浮頭式和管板式換熱器設(shè)計(jì)論文.doc

南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）目 錄前 言1第一章 換熱器概述21.1換熱器發(fā)展趨勢(shì)21.2浮頭式換熱器簡(jiǎn)介21.3浮頭換熱器的特點(diǎn)31.4固定管板式換熱器簡(jiǎn)介31.5固定管板式換熱器的特點(diǎn)4第二章 換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸52.1設(shè)計(jì)方案52.2確定物性數(shù)據(jù)52.3估計(jì)傳熱面積5 2.3.1 熱流量6 2.3.3 傳熱面積6 2.3.4 冷卻水用量62.4工藝結(jié)構(gòu)尺寸6 2.4.1 管徑和管內(nèi)流速6 2.4.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)7 2.4.4殼體內(nèi)徑7第三章 固定管板式換熱器的設(shè)計(jì)143.1殼體和管箱材料的選擇143.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14 3.2.1接管14 3.2.2分程隔板14 3.2.3折流板15 3.2.4墊片選擇15 3.2.5臥式支座的選擇153.3強(qiáng)度的計(jì)算16 3.3.1筒體壁厚計(jì)算16 3.3.2封頭、短節(jié)厚度計(jì)算16 3.3.3開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算17 3.3.4固定管板計(jì)算19第四章 浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)224.1殼體和管箱材料的選擇224.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22 4.2.1浮頭管板及鉤圈法蘭結(jié)構(gòu)設(shè)定22 4.2.2接管22 4.2.3分程隔板23 4.2.4折流板23 4.2.5管箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24 4.2.6墊片選擇24 4.2.7臥式支座的選擇244.3強(qiáng)度的計(jì)算24 4.3.1筒體壁厚計(jì)算24 4.3.2封頭、短節(jié)厚度計(jì)算25 4.3.3開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算27 4.3.4 管板計(jì)算28第五章 小結(jié)33參考文獻(xiàn)34致謝35前 言在石油、化工、輕工、制藥、能源等工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻，把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。這些過(guò)程均和熱量傳遞有著密切聯(lián)系，因而均可以通過(guò)換熱器來(lái)完成。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種不同型式和種類(lèi)的換熱器發(fā)展很快，新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。為了適應(yīng)發(fā)展的需要，我國(guó)對(duì)某些種類(lèi)的換熱器已經(jīng)建立了標(biāo)準(zhǔn)，形成了系列。換熱器的應(yīng)用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機(jī)裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它還廣泛應(yīng)用于化工、石油、動(dòng)力和原子能等工業(yè)部門(mén)。它的主要功能是保證工藝過(guò)程對(duì)介質(zhì)所要求的特定溫度，同時(shí)也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。換熱器既可是一種單元設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的換熱器。換熱器是化工生產(chǎn)中重要的單元設(shè)備，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，熱交換器的噸位約占整個(gè)工藝設(shè)備的20%有的甚至高達(dá)30%，其重要性可想而知。由于換熱器在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中所占的重要作用，根據(jù)已知數(shù)據(jù)求得換熱器的類(lèi)型、工藝結(jié)構(gòu)、機(jī)械結(jié)構(gòu)也是非常重要的，以便更好的了解乃至去生產(chǎn)合格、優(yōu)良的換熱器。本課題以管板式和浮頭式換熱器為例，通過(guò)查閱資料，進(jìn)行相關(guān)整理，將設(shè)計(jì)換熱器的設(shè)計(jì)過(guò)程以及方法展示出來(lái)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我盡量采用較新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，做到既滿足設(shè)計(jì)要求，又使結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低成本，以提高經(jīng)濟(jì)效益為主，力爭(zhēng)使產(chǎn)品符合生產(chǎn)實(shí)際需要，適合市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。