畢業(yè)設(shè)計(jì)--乙烯塔回流過(guò)冷器改進(jìn)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　乙烯塔回流過(guò)冷器改進(jìn)設(shè)計(jì)</p><p>　　ETHYLENE TOWER REFLUX COOLING DEVICE IMPROVEMENT DESIGN</p><p>　　學(xué)院（部）： 機(jī)械工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí)：

2、 過(guò)控 </p><p>　　學(xué)生姓名： vvvvv </p><p>　　指導(dǎo)教師： vvvvvvvvv </p><p>　　2012 年 6 月 15 日</p><p>　　乙烯塔回流過(guò)冷器改進(jìn)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></

3、p><p>　　該設(shè)計(jì)為大慶石化60萬(wàn)噸/年乙烯裝置設(shè)計(jì)乙烯塔回流過(guò)冷器。作為石油化工基礎(chǔ)性原料，乙烯是石油化工的“龍頭”，其生產(chǎn)的乙烯、丙烯、丁二烯和芳烴是所有化工產(chǎn)品的最基礎(chǔ)原料。乙烯塔回流過(guò)冷器是一種換熱器，通常采用釜式換熱器，也是一種管殼式換熱器。在乙烯塔裝置中占有較重要的地位，它直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。本次設(shè)計(jì)的乙烯塔回流過(guò)冷器的型號(hào)為BKU。由于設(shè)計(jì)溫度極低，對(duì)材料的要求較高。</p>&

4、lt;p>　　本次設(shè)計(jì)主要是根據(jù)給定的設(shè)計(jì)條件，依據(jù)GB150-1998《鋼制壓力容器》和GB151-1999《管殼式換熱器》等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)換熱器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：過(guò)冷器，釜式重沸器，換熱器，乙烯</p><p>　　ETHYLENE TOWER REFLUX COOLING DEVICE IMPROVEMENT DESIGN</p>&

5、lt;p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The design for the Daqing Petrochemical 600,000 tons / year ethylene plant ethylene tower reflux cooling device design As the basic petrochemical raw materials,

6、 petrochemical ethylene is "bibcock", its production of ethylene, propylene, butadiene and aromatic hydrocarbons are all the basic raw materials of chemical products. Ethylene tower reflux cooling device is a h

7、eat exchanger, usually in a kettle type heat exchanger, which is also a kind of shell and tube heat exchanger. It occupies an impo</p><p>　　The design is based on the given design conditions, basis of GB150-

8、1998 steel pressure vessel and GB151-1999 shell and tube heat exchanger and other standards, the design of the structure and intensity of the heat exchanger.</p><p>　　KEYWARDS： Supercooling apparatus, kettle

9、-type reboiler, heat exchanger, ethylene </p><p><b>　　1緒論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　化工生產(chǎn)中，絕大多數(shù)的工藝過(guò)程都有加熱、冷卻、汽化和冷凝的過(guò)程，這些過(guò)程總稱(chēng)為傳熱過(guò)程。傳熱過(guò)程需要通過(guò)一定的設(shè)備來(lái)完成，這些

10、使傳熱過(guò)程得以實(shí)現(xiàn)的設(shè)備稱(chēng)之為換熱設(shè)備。它是化工、煉油、食品、輕工、能源、制藥、機(jī)械及其他許多工業(yè)部門(mén)廣泛使用的一種通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。隨著節(jié)能技術(shù)的飛速發(fā)展，換熱器的種類(lèi)開(kāi)發(fā)越來(lái)越多。適用于不同的介質(zhì)、工況、溫度和壓力的換熱器，其結(jié)構(gòu)和形式也都不相同。按熱傳遞原理或傳熱方式進(jìn)行分類(lèi)，換熱器可分為直接接觸式換熱器、蓄熱式換熱器、間壁式換熱器和中間載熱體式換熱器，其中間壁式換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。根據(jù)間壁的形狀，間壁式

11、換熱器大體上分為“管式”和“板面式”兩大類(lèi)。如套管式、螺旋管式、管殼式都屬于管式；板片式、螺旋板式、板殼式等都屬于板面式。其中管殼式換熱器具有悠久的使用歷史，雖然在傳熱效率、緊湊性及金屬耗量等方面不如近年來(lái)出現(xiàn)的其他新型換熱器，但其具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可承受較高的壓力、制造工藝成熟、適應(yīng)性強(qiáng)及選材范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，目前，仍是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種間壁式換熱器。而本次設(shè)計(jì)的就是有相變傳熱的釜式重沸器，它也是管殼式換熱器的一種，廣泛應(yīng)用于石<

12、;/p><p>　　1.2 換熱器的基本要求及選型時(shí)需要考慮的因素</p><p>　　換熱器的基本要求有以下幾點(diǎn)：</p><p>　?。?）熱量能有效地從一種流體傳遞到另一種流體，即傳熱效率高，單位傳熱面上能傳遞的熱量多。在一定的熱負(fù)荷下、即每小時(shí)要求傳遞熱量一定時(shí)，傳熱效率(通常用傳熱系數(shù)表示)越高，需要的傳熱面積越小。</p><p>　

13、?。?）換熱器的結(jié)構(gòu)能適應(yīng)所規(guī)定的工藝操作條件，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠，密封性好，清洗、檢修方便，流體阻力小。</p><p>　?。?）價(jià)格便宜，維護(hù)容易，使用時(shí)間長(zhǎng)。在化工生產(chǎn)中所使用的換熱設(shè)備往往需要頻繁的清洗和檢修，停車(chē)的時(shí)間多，造成的經(jīng)濟(jì)損失有時(shí)會(huì)比換熱器價(jià)格更大。因此，如果換熱器能夠設(shè)計(jì)得合理，可以保證連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)能減少功率消耗，則換熱器本身價(jià)格雖然略高一些，但總的經(jīng)濟(jì)核算也可能是有利的。</p

14、><p>　　換熱設(shè)備的類(lèi)型很多，各種形式都有它特定的應(yīng)用范圍。在某一種場(chǎng)合下性能很好的換熱器，如果換到另一種場(chǎng)合則可能傳熱效果和性能會(huì)有很大的改變。選型時(shí)需要考慮的因素也是多方面的。 </p><p>　?。?）流體的性質(zhì)對(duì)換熱器類(lèi)型的選擇上往往會(huì)產(chǎn)生重大影響，如流體的物理性質(zhì)(比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度)，化學(xué)性質(zhì)(如腐蝕性、熱敏性)，結(jié)垢情況以及是否有磨蝕性顆粒等因素都對(duì)設(shè)備的選型有影響。例如

