固定管板式換熱器高起龍

1、吉林化工學(xué)院 課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院過程裝備與控制工程課 程 設(shè) 計(jì)題目：固定管板換熱器教 學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)班級 過程裝備與控制工程0706班 學(xué)生姓名 高起龍 學(xué)生學(xué)號 07420622 指導(dǎo)教師 高艷 2010年 12 月 29日 前言換熱器設(shè)備是化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)、石油化工等生產(chǎn)中最中要的設(shè)備之一，為了幫助我們的復(fù)習(xí)與鞏固以往學(xué)習(xí)過的專業(yè)知識，并對換熱設(shè)備有一個深入了解。課程設(shè)計(jì)是我們在學(xué)校學(xué)習(xí)結(jié)束階段的一個綜合學(xué)習(xí)、訓(xùn)練，培養(yǎng)獨(dú)立工作能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，畢業(yè)設(shè)計(jì)作為一個獨(dú)立的教學(xué)環(huán)節(jié)，不同于一門課程的學(xué)習(xí)，又不同于實(shí)際工程設(shè)計(jì)工作，相同之處在于它是為了教學(xué)目的而設(shè)置的教學(xué)環(huán)節(jié)。

2、課程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)，又是一項(xiàng)獨(dú)立的創(chuàng)造性工作。最大限度的采用新技術(shù)成就，反映現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展水平，充分發(fā)揮獨(dú)立工作能力，一定要遵循理論聯(lián)系實(shí)踐的原則。由于知識和經(jīng)驗(yàn)的不全面性和貧乏，在這次設(shè)計(jì)中難免有錯漏之處，敬請老師給予指教。目錄前言1目錄2摘要5符號說明6第一章命題7第1.1節(jié)概述7換熱器在工業(yè)中的應(yīng)用7第1.2節(jié)設(shè)計(jì)任務(wù)、思想81.2.1設(shè)計(jì)任務(wù)81.2.2設(shè)計(jì)思想8第二章?lián)Q熱器的工藝設(shè)計(jì)10第2.1節(jié)換熱器的工藝條件10第2.2節(jié)估算設(shè)備尺寸102.2.1計(jì)算傳熱管數(shù)NT102.2.2若將傳熱管按正三角形排列，計(jì)算殼程直徑D11第三章?lián)Q熱器零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12第3.1節(jié)傳熱管123.

3、1.1換熱管的型式和尺寸123.1.2換熱管的材料123.1.3換熱管排列形式及管心距12第3.2節(jié)折流板133.2.1折流板的主要幾何參數(shù)143.2.2折流板與殼體間隙143.2.3折流板厚度143.2.4折流板的管孔143.2.5材料的選取15第3.3節(jié)拉桿、定距管153.3.1拉桿的結(jié)構(gòu)形式153.3.2拉桿直徑、數(shù)量和尺寸163.3.3拉桿的布置17第3.4節(jié)防沖板17第3.5節(jié)接管183.5.1接管的要求183.5.2接管高度（伸出長度）確定183.5.3接管位置最小尺寸193.5.4排氣，排液管20第3.6節(jié)管箱203.6.1管箱結(jié)構(gòu)形式20第3.7節(jié)管板結(jié)構(gòu)尺寸21第3.8節(jié)封頭

4、223.8.1封頭的選用223.8.2熱水進(jìn)、出口處的封頭24第3.9節(jié)法蘭253.9.1法蘭結(jié)構(gòu)類型25第3.10節(jié)墊片的選取25第3.11節(jié)鞍座的選取26第四章?lián)Q熱器的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)27第4.1節(jié)傳熱管與管板的連接27第4.2節(jié)管板與殼體的連接27第4.3節(jié)管板與管箱的連接29第五章?lián)Q熱器的強(qiáng)度設(shè)計(jì)與校核30第5.1節(jié)殼體、管箱的壁厚計(jì)算305.1.1殼體305.1.2管箱31結(jié)論33參考文獻(xiàn)34致謝35摘要這篇論文主要介紹的是換熱器機(jī)械計(jì)算等相關(guān)的設(shè)計(jì)過程。本文引用這三年學(xué)過的書本知識及相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對換熱器的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述。換熱器是目前許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的通用工藝設(shè)備。其

5、中，換熱器是目前應(yīng)用較為廣泛的換熱設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，在相同管束情況下其殼體內(nèi)徑最小，管程分程較方便。缺點(diǎn)：殼程無法進(jìn)行機(jī)械清洗，殼程檢查困難，殼體與管子之間無溫差補(bǔ)償元件時(shí)會產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力，即溫差較大時(shí)需采用膨脹節(jié)或波紋管等補(bǔ)償元件以減小溫差應(yīng)力。我設(shè)計(jì)的換熱器內(nèi)部以換熱管和折流板做為基本構(gòu)件，冷介質(zhì)、余熱介質(zhì)分別在管程與殼程之間流動，以達(dá)到降溫或升溫的效果。換熱器由筒體、管箱、封頭、支座、換熱管、折流板、管板及接管、法蘭等組成。通過強(qiáng)度計(jì)算合理選擇材料，確保安全運(yùn)行，提高設(shè)備的生產(chǎn)效率，降低設(shè)備的制造成本，實(shí)現(xiàn)化工單元操作的最佳化。關(guān)鍵詞：換熱器；管箱：殼體：管板；封頭符號