同時(shí)為了使本次設(shè)計(jì)能夠進(jìn)行順利，我在設(shè)計(jì)前參閱了許多有關(guān)書(shū)籍和英文文獻(xiàn)，并做了一定的摘要。第一章 換熱器概述1.1換熱器發(fā)展趨勢(shì)由于國(guó)防工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，換熱器操作條件日趨苛刻迫切需要新的耐磨損、耐腐蝕、高強(qiáng)度材料。近年來(lái)國(guó)內(nèi)在節(jié)能增效等方面改進(jìn)換熱器性能，提高傳熱效率，減少傳熱面積降低壓降，提高裝置熱強(qiáng)度等方面的研究取得了顯著成績(jī)。換熱器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效益提高。隨著工業(yè)的高速發(fā)展，換熱器技術(shù)技術(shù)必將迅速的發(fā)展。就目前情況分析，換熱器的基本發(fā)展趨勢(shì)是：提高傳熱效率，提高緊湊性，降低材料消耗，增強(qiáng)承受高溫、高壓、超低溫及耐腐蝕能力，保證互換性及擴(kuò)大容量的靈活性，通過(guò)減少污塞以減少操作事故，從選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)行操作等方面增長(zhǎng)使用壽命并在廣泛的范圍內(nèi)向大型化發(fā)展1。1.2浮頭式換熱器簡(jiǎn)介下面是浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖1-1浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-封頭；2-管箱接管；3-管箱法蘭；4-墊片；5-管板；6-筒體法蘭；7-補(bǔ)償圈；8-筒體；9-折流板；10-換熱管；11-拉桿；12-鞍座；13-分程隔板 管殼式換熱器是把換熱器與管板連接，再用殼體固定。固定管板式換熱器和浮頭式換熱器都屬于管殼式換熱器。固定管板式換熱器的兩端管板，采用焊接方式與殼體連接固定。浮頭式換熱器的一端管板與殼體固定，而另一端的管板可在殼體內(nèi)自浮頭式換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱時(shí)，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完全消除了溫差應(yīng)力。浮頭式換熱器浮頭端結(jié)構(gòu)，它包括圓筒、外頭蓋側(cè)法蘭、浮頭管板、鉤圈、浮頭蓋、外頭蓋及絲孔、鋼圈等組成，其特征是：在外頭蓋側(cè)法蘭內(nèi)側(cè)面設(shè)凹型或梯型密封面，并在靠近密封面外側(cè)鉆孔并套絲或焊設(shè)多個(gè)螺桿均布，浮頭處取消鉤圈及相關(guān)零部件，浮頭管板密封槽為原凹型槽并另在同一端面開(kāi)一個(gè)以該管板中心為圓心，半徑稍大于管束外徑的梯型凹槽，且管板分程凹槽只與梯型凹槽相連通，而不與凹型槽相連通；在凹型和梯型凹槽之間鉆孔并套絲或焊設(shè)多個(gè)螺桿均布，設(shè)浮頭法蘭為凸型和梯型凸臺(tái)雙密封，分程隔板與梯型凸臺(tái)相通并位于同一端面的寬面法蘭，且凸型和梯型凸臺(tái)及分程隔板分別與浮頭管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽相對(duì)應(yīng)匹配，該浮頭法蘭與無(wú)折邊球面封頭組配焊接為浮頭蓋，其法蘭螺孔與浮頭管板的絲孔或螺桿相組配，用螺栓或螺帽緊固壓緊浮頭管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽及其墊片，該結(jié)構(gòu)必要時(shí)可適當(dāng)加大浮頭管板的厚度和直徑及圓筒的內(nèi)徑，同時(shí)相應(yīng)變更加大相關(guān)零部件的尺寸；另配置一無(wú)外力輔助鋼圈，其圈體內(nèi)徑大于浮頭管板外徑，鋼圈一端設(shè)法蘭與外頭蓋側(cè)法蘭內(nèi)側(cè)面凹型或梯型密封面連接并密封，另一端設(shè)法蘭或其他結(jié)構(gòu)與浮頭管板原凹型槽及其墊片或外圓密封2。1.3浮頭換熱器的特點(diǎn)浮頭式換熱器的一端管板固定在殼體與管箱之間，另一端管板可以在殼體內(nèi)自由移動(dòng)，這個(gè)特點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)能看出來(lái)。這種換熱器殼體和管束的熱膨脹是自由的，管束可以抽出，便于清洗管間和管內(nèi)。管束在使用過(guò)程中由溫差膨脹而不受殼體約束，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高（比固定管板高20%），在運(yùn)行中浮頭處發(fā)生泄漏，不易檢查處理。浮頭式換熱器適用于殼體和管束溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的條件2。1.4固定管板式換熱器簡(jiǎn)介下面是一個(gè)固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)圖：圖1-1 固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)圖 1-封頭；2-管箱接管；3-管箱法蘭；4-墊片；5-管板；6-筒體法蘭；7-補(bǔ)償圈；8-筒體；9-折流板；10-換熱管；11-拉桿；12-鞍座；13-分程隔板固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí)，在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個(gè)補(bǔ)償圈，（或膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來(lái)補(bǔ)償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結(jié)垢的物料1。