換熱器畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、目錄第一章 緒論11.1何為換熱器11.2換熱器的應(yīng)用11.3換熱器分類11.3.1 按材料分類21.3.2 按傳熱種類分類21.3.3按結(jié)構(gòu)分類21.3.4按強(qiáng)化傳熱元件分類21.3.5按傳熱原理分類21.4換熱器的結(jié)構(gòu)和使用特點(diǎn)21.4.1浮頭式換熱器31.4.2固定管板式換熱器41.4.3u形管換熱器51.4.4填料函式換熱器61.4.5釜式重沸器71.5設(shè)計(jì)的思想71.5.1首先設(shè)計(jì)必須滿足生產(chǎn)需要71.5.2設(shè)計(jì)必須安全可靠81.5.3設(shè)計(jì)必須經(jīng)濟(jì)合理81.6設(shè)計(jì)的特點(diǎn)8第二章 主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定82.1設(shè)計(jì)壓力92.2設(shè)計(jì)溫度92.3焊接接頭系數(shù)92.4腐蝕余量10第三章 主要構(gòu)件

2、材質(zhì)的選擇113.1 材料選用的一般原則113.1.1 材料的使用性能原則113.1.2 材料的加工工藝性能原則113.1.3 材料的經(jīng)濟(jì)性原則113.2殼體、管箱、封頭123.3法蘭123.4換熱管123.5管板133.6接管133.7支持板133.8拉桿、定距管133.9鞍座13第四章 換熱器各部分零件結(jié)構(gòu)型式的選擇144.1換熱器結(jié)構(gòu)型式的選擇144.2前端管箱、殼體和后端管箱結(jié)構(gòu)型式的確定154.2.1前端管箱154.2.2殼體154.2.3后端管箱164.3管束分程和分程隔板的布置164.3.1管束分程164.3.2分程隔板的布置164.4換熱管164.4.1換熱管的長度164.4.

3、2規(guī)格及尺寸偏差174.5布管174.5.1換熱管中心距174.5.2最大排管圓的確定184.5.3在管板上排管并確定換熱管數(shù)量184.6管子與管板的連接184.7管板與殼體的連接194.8折流板、支持板的選擇204.9拉桿、定距管、防沖板、擋板的選擇214.9.1拉桿的選擇214.9.2定距管的選擇214.9.3防沖板的選擇214.9.4擋板的選擇224.10法蘭的選擇224.10.1接管法蘭的選擇224.10.2管箱法蘭的選擇234.10.3外頭蓋法蘭的選擇234.10.4外頭蓋側(cè)法蘭的選擇244.10.5浮頭法蘭的選擇244.11排液口和排氣口的選擇244.12支座的選擇25第五章 設(shè)計(jì)

4、計(jì)算275.1換熱面積的校核275.2強(qiáng)度計(jì)算275.2.1管箱設(shè)計(jì)275.2.2殼體設(shè)計(jì)285.2.3外頭蓋設(shè)計(jì)285.2.4浮頭蓋設(shè)計(jì)295.2.5管板計(jì)算295.2.6鉤圈設(shè)計(jì)325.2.7法蘭強(qiáng)度校核（管箱法蘭）335.2.8接管開孔補(bǔ)強(qiáng)選擇與校核365.2.9支座強(qiáng)度校核39第六章 制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收436.1總則436.2浮頭式換熱器的制造436.2.1封頭和管箱436.2.2折流板436.2.3管束的組裝446.2.4換熱器的組裝446.3浮頭式換熱器的檢驗(yàn)與驗(yàn)收44第七章 三維造型設(shè)計(jì)及裝配仿真467.1換熱器主要構(gòu)件的三維造型467.1.1管箱的三維造型467.1.2筒體的三維

5、造型487.1.3外頭蓋的三維造型517.1.4浮頭蓋的三維造型537.1.5管板的三維造型547.1.6鉤圈的三維造型567.1.7管束和拉桿的三維造型567.1.8支持板的三維造型567.1.9防沖板、滑板的三維造型577.2換熱器的裝配仿真57結(jié) 論61參考文獻(xiàn)62 第一章 緒論1.1何為換熱器換熱器是實(shí)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(qiáng)的物料，因此，要求制造換熱器的材料具有抗強(qiáng)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頭式換熱器管式換熱器