6、說明符 號意 義單 位t許用應(yīng)力MPat計(jì)算應(yīng)力MPaC厚度附加量mmC1鋼材厚度偏差mmC2腐蝕裕量mmDi圓筒內(nèi)直徑mmPwt最大允許工作壓力MPaPc計(jì)算壓力MPaE材料的彈性模量Pa焊縫系數(shù)計(jì)算厚度mmd設(shè)計(jì)厚度mmn名義厚度mme有效厚度mmm墊片系數(shù)mmye比壓力MPaA補(bǔ)強(qiáng)截面積mm2B補(bǔ)強(qiáng)有效寬度mmF壓力NK橢圓形封頭形狀系數(shù)M力矩N.mm第一章命題第1.1節(jié)概述換熱器在工業(yè)中的應(yīng)用換熱設(shè)備是使熱量從熱流體傳遞到冷流體的設(shè)備，使化工、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥、機(jī)械及其他許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用設(shè)備。在化工廠中，換熱設(shè)備的投資約占總投資的10%20%；在化肥廠

7、中，約占總投資的30%41%。在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱設(shè)備的主要作用是使熱量由溫度較高的流體傳遞給穩(wěn)到較低的流體，使流體溫度達(dá)到工藝流程的指標(biāo)，以滿足工業(yè)流程上的需要。由于世界性的能源危機(jī)，為了降低能耗，工業(yè)生產(chǎn)中對換熱器的需求量越來越多，對換熱器的質(zhì)量要求也越來越高。近幾十年來，緊湊式換熱器(板式、板翅式、壓焊板式換熱器等)、熱管式換熱器、直接接觸式換熱器等得到發(fā)展。目前國內(nèi)使用的換熱器多為列管換熱器和螺旋板換熱器。它的主要特點(diǎn)是管內(nèi)外換熱面積相等。但是交換系數(shù)相差較大的交換介質(zhì)在管內(nèi)外進(jìn)行熱量交換時(shí)，由于其不平恒性而達(dá)不到理想的交換目的，換熱效率相對較低。雖然現(xiàn)在出現(xiàn)大量結(jié)構(gòu)緊湊高效的換熱設(shè)備，

8、例如：波紋板換熱器、板翅式換熱器、螺旋板換熱器、傘板換熱器等，但在各行業(yè)的換熱設(shè)備中，管殼式換熱器仍占據(jù)著主導(dǎo)地位。因?yàn)樵S多工藝過程都具有高溫、高壓、高真空、有腐蝕等特點(diǎn)，而管殼式換熱器具有選材范圍廣(可為碳鋼、低合金鋼、高合金鋼、鋁材、銅材、鈦材等)，換熱表面清洗較方便，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)，所以管殼式換熱器被廣泛應(yīng)用于化工、煉油、石油化工、制藥、印染以及其它許多工業(yè)中，它適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等方面。管殼式換熱器主要由換熱管束、殼體、管箱、分程隔板、支座等組成。換熱管束包括換熱管、管板、折流板、支持板、拉桿、定距管等。換熱管可為普通光管，也可為

9、帶翅片的翅片管，翅片管有單金屬整體軋制翅片管、雙金屬軋制翅片管、繞片式翅片管、疊片式翅片管等，材料有碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅材、鋁材、鈦材等。殼體一般為圓筒形，也可為方形。管箱有橢圓封頭管箱、球形封頭管箱和平蓋管箱等。分程隔板可將管程及殼程介質(zhì)分成多程，以滿足工藝需要。管殼式換熱器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮許多因素，例如傳熱條件、材料、介質(zhì)壓力、溫度、管殼程壁溫溫差、介質(zhì)結(jié)垢情況、流體性質(zhì)以及檢修和清洗條件等等，從而確定一種適合的結(jié)構(gòu)形式。對于同一種形式的換熱器，由于各種不同工況，往往采用的結(jié)構(gòu)并不相同。在工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)按其特定的條件進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，以滿足工藝需要。第1.2節(jié)設(shè)計(jì)任務(wù)、思想1.2.