固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在殼體中設(shè)置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進(jìn)出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程進(jìn)出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長(zhǎng)度設(shè)置了若干塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)1。固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，殼程也可以分成雙程，規(guī)格范圍廣，故在工程上廣泛應(yīng)用。殼程清洗困難，對(duì)于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不宜采用。當(dāng)膨脹之差較大時(shí)，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。1.5固定管板式換熱器的特點(diǎn)固定管板式換熱器的特點(diǎn)有：（1）、旁路滲流較小；（2）、造價(jià)低；（3）、無(wú)內(nèi)漏；(4)、固定管板式換熱器的缺點(diǎn)是，殼體和管壁的溫差較大，易產(chǎn)生溫差力，殼程無(wú)法清洗，管子腐蝕后連同殼體報(bào)廢，設(shè)備壽命較低，不適用于殼程易結(jié)垢場(chǎng)合2 3。第二章 換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸2.1設(shè)計(jì)方案固定管板式換熱器和浮頭式換熱器同屬管殼式換熱器，從操作壓力上看，應(yīng)使氣體走管程，冷卻水走殼程。但由于冷卻水比較容易結(jié)垢，若流速太低，將會(huì)加快污垢生長(zhǎng)速度，使換熱器傳熱能力下降，所以從整體考慮，應(yīng)使冷卻水走管程，干空氣走殼程4。2.2確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：對(duì)于一般氣體和水登低黏度流體，其定性溫度可取體進(jìn)出口溫度的平均值。故殼程混合氣體的定性溫度為（）管程流體的定性溫度為（）殼程氣體在105下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 = 763.4 kg/m 定壓比熱容 = 1.95 kJ/kg 熱導(dǎo)率 = 0.112 W/m 黏度 = 8.7810 Pas冷卻水在30下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 = 995.7 kg/m定壓比熱容 = 4.174 kJ/kg 熱導(dǎo)率 = 0.618 W/m 黏度 = 8.0110 Pas換熱器的設(shè)計(jì)，首先要根據(jù)生產(chǎn)工藝條件的要求，通過(guò)化工工藝計(jì)算，確定換熱的傳熱面積，同時(shí)選擇管徑、管長(zhǎng)、決定管數(shù)、管程數(shù)和殼程數(shù). 2.3估計(jì)傳熱面積2.3.1 熱流量根據(jù)，有 2.3.2 平均傳熱溫差先按純逆流計(jì)算，根據(jù),有2.3.3 傳熱面積 由于殼程氣體的壓力較高，故可選取較大的K值。假設(shè) K=320W/(k)則估算的傳熱面積為2.3.4 冷卻水用量2.4工藝結(jié)構(gòu)尺寸2.4.1管徑和管內(nèi)流速選用252.5較高級(jí)冷拔傳熱管，取管內(nèi)流速=1m/s2.4.2管程數(shù)和傳輸管數(shù) 因?yàn)閾Q熱管的換熱是依靠傳熱管構(gòu)成傳熱面來(lái)進(jìn)行，所以管子的尺寸、形狀對(duì)傳熱有很大影響。同時(shí)。管子的大小。管子的排列對(duì)清潔污垢非常重要4。 可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) （根） 按單管程計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為 根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用非標(biāo)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)=8m，則該換熱器的管程數(shù)為 （管程）傳熱管總根數(shù)（根）2.4.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均溫差校正系數(shù) 按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查溫差校正系數(shù)圖，有平均傳熱溫差平均傳熱溫差由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適4。2.4.4殼體內(nèi)徑傳熱管排列和分程方法采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距，則t=1.2525=31.2532（mm）隔板中心到離其最近一排管中心距離各程相鄰管的管心距為44mm殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率=0.75，則殼體內(nèi)徑為 按卷制殼體的進(jìn)級(jí)檔 ，可取D=600mm 2.4.5折流板在換熱器中設(shè)置折流板，可提高殼程內(nèi)流體的流速和加強(qiáng)湍流強(qiáng)度，從而提高傳熱效率，是強(qiáng)化傳熱的一種結(jié)構(gòu).常用弓形形折流板.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，折流板間的間隔不大于殼體內(nèi)徑，最小為殼內(nèi)徑的0.2倍.