6、熱管換熱器汽水換熱器換熱機(jī)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(qiáng)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(diǎn)，用鈦、鉭、鋯等稀有金屬制成的換熱器價(jià)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。1.2換熱器的應(yīng)用換熱器在工、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(jī)構(gòu)的高度重視，在全世界第一次能源危機(jī)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(jì)，在

7、現(xiàn)代石油化工生產(chǎn)中，換熱器的投資約占總投資的3o40，正因如此設(shè)計(jì)投資省，能耗低，傳熱系數(shù)高，維修方便的換熱器是大勢(shì)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(qiáng)化傳熱元件誕生，如板翅式換熱器、大型板殼式換熱器和強(qiáng)化沸騰的表面多孔管、t形翅片管、強(qiáng)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(huì)效益非常顯著，大大緩解了能源的緊張狀況。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(diǎn)是易于制造，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，適應(yīng)性強(qiáng)，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)

8、點(diǎn)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(jiǎn)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。1.3換熱器分類換熱器作為傳熱設(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1.3.1 按材料分類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。1.3.2 按傳熱種類分類(1)無相變傳熱 一般分為加熱器和冷卻器。(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

9、器、虹吸式重沸器、再沸器、蒸發(fā)器、蒸汽發(fā)生器、廢熱鍋爐。1.3.3按結(jié)構(gòu)分類分為浮頭式換熱器、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(dòng)管板式換熱器。1.3.4按強(qiáng)化傳熱元件分類分為螺紋管換熱器、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。1.3.5按傳熱原理分類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

10、互傳遞熱量，實(shí)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。2）蓄能式換熱器（簡(jiǎn)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(dá)到一定溫度后，冷介質(zhì)再通過固體物質(zhì)被加熱，使之達(dá)到傳遞熱量的目的。 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。換熱器的種類繁多，每種換

11、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(yáng)長避短，使之帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。1.4換熱器的結(jié)構(gòu)和使用特點(diǎn)換熱器作為節(jié)能設(shè)備之一，在國民經(jīng)濟(jì)中起到非常重要的作用。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(jì)者如何選擇合理結(jié)構(gòu)，任何一個(gè)場(chǎng)合都有適應(yīng)于這個(gè)場(chǎng)合特點(diǎn)的換熱結(jié)構(gòu)。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(qiáng)，處理能力大，能承受高溫和高壓等特點(diǎn)。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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。管殼式換熱器雖然在換熱效率、設(shè)備的

12、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(jiān)固、操作彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，所以在各工程中仍得到普遍使用。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(gè)方面。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須考慮很多因素，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。對(duì)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(jì)中，按工藝特定的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足工藝上的需要。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

13、致分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、u形管殼式換熱器、外填料函式換熱器、填料函滑動(dòng)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(jià)，維修檢查方便等情況，根據(jù)各種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)來選擇設(shè)計(jì)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(diǎn)。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(diǎn)。1.4.1浮頭式換熱器浮頭式換熱器（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(diǎn)是管板一端的管束可以自由浮動(dòng)，在使用過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，即

14、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(jià)高。維修時(shí)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。其優(yōu)點(diǎn)是： 管束可以抽出，以方便清洗管、殼程； 介質(zhì)間溫差不受限制； 可在高溫、高壓下工作，一般溫度 450，壓力 6.4 mpa； 可用于結(jié)垢比較嚴(yán)重的場(chǎng)合； 可用于管程易腐蝕場(chǎng)合。缺點(diǎn)： 小浮頭易發(fā)生內(nèi)漏； 金屬材料耗量大，成本高20%； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 防沖板 擋板 浮頭管板 鉤圈支耳圖1.1 浮頭式換熱器1.4.2固定管板式換熱器固定管板式換熱器（見圖1.2）是由管箱、殼體、管板、管子等零部件組成。其結(jié)

