過程裝備與控制工程畢業(yè)設計(論文)200號油換熱器設計

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文檔簡介

1、　　本科畢業(yè) 設計 (論文)　　200號油換熱器設計　　Design of 200 # Oil Heat Exchanger 　　2011 年 06月　　畢業(yè)設計（論文）中文摘要　　畢業(yè)設計（論文）外

2、文摘要　　目錄　　1緒論錯誤!未定義書簽。　　1.1換熱器的應用錯誤!未定義書簽。　　1.2換熱器的主要分類錯誤!未定義書簽。　　1.3管殼式換熱器特殊結構錯誤!未定義書簽。&

3、lt;/p>　　2．換熱器結構設計與強度計算錯誤!未定義書簽。　　2.1殼體與管箱厚度的確定1　　2.2接管的選取2　　2.3開孔補強計算3　　2.4水壓試驗5<p&

4、gt;　　2.5換熱管5　　2.6管板設計7　　2.7折流板11　　2.8拉桿與定距管13　　2.9防沖板14

5、　　2.10保溫層14　　2.11法蘭與墊片14　　2.12鉤圈式浮頭16　　2.13分程隔板22　　2.14鞍座22　　3換熱器的腐蝕、制

6、造與檢驗24　　3.1換熱管的腐蝕24　　3.2換熱器的制造與檢驗25　　結論28　　致謝29　　參考文獻30

7、;　　2.1殼體與管箱厚度的確定　　2.1.1 殼體和管箱材料的選擇　　由于所設計的換熱器屬于常規(guī)容器，并且在工廠中多采用低碳低合金鋼制造，故在此綜合成本、使用條件等的考慮，選擇Q345R為殼體與管箱的材料。　　Q345R是低碳低合金鋼，具有優(yōu)良的綜合力學性能和制造工藝性能，其強度、韌性、耐

8、腐蝕性、低溫和高溫性能均優(yōu)于相同含碳量的碳素鋼，同時采用低合金鋼可以減少容器的厚度，減輕重量，節(jié)約鋼材。　　2.1.2 圓筒殼體厚度的計算　　焊接方式：選為單面焊對接接頭，局部無損探傷，故焊接系數(shù)；　　根據GB713《鍋爐與壓力容器專用鋼板》，Q345R鋼板的。　　假設材

9、料的許用應力MPa（厚度為6～16mm時），　　已知條件：管程：水，工作壓力1.0MPa，工作溫度25～35℃；殼程：200號油，工作壓力1.25MPa，工作溫度80～40℃。　　設計條件的確定　　設計壓力：管程為1.3MPa，殼程為1.3 MPa.&

10、lt;p>　　設計溫度：管程為50℃，殼程為90 ℃。　　Pc=1.3+Pl=1.3 MPa　　殼體計算厚度按下式計算為：　??；　　設計厚度<

11、b>　??；　　名義厚度　　（其中為向上圓整量）；　　查其最小厚度為8mm，則此時厚度滿足要求，且經檢查，沒有變化，故合適。　　考慮到后面法蘭選取要求殼體最小厚度為10，因此選10mm更合適。

12、;　　2.1.3 管箱厚度計算　　管箱由兩部分組成：短節(jié)與封頭；且由于前端管箱與后端管箱的形式不同，故此時將前端管箱和后端管箱的厚度計算分開計算。　　2.1.3.1 前端管箱厚度計算　　前端管箱為橢圓形管箱，這是因為橢圓形封頭的應力分布比較均勻，且其深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型。其計

13、算壓力Pc=Pd+Pl　　此時選用標準橢圓形封頭，故，且同上，則封頭計算厚度為：　　忽略。　　設計厚度：　　名義厚度：

14、;　　（為向上圓整量）；　　經檢查，沒有變化，故合適　　查JB/T4746—2002《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號參數(shù)如下：　　表2-1 DN500標準橢圓形封頭參數(shù)　　短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為10mm。

15、;　　2.1.3.2 后端管箱厚度計算　　由于是浮頭式換熱器設計，因此其后端管箱是浮頭管箱，又可稱外頭蓋。外頭蓋的內直徑為600mm，這可在“浮頭蓋計算”部分看到。　　選用標準橢圓形封頭，故，且同上，則計算厚度為：　?。唬╬l忽略）

16、　　設計厚度；　　名義厚度（為向上圓整量）；　　經檢查，沒有變化，故合適。　　查JB/T4746—2002《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號參數(shù)如下：　　表2-2 DN600標準橢圓形封頭參數(shù)

17、　　短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為10mm。　　2.2接管的選取　　循環(huán)水進口與出口選用無縫鋼管尺寸為1686，材料為16Mn。　　200號油進口與出口選用無縫鋼管尺寸為2196材料為16Mn。　　排氣口與排液口

18、選用無縫鋼管尺寸為253材料為 16Mn。　　2.3開孔補強計算　　在該臺浮頭式換熱器上，殼程流體的進出管口在殼體上，管程流體則從前端管箱進入，而后端管箱上則有排污口和排氣口，因此不可避免地要在換熱器上開孔。開孔之后，出削弱器壁的強度外，在殼體和接管的連接處，因結構的連接性被破壞，會產生很高的局部應力，會給換熱器的安

