換熱器畢業(yè)設(shè)計論文

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1何為換熱器1</p><p>　　1.2換熱器的應(yīng)用1</p><p>　　1.3換熱器分類1</p><p>　　1.3.1 按材料分類2&l

2、t;/p><p>　　1.3.2 按傳熱種類分類2</p><p>　　1.3.3按結(jié)構(gòu)分類2</p><p>　　1.3.4按強化傳熱元件分類2</p><p>　　1.3.5按傳熱原理分類2</p><p>　　1.4換熱器的結(jié)構(gòu)和使用特點2</p><p>　　1.4.1浮頭式換熱器

3、3</p><p>　　1.4.2固定管板式換熱器4</p><p>　　1.4.3U形管換熱器5</p><p>　　1.4.4填料函式換熱器6</p><p>　　1.4.5釜式重沸器7</p><p>　　1.5設(shè)計的思想7</p><p>　　1.5.1首先設(shè)計必須滿足生產(chǎn)需

4、要7</p><p>　　1.5.2設(shè)計必須安全可靠8</p><p>　　1.5.3設(shè)計必須經(jīng)濟合理8</p><p>　　1.6設(shè)計的特點8</p><p>　　第二章 主要設(shè)計參數(shù)的確定8</p><p><b>　　2.1設(shè)計壓力9</b></p><p&g

5、t;<b>　　2.2設(shè)計溫度9</b></p><p>　　2.3焊接接頭系數(shù)9</p><p>　　2.4腐蝕余量10</p><p>　　第三章 主要構(gòu)件材質(zhì)的選擇11</p><p>　　3.1 材料選用的一般原則11</p><p>　　3.1.1 材料的使用性能原則11&l

6、t;/p><p>　　3.1.2 材料的加工工藝性能原則11</p><p>　　3.1.3 材料的經(jīng)濟性原則11</p><p>　　3.2殼體、管箱、封頭12</p><p><b>　　3.3法蘭12</b></p><p><b>　　3.4換熱管12</b>&

7、lt;/p><p><b>　　3.5管板13</b></p><p><b>　　3.6接管13</b></p><p><b>　　3.7支持板13</b></p><p>　　3.8拉桿、定距管13</p><p><b>　　3.9

8、鞍座13</b></p><p>　　第四章 換熱器各部分零件結(jié)構(gòu)型式的選擇14</p><p>　　4.1換熱器結(jié)構(gòu)型式的選擇14</p><p>　　4.2前端管箱、殼體和后端管箱結(jié)構(gòu)型式的確定15</p><p>　　4.2.1前端管箱15</p><p>　　4.2.2殼體15</

9、p><p>　　4.2.3后端管箱16</p><p>　　4.3管束分程和分程隔板的布置16</p><p>　　4.3.1管束分程16</p><p>　　4.3.2分程隔板的布置16</p><p><b>　　4.4換熱管16</b></p><p>　　4.

10、4.1換熱管的長度16</p><p>　　4.4.2規(guī)格及尺寸偏差17</p><p><b>　　4.5布管17</b></p><p>　　4.5.1換熱管中心距17</p><p>　　4.5.2最大排管圓的確定18</p><p>　　4.5.3在管板上排管并確定換熱管數(shù)量1

11、8</p><p>　　4.6管子與管板的連接18</p><p>　　4.7管板與殼體的連接19</p><p>　　4.8折流板、支持板的選擇20</p><p>　　4.9拉桿、定距管、防沖板、擋板的選擇21</p><p>　　4.9.1拉桿的選擇21</p><p>　　4.

12、9.2定距管的選擇21</p><p>　　4.9.3防沖板的選擇21</p><p>　　4.9.4擋板的選擇22</p><p>　　4.10法蘭的選擇22</p><p>　　4.10.1接管法蘭的選擇22</p><p>　　4.10.2管箱法蘭的選擇23</p><p>　

13、　4.10.3外頭蓋法蘭的選擇23</p><p>　　4.10.4外頭蓋側(cè)法蘭的選擇24</p><p>　　4.10.5浮頭法蘭的選擇24</p><p>　　4.11排液口和排氣口的選擇24</p><p>　　4.12支座的選擇25</p><p>　　第五章 設(shè)計計算27</p>&

14、lt;p>　　5.1換熱面積的校核27</p><p>　　5.2強度計算27</p><p>　　5.2.1管箱設(shè)計27</p><p>　　5.2.2殼體設(shè)計28</p><p>　　5.2.3外頭蓋設(shè)計28</p><p>　　5.2.4浮頭蓋設(shè)計29</p><p>　

15、　5.2.5管板計算29</p><p>　　5.2.6鉤圈設(shè)計32</p><p>　　5.2.7法蘭強度校核（管箱法蘭）33</p><p>　　5.2.8接管開孔補強選擇與校核36</p><p>　　5.2.9支座強度校核39</p><p>　　第六章 制造、檢驗和驗收43</p>

16、<p><b>　　6.1總則43</b></p><p>　　6.2浮頭式換熱器的制造43</p><p>　　6.2.1封頭和管箱43</p><p>　　6.2.2折流板43</p><p>　　6.2.3管束的組裝44</p><p>　　6.2.4換熱器的組裝44&

17、lt;/p><p>　　6.3浮頭式換熱器的檢驗與驗收44</p><p>　　第七章 三維造型設(shè)計及裝配仿真46</p><p>　　7.1換熱器主要構(gòu)件的三維造型46</p><p>　　7.1.1管箱的三維造型46</p><p>　　7.1.2筒體的三維造型48</p><p>　

18、　7.1.3外頭蓋的三維造型51</p><p>　　7.1.4浮頭蓋的三維造型53</p><p>　　7.1.5管板的三維造型54</p><p>　　7.1.6鉤圈的三維造型56</p><p>　　7.1.7管束和拉桿的三維造型56</p><p>　　7.1.8支持板的三維造型56</p&g

19、t;<p>　　7.1.9防沖板、滑板的三維造型57</p><p>　　7.2換熱器的裝配仿真57</p><p><b>　　結(jié) 論61</b></p><p><b>　　參考文獻62</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b><

20、;/p><p><b>　　1.1何為換熱器</b></p><p>　　換熱器是實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。在熱量交換中常有一些腐蝕性、氧化性很強的物料，因此，要求制造換熱器的材料具有抗強腐蝕性能。換熱器的分類比較廣泛：反應(yīng)釜　壓力容器　冷凝器　反應(yīng)鍋　螺旋板式換熱器　波紋管換熱器　列管換熱器　板式換熱器　螺旋板換熱器　管殼式換熱器　容積式換熱器　浮

21、頭式換熱器　管式換熱器　熱管換熱器　汽水換熱器　換熱機組　石墨換熱器　空氣換熱器　鈦換熱器　換熱設(shè)備，要求制造換熱器的材料具有抗強腐蝕性能。它可以用石墨、陶瓷、玻璃等非金屬材料以及不銹鋼、鈦、鉭、鋯等金屬材料制成。但是用石墨、陶瓷、玻璃等材料制成的有易碎、體積大、導(dǎo)熱差等缺點，用鈦、鉭、鋯等稀有金屬制成的換熱器價格過于昂貴，不銹鋼則難耐許多腐蝕性介質(zhì)，并產(chǎn)生晶間腐蝕。</p><p><b>　　1.2