板間距太大湍流強(qiáng)度會(huì)不夠，太小則增加了流動(dòng)阻力.采用弓形折流板，去弓形之流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為 h=0.25600=150mm取折流板最小間距B=0.2D，則B=0.2600=120mm，可取B為200mm。折流板數(shù)目(塊）本換熱器換熱管外徑為25mm，故其拉桿直徑為16mm拉桿數(shù)量不得少于4。2.4.6接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)氣體流速為=0.9m/s，則接管內(nèi)徑為圓整后可取管內(nèi)徑為150mm管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液體流速=1.3m/s，則接管內(nèi)徑為圓整后去管內(nèi)徑為200mm2.5換熱器核算2.5.1熱流量核算殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)用克恩法計(jì)算4，有當(dāng)量直徑，有殼程流通截面積殼程流體流速及雷洛數(shù) 普朗特?cái)?shù)Pr=黏度校正 2.5.2 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)管程流體流通截面積管程流體流速普朗特?cái)?shù) 2.5.3污垢熱阻和管壁熱阻取管外側(cè)污垢熱阻管內(nèi)側(cè)污垢熱阻碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為48w/(m.K),則管壁熱阻為 2.5.4傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)有： 2.5.5傳熱面積裕度計(jì)算傳熱面積Ac為 該換熱器的實(shí)際傳熱面積A為該換熱器的面積裕度為為保證換熱器操作的可靠性，一般應(yīng)使傳熱面積裕度大于15%20%，傳熱面積裕度和適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。2.5.6平均溫差壁溫計(jì)算因?yàn)楣鼙诤鼙?，而且壁熱阻很小。由于該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時(shí)，循環(huán)水的進(jìn)口溫度將會(huì)降低。為確?？煽浚⊙h(huán)冷卻水進(jìn)口溫度為15，出口溫度為40計(jì)算傳熱管壁溫。另外，由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計(jì)算中，應(yīng)該按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計(jì)算傳熱管壁溫。于是，有式中液體的平均溫度和氣體的平均溫度分別計(jì)算為 傳熱管平均壁溫殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=105。殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為（）。雖然該溫差較大，但由于換熱管各部件所用材料不同，沒(méi)有校核熱應(yīng)力，無(wú)法確定固定管板式換熱器是否需要設(shè)溫度補(bǔ)償裝置。用浮頭式換熱器則無(wú)需溫度補(bǔ)償裝置。52.5.7換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力管程流體阻力：由Re=24886，傳熱管對(duì)粗糙度0.2/20=0.01，查莫狄圖得，流速m/s, kg/m（Pa）（Pa）（Pa）換熱器允許阻力范圍是，管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。當(dāng)殼程裝上折流板后，流體在管外流動(dòng)為平行流和錯(cuò)流的耦合。盡管管束為直管，但流動(dòng)卻變得復(fù)雜化。由于制造安裝公差不可避免地存在間隙，因而會(huì)產(chǎn)生泄漏和旁流，而流體橫向沖刷換熱管引起的旋渦，也使流動(dòng)變得更加復(fù)雜。由于流動(dòng)的復(fù)雜性，要準(zhǔn)確地分析影響這種復(fù)雜流動(dòng)的各種因素，精確地計(jì)算壓力降是相當(dāng)?shù)睦щy。但我們可以大致的算出數(shù)值，以判斷是否合理。殼程阻力按式計(jì)算，且流體流經(jīng)管束的阻力流體流過(guò)折流板缺口的阻力總阻力由于殼程流體的操作壓力較高，殼程流體的阻力也比較適宜。2.5.8換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2-1：表2-1 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸工藝計(jì)算的主要目的是計(jì)算出其換熱面積，選出相應(yīng)的換熱器型式，因此，接下來(lái)應(yīng)該是進(jìn)行換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度計(jì)算。第三章 固定管板式換熱器的設(shè)計(jì)在確定換熱器的換熱面積后，應(yīng)進(jìn)行換熱器主體結(jié)構(gòu)以及零部件的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算，主要包括殼體和封頭的厚度計(jì)算、材料的選擇、管板厚度的計(jì)算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計(jì)算、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，還有主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)（如管箱、殼體、折流板、拉桿等）和主要連接（包括管板與管箱的連接、管子與管板的連接、殼體與管板的連接等）4，具體計(jì)算如下。