径相同的碳钢管作定距管。定距管的长度，按实际需要确定。
⑧管箱。管箱法兰选用容器法兰，规格为“RE 1000—0.6 JB !T4701—
2000”。封头选用标准椭圆形封头，规格为“EHA 1000×8 JB!T4746—2002”。管箱接管采用径向接管，前端管箱开设冷却水进，出口管，后端管箱上不开设3!4′′压力表接口，下部开设DN25排净口。前端管箱筒节长度500mm ，后端管箱筒节长度260mm 。
⑨支座。卧式换热器多采用鞍式支座，立式换热器可采用耳式支座，大型立
式换热器也可采用裙座支座承。当采用耳式支座，公称直径DN ≤800mm 时，应至少安装2个支座，且对称布置；工程直径DN>800mm时，应至少安装4个支座，均匀布置。当选用鞍式支座时，支座在换热器上的布置按下列原则确定（其中个参数代号如图5-15所示）
图2-3 卧式换热器鞍座安装位置
1. 当L ≤3000mm 时，取LB=（0.4~0.6）L ； 2. 当L>3000mm时，取LB=（0.5~0.7） 3. 尽量使LC 和L ′相近。
换热器采用鞍式支座，型号为“BI 1000JB!T 4712.1—2007”，固定式和滑动式支：
座各一个，固定式支座安装在靠近冷却水进口端，两支座距离为1700mm ，支座螺栓孔中心矩管板密封面650mm 。
⑩接管。换热器接管选用无缝钢板。蒸汽进口焊接连接，压力表口采用螺纹
连接，其余为法兰连接，法兰标准为HG !T 20592—2009，法兰类型为板式平焊（PL ），法兰密封面为头面（RF ），法兰公称压力均为16bar 。采用补偿圈结构进行开孔不强。
3. 强度与稳定性计算
3.1壳程圆筒厚度计算
已知条件:
ω=-0. 08Mpa 筒体内径 ——D i =1000mm 工作压力——P
t =60C ω工作温度—— 筒体长度 ——L=3000mm
材料——0Cr18Ni19
设计参数：
设计压力——P =-0. 1Mpa 设计温度——t =60C
通体计算长度——L=3000mm 腐蚀裕量——C 2=0
R el =205Mpa
3.1.1筒体厚度
圆筒承受外压，故需进行稳定性计算。圆筒名义厚度取值为表5-2规定的最小厚度6mm ，取钢板厚度负偏差C 1=0. 6mm , 则筒体有效厚度为
δe =6-0. 6=5. 4(mm )
02⨯6=101(2mm ) 筒体外直径 D 0=100+
D 0
由GB150表6-2查得，A=0.00017。查GB150图6-7，得E=1.91×105Mpa,A 直落在曲线的直线段上，所以
e
=187. 4, 0
=2. 96
)B =2=2⨯1. 91⨯105⨯0. =21. 65(M p a
[P ]=
圆筒稳定性满足要求。
=21. e
)>P =0. 116(M p a
. 4
3.1.2管箱圆筒
已知条件：
ω=0. 4Mpa 筒体内径——D i =1000mm 工作压力 ——P
t =32~38C ω工作温度—— 材料——Q235B
设计参数：
设计压力——P=0.45Mpa 设计温度——t =38C 腐蚀裕量——C 2=1mm 焊接接头系数——φ=0. 85
R el =235Mpa
3.1.3管箱厚度
δ=
设计厚度
P c D i 0. 45⨯1000
==2. 35(mm ) t
2σφ-P 2⨯113⨯0. 85-0. 45
δd =δ+C 2=2. 35+1=3. 35(mm ) 考虑钢板厚度负偏差，可取筒体名义厚度
δn =4mm 。
δn =8mm ，
根据表5-1，管箱最小厚度应不小于为8mm 。所以去管箱名义厚度为有效厚度
δn =8-0. 8-1=6. 2(mm )
3.1.4管箱封头
已知条件：
封头内经——
D i =1000mm P =0. 4Mpa
工作压力——ω
t =32~38C ω工作温度—— 材料——Q235B
设计参数：
设计压力——P =0. 45Mpa 设计温度——t =38C
腐蚀裕量——C 2=1mm 焊接接头系数——φ=0. 85
t
P =0. 45Mpa []σ=11M 3p a c 计算压力——
封头计算厚度
3.1.5管箱封头厚度
δ=
P c D i 0. 45⨯1000