22、換熱器的應(yīng)用</b></p><p>　　換熱器在工、農(nóng)業(yè)的各領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，在日常生活中傳熱設(shè)備也隨處可見，是不可缺少的工藝設(shè)備之一。因此換熱設(shè)備的研究備受世界各國政府及研究機構(gòu)的高度重視，在全世界第一次能源危機爆發(fā)以來,各國都在下大力量尋找新的能源及在節(jié)約能源上研究新途徑。據(jù)統(tǒng)計，在現(xiàn)代石油化工生產(chǎn)中，換熱器的投資約占總投資的3O％～40％，正因如此設(shè)計投資省，能耗低，傳熱系數(shù)高，維修方便的換熱

23、器是大勢所趨，在研究投人大、人力資源配備足的情況下,一批具有代表性的高效換熱器和強化傳熱元件誕生，如板翅式換熱器、大型板殼式換熱器和強化沸騰的表面多孔管、T形翅片管、強化冷凝的螺紋管、鋸齒管等都得到了國際傳熱界專家的首肯，社會效益非常顯著，大大緩解了能源的緊張狀況。</p><p>　　其中管殼式換熱器是目前應(yīng)用最為廣泛的一種換熱設(shè)備，已作為一種標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備。這種換熱器的特點是易于制造，生產(chǎn)成本較低，選用的材料范

24、圍廣，換熱表面的清洗比較方便，適應(yīng)性強，處理能力大，高溫和高壓下亦能應(yīng)用。與各種換熱器相比，主要優(yōu)點是單位體積所具有的傳熱面積較大以及傳熱效果較好；此外，結(jié)構(gòu)簡單，操作彈性也較大等，因此在高溫、高壓和大型裝置上多采用管殼式換熱器。</p><p><b>　　1.3換熱器分類</b></p><p>　　換熱器作為傳熱設(shè)備隨處可見，在工業(yè)中應(yīng)用非常普遍，特別是耗能用量

25、十分大的領(lǐng)域，隨著節(jié)能技術(shù)的飛速發(fā)展，換熱器的種類開發(fā)越來越多。適用于不同介質(zhì)、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結(jié)構(gòu)和型式亦不同，以下列舉其中的幾種分類</p><p>　　1.3.1 按材料分類</p><p>　　主要為金屬和非金屬兩大類。金屬又可分為低合金鋼、高合金鋼、低溫鋼、稀有金屬等。</p><p>　　1.3.2 按傳熱種類分類</p>

26、;<p>　　(1)無相變傳熱 一般分為加熱器和冷卻器。</p><p>　　(2)有相變傳熱 一般分為冷凝器和重沸器。重沸器又分為釜式重沸器、虹吸式重沸器、再沸器、蒸發(fā)器、蒸汽發(fā)生器、廢熱鍋爐。</p><p>　　1.3.3按結(jié)構(gòu)分類</p><p>　　分為浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、填料函換熱器、U形管式換熱器、蛇管式換熱器、雙殼程換熱

27、器、單套管換熱器、多套管換熱器、外導(dǎo)流筒換熱器、折流桿式換熱器、熱管式換熱器、插管式換熱器、滑動管板式換熱器。</p><p>　　1.3.4按強化傳熱元件分類</p><p>　　分為螺紋管換熱器、波紋管換熱器、異型管換熱器、表面多孔管換熱器、螺旋扁管換熱器、螺旋槽管換熱器、環(huán)槽管換熱器、縱槽管換熱器、翅管換熱螺旋繞管式換熱器、T形翅片管換熱器、新結(jié)構(gòu)器、內(nèi)插物換熱器、鋸齒管換熱器。&l

28、t;/p><p>　　1.3.5按傳熱原理分類</p><p>　　1）直接接觸式換熱器 這類換熱器的主要工作原理是兩種介質(zhì)經(jīng)接觸而相互傳遞熱量，實現(xiàn)傳熱，接觸面積直接影響到傳熱量。這類換熱器的介質(zhì)通常是一種是氣體，另一種為液體，主要是以塔設(shè)備為主體的傳熱設(shè)備，但通常又涉及傳質(zhì)，故很難區(qū)分與塔器的關(guān)系，通常歸為塔式設(shè)備，電廠用涼水塔為最典型的直接接觸式換熱器。</p><

29、p>　　2）蓄能式換熱器（簡稱蓄能器）這類換熱器用量極少，原理是通過一種固體物質(zhì)，熱介質(zhì)先通過加熱固體物質(zhì)達到一定溫度后，冷介質(zhì)再通過固體物質(zhì)被加熱，使之達到傳遞熱量的目的。 </p><p>　　3）板、管式換熱器 這類換熱器用量非常大，占總量的99%以上，原理是熱介質(zhì)通過金屬或非金屬將熱量

30、傳遞給冷介質(zhì)的傳熱設(shè)備，這類換熱器是我們通常稱為管殼式、板式、板翅式或板殼式換熱器。</p><p>　　換熱器的種類繁多，每種換熱器各自適用于某一種工況。為此，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)、溫度、壓力的不同選擇不同種類的換熱器，揚長避短，使之帶來更大的經(jīng)濟效益。</p><p>　　1.4換熱器的結(jié)構(gòu)和使用特點</p><p>　　換熱器作為節(jié)能設(shè)備之一，在國民經(jīng)濟中起到非常重要的

31、作用。換熱器的結(jié)構(gòu)決定了換熱器的性能，一種性能能否發(fā)揮作用取決于設(shè)計者如何選擇合理結(jié)構(gòu)，任何一個場合都有適應(yīng)于這個場合特點的換熱結(jié)構(gòu)。</p><p>　　在換熱設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛的是管殼式換熱器。它具有選材范圍廣，換熱表面清洗比較方便，適用性較強，處理能力大，能承受高溫和高壓等特點。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，必須考慮諸多因素，如：材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢情況、流體性質(zhì)以及檢修與清理等。</p>

32、<p>　　管殼式換熱器雖然在換熱效率、設(shè)備的體積和金屬材料的消耗量等方面不如其它新型的換熱設(shè)備，但它具有結(jié)構(gòu)堅固、操作彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等優(yōu)點，所以在各工程中仍得到普遍使用。</p><p>　　管殼式換熱器在煉油、石油化工、醫(yī)藥、化工以及其它工業(yè)中使用廣泛，它適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等各個方面。</p><p>　　管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，必須考慮

33、很多因素，如材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢情況、流體性質(zhì)以及檢修與清理等，通過各種因素的綜合考慮及比較來選擇某一種適合的結(jié)構(gòu)形式。</p><p>　　對同一種形式的換熱器，由于各種條件不同，往往采用的結(jié)構(gòu)亦不相同。在工程設(shè)計中，按工藝特定的條件進行設(shè)計，以滿足工藝上的需要。</p><p>　　管殼式換熱器把換熱管與管板連接，再用殼體固定。它的形式大致分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、