19、全操作帶來隱患。因此此時應進行開孔補強的計算。　　按照GB150規(guī)定，當在設計壓力小于或等于2.5MPa的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑小于或等于89mm時，只要接管最小厚度滿足下表2-3要求，就可以不另行補強。　　表2-3接管外壁最小厚度　　按照以上規(guī)定，循環(huán)水進口與出口

20、與200號油進口與出口都需進行補強計算　　a.對于受內壓的圓筒或球殼，　　b.對于受外壓的圓筒和球殼，　　A——開孔削弱做需要的補強面積，　　——開孔直徑，　　——殼體開孔處的計算厚度，<

21、;/p>　　——接管有效厚度，　　——強度削弱系數(shù)，等于設計溫度下接管材料與殼體材料許用應力之比。　　2.3.1 殼體上開孔補強計算　　2.3.1.1 補強及補強方法判別：　?、?00號油進口與出口補強計算

22、　　用等面積法進行開孔補強計算。　　2.3.1.2 開孔所需補強面積計算：　　強度削弱系數(shù) 　　接管有效厚度　　開孔直徑</b&g

23、t;　　開孔所需補強面積按下式計算：　　2.3.1.3 有效補強范圍　?、儆行挾菳：　　②有效高度：　?。╝）外側有效高度為：&

24、lt;p>　?。╞）內側有效高度為：　　2.3.1.4 有效補強面積　　①殼體多余金屬面積： 　　殼體有效厚度：　　則多余的金屬面積為：　??； &l

25、t;/p>　?、诮庸芏嘤嘟饘倜娣e：　　接管計算厚度：　　接管多余金屬面積A2：　?、劢庸軈^(qū)焊縫面積（焊腳取為6mm）：　?、苡行аa強面積：<

26、;p>　　可知 　　該接管補強的強度足夠，不需另外設補強結構　　該設備最大接管的公稱直徑為200mm，此接管不需另設補強結構，那么其他的也不需另設補強結構了。　　2.4水壓試驗

27、設試驗溫度為常溫，根據GB150規(guī)定，則有　　則校核水壓試驗時圓筒的薄膜壓力：　　滿足條件。　　2.5換熱管　　換熱管的規(guī)格為，材料選為20鋼。　　2.5

28、.1 換熱管的排列方式　　換熱管在管板上的排列有正三角形排列、正方形排列和正方形錯列三種排列方式。各種排列方式都有其各自的特點：①正三角形排列：排列緊湊，管外流體湍流程度高在同樣的管板面積上可排列最多的管數(shù)，應用最為普遍；②正方形排列：易清洗，但給熱效果較差；③正方形錯列：可以提高給熱系數(shù)。各排列如圖2-1所示　　圖2-1</b&

29、gt;　　在此，選擇正三角形排列，主要是考慮同樣的管板面積上可排列最多的管數(shù)。　　查GB151-1999可知，換熱管的中心距S=32mm，分程隔板槽兩側相鄰管的中心距為44mm；同時，由于換熱管管間需要進行機械清洗，故相鄰兩管間的凈空距離（S-d）不宜小于6mm。　　2.5.2 布管限定圓

30、　　布管限定圓為管束最外層換熱管中心圓直徑，浮頭式換熱器的其由下式確定：　　查GB151-1999可知，取b=4.5，b1=4，bn=32，故b2= bn+1.5=33.5，則　　。　　2.5.3 排管

31、;　　排管時須注意：拉桿應盡量均勻布置在管束的外邊緣，在靠近折流板缺邊位置處布置拉桿。拉桿中心至折流板缺邊的距離應盡量控制在換熱管中心距的（0.5～1.5）范圍內。　　多管程換熱器其各程管數(shù)應盡量相等，其相對誤差應控制在10%以內，最大不能超過20%。　　相對誤差計算：&

32、lt;p>　　其中：——各程的平均管數(shù)；——各程中最小或最大的管數(shù)。 　　實際排管后發(fā)現(xiàn)，每個管程的布管數(shù)目分別是33，26，26，33，而各管程的平均管數(shù)為29.5，因此可知各程管數(shù)的相對誤差是：　　2.5.4 換熱管束的分程　　在這里首先要先提到管箱。管箱作用是把從管道輸送來的流體均勻地分布到換熱管和把

33、管內流體匯集在一起送出換熱器，在多管程換熱器中管箱還起改變流體流向的作用。　　由于所選擇的換熱器是4管程，故管箱選擇為多程隔板的安置形式。而對于換熱管束的分程，為了接管方便，采用平行分法較合適，且平行分法亦可使管箱內殘液放盡。　　2.5.5 換熱管與管板的連接　　換熱管與管板的連接方式有強度焊、強度脹以及脹焊并用

34、。　　強度脹接主要適用于設計壓力≤4.0MPa；設計溫度≤300℃；操作中無劇烈振動、無過大的溫度波動及無明顯應力腐蝕等場合。　　除了有較大振動及有縫隙腐蝕的場合，強度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何場合。　　脹焊并用主要用于密封性能要求較高；承受振動和疲勞載荷；有縫隙腐蝕；需采用復合管板等的場合。<

