半煤水中間熱交換器設(shè)計(jì)綜述

半煤水中間熱交換器設(shè)計(jì)Halfcoalwaterheatexchanger

design學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：過程裝備與控制工程學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2015年6月半煤水中間熱交換器設(shè)計(jì)摘要：換熱器是在化工、食品、能源、制藥等許多工業(yè)部門廣泛使用的一種設(shè)備。不同的行業(yè)中的企業(yè)對換熱器投資所占的比重不盡相同。比如在化工廠中，換熱設(shè)備占到總投資的10%~20左右，而在煉油廠中能夠占到將近35%~40%我們國家現(xiàn)在追求可持續(xù)發(fā)展，換熱器可以將工廠生產(chǎn)的余熱、低級(jí)熱收集起來，這樣能夠起到節(jié)約能源的作用。換熱器按照不同的傳熱方式或傳熱原理可以分為以下幾類：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等。其中間壁式換熱器是運(yùn)用最廣泛的換熱器。間壁式換熱器主要有管式換熱器和板面式換熱器幾類。我們研究的課題屬于管式換熱器中的浮頭式換熱器。浮頭式換熱器與其他類型的換熱器相比，它的浮頭端相對于殼體可以自由移動(dòng)，這樣不產(chǎn)生熱應(yīng)力。另外，浮頭式換熱器的管間和管內(nèi)清洗比較方便。因此浮頭式換熱器適用于溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場合。關(guān)鍵詞：換熱器；化工；浮頭式換熱器；換熱器分類HalfcoalwaterheatexchangerdesignAbstract:heatexchangerisusedinchemical,food,energy,pharmaceuticalandmanyotherindustrieswidelyusedadevice.Differentindustries,theproportionofpeopletoinvestinheatexchangerarenotthesame.Suchasinchemicalplant,theheatexchangeequipmentaccountedforatotalinvestmentof10%~10%,andintherefinerycanbeaccountedfornearly35%~40%.Ourcountrynowthepursuitofsustainabledevelopment,theheatexchangercanbecollectedfactoryproductionofwasteheat,lowheat;itcanhavetheeffectofsavingenergy.Heatexchangeraccordingtothedifferentwayofheattransferorheattransferprinciplecanbedividedintothefollowingcategories:directcontactheatexchanger,regenerativeheatexchanger,recuperativeheatexchangerandheattransferbetweenheatexchangerinstyle,etc.Therecuperativeheatexchangeristhemostwidelyusedheatexchanger.Recuperativeheatexchangermainlyincludestubeheatexchangerandplateheatexchangercategories.Ourresearchtopicbelongstothefloatingheadheatexchangertubeheatexchanger.Comparedwithothertypesofheatexchangerfloatingheadheatexchanger,hypoxiaatit 'sforshellcanmovefreely,sodonotp'oducethermalstress.Inaddition,betweentubeandtubeoffloatingheadheatexchangercleaningmoreconvenient.Sooffloatingheadheatexchangerissuitablefortheshellsideofthetemperaturedifferenceisbiggerormediumeasytoscale.Keywords:heatexchanger;Chemicalindustry;Floatingheadheatexchanger;HeatexchangerclassificationTOC\o"1-5"\h\z1緒論 