3.1殼體和管箱材料的選擇由于所設(shè)計(jì)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16MnR為殼體與管箱的材料。16MnR是低碳低合金鋼，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和制造工藝性能，其強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性、低溫和高溫性能均優(yōu)于相同含碳量的碳素鋼，同時(shí)采用低合金鋼可以減少容器的厚度，減輕重量，節(jié)約鋼材6。3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.2.1接管由工藝計(jì)算結(jié)果選擇接管型號(hào)，可知?dú)んw接管為，管箱接管為，經(jīng)強(qiáng)度校核，知管箱不需要補(bǔ)強(qiáng)，殼體需要補(bǔ)償圈補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)償圈補(bǔ)強(qiáng)寬度為B=300mm。由圓筒直徑為600mm，可取接管伸出長(zhǎng)度殼體接管安裝位置距離端面最小尺寸為：管板厚度b=89mm，但固定管板式換熱器是管板延長(zhǎng)兼做法蘭，考慮到結(jié)構(gòu)的特殊性，取b=104mm 為焊縫考慮，C3倍殼體壁厚，且不小于50到100mm，取C=80mm 管箱接管安裝位置距離端面最小尺寸為： 法蘭高度接管外徑為焊縫考慮，C3倍殼體壁厚，且不小于50到100mm，取C=60mm3.2.2分程隔板由GB151表6知，分程隔板最小厚度為，取在管板上，分程隔板槽深為6mm，槽寬為12mm3.2.3折流板管殼式換熱器一般選用弓形折流板，折流板間距及切口高度在工藝計(jì)算中已知折流板與殼體間隙查表知，固定管板式換熱器間隙為4.5mm折流板厚度為4mm折流板管孔直徑為25.8mm一般應(yīng)使管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進(jìn)、出口管，其余折流板按等距離布置。靠近管板的折流板與管板間的距離l應(yīng)按下式計(jì)算：l=B+CB為補(bǔ)償圈寬度，B=300mm考慮焊縫影響，C取80mm則l=B+C=300+80=380mm，考慮到折流板的分布，結(jié)構(gòu)調(diào)整為400mm 固定式所需折流板數(shù)目為（換熱管長(zhǎng)-兩管板厚度-前后端折流板離管板的距離）=（8000-2104-2400）/20035，取折流板36塊。則每塊折流板相距d=（換熱管長(zhǎng)-前后端折流板離端面的距離）/35=194mm3.2.4墊片選擇管箱墊片根據(jù)管程操作條件（循環(huán)水壓力0.4MPa，溫度30）選擇石棉橡膠墊圈，墊片內(nèi)徑，墊片外徑，厚度為3mm3.2.5臥式支座的選擇由于管筒長(zhǎng)度時(shí)，取，即40005600mm 需滿足要求 ，由前面計(jì)算知，查JB4712知，且：由于，取C為80mm 取為5000mm， 查JB/T4712-92選擇鞍座的型號(hào)為：DN600、120包角重型帶墊板鞍式支座。3.3強(qiáng)度的計(jì)算3.3.1筒體壁厚計(jì)算由工藝設(shè)計(jì)給定設(shè)計(jì)溫度105，設(shè)計(jì)壓力=7MPa，選低合金結(jié)構(gòu)鋼板16MnR卷制，材料105時(shí)的許用應(yīng)力=163MPa，取焊縫系數(shù)，腐蝕裕度，則計(jì)算厚度設(shè)計(jì)厚度名義厚度，為方便焊接，可取=20mm有效厚度水壓試驗(yàn)壓力所選材料的屈服應(yīng)力水壓試驗(yàn)壓力校核150.2MPa0.9,水壓強(qiáng)度滿足要求氣密試驗(yàn)壓力，故也滿足要求7.3.3.2封頭、短節(jié)厚度計(jì)算由于換熱器形式不同，固定管板式換熱器前后端管箱相同，皆為固定管箱，采用延長(zhǎng)部分兼做法蘭的管板，法蘭設(shè)計(jì)壓力為=0.4MPa。由工藝設(shè)計(jì)給定設(shè)計(jì)溫度30，設(shè)計(jì)壓力=0.4MPa，選低合金結(jié)構(gòu)鋼板16MnR卷制，材料30時(shí)的許用應(yīng)力=170MPa，取焊縫系數(shù)，腐蝕裕度，則計(jì)算厚度，設(shè)計(jì)厚度名義厚度，考慮到開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)，取=10mm有效厚度水壓試驗(yàn)壓力所選材料的屈服應(yīng)力水壓試驗(yàn)壓力校核4.2MPa0.9,水壓強(qiáng)度滿足要求氣密試驗(yàn)壓力，故也滿足要求管箱封頭取用厚度與短節(jié)相同，取=10mm5 8 9。查JB/T47462002鋼制壓力容器用封頭可得封頭的型號(hào)參數(shù)如下 表3.1 DN600標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù)DN(mm)曲面高度(mm)直面高度（mm）厚度(mm) 60015040103.3.3開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算由于殼程流體和管程流體的進(jìn)出，不可避免的要在容器上開(kāi)孔并安裝接管。開(kāi)孔以后，除削弱器壁的強(qiáng)度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，會(huì)產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，給容器的安全操作帶來(lái)隱患，因此壓力容器設(shè)計(jì)必須充分考慮開(kāi)孔的補(bǔ)強(qiáng)問(wèn)題。