35、/p>　　在此，根據設計壓力、設計溫度及操作狀況選擇換熱管與管板的連接方式為強度焊加貼脹,即脹焊并用。這是因為其焊接結構強度高，抗拉脫力強，在高溫高壓下也能保證連接處的密封性能和抗拉脫能力。　　2.6管板設計　　管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一，用來排布換熱管，將管程和殼程的流體分隔開

36、來，避免冷、熱流體混合，并同時受管程、殼程壓力和溫度的作用。由于流體只具有輕微的腐蝕性，故采用工程上常用的Q345R整體管板。　　2.6.1 管板與殼體的連接　　由于浮頭式換熱器要求管束能夠方便地從殼體中抽出進行清洗和維修，因而換熱器固定端的管板采用可拆式連接方式，即把管板利用墊片夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間。

37、　2.6.2 管板計算　　符號說明：　　——在布管區(qū)范圍內，因設置隔板槽和拉桿結構的需要，而未能被換熱管支承的面積，，對正三角形排列，；　　——隔板槽一側的排管根數(shù)；　　——換熱管中心距；<

38、/p>　　——隔板槽兩側鄰管的中心距；　　——管板布管區(qū)面積，；對多管程正三角形排列換熱器，；　　——管板布管區(qū)內開孔后的面積，；；　　——一根換熱管管壁金屬的橫截面積，；　　——固定端管板墊片壓緊力作用中心圓直徑，；根據所選的墊片的尺寸，且選

39、擇其壓緊面型式為GB150表9-1的1a，可知密封面寬度，則，故　　——管板布管區(qū)當量直徑，，；　　——換熱管外徑，；　　——設計溫度時，管板材料的彈性模量，MPa；　　——設計溫度時，換熱管材料的彈性模量，MPa；

40、;　　——系數(shù)，按和查GB151圖24；　　——管束模數(shù)，MPa；； 　　——管束無量綱剛度，MPa；；　　——換熱管有效長度（兩管板內側間距），；　　——換熱管與管板脹接長度或焊腳高度，；

41、　　——換熱管根數(shù)；　　——無量綱壓力，；　　——當量壓力組合；MPa；　　——管板設計壓力，MPa；　　——殼程設計壓力，MPa；　　——管程設計壓力，MPa；</

42、p>　　——換熱管與管板連接拉脫力，MPa；　　——許用拉脫力，查GB151，MPa；　　——系數(shù)，；　　——管板計算厚度，；　　——換熱管管壁厚度，；　　——管板

43、剛度削弱系數(shù)，一般可取值；　　——管板強度削弱系數(shù)，一般??；　　——系數(shù)，；　　——換熱管軸向應力，MPa；　　——換熱管穩(wěn)定許用壓應力，MPa；　　——設計溫度時，管板材料的許用應力，MPa

44、；；　　——設計溫度時，換熱管材料的許用應力，MPa；　　管板厚度計算過程如下：　　2.6.2.1管板名義厚度計算　　查GB150可知， 　　則　　式

45、中L應為換熱管的有效長度，但由于管板厚度尚未計算出，暫估算管板厚度為40mm進行試算，待管板厚度算出再用有效長度核算。　　；　　當中的的計算如下：　　查GB151-1999可知，則，同時由于前面換熱管的材料選為Q345鋼，故，</p

46、>　　由于此時不能保證與在任何時候都同時作用，則?。还?，故；根據=2.33和查GB151圖可知，則管板計算厚度為：　??；　　管板的名義厚度應不小于下列三部分之和，即　　式中Cs和Ct分別是指殼程、管程的腐蝕裕量；而h1是指殼程側管板結構槽深，為0；

47、h2是指管程隔板槽深，為4mm。　　此時應根據得到的管板名義厚度，重復以上步驟，使得管子有效長度對應于管板厚度。　　故=2.32，查圖可知，，則　　，　　。

48、;　　2.6.2.2 換熱管的軸向應力　　換熱管的軸向應力在一般情況下，應按下列三種工況分別計算：　?、贇こ淘O計壓力，管程設計壓力：　　明顯地，；　　②管程設計壓力，殼程設計壓力：<b&

49、gt;　??；　　明顯地，　?、蹥こ淘O計壓力與管程設計壓力同時作用：　　明顯地，。　　由以上三種情況可知，換熱管的軸向應力符合要求　　2

50、.6.2.3 換熱管與管板連接拉脫力　　式中，　　其中：——換熱管最小伸出長度，查GB151-1999可知　　——最小坡口深度，　　許用拉脫力</p&g

51、t;　　明顯地，。　　2.6.3 管板重量計算　　管板有固定管板以及活動管板，兩者的重量計算分別如下所示：　　2.6.3.1 固定管板重量計算　　2.6.3.2 活動管板重量計算：<

52、p>　　2.7折流板　　設置折流板的目的是為了提高殼程流體的流速，增加湍動程度，并使管程流體垂直沖刷管束，以改善傳熱，增大殼程流體的傳熱系數(shù)，同時減少結構，而且在臥式換熱器中還起支撐管束的作用。常見的折流板形式為弓形和圓盤—圓環(huán)形兩種，其中弓形折流板有單弓形，雙弓形和三弓形三種，但是工程上使用較多的是單弓形折流板。<p&g