1\o"CurrentDocument"2換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算 2\o"CurrentDocument"2.1設(shè)計(jì)條件 22.2初選結(jié)構(gòu) 3\o"CurrentDocument"2.3殼體內(nèi)徑計(jì)算 3\o"CurrentDocument"2.4殼體與管箱厚度的確定 4\o"CurrentDocument"2.5開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 5\o"CurrentDocument"2.6水壓試驗(yàn) 12\o"CurrentDocument"2.7換熱管 13\o"CurrentDocument"2.8管板設(shè)計(jì) 15\o"CurrentDocument"2.9折流板 22\o"CurrentDocument"2.10拉桿與定距管 25\o"CurrentDocument"2.11法蘭與墊片 26\o"CurrentDocument"2.12鉤圈式浮頭 28\o"CurrentDocument"2.13接管的最小位置 33\o"CurrentDocument"2.14上管箱與管程流體出口接管的密封 34\o"CurrentDocument"2.15接管法蘭 35\o"CurrentDocument"2.16裙座 35\o"CurrentDocument"結(jié)論 51\o"CurrentDocument"致謝 52\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 531緒論目前國內(nèi)外的關(guān)于換熱器的研究多集中在強(qiáng)化傳熱研究和優(yōu)化殼程壓降研究上。根據(jù)傳熱公式可以得到，強(qiáng)化傳熱可以通過增加傳熱面積、加大冷熱流體的溫差和增加總傳熱系數(shù)來實(shí)現(xiàn)。而冷熱流體的溫差主要受工藝的限定，我們不好改變太多。因此強(qiáng)化傳熱的研究就集中于強(qiáng)化管程傳熱和強(qiáng)化殼程傳熱這兩個(gè)方面。管程強(qiáng)化傳熱有螺旋槽紋管、橫紋管、縮放管、內(nèi)插物管等方式。加強(qiáng)流體的湍流程度、提高流體的縱向流動(dòng)、減少流動(dòng)死區(qū)等方法能夠強(qiáng)化殼程傳熱。優(yōu)化殼程壓降、降低能耗也是另外一個(gè)主流的研究方向。但是通過研究表明，在提高傳熱效果的時(shí)候必然會(huì)增加殼程壓降、增加能耗；反之當(dāng)優(yōu)化殼程壓降時(shí)，傳熱效果會(huì)降低。目前我們可以提出一種在降低壓降的基礎(chǔ)上強(qiáng)化傳熱的思路，當(dāng)兩者達(dá)到一定關(guān)系時(shí)，能夠得到最佳的換熱效果。2換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算換熱器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算主要有換熱器筒體、封頭、浮頭的材料選擇、筒體的厚度計(jì)算，在確定各個(gè)開孔位置后進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算，還有浮頭法蘭的相關(guān)計(jì)算。除換熱器的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算外，還包括換熱器中的主要構(gòu)件：管箱、拉桿、折流板、定距管的設(shè)計(jì)計(jì)算。以及各連接處的設(shè)計(jì)計(jì)算，以及各部分需要應(yīng)力校核的應(yīng)力校核計(jì)算以及水壓試驗(yàn)。2.1設(shè)計(jì)條件表2-1給定設(shè)計(jì)條件給定參數(shù)管程殼程設(shè)計(jì)壓力MPa0.860.86工作壓力MPa0.860.86設(shè)計(jì)溫度C380420工作溫度C300?380306?420物料名稱半水煤氣變換氣腐蝕裕度mm2焊縫系數(shù)0.80換熱面積m2178容器類別I