補(bǔ)強(qiáng)判別：根據(jù)GB150表8-1，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是，本設(shè)計(jì)開(kāi)孔外徑分別為219mm，159mm，因此需要另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。管箱短節(jié)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的校核：開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)采用等面積法補(bǔ)強(qiáng)，由工藝設(shè)計(jì)給定的接管尺寸為，考慮實(shí)際情況選20號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴埽?。接管?jì)算壁厚管子有效壁厚開(kāi)孔直徑接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度需要補(bǔ)強(qiáng)面積可以作為補(bǔ)強(qiáng)的面積為接管補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度足夠，不需另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。殼體接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)校核：開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)采用等面積法補(bǔ)強(qiáng)，有工藝設(shè)計(jì)給定的接管尺寸為，考慮實(shí)際情況選20號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴埽琺m。接管計(jì)算壁厚管子有效壁厚開(kāi)孔直徑接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度需要補(bǔ)強(qiáng)面積可以作為補(bǔ)強(qiáng)的面積為尚須另加的補(bǔ)強(qiáng)面積為補(bǔ)強(qiáng)圈厚度考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整，取補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度為10mm，但為方便于制造時(shí)準(zhǔn)備材料，補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度可取筒體厚度20mm。則另行補(bǔ)強(qiáng)面積為同時(shí)計(jì)及焊縫面積后，該開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度足夠。為使制造方便，取補(bǔ)強(qiáng)圈B=300mm9 10。3.3.4固定管板計(jì)算固定管板計(jì)算采用BS法假定管板厚度b=80mm總換熱管數(shù)量n=228一根管壁金屬的橫截面積為 開(kāi)孔強(qiáng)度削弱系數(shù)（雙程）兩管板間換熱管有效長(zhǎng)度（除掉兩管板厚）估取7850mm 計(jì)算系數(shù)按管板簡(jiǎn)支考慮，依K值查圖筒體內(nèi)徑截面積筒體殼壁金屬的橫截面積 管板上管孔所占的總截面積系數(shù)系數(shù)殼程壓力，管程壓力當(dāng)量壓差殼壁平均溫度管壁溫度裝配溫度筒體的線膨脹系數(shù)管子的線膨脹系數(shù)管子材料的彈性模數(shù)通體材料的彈性模數(shù)筒子與筒體的剛度比換熱管與殼體的總膨脹差 最大壓差 管板采用16Mn鍛，換熱管采用20號(hào)碳素鋼， 管板最大應(yīng)力： 管子最大應(yīng)力： 或 管子、管板強(qiáng)度校核: 管板計(jì)算厚度滿足強(qiáng)度要求，考慮管板雙面腐蝕，取隔板槽深取6mm，實(shí)際管板厚為89mm。同時(shí)，可知換熱器并不需要設(shè)置膨脹節(jié)補(bǔ)償。至此，固定管板式換熱器計(jì)算結(jié)束，圖3-1是由以上數(shù)據(jù)畫(huà)出的裝配圖： 圖3-1 固定管板式換熱器裝配圖第四章 浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)4.1殼體和管箱材料的選擇由于所設(shè)計(jì)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16MnR為殼體與管箱的材料。4.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.2.1浮頭管板及鉤圈法蘭結(jié)構(gòu)設(shè)定選擇B型鉤圈，形狀如4-1圖所示，查GB151中5.6.3.3中表14，表15，有=4mm墊片寬度=10mm浮頭管板外徑與殼體內(nèi)徑間隙=3mm，則浮頭管板密封面寬度外頭蓋內(nèi)直徑浮頭管板外直徑浮頭法蘭和鉤圈的內(nèi)直徑：浮頭法蘭和鉤圈的外直徑螺栓中心圓直徑圖4-1 浮頭管箱結(jié)構(gòu)示意圖4.2.2接管由工藝計(jì)算結(jié)果選擇接管型號(hào)，可知?dú)んw接管為，管箱接管為，經(jīng)強(qiáng)度校核，知管箱不需要補(bǔ)強(qiáng)，殼體需要補(bǔ)償圈補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)償圈補(bǔ)強(qiáng)寬度為B=300mm。