53、t;　　在浮頭式換熱器中，其浮頭端宜設置加厚環(huán)板的支持板。　　2.7.1 折流板的型式和尺寸　　此時選用兩端選用環(huán)形折流板，中間選用單弓形折流板，上下方向排列，這樣可造成液體的劇烈擾動，增大傳熱膜系數(shù)。　　為方便選材，可選折流板的材料選為Q345R，查GB151可知，弓形缺口高度為150mm，折流板間距為150m

54、m，數(shù)量為33塊，查GB151-1999可知折流板的最小厚度為5mm，故此時可選其厚度為6mm。同時查GB151-1999可知折流板名義外直徑為。　　2.7.2 折流板排列　　該臺換熱器折流板排列示意圖如下所示：　　圖2-2折流板排列示意圖　　2.7.3 折流板的布置&l

55、t;/p>　　一般應使管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進、出口管，其余折流板按等距離布置?？拷馨宓恼哿靼迮c管板間的距離：；兩相鄰折流板的間距取150mm。　　2.7.4 折流板重量計算　　符號說明如下：　　——折流板質量，kg；

56、　　——折流板外圓直徑，；　　——折流板切去部分的弓形面積，，，　　——系數(shù)，由查表求取；　　——折流板切去部分的弓形高度，mm；　　——管孔直徑，mm；　　——拉桿孔直徑，mm；&l

57、t;p>　　——管孔數(shù)量；　　——拉桿孔數(shù)量；　　——折流板厚度，mm。　　計算過程如下：　　，查得</p&

58、gt;　　2.8拉桿與定距管　　2.8.1 拉桿的結構形式　　常用拉桿的形式有兩種：　　拉桿定距管結構，適用于換熱管外徑大于或等于19mm的管束，（按GB151-1999表45規(guī)定）；　　拉桿與折流板點焊結構，適

59、用于換熱管外徑小于或等于14mm的管束，；　　當管板比較薄時，也可采用其他的連接結構。　　由于此時換熱管的外徑為25mm，因此選用拉桿定距管結構。　　2.8.2 拉桿的直徑、數(shù)量及布置　　拉桿的形式見圖2-3

60、圖2-3拉桿詳圖　　其具體尺寸如表2-4所示　　表2-4 拉桿的參數(shù)　　其中拉桿的長度L按需要確定。　　拉桿應盡量均勻布置在管束的外邊緣。若對于大直徑的換熱器，在布管區(qū)內或靠近折流板缺口處應布置適當數(shù)量的拉桿，任何折流板應不少于3個支承點。</p

61、>　　對于本臺換熱器拉桿的布置可參照零件圖。　　2.8.3 定距管　　定距管的規(guī)格同換熱管，其長度同實際需要確定。本臺換熱器定距管的布置可以參照部件圖。　　2.9防沖板

62、　　當管程采用軸向人口接管或換熱器管內流體速度超過3m/s時，應設置防沖板，以減小流體的不均勻分布和換熱管端的沖蝕。由于以知條件中沒給出流速，為安全起見，設置防沖板，材料為Q235A，查GB151可知，防沖板厚度碳鋼最小為4.5mm，則在本設計中取6mm.　　2.10保溫層　　根據設計溫度選保溫層材料為巖棉。保溫層厚

63、度為60mm。　　2.11法蘭與墊片　　換熱器中的法蘭包括管箱法蘭、殼體法蘭、外頭蓋法蘭、外頭蓋側法蘭、浮頭蓋法蘭以及接管法蘭，另浮頭蓋法蘭將在下節(jié)進行計算，在此不作討論。　　墊片則包括了管箱墊片和外頭蓋墊片。　　2.11.1固定端的

64、殼體法蘭、管箱法蘭與管箱墊片　?。?）查JB4703-92壓力容器法蘭可選固定端的殼體法蘭和管箱法蘭為長頸對焊法蘭，凹面密封面，材料為鍛件16MnⅡ，其具體尺寸見相關標準。　　（2）此時查JB4706-92壓力容器法蘭，根據設計溫度可選擇墊片型式為纏繞式墊片，材料為0Cr19Ni9，其標志為：G13-500-1.6-4B<

65、p>　　2.11.2外頭蓋側法蘭、外頭蓋法蘭與外頭蓋墊片、浮頭墊片　?。?）外頭蓋法蘭的型式與尺寸、材料均同上殼體法蘭，凹密封面，查JB4700-2000壓力容器法蘭可知其具體尺寸如下所示：（單位為mm）。　　表2-5 外頭蓋法蘭尺寸　　（2）外頭蓋側法蘭選用凸密封面，材料為鍛件16MnⅡ如圖2-4所示，&

66、lt;/p>　　圖2-4法蘭詳圖　　查JB/4721-92可知其具體尺寸如下表：　　表2-6 外頭蓋側法蘭尺寸　?。?）查JB/T4719-92選外頭蓋墊片的型式為纏繞式墊片，其外徑D為664mm，內徑d為622mm且查JB/T4719-92也選浮