15、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(jiǎn)單，但最后一道殼體與管板的焊縫無法用無損檢測(cè)。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(chǎng)合。在熱膨脹之差較大時(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。其優(yōu)點(diǎn)是： 傳熱面積比浮頭式換熱器大20%-30%； 旁路漏流較?。?鍛件使用較少，成本低20以上； 沒有內(nèi)漏。缺點(diǎn)： 殼體和管子壁溫差一般易小于等于50，大于50時(shí)應(yīng)在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)； 管板與管頭之間易產(chǎn)生溫差

16、應(yīng)力而損壞； 殼程無法機(jī)械清洗； 管子腐蝕后造成連同殼體報(bào)廢，殼體部件壽命決定于管子壽命，故設(shè)備壽命相對(duì)較低； 不適用于殼程易結(jié)垢場(chǎng)合。防沖板 拉桿 弓形折流板 分流割板 旁路擋板 帶法蘭管板換熱管 殼體圖1.2 固定管板式換熱器1.4.3u形管換熱器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(jiǎn)單，造價(jià)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

17、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。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。殼程內(nèi)一般可按工藝要求設(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。縱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。其優(yōu)點(diǎn)是： 管束可抽出來機(jī)械清洗； 殼

18、體與管壁不受溫差限制； 可在高溫、高壓下工作，一般適用于溫度，壓力（10mpa）； 可用于殼程結(jié)垢比較嚴(yán)重的場(chǎng)合； 可用于管程易腐蝕場(chǎng)合。缺點(diǎn)： 在管子的u形處易沖蝕，應(yīng)控制管內(nèi)流速； 管程不適用結(jié)垢較重的場(chǎng)合； 單管程換熱器不適用； 不適用于內(nèi)導(dǎo)流筒，故死區(qū)較大。中間擋板 u型換熱管內(nèi)導(dǎo)流筒圖1.3 u形管換熱器1.4.4填料函式換熱器填料函式換熱器（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(jiǎn)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)。圖1.4 填料函式換熱器1.4.5釜式重沸器釜式重沸器（見

19、圖1.5）的殼體上部作為蒸汽空間，相當(dāng)于 1塊理論塔盤，熱源由浮頭或形管束提供，適用場(chǎng)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(shí)，對(duì)蒸汽品質(zhì)要求不高。圖1.5 釜式重沸器（形）1.5設(shè)計(jì)的思想設(shè)計(jì)是為生產(chǎn)服務(wù)，要設(shè)計(jì)出一臺(tái)能夠滿足生產(chǎn)需要的換熱器，必須做到設(shè)計(jì)要滿足生產(chǎn)需要，滿足換熱器安全可靠運(yùn)行，滿足經(jīng)濟(jì)合理等基本要求。1.5.1首先設(shè)計(jì)必須滿足生產(chǎn)需要所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品能夠進(jìn)行穩(wěn)定可靠得操作，從而滿足正常的生產(chǎn)需要，此外，還能夠適應(yīng)生產(chǎn)負(fù)荷以及操作參數(shù)在一定范圍內(nèi)的波動(dòng)，所以產(chǎn)品的可操作性

20、和可控制性是設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮的重要問題。另外，設(shè)備與部件應(yīng)便于運(yùn)輸與裝拆，確保檢修和更換零件的便利。1.5.2設(shè)計(jì)必須安全可靠一般來講,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(huì)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(kuò)散帶來的化學(xué)爆炸、著火燃燒或惡性中毒等連鎖反應(yīng)更會(huì)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(jì)上應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、密封性和耐蝕性等基本要求。1.5.3設(shè)計(jì)必須經(jīng)濟(jì)合理在競(jìng)爭(zhēng)激烈的當(dāng)代社會(huì)中，“經(jīng)濟(jì)合理”的消費(fèi)理念已成為了生產(chǎn)者的共識(shí)，一般情況下，生產(chǎn)者都追求所設(shè)計(jì)的設(shè)備總是以較少的投資獲取最大的經(jīng)濟(jì)利潤，要求其經(jīng)濟(jì)