34、U形管殼式換熱器、外填料函式換熱器、填料函滑動管板式換熱器、釜式重沸器等幾種。根據(jù)介質(zhì)的種類、壓力、溫度、污垢和其它條件，管板與殼體的連接方式，換熱管的形式與傳熱條件，造價，維修檢查方便等情況，根據(jù)各種結(jié)構(gòu)形式的特點來選擇設(shè)計制造各種管殼式換熱器。為了要使傳熱效率提高、能耗下降，就必須了解管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)特點。下面著重介紹典型的管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)及使用特點。</p><p>　　1.4.1浮頭式換熱器</

35、p><p>　　浮頭式換熱器（見圖1.1）是由管箱、殼體、管束、浮頭蓋、外頭蓋等零部件組成。它的最大的特點是管板一端的管束可以自由浮動，在使用過程中由溫差膨脹而不受殼體約束，不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力，即其不受溫差應(yīng)力的困擾，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)浮頭密封困難，鍛件多，造價高。維修時可只更換管束，適用于管、殼程溫差大但工作壓力不超過10MPa的工況。它在相同的殼體直徑下，布管數(shù)越多，換熱面積越大。</p><p&

36、gt;<b>　　其優(yōu)點是：</b></p><p>　?、?管束可以抽出，以方便清洗管、殼程；</p><p>　?、?介質(zhì)間溫差不受限制；</p><p>　　③ 可在高溫、高壓下工作，一般溫度≤ 450，壓力≤ 6.4 MPa；</p><p>　　④ 可用于結(jié)垢比較嚴(yán)重的場合；</p><p&

37、gt;　　⑤ 可用于管程易腐蝕場合。</p><p><b>　　缺點：</b></p><p>　?、?小浮頭易發(fā)生內(nèi)漏；</p><p>　?、?金屬材料耗量大，成本高20%；</p><p><b>　?、?結(jié)構(gòu)復(fù)雜。</b></p><p>　　防沖板 擋板

38、 浮頭管板 鉤圈</p><p><b>　　支耳</b></p><p>　　圖1.1 浮頭式換熱器</p><p>　　1.4.2固定管板式換熱器</p><p>　　固定管板式換熱器（見圖1.2）是由管箱、殼體、管板、管子等零部件組成。其結(jié)構(gòu)較緊湊，排管較多，在相同直徑情況下面積較大，制造較簡單，但

39、最后一道殼體與管板的焊縫無法用無損檢測。其兩端管板，采用焊接方式與殼體連接固定，管程可分成多程，殼程也可分成雙程，規(guī)格范圍廣，故在工程中廣泛應(yīng)用。它適用于管、殼程溫差不大或管、殼程溫差大，但壓力不高，殼程介質(zhì)干凈或雖結(jié)垢但通過化學(xué)清洗能清除的場合。在熱膨脹之差較大時，可在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，以減少因管、殼程溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。</p><p><b>　　其優(yōu)點是：</b></p>

40、<p>　?、?傳熱面積比浮頭式換熱器大20%-30%；</p><p><b>　?、?旁路漏流較?。?lt;/b></p><p>　?、?鍛件使用較少，成本低20％以上；</p><p><b>　?、?沒有內(nèi)漏。</b></p><p><b>　　缺點：</b>

41、;</p><p>　?、?殼體和管子壁溫差一般易小于等于50，大于50時應(yīng)在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)；</p><p>　?、?管板與管頭之間易產(chǎn)生溫差應(yīng)力而損壞；</p><p>　?、?殼程無法機械清洗；</p><p>　?、?管子腐蝕后造成連同殼體報廢，殼體部件壽命決定于管子壽命，故設(shè)備壽命相對較低；</p><p>

42、;　　⑤ 不適用于殼程易結(jié)垢場合。</p><p>　　防沖板 拉桿 弓形折流板 分流割板 旁路擋板 帶法蘭管板</p><p>　　換熱管 殼體</p><p>　　圖1.2 固定管板式換熱器</p><p>　　1.4.3U形管換熱器</p><p&

43、gt;　　U形管換熱器（見圖1.3）是由管箱、殼體、管束等零部件組成。它是將換熱管彎成U形，并將換熱管兩端固定在同一塊管板上，因此密封面較少。由于殼體與換熱管分開，管束可自由伸縮，可以不考慮熱膨脹。因U形管式換熱器僅有一塊管板，且無浮頭，所以結(jié)構(gòu)簡單，造價比其它換熱器低。管束可以從殼體內(nèi)抽出，換熱管外壁便于清洗。但換熱管內(nèi)清洗困難，所以換熱管內(nèi)的介質(zhì)必須是清潔且不易結(jié)垢的物料。由于換熱管的結(jié)構(gòu)形式關(guān)系，換熱管的更換除外側(cè)一層外，內(nèi)部換熱

44、管大部分不可能更換。管束中心部分存在空隙，所以流體易短路，影響傳熱效率。而且管板上排列的換熱管較少，結(jié)構(gòu)不緊湊。U形管的彎管部分曲率不同，換熱管長度不一致，因而物料分布不如固定管板式換熱器均勻。換熱管因滲漏而堵死后，將造成傳熱面積的損失。</p><p>　　U形管式換熱器一般用于高溫高壓的情況下。殼程里需要清洗的管束，則要求采用正方形排列，管程為偶數(shù)程。</p><p>　　殼程內(nèi)一般可

45、按工藝要求設(shè)置折流板和縱向隔板等。折流板用于提高換熱器的傳熱效率?？v向隔板是安裝在平行于換熱管方向的矩形平板上，以增加殼側(cè)介質(zhì)流速。</p><p><b>　　其優(yōu)點是：</b></p><p>　?、?管束可抽出來機械清洗；</p><p>　　② 殼體與管壁不受溫差限制；</p><p>　?、?可在高溫、高壓下工

46、作，一般適用于溫度，壓力（10MPa）；</p><p>　?、?可用于殼程結(jié)垢比較嚴(yán)重的場合；</p><p>　?、?可用于管程易腐蝕場合。</p><p><b>　　缺點：</b></p><p>　?、?在管子的U形處易沖蝕，應(yīng)控制管內(nèi)流速；</p><p>　　② 管程不適用結(jié)垢較重的

47、場合；</p><p>　　③ 單管程換熱器不適用；</p><p>　?、?不適用于內(nèi)導(dǎo)流筒，故死區(qū)較大。</p><p>　　中間擋板 U型換熱管</p><p><b>　　內(nèi)導(dǎo)流筒</b></p><p>　　圖1.3 U形管換熱器<

48、;/p><p>　　1.4.4填料函式換熱器</p><p>　　填料函式換熱器（見圖1.4）的管束可自由伸縮，殼程和管程都可以拆開清洗，結(jié)構(gòu)簡單，適用管、殼程溫差大的工況。耐壓、耐溫及密封能力差，工作壓力不超過40MPa，不宜處理易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)。</p><p>　　圖1.4 填料函式換熱器</p><p>　　1.4.5釜