15、硝酸加熱器，由于流體的強(qiáng)腐蝕性決定了設(shè)備的結(jié)構(gòu)和材料。如對(duì)于熱敏性大的液體，能否精確控制它在加熱過(guò)程中的溫度和停留時(shí)間往往就成為選型的主要前提。流體的潔凈程度和是否易結(jié)垢，有時(shí)在選型上也起決定性的作用，如對(duì)于需要經(jīng)常清洗換熱面的物料就不能選用高效的板翅式或其他不可拆卸的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　（2）換熱介質(zhì)的流量、操作溫度、壓力等參數(shù)在選型時(shí)也很重要，例如板式換熱器雖然高效緊湊，性能很好，但是由于受結(jié)構(gòu)和墊片

16、性能的限制，當(dāng)壓力或溫度稍高時(shí)，或者流量很大時(shí)這種型式就不適用了。 </p><p>　?。?）隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，各種換熱器的適用范圍也在不斷的發(fā)展。如對(duì)于高溫高壓的換熱過(guò)程，以前主要選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的蛇管或套管換熱器。但由于其流體處理量小，價(jià)格高，不能適應(yīng)現(xiàn)代大型化裝置的需要，因此隨著結(jié)構(gòu)材料和制造工藝的發(fā)展，正在把管殼換熱器逐步推廣到高溫高壓的場(chǎng)合下應(yīng)用，目前國(guó)外這種換熱器的最高使用壓力為84MPa，溫度達(dá)10

17、00℃。</p><p>　　1.3 管殼式換熱器的研究現(xiàn)狀</p><p>　　管殼式換熱器是石油、化工裝置中應(yīng)用最廣泛的換熱設(shè)備。由于管殼式換熱器結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，且能選用多種材料制造，故適應(yīng)性極強(qiáng)，尤其在高溫、高壓和大型裝置中得到普遍應(yīng)用。雖然現(xiàn)在出現(xiàn)了波紋板換熱器、板殼式換熱器、螺旋板換熱器、傘板換熱器等結(jié)構(gòu)緊湊、高效的換熱設(shè)備，但管殼式換熱器仍占據(jù)著主導(dǎo)地位。因?yàn)樵S多工藝過(guò)程都具有高溫、

18、高壓、高真空、有腐蝕性等特點(diǎn)，而管殼式換熱器具有選材范圍廣（可為碳鋼、低合金鋼、鋁材、銅材等），換熱表面清洗方便，適應(yīng)性強(qiáng)，處理能力大，特別是能承受高溫和高壓等特點(diǎn)，所以管殼式換熱器廣泛應(yīng)用，它適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等方面。管殼式換熱器由管箱、殼體、管束等主要元件構(gòu)成。管束是管殼式換熱器的核心，其中換熱管作為導(dǎo)熱元件，決定著換熱器的熱力性能。另一個(gè)對(duì)換熱器熱力性能有較大影響的基本元件是折流板（或折流桿）。管箱和殼體主要決

19、定管殼式換熱器的承壓能力及操作運(yùn)行的安全可靠性。管殼式換熱器中換熱管內(nèi)構(gòu)成的流體通道稱(chēng)為管程，換熱管外構(gòu)成的流體通道稱(chēng)為殼程。管程和殼程分別通過(guò)兩種不同溫度的流體時(shí)，溫度較高的流體通過(guò)換熱管壁將熱量傳遞給溫度較低的流體，溫度較高的流體被冷卻，溫度較低</p><p>　　（1）耐高溫高壓，堅(jiān)固、可靠、耐用；</p><p>　?。?）制造應(yīng)用歷史悠久，制造工藝及操作、維修、檢驗(yàn)技術(shù)成熟；&

20、lt;/p><p>　　（3）選材廣泛，適用范圍大。</p><p>　　從間壁式換熱器的發(fā)展史來(lái)看，管殼式換熱器的技術(shù)提高受到下列因素的限制：</p><p>　?。?）流體熱附面層熱阻的限制。即使是湍流流動(dòng)，在流體與固體壁之間也要生一層附面層（又稱(chēng)邊界層）,而其中接觸固體壁的一層稱(chēng)為層流底層，其流動(dòng)性質(zhì)為層流流動(dòng)，它是靠分子擴(kuò)散進(jìn)行傳導(dǎo)傳熱的，傳熱速率很小。這一厚度

21、僅為3-5 mm的薄層，其熱阻幾乎占了整個(gè)附面層熱阻的80％。進(jìn)一步減薄、破碎、分離和清除這個(gè)薄層，都可以逐步提高換熱器的傳熱量，它是提高換熱器技術(shù)的關(guān)鍵之一。</p><p>　　(2）流體壓力損失的限制。通過(guò)提高流體速度，可以減薄附面層的厚度，從而提高傳輸?shù)臒崃?。但是，提高流體速度卻引起一個(gè)矛盾的后果，流體的壓力損失增加，其增加的速率巨大，所以不得不降低流速來(lái)接受較低的傳熱系數(shù)。</p><

22、;p>　　(3）擴(kuò)大傳熱面積的限制。擴(kuò)大傳熱面積是提高預(yù)熱溫度和增加熱回收率的簡(jiǎn)單而有效的辦法，但卻受到換熱器成本和價(jià)格提高、換熱器尺寸擴(kuò)大與安裝重量加大、換熱器體積龐大與運(yùn)輸車(chē)輛超重等等的限制。</p><p><b>　　1.4 釜式重沸器</b></p><p>　　釜式重沸器是一種管殼式換熱器，在結(jié)構(gòu)上與其他換熱器不同之處在于殼體上部設(shè)置一個(gè)蒸發(fā)空間，蒸

23、發(fā)空間的大小由產(chǎn)氣量和所要求的蒸氣品質(zhì)所決定。產(chǎn)氣量大、蒸氣品質(zhì)要求高者蒸發(fā)空間大，否則可以小些。 釜式重沸器與浮頭式、U形管式換熱器一樣，清洗維修方便，可處理不清潔、易結(jié)垢的介質(zhì)，并能承受高溫、高壓。管束有的采用浮頭式，有的采用U型管束。實(shí)踐證明氣體精餾塔底再沸器采用U型管束，其使用性能比浮頭式好。浮頭式在開(kāi)工過(guò)程中，常因管束受熱不均引起金屬伸縮不勻，容易造成小浮頭的墊片泄漏。因此本次設(shè)計(jì)的是U形管束釜式重沸器。</p>

24、<p><b>　　2換熱器材料選擇</b></p><p>　　在進(jìn)行換熱器設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)換熱器各種零部件的材料，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(duì)材料的制造工藝性能等的要求來(lái)選取。當(dāng)然，最后還要考慮材料的經(jīng)濟(jì)合理性。一般為了滿(mǎn)足設(shè)備操作壓力和操作溫度，即從設(shè)備的強(qiáng)度或剛度的角度來(lái)考慮，是比較容易達(dá)到的，但對(duì)于材料的耐腐蝕性能，有時(shí)往往成為一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。如在這方