21、技術(shù)指標(biāo)具有競(jìng)爭(zhēng)性，因此，在各種方案的分析對(duì)比過程中，其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)往往是最重要的決策因素之一。要想設(shè)計(jì)一臺(tái)既滿足要求又經(jīng)濟(jì)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(jìn)行簡(jiǎn)單的常規(guī)設(shè)計(jì)，同時(shí)還必須要綜合考慮生產(chǎn)條件、安全要求和技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的合理等因素，這樣才能選擇一個(gè)最佳設(shè)計(jì)。1.6設(shè)計(jì)的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)堅(jiān)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(jī)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(jī)械強(qiáng)度；操作費(fèi)用低。第二章 主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定2.1設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力是容器頂部的最高壓力

22、，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不低于正常工作情況下容器頂部可能達(dá)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。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書可知，該設(shè)計(jì)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(jì)壓力分別為0.25mpa和0.5 mpa。2.2設(shè)計(jì)溫度設(shè)計(jì)溫度指容器在正常工作情況下，設(shè)定元件可能達(dá)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(shí)，設(shè)計(jì)溫度不得低于元件金屬可能達(dá)到的最高溫度；當(dāng)元件金屬溫度低于0時(shí)，其值不得高于元件金屬可能達(dá)到的最低溫度。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，

23、管程的設(shè)計(jì)溫度為50，殼程的設(shè)計(jì)溫度為150。2.3焊接接頭系數(shù)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(qiáng)度或塑性有所降低，因此焊縫往往成為容器強(qiáng)度比較薄弱的環(huán)節(jié)。為彌補(bǔ)焊縫對(duì)容器整體強(qiáng)度的削弱，在強(qiáng)度計(jì)算中需引入焊接接頭系數(shù)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(cè)長度比例來確定，其取值可按如下表2-1選規(guī)定選?。罕?-1 鋼制壓力容器的焊接接頭系數(shù)值焊接接頭形式無損檢測(cè)比例值焊接接頭形式無損檢測(cè)比例值雙面焊對(duì)接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全熔透對(duì)接接頭100%1.00單面焊對(duì)接接頭100%0.90局部0.85局

24、部0.80本設(shè)計(jì)換熱器的焊接接頭形式為相當(dāng)于雙面焊的全熔透對(duì)接接頭，局部無損檢測(cè)，故值為0.85。2.4厚度附加量c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(fù)偏差c1。即：c=c1+c2。（1）腐蝕裕度腐蝕裕度主要是防止容器受壓元件由于均勻腐蝕、機(jī)械磨損而導(dǎo)致厚度削弱減薄。對(duì)于碳素鋼和低合金鋼，c2不小于1mm，由設(shè)計(jì)任務(wù)取腐蝕裕量c2=3mm。（2）鋼板厚度負(fù)偏差由于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(fù)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(shí)（如20r、16mnr和16mndr等），可取c1=0。由于本

25、設(shè)計(jì)材料為16mnr且厚度大于5mm。故鋼板厚度負(fù)偏差取c1=0。綜上厚度附加量c= c1+ c2=0+3=3mm。第三章 主要構(gòu)件材質(zhì)的選擇壓力容器材料費(fèi)用占總成本的比例很大，一般超過30%材料性能對(duì)壓力容器運(yùn)行的安全性有顯著的影響。選材不當(dāng)，不僅會(huì)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(jì)的關(guān)鍵之一。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。一般為了滿足設(shè)備的操作溫度，即從設(shè)備的強(qiáng)度或剛度的角度來考慮，是比較容易達(dá)到的，但對(duì)于材料的

26、耐腐蝕性能，有時(shí)往往成為一個(gè)復(fù)雜的問題。如在這方面考慮不周，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)有著密切關(guān)系。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。3.1 材料選用的一般原則3.1.1 材料的使用性能原則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(qiáng)度，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(shí)同一個(gè)