由圓筒直徑為600mm，可取接管伸出長(zhǎng)度殼程接管安為焊縫考慮，C3倍殼體壁厚，且不小于50到100mm，取C=80mm法蘭寬度為H=160mm殼體接管安裝位置距離端面最小尺寸為： 對(duì)于左邊管箱： 法蘭高度接管外徑為焊縫考慮，C3倍殼體壁厚，且不小于50到100mm，取C=60mm管箱接管安裝位置距離端面最小尺寸為：4.2.3分程隔板由GB151表6知，分程隔板最小厚度為，取在管板上，分程隔板槽深為6mm，槽寬為12mm4.2.4折流板管殼式換熱器一般選用弓形折流板，折流板間距及切口高度在工藝計(jì)算中已知折流板與殼體間隙查表知，固定管板式換熱器間隙為4.5mm，浮頭式換熱器為5.5mm折流板厚度為4mm折流板管孔直徑為25.8mm一般應(yīng)使管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進(jìn)、出口管，其余折流板按等距離布置。固定端離端面的距離,結(jié)構(gòu)調(diào)整為630mm浮頭端離端面的距離:浮頭式所需折流板數(shù)目為（換熱管長(zhǎng)-前后端折流板離端面的距離）=（8000-630-700）/20032，取折流板32塊。則每塊折流板相距d=（換熱管長(zhǎng)-前后端折流板離端面的距離）/32=209mm4.2.5管箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選用B型封頭管箱，因?yàn)閾Q熱管直徑較大，且為二管程，其管箱最小長(zhǎng)度可不按流通面積算，只考慮相鄰焊縫間距離計(jì)算。可取管箱長(zhǎng)度為650mm。4.2.6墊片選擇（1）管箱墊片根據(jù)管程操作條件（循環(huán)水壓力0.4MPa，溫度30）選擇石棉橡膠墊圈，墊片內(nèi)徑，墊片外徑，厚度為3mm(2）外頭蓋墊片根據(jù)殼程操條件（干空氣壓力7.0MPa，溫度105）選擇纏繞式墊片,墊片，厚度為4.5mm(3)浮頭墊片根據(jù)管殼程壓差，氣體溫度確定墊片為金屬包石棉墊，以浮頭管板結(jié)構(gòu)確定墊片結(jié)構(gòu)尺寸為694mm（574mm內(nèi)徑），厚度為3mm。4.2.7臥式支座的選擇由于管筒長(zhǎng)度時(shí)，取，即40005600mm需滿足要求 ，由前面計(jì)算知，查JB4712知，且：由于，取C為80mm取為5000mm， 查JB/T4712-92選擇鞍座的型號(hào)為：DN600、120包角重型帶墊板鞍式支座。4.3強(qiáng)度的計(jì)算4.3.1筒體壁厚計(jì)算由工藝設(shè)計(jì)給定設(shè)計(jì)溫度105，設(shè)計(jì)壓力=7MPa，選低合金結(jié)構(gòu)鋼板16MnR卷制，材料105時(shí)的許用應(yīng)力=163MPa，取焊縫系數(shù)，腐蝕裕度，則計(jì)算厚度設(shè)計(jì)厚度名義厚度，為方便焊接，可取=20mm有效厚度水壓試驗(yàn)壓力所選材料的屈服應(yīng)力水壓試驗(yàn)壓力校核150.2MPa0.9,水壓強(qiáng)度滿足要求氣密試驗(yàn)壓力，故也滿足要求4.3.2封頭、短節(jié)厚度計(jì)算浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)與固定管板式不同，一端為固定管箱，與固定管板式換熱器相近，一端為浮頭管箱 8。圖4-2為封頭示意圖。（1）固定管箱的計(jì)算由工藝設(shè)計(jì)給定設(shè)計(jì)溫度30，設(shè)計(jì)壓力=0.4MPa，選低合金結(jié)構(gòu)鋼板16MnR卷制，材料30時(shí)的許用應(yīng)力=170MPa，取焊縫系數(shù)，腐蝕裕度，則計(jì)算厚度，設(shè)計(jì)厚度名義厚度，考慮到開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)，取=10mm有效厚度水壓試驗(yàn)壓力所選材料的屈服應(yīng)力水壓試驗(yàn)壓力校核4.2MPa0.9,水壓強(qiáng)度滿足要求氣密試驗(yàn)壓力，故也滿足要求管箱封頭取用厚度與短節(jié)相同，取=10mm查JB/T47462002鋼制壓力容器用封頭可得封頭的型號(hào)參數(shù)如下 表4-1 DN600標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù)DN(mm)曲面高度(mm)直面高度（mm）厚度(mm) 6001504010（2）浮頭式浮頭管箱短節(jié)、封頭厚度計(jì)算浮頭管箱內(nèi)徑D=700mm，由工藝設(shè)計(jì)給定設(shè)計(jì)溫度105，設(shè)計(jì)壓力=7MPa，選低合金結(jié)構(gòu)鋼板16MnR卷制，材料105時(shí)的許用應(yīng)力=163MPa，取焊縫系數(shù)，腐蝕裕度，則計(jì)算厚度設(shè)計(jì)厚度名義厚度，為方便焊接，可取=20mm有效厚度水壓試驗(yàn)壓力所選材料的屈服應(yīng)力水壓試驗(yàn)壓力校核,水壓強(qiáng)度滿足要求管箱封頭取用厚度與短節(jié)相同，取查JB/T47462002鋼制壓力容器用封頭可得封頭的型號(hào)參數(shù)如下 表4-2 DN600標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù)DN(mm)曲面高度(mm)直面高度（mm）厚度(mm) 70017550204.3.3開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算由于殼程流體和管程流體的進(jìn)出，不可避免的要在容器上開(kāi)孔并安裝接管。開(kāi)孔以后，除削弱器壁的強(qiáng)度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，會(huì)產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，給容器的安全操作帶來(lái)隱患，因此壓力容器設(shè)計(jì)必須充分考慮開(kāi)孔的補(bǔ)強(qiáng)問(wèn)題。補(bǔ)強(qiáng)判別：根據(jù)GB150表8-1，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是，本設(shè)計(jì)開(kāi)孔外徑分別為219mm，159mm，因此需要另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。