10、1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)課題為固定管板式換熱器，設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要選擇適用合理、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)滿足制造、檢修、裝配、運(yùn)輸和維修等要求；而強(qiáng)度計(jì)算的內(nèi)容包括換熱器的材料，確定主要結(jié)構(gòu)尺寸，滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等要求，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力確定壁厚，使換熱器有足夠的腐蝕裕度。1.2.2設(shè)計(jì)思想盡可能采用先進(jìn)的技術(shù)、國家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則，具體有如下幾點(diǎn)： 1）根據(jù)GB150-1998鋼制壓力容器和GB151-1999管殼式換熱器等國家標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2）滿足工藝和操作要求，所設(shè)計(jì)出來的流程和設(shè)備能保證得到質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品

11、，設(shè)計(jì)的流程與設(shè)備需要一定的操作彈性，可方便地進(jìn)行流量和傳熱量的調(diào)節(jié)。 3）滿足經(jīng)濟(jì)上的要求，設(shè)計(jì)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備與基礎(chǔ)的費(fèi)用，選擇合適的回流比，節(jié)省水蒸汽，設(shè)計(jì)時(shí)要全面考慮，力求總費(fèi)用盡可能低一些。 4）保證生產(chǎn)安全，保證換熱器具有一定的剛度和強(qiáng)度。設(shè)計(jì)中根據(jù)設(shè)計(jì)壓力確定壁厚,再校核其他零件的強(qiáng)度,進(jìn)行水壓試驗(yàn)，容器是否有足夠的腐蝕裕度。第二章?lián)Q熱器的工藝設(shè)計(jì)第2.1節(jié)換熱器的工藝條件設(shè) 計(jì) 條 件：殼 程管 程工 作 介 質(zhì)：飽和蒸汽熱 水設(shè) 計(jì) 溫 度：18090工 作 溫 度：16085設(shè) 計(jì) 壓 力：0.6MPa0.7Mpa工 作 壓 力：0.54Mpa0.65Mpa焊

12、縫 系 數(shù)：0.85腐 蝕 余 量：1mm換 熱 面 積：45m2第2.2節(jié)估算設(shè)備尺寸2.2.1計(jì)算傳熱管數(shù)NT擬用傳熱管規(guī)格為25x2，管長L2m，傳熱管數(shù)NT為式中符號： 換熱管外徑。mm 所需換熱面積。m2L 換熱管長。 換熱管總數(shù)。根2.2.2若將傳熱管按正三角形排列，計(jì)算殼程直徑D取管心距 t=1.3d t=1.3x25=32(mm) 橫過管束中心線的管數(shù) 采用單管程結(jié)構(gòu)，則殼程內(nèi)徑為 D=t(nc-1)+(2-3)do=32x(19-1)+(2-3)x25=626(mm) 圓整得D700mm第三章?lián)Q熱器零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第3.1節(jié)傳熱管3.1.1換熱管的型式和尺寸換熱管有光管、焊接

13、管、螺紋管、波節(jié)管、波紋管、三維內(nèi)外肋管等。在沒有特殊要求的情況下，一般選用光管因?yàn)楣夤芗庸し奖?、價(jià)格便宜，本裝置采用光管。選擇管徑時(shí)，應(yīng)盡可能使流速高些，但一般不應(yīng)超過規(guī)定的流速范圍。易結(jié)垢、粘度較大的液體宜采用較大的管徑。我國目前試用的列管式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中僅有25×2mm及19×2mm兩種規(guī)格的管子。本裝置的殼程介質(zhì)是飽和蒸汽，是比較容易清潔和不易結(jié)垢的流體，因此采用25×2mm規(guī)格。3.1.2換熱管的材料常用材料有碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅、銅鎳合金、鋁合金、鈦等。此外還有一些非金屬材料，如石墨、陶瓷等。本換熱器材質(zhì)選用Q235-A。3.1.3換熱管排列

14、形式及管心距管子在管板上的排列有正三角形、正方形和同心圓排列三種方式，如圖所示。傳熱管的排列應(yīng)使其在整個換熱器圓截面上均勻分布，同時(shí)還要考慮流體的性質(zhì)，管箱結(jié)構(gòu)及加工制造等方面的問題。正三角形排列的優(yōu)點(diǎn)有:管板的強(qiáng)度高；流體走短路的機(jī)會少，但管外流體擾動較大，因而對流傳熱系數(shù)較高；相同的殼徑內(nèi)可排列更多的管子；但是正三角形排列蝕管外機(jī)械清洗較為困難。正方形排列的優(yōu)點(diǎn)是便于清洗列管的外壁，適用于殼程流體易產(chǎn)生污垢的場合；但是在同樣的管板面積上可排列的管子數(shù)量為最少。同心圓排列方式優(yōu)點(diǎn)再也靠近殼體的地方管子分布較均勻，在殼體直徑較小的換熱器中可以排列的傳熱管數(shù)比三角形排列還多。本換熱器流體的性質(zhì)屬

