換熱器的結(jié)構(gòu)

1、管殼式換熱器就是具有換熱管和殼體的一種換熱設(shè)備，換熱管與管板連接，再用殼體固定。按其結(jié)構(gòu)型式，主要分為：固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U形管式換熱器、填料函式換熱器、方形殼體翅片管換熱器等。詳細(xì)結(jié)構(gòu)如下：固定管板式換熱器：  固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)如上圖所示，換熱器的兩端管板采用焊接方法與殼體連接固定。換熱管可為光管或低翅管。其結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，能得到較小的殼體內(nèi)徑，管程可分成多樣，殼程也可用縱向隔板分成多程，規(guī)格范圍廣，故在工程中廣泛應(yīng)用。  其缺點(diǎn)是殼側(cè)不便清洗，只能采用化學(xué)方法清洗，檢修困難，對于較臟或?qū)Σ牧嫌懈g性的介質(zhì)不能走殼程。殼體與換熱管溫差應(yīng)力較大，當(dāng)溫

2、差應(yīng)力很大時(shí)，可以設(shè)置單波或多波膨脹節(jié)減小溫差應(yīng)力浮頭式換熱器  浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)如圖所示，其一端管板與殼體固定，而另一端的管板可以在殼體內(nèi)自由浮動。殼體和管束對熱膨脹是自由的，故當(dāng)兩種介質(zhì)的溫差較大時(shí)，管束與殼體之間不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭端設(shè)計(jì)成可拆結(jié)構(gòu)，使管束可以容易地插入或抽出，這樣為檢修和清洗提供了方便。這種形式的換熱器特別適用于殼體與換熱管溫差應(yīng)力較大，而且要求殼程與管程都要進(jìn)行清洗的工況。  浮頭式換熱器的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴，而且浮頭端小蓋在操作時(shí)無法知道泄漏情況，所以裝配時(shí)一定要注意密封性能U形管式換熱器上圖為雙殼程U形管式換熱器。U形管式換熱器是將換熱

3、管彎成U形，管子兩端固定在同一塊管板上。由于換熱管可以自由伸縮，所以殼體與換熱管無溫差應(yīng)力。因U形管式換熱器僅有一塊管板，所以結(jié)構(gòu)較簡單，管束可從殼體內(nèi)抽出，殼側(cè)便于清洗，但管內(nèi)清洗稍困難，所以管內(nèi)介質(zhì)必須清潔且不易結(jié)垢。U形管式換熱器一般用于高溫高壓情況下，尤其是殼體與換熱管金屬壁溫差較大時(shí)。  殼程可設(shè)置縱向隔板，將殼程分為兩程(如圖中所示)。填料函式換熱器上圖為填料函式雙管程雙殼程換熱器，填料函式換熱器的換熱管束可以自由滑動，殼側(cè)介質(zhì)靠填料密封。對于一些殼體與管束溫差較大，腐蝕嚴(yán)重而需經(jīng)常更換管束的換熱器，可采用填料函式換熱器。它具有浮頭換熱器的優(yōu)點(diǎn)，又克服了固定管板式換熱器的

4、缺點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，易于檢修清洗。  填料函式換熱器的缺點(diǎn)：使用直徑?。徊贿m于高溫、高壓條件下；殼程介質(zhì)不適于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒等介質(zhì)方形殼體翅片管換熱器：方形殼體翅片管換熱器的殼體為方箱形(如上圖所示)，其換熱管為帶翅片的翅片管。換熱管可為單排或多排換熱管。翅片材料可采用碳鋼、不銹鋼、鋁或銅材等。翅片的翅高、翅距和翅片厚度可根據(jù)實(shí)際工況而定。  這種形式的換熱器因?yàn)椴捎昧顺崞?，可大大?qiáng)化傳熱面積，所以特別適用于給熱系數(shù)較低的流體。殼程流通面積可設(shè)計(jì)較大，流動阻力較小，所以對于壓力較低和對壓力降要求較小的流體特別適用。在實(shí)際生產(chǎn)中，常常用這種換熱器來加熱或冷卻