25、面考慮不周，選材不妥，不僅會(huì)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)有著密切的關(guān)系。</p><p><b>　　2.1材料的確定</b></p><p>　　由于過(guò)冷器的設(shè)計(jì)溫度為-90℃，屬于低溫管殼式換熱器，換熱器用鋼的標(biāo)準(zhǔn)、冶煉方法、熱處理狀態(tài)、許用應(yīng)力、無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)項(xiàng)目均主要按GB150-1998第四

26、章及其附錄A和GB151-1999附錄A的規(guī)定。另一方面過(guò)冷器所裝載的主要是混合碳二和乙烯這兩種氣體，所以選擇材料主要依據(jù)自然就是這兩種介質(zhì)的性質(zhì)。</p><p>　　首先，混合碳二是介于殼程中的介質(zhì)，對(duì)材料的要求較低，只需一定的防腐蝕能力，再加上設(shè)計(jì)溫度極低等多方面的考慮，筒體外殼的選材最終定為比較常用的高合金鋼S30408。</p><p>　　而在管程方面，乙烯沒(méi)有腐蝕性，再加上設(shè)

27、計(jì)溫度極低等多方面的考慮，因此封頭的材料選擇也定為與殼體相同的S30408。在重要零部件的材料選擇上，由于設(shè)計(jì)溫度極低，對(duì)材料要求較高，材料均取為S30408。換熱器主要部件的材料選擇見(jiàn)表2-1。</p><p><b>　　表2-1主要材料</b></p><p>　　3 換熱器主要部件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1 換熱

28、管設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1.1換熱管的形式</p><p>　　換熱管形式有光管、各種翅片管、螺紋管、異形管等。光管是作為管殼式換熱器的傳統(tǒng)形式，當(dāng)前應(yīng)用非常普遍，廉價(jià)，易于制造、安裝、檢修、清洗方便。隨著節(jié)約材料，節(jié)約能源的強(qiáng)化傳熱技術(shù)研究的發(fā)展，光管不斷受到?jīng)_擊，但是依據(jù)本設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)和考慮制造成本，依然選用光管。</p><p>

29、<b>　　3.1.2管徑</b></p><p>　　采用標(biāo)準(zhǔn)管徑的換熱管。小管徑可使單位體積的傳熱面積增大，結(jié)構(gòu)緊湊，金屬耗量減少，傳熱系數(shù)提高。但小管徑流體阻力大，不便清洗，易結(jié)垢，堵塞。一般大直徑管子用于粘性大或污濁的流體，而乙烯氣體比較純凈，故選用Φ19mm×2mm的無(wú)縫鋼管。</p><p><b>　　3.1.3管長(zhǎng) </b&g

30、t;</p><p>　　無(wú)相變換熱時(shí)，管子較長(zhǎng)則傳熱系數(shù)也增加。在相同的傳熱面積情況下，采用長(zhǎng)管則流動(dòng)截面積小，流速大，管程數(shù)少，從而可減少流體在換熱器中的回彎次數(shù)，因而壓力降也較??；而且采用長(zhǎng)管時(shí)，每平方米傳熱面的比價(jià)也低。但是，管子過(guò)長(zhǎng)給制造帶來(lái)困難。因此，一般選用管長(zhǎng)為4～6m。對(duì)于傳熱面積大，或無(wú)相變的換熱器可選用8～9m的管長(zhǎng)。對(duì)于臥式設(shè)備，管長(zhǎng)與殼體直徑之比應(yīng)在6～10范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)管長(zhǎng)45

31、00mm。</p><p>　　3.1.4管子的排列方式</p><p>　　換熱管的排列方式主要有以下四種方式：</p><p>　　圖3-1 換熱管的排列方式</p><p>　　正三角形排列用得最普遍，因?yàn)楣茏娱g距都相等，所以在同一管板面積上可排列最多的管子數(shù)，而且便于管板的劃線(xiàn)與鉆孔。但管間不易清洗，TEMA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，殼程需用機(jī)械清洗

32、時(shí)，不得采用三角形排列型式。在殼程需要機(jī)械清洗時(shí)，一般采用正方形排列，管間通道沿整個(gè)管束應(yīng)該是連續(xù)的，且要保證6mm的清洗通道。</p><p>　　圖3-1（a）和（d）兩種排列方式，在折流板或支持板間距相同的情況下，其流通截面要比（b）、（c）兩種的小，有利于提高流速，故更合理些。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用正三角形排列。</p><p>　　3.1.5換熱

33、管的根數(shù)</p><p>　　用下面的公式計(jì)算管子總數(shù)NT : </p><p>　　NT = （3-1） </p><p>　　=703.6704（根）</p><p>　　采用正三角形排列，管子排列面積是一個(gè)正六邊形，排在正六邊形內(nèi)的換熱管數(shù)為<

34、;/p><p>　　NT=3a(a+1)+1 （3-2）</p><p>　　若設(shè)b為正六邊形對(duì)角線(xiàn)上管子數(shù)目，則</p><p>　　b=2a+1 （3-3）</p><p>　　式中:NT——管子的

35、排列數(shù)目；</p><p>　　a——正六邊形的個(gè)數(shù)。</p><p>　　經(jīng)計(jì)算a=15時(shí)，NT=721，滿(mǎn)足條件，此時(shí)b=31。</p><p>　　3.1.6換熱管中心距</p><p>　　換熱管的中心距宜不小于1.25倍的換熱管外徑，根據(jù)GB151-1999表12，取換熱管中心距為S=25mm，取分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距Sn=38

36、mm。管束直徑Dd=S(b-1)=25(31-1)=750mm。</p><p>　　3.2殼體結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1小端殼體直徑的計(jì)算</p><p>　　小端殼體的內(nèi)徑可由下面的公式計(jì)算</p><p>　　D=S(b-1)+2e （3-4）&l

37、t;/p><p>　　式中: D——?dú)んw計(jì)算內(nèi)徑，mm；</p><p>　　S——管心距，mm；</p><p>　　b——最外層的六角形對(duì)角線(xiàn)上的管數(shù)，b=29；</p><p>　　e——六角形最外層管中心到殼體內(nèi)壁距離，一般取e=（1～1.5)d0。</p><p>　　則D=25（31-1）+21.2×

38、;19=795.6mm</p><p>　　但根據(jù)圓筒的內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)系列，只能取Di1=800mm。</p><p>　　3.2.2大端殼體直徑的確定</p><p>　　釜式換熱器是需要在殼體的上部設(shè)置適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)空間，同時(shí)時(shí)兼有蒸汽室的作用。大端直徑和小段直徑之比為1.5～2倍，錐形過(guò)渡段為30。因此取大端直徑為1.5倍于小端直徑，即為Di2=1200mm。則由此可以

39、得到錐體的長(zhǎng)度為l=400=693mm。</p><p>　　3.2.3殼體的壁厚</p><p>　　根據(jù)GB150-1998式(5-1)，殼體的計(jì)算厚度為</p><p>　?。?-5） </p><p>　　式中： ——計(jì)算厚度，mm；</p><p&g