==2. 35(mm ) t
2σφ-0. 5P 2⨯113⨯0. 85-0. 5⨯0. 45
设计厚度
δd =δ+C 2=2. 35+1=3. 35（mm) 考虑钢板厚度负偏差，可取筒体名义厚度δn =4mm 。
根据表5-1，管箱最小厚度应不小于为8mm 。所以取管箱名义厚度为δn =8mm ，有效厚度
01. 5(mm ) δn =8-0. 8-1=6. 2(mm ) >0. 15%D i =0. 15%⨯100=满足最小厚度要求
3.2水压试验应力校核
3.2.1 压力试验及其强度校核
容器制成以后（或检修后投入生产前），必须作压力试验或增加气密性试验，其目的在于检验容器的宏观强度和有无渗漏现象，即考察容器的密封性，以确保设备的安全运行。
对需要进行焊接后热处理的容器，应在全部焊接工作完成并经热处理之后，才能进行压力实验和气密性试验；对于分段交货的压力容器，可分段热处理，在安装工地组装焊接，并对焊接的环焊缝进行局部热处理之后，再进行压力试验。 压力实验的种类、要求和试验压力值应在图样上注明。压力试验一般采用液压试验，对于不适合作液压试验的容器，例如容器内不允许有微量残留液体，或由于结构原因不能充满液体的容器，可采用气压试验。
液压试验：
液压试验一般采用水，需要时也可采用不会导致发生危险的其他液体。试验时液体的温度应低于其闪电或沸点。奥氏体不锈钢制容器用水压进行液压试验后，应将水渍清除干净。当无法清除时，应该控制水中氯离子含量不超过25 mg/L。 试验温度：对碳钢、16MnR 、15MnNbR 和正火的15MnVR 钢制容器液压试验时，液体温度不得低于5℃；其他低合金钢制容器液压试验时，液体温度不得低于15℃。如果由于板厚等因素造成材料无塑性转变温度升高，则需相应提高试验液体的温度。
试验方法：试验时容器顶部应设排气扣，充液时应将容器内的空气排尽，试验过程中应保持容器观察表面干燥；试验时压力应缓缓上升至设计压力无泄漏，再缓缓上升，达到规定的试验压力后，保压时间一般不少于30 min。然后将压力降至规定试验压力的80%，并保持足够长的时间以对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验，直至合格。对于夹套容器，先进行内筒液压试验，合格后再焊夹套，然后进行夹套内的液压试验；液压试验完毕后，应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干。本换热器的设计采用水压试验来检验强度应力的校核。
3.2.2管程水压试验压力
P T =1. 25⨯P
[σ]=1. 25⨯0. 45⨯113=0. 5625(Mpa )
113σt
T =0. 57Mpa 。取P 由于壳程试验压力小于管程试验压力，故去壳程试验压力等于
管程试验压力。
3.2.3管程试验压时圆筒应力
σT =
P T (D i +δe )0. 57⨯(1000⨯6. 2)
==46. 25(Mpa )
2δe 2⨯6. 2
3.2.4壳程试验时圆筒应力
σT =
P T (D i +δe ) 0. 57⨯(1000+5. 4)
==53. 06(Mpa )
2δe 2⨯5. 4
3.3开孔补强
3.3.1壳程筒体开孔补强
已知条件：
t []σ=137Mpa 壳体材料——0Cr18Ni9, 许用应力——
内径——D i =1000mm 名义厚度——δn =6mm 厚度负偏差——C 1=0. 6mm 腐蚀裕量——C 2=0 有效厚度——δe =5. 4mm 接管材料——0Cr18Ni9
t
[]σ许用应力——t =137Mpa 外径——d 0=377mm
名义厚度——δnt =8mm 厚度负偏差——C 1t =1. 0mm 腐蚀裕量——有效厚度——
C 2t =0
C t =C 1t +C 2t =1mm
δet =7. 00mm 强度削弱——f r =1. 0
-2⨯8+2⨯1=36(3mm ) 开孔直径 d =d 0-2δnt +2C t =377有效补强宽度 B =2d =2⨯363=726(mm ) 外侧有效高度
h 1=d δnt =⨯8=53. 9(mm )
内侧有效高度 h 2=0