2.2初選結(jié)構(gòu)表2-2初步選定換熱器結(jié)構(gòu)表管排列方式轉(zhuǎn)角三角形管子外徑d0m0.025管子內(nèi)徑di m0.025-2 0.025-0.003 0.019管長L m2.5管間中心距s m1.5d0=0.032傳熱面積S m2178單根換熱管傳熱面積S單m20.1885換熱管總數(shù)Nt9452.3殼體內(nèi)徑計(jì)算(2-1)m。(2-1)m。(2-2)(2-3)Ds=（b-1）S+2b，其中：Ds為殼體內(nèi)徑S管束之間中心距b，為管束中心線上的最外面一層管子中心到殼體內(nèi)壁的距離,b，=（1?1.5）d0=1.50.025=0.0375b值在管排列方式為轉(zhuǎn)角正三角形時(shí)：b=1.10Nt0.5=1.10、、945

Ds=1.093m,向上圓整到1.20m=1200mmDs=1200mm2.4殼體與管箱厚度的確定按設(shè)計(jì)條件給出：設(shè)計(jì)壓力為0.86MPa,工作溫度最高為420C，則選擇設(shè)計(jì)溫度為450C。殼體和管箱材料的選擇考慮到本臺(tái)換熱器屬于低壓常規(guī)壓力容器，而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)實(shí)際生產(chǎn)中多采用低碳和低合金鋼生產(chǎn)制造此類壓力容器，所以此次設(shè)計(jì)綜合考慮到經(jīng)濟(jì)性、使用條件等條件，故選擇殼體和箱體的材料為Q245鋼。Q245屬于低碳鋼，其有良好的綜合力學(xué)性能以及良好的制造工藝性能，其低溫和高溫下的強(qiáng)度、韌性以及耐腐蝕性能都比較好。選擇低碳鋼有利于減少容器的厚度，減輕容器的重量，也能節(jié)約鋼材降低制造成本。圓筒殼體壁厚計(jì)算焊接方式：考慮到此臺(tái)換熱器壓力較低低，因此選擇單面焊，局部無損探傷，所以焊接系數(shù)為① 0.8。查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)取G0.3mm,C22mm。假設(shè)殼體厚度為6?16mm此時(shí)Q245的許用應(yīng)力t61MPa，殼體壁厚計(jì)算厚度計(jì)算公式為:PcDiPcDi2t -Pc0.8612002660.8-0.8610.03mm；(2-4)名義厚度n= +C2+G+ =10.3+2+0.3+ =14mm; (2-5)其中為向上圓整量；n=14mm;查得此材料Q245最小厚度是6mm則此時(shí)厚度滿足要求。管箱厚度計(jì)算因?yàn)樯隙斯芟錇楦☆^蓋也稱外頭蓋管箱， 下端管箱為固定管板端管箱，所以上下端管箱的形式不相同，所以管箱壁厚計(jì)算時(shí)將上端管箱和下端管箱分開計(jì)算厚度。下端管箱壁厚計(jì)算下端管箱選為橢圓形封頭管箱，橢圓形封頭管箱的應(yīng)力分布較均勻， 并且由于制造中的沖壓工藝，橢圓形的深度比球形小得多利于沖壓， 所以選擇為橢圓形

封頭管箱。材料選擇與筒體相同，焊接系數(shù)為 0.8o由于選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，所以K1，且同上G0.3mm,C?2mm，則封頭計(jì)算厚度計(jì)算公式為：2t-F2t-FC0.8612002660.8-0.8610.03mm;(2-6)名乂厚度n=+C2+G+=10.3+2+0.3+ =14mm(為向上圓整量)；查《壓力容器與化工設(shè)備使用手冊》上冊2.2可得封頭的各項(xiàng)參數(shù)如下表:表2-3下端管箱封頭參數(shù)DN(mm)總深度H(mm)內(nèi)表面積A(m2)容積(m3)土寸頭質(zhì)量(kg)12003401.7120.271192管箱筒節(jié)的厚度取與管箱封頭一樣，為14mm上端管箱厚度計(jì)算本臺(tái)換熱器是浮頭式換熱器，故其上端管箱是浮頭管箱，也成為稱外頭蓋。外頭蓋的內(nèi)直徑為1300mm這可在“鉤圈式浮頭計(jì)算”部分得到。選用與下圭寸頭相同形式的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形圭寸頭，故1，且取C10;C22mm與下管箱相同，則管箱計(jì)算厚度為:KPcDjKPcDj2七-Pc10.8613002660.8-0.8610.08mm(2-7)名義厚度n=+C2+G+=10.8+2+0.3+=14mm(為向上圓整量);查《壓力容器與化工設(shè)備使用手冊》上冊2.2可得封頭的各項(xiàng)參數(shù)如下表:

表2-4外頭蓋封頭參數(shù)DN(mm)總深度H(mm)內(nèi)表面積A(m2)容積(m3)圭寸頭質(zhì)量(kg)13003652.00.341224短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為14mm2.5開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算本臺(tái)浮頭式換熱器的殼程流體的進(jìn)出口開孔在殼體上； 管程流體進(jìn)口在下端管箱筒節(jié)上，管程流體出口開孔在上端管箱即外頭蓋上。下端管箱上有排污口開孔，所以換熱器上必然會(huì)有開孔。開孔之后，除了削弱換熱器壁的強(qiáng)度外，在殼體與接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，故而產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，給換熱器的使用和操作帶來安全隱患。所以必須進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算接管材料選擇選用20號(hào)鋼。排污口直徑取57V89,不做補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。符號(hào)說明：接管所用材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力殼體所用材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力n—?dú)んw開孔處的名義厚度，mmnt—接管名義厚度，mm;e—?dú)んw開孔處有效厚度，mmenC,—?dú)んw開孔處計(jì)算厚度，mmet—接管有效厚度， etntCmm；殼體上開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算補(bǔ)強(qiáng)判別及補(bǔ)強(qiáng)方法的判別補(bǔ)強(qiáng)判別：查GB150得知允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的開孔最大直徑為 89mm，本殼體上開孔外徑為377mm所以需要對開孔作開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。D1200補(bǔ)強(qiáng)方法判別：開孔直徑ddi2do377mm—1—00(28)22滿足用等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)的補(bǔ)強(qiáng)方法適用條件，所以補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算可用等面積補(bǔ)強(qiáng)法作計(jì)算。開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算：強(qiáng)度削弱系數(shù)fr—T61 1； (2-9)t61接管有效厚度接管有效厚度etnt-C9-27mm； (2-10)開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按下式計(jì)算：Ad2et(1-fr)37710.03-03770mm (2-11)有效補(bǔ)強(qiáng)范圍(1)有效寬度B：

2d2377754Bmaxd2n2nt377214（2）有效高度：外側(cè)有效高度入為：TOC\o"1-5"\h\zv'd__n?v'3779 58.2mmin”實(shí)際外伸長度 200內(nèi)側(cè)有效高度h2為：v'd__n? <3779 58.2h2min一實(shí)際內(nèi)伸長度0有效補(bǔ)強(qiáng)面積（1） 殼體上的多余金屬面積：殼體有效厚度：en-C14-2則多余的金屬面積A為：A（Bd）（e）2（e）（754377）（1210）0754mm2（2） 接管多余金屬面積：接管計(jì)算厚度：Pcdj 0.86359t2n Pc2610.80.86754mm29423（2-12）58.2mm；（2-13）0mm；754mm29423（2-12）58.2mm；（2-13）0mm；（2-14）12mm； （2-15）（1fr）（2-16）3.2mm； （2-17）A2h（et t）2h2（etC2）fr258.2（123.2）101024.32mm2（3） 接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為6mr）1人2 6636mm；2（4） 有效補(bǔ)強(qiáng)面積：AeA1A2A3 1814mm2；（2-18）（2-19）（2-20）另需補(bǔ)強(qiáng)面積AeAAe37701814 1956mm2；（2-21）選擇采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)根據(jù)接管公稱直徑DN350查《壓力容器與化工設(shè)備使用手冊》上冊一一，選取補(bǔ)強(qiáng)圈的外直徑Do610mm，內(nèi)徑Dido3~83773380mm（2-22）考慮容器壓力較低，且接管壁厚大于8（選用C型坡口）。