U型管换热器空气加热器设计及有限元分析+CAD图纸(4)
2.1 壳程筒体设计
壳程介质为空气；考虑到容器的使用条件和经济性原则等，以及参考换热器构件材料选用表，选其材为20的管材。该钢属于优质低碳碳素钢，冷挤压、渗碳淬硬钢。该钢强度低，韧性、塑性和焊接性均好。
管壳式换热器的壳体通常由管材或板材卷制而成。压力容器的公称直径按GB9019-88规定，当直径＜400mm时，通常采用管材做壳体和管箱壳体。当直径≥400mm时，采用板材卷制壳体和管箱壳体。其直径系列应与封头、连接法兰的系列相匹配，以便于法兰、封头的选型。
由于Di=300mm，所以管材制作。设计温度T=250℃，设计压力 Pc=0.98MPa；无损检测比例为100%的双面焊对接接头系数 =1.00。筒体内径 Di=300mm；根据《过程设备设计》中表D-3的规定，厚度≤16mm时材料的许用应力 。
根据GB/T 709规定，负偏差C1=1.262×15%=0.19mm，腐蚀裕量C2=1mm；
根据《换热器设计手册》表1-6-3得，材料为低合金钢的无缝钢管时，U型管换热器筒体最小厚度为8mm，即取名义厚度 。
有效厚度： ；
试验压力值：
压力试验允许通过的应力水平：
试验压力下圆筒的应力：因为 ，所以校核结果合格。
最大允许工作压力：
设计温度下计算应力：
因为 ，所以结论：筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度8mm合格。
2.2 壳程封头设计
椭圆形封头的椭球部分经线曲率变化平滑连续，故应力分布比较均匀，且椭圆形封头深度较变球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中、低压容器中应用较多的封头之一。因此，选取材料为20的标准椭圆形封头。
筒体内径 Di=300mm，深度Hi=75mm，材料的许用应力 。
；
负偏差C1=C1=1.259×15%=0.19mm，腐蚀裕量C2=1mm；
取名义厚度 。
2.3 管箱设计
管箱的作用是把管道中来的流体，均匀分布到各传热管和把管内流体汇集在一起送出换热器。在多程换热器中，管箱还起改变流体的流向作用。管箱侧或管箱顶部有介质的出、入口接管。
管箱的结构形式主要根据换热器是否需要清洗或管束是否需要分程等因素来决定。图2.1 所示的箱体结构适用于较清洁的介质情况。因为在检查及清洗管子时，必须将连接管道一起拆下，很不方便。
图2.1 管箱结构形式
2.3.1 管箱短节
a 材料：由于管程走蒸汽，高温高压的设计条件，所以选其材料为12Cr2Mo1R，该钢材P、S含量低，提高钢的纯净度，减少回火脆化倾向，提高钢的高温耐蚀性能；采用控制升温，保证加热时间与温度，采用控制轧制等措施，保证钢板内在质量；严格控制轧制及热处理工艺，使钢板获得合理的组织结构及晶粒大小，保证钢板具有良好的综合性能。
b 加工：采用管材制作，使用氩弧打底的单向焊焊接。
c 尺寸：设计温度T=260℃；设计压力 Pc=14.7Mpa；无损检测比例为100%的双面焊对接接头系数 =1.00。
筒体内径 Di=300mm；根据GB/T 709规定，对压力容器常用低合金钢的负偏差C1均取-0.3mm，腐蚀裕量C2=2mm；根据GB 713-2008中表3的规定，厚度为6-150时材料的许用应力 。
根据12Cr2Mo1R的规格，即取名义厚度 。
有效厚度： ；
压力试验类型：液压试验
试验压力值： ；
压力试验允许通过的应力水平： ；
试验压力下圆筒的应力： ；
因为 ，所以校核结果合格。
最大允许工作压力： ；
设计温度下计算应力： ； ；
因为 ，所以结论：管箱名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度20mm合格。