15、于比較潔凈和不易結(jié)垢，因此采用正三角形排列，如圖（a）所示。圖3.1.1 管子的排列方式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)，此外還要考慮到管板強(qiáng)度和清洗管外表面時(shí)所需的空間。根據(jù)GB151-1999 規(guī)定管心距為32mm。第3.2節(jié)折流板列管式換熱器的殼程流體流通截面積大，在殼程流體屬對流傳熱條件時(shí)，為增大殼程流體的流速，加強(qiáng)其湍動程度，提高其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，需要設(shè)置折流板。折流板有橫向折流板和縱向折流板兩類，單殼程的換熱器僅需設(shè)置橫向折流板，橫向折流板同時(shí)兼有支承傳熱管，防止產(chǎn)生振動作用。管殼式換熱器常用的有弓形和盤環(huán)形。在弓形折流板中，流體在板間錯

16、流沖刷管子，而流經(jīng)折流板弓形缺口時(shí)是順流經(jīng)過管子后進(jìn)入下一板間，改變方向，流動中死區(qū)較少，比較優(yōu)越，結(jié)構(gòu)比較簡單，一般標(biāo)準(zhǔn)換熱器中只采用這種。盤環(huán)形折流板制造不方便，流體在管束中為軸向流動，效率較低。而且要求介質(zhì)必須是清潔的，否則沉淀物將會沉積在圓環(huán)后面，傳熱面積失效，一般用于壓力比較高而又清潔的介質(zhì)。因此，采用單弓形折流板。3.2.1折流板的主要幾何參數(shù)根據(jù)GB151-1999弓形折流板圓缺大小用切去弓弦高占圓筒內(nèi)直徑的百分比來確定，殘缺率為15%-45%,常用值為25%。單弓形折流板缺口弦高h(yuǎn)值，宜取0.20-0.45倍的圓筒內(nèi)直徑,取系數(shù)為0.25，切去圓缺高度h=0.25x700=17

17、5mm3.2.2折流板與殼體間隙折流板外周與殼體內(nèi)徑之間的間隙越小，殼程流體介質(zhì)在此處的泄漏越小，使傳熱效率提高，但間隙越小，給制造、安裝帶來困難。選取折流板名義外直徑D=DN-4.5=700-4.5=695.5mm。3.2.3折流板厚度折流板厚度與殼體直徑、換熱管無支承長度有關(guān)，其厚度根據(jù)參考選取5mm。3.2.4折流板的管孔、折流板的管孔直徑和公差 按GB151-99規(guī)定，級管束換熱器折流板管孔直徑d+0.4=25+0.4=25.4mm，及允許偏差、管孔中心距 折流板上管孔中心距（包括分程隔板處的管孔中心距）t=32,公差為相鄰兩孔 ，任意兩孔± 1.00mm、管孔加工 折流板上

18、管孔加工后兩端必須倒角0.5×45°。3.2.5材料的選取設(shè)計(jì)溫度180和設(shè)計(jì)壓力P0.6MPa,根據(jù)GB150-1998選取Q235-A鋼板，它的適用范圍：容器設(shè)計(jì)壓力P1.60MPa；鋼板使用溫度為035；用于殼體時(shí)，鋼板厚度不大于20mm；不得用于液化石油氣介質(zhì)以及毒性程度為高度或極度危害介質(zhì)的壓力容器。Q235-A.F和Q235-A鋼板技術(shù)要求低，鋼板質(zhì)量差，以往因鋼材供應(yīng)情況的限制，不得不采用。線技術(shù)要求較高的Q235B已大量生產(chǎn)。從標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)合理性、壓力容器的使用安全性以及鋼材供應(yīng)的可能性等方面綜合考慮，2002年7月1日起，在現(xiàn)有國內(nèi)規(guī)范中取消了Q235A.F

19、和A235A兩種鋼號。第3.3節(jié)拉桿、定距管3.3.1拉桿的結(jié)構(gòu)形式折流板與支持板一般均采用拉桿與定距管等元件與管板固定，其固定形式有如下幾種：1）采用全焊接方式，如圖（c）拉桿一端插入管板并與管板焊接，每塊折流板間距固定后與拉桿焊接固定。常用于拉桿與折流板為不銹鋼結(jié)構(gòu)或換熱管外徑14mm的管束。2）采用拉桿定距管結(jié)構(gòu)，拉桿一端用螺紋擰入管板，每兩塊折流板之間的間距用定距管固定，每根拉桿上最后一塊折流板與拉桿焊接如圖（d）；也有的是最后一塊折流板用兩個螺母鎖緊固定，這種形式易于調(diào)節(jié)折流板之間夾緊程度，在穿進(jìn)換熱器后，各折流板處于相對自由狀態(tài)，是列管換熱器最常用的形式如圖（b）。3）螺紋與焊接相