B754mmD。，所以補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)在有效的補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。補(bǔ)強(qiáng)圈的計(jì)算厚度為：A, 1956A, 1956DoDi6103808.5mm；(2-23)考慮到鋼板負(fù)偏差并向上圓整，取殼體補(bǔ)強(qiáng)圈的名義厚度為 10mm即cn10mmcn10mm。下端管箱筒節(jié)開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算補(bǔ)強(qiáng)判別以及補(bǔ)強(qiáng)方法判別（1）補(bǔ)強(qiáng)判別：查GB150得知允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的開孔最大直徑為 89mm，本殼體上開孔外徑為325mm所以需要對開孔作開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。（2） 補(bǔ)強(qiáng)方法判別：開孔直徑ddi2ddi2d。325mm12002(2-24)滿足用等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)的補(bǔ)強(qiáng)方法適用條件，所以補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算可用等面積補(bǔ)強(qiáng)法作計(jì)算。開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算：(2-26)接管有效厚度接管有效厚度etnt-C8-26mm(2-26)開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按下式計(jì)算:32510.03-0 3250mm有效補(bǔ)強(qiáng)范圍(1)有效寬度B：2d2325650Bmax 650mmd32510.03-0 3250mm有效補(bǔ)強(qiáng)范圍(1)有效寬度B：2d2325650Bmax 650mmd2n2nt32521428369(2) 有效高度：①側(cè)有效高度hi為：(2-28)himindnt3258 5454mm；實(shí)際外伸長度 200(2-29)②側(cè)有效高度h2為：寸—nrJ3258 54h2min' 0mm；實(shí)際內(nèi)伸長度0有效補(bǔ)強(qiáng)面積（1）殼體上的多余金屬面積：殼體有效厚度：en-C14-212mm；則多余的金屬面積A為：(2-30)(2-31)A（Bd）（e）2et（e）（1G（650325（1210） 02650mm（2）接管多余金屬面積：接管計(jì)算厚度：(2-32)0.863092610.80.862.75mm；(2-33)(2-34)接管多余金屬面積A:A22h1(et t)2h2(et254(122.75)102950.4mm（3）接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為6mr）2^6636mm2；2（4）有效補(bǔ)強(qiáng)面積：2代AA2A1636mm；（2-36）另需補(bǔ)強(qiáng)面積Ae2AAe32501636 1614mm；（2-37）選擇采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)根據(jù)接管公稱直徑DN3O0查《壓力容器與化工設(shè)備使用手冊》上冊一一，選取補(bǔ)強(qiáng)圈的外直徑D。 540mm，內(nèi)徑(2-38)Did°(2-38)（選用C型坡口）。B650mmD。，所以補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)在有效的補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)圈的計(jì)算厚度為：A1614A1614DoDi5403307.7mm；(2-39)考慮到鋼板負(fù)偏差并向上圓整，取殼體補(bǔ)強(qiáng)圈的名義厚度為 10mm即cn10mmcn10mm。