根据外压圆筒稳定性计算方法，试算得到圆筒和接管的计算厚度分别为
δ=5. 15mm 和δt =0. 92mm 。
3.3.2开孔削弱所需的补强面积
A =0. 5[d δ+2δδet (1-f r ) ]=0. 5⨯363⨯5. 15=935（mm2) 壳体多余金属面积
A 1=(B -d )(δe -δ) -2δet (δe -δ)(1-f r ) =(726-363)(5.4-5.15)=91(mm2)
接管多余金属面积
A 2=2h 1(δet -δt ) f r +2h 2(δet -C 2) f r =2×53.9×（7-0.92）×1.0=655（mm2) 焊缝金属面积
A 3=6⨯6=36（mm2) 有效补强面积
A e =A 1+A 2+A 3=91+655+36=782（mm2) 需要另加补强面积
-782=153 A 4=A -A e =935（mm2)
(jB 4736-2002)
采用补强圈补强，选用标准补强圈，外径620mm ，则补强圈
计算厚度为
153
=0. 63(mm )
620-377 取补强圈名义厚度为6mm 。 管箱筒体开孔补强
通过计算不需另加补强（此出计算略) 。
3.4管板计算 3.4.1壳程圆筒
设计压力——
P s =-0. 1Mpa
T =60C s 设计温度——
00
t =60C t =15C s 0平均金属温度—— 装配温度——
材料名称——0Cr18Ni9
t
[]σ=137Mpa 设计温度下的的许用应力 ——
5E =1. 93⨯10Mpa s 平均金属温度下的弹性模量——
a s =1. 66⨯10-50
(mm . C ) 平均金属温度下的热膨胀系数——壳程圆筒内经——
D i =1000mm δ=6mm
壳程圆筒名义厚度——s
壳程圆筒有效厚度——
δes =5. 4mm
E ' f =1. 93⨯105M p a
壳体法兰在设计温度下的弹性模量
壳程圆筒内直径横截面积
πD i 2A =
=7. 854⨯105mm 2
42
A =πδ(D +δ) =1. 706⨯10mm s s i s 壳程圆筒金属横截面积
3.4.2管箱圆筒
p =0. 45Mpa T =38C t t 设计压力—— 设计温度——
材料——Q235B
5
E =1. 92⨯10M p a 设计温度下弹性模量 h
管箱圆筒名义厚度（管箱为高颈法兰取法兰颈部大小端平均值）δh =88mm 管箱圆筒有效厚度δhe =6. 2mm
' ' 5
E =1. 92⨯10M p a 管箱法兰设计温度下弹性模量 t
3.4.3换热管
t =35C t 材料名称——0Cr18Ni9 管子平均温度—— t
[]σ7p a t =13M 设计温度下管子材料许用应力 t R =188M p a eL 设计温度下管子材料屈服应力 t 5E =1. 93⨯10M p a t 设计温度下管子材料弹性模量 5
E =1. 942⨯10M p a t 平均金属温度下管子材料弹性模量
a t =1. 646⨯10-50
(mm . C ) 平均金属温度下管子材料热膨胀系数 管子外径 ——
d 0=25mm
管子壁厚 ——
δt =2mm
管子根数——n=548 换热管中心距 ——S=36mm
2
a =πδ(d -δ) =144. 5(mm ) t 0t 一根管子金属横截面积
换热管长度 ——
L 0=3000mm
管子有效长度（两管板内测间距，假设管板厚度为31mm ） L=2938mm
K t =
管束模量
E t na
=523(6M p a ) LD i
i =
1
d 02+(d 0-2δt ) 2=8. 162mm 4
管子回转半径
管子受压失稳当量长度 —— l cr =1030mm
C r =
系数——
l cr
2πE t
=142. 7t
R eL
=126. 2
比值——
(C r >
l cr
)
管子稳定许用压应力
[σ]cr
l cr
t ⎡R eL ⎢1-=
2⎢2C r
⎢⎣
⎤
⎥=52. 34M p a ⎥⎥⎦
3.4.4管板
材料名称——0Cr18Ni9 设计温度——
t
[]σ55M p a r =12. 设计温度下许用应力