20、結(jié)合，如圖（a）拉桿一端用螺紋擰入管板，然后將每塊折流板焊在拉桿上，同樣不需要定距管，適于換熱管外徑14mm的管束。4）定距螺栓拉桿，如圖（e）是靠一節(jié)節(jié)定距螺栓將折流板夾持而達(dá)定距及固定折流板的目的。定距螺栓分A、B兩種形式，A型是與管板連接的定距螺栓，其兩端均為螺栓，B型是兩折流板之間采用的，其一端是螺栓，另一端是螺母，該結(jié)構(gòu)安裝簡單方便，間距正確。 圖3.3.1 拉桿的結(jié)構(gòu)形式本裝置的換熱管外徑為25mm，換熱器直徑為700mm，根據(jù)上述所說選用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。3.3.2拉桿直徑、數(shù)量和尺寸1) 、拉桿直徑和數(shù)量 根據(jù)GB1511999規(guī)定，拉桿直徑d16mm，拉桿數(shù)量為6根。2) 、拉

21、桿尺寸拉桿公稱直徑/mm數(shù)量基本尺寸拉桿直徑d/mm/mm/mm/mm1661620602.03.3.3拉桿的布置拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。拉桿位置占據(jù)換熱管的位置，對于大直徑換熱器，在布管區(qū)的中心部位或靠近折流板缺口處也應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿。第3.4節(jié)防沖板為了防止殼程物料進(jìn)口處流體對換熱管表面的直接沖刷，引起侵蝕及振動，應(yīng)在流體入口處裝置防沖板，以保護(hù)換熱管。設(shè)置防沖板時(shí)，殼程進(jìn)出口處的流道面積為接管處圓筒脮表面與防沖板表面之間介質(zhì)通過的面積；殼程進(jìn)出口處設(shè)置防沖板時(shí)，管束進(jìn)出口處流道面積為折流板與管板或折流板之間距內(nèi)換熱管之間的通道面積減去防沖板的投影面積。防沖板在殼體內(nèi)的位置，

22、應(yīng)使防沖板周邊與殼體內(nèi)壁所形成的流通面積為殼程進(jìn)口接管截面積的11.25倍。根據(jù)GB151-1999規(guī)定，防沖板的固定形式有A） 防沖板的兩側(cè)焊在定距管或拉桿上，也可同時(shí)焊在靠近管板的第一塊折流板上；B） 防沖板焊在圓筒上；C） 用U形螺栓將防沖板固定在換熱器上。本裝置采用防沖板焊在圓筒上。根據(jù)GB151-1999規(guī)定，防沖板的最小厚度：當(dāng)殼程進(jìn)口接管直徑小于300mm時(shí)，對碳鋼、低和金鋼取4.5mm；對不銹鋼取3mm。當(dāng)殼程進(jìn)口接管直徑大于300mm時(shí)，對碳鋼、低合金鋼取6mm；對不銹鋼取4mm.本裝置的殼程進(jìn)口接管直徑為150mm小于300mm，防沖板的材料為Q235-A，它的厚度取4.5

23、mm。第3.5節(jié)接管3.5.1接管的要求1)接管（含內(nèi)焊縫）不應(yīng)凸出殼體內(nèi)表面，并在該部位打磨平滑，以免妨礙管束的拆裝。2)接管應(yīng)盡管沿徑向或軸向布置，（4管程的例外）以方便配管與檢修。3)設(shè)計(jì)溫度在300以上時(shí)，不得使用平焊法蘭，必須采用整體法蘭。4)對利用接管（或接口）仍不能放氣和排液的換熱器，應(yīng)在管程和殼程的最高點(diǎn)設(shè)置放氣口，最低點(diǎn)設(shè)計(jì)排液口，其最小公稱尺寸為20mm。5)操作允許時(shí)，一般是在高溫、高壓或不允許介質(zhì)泄漏的場合，接管與外部管線的連接也可采用焊接。6)必要是可設(shè)置溫度計(jì)接口、壓力表及液面計(jì)接口。3.5.2接管高度（伸出長度）確定接管伸出殼體（或管箱殼體）外壁的長度，主要考慮法

24、蘭形式，焊接操作條件，螺栓拆裝，有無保溫及保溫厚度等因素決定。一般最短應(yīng)符合下式計(jì)算值l h + h + + 15 (mm) 式中：h接管法蘭厚度，mm； h1接管法蘭的螺母厚度，mm； 保溫層厚度，mm； l接管安裝高度，如圖a、b圖a 殼程接管位置 圖b 管箱接管位置依據(jù)上述要求接管高度為：熱水進(jìn)口接管高度l=208mm, 熱水出口接管高度l=208mm, 蒸汽進(jìn)口接管高度l=208mm, 排凝出口接管高度l=208mm, 管箱排氣口接管高度l=158mm,管箱排污口接管高度l=158mm，殼程排氣口接管高度l=158mm。3.5.3接管位置最小尺寸殼程接管位置最小尺寸見圖a，按下式估算：