67、頭墊片的型式為纏繞式墊片，則其外徑D為492mm，內徑d為472mm，兩者材料均為0Cr19Ni9。　　2.11.3 接管法蘭型式與尺寸　　根據接管的公稱直徑，公稱壓力可查HG20592～20635－97鋼制管法蘭、墊片、緊固件，選擇帶頸對焊鋼制管法蘭，選用凹凸密封面，如圖2-5所示　　圖2-5帶頸對焊鋼制管法蘭

68、　　其具體尺寸如表2-7所示：（單位為㎜）　　表2-7 帶頸對焊鋼制管法蘭　　2.12鉤圈式浮頭 　　本臺浮頭式換熱器浮頭端采用B型鉤圈式浮頭，其詳細結構如圖2-6所示，而浮頭蓋采用了球冠形封頭。　　圖2-6 B型鉤圈式浮頭

69、詳圖　　2.12.1 浮頭蓋的設計計算　　球冠形封頭、浮頭法蘭應分別按管程壓力作用下和殼程壓力作用下進行內壓和外壓的設計計算，取其大者為計算厚度。　　符號說明如下：　　——換熱器圓筒內直徑，mm；<p&g

70、t;　　——浮頭法蘭與鉤圈的內直徑　　，mm；　　——浮頭法蘭與鉤圈的外直徑，mm ，mm；　　——外頭蓋內直徑，mm，mm；　　——浮頭管板外直徑，mm，mm；　　——螺栓中心圓直徑，mm

71、，mm；　　——墊片壓緊力作用中心圓直徑，；　　——作用在法蘭環(huán)內側封頭壓力載荷引起的軸向分力，N；；　　——作用在法蘭環(huán)內側封頭壓力載荷引起的徑向分力，N；；　　——計算壓力，MPa；分別取管程壓力（內壓）和殼程壓力（外壓）；

72、　——封頭球面內半徑，mm；按GB151表46選取mm；　　——螺栓中心至法蘭環(huán)內側的徑向距離，mm；　　——對法蘭環(huán)截面形心的力臂，mm；　　——封頭邊緣處球殼中面切線與法蘭環(huán)的夾角，（°）；；　　——球冠形封頭的計算厚度，mm；<

73、;p>　　——球冠形封頭的名義厚度，mm；　　——封頭材料在設計溫度下的許用應力，MPa；　　——焊接接頭系數(shù)。　　2.12.1.1管程壓力作用下（內壓）浮頭蓋的計算：　?。?）球冠形封頭計算厚度按下式計算：

74、　??；　　為方便選材，故可將浮頭蓋的材料選擇為Q345R，故=170MPa，選擇為雙面焊對接接頭，局部無損探傷，故，則。　?。?）浮頭法蘭計算厚度計算：　　首先根據所選的浮頭墊片可先確定：；　　根據經驗值選定螺栓

75、數(shù)目為20，則可通過計算螺栓的根徑，從而知道螺栓的規(guī)格：，故將其圓整為規(guī)格為M20的螺柱，其根徑為17.35mm。　　關于浮頭法蘭厚度的計算按GB151-1999的格式制作成一張表格，這樣比較清晰明了，具體如下表所示：　　設計條件: 墊片及螺栓,墊片材料為0Cr19Ni9,外徑x內徑x厚度=492x472x3查GB150可知其N=10mm,b=5mm,y

76、=62.1MPa,m=3.7,法蘭材料選用16Mn，常溫下的許用應力為，設計溫度下的許用應力為。各字母所表示的意義見圖2-7　　圖2-7　　由GB151可得　　螺栓材料為40MnB,數(shù)量n=20。此材料在常溫下的許用應力，設計溫度下的許用

77、應力，則　　或（取兩者中較大值）=2397.9　　操作情況下法蘭的受力：　　力臂　　力矩　　力臂

78、　　力矩　　力臂　　力矩　　力臂　　力矩

79、　　操作情況下法蘭總力矩：　　預緊螺栓時法蘭的受力：　　力臂　　力矩　　操作狀態(tài)：<b&

80、gt;　　預緊狀態(tài)：　　則法蘭厚度　　操作狀態(tài)：；　　預緊狀態(tài)：；　　法蘭厚度取與之大者，且不小于球冠形封頭名義厚度的兩倍，故，則。<

81、;/p>　　2.12.1.2 殼程壓力作用下（外壓）浮頭蓋的計算　?。?）球冠形封頭GB150-1998第6章“外壓圓筒和外壓球殼”進行外壓計算，即將球冠形封頭當作球殼進行計算，具體過程如下：　　假設，腐蝕裕量，則；　　，故；

82、　　所以；查GB150可知，此時許用外壓力為：　　，故肯定滿足條件，還可取薄點，但為取材方便，10mm最合適。　?。?）浮頭法蘭厚度的計算可按上表進行，由于管程與殼程的設計壓力相等，所以大部分的數(shù)據都與內壓情況下相同，只是此時，表中的應改為：　　則此時操作狀態(tài)下： &l

83、t;p>　　；　　所以此時；　　根據上述內壓與外壓的計算可知浮頭法蘭的計算厚度應為，則圓整后其名義厚度為。　　2.12.2 鉤圈　　鉤圈的型式查GB15

84、1可知選為B型鉤圈，其圖2-8示如下：　　圖2-8 B型鉤圈　　而其設計厚度可按下式計算：　　其中：——鉤圈設計厚度，mm；　　——浮動管板厚度，mm；　　則。</b&