5、低壓空氣。  其缺點(diǎn)：因?yàn)闅んw為方箱形，雖然管程可承受高壓介質(zhì)，但殼程只能承受較低壓力的介質(zhì)。這種換熱器的金屬消耗量大，制造成本較高。  在實(shí)際生產(chǎn)裝置中，為提高殼程的耐壓能力，往往將殼體做成圓形，而管束采用方形布管。結(jié)構(gòu)可參見下面附圖左圖為我廠設(shè)計(jì)制造的空氣段間冷卻器的剖視圖。該換熱器的管束采用方形排列的翅片管，管束長度為3.7m。為提高殼體的承壓能力，殼體采用圓筒形，直徑900mm。  換熱管為紫銅整體軋制翅片管，翅片外徑36mm，翅片根徑為20mm，換熱管內(nèi)徑16mm，翅片間距2.5mm，翅片厚度為0.5mm，換熱總面積為440m2。 空氣條件：&

6、#160;     流量：30000Nm3/h      溫度：100-40ºC      工作壓力：0.1MPa     壓降:150mm水柱  總熱負(fù)荷:597000kcal/h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

7、、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。換熱面積的計(jì)算在管殼式換熱器的設(shè)計(jì)中，確定了一種換熱器的結(jié)構(gòu)形式后，首先必須確定

8、的一個(gè)重要因素是有效換熱面積，換熱面積的多少決定了換熱器的大小。如果換熱面積太小，使工藝過程不能實(shí)現(xiàn)，使換熱器介質(zhì)出口溫度不能得到有效控制。如果換熱面積太大，不僅造成材料的浪費(fèi)，增加投資，而且增大了換熱器的體積，使其占據(jù)過多的空間。  計(jì)算換熱面積的一個(gè)重要參數(shù)是總傳熱系數(shù)，它包括冷熱介質(zhì)的給熱系數(shù)、介質(zhì)的污垢系數(shù)和金屬壁的傳熱系數(shù)。其中計(jì)算較為復(fù)雜的是介質(zhì)的給熱系數(shù)。介質(zhì)的給熱系數(shù)不僅與介質(zhì)的物性有關(guān)，而且與介質(zhì)的流動狀態(tài)有關(guān)。介質(zhì)的流動狀態(tài)是由換熱器的結(jié)構(gòu)決定的，如果換熱器的結(jié)構(gòu)作很小改動，將引起介質(zhì)流動狀態(tài)作較大的變化。在一個(gè)換熱器中，同一種介質(zhì)的溫度是不斷變化的，所以在換熱器

9、中的不同位置，同一種介質(zhì)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)因溫度的不同而不同。在實(shí)際計(jì)算中，往往將一種介質(zhì)分成許多個(gè)溫度區(qū)域，在不同的溫度區(qū)域，對介質(zhì)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)作相應(yīng)的計(jì)算。在換熱器的設(shè)計(jì)過程中，換熱面積的確定是最為關(guān)鍵的一步，它不僅需要計(jì)算方法正確嚴(yán)密，而且各種參數(shù)必須十分精確。   換熱器的分析計(jì)算過程是一個(gè)動態(tài)的計(jì)算過程，往往須不斷地調(diào)整換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。而管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)很多，其中一項(xiàng)的改變將會使計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生很大變化，所以需要不斷的反復(fù)，不僅要使換熱面積滿足需要，而且還應(yīng)兼顧到其它許多因素，例如介質(zhì)阻力情況等等。流體阻力的計(jì)算在管殼式換熱器的分析設(shè)計(jì)中，流體的阻力計(jì)算是極為重要的