49、式重沸器</p><p>　　釜式重沸器（見圖1.5）的殼體上部作為蒸汽空間，相當(dāng)于 1塊理論塔盤，熱源由浮頭或Ｕ形管束提供，適用場合為管殼程溫差大，壓力不受限制，塔底空間較小，汽化率 30%~80%，重沸器工藝介質(zhì)的液相作為產(chǎn)品或用于分離，但要求高，安裝空間受限制。用作蒸汽發(fā)生器時，對蒸汽品質(zhì)要求不高。</p><p>　　圖1.5 釜式重沸器（Ｕ形）</p><p&

50、gt;<b>　　1.5設(shè)計的思想</b></p><p>　　設(shè)計是為生產(chǎn)服務(wù)，要設(shè)計出一臺能夠滿足生產(chǎn)需要的換熱器，必須做到設(shè)計要滿足生產(chǎn)需要，滿足換熱器安全可靠運行，滿足經(jīng)濟合理等基本要求。</p><p>　　1.5.1首先設(shè)計必須滿足生產(chǎn)需要</p><p>　　所設(shè)計的產(chǎn)品能夠進行穩(wěn)定可靠得操作，從而滿足正常的生產(chǎn)需要，此外，還能夠

51、適應(yīng)生產(chǎn)負荷以及操作參數(shù)在一定范圍內(nèi)的波動，所以產(chǎn)品的可操作性和可控制性是設(shè)計中應(yīng)該考慮的重要問題。另外，設(shè)備與部件應(yīng)便于運輸與裝拆，確保檢修和更換零件的便利。</p><p>　　1.5.2設(shè)計必須安全可靠</p><p>　　一般來講,換熱器的失事,不僅僅使容器和設(shè)備本身遭到破壞,而往往會破壞周圍的其他設(shè)備及建筑,甚至造成人身傷亡事故,而由于內(nèi)部介質(zhì)向外擴散帶來的化學(xué)爆炸、著火燃燒或惡

52、性中毒等連鎖反應(yīng)更會造成不可估量的災(zāi)難性破壞。因此，根據(jù)壓力容器可能的失效形式，設(shè)計上應(yīng)滿足強度、剛度、穩(wěn)定性、密封性和耐蝕性等基本要求。</p><p>　　1.5.3設(shè)計必須經(jīng)濟合理</p><p>　　在競爭激烈的當(dāng)代社會中，“經(jīng)濟合理”的消費理念已成為了生產(chǎn)者的共識，一般情況下，生產(chǎn)者都追求所設(shè)計的設(shè)備總是以較少的投資獲取最大的經(jīng)濟利潤，要求其經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)具有競爭性，因此，在各種方

53、案的分析對比過程中，其經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)評價往往是最重要的決策因素之一。</p><p>　　要想設(shè)計一臺既滿足要求又經(jīng)濟合理的換熱器，不僅僅是必須嚴(yán)格按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和制造條件進行簡單的常規(guī)設(shè)計，同時還必須要綜合考慮生產(chǎn)條件、安全要求和技術(shù)經(jīng)濟上的合理等因素，這樣才能選擇一個最佳設(shè)計。</p><p><b>　　1.6設(shè)計的特點</b></p><p&g

54、t;　　結(jié)構(gòu)堅固、可靠性高、適應(yīng)性廣、易于制造、處理能力大、生產(chǎn)成本較低、選用的材料范圍廣、換熱表面的清洗比較方便；設(shè)備的體積和金屬材料的消耗量少；機械加工和制造安裝合理方便；檢修容易；設(shè)備的使用壽命長；有足夠的機械強度；操作費用低。</p><p>　　第二章 主要設(shè)計參數(shù)的確定</p><p><b>　　2.1設(shè)計壓力</b></p><p&

55、gt;　　設(shè)計壓力是容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計溫度一起作為設(shè)計載荷條件，其值不低于正常工作情況下容器頂部可能達到的最高壓力。除此之外，還需要考慮液柱靜壓、重量、風(fēng)載荷、地震、溫差及附件重量等載荷。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計任務(wù)書可知，該設(shè)計是浮頭式換熱器，用于軟化水和汽油之間的換熱，其中管程和殼程的設(shè)計壓力分別為0.25MPa和0.5 MPa。</p><p><b>

56、　　2.2設(shè)計溫度</b></p><p>　　設(shè)計溫度指容器在正常工作情況下，設(shè)定元件可能達到的最高或最低溫度，它是指容器在正常情況下，設(shè)定元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。當(dāng)元件金屬溫度不低于0時，設(shè)計溫度不得低于元件金屬可能達到的最高溫度；當(dāng)元件金屬溫度低于0時，其值不得高于元件金屬可能達到的最低溫度。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，管程的設(shè)計溫度為50

57、，殼程的設(shè)計溫度為150。</p><p><b>　　2.3焊接接頭系數(shù)</b></p><p>　　通過焊接制成的容器，其焊縫中由于可能存在夾渣、未熔透、裂紋、氣孔等焊接缺陷，且在焊縫的熱影響區(qū)很容易形成粗大晶粒而使用材強度或塑性有所降低，因此焊縫往往成為容器強度比較薄弱的環(huán)節(jié)。為彌補焊縫對容器整體強度的削弱，在強度計算中需引入焊接接頭系數(shù)</p>

58、<p>　　焊接接頭系數(shù)應(yīng)根據(jù)受壓元件的焊接接頭形式及無損檢測長度比例來確定，其取值可按如下表2-1選規(guī)定選?。?lt;/p><p>　　表2-1 鋼制壓力容器的焊接接頭系數(shù)Ф值</p><p>　　本設(shè)計換熱器的焊接接頭形式為相當(dāng)于雙面焊的全熔透對接接頭，局部無損檢測，故Ф值為0.85。</p><p><b>　　2.4厚度附加量C</b&

59、gt;</p><p>　　容器厚度附加量主要考慮介質(zhì)的腐蝕裕量C2和鋼板的厚度負偏差C1。即：C=C1+C2。</p><p><b>　?。?）腐蝕裕度</b></p><p>　　腐蝕裕度主要是防止容器受壓元件由于均勻腐蝕、機械磨損而導(dǎo)致厚度削弱減薄。對于碳素鋼和低合金鋼，C2不小于1mm，由設(shè)計任務(wù)取腐蝕裕量C2=3mm。</p&

60、gt;<p>　?。?）鋼板厚度負偏差</p><p>　　由于GB6654《壓力容器用鋼板》和GB3531《低溫壓力容器用低合金鋼鋼板》規(guī)定壓力容器專用鋼板的厚度負偏差不大于0.25mm，因此使用該標(biāo)準(zhǔn)中鋼板厚度超過5mm時（如20R、16MnR和16MnDR等），可取C1=0。由于本設(shè)計材料為16MnR且厚度大于5mm。故鋼板厚度負偏差取C1=0。</p><p>　　綜