27、部件的不同部位所要求的性能也不同。因此在選材時(shí)，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(jìn)行選材。有如下具體方法： （1）分析構(gòu)件的工作條件，確定構(gòu)件應(yīng)具有的使用性能。 （2）通過失效分析，確定構(gòu)件的主要使用性能。 （3）從構(gòu)件使用性能要求提出對(duì)材料使用性能的要求。3.1.2 材料的加工工藝性能原則材料的加工工藝性能是指保證構(gòu)件質(zhì)量的前提下，對(duì)材料加工的難易程度。選材時(shí)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(jiǎn)單，容易加工，能源消耗少，材料利用率高、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

28、的構(gòu)件在使用時(shí)有好的使用性能。3.1.3 材料的經(jīng)濟(jì)性原則在滿足構(gòu)件使用性能、加工工藝性能要求的前提下，經(jīng)濟(jì)性也是必須考慮的主要因素。選材的經(jīng)濟(jì)性不只是選用材料的價(jià)格，還要考慮構(gòu)件生產(chǎn)的總成本，把材料費(fèi)用同構(gòu)件加工制造、安裝、操作、檢驗(yàn)、維修、更換以及裝備壽命結(jié)合起來綜合考慮，進(jìn)行總費(fèi)用的成本核算，提高性能價(jià)比。另外，選材時(shí)還應(yīng)同時(shí)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。3.2殼體、管箱、封頭殼體、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。碳鋼有一定的強(qiáng)度、良好的塑性、韌性和加工工藝性，特別是焊接性能良好，但強(qiáng)度較低，不如低合金鋼。

29、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(qiáng)度和改善綜合性能。用低合金高強(qiáng)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(jì)。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，除抗拉強(qiáng)度和延伸率要求比普通16mn鋼有所提高外，還保證有強(qiáng)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。故殼體、封頭和管箱的材料選16mnr。3.3法蘭法蘭材料的選取通常與換熱器殼體材料一致。通常所用的鋼材有q235、q235f、16mn、15mnv、20等。因法

30、蘭是主要的受力元件之一，故需有較高的強(qiáng)度，故選擇低合金鋼16mn鍛件，它有如下特點(diǎn)：高的強(qiáng)度和屈強(qiáng)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。3.4換熱管換熱管屬于壓力管道，壓力管道對(duì)材料性能有以下要求：足夠的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性。良好的冷熱加工成形性能。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。一般對(duì)于無腐蝕性或腐蝕性不大的流體可采用10號(hào)鋼或20號(hào)鋼無縫鋼管；對(duì)于有腐蝕性的流體可采用不銹鋼、鋼、鋁等無縫鋼管。其中，10號(hào)鋼的強(qiáng)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(hào)鋼的強(qiáng)度較10號(hào)鋼高，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

31、器中應(yīng)用很廣泛。由設(shè)計(jì)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(hào)和20號(hào)鋼中選取，而設(shè)計(jì)壓力是0.25mpa，考慮到20號(hào)鋼的強(qiáng)度和硬度都比10號(hào)鋼高，故換熱管選取20號(hào)鋼管。3.5管板管板鍛件的常用材料是25號(hào)鋼、16mn等。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(jī)械性能、焊接性能、工藝性能，故選用16mn鍛件。3.6接管20號(hào)鋼的焊接性能好，強(qiáng)度高，選用20號(hào)鋼就可滿足要求。3.7支持板 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。3.8拉桿、定距

32、管拉桿要求有足夠的強(qiáng)度和良好的焊接性，選擇q235a可滿足要求。定距管要求有足夠的強(qiáng)度和良好的焊接性，選擇20號(hào)鋼滿足要求。3.9鞍座鞍座是換熱器受載元件之一，要求有足夠的強(qiáng)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。第四章 換熱器各部分零件結(jié)構(gòu)型式的選擇4.1換熱器結(jié)構(gòu)型式的選擇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(diǎn)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(shí)只有仔細(xì)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。在換熱器選型時(shí)，考慮的因素是很多的，如