外頭蓋上的開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算外頭蓋上的開孔為使管程流體出口接管通過而開，所以在開孔與接管之間需要密封，所以此處開孔處為焊接填料密封箱，所以開孔直徑為填料箱的；管子壁厚按填料箱-計(jì)算。補(bǔ)強(qiáng)判別以及補(bǔ)強(qiáng)方法判別：（1）補(bǔ)強(qiáng)判別：查GB150得知允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的開孔最大直徑為 89mm，外頭蓋上開孔外徑為388mm所以需要對開孔作開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。（2） 補(bǔ)強(qiáng)方法判別：開孔直徑ddi2do388mm迦22滿足用等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)的補(bǔ)強(qiáng)方法適用條件，所以補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算可用等面積補(bǔ)強(qiáng)法作計(jì)算。開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算：強(qiáng)度削弱系數(shù)fr(2-43)(2-43)h1(2-43)(2-43)h1.Jd nt V397min10=62.362.3mm；實(shí)際外伸長度200③側(cè)有效高度為：h2dnt83.620mm；min實(shí)際內(nèi)伸長度有效補(bǔ)強(qiáng)面積(1)封頭殼體上的多余金屬面積:(2-44)(2-45)接管有效厚度按填料箱有效厚度計(jì)算 etnt-C(d2di)C=18-216mm開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按下式計(jì)算:Ad2eg)38810.8-023402mm有效補(bǔ)強(qiáng)范圍(1)有效寬度B：2d2397794Bmax 794mmd2n2nt397214210(2)有效高度：①外側(cè)有效高度h1為：(2-45)(2-46)(2-45)(2-46)PCdjt2n Pc0.863702610.80.86封頭殼體有效厚度：en-C14-212mm；則多余的金屬面積A為:A(Bd)(e)2et(e )(1。(794397)(1210) 02476.4mm(2)接管多余金屬面積:接管計(jì)算厚度：接管多余金屬面積A:（選用C（選用C型坡口）。B794mmDo，所以補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)在有效的補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)(2-48)A22hi(et t)2h2(etC2)(2-48)263.2(83.4)1220(8-2)12813mm接管區(qū)焊縫面積(焊腳取為6mr)1人2 6636mm； （2-49）（4）有效補(bǔ)強(qiáng)面積：代A,A2A1325.4mm2； （2-50）另需補(bǔ)強(qiáng)面積AeA代34021325.42076.6mm2； （2-51）選擇采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)根據(jù)填料箱D2377mm接管公稱直徑DN300選取補(bǔ)強(qiáng)圈，查《壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊》上冊一一，選取補(bǔ)強(qiáng)圈的外直徑D。 610mm，內(nèi)徑(2-52)Did23~84023(2-52)補(bǔ)強(qiáng)圈的計(jì)算厚度為:A2076.6DA2076.6DoDi61040510.13mm；(2-53)考慮到鋼板負(fù)偏差并向上圓整，取封頭殼體補(bǔ)強(qiáng)圈的名義厚度為 12mm即cn12mmcn12mm。2.6水壓試驗(yàn)設(shè)試驗(yàn)溫度為常溫，則有(2-54)(2-54)Pt1.25P—r1.252.5 2.41MPa；t61PT(Di e)2.41(1200142.3)2(14-2.3)0.852450.85245187.4(2-55)2.7換熱管換熱管的規(guī)格為253，材料選為20號(hào)鋼。換熱管的排列方式換熱管的布管排列有正三角形排列、正方形排列以及正方形錯(cuò)列這三種排列方式。