61、上厚度附加量C= C1+ C2=0+3=3mm。</p><p>　　第三章 主要構(gòu)件材質(zhì)的選擇</p><p>　　壓力容器材料費用占總成本的比例很大，一般超過30%材料性能對壓力容器運行的安全性有顯著的影響。選材不當(dāng)，不僅會增加總成本，而且有可能造成壓力容器破壞的事故。因此，合理選材是壓力容器設(shè)計的關(guān)鍵之一。</p><p>　　在進行換熱器設(shè)計時，對換熱器各種

62、零、部件的材料，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的操作壓力、操作溫度、流體的腐蝕性能以及對材料的制造工藝性能等的要求來選取。當(dāng)然，最后還要考慮材料的經(jīng)濟合理性。一般為了滿足設(shè)備的操作溫度，即從設(shè)備的強度或剛度的角度來考慮，是比較容易達到的，但對于材料的耐腐蝕性能，有時往往成為一個復(fù)雜的問題。如在這方面考慮不周，選材不妥，不僅會影響換熱器的使用壽命，而且也大大提高設(shè)備的成本。至于材料的制造工藝性能，是與換熱器的具體結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系。</p>&l

63、t;p>　　換熱器的主要構(gòu)件有殼體、管箱、封頭、法蘭、換熱管、管板、接管、支持板、拉桿、定距管、鞍座等。</p><p>　　3.1 材料選用的一般原則</p><p>　　3.1.1 材料的使用性能原則</p><p>　　材料的使用性能是指材料在化工設(shè)備及其構(gòu)件（零件）工作過程中所應(yīng)具備的性能，包括材料的力學(xué)性能、化學(xué)性能和物理性能是不同的，有的要求高強度

64、，有的要求耐腐蝕，有的要求耐高溫或耐低溫，有的要求高硬度耐磨損，有的要求高彈性等。即使同一構(gòu)件，不同的零件要求的性能也不同，有時同一個部件的不同部位所要求的性能也不同。因此在選材時，首先必須準(zhǔn)確地判斷構(gòu)件所要求的使用性能，然后再確定所選材料的主要性能指標(biāo)以及具體數(shù)值并進行選材。有如下具體方法：</p><p>　?。?）分析構(gòu)件的工作條件，確定構(gòu)件應(yīng)具有的使用性能。</p><p>　　（

65、2）通過失效分析，確定構(gòu)件的主要使用性能。</p><p>　?。?）從構(gòu)件使用性能要求提出對材料使用性能的要求。</p><p>　　3.1.2 材料的加工工藝性能原則</p><p>　　材料的加工工藝性能是指保證構(gòu)件質(zhì)量的前提下，對材料加工的難易程度。選材時也必須考慮材料的加工工藝性能的好壞，好的加工工藝性能不僅要求工藝簡單，容易加工，能源消耗少，材料利用率高

66、、加工質(zhì)量好、（變形小、尺寸精度高、表面光潔、組織均勻致密等），而且包括加工后的構(gòu)件在使用時有好的使用性能。</p><p>　　3.1.3 材料的經(jīng)濟性原則</p><p>　　在滿足構(gòu)件使用性能、加工工藝性能要求的前提下，經(jīng)濟性也是必須考慮的主要因素。選材的經(jīng)濟性不只是選用材料的價格，還要考慮構(gòu)件生產(chǎn)的總成本，把材料費用同構(gòu)件加工制造、安裝、操作、檢驗、維修、更換以及裝備壽命結(jié)合起來綜

67、合考慮，進行總費用的成本核算，提高性能價比。</p><p>　　另外，選材時還應(yīng)同時考慮材料來源容易和符合國家的資源政策，這也是很重要的。</p><p>　　3.2殼體、管箱、封頭</p><p>　　殼體、管箱、封頭的材料和一般容器相同，材料要有一定的可塑性和可焊性。常見的材料有碳鋼、低合金鋼。</p><p>　　碳鋼有一定的強度、良

68、好的塑性、韌性和加工工藝性，特別是焊接性能良好，但強度較低，不如低合金鋼。</p><p>　　低合金鋼是在優(yōu)質(zhì)碳素鋼的基礎(chǔ)上加入少量的一種或多種合金元素，以提高鋼的屈服強度和改善綜合性能。用低合金高強度鋼代替普通碳素鋼，能減輕設(shè)備自重，節(jié)省鋼材，且用低合金鋼比用不銹鋼經(jīng)濟。</p><p>　　其中低合金鋼中的16MnR，具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能，磷、硫含量略低于16Mn鋼，除抗

69、拉強度和延伸率要求比普通16Mn鋼有所提高外，還保證有強的沖擊韌性，再加上切削加工冷沖壓性能良好，加工溫度較寬，使其成為我國目前用途最廣，用量最大的壓力容器專用鋼板。</p><p>　　故殼體、封頭和管箱的材料選16MnR。</p><p><b>　　3.3法蘭</b></p><p>　　法蘭材料的選取通常與換熱器殼體材料一致。通常所用的

70、鋼材有Q235、Q235F、16Mn、15MnV、20等。</p><p>　　因法蘭是主要的受力元件之一，故需有較高的強度，故選擇低合金鋼16Mn鍛件，它有如下特點：高的強度和屈強比，高韌度，良好的焊接性能和冷、熱加工性能，一定的抗腐蝕能力。</p><p><b>　　3.4換熱管</b></p><p>　　換熱管屬于壓力管道，壓力管道對

71、材料性能有以下要求：①足夠的強度，良好的塑性和韌性。②良好的冷熱加工成形性能。③與環(huán)境條件協(xié)調(diào)，有適應(yīng)的耐熱性、耐腐蝕性、耐磨性等。</p><p>　　一般對于無腐蝕性或腐蝕性不大的流體可采用10號鋼或20號鋼無縫鋼管；對于有腐蝕性的流體可采用不銹鋼、鋼、鋁等無縫鋼管。</p><p>　　其中，10號鋼的強度和硬度較低，有良好的塑性和韌性，易模壓或擠壓成形，而20號鋼的強度較10號鋼高

72、，其塑性、韌性和焊接等工藝性能都很好，在化工設(shè)備和壓力容器中應(yīng)用很廣泛。</p><p>　　由設(shè)計任務(wù)書可知，管層走軟化水，屬于無腐蝕性介質(zhì)，可從10號和20號鋼中選取，而設(shè)計壓力是0.25MPa，考慮到20號鋼的強度和硬度都比10號鋼高，故換熱管選取20號鋼管。</p><p><b>　　3.5管板</b></p><p>　　管板鍛件的

73、常用材料是25號鋼、16Mn等。</p><p>　　由于管板和殼程物料接觸，同樣要考慮到物料本身介質(zhì)的腐蝕性，作為低合金鋼，16Mn鍛件可耐一定的腐蝕，而且其具有良好的綜合機械性能、焊接性能、工藝性能，故選用16Mn鍛件。</p><p><b>　　3.6接管</b></p><p>　　20號鋼的焊接性能好，強度高，選用20號鋼就可滿足要

74、求。</p><p><b>　　3.7支持板</b></p><p>　　支持板要求有足夠的力學(xué)性能和良好的焊接性能，又因殼程介質(zhì)腐蝕性不大，故選取Q235A滿足要求。</p><p><b>　　3.8拉桿、定距管</b></p><p>　　拉桿要求有足夠的強度和良好的焊接性，選擇Q235A可