10、，流體的阻力對于工藝過程是較為關(guān)鍵的參數(shù)，它不僅影響到整個(gè)系統(tǒng)的壓力平衡，而且對于節(jié)能降耗也起到重要的作用。在實(shí)際生產(chǎn)中，常常由于流體阻力不適而使工藝過程難以實(shí)現(xiàn)。在管殼式換熱器中，流體的阻力包括殼程流體的阻力及管程流體的阻力。  殼程流體阻力包括介質(zhì)進(jìn)口管、出口管、換熱管間、折流板缺口等處阻力。介質(zhì)進(jìn)出口管阻力可以通過改變進(jìn)出口管的大小來進(jìn)行調(diào)節(jié)。換熱管間的介質(zhì)阻力可以通過改變換熱管間的介質(zhì)流通面積來進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如改變換熱管的布管形式，改變殼體直徑，改變折流板間距等。折流板缺口處的介質(zhì)阻力可以通過改變折流板缺口高度來進(jìn)行調(diào)節(jié)。  管程流體的阻力包括介質(zhì)進(jìn)出口管、換熱管內(nèi)、

11、管箱等處阻力。介質(zhì)進(jìn)出口管阻力可以通過改變進(jìn)出口管的大小來進(jìn)行調(diào)節(jié)。換熱管內(nèi)的介質(zhì)阻力可以通過改變換熱管的數(shù)量，換熱管的長度，換熱管的直徑以及管程數(shù)等來進(jìn)行調(diào)節(jié)。管箱處的介質(zhì)阻力可以通過改變管箱處的介質(zhì)流通面積來進(jìn)行調(diào)節(jié)。  換熱器中流體的阻力計(jì)算，應(yīng)分別計(jì)算出換熱器內(nèi)部各處的流體阻力。只有掌握了介質(zhì)阻力的分布情況，才能夠通過有效調(diào)整換熱器各處的結(jié)構(gòu)尺寸來改變介質(zhì)的阻力，從而滿足工藝要求。管束震動分析對于管殼式換熱器，一個(gè)容易被忽視的問題是換熱管的振動。而換熱管束的振動往往是換熱管破壞的主要原因，使換熱器過早報(bào)廢。  引起換熱管振動的因素很多，也較復(fù)雜。當(dāng)介質(zhì)流量接近使換熱

12、管產(chǎn)生共振的臨界流量時(shí)，將引起換熱管束產(chǎn)生較大的振動。另外換熱器內(nèi)部介質(zhì)的局部湍流、渦流也會引起換熱管振動。  換熱管振動的位置較廣，可以是某兩個(gè)折流板間的所有換熱管同時(shí)產(chǎn)生振動，或只有幾排換熱管產(chǎn)生振動。也可能是在介質(zhì)進(jìn)口或出口端的某些換熱管產(chǎn)生振動?？傊?，換熱管的振動可能發(fā)生在換熱管束的任何一處或多處。  換熱器的管束振動分析，就是要確定換熱管的振動位置以及振動性質(zhì)，了解引起換熱管產(chǎn)生振動的原因，從而消除換熱管的振動。消除換熱管振動的方法有很多，可以通過改變換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸來改變換熱管束的固有頻率或流體的流動狀態(tài)，從而消除換熱管的振動?；蛘咴趽Q熱管束的振動部位增加局部支

13、撐板，來約束換熱管的振動。換熱器網(wǎng)絡(luò)分析在一個(gè)工程系統(tǒng)中，往往不是對單一的某臺換熱器進(jìn)行分析，常常是對由多個(gè)換熱器組成的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)合計(jì)算，其間還有一些其它設(shè)備（例如：閥門、混合、分離等設(shè)備）。下圖為一個(gè)簡單的換熱器網(wǎng)絡(luò)。對一個(gè)換熱器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)進(jìn)行綜合的考慮并進(jìn)行系統(tǒng)的分析。在一個(gè)工程系統(tǒng)中，往往不是對單一的某臺換熱器進(jìn)行分析，常常是對由多個(gè)換熱器組成的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)合計(jì)算，其間還有一些其它設(shè)備（例如：閥門、混合、分離等設(shè)備）。下圖為一個(gè)簡單的換熱器網(wǎng)絡(luò)。對一個(gè)換熱器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)進(jìn)行綜合的考慮并進(jìn)行系統(tǒng)的分析。換熱器強(qiáng)度計(jì)算確定了換熱器的結(jié)構(gòu)及尺寸以后，必須對換熱器的所有受壓元件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。因?yàn)楣軞な綋Q熱器