85、gt;　　2.13分程隔板　　由于是多管程換熱器，故此處需要用到分程隔板。　　查GB151-1999可知：分程隔板槽槽深，槽寬為12mm，且分程隔板的最小厚度為8mm。　　2.14鞍座</p

86、>　　選擇鞍座應首先計算支座反力，再根據支反力選擇合適的鞍座。　　2.14.1 支反力計算　　管板的質量：；　　圓筒的質量：　　；

87、　　式中：——是指換熱器中相當于圓筒的部分的總長度，包括了殼體的有效長度與前后端管箱的短節(jié)部分；　　——是指材料的密度，由于殼體與管箱的材料均選用16MnR，故。　　封頭的質量：；　　保溫層的質量：

88、;　　換熱管的質量：　　附件（如接管、法蘭、浮頭蓋等）質量取為全部質量(不包換熱管)的20%：　　圓筒的體積：　?。?lt;/b>

89、　　封頭的體積：； 　　故總體積為：；　　由于水的密度比油品與原油的密度均大，故鞍座應在水壓試驗時所受支反力較大，即如下：　　水壓試驗時充液重量：　　水壓試驗時總質量：</

90、b>　?。?lt;/b>　　水壓試驗時單位長度載荷：　??；　　水壓試驗時支座反力：；　　2.14.2 鞍座的型號及尺寸

91、　根據支反力查JB/T4712-92選擇鞍座的型號為：DN500、120°包角重型帶墊板鞍式支座。 　　表2-9鞍座尺寸　　對其安裝位置，JB4731《鋼制臥式容器》中規(guī)定，外伸端長度A≤0.2L，最大不超過0.25L,依據以上規(guī)定取鞍座到圓筒殼體法蘭端面的長度為1100mm。<

92、;p>　　到此，換熱器結構設計及強度計算已經基本結束?？梢哉f，換熱器的主要設計計算已經完成，其計算結果將通過裝配圖、部件圖以及零件圖表現(xiàn)出來。其中該臺浮頭式換熱器的基本結構如下圖2-9所示：　　圖2-9 浮頭式換熱器示意圖　　3換熱器的腐蝕、制造與檢驗　　3.1換熱管的腐蝕</b&g

93、t;　　換熱器腐蝕的主要部位是換熱管、管子與管板連接處、管子與折流板交界處、殼體等。腐蝕原因如下所述。　　3.1.1 換熱管腐蝕　　由于介質中污垢、水垢以及入口介質的渦流磨損，易使管子產生腐蝕，特別是在管子入口端的40～50mm處的管端腐蝕，這主要是由于流體在死角處產生渦流擾動有關。<

94、;p>　　3.1.2 管子與管板、折流板連接處的腐蝕　　換熱管與管板連接部位及管子與折流板交界處都有應力集中，容易在張脹管部位出現(xiàn)裂紋，當管子與管板存在間隙十，易產生Cl+的聚積及氧的濃差，從而容易在換熱管表面形成點坑或間隙腐蝕。管子與折流板交界處的破裂，往往是由于管子長，折流板多，管子稍有彎曲，容易造成管壁與折流板處產生局部應力集中，加之間隙的存在，故其交界處成為應力腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)。&l

95、t;/p>　　3.1.3 殼體腐蝕　　由于殼體及附件的焊縫質量不好也易發(fā)生腐蝕，當殼體介質為電解質，殼體材料為碳鋼，管束用折流板為銅合金時，易產生電化學腐蝕，把殼體腐蝕穿孔。　　3.2換熱器的制造與檢驗　　3.2.1 總體制造工藝　　制造工藝：

96、選取換熱設備的制造材料及牌號，進行材料的化學成分檢驗，機械性能合格后，對鋼板進行矯形，方法包括手工矯形、機械矯形及火焰矯形。　　具體過程為：備料——劃線——切割——邊緣加工（探傷）——成型——組對——焊接——焊接質量檢驗——組裝焊接——壓力試驗　　3.2.2 換熱器質量檢驗　　化工設備不僅在制造之前對原材料進行檢

97、驗，而且在制造過程中也要隨時進行檢查，即質量檢驗。　　設備制造過程中的檢驗，包括原材料的檢驗、工序間的檢驗及壓力試驗，具體內容如下：　　1.原材料和設備零件尺寸和幾何形狀的檢驗；　　2.原材料和焊縫的化學成分分析、力學性能分析試驗、金相組織試驗，總稱為破壞試驗；　　3.原

98、材料和焊縫內部缺陷的檢驗，其檢驗方法是無損檢測，它包括：射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測、滲透檢測等；　　4.設備試壓，包括：水壓試驗、介質試驗、氣密性試驗等。　　3.2.3 管箱、殼體、頭蓋的制造與檢驗　　1.殼體在下料和輥壓過程中必須小心謹慎，因為筒體的橢圓度要求較高，這主要是為了保證殼體與折流板之間有合適的間