40、t;　　Pc——計(jì)算壓力，MPa，取Pc等于設(shè)計(jì)壓力，即Pc=3.3MPa；</p><p>　　Di——圓筒內(nèi)徑，mm；</p><p>　　[]t——許用應(yīng)力，MPa，當(dāng)厚度為2～60mm時(shí)，S30408在20以下的許用應(yīng)力為137MPa。</p><p>　　——焊接接頭系數(shù)，?=1.0。</p><p><b>　　代入數(shù)值

41、，得</b></p><p>　　小端殼體的計(jì)算厚度為δ1== 9.75mm</p><p>　　大端殼體的計(jì)算厚度為δ2== 14.63mm </p><p>　　對(duì)于S30408，鋼板負(fù)偏差C1=0.3mm，又腐蝕裕度C2=0，則</p><p>　　設(shè)計(jì)厚度： d1=+C2=9.75+0=9.75mm</p>

42、<p>　　d2=+C2=14.63+0=14.63mm</p><p>　　名義厚度：n1=d1+C1=9.75+0.3=10.05mm，經(jīng)圓整取n1=12mm</p><p>　　n2=d2+C1=14.63+0.3=14.93mm，經(jīng)圓整取n2=16mm</p><p>　　因此小端殼體、大端殼體的名義厚度分別可取δn1=12mm，δn2=16mm。

43、為制造方便和考慮經(jīng)濟(jì)成本，小端和大端殼體厚度以及斜錐殼都取δn=16mm。</p><p><b>　　3.2.4強(qiáng)度校核</b></p><p>　　由已知條件，殼程水壓試驗(yàn)壓力PT=4.13MPa，</p><p>　　則根據(jù)GB150-1998式（3-7）水壓試驗(yàn)的應(yīng)力為 </p><p><b>　　

44、（3-6）</b></p><p>　　式中：——試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力，MPa；</p><p>　　Di——圓筒內(nèi)直徑，mm；</p><p>　　PT——試驗(yàn)壓力，MPa；</p><p>　　——圓筒的有效厚度，=δn-C1- C2=16-0.3-0=15.7mm。</p><p>　　——材料的屈服

45、強(qiáng)度，=520MPa。</p><p><b>　　則</b></p><p>　　=159.90MPa</p><p>　　0.9=0.91.0MPa ，壁厚符合強(qiáng)度要求。</p><p><b>　　3.3封頭設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.3.1封頭的型式<

46、/p><p>　　壓力容器封頭的種類(lèi)較多，分為凸形封頭、錐殼、變徑段、平蓋及緊縮口等，其中凸形封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭和球冠形封頭。采用什么樣的封頭要根據(jù)工藝條件的要求、制造的難易程度和材料的消耗等情況來(lái)決定。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，它由半個(gè)橢球面和短圓筒組成，直邊段的作用是避免封頭和圓筒的連接焊縫出現(xiàn)經(jīng)向曲率半徑突變，以改善焊縫的受力狀況。封頭的橢球

47、部分經(jīng)線(xiàn)曲率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力分布比較勻，且橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成烈，是目前中、低壓容器中，應(yīng)用較多的封頭之一。</p><p>　　3.3.2封頭的壁厚</p><p>　　封頭選標(biāo)準(zhǔn)DN1200橢圓形封頭，材料與焊接方式和筒體相同，腐蝕余量C2=0mm，鋼板負(fù)偏差C1=0.3mm，則計(jì)算厚度按GB150-1998式（7-1）計(jì)算：</p><

48、p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　將Pc=Ps=3.3MPa，Di=1200mm，[]t=137MPa，?=1.0帶入式中，得</p><p>　　設(shè)計(jì)厚度： d=+C2=14.54+0=14.54mm</p><p>　　名義厚度： n=d+C1=14.54+0.3=14.84mm，經(jīng)圓整取n=16mm&l

49、t;/p><p>　　有效厚度： e=n-C1-C2=16-0.3-0=15.7mm</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的有效厚度應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的0.15%,但當(dāng)確定封頭厚度時(shí)已考慮了內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)問(wèn)題，可不受此限制。 </p><p>　　橢圓形封頭的最大允許工作力按GB150-1998式（7-3）計(jì)算：</p><p

50、><b>　　（3-8）</b></p><p>　　對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)K=1，則</p><p>　　該封頭滿(mǎn)足壓力要求，故取名義厚度n=16mm合適。</p><p>　　根據(jù)JB/T 4746-2002 《鋼制壓力容器用封頭》 ，封頭的標(biāo)記為</p><p>　　EHA 120016-S30408

51、 JB/T 4746</p><p><b>　　3.4 管板設(shè)計(jì)</b></p><p>　　管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一，用來(lái)排布換熱管、將管程與殼程的流體分開(kāi)，避免冷熱流體混合，并同時(shí)受管程壓力、殼程壓力和溫度的作用。</p><p>　　管板還是換熱器中的一個(gè)重要受壓元件。對(duì)管板的設(shè)計(jì)除了要滿(mǎn)足強(qiáng)度要求外，同時(shí)應(yīng)合理的考慮其結(jié)構(gòu)

52、設(shè)計(jì)。管板的合理設(shè)計(jì)對(duì)于正確選用和節(jié)約材料、減少加工制造的困難、降低成本、確保使用安全都具有重要意義。</p><p>　　管板的最小厚度除滿(mǎn)足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求外，當(dāng)管板和換熱器采用焊接時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的要求，且不小于12mm.若管板采用復(fù)合鋼板，其復(fù)合層的厚度應(yīng)不小于3mm。</p><p>　　3.4.1管板連接設(shè)計(jì)</p><p>　　（1）管板與殼體、管

53、箱的連接</p><p>　　管板與殼體的連接形式分為兩類(lèi)：一種是可拆式，一種是不可拆式。 U型管束換熱器僅有一塊管板，采用可拆式連接，本設(shè)計(jì)中管板通過(guò)墊片與殼體法蘭、管箱法蘭的連接，連接方式如下圖3-2：</p><p>　　圖3-2管板與殼體、管箱的連接方式</p><p>　?。?）換熱管與管板的連接形式 </p><p>　　換熱管與

54、換熱管的連接在管殼式換熱器的設(shè)計(jì)中是一個(gè)比較重要的結(jié)構(gòu)部分，它不僅給加工工作量大，而且必須使每個(gè)連接處在設(shè)備運(yùn)行中，保證無(wú)泄漏及能承受介質(zhì)壓力。從制造工況以及經(jīng)濟(jì)等方面考慮，本設(shè)計(jì)采用了強(qiáng)度焊加貼脹。</p><p>　　3.4.2管板設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　?。?）換熱器設(shè)計(jì)條件</p><p>　　殼程設(shè)計(jì)壓力Ps=3.3 MPa；管程設(shè)計(jì)壓力Pt=2.54