14、一般用于壓力介質(zhì)的工況，所以換熱器的殼體大多為壓力容器，必須按照壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)，對于鋼制的換熱器，我國一般按照GB150<<鋼制壓力容器>>標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，或者美國ASME標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對于其它一些受壓元件，例如管板、折流板等，可以按照我國的GB151<<管殼式換熱器>>或者美國TEMA標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對于其它材料的換熱器，例如鈦材、銅材等應(yīng)按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。  下面提供一氮?dú)饫鋮s器的受壓元件強(qiáng)度計(jì)算，以供參考。該換熱器為U形管式換熱器，殼體直徑500mm，管程設(shè)計(jì)壓力3.8MPa，殼程設(shè)計(jì)壓力0.6MPa。詳細(xì)強(qiáng)度計(jì)算

15、如下：1殼程筒體強(qiáng)度計(jì)算：氮?dú)饫鋮s器(U形管式換熱器)筒體計(jì)算計(jì)算條件筒體簡圖計(jì)算壓力PcMPa設(shè)計(jì)溫度 t° C內(nèi)徑Dimm材料16MnR(熱軋) ( 板材)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力sMPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力stMPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)ssMPa鋼板負(fù)偏差C1mm腐蝕裕量C2mm焊接接頭系數(shù)f厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度d =mm有效厚度de =dn - C1- C2= mm名義厚度dn = mm重量Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT P = MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平sTsT£0.90 ss =MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力sT = = MPa校核條件sT

16、3;sT校核結(jié)果合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力Pw= = MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力st = = MPastfMPa校核條件stfst結(jié)論合格2前端管箱筒體強(qiáng)度計(jì)算氮?dú)饫鋮s器前端管箱筒體計(jì)算計(jì)算條件筒體簡圖計(jì)算壓力PcMPa設(shè)計(jì)溫度 t° C內(nèi)徑Dimm材料0Cr18Ni9 ( 板材)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力sMPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力stMPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)ssMPa鋼板負(fù)偏差C1mm腐蝕裕量C2mm焊接接頭系數(shù)f厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度d =mm有效厚度de =dn - C1- C2= mm名義厚度dn = mm重量Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT P = MPa壓

17、力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平sTsT£0.90 ss =MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力sT = = MPa校核條件sT£sT校核結(jié)果合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力Pw= = MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力st = = MPastfMPa校核條件stfst結(jié)論合格3前端管箱封頭強(qiáng)度計(jì)算氮?dú)饫鋮s器前端管箱封頭計(jì)算計(jì)算條件橢圓封頭簡圖計(jì)算壓力PcMPa設(shè)計(jì)溫度 t° C內(nèi)徑Dimm曲面高度himm材料0Cr18Ni9 (板材)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力sMPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力stMPa鋼板負(fù)偏差C1mm腐蝕裕量C2mm焊接接頭系數(shù)f厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K= = 計(jì)算厚度d = mm有效厚

18、度de =dn - C1- C2= mm最小厚度dmin = mm名義厚度dn = mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力Pw= = MPa4后端殼程封頭強(qiáng)度計(jì)算氮?dú)饫鋮s器后端殼程封頭計(jì)算計(jì)算條件橢圓封頭簡圖計(jì)算壓力PcMPa設(shè)計(jì)溫度 t° C內(nèi)徑Dimm曲面高度himm材料16MnR(熱軋) (板材)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力sMPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力stMPa鋼板負(fù)偏差C1mm腐蝕裕量C2mm焊接接頭系數(shù)f厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K = = 計(jì)算厚度d = mm有效厚度de =dn - C1- C2= mm最小厚度dmin = mm名義厚度dn = mm結(jié)論滿足最小厚度要求重