25、無補(bǔ)強(qiáng)圈 L2do/2+(b-4)+C管程接管最小尺寸見圖b，按下式估算：無補(bǔ)強(qiáng)圈 L2do/2+hf+C為考慮焊縫影響，一般取C3倍殼體壁厚且不小于50100mm。有時(shí)殼徑較大且折流板間距也很大，則L1值在設(shè)計(jì)時(shí)尚應(yīng)考慮第一塊折流板與管板的間距，以使流體分布均勻。依據(jù)上述要求接管高度為：熱水進(jìn)口接管L2=250mm, 熱水出口接管高度L2=250mm, 蒸汽進(jìn)口接管L2=250mm, 排凝出口接管L2=150mm。3.5.4排氣，排液管為提高傳熱效率，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)在其殼程和管程的最高，最低點(diǎn)，分別設(shè)置排氣、排液接管，排氣、排液接管的端部必須

26、與殼體或管箱殼體內(nèi)壁平齊。第3.6節(jié)管箱管箱的作用是把由管道來的管程流體均勻分布到各傳熱管把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器。在多管程換熱器中，管箱還起到改變流體流向的作用。無論那種管箱，其管箱的最小內(nèi)側(cè)深度應(yīng)當(dāng)滿足這樣的要求：使連接雙程間流體流動的橫截面至少大于或等于單管程通過的截面。3.6.1管箱結(jié)構(gòu)形式（1）、A型（平蓋管箱）如圖（a）裝有管箱平蓋（或稱盲板），清洗管程時(shí)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(diǎn)是盲板結(jié)構(gòu)用材多，且尺寸較大是得用鍛件，耗費(fèi)大量機(jī)加工時(shí)，提高制造成本，并增加一道密封的泄漏可能。一一般多用于DN<900mm的浮頭式換熱器中。（2）、B型封

27、頭管箱型 如圖（b），用于單程或多程管箱，優(yōu)點(diǎn)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(jià)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的多，缺點(diǎn)是檢查管子和清洗管程時(shí)必須拆下連接管道和管箱。（3）、C型、D型管箱 這種形式是管箱一端與殼體及管板連成一體，或是用于可拆管束與管板制成一體的管箱，另一端可采用A型結(jié)構(gòu)，減少了泄漏的可能性。一般用的較少，只在高壓情況下采用。本換熱器由于壓力不高，所以采用d型管箱。第3.7節(jié)管板結(jié)構(gòu)尺寸管板在換熱器的制造成本中占有相當(dāng)大的比重，管板設(shè)計(jì)與管板上的孔數(shù)、孔徑、孔間距、開孔方式以及管子的連接方式有關(guān)。、選用固定管板兼作法蘭形式的管板

28、，圖3.7.1 固定管板式換熱器管板尺寸這種管板結(jié)構(gòu)尺寸，在依據(jù)確定的設(shè)計(jì)壓力，殼體內(nèi)徑來選擇或設(shè)計(jì)法蘭，然后根據(jù)法蘭相應(yīng)結(jié)構(gòu)尺寸確定管板的最大外徑，密封面位置、寬度、螺栓直徑、位置、個數(shù)等，根據(jù)上述確定的殼體內(nèi)徑D=700mm和設(shè)計(jì)壓力PN0.6MPa，確定D=730mm、D1=690mm、D2=642mm、D4=600mm、D5 =597mm、螺栓孔數(shù)n=482 、管板孔直徑和允許公差，由參考得管孔直徑為25.25，允許偏差為3 、管板材料在選擇管板材料時(shí)，除力學(xué)性能外，還應(yīng)考慮管程和殼程流體的腐蝕性，以及管板和換熱管之間的電位差對腐蝕的影響。本換熱器采用Q235-A。第3.8節(jié)封頭3.8

29、.1封頭的選用壓力容器封頭的種類較大，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決定。1）、半球形封頭，在均勻內(nèi)壓作用下，薄壁球形容器的薄膜應(yīng)力為相同直徑圓筒的一半，故從受力分析來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但缺點(diǎn)是深度大，直徑小時(shí)，整體沖壓困難，大直徑采用分瓣沖壓其拼焊工作量也較大。半球形封頭常用在高壓容器上。2）、橢圓形封頭是由半個橢球面和短圓筒組成，由于封頭的橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力分布比較均勻，且橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易于沖

30、壓成型，是目前中、低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。3）、碟形封頭是帶折邊的球面封頭該邊緣彎曲應(yīng)力與薄膜應(yīng)力疊加，使該部位的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他部位，故受力狀況不佳。但過渡環(huán)殼的存在降低了封頭的深度，方便了成型加工，且壓制碟形封頭的鋼模加工簡單，使碟形封頭的應(yīng)用范圍較為廣泛。4）、錐殼，軸對稱錐殼可分為無折邊錐殼和折邊錐殼，由于結(jié)構(gòu)不連續(xù)，錐殼的應(yīng)力分布并不理想，但其特殊的結(jié)構(gòu)形式有利于固體顆粒和懸浮或粘稠液體的排放，可作為不同直徑圓筒的中間過渡段，因而在中、低壓容器中使用較為普遍。對受均勻內(nèi)壓封頭的強(qiáng)度計(jì)算，由于封頭和圓筒相連接，所以不僅需要考慮封頭本身因內(nèi)壓引起的薄膜應(yīng)力，還要考慮與圓筒連接除的不