t p =60C 0
E p =1. 93⨯105M p a
设计温度下弹性模量
管板腐蚀裕量 ——C 2=0 假设管板厚度——31mm 管板计算厚度——δ=26mm
隔板糟面积（包括拉杆和假管区面积）——
管板强度削弱系数——η=0. 4 管板刚度削弱系数——μ=0. 4
A d =10000
mm2
K 2=1. 管子加强系数
D i
δ
E t na E p ηL δ
，K=9.05
管板和管子连接形式和尺寸焊接，焊接高度 l =3. 5mm
t
[][]P =0. 5σt =68. 5M p a 焊接许用拉脱应力
3.5 法兰 3.5.1管箱法兰
材料名称——Q245R （正火） 管箱法兰厚度 ——
δ' f ' =48mm
法兰外径——
D f =1130mm
7
M =1. 333⨯10N . mm m 基本法兰力矩
M p =1. 523⨯107N . mm
管程压力操作工况下法兰力矩 (法兰力矩的计算GB150第9章进行） 法兰宽度
b f =
(D
f
-D i =65mm
δh
比值
i
=0. 0062
i ，i ，
δ' f '
i
=0. 0048
δh
系数（按
δ' f ' δ' f '
i ，查GB151—1999图25） C ' ' =0. 00 i ，查GB151—1999图26） ω' ' =0. 00013 1
⎛2b ' f ' D ⎝i
3
⎤⎫' ' ⎪+E h ω⎥=3. 835
⎪⎥⎭⎦
δh
系数（按
2E ' f ' b f 1⎡' '
K f =⎢
12⎢D i +b f
⎣旋转刚度
3.5.2壳体法兰
材料名称——0Cr18Ni9 壳体法兰——法兰外径——
δ' f =27mm
D f =1130mm
法兰宽度
b f =
(D f -D i )
=65mm
δs
比值
i
=0. 0054，
i
,
δ' f
i
=0. 027
δh
系数（按
δ' f '
i
'
，查GB151—1999图25） C =0. 00
δh
系数（按
i
,
δ' f '
i
' -5
，查表GB151—1999图26） ω=6. 476⨯10
2E ' f b f 1⎡1
K f =⎢
12⎢D i +b f
⎣旋转刚度
⎛2b ' f
D ⎝i
3
⎤⎫' ⎪+E h ω⎥=1. 351
⎪⎥⎭⎦
法兰外径与内经之比
K =
~
D f
i
=1. 13
K f =
旋转刚度量纲一参数
πK ' f
=0. 00020264K t
3.5.3系数计算
管板第一 弯矩系数（按K ，K f 查GB151—1999图27）
~
m =0. 126
1
ϕ=
系数——
m K K f
~
=68. 71
系数（按K ，Q 或查GB151—1999图29（a) 或（b ） G 2=6. 134
Q =
E t na
=4. 673E s A s
换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比
管板第二弯矩系数[按K ，Q 或查GB151—1999图28（a ）或（b)]
M 1=
m 1
=0. 000644
2K Q +C 2
G 3=0. 0013
m
2
=2. 463
系数
系数（K ，Q 查图30）
~~
ξ=
法兰力矩折减系数
K f K f
=0. 1349
~
∆M =
ξ+
管板边缘力矩变化系数
1K ' f
=2. 053K f
~
∆M f =
法兰力矩变化系数
~
K ' f K ' f '
⨯∆M =0. 7231
~
3.5.4管板参数
管板开孔后面积
A 1=A -
n πd 2
=5. 164⨯105(mm 2)
t 252A =0. 866S +A =6. 251⨯109(mm ) d 管板布管区面积
管板布管区当量直径
D t =
4A t
=892. 1(mm )
λ=A l A =0. 6575
系数
系数
β==0. 1534
l
=0. 4+0. +0. 6Q =5. 577∑系数
s
Q +0. 4β=8. 4810. =0. 4++∑系数 t 管板布管区当量直径与壳体内径之比 区量纲一宽度 k =K (1-ρt )=0. 976 4