75、滿足要求。定距管要求有足夠的強度和良好的焊接性，選擇20號鋼滿足要求。</p><p><b>　　3.9鞍座</b></p><p>　　鞍座是換熱器受載元件之一，要求有足夠的強度和良好的焊接性能。故選取低合金鋼16MnR或碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235B都能滿足要求。</p><p>　　第四章 換熱器各部分零件結(jié)構(gòu)型式的選擇</p>&

76、lt;p>　　4.1換熱器結(jié)構(gòu)型式的選擇</p><p>　　換熱器有多種多樣的形式，每種結(jié)構(gòu)形式都有其本身的結(jié)構(gòu)特點和工作特性，有些結(jié)構(gòu)形式，在某種情況下使用是好的，但是，在另外的情況下，卻不太合適，或根本不能使用。在選型時只有仔細分析所有的要求和條件，并根據(jù)生產(chǎn)工藝的具體情況，才能確定最佳的換熱器型式。</p><p>　　在換熱器選型時，考慮的因素是很多的，如材料、壓力、溫度差

77、、壓力降、結(jié)垢的情況、流體的狀態(tài)、應(yīng)用方式、檢修和清理等。</p><p>　　由于本設(shè)計管層走汽油，殼程走軟化水，溫差很大，而且難免產(chǎn)生污垢，這就要求管程和殼程可以抽出來清洗，故選取浮頭式換熱器，而且其管束和殼體可以自由膨脹，適用于管、殼壁溫差較大的場合。</p><p>　　4.2前端管箱、殼體和后端管箱結(jié)構(gòu)型式的確定</p><p><b>　　4.

78、2.1前端管箱</b></p><p>　　管箱結(jié)構(gòu)有A型和B型，結(jié)構(gòu)形式如圖4.1所示：</p><p>　?。?）A型（平蓋管箱）這種管箱如圖4.1前端管箱形式中A，裝有管箱平蓋（或稱盲板），清洗管程時只要拆開盲板即可，而不必拆卸整個管箱和與管箱相連的管路，缺點是盲板結(jié)構(gòu)用材多，且尺寸較大時得用鍛件，耗費大量機加工工時，提高制造成本，增加一道密封的泄漏可能。一般多用于DN&

79、lt;900mm的浮頭式換熱器中。</p><p>　?。?）B型封頭管箱型。見圖4.1中B的形式，用于單程或多程管箱，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，適于高壓，清潔介質(zhì)，可省掉一塊造價高的盲板、法蘭和幾十對螺栓，且橢圓封頭受力情況要比平端蓋好得多，缺點是檢查管子和清洗管程時必須拆下連接管道和管箱。但這種形式用的最多。</p><p>　　本設(shè)計在考慮了操作的方便，且考慮B型管箱的優(yōu)點后，選取B

80、型封頭管箱型為前端管箱。</p><p><b>　　圖4.1 管箱形式</b></p><p><b>　　4.2.2殼體</b></p><p>　　一般換熱器上使用單程殼體，因此可以選取單程殼體，代號為。</p><p><b>　　4.2.3后端管箱</b></p

81、><p>　　由于所設(shè)計是浮頭式換熱器，一般都會采用帶鉤圈的浮頭結(jié)構(gòu)，所以此處選用代號為S的鉤圈式浮頭管箱。</p><p>　　4.3管束分程和分程隔板的布置</p><p><b>　　4.3.1管束分程</b></p><p>　　在設(shè)計中，如采用多管程，則需要在管箱中安裝分程隔板。分程時，應(yīng)使各程管子數(shù)目大致相等，隔

82、板形式要簡單，密封長度要短。為使制造、維修和操作方便，一般采用偶數(shù)管程。但程數(shù)不宜太多，否則隔板本身將占去相當(dāng)大的布管用的面積，而且在殼程中形成許多旁路，影響傳熱。隨著程數(shù)的增加，換熱器的傳熱效率下降且與錯流傳熱接近。</p><p>　　其中管束分程方法常采用平行和T形方式。</p><p>　　4.3.2分程隔板的布置</p><p>　　在換熱器中，不論是管外

83、還是管內(nèi)的流體，要提高它們的傳熱系數(shù)，通常是采用設(shè)置隔板的方法來增加程數(shù)以提高流體流速實現(xiàn)其目的。</p><p>　　在設(shè)計時要求管箱隔板的密封面與管箱法蘭密封面，管板密封面與分程槽面必須處于同一基面，如圖4.2所示</p><p>　　圖4.2 管程隔板形式</p><p>　　本設(shè)計管程隔板形式采用上圖中最常用的結(jié)構(gòu)形式（a）。</p><

84、p><b>　　4.4換熱管</b></p><p>　　4.4.1換熱管的長度</p><p>　　根據(jù)《鋼制管殼式換熱器》GB151-1999規(guī)定，換熱管的長度推薦采用：1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、12.0m。本設(shè)計中選取換熱管長度為4.5m。</p><p>　　4.4.2規(guī)格及尺寸偏差&

85、lt;/p><p>　　本設(shè)計換熱管采用20號碳鋼，根據(jù)《鋼制管殼式換熱器》GB151-1999規(guī)定，可選取其規(guī)格為，外徑偏差為 ±0.20mm，壁厚偏差為+12%、-10% mm。</p><p><b>　　4.5布管</b></p><p>　　傳熱管在管板上的排列有四種形式，如圖4.3所示。</p><p>

86、;　　圖4.3 換熱管的排列方式</p><p>　　三角形排列最為普遍，其在同一直徑管板面積上可排最多的換熱管數(shù)。其用于殼程介質(zhì)較清潔，換熱管外不需清洗。當(dāng)需對換熱管外清洗時，則需采用正方形排列，其最小清洗通道應(yīng)不小于6毫米。</p><p>　　正三角形排列和轉(zhuǎn)角正方形排列時，流體在垂直流向折流板缺口時正對換熱管，沖刷換熱管外表面，提高換熱效果。同時此二種排列方式較轉(zhuǎn)角三角形排列和正方

87、形排列的流體流道截面較小，有利于提高流速，有利提高換熱效率。</p><p>　　本設(shè)計是兩管程換熱器，基于多方面的考慮，故采用正三角形排列</p><p>　　4.5.1換熱管中心距</p><p>　　管板上兩傳熱管中心距離稱為管心距。管心距的大小主要與傳熱管和管板的連接方式有關(guān)，具體選用可見下表常用的管心距。</p><p>　　表4.