管箱短節(jié)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的校核：開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)采用等面積法補(bǔ)強(qiáng)，由工藝設(shè)計(jì)給定的接管尺寸為，考慮實(shí)際情況選20號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴?，。接管?jì)算壁厚管子有效壁厚開(kāi)孔直徑接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度需要補(bǔ)強(qiáng)面積可以作為補(bǔ)強(qiáng)的面積為接管補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度足夠，不需另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。殼體接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)校核：開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)采用等面積法補(bǔ)強(qiáng)，有工藝設(shè)計(jì)給定的接管尺寸為，考慮實(shí)際情況選20號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴?，。接管?jì)算壁厚管子有效壁厚開(kāi)孔直徑接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度需要補(bǔ)強(qiáng)面積可以作為補(bǔ)強(qiáng)的面積為尚須另加的補(bǔ)強(qiáng)面積為補(bǔ)強(qiáng)圈厚度考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整，取補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度為10mm，但為方便于制造時(shí)準(zhǔn)備材料，補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度可取筒體厚度20mm。則另行補(bǔ)強(qiáng)面積為同時(shí)計(jì)及焊縫面積后，該開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度足夠。為使制造方便，取補(bǔ)強(qiáng)圈B=300mm4 5。4.3.4 管板計(jì)算浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)有兩個(gè)管板，但管板并不相同。（1）固定管板的計(jì)算固定管板計(jì)算采用BS法假定管板厚度b=80mm總換熱管數(shù)量n=228一根管壁金屬的橫截面積為 開(kāi)孔強(qiáng)度削弱系數(shù)（雙程）兩管板間換熱管有效長(zhǎng)度（除掉兩管板厚）估取7850mm 計(jì)算系數(shù)按管板簡(jiǎn)支考慮，依K值查圖筒體內(nèi)徑截面積筒體殼壁金屬的橫截面積 管板上管孔所占的總截面積系數(shù)系數(shù)殼程壓力，管程壓力當(dāng)量壓差 管板采用16Mn鍛，換熱管采用20號(hào)碳素鋼， 管板最大應(yīng)力 管子最大應(yīng)力： 或 管子、管板強(qiáng)度校核: 管板計(jì)算厚度滿足強(qiáng)度要求，考慮管板雙面腐蝕，取隔板槽深取6mm，實(shí)際管板厚為89mm。（2）浮頭管板及鉤圈浮頭式換熱器浮頭管板的厚度不是由強(qiáng)度決定的，按結(jié)構(gòu)取，鉤圈采用B型，材料與浮頭管板相同，設(shè)計(jì)厚度，定為86mm。圖4-2為浮頭管板和鉤圈示意圖。4-2 浮頭管板和鉤圈示意圖浮頭蓋上無(wú)折邊球形封頭的計(jì)算按外壓球殼計(jì)算。選用16Mn板，封頭，封頭外側(cè)為105氣體，封頭內(nèi)側(cè)為30循環(huán)水，取壁溫60。假設(shè)名義厚度 ，雙面腐蝕取，鋼板負(fù)偏差， 當(dāng)量厚度mm封頭外直徑=+=450+25=475mm，計(jì)算系數(shù)A 依據(jù)所選16MnR材料、溫度、A系數(shù)查GB150，圖6-5外壓圓筒、球殼厚度計(jì)算圖得B=180計(jì)算許用壓力，計(jì)算值可用至此，浮頭式換熱器的計(jì)算已經(jīng)完成，圖4-3為浮頭式換熱器的裝配圖。 4-3 浮頭式換熱器裝配圖第五章 小結(jié)時(shí)間如流水，轉(zhuǎn)眼之間我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束。本次設(shè)計(jì)是大學(xué)四年來(lái)任務(wù)最重，耗時(shí)最多，最為重要，然而這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我受益匪淺。在畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束之際，我對(duì)這次設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)。 首先，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)培養(yǎng)我的實(shí)際工程能力具有重要意義。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，我把先修課程中所獲得的理論知識(shí)在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中