31、連續(xù)應(yīng)力。連接處總應(yīng)力的大少與封頭的幾何形狀和尺寸，封頭與圓筒厚度的比值大少有關(guān)。封頭設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)優(yōu)先選用封頭標(biāo)準(zhǔn)中推薦的型式與參數(shù)，然后根據(jù)受壓情況進(jìn)行強(qiáng)度或穩(wěn)定性計(jì)算，確定合適的厚度。3.8.2熱水進(jìn)、出口處的封頭為了制造的方便，采用橢圓形封頭。設(shè)計(jì)溫度180，設(shè)計(jì)壓力P0.7MPa，選用Q235B,材料的許用應(yīng)力t=105MPa 取焊縫系數(shù)1。腐蝕裕度C21m,鋼板厚度偏差C1=0.8mm。符合GB150-1998規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的有效厚度應(yīng)不少于封頭內(nèi)直徑的0.15設(shè)計(jì)溫度下圓筒的最大允許工作應(yīng)力,查表系數(shù)K取值為1根據(jù)JB/T 4737-95 選取橢圓形封頭為Dg700x8 直邊

32、高度h2=25mm,曲面高度h=175mm第3.9節(jié)法蘭3.9.1法蘭結(jié)構(gòu)類型法蘭的基本結(jié)構(gòu)形式按組成法蘭的圓筒、法蘭環(huán)及錐頸三部分的整體性程度可分為松式法蘭、整體法蘭和任意式法蘭三種。1）、松式法蘭：指法蘭不直接固定在殼體上或者雖固定而不能保證與殼體作為一個整體承受螺栓載荷的結(jié)構(gòu)。適用于有色金屬和不銹鋼制設(shè)備或管道上，且法蘭可采用碳素鋼制作，以節(jié)約貴重金屬。但法蘭剛度小，厚度較厚，一般只適用于壓力較低的場合。2）、整體法蘭：將法蘭于殼體鍛或鑄成一體或經(jīng)全熔透的平焊法蘭，這種結(jié)構(gòu)能保證殼體與法蘭同時(shí)受力，使法蘭厚度可適當(dāng)減薄，但會在殼體上產(chǎn)生較大應(yīng)力。其中的帶頸法蘭可以提高法蘭與殼體的連接剛度

33、，適用于壓力、溫度較高的重要場合。3）、任意式法蘭：從結(jié)構(gòu)來看，這種法蘭與殼體連成一體，但剛性介于整體法蘭和松式法蘭之間，這類法蘭結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，故在中低壓容器或管道中得到廣泛應(yīng)用。第3.10節(jié)墊片的選取設(shè)備墊片主要有：非金屬軟墊片、纏繞墊片和金屬包墊片。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、長頸對焊法蘭，法蘭密封面形式為光滑密封面或凹凸密封面。纏繞墊片適用于乙型平焊法蘭、長頸對焊法蘭，法蘭密封面形式為光滑密封面、凹凸密封面及榫槽密封面。金屬包墊片適用于乙型平焊法蘭和長頸對焊法蘭，法蘭密封面形式為光滑密封面、凹凸密封面及榫槽密封面。本換熱汽殼程和管程介質(zhì)為蒸汽和熱水，工

34、作溫度與壓力不高，采用非金屬墊片。第3.11節(jié)鞍座的選取本換熱器是臥式換熱器，換熱器鞍式支座可按JB/T4712選用。鞍式支座在換熱器上的布置應(yīng)按下列原則確定：a ) 當(dāng)L3000mm時(shí)，取Ls=(0.4-0.6)Lb ) 當(dāng)L >3000mm時(shí)，取Ls=(0.5-0.7)Lc ）盡量使Lc和Lc相近第四章?lián)Q熱器的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第4.1節(jié)傳熱管與管板的連接管子與管板的連接，在管殼式換熱器的設(shè)計(jì)中，是一個比較重要的結(jié)構(gòu)部分。它不僅加工工作量大，而且必須使每個連接處在設(shè)備的運(yùn)行中，保證介質(zhì)無泄漏及承受介質(zhì)壓力的能力。管子與管板的連接形式有強(qiáng)度脹接、強(qiáng)度焊接與脹焊接的混合結(jié)構(gòu)。無論采用何種連接形