88、1 常用管心距</p><p>　　由于本設(shè)計選取了管的外徑為25mm，所以根據(jù)上表選取管心距為32mm。</p><p>　　4.5.2最大排管圓的確定</p><p>　　浮頭式換熱器管板的最大布管圓直徑按右式計算 </p><p>　　根據(jù)《鋼制管殼式換熱器》GB151-1999規(guī)定，選 =5， =14.5， =4，則 =800-2 x

89、（5+14.5+4）=753mm </p><p>　　4.5.3在管板上排管并確定換熱管數(shù)量 </p><p><b>　　排管圖如下所示</b></p><p><b>　　圖4.4 排管圖</b></p><p>　　根據(jù)排管圖，實際選取換熱管數(shù)為498根。</p><p&

90、gt;　　4.6管子與管板的連接</p><p>　　換熱管與管板連接是管殼式換熱器設(shè)計、制造最關(guān)鍵的技術(shù)之一，是換熱器事故率最多的部位。所以換熱管與管板連接質(zhì)量的好壞，直接影響換熱器的使用壽命。換熱管與管板的連接方法主要有強度脹接、強度焊、脹焊并用。而其連接結(jié)構(gòu)如下圖所示:</p><p>　　圖4.5 換熱管與管板的連接結(jié)構(gòu)</p><p>　　強度脹接是為了保

91、證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強度的脹接。脹接結(jié)構(gòu)制造簡單，管子的更換和修補容易，所以應(yīng)用較廣。一般使用的管板為碳素鋼，低合金鋼，管子為碳鋼，設(shè)計壓力不超過4.0MPa。</p><p>　　管子和管板的強度焊目前采用廣泛，由于管孔不需開槽，而且管孔的粗糙度要求不高，管子端不需要退火和磨光，因此制造加工較方便。也不需要像脹接那樣一定得使管子端部和管板有硬度差，在高壓、高溫條件下可考慮選用強度高的低合金管等。

92、強度焊的結(jié)構(gòu)強度高，抗拉脫力強，在高溫高壓下能保證連接處的緊密性和抗拉脫能力。</p><p>　　隨著高溫、高壓換熱器的出現(xiàn)，使接頭在操作過程中，受到反復(fù)變形，熱沖擊，熱腐蝕及介質(zhì)壓力作用，工作環(huán)境極其苛刻，發(fā)生破壞的可能性很大，盡管內(nèi)孔焊較理想的解決了這些問題，但因焊接工具復(fù)雜，管板加工困難，因此工程上多數(shù)情況下還是采用脹焊結(jié)合的形式來解決上述問題。</p><p>　　在本設(shè)計中考慮

93、到焊接與脹接的各自的優(yōu)缺點，所以采用脹焊并用中的強度焊＋貼脹的方法來作為換熱管與管板的連接方式，此方法主要的優(yōu)點是既保證換熱管與管板連接的密封形，又保證了換熱管與管孔之間縫隙的拉脫力?？偟膩碚f此方法保證了較高的密封性能、能承振動和疲勞載荷。</p><p>　　4.7管板與殼體的連接</p><p>　　管板與殼體的連接形式，分為兩類：一是不可拆式的，如固定式管板換熱器，管板與殼體是用焊接

94、連接；一是可拆式的，如U形管式、浮頭式及填料函式和滑動管板式的換熱器，一般采用管板本身不直接與殼體焊接，而通過殼體上法蘭和管箱法蘭夾持固定，如下圖示：</p><p>　　圖4.6 管板與殼體的連接形式</p><p>　　考慮到本設(shè)計為浮頭式換熱器，管束要拆卸進行清洗，使用可拆式管板，如上圖示，選用a形連接方式。此連接在制造上較其它5種形式要簡單，裝卸也比較方便，結(jié)構(gòu)省材，質(zhì)量輕。<

95、;/p><p><b>　　4.8折流板選擇</b></p><p>　　在本設(shè)計中換熱管長4.5m，采用直徑為25mm的換熱管，據(jù)表中查得其最大無支撐跨距為1.85m，故應(yīng)設(shè)置支持板，來支撐換熱管，以防止換熱管發(fā)生較大的撓度。同時支持板的形狀和尺寸與折流板一致，所以可根據(jù)折流板的種類選取。</p><p>　　常用的折流板和支持板的形式有弓形和圓

96、盤-圓環(huán)形兩種，弓形折流板有單弓形、雙弓形和三弓形三種。</p><p>　　大部分換熱器采用弓形折流板，其中單弓形折流板用的最多，而雙弓形和三弓形多用于大直徑和大流量場合，根據(jù)本設(shè)計的需要只需選用單弓形就滿足要求，故選取單弓形的折流板。</p><p>　　折流板的布置：先確定離固定管板的第一塊支持板的距離，初步選定為450mm，其次均勻分布7塊折流板，間隔為600mm。管孔直徑取25.

97、25mm。</p><p>　　4.9拉桿、定距管、防沖板、擋板的選擇</p><p>　　4.9.1拉桿的選擇</p><p>　　因換熱管外徑為25mm，殼體公稱直徑為800mm，查《鋼制管殼式換熱器》GB151-1999中的表43和表44可知，拉桿直徑為16mm，使用6根拉桿。</p><p>　　其各參數(shù)如下圖和下表所示：</p

98、><p><b>　　圖4.7 拉桿</b></p><p><b>　　表4.2 拉桿尺寸</b></p><p>　　根據(jù)拉桿直徑16mm，可選mm</p><p>　　4.9.2定距管的選擇</p><p>　　當(dāng)換熱管外徑大于等于19mm時，定距管外經(jīng)與換熱管相同，所以其

99、尺寸選擇Φ25</p><p>　　4.9.3防沖板的選擇</p><p>　　當(dāng)管程介質(zhì)從進口管以軸向流入時，或者換熱管中的介質(zhì)流速超過3m/s時，應(yīng)設(shè)置防沖板，以使介質(zhì)能均勻分布的流入管束以及防止其對換熱管端的沖刷。</p><p>　　防沖板的形式一般有工字形、矩形和圓形。一般防沖板的邊長應(yīng)大于接管外徑50mm。防沖板最小厚度，碳鋼為4.5mm，不銹鋼為3mm

100、。</p><p>　　本設(shè)計選用的是工字形防沖板，其規(guī)格為。</p><p>　　4.9.4擋板的選擇</p><p>　　旁路擋板：公稱直徑在DN500mm范圍內(nèi)的，應(yīng)設(shè)置一塊旁路檔板</p><p><b>　　4.10法蘭的選擇</b></p><p>　　4.10.1接管法蘭的選擇<

101、;/p><p>　　接管法蘭類型的確定：HG管法蘭標(biāo)準(zhǔn)共規(guī)定了8種不同類型的管法蘭，法蘭的名稱代號及其結(jié)構(gòu)見圖4.8</p><p><b>　　圖4.8 法蘭類型</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計任務(wù)書給出的管、殼程的壓力，選取帶頸對焊法蘭（WN100-1.6），如圖4.9。</p><p>　　圖4.9 帶頸對焊法蘭

102、</p><p>　　由《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》HG20592-97中表4-2帶頸對焊鋼制法蘭可查得 D=343mm,K=298mm,L=30mm,n=8,C=29mm,H=102mm,N=219mm,12mm。</p><p>　　4.10.2管箱法蘭的選擇</p><p>　　就法蘭的承載能力而言，法蘭有3種類型，即甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭和長頸對焊法蘭