55、 MPa</p><p>　　管板設(shè)計(jì)溫度-90℃</p><p>　　殼程腐蝕裕量C2=0mm：管程腐蝕裕量C2=0mm</p><p><b>　　管程程數(shù)為2</b></p><p>　　換熱器小端公稱(chēng)直徑DN=800mm</p><p>　　換熱管外徑d=19mm</p>&

56、lt;p>　　換熱管壁厚δt=2mm</p><p>　　加持管板的殼程法蘭與管箱法蘭采用特殊設(shè)計(jì)的長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭環(huán)形密封面</p><p>　　墊片為八角墊環(huán)900／840，墊片基本密封寬度ｂ0，按GB150--1998表9-1選壓緊面形狀6，則</p><p>　　ｂ0===3.75mm</p><p>　　殼程側(cè)隔板槽深h＝4mm；

57、管程側(cè)隔板槽深ｈ＝4mm，管板強(qiáng)度削弱系數(shù)=0.4</p><p>　　符號(hào)： Ad——在布管區(qū)范圍內(nèi)，因設(shè)置隔板槽和拉桿結(jié)構(gòu)的需要，而未能被換熱管支承的面積，mm2；</p><p>　　S——換熱管中心距，mm；</p><p>　　Sn——隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距，mm；</p><p>　　n’——沿隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)，n’=31

58、；</p><p>　　n——U型管的數(shù)量，n=704/2=352；</p><p>　　At——管板布管區(qū)面積，mm2；</p><p>　　Dt——管板布管區(qū)當(dāng)量直徑，mm2；</p><p>　　DG——墊片壓緊作用圓直徑，mm；</p><p>　　Cc——系數(shù)，由1/查GB151-1999圖19；</p

59、><p>　　Pd——管板的設(shè)計(jì)壓力，MPa；</p><p>　　n——U形管根數(shù)，管板開(kāi)孔數(shù)為2n；</p><p>　　d——換熱管外徑，mm；</p><p>　　ps——?dú)こ淘O(shè)計(jì)壓力，MPa；</p><p>　　Pt——管程設(shè)計(jì)壓力，MPa；</p><p>　　pd——管板設(shè)計(jì)壓力，M

60、Pa；</p><p>　　a——一根換熱管管壁金屬的橫截面積，mm2；</p><p>　　——設(shè)計(jì)溫度下，換熱管許用應(yīng)力，=137MPa；</p><p>　　——設(shè)計(jì)溫度下，管板材料的許用應(yīng)力，=137MPa；</p><p>　　q——管熱管與管板連接的拉脫力，MPa；</p><p>　　[q]——許用拉脫力

61、，由[2]知,[q]=0.5=0.5137MPa=68.5MPa；</p><p>　　l——換熱管與管板脹接長(zhǎng)度或焊腳高度，mm；</p><p>　　——換熱管壁厚，mm；</p><p><b>　　R——半徑，mm；</b></p><p>　　——管板強(qiáng)度削弱系數(shù)，一般可取=0.4</p><

62、;p>　　Ps——?dú)こ淘O(shè)計(jì)壓力，MPa；</p><p>　　Pt——管程設(shè)計(jì)壓力，MPa。</p><p><b>　　（2）計(jì)算</b></p><p>　　a)根據(jù)布管尺寸計(jì)算Ad 、At、Dt；根據(jù)法蘭連接密封面型式和墊片尺寸計(jì)算DG。</p><p>　　由GB151-1999第5章知，雙管程管板，對(duì)于三

63、角形排列，</p><p>　　Ad=n’S(Sn-0.866S) （3-9）</p><p>　　= 3125(38-0.866×25)=12671.25mm2</p><p>　　管板布管區(qū)面積為 </p><p>　　At=1.732nS2+A

64、d （3-10）</p><p>　　=1.732×352×252+12671.25=393711.15mm2</p><p><b>　　管板布管區(qū)當(dāng)量直徑</b></p><p>　　Dt=

65、 （3-11）</p><p><b>　　708.02mm</b></p><p>　　根據(jù)GB150-1998第9.5.1條，ｂ0=3.756.4mm，則墊片有效密封寬度b=b0=3.75mm,DG等于墊片接觸的平均直徑，即</p><p>　　DG==870mm。</p>

66、<p>　　b)計(jì)算，以1/查表22得Ｃc，或以1/查圖19，由縱坐標(biāo)軸上直接查得Ｃc。</p><p><b>　　R===435mm</b></p><p><b>　?。?-12）</b></p><p><b>　　==0.814</b></p><p>　　

67、則=1.229,利用插值法查GB151-1999表22，得Cc=0.2750</p><p>　　c)確定管板設(shè)計(jì)壓力 </p><p>　　取下列兩者中的較大者： Pd=|Ps|或Pd=|Pt|</p><p>　　根據(jù)已知條件Ps=3.3 MPa，Pt=2.54 MPa,則Pd=3.3 MPa</p><p><b>　　d)

68、管板計(jì)算厚度</b></p><p>　　由GB151-1999式（19），得</p><p><b>　　（3-13） </b></p><p>　　=0.82870=91.80mm</p><p>　　根據(jù)GB151一1999管板的名義厚度不小于下列三者之和：</p><p>　　

69、i、管板的計(jì)算厚度或最小厚度，取大者；</p><p>　　ii、殼程腐蝕裕量或結(jié)構(gòu)開(kāi)槽深度，取大者；</p><p>　　iii、管程腐蝕裕量或分程隔板槽深度，取大者：</p><p>　　所以，=[MAX(,)+MAX(C2，h1)＋MAX(C2,h2）]</p><p>　　=91.80+4+4=99.80mm</p>&

70、lt;p><b>　　圓整取100mm</b></p><p>　　整體管板的有效厚度指分程隔板槽底部的管板厚度減去下列二者之和</p><p>　　i、管程腐蝕裕量超出管程隔板槽深度的部分；</p><p>　　ii、殼程腐蝕裕度與管板在殼程側(cè)的結(jié)構(gòu)開(kāi)槽深度二者中的較大值。</p><p><b>　　

71、e)換熱管軸向應(yīng)力</b></p><p>　　一根換熱管管壁金屬的橫截面積a為</p><p>　?。幔?d-) （3-14）</p><p><b>　　=106.81mm</b></p><p><b>　?。?