19、量Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力Pw= = MPa結(jié)論合格5管板強(qiáng)度計(jì)算氮?dú)饫鋮s器管板計(jì)算設(shè)計(jì)條件殼程設(shè)計(jì)壓力MPa管程設(shè)計(jì)壓力MPa殼程設(shè)計(jì)溫度° C管程設(shè)計(jì)溫度° C殼程筒體壁厚mm管程筒體壁厚mm殼程筒體腐蝕裕量Cmm管程筒體腐蝕裕量 Cmm換熱器公稱直徑5mm換熱管使用場合一般場合管板與法蘭或圓筒連接方式 ( a b c d 型 )a型換熱管與管板連接方式 ( 脹接或焊接 )焊接材料(名稱及類型)0Cr18Ni9名義厚度mm管強(qiáng)度削弱系數(shù)剛度削弱系數(shù)材料泊松比隔板槽面積mm2換熱管與管板脹接長度或焊腳高度lmm設(shè)計(jì)溫度下管板材料彈性模量MPa設(shè)計(jì)溫度下管板材料許用應(yīng)力

20、MPa許用拉脫力MPa殼程側(cè)結(jié)構(gòu)槽深h1mm板管程側(cè)隔板槽深h2mm殼程腐蝕裕量mm管程腐蝕裕量mm材料名稱0Cr18Ni9換管子外徑dmm熱管子壁厚mm管U型管根數(shù)n138根換熱管中心距 Smm設(shè)計(jì)溫度下?lián)Q熱管材料許用應(yīng)力MPa墊片材料軟墊片壓緊面形式1a或1b墊墊片外徑Domm片墊片內(nèi)徑Dimma型墊片厚度dgmm墊片接觸面寬度Wmm墊片壓緊力作用中心園直徑DGmm ( c 型 )管板材料彈性模量MPa ( d 型 )管板材料彈性模量MPa( b d 型 )管箱圓筒材料彈性模量MPa ( b c 型 )殼程圓筒材料彈性模量MPa ( c d 型 )管板延長部分形成的凸緣寬度mm ( c 型

21、）殼體法蘭或凸緣厚度mm ( d 型 )管箱法蘭或凸緣厚度mm參數(shù)計(jì)算管板布管區(qū)面積三角形排列正方形排列一根換熱管管壁金屬橫截面積= mm2管板開孔前抗彎剛度b c d 型N·mm管板布管區(qū)當(dāng)量直徑mma 型其他系數(shù)系數(shù)按和查圖得 : = 系數(shù)按和查圖得 : = a d 型= 0b c型a ,c 型= 0b ,d 型a 型= 0其他旋轉(zhuǎn)剛度無量剛系數(shù)系數(shù)按和管板厚度或管板應(yīng)力計(jì)算a管板計(jì)算厚度取、大值mm型管板名義厚度mm管板中心處徑向應(yīng)力= 0MPa= 0MPabcd布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力= 0MPa型= 0MPa邊緣處徑向應(yīng)力= 0MPa= 0MPa管板應(yīng)力校核單位：MPa|sr|

22、r=0 = b工況|sr|r=Rt = c|sr|r=R = d|sr|r=0 = 型工況|sr|r=Rt =|sr|r=R = 換熱管軸向應(yīng)力計(jì)算及校核: MPa (單位)計(jì)算工況計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果校核只有殼程設(shè)計(jì)壓力,管程設(shè)計(jì)壓力=0 :|合格只有管程設(shè)計(jì)壓力,殼程設(shè)計(jì)壓力=0 :=|合格殼程設(shè)計(jì)壓力,管程設(shè)計(jì)壓力同時(shí)作用:|合格換熱管與管板連接拉脫力校核拉脫力q3.21 qMPa校核合格重量Kg6管程設(shè)備法蘭強(qiáng)度計(jì)算氮?dú)饫鋮s器管箱法蘭強(qiáng)度計(jì)算設(shè) 計(jì) 條 件簡圖設(shè)計(jì)壓力 pMPa計(jì)算壓力 pcMPa設(shè)計(jì)溫度 t° C軸向外載荷 FN外力矩 M殼材料名稱0Cr18Ni9體許用應(yīng)力MP