103、。如下表所示。</p><p><b>　　表4.3 法蘭種類</b></p><p>　　在本設(shè)計中選擇長頸對焊法蘭（FM500-1.6），見下圖，其優(yōu)點是頸的根部較厚，而且與法蘭盤圓滑過渡，從而更有效地增加了法蘭的整體強度和剛度，另一方面，除去了平焊法蘭中短節(jié)與法蘭盤的連接焊縫，從而消除了存在焊接殘余應(yīng)力的可能性。</p><p>　　圖4

104、.10 長頸對焊法蘭</p><p>　　由《壓力容器法蘭》JB/T 4700-4703-2000中表查得長頸對焊法蘭（FM800-1.0）的參數(shù)： </p><p>　　4.10.3外頭蓋法蘭的選擇</p><p>　　外頭蓋法蘭與管箱法蘭的選型一樣，同為長頸對焊法蘭，故選取長頸對焊法蘭（FM900-1.0），查閱《壓力容器法蘭》JB4700-4703-2000其

105、參數(shù)：</p><p>　　4.10.4外頭蓋側(cè)法蘭的選擇</p><p>　　外頭蓋側(cè)法蘭選擇與長頸對焊法蘭的型式一樣，其代號為側(cè)法蘭（T500-1.6），查閱JB4700-4721-92得其參數(shù)：</p><p>　　4.10.5浮頭法蘭的選擇</p><p><b>　　下圖為浮頭法蘭結(jié)構(gòu)</b></p>

106、;<p>　　圖 4.11 浮頭法蘭</p><p>　　根據(jù)《鋼制管殼式換熱器》GB151-1999的法蘭設(shè)計，選取</p><p><b>　　法蘭外直徑為</b></p><p><b>　　法蘭內(nèi)直徑為</b></p><p>　　4.11排液口和排氣口的選擇</p>

107、;<p>　　為了提高傳熱效率，排除或回收工作殘液（氣），凡不能借助其他接管排氣，排液的換熱器應(yīng)在其殼程的最高，最低點分別設(shè)置排氣、排液接管，排氣、排液接管的端部必須與殼體或管箱殼體內(nèi)壁平齊。排氣口和排液口的大小一般不小于mm。</p><p>　　臥式換熱器排氣、排液口多采用圖4.12的形式，設(shè)置的位置分別在筒體的上部和底部。</p><p>　　本設(shè)計為臥式放置，故采用圖

108、4.12的形式。</p><p>　　圖4.12 排氣與排液口</p><p><b>　　4.12支座的選擇</b></p><p>　　鞍式支座是臥式容器廣泛應(yīng)用的一種支座。通常由數(shù)塊鋼板焊接制成，如下圖示。</p><p><b>　　圖4.13 鞍座</b></p><p

109、>　　鞍座是由墊片、腹板、肋板和底板構(gòu)成。墊板的作用是改善殼體局部受力情況。肋板的作用是將墊板、腹板和底板連成一體，加大剛性，一同有效地傳遞壓縮力和抵抗外彎矩。</p><p>　　根據(jù)底板上螺栓孔形狀的不同，鞍座分成兩種型式，一種為固定鞍座，鞍座底板上開長圓形螺孔。另外一種為滑動鞍座，鞍座底板上開長圓形螺孔。每臺設(shè)備一般均用兩個鞍座支承，并且采用一個固定鞍座和一個滑動鞍座。這是因為設(shè)備隨溫度的變化會產(chǎn)生熱

110、脹冷縮，如果不讓設(shè)備有自由伸縮的可能性，則在器壁中將產(chǎn)生熱應(yīng)力。</p><p>　　根據(jù)JB/T 4712鞍式支座，其直徑范圍為DN159～4000。對于同一個公稱直徑分輕、重型兩種結(jié)構(gòu)型式，由于輕、重型支座的幾何尺寸和肋的個數(shù)有區(qū)別，因而就有不同的承載能力。輕型可以滿足一般容器的使用要求；重型可以滿足換熱器，介質(zhì)比重較大的設(shè)備或長徑比較大的設(shè)備的使用要求。</p><p>　　綜上所述

111、，本設(shè)計采用120º包角重型帶墊板的BI型鞍式支座，其公稱直徑為800mm。固定和滑動鞍座各一個，其結(jié)構(gòu)見下圖4.14。</p><p>　　根據(jù)JB/T 4712查得其主要參數(shù)為：</p><p><b>　　鞍座高度；</b></p><p><b>　　底板；</b></p><p>

112、;<b>　　腹板；</b></p><p><b>　　筋板；</b></p><p><b>　　墊板弧長</b></p><p><b>　　螺栓間距</b></p><p>　　圖4.14 BI型鞍式支座</p><p>&

113、lt;b>　　第五章 設(shè)計計算</b></p><p>　　5.1換熱面積的校核</p><p>　　本設(shè)計換熱管規(guī)格為，管長l=4.5m，由排管圖區(qū)實際換熱管數(shù)N=498根。管板厚度δ=50mm。</p><p><b>　　則實際傳熱面積：</b></p><p><b>　　(5-1)&

114、lt;/b></p><p>　　而任務(wù)書給出的傳熱面積S=160 m2</p><p><b>　　則傳熱面積裕度：</b></p><p><b>　　(5-2)</b></p><p><b>　　傳熱面積裕度合適。</b></p><p>

115、<b>　　5.2強度計算</b></p><p><b>　　5.2.1管箱設(shè)計</b></p><p>　　管箱選用16MnR鋼板，設(shè)計壓力P=0.5MPa， 設(shè)計溫度150，材料許用應(yīng)力=170MPa，屈服強度=345MPa，取焊縫系數(shù)=0.85，腐蝕裕度=3mm。此時（Pc=P=0.5MPa）</p><p>　　

116、計算厚度 (5-3)</p><p>　　設(shè)計厚度 (5-4)</p><p>　　名義厚度 ， (5-5)</p><p>　　結(jié)合考慮開孔補強及結(jié)構(gòu)需要取 </p><p

117、>　　有效厚度 (5-6)</p><p>　　管箱在試驗溫度下的許用應(yīng)力 (5-7)</p><p>　　水壓試驗壓力： (5-8)</p><p>　　水壓試驗校核： (5-9)</p>

118、<p>　　因為 (5-10)</p><p><b>　　水壓強度滿足要求。</b></p><p>　　管箱端蓋選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其參數(shù)跟管箱一致。 </p><p>　　封頭計算厚度： (5-11)</p><p>　　封頭名義厚度：=1.39+3=4.39</p

119、><p><b>　　圓整取：</b></p><p><b>　　有效厚度：</b></p><p>　　水壓試驗壓力與校核與管箱一致，同樣滿足強度要求</p><p><b>　　5.2.2殼體設(shè)計</b></p><p>　　殼體選用16MnR鋼板，設(shè)

120、計壓力P=0.25MPa，設(shè)計溫度50，材料許用應(yīng)力=170MPa，屈服強度=345MPa，取焊縫系數(shù)=0.85，腐蝕裕度=3mm，此時，</p><p><b>　　=0.25</b></p><p><b>　　計算厚度 </b></p><p><b>　　設(shè)計厚度 </b></p&g