72、-15）</b></p><p>　　按三種工況分別計(jì)算換熱管的軸向應(yīng)力：</p><p>　　只有殼程設(shè)計(jì)壓力=3.3MPa，管程設(shè)計(jì)壓力=0，此時(shí)</p><p>　　只有管程設(shè)計(jì)壓力=2.54MPa，殼程設(shè)計(jì)壓力為=0，此時(shí)</p><p>　　殼程設(shè)計(jì)壓力和管程設(shè)計(jì)壓力同時(shí)作用，此時(shí)</p><p>

73、;　　以上三種工況下計(jì)算值的絕對(duì)值均小于換熱管設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力=112MPa。</p><p>　　f)換熱管與管板連接的拉脫力</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　其中取三種工況的絕對(duì)值最大者，即</p><p>　　根據(jù)GB151-1999第5.8.4的規(guī)定，取l=3mm，由此得

74、：</p><p><b>　　=5.23MPa</b></p><p><b>　　滿(mǎn)足要求。</b></p><p><b>　　3.5管箱設(shè)計(jì)</b></p><p>　　管箱的作用是把從管道輸送來(lái)的流體均勻地分布到各換熱管內(nèi)，和把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器，在多管程換

75、熱器中，管箱還起到改變介質(zhì)的流向的作用，本設(shè)計(jì)選用封頭管箱。</p><p><b>　　3.5.1管箱短節(jié)</b></p><p>　　管箱短節(jié)計(jì)算按GB150-1998第5章的有關(guān)規(guī)定。管箱圓筒的最小厚度按GB151-1999的5.3.2規(guī)定。管箱直徑與筒體小端相同，為800mm。設(shè)計(jì)溫度為-90，取設(shè)計(jì)壓力pc=pt=2.54MPa，查材料表，得S30408在2

76、0的許用應(yīng)力[]t=137MPa。焊接為雙面對(duì)焊，100無(wú)損檢測(cè)，焊縫接頭系數(shù)=1，腐蝕余量C2=0，鋼板負(fù)偏差C1=0.3mm。</p><p>　　計(jì)算厚度： ==7.49mm</p><p>　　設(shè)計(jì)厚度： d=+C2=7.49+0=7.49mm</p><p>　　名義厚度： n=d+C1=7.49+0.3=7.79mm，經(jīng)圓整取n=12mm&l

77、t;/p><p>　　有效厚度： e=n-C1-C2=12-0.3-0=11.7mm</p><p>　　水壓試驗(yàn)壓力由GB150-1998式（3-3），得</p><p><b>　?。?-17）</b></p><p><b>　　3.175MPa</b></p><p>

78、;　　材料屈服應(yīng)力： =520MPa</p><p>　　水壓試驗(yàn)應(yīng)力由GB150-1998式（3-7），得</p><p><b>　?。?-18）</b></p><p><b>　　水壓試驗(yàn)校核：</b></p><p>　　，故壁厚滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。</p><p>&

79、lt;b>　　3.5.2管箱封頭</b></p><p>　　采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其計(jì)算厚度按式（3-7）計(jì)算。</p><p>　　將Pc=Pt=2.54MPa，Di=800mm，[]t=137MPa，?=1.0帶入式(3-7)中，得</p><p>　　設(shè)計(jì)厚度： d=+C2=7.45+0=7.45mm</p><p&g

80、t;　　名義厚度： n=d+C1=7.45+0.3=7.75mm，為制造方便，取n與管箱筒體設(shè)計(jì)厚度相等，即n=12mm</p><p>　　有效厚度： e=n-C1-C2=12-0.3-0=11.7mm</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的有效厚度應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的0.15%,但當(dāng)確定封頭厚度時(shí)已考慮了內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)問(wèn)題，可不受此限制。</p><p>

81、;　　橢圓形封頭的最大允許工作力按GB150-1998式（7-3）計(jì)算：</p><p><b>　　（3-19）</b></p><p>　　對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)K=1，則</p><p>　　該封頭滿(mǎn)足壓力要求，故取名義厚度n=12mm合適。</p><p>　　由JB/T 4746-2002《鋼制壓力容器

82、用封頭》，封頭的標(biāo)記為</p><p>　　EHA 80012- S30408 JB/T 4746</p><p>　　4.換熱器其他各部件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1進(jìn)出口接管設(shè)計(jì)</p><p><b>　　符號(hào)：</b></p><p>　　A——開(kāi)孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積，m；</p

83、><p>　　B——補(bǔ)強(qiáng)有效寬度，mm；</p><p>　　C——厚度附加量，mm；</p><p>　　D——?dú)んw內(nèi)直徑，mm；</p><p>　　d——開(kāi)孔直徑，圓形孔取接管內(nèi)直徑加兩倍厚度附加量，橢圓形或長(zhǎng)圓形孔取所考慮平面上的尺寸（弦長(zhǎng)，包括厚度附加量）,mm；</p><p>　　fr——強(qiáng)度削弱系數(shù)，等于設(shè)

84、計(jì)溫度下接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比，；</p><p>　　h1——接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度，mm；</p><p>　　h2——接管內(nèi)側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度，mm；</p><p>　　pc——計(jì)算壓力，MPa；</p><p>　　——?dú)んw開(kāi)孔處的計(jì)算厚度，mm；</p><p>　　——?dú)んw開(kāi)孔處的有效厚度，mm；<

85、;/p><p>　　——接管有效厚度，mm；</p><p>　　——?dú)んw開(kāi)孔處的名義厚度，mm；</p><p>　　——接管名義厚度，mm；</p><p>　　——接管計(jì)算厚度，mm；</p><p>　　——設(shè)計(jì)溫度下殼體材料的許用應(yīng)力，MPa；</p><p>　　——鋼材標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限

86、值，MPa；</p><p>　　——鋼材標(biāo)準(zhǔn)屈服點(diǎn)，MPa；</p><p><b>　　——焊接接頭系數(shù)。</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法。</p><p>　　4.1.1管箱進(jìn)出口接管設(shè)計(jì)與開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算</p><p>　　由于管程走的是乙烯，根據(jù)GB/T 17395-2

87、008以及HG/T 20615-2009，設(shè)計(jì)管程進(jìn)出口接管外徑為168.3mm,壁厚為9mm,鋼管公稱(chēng)直徑為150mm。材料為S30408，20以下許用應(yīng)力=137MPa，鋼管負(fù)偏差C1=0.3mm,腐蝕余量C2=0。</p><p>　　接管計(jì)算厚度按下列公式計(jì)算</p><p><b>　?。?-1） </b></p><p>　　式中：

88、di——接管內(nèi)徑，di=168.3-92=150.3mm；</p><p>　　pc——設(shè)計(jì)壓力，取pc==2.54MPa；</p><p>　　——焊接接頭系數(shù)，；</p><p>　　——材料的許用應(yīng)力，MPa；</p><p><b>　　則計(jì)算厚度</b></p><p>　　名義厚度:

89、=9mm</p><p><b>　　有效厚度: =</b></p><p><b>　　開(kāi)孔直徑：</b></p><p><b>　　強(qiáng)度削弱系數(shù):</b></p><p>　　開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按GB150-1998式（8-1）計(jì)算：</p><p>

90、;<b>　　(4-2)</b></p><p>　　= =1130.24mm2 </p><p>　　有效寬度B按GB150-1998式（8-7）計(jì)算,取二者中較大值：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　