23、a法材料名稱#許用s fMPa蘭應(yīng)力s tfMPa材料名稱40Cr螺許用s bMPa應(yīng)力s tbMPa栓公稱直徑 d Bmm螺栓根徑 d 1mm數(shù)量 n24個(gè)DiDo墊結(jié)構(gòu)尺寸DbD外D內(nèi)0mmLeLAh1材料類型軟墊片Nmy壓緊面形狀1a,1bbDG片b06.4mm b= b0b06.4mm DG= ( D外+D內(nèi) )/2b0 > 6.4mm DG= D外 - 2b螺 栓 受 力 計(jì) 算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WaN操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WpWp = Fp + F = 1127044.1 N所需螺栓總截面積 Ammm2實(shí)際使用螺栓總截面積 AbAb = mm2力 矩 計(jì) 算操

24、pcNmmMD= FD LD作FG = FpNLG= 0.5 ( Db - DG )mmMG= FG LGMpFT = F-FDNLT=0.5(LA + d 1 + LG )mmMT= FT LT外壓: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 內(nèi)壓: Mp = MD+MG+MT Mp = 47842568.0預(yù)緊 MaNmm計(jì)算力矩 Mo= Mp 與 中大者螺 栓 間 距 校 核實(shí)際間距mm最小間距56.0 (查GB150-98表9-3)mm最大間距mm形 狀 常 數(shù) 確 定由K查表9-5得整體法蘭查圖9-3和圖9-4松式法蘭查圖9-5和圖9-6查圖9-7由得整體法蘭松式

25、法蘭=f e+1 =1.44 剪應(yīng)力校核計(jì) 算 值許 用 值結(jié) 論預(yù)緊狀態(tài)MPa操作狀態(tài)MPa輸入法蘭厚度f = 46.0 mm時(shí),法蘭應(yīng)力校核應(yīng)力性質(zhì)計(jì) 算 值許 用 值結(jié) 論軸向應(yīng)力MPa=205.5 或=342.5( 按整體法蘭設(shè)計(jì)的任 意 式法蘭, 取 )校核合格徑向應(yīng)力MPa校核合格切向應(yīng)力MPa校核合格綜合應(yīng)力MPa校核合格法蘭校核結(jié)果校核合格7接管開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算氮?dú)饫鋮s器開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算接管: a,219×16計(jì)算方法 : GB150-1998 等面積補(bǔ)強(qiáng)法, 單孔設(shè)計(jì)條件簡圖計(jì)算壓力pcMPa設(shè)計(jì)溫度100殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型0Cr18Ni9板材殼體開孔處焊接

26、接頭系數(shù)殼體內(nèi)直徑Di500mm殼體開孔處名義厚度n12mm殼體厚度負(fù)偏差 C1mm殼體腐蝕裕量C20mm殼體材料許用應(yīng)力t137MPa接管實(shí)際外伸長度100mm接管實(shí)際內(nèi)伸長度0mm接管材料0Cr18Ni9接管焊接接頭系數(shù)1名稱及類型管材接管腐蝕裕量0mm補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱補(bǔ)強(qiáng)圈外徑mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度mm接管厚度負(fù)偏差C1t2mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差C1rmm接管材料許用應(yīng)力t137MPa補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力tMPa開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算殼體計(jì)算厚度mm接管計(jì)算厚度tmm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù)frr0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)fr1開孔直徑d191mm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度B382mm接管有效外伸長度h15mm接管有效內(nèi)伸長度h20mm

27、開孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A1584mm2殼體多余金屬面積A1mm2接管多余金屬面積A21257mm2補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積A364mm2A1+A2+A3=1876 mm2 ，大于A，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈面積A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論: 補(bǔ)強(qiáng)滿足要求,不需另加補(bǔ)強(qiáng)。氮?dú)饫鋮s器開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算接管: b,108×6計(jì)算方法 : GB150-1998 等面積補(bǔ)強(qiáng)法, 單孔設(shè)計(jì)條件簡圖計(jì)算壓力pcMPa設(shè)計(jì)溫度100殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型16MnR(熱軋)板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)殼體內(nèi)直徑Di500mm殼體開孔處名義厚度n8mm殼體厚度負(fù)偏差 C10mm殼體腐蝕裕量C2