99、隙；　　2.管箱內的分程隔板兩側全長均應焊接，并應具有全焊透的焊縫；　　3.用板材卷制圓筒時，內直徑允許偏差可通過外圓周長加以控制，其外圓周允許上偏差為10mm，下偏差為零；　　4.圓筒同一斷面上，最大直徑與最小直徑之差為e≤0.5%DN，且由于DN≤1200mm，則其值≤5mm；<

100、p>　　5.圓筒直線度允許偏差為L/1000（L為圓筒總長），且由于此時L=6000mm，則其值≤4.5mm；　　6.殼體內壁凡有礙管束順利裝入或抽出的焊縫均應磨至與母材表面齊平；　　7.在殼體上設置接管或其他附件而導致殼體變形較大，影響管束順利安裝時，應采取防止變形措施；　　8.由于焊接后殘余應力較大，因

101、此管箱和封頭法蘭等焊接后，須進行消除應力熱處理，最后再進行機械加工。　　3.2.4 換熱管的制造與檢驗　　1. 加工步驟：下料——校直——除銹（清除氧化皮、鐵銹及污垢等雜質）；　　2. 換熱管為直管，因此應采用整根管子而不允許有接縫。　　3.由于換熱管的材料選為20號鋼，

102、則其管端外表面也應除銹，而且因為采用焊接方法，則管端清理長度應不小于管外徑，且不小于25mm。　　3.2.5 管板與折流板的制造與檢驗　　1.管板在拼接后應進行消除應力熱處理，且管板拼接焊縫須經100%射線或超聲波探傷檢查；　　2.由于換熱管與管板是采用脹焊連接，則管孔表面粗糙度Ra值不大于25；</p&g

103、t;　　3.管板管孔加工步驟：下料——校平——車削平面外圓及壓緊面——劃線——定位孔加工——鉆孔——倒角；　　4.管板鉆孔后應抽查不小于60°管板中心角區(qū)域內的管孔，在這一區(qū)域內允許有4%的管孔上偏差比+0.20大0.15；　　5.折流板管孔加工步驟：下料——去毛刺——校平——重疊、壓緊——沿周邊點焊——鉆孔（必須使折流板

104、的管孔與管板的管孔中心在同一直線上）——劃線——鉆拉桿——加工外圓；　　6.折流板外圓表面粗糙度Ra值不大于25。，外圓面兩側的尖角應倒鈍；　　7.應去除管板與折流板上任何的毛刺。　　3.2.6 換熱管與管板的連接　　1.連接部位的換熱管和管板孔表面應清理干凈，不應留有影

105、響脹接或焊接連接質量的毛刺、鐵屑、銹斑、油污等；　　2.脹焊連接時，焊渣及凸出于換熱管內壁的焊瘤均應清除。焊縫缺陷的返修，應清除缺陷后焊補。　　3.2.7 管束的組裝　　3.2.7.1 組裝過程：　　將活動管板、固定管板和折流板用拉桿和定距管組合。調整襯墊使管板面與組裝平

106、臺垂直，并使固定管板、活動管板與折流板的中心線一致，然后一根一根地插入傳熱管。　　3.2.7.2 組裝時應注意：　　1.兩管板相互平行，允許誤差不得大于1mm；兩管板之間長度誤差為±2mm；管子與管板之間應垂直；　　2.拉桿上的螺母應擰緊，以免在裝入或抽出管束時，因折流板竄動而損傷換熱管；</p&

107、gt;　　3.穿管時不應強行敲打，換熱管表面不應出現(xiàn)凹癟或劃傷；　　4.除換熱管與管板間以焊接連接外，其他任何零件均不準與換熱管相焊。　　3.2.8 管箱、浮頭蓋的熱處理　　碳鋼、低合金鋼制的焊有分程隔板的管箱和浮頭蓋以及管箱的側向開孔超過1/3圓筒內徑的管箱，在施焊后作消除應力的熱處理，設

108、備法蘭密封面應在熱處理后加工。　　3.2.9 換熱器水壓試驗　　水壓試驗的目的是為了檢驗換熱器管束單管有否破損，脹口有否松動，所有法蘭接口是否嚴密，而不同管殼式換熱器的水壓試驗的順序不一樣，因此在此特別說明一下浮頭式換熱器的水壓試驗順序：　　1.用試驗壓環(huán)和浮頭專用試壓工具進行管頭試壓：管束裝入殼體后，在浮頭側裝

109、入試壓環(huán)，在管箱側裝試壓法蘭或將管箱平蓋卸下用管箱代替也可以，然后對殼程試壓，檢查脹口是否泄漏，如果從管板的某個管口滴水，則該管已經破損，由現(xiàn)場技術人員決定更換新管或堵死；　　2.管程試壓：將浮頭側試壓環(huán)卸掉，清理凈浮頭封面，將浮頭上好，管箱側將管箱或平蓋清理換墊安裝，然后對管程加壓，檢查浮頭鉤圈密封及管箱法蘭結合處有無泄漏；　　3.殼程試壓：安裝殼體封

110、頭，對殼體加壓，檢查封頭接口有無泄漏。　　結論　　轉眼之間我們的畢業(yè)設計即將結束。本次設計是大學四年來任務最重，耗時最多，最為重要，然而這次畢業(yè)設計讓我受益匪淺。在畢業(yè)設計即將結束之際，我對這次設計進行了總結。　　首先，這次畢業(yè)設計對培養(yǎng)我的實際工程能力具有重要意義。通過