91、?。?-4）</b></p><p>　　故B=301.8mm</p><p>　　接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度:</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　接管內(nèi)側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度：h2=0</p><p>　　管箱筒體多余金屬面積：</p><p&

92、gt;<b>　?。?-6） </b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=635.29mm2</p><p><b>　　接管多余金屬面積：</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><

93、p><b>　　=</b></p><p>　　=537.27mm2</p><p>　　接管區(qū)焊縫面積（焊腳取6.0mm）：</p><p><b>　　mm2</b></p><p><b>　　有效補(bǔ)強(qiáng)面積：</b></p><p><

94、b>　　2</b></p><p>　　由于，則開(kāi)孔后不需要另行補(bǔ)強(qiáng)。</p><p>　　4.1.2殼程進(jìn)口接管設(shè)計(jì)與開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算</p><p>　　根據(jù)GB/T 17395-2008以及HG/T 20615-2009，設(shè)計(jì)殼程進(jìn)口接管外徑為48.3mm,壁厚為4mm,鋼管公稱(chēng)直徑為40mm。材料為S30408，20以下許用應(yīng)力=137MPa，

95、鋼管負(fù)偏差C1=0.3mm,腐蝕余量C2=0。</p><p>　　接管計(jì)算厚度按式（4-1）計(jì)算，其中設(shè)計(jì)壓力pc=ps=3.3MPa, 接管內(nèi)徑di=48.3-42=40.3mm，則</p><p>　　名義厚度: =4mm</p><p><b>　　有效厚度: =</b></p><p>　　根據(jù)GB150-19

96、98第8.3條規(guī)定，可知不必補(bǔ)強(qiáng)。</p><p>　　4.1.3殼程出口接管設(shè)計(jì)與開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算</p><p>　　根據(jù)GB/T 17395-2008以及HG/T 20615-2009，設(shè)計(jì)殼程進(jìn)口接管外徑為139.7mm,壁厚為7mm,鋼管公稱(chēng)直徑為125mm。材料為S30408，20以下許用應(yīng)力=137MPa，鋼管負(fù)偏差C1=0.3mm,腐蝕余量C2=0。</p>&l

97、t;p>　　接管計(jì)算厚度按式（4-1）計(jì)算，其中設(shè)計(jì)壓力pc=ps=3.3MPa, 接管內(nèi)徑di=139.7-72=125.7mm，則</p><p>　　名義厚度: =7mm</p><p><b>　　有效厚度: =</b></p><p><b>　　開(kāi)孔直徑：</b></p><p>

98、<b>　　強(qiáng)度削弱系數(shù):</b></p><p>　　開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按GB150-1998式（8-1）計(jì)算：</p><p>　　= =1847.77mm2 </p><p>　　有效寬度B按GB150-1998式（8-7）計(jì)算,取二者中較大值：</p><p>　　故B=

99、252.6mm</p><p>　　接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度: </p><p>　　接管內(nèi)側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度：h2=0</p><p>　　大端殼體多余金屬面積：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　=135.14mm2</p><p><b>

100、　　接管多余金屬面積：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=307.41mm2</p><p>　　接管區(qū)焊縫面積（焊腳取6.0mm）：</p><p><b>　　mm2</b></p><p><b>　　有效補(bǔ)強(qiáng)面

101、積：</b></p><p><b>　　2</b></p><p><b>　　所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積：</b></p><p>　　=1847.77-478.55=1369.22mm2</p><p><b>　　采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)。</b></p><

102、;p>　　根據(jù)接管公稱(chēng)直徑DN125選補(bǔ)強(qiáng)圈，參照補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)JB/T 4736-2002 取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑D‘=250mm,內(nèi)徑d’=143mm。因B=252.6mmD’,補(bǔ)強(qiáng)圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。</p><p><b>　　補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為</b></p><p><b>　　2</b></p><p>　　考慮鋼板負(fù)偏差

103、并經(jīng)圓整，去補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度為14mm。但為便于制造時(shí)準(zhǔn)備材料，補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度也可取為大端殼體的厚度，即=16mm。</p><p><b>　　4.2接管法蘭設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.2.1 接管法蘭的選取</p><p>　　根據(jù)HG/T 20615-2009，管口規(guī)格以及接管法蘭的選擇見(jiàn)下表4-1。</p><

104、;p>　　表4-1管口規(guī)格以及接管法蘭的選擇</p><p>　　根據(jù)HG/T 20615-2009，法蘭密封面尺寸見(jiàn)圖4-1和表4-2所示，選取接管法蘭的結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)下表4-3。</p><p>　　圖4-1 Class300（PN50）突面法蘭的密封面尺寸</p><p>　　表4-2 突面法蘭的密封面尺寸 （mm）</p>&l

105、t;p>　　圖4-2 法蘭的連接尺寸</p><p>　　圖4-3 帶頸對(duì)焊鋼制管法蘭（WN）尺寸</p><p>　　表4-3 接管法蘭的結(jié)構(gòu)參數(shù) （mm）</p><p>　　4.2.2 墊片的選取</p><p>　　根據(jù)HG/T 20635-2009 《鋼制管法蘭、墊片、緊固件選配規(guī)定》,選用

106、金屬包覆墊片，金屬包覆層材料為0Cr18Ni9，填充材料為柔性石墨。墊片的型式如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 墊片的型式</p><p>　　根據(jù)HG/T 20630-2009 《鋼制管法蘭用金屬包覆墊片》,墊片的尺寸如下表4-4所示。</p><p>　　表4-4 墊片的尺寸 (mm)</p><

107、p>　　4.2.3 緊固件的選用</p><p>　　根據(jù)HG/T 20635-2009 《鋼制管法蘭、墊片、緊固件選配規(guī)定》,選用全螺紋螺柱，材料為0Cr18Ni9。管法蘭用全螺紋螺柱的型式如圖4-5。</p><p>　　圖4-5 全螺紋螺柱</p><p>　　根據(jù)HG/T 20634-2009《鋼制管法蘭用緊固件》，與全螺紋螺柱配合使用的螺母（管法蘭專(zhuān)

108、用螺母），其型式和尺寸分別如圖4-6和表4-5所示。</p><p>　　圖4-6 管法蘭專(zhuān)用螺母</p><p>　　表4-5 管法蘭專(zhuān)用螺母尺寸 (mm)</p><p>　　4.2 設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1 法蘭的選取</p><p>　　壓力容器的可拆密封裝置形

109、式很多，如中低壓容器中的螺紋連接、承插式連接和螺栓法蘭連接等，其中以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配比較方便的螺栓法蘭連接用得最普通。螺栓法蘭連接主要由法蘭、螺栓和墊片組成。本次設(shè)計(jì)管板與管箱和殼體的連接采用螺栓法蘭連接，又由于長(zhǎng)頸對(duì)焊凸凹密封面法蘭，連接強(qiáng)度很好，安裝時(shí)易于對(duì)中，還能有效的防止墊片擠出壓緊面，并且利于密封，適用于PN的壓力容器法蘭，故采用長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭。</p><p>　　圖4-7 凹凸密封面</p>