28、1mm殼體材料許用應(yīng)力t170MPa接管實(shí)際外伸長度100mm接管實(shí)際內(nèi)伸長度0mm接管材料20(GB8163)接管焊接接頭系數(shù)1名稱及類型管材接管腐蝕裕量2mm補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱補(bǔ)強(qiáng)圈外徑mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度mm接管厚度負(fù)偏差C1tmm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差C1rmm接管材料許用應(yīng)力t130MPa補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力tMPa開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算殼體計(jì)算厚度mm接管計(jì)算厚度tmm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù)frr0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)fr開孔直徑dmm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度B203mm接管有效外伸長度h1mm接管有效內(nèi)伸長度h20mm開孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積Amm2殼體多余金屬面積A1mm2接管多余金屬面積A2mm2補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積A336

29、mm2A1+A2+A3= mm2 ，大于A，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈面積A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論: 補(bǔ)強(qiáng)滿足要求,不需另加補(bǔ)強(qiáng)。氮?dú)饫鋮s器開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算接管: c,89×5計(jì)算方法 : GB150-1998 等面積補(bǔ)強(qiáng)法, 單孔設(shè)計(jì)條件簡圖計(jì)算壓力pcMPa設(shè)計(jì)溫度100殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型16MnR(熱軋)板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)殼體內(nèi)直徑Di500mm殼體開孔處名義厚度n8mm殼體厚度負(fù)偏差 C10mm殼體腐蝕裕量C21mm殼體材料許用應(yīng)力t170MPa接管實(shí)際外伸長度100mm接管實(shí)際內(nèi)伸長度0mm接管材料20(GB8163)接管焊接接頭系數(shù)1名稱

30、及類型管材接管腐蝕裕量2mm補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱補(bǔ)強(qiáng)圈外徑mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度mm接管厚度負(fù)偏差C1tmm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差C1rmm接管材料許用應(yīng)力t130MPa補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力tMPa開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算殼體計(jì)算厚度mm接管計(jì)算厚度tmm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù)frr0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)fr開孔直徑dmm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度Bmm接管有效外伸長度h1mm接管有效內(nèi)伸長度h20mm開孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積Amm2殼體多余金屬面積A1mm2接管多余金屬面積A2mm2補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積A325mm2A1+A2+A3= mm2 ，大于A，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈面積A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論: 補(bǔ)強(qiáng)滿足要求,不需另加補(bǔ)

31、強(qiáng)。換熱器分析實(shí)例這里我們?yōu)榇蠹姨峁┝艘粋€(gè)實(shí)例，甲烷化爐進(jìn)出口換熱器。其管程介質(zhì)為脫碳?xì)猓瑴囟扔?0°C升高到315.6°C。殼程介質(zhì)為甲烷化氣，溫度由346.4°C降低到89.5°C。這臺換熱器計(jì)算較為復(fù)雜，介質(zhì)溫度梯度較大；管殼程介質(zhì)組分較多(其中包括氮?dú)?、氫氣、甲烷、氬氣、一氧化碳、水共六種組分)；換熱管較長，長度為12.5米；折流板數(shù)量較多，其數(shù)量為32塊；換熱管數(shù)目較多，其數(shù)目共為1787根。這臺換熱器在整個(gè)系統(tǒng)中十分重要，不僅要求具有良好的換熱效果，而且必須完全控制介質(zhì)阻力。由下面的分析報(bào)告可以看出，換熱面積的富裕量僅為7.8%,節(jié)約了投資成本，而且介質(zhì)阻力也在控制之下。從長期的實(shí)際運(yùn)行情況來看，此換熱器完全滿足工藝要求。請見下面的換熱器分析詳細(xì)數(shù)據(jù)。換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)：換熱器型式BEM(橢圓封頭管箱，固定管板式)換熱器安裝位置水平安裝殼體內(nèi)徑D(mm)1200換熱管數(shù)量Nt1787換熱管材料15CrMo換熱管長度L(mm)12500換熱管