111、畢業(yè)設計，我把先修課程中所獲得的理論知識在實際的設計工作中綜合地加以動用，使這些知識得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識和生產實踐密切地結合起來。這次設計，初步培養(yǎng)了我對壓力容器設計的工作能力；掌握一些容器設計有基本方法和步驟，為以后進行設計工作打下了良好的基礎。另外還使我能訓練地應用有關參考資料、計算圖表、手冊；熟悉有關的國家標準，為成為一個工程技術人員在培養(yǎng)基本技能。　　其次，我從這次設計中得到了以

112、下經驗：　　一、設計前應做好計劃　　1. 學習計劃　　在設計前進行相關知識的系統(tǒng)學習，包括過程設備的結構特點以及AUTOCAD軟件的熟悉；設計時對此設計內容進行學習。　　2. 布圖計劃</b

113、>　?、僭O置圖層（便于整體修改）；②顏色不宜多；③細節(jié)使用應注意。　　二、設計中應做到以下幾點：　　1.學習相關基礎知識。　　2.借鑒以前的實例，對別人的設計多問幾個為什么。　　3.向指導老師以及工廠的工程師咨詢，與同學討論

114、。　　三、關于計算　　首先，計算公式必須符合規(guī)范的要求公式；其次，計算的每一步結果都要確保正確；最后，要認真地對計算書進行檢查校正。　　四、關于制圖　　首先，圖框應按標準紙張畫；其次，標注必須充分

115、并且剖面的位置要正確?？傊M量避免錯誤。　　最后，我想說：通過這次設計，使我的各方面的能力得到提高和增強，不僅在英語和計算機能力得到提高，還有增強了我的獨立思考和創(chuàng)新能力。但是由于水平的有限，在設計過程中一定存在許多疏漏和不夠合理之處，懇請各位老師和同學批評指正。　　致謝<p&g

116、t;　　本設計是在劉潔老師的幫助和指導下完成的，在設計的選題以及設計的方法上，劉老師給了我們莫大的幫助與關懷。劉老師在畢業(yè)設計期間，對我們嚴格要求，要求我們能夠獨立完成設計圖紙的任務，培養(yǎng)我們獨立解決問題的能力，還從自己的寶貴時間中抽時間為我們審閱圖，并提出修改意見和建議。劉老師淵博的理論知識、豐富的實踐經驗、嚴謹?shù)闹螌W作風、樂觀的生活態(tài)度及熱情待人的品格都深深地影響和教育了我們，我們從她身上學到了很多做人的道理。同時在生活上也很關心我

117、們，經常問我們的設計情況，鼓勵我們學習。在這里，謹向劉老師表示最衷心的感謝和最誠摯的敬意　　在此還要感謝我的其他老師。在過去的大學四年里，老師循循善誘的教導我們，為我們的付出了無數(shù)的汗水，還要感謝機械工程學院的各位領導和老師四年來對我們的辛勤培育與教導。　　時間過得很快，大學本科的生活快要結束了。在這最后的時間里，我得到了同學的很多幫助。我們在一起設計，

118、互相討論，互相請教問題，大家共享資料。在我碰到困難的時候，他們幫我渡過了難關。這般友誼，彌足珍貴，我不會忘記。　　謝謝你們！　　參考文獻　　[1] GB150-1999鋼制壓力容器；　　[

119、2] GB151-1999管殼式換熱器；　　[3] 壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程，1999年；　　[4] JB／T4700～4707-2000，壓力容器法蘭；　　[5] JB／T4714－92，浮頭式換熱器和冷凝器型式與基本參數(shù)；　　[6] JB／T4718－92，

120、管殼式換熱器用金屬包墊片；　　[7] JB／T4721－92，外頭蓋側法蘭；　　[8] JB／T4712－92，鞍式支座；　　[9] HG20592～20635－97，鋼制管法蘭、墊片、緊固件；　　[10] JB／T4736－2002，補強圈；

121、　　[11] JB／T4746－2002，鋼制壓力容器用封頭；　　[12] HG20580－～HG20581-1998，鋼制化工容器設計基礎規(guī)定等；　　[13] CD130A20－86，化工設備設計文件編制規(guī)定；　　[14] TCED41002－2000，化工設備圖樣技術要求；</p&g

122、t;　　[15] JB4726－94，壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件。　　錢頌文主編，換熱器設計手冊，化學工業(yè)出版社，2002；　　[16] 石油化學工業(yè)部石油化工規(guī)劃設計院組織編寫，冷換設備工藝計算，石油工　　業(yè)出版社，1979；　　[17] 李功

123、祥，陳蘭英，崔英德編，常用化工單元設備設計，華南理工大學出版，　　2003；　　[18] 賈紹義，柴誠敬主編，化工原理課程設計，天津大學出版社，2002；　　[19] 鄭津洋，董其伍，桑芝富主編，過程設備設計，化學工業(yè)出版社，2001；

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過程裝備與控制工程畢業(yè)設計(論文)200號油換熱器設計

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