35、式，度必須滿足一下兩種條件：連接處保證介質(zhì)無泄漏的充分氣密性；承受介質(zhì)壓力的充分結(jié)合力。強(qiáng)度脹接結(jié)構(gòu)簡單，換熱管修補(bǔ)容易。由于脹接管端處在脹接使產(chǎn)生塑性變形，存在著殘余應(yīng)力。不銹鋼管與管板無論壓力大小，溫度高低，一般均采用焊接結(jié)構(gòu)，目的是消除換熱管與管板孔的間隙，從而消除間隙腐蝕。第4.2節(jié)管板與殼體的連接管板與殼體的連接依換熱器的結(jié)構(gòu)形式分為可拆連接及不可拆連接?？刹疬B接主要用于浮頭式，U型管式和填料函式換熱器的固定端管板，不可拆連接在剛性結(jié)構(gòu)換熱器中采用，其兩端管板的內(nèi)側(cè)面直接焊在殼體上，而根據(jù)兩端管板的外測面連接形式又分為管板兼法蘭和不兼作法蘭。前者用于管側(cè)介質(zhì)壓力及密封性能要求不高的場

36、合即通常稱為固定管板式換熱器；后者多見于管側(cè)壓力很高或密封性能要求也高的高壓高溫?fù)Q熱器中，如合成氨系統(tǒng)中的廢熱鍋爐及合成換熱器中。本設(shè)備選取了延長部分兼作法蘭的管板。如圖為常見的兼作法蘭的管板與殼體連接結(jié)構(gòu)，根據(jù)具體情況也可選用其他形式的結(jié)構(gòu)。其使用壓力及場合主要依據(jù)焊縫是否焊透及焊縫受力情況?？珊竿附Y(jié)構(gòu)及對接焊縫使用壓力則較高，反之則較低，如圖（a）為角焊縫，無論殼體其他環(huán)焊縫質(zhì)量多高，可以采用對接雙面焊，但是進(jìn)行殼程強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，只能依這里的焊縫為最薄弱環(huán)節(jié)取用焊縫系數(shù)。管板上開槽，是使殼體容易保證與管板對中，施焊方便，這種結(jié)構(gòu)適于殼體板厚大于10mm，殼程壓力Ps1MPa，不適宜用于易燃、

37、易爆、易揮發(fā)及有毒介質(zhì)的場合。圖（b）、（c）形式的焊接質(zhì)量可大大提高，因此適宜用在壓力較高（Ps4MPa），設(shè)備直徑較大，管板較厚的場合。圖（d）、（e）形式的使用壓力更高，一般Ps>4MPa。此時(shí)管板帶有凸肩，其焊接結(jié)構(gòu)性能已由角接變?yōu)閷?，故承載能力更佳。在選定上述結(jié)構(gòu)形式時(shí)，要特別注意殼程介質(zhì)有無間隙腐蝕作用，則只能選擇圖（b）、（d）兩種不帶墊板的結(jié)構(gòu)；若殼程節(jié)奏無間隙腐蝕的作用，應(yīng)盡量選擇帶有墊板的存在間隙的結(jié)構(gòu)形式，即圖（c）、（e），它可以保證對接焊縫焊透，焊接質(zhì)量更佳。至于管板上環(huán)形圓角則完全是為 減少應(yīng)力集中。圖4.2.1兼作法蘭的管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)本設(shè)備直徑較大，

38、管板較厚，殼體介質(zhì)無間隙腐蝕的作用，選擇沒有墊板的存在間隙的結(jié)構(gòu)形式。第4.3節(jié)管板與管箱的連接管板與管箱連接多數(shù)是靠法蘭連接，形式很多，隨著溫度，壓力及耐腐蝕情況不同而異。在設(shè)計(jì)中應(yīng)合理選擇不同連接形式，對設(shè)備的制造，安全及節(jié)約材料有重要的意義。固定管板式換熱器的管板與管箱法蘭的連接形式比較簡單，除了滿足工藝上要求選擇一定的密封面形式外，按壓力、溫度來選擇法蘭的結(jié)構(gòu)形式。如圖所示為三種最常見的固定管板換熱器的管板與管箱法蘭連接形式。圖（a）的結(jié)構(gòu)采用平面密封形式，適用于管程操作壓力小于1.6MPa，且對氣密性要求不高的情況下。圖（b）采用榫槽密封面形式，適于氣密性要求較高的場合，但具有制造要求較高，加工比較困難，墊片窄，安裝不便等缺點(diǎn)，一般在中低壓較少采用，當(dāng)在較高壓下采用時(shí)，法蘭的形式應(yīng)改用長頸法蘭。圖（c）的形式時(shí)最常見的，法蘭的密封面采用凹凸面形式，視壓力高低，法蘭形式可為平焊法蘭，更多的為長頸法蘭。根據(jù)本設(shè)備的氣密性要求和為了加工方便，安裝便利，采用下面的連接方式，法蘭的密封面采用凹凸面形式，視壓力高低，法蘭形式可為平焊法蘭，更多的為長頸法蘭。圖4.3.1 固定管板換熱器的管板與管箱的連接第五章?lián)Q熱器的強(qiáng)度設(shè)計(jì)與校核第5.1