110、<p>　　根據(jù)JB/T 4703-2000,法蘭的尺寸見(jiàn)表4-6。</p><p><b>　　表4-6 法蘭尺寸</b></p><p>　　4.2.2墊片的選取</p><p>　　一般情況下非金屬軟墊片適用于甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭、長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，法蘭密封面形式為光滑密封而和凹凸密封面，纏繞墊片適用于乙型平焊法蘭、長(zhǎng)頸對(duì)

111、焊法蘭，法蘭密封面形式為光滑密封面、凹凸密封面、榫槽密封面。金屬包墊片適用于乙型平焊法蘭和長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，法蘭密封面形式為光滑密封面、凹凸密封面、榫槽密封面。</p><p>　　墊片的外徑D、內(nèi)徑d，按相應(yīng)墊片標(biāo)準(zhǔn)選取。也可按所選用的法蘭的密封面形式、尺寸定取，這時(shí)可由公稱(chēng)直輕定墊片的內(nèi)徑d，在參考標(biāo)準(zhǔn)給出的法蘭墊片寬度求得墊片外徑D。</p><p>　　墊片的選擇要綜合考慮操作介質(zhì)的性

112、質(zhì)、操作壓力、操作溫度以及需要密封程度，對(duì)墊片本身要考慮墊片性能，壓緊面形式，螺栓力大小以及拆裝后復(fù)用的次數(shù)，對(duì)高溫高壓的情況一般多采用金屬墊片，中溫中壓可采用金屬與非金屬組合式或非金屬墊片，中、低壓情況多采用非金屬墊片，高真空或深冷溫度下以采用金屬墊片為宜。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)條件要求，過(guò)冷器屬于中壓容器，但工作溫度比較低，所以采用金屬墊片，材料為0Cr18Ni9。根據(jù)JB/T 4706-2000，墊

113、片的尺寸見(jiàn)下表4-7。</p><p><b>　　圖4-8 墊片</b></p><p>　　表4-7 墊片的尺寸 mm</p><p>　　標(biāo)記： 墊片 G-800-4.0 JB/T 4706-2000</p><p>　　4.2.3螺柱的選取</p>

114、<p>　　根據(jù)JB/T 4707-2000,本設(shè)計(jì)采用的等長(zhǎng)雙頭螺柱為A型螺柱，材料為35CrMoA，見(jiàn)圖4-8所示。</p><p><b>　　圖4-9 A型螺柱</b></p><p>　　螺柱的基本尺寸見(jiàn)表4-8所示。</p><p>　　表4-8 螺柱尺寸

115、 mm</p><p>　　標(biāo)注：螺柱 M27 300-A JB/T 4707 -2000</p><p><b>　　4.3 支持板</b></p><p>　　由于過(guò)冷器帶有蒸發(fā)空間，故換熱器不需設(shè)置折流板，但換熱管無(wú)支撐跨距超過(guò)GB151-1999表42規(guī)定，則應(yīng)設(shè)置支持板，用來(lái)支撐換熱管，以防止換熱管產(chǎn)生過(guò)大的撓度。同時(shí)，設(shè)置支持板

116、對(duì)于增加管間流速,提高傳熱效果也具有一定的作用。當(dāng)換熱管過(guò)長(zhǎng)，而管子承受的壓應(yīng)力過(guò)大時(shí)，在滿(mǎn)足換熱器殼程允許壓降的情況下，增加支持板的數(shù)量，減小支持板的間距，對(duì)緩解換熱管的受力狀況和防止流體流動(dòng)誘發(fā)振動(dòng)有一定的作用。而且，設(shè)置支持板也有利于換熱管的安裝。</p><p>　　支持板的形式有弓形、圓盤(pán)-圓環(huán)形兩種。最常用的是弓形支持板。弓形支持板有單弓形、雙弓形和三弓形，大部分換熱器都采用單弓形支持板，本換熱器也采

117、用單弓形支持板。</p><p>　　4.3.1 支持板的尺寸</p><p>　?。?）支持板缺口高度</p><p>　　弓形支持板缺口高度應(yīng)使流體通過(guò)缺口時(shí)與橫過(guò)管束時(shí)的流速相近。缺口大小用切去的弓形弦高占圓簡(jiǎn)內(nèi)直徑的百分比來(lái)確定，缺口弦高h(yuǎn)值，宜取0.20～0.45倍的圓筒內(nèi)直徑。取圓缺率為0.3，則h=0.3800=240mm。單弓形支持板缺口見(jiàn)圖4-9。

118、</p><p>　　圖4-9 單弓形支持板缺口</p><p>　　弓形支持板的缺口可按圖4-10切在管排中心線(xiàn)以下，或切于兩排管孔的小橋之間。</p><p>　　圖4-10 弓形支持板缺口 </p><p>　?。?）支持板的最小厚度</p><p>　　支持板最小厚度按GB151-1999表34選取。</

119、p><p>　　取換熱管無(wú)支撐跨距l(xiāng)為700mm，則支持板厚度為8mm。</p><p><b>　　(3）支持板板孔</b></p><p>　　該換熱器采用不銹鋼I級(jí)管束，按照GB151-1999表35的規(guī)定，支持板管孔直徑及允許偏差為：</p><p>　　管孔直徑= d + 0.7 = 19 + 0.7 = 19.7

120、mm</p><p>　　允許偏差為：+0.30</p><p><b>　　0</b></p><p>　?。?）支持板外直徑及允許偏差</p><p>　　支持板外直徑及允許偏差應(yīng)符合GB151-1999表41規(guī)定。</p><p>　　公稱(chēng)直徑：800mm；</p><p

121、>　　支持板名義外直徑：800-4.5=795.5mm </p><p>　　支持板外直徑允許偏差：0</p><p><b>　　-0.8</b></p><p>　　4.3.2支持板的布置</p><p>　　支持板一般應(yīng)按等間距布置，管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進(jìn)、出口接管。</p><

122、p>　　臥式換熱器的殼程為單相清潔流體時(shí)，折流板缺口應(yīng)水平上下布置，若氣體中含有少量液體時(shí)，則應(yīng)在缺口朝上的支持板的最低處開(kāi)通液口，如圖4-10(a)：若液休中含有少量氣體時(shí)，則應(yīng)在缺口朝下的支持板最高處開(kāi)通氣口，如圖4-10(b)。臥式換熱器、冷凝器和重沸器的殼程介質(zhì)為氣、液相共存或液體中含有固體物料時(shí)，支持板缺口應(yīng)垂直左右布置，并在支持板最低處開(kāi)通液口，如圖4-10（c)，本次設(shè)計(jì)采用圖4-10(c）所示結(jié)構(gòu)。</p&g