各種排列方式都具有其各自不同的的特點(diǎn)： 正三角形排列方式排列布局緊湊，換熱管外流體湍流程度較高但清洗不方便；正方形排列則更容易清洗，但傳熱效果相比較差；③正方形錯(cuò)列則可以可以提高給熱系數(shù)。圖2-1換熱管的排列方式圖2-1換熱管的排列方式在此，本臺(tái)換熱器選擇轉(zhuǎn)角正三角形排列，主要是因?yàn)榭紤]到本臺(tái)換熱器管束總數(shù)較多，換熱效率等因素。查GB151-1999得出換熱管管束的中心距S=32mm并且采用單殼程、單管程換熱。則沒有分程隔槽考慮。布管限定圓Dl布管限定圓Dl為管束的最外層換熱管中心線圍成的圓的直徑，其值由下式確定：DlDDlDi(b1b2b)查GB151-8Dl1200(5516.5)可知，b=5，b1=5，bn=15,1173.5mm。(2-56)故b2=bn+1.5=16.5，則排管排管時(shí)須注意：拉桿應(yīng)該盡量均勻的布置在管束圓形的外邊緣，在靠近折流板缺邊的位置處布拉桿，拉桿之間的距離應(yīng)小于或等于700mm拉桿中心至折流板缺邊的距離應(yīng)盡量控制在換熱管中心距的（0.5?1.5）3范圍內(nèi)。實(shí)際排管示意圖如下所示：圖2-2實(shí)際布管示意圖從實(shí)際布管圖中可以得出實(shí)際布管數(shù)為960根，實(shí)際布管管數(shù)與計(jì)算值相對誤差率為950945=0.5。。，布管合格。945換熱管與管板的連接換熱管與管板之間的連接方式可以用強(qiáng)度焊、強(qiáng)度脹和脹焊并用三種方式。強(qiáng)度脹接主要適用于容器設(shè)計(jì)壓力小w4.0MPa；容器設(shè)計(jì)溫度W300r；實(shí)際操作使用中沒有劇烈的振也沒有過大的溫度波動(dòng)和沒有明顯的應(yīng)力腐蝕等的場合。除了實(shí)際操作存在比較大的振動(dòng)及有縫隙腐蝕的場合外，強(qiáng)度焊連接方式只要材料可焊性好，強(qiáng)度焊連接方式可用于其它任何場合。脹焊并用主要使用于密封要求較高；實(shí)際操作中承受振動(dòng)以及承受疲勞載荷；有縫隙腐蝕；需要使用復(fù)合管板等的場合。

在此，根據(jù)本臺(tái)換熱器的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度以及實(shí)際工作狀況選擇強(qiáng)度焊作為換熱管與管板的連接方式。主要考慮到設(shè)備生產(chǎn)周期，而強(qiáng)度焊加工簡單；焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，強(qiáng)度焊抗拉脫力強(qiáng)，在本臺(tái)換熱器高溫下也能保證連接處有足夠的密封性能以及好的抗拉脫能力。2.8管板設(shè)計(jì)管板用來排布換熱管，固定管束，還兼具支撐管束的作用，并且同時(shí)承受管程和殼程的壓力、溫度作用，算得上管殼式換熱器最重要的零部件之一。其支撐著換熱管以達(dá)到殼程流體均勻流過換熱管外邊面的目的，實(shí)現(xiàn)殼程與管程熱量交換的功能。由于本臺(tái)換熱器工作介質(zhì)半水煤氣只具有輕微的腐蝕性，所以選用工程上比較常用的整體管板，材料選取16Mn。管板與殼體的連接為了符合浮頭式換熱器管束能夠方便的從殼體里抽出來清洗以及維修的要求，故此換熱器固定端的管板選擇采用可拆卸的連接方式， 即是把管板夾持在管箱法蘭和殼體法蘭之間，并加墊片密封。管板計(jì)算管板厚度計(jì)算過程如下：計(jì)算At、Dt、Dg、t、na、A、、Kt、Kt、cr；At 表示管板布管區(qū)面積，單位mm2，對于單管程換熱器按下式計(jì)算：三角形排At=0.886nS （2-57）正方形排列At=nS2 （2-58）Dt表示管板板布管區(qū)的當(dāng)量直徑，單位mm，按下式計(jì)算:(2-59)Dg表示固定端管板與殼體和管箱連接處墊片的壓緊力作用的中心圓直徑,單位mm;在法蘭與墊片選擇章節(jié)中可以得到Dg125512152=1230mm(2-60)系數(shù),DtDg，(2-61)n換熱管根數(shù);a單根換熱管金屬管壁的橫截面積，mmA――布管區(qū)管板上開孔后的面積,mm2；A系數(shù),na入；Kt――管束模數(shù)，MPaKtEtnaLDtK%――管束無量綱剛度，MPa滋Ep；cr所選換熱管的穩(wěn)定許用壓應(yīng)力，MPacrI/2cr(1)A=0.886nS2=0.866945322=838435.9mm2(2)4AtDt4838435?9=1033.2mm(3)「=12551212=1230mm22；(4)t -DgU1型=0.8231230(5)na=945222(12.5-9.5)=195941.1mm(6)Atd2 252ngT=838435.9945h=37456°.1mm2(7)啤口=0.523A374560.1na(2-62)(2-63)(2-64)(2-65)(2-66)(2-67)(2-68)(2-69)(2-70)(2-71)(2-72)(2-73)(8)Kt￡na2.06102195941dt= =15626.7MpaLDt 25001033.2Et表示設(shè)計(jì)溫度下?lián)Q熱管所選材料的彈性模量，單位MFa(9)K%Jg5=0.24Ep0.401.5810Ep表示設(shè)計(jì)溫度下管板所選材料的彈性模量，單位(2-74)Mpa(10)crlcri2cr=34.1Mpa(2-75)cr計(jì)算公式查GB151-89t=材料常溫強(qiáng)度指標(biāo)s=材料常溫許用應(yīng)力材料設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力查GB1501998表43得；=94.3cr=2Ett=207.6(2-76)取折流板數(shù)為三，查GB151-89圖3-21lcr??；、；、C三者中最大值，得lcr=900mmi=0.25d2i=0.25d2(d-2t)=7.85(2-77)（d為換熱管外徑、Cr=207.6>lcr/i900/7.85114.6，所以 cr按下式計(jì)算:cicrlcr/icr(2-78)(2-78)確定管板設(shè)計(jì)壓力對于浮頭式換熱器來說，如果能保證殼程壓力與管程壓力同時(shí)作用或者殼程壓力與管程壓力之一為負(fù)壓力時(shí)：Pd二PsPt否則取下列兩個(gè)壓力值中較大的值Pd二Ps或Pd二Pt~ ~1/3 ~1/2計(jì)算pa，并按Kt/pa禾和1/t查GB151-89圖3-12、3-13得:Gwe=0.4660.466=0.0管板名義厚度計(jì)算管板的計(jì)算厚度按下式計(jì)算=CD「Pa=0.351033.2 0021=53.6mm管板名義厚度按下式計(jì)算:n=C1C2=53.624=61mm為向上圓整量換熱管軸向應(yīng)力的計(jì)算一般情況下，換熱管軸向應(yīng)力應(yīng)該按子阿里鵝三種情況計(jì)算:只有殼程設(shè)計(jì)壓力作用，管程設(shè)計(jì)壓力為0；只有管程設(shè)計(jì)壓力作用，殼程設(shè)計(jì)壓力為0；殼程壓力和管程壓力同時(shí)作用在換熱器上。計(jì)算結(jié)果應(yīng)該滿足：當(dāng)t>0時(shí)當(dāng)t<0時(shí)t——換熱管軸向應(yīng)力Ps——?dú)こ虊毫?；Pd――管程壓力:――管板的材料設(shè)計(jì)溫度時(shí)候的許用應(yīng)力：tr=66MPaPa=Pd1.5(2-79)(2-80)(2-81)(2-80)(2-81)（1）殼程設(shè)計(jì)壓力作用，管程壓力0管板設(shè)計(jì)壓力pd:(2-82)Pd=Pc=PsPt（1+(2-82)=0.86-0=0.86MPa此時(shí)，換熱管軸向應(yīng)力按下式計(jì)算：(2-83)t=」Pc(Ps(2-83)10.860.52310.860.523(0.86-0)838435.96374560.1=-12.22MPa<0t=12.22MPa cr=34.1MPa滿足要求。（2）管程壓力作用，殼程壓力為0管板設(shè)計(jì)壓力Pd:(2-84)Pd=Pc=PsPt(1+)(2-84)=0-0.86 (1+0.523)=1.31MFS此時(shí)由于巳改變，無量綱壓力PaPa=PPa=Pd1.5(2-85)1.310.466=0.033TOC\o"1-5"\h\z~1/3 ~1/2重新計(jì)算心/pa得~1/3 ~1/2Kt/pa=0.62/0.18=3.44~ ~1/3 ~1/2并按Pa，并按Kt/Pa和1/t查GB15—89圖3-12、3-13得

Gwe=7此時(shí)t按下式計(jì)算：1 A1 A嚴(yán)—Pc(PsR)嚴(yán)(2-86)1.310.523(0-0.86)838435.91.310.523374560.1=28.2MPa>0tt=28.2MPa =66MPat r滿足要求。（3）殼程壓力與管程壓力同時(shí)作用此時(shí)，管板設(shè)計(jì)壓力Pd:(2-87)Pd=Pc=PsPt(1+)(2-87)=0.86-0.86 (1+0.523)=-0.45MPi此時(shí)由于R改變，無量綱壓力PaPa=FPa=Fd1.5(2-88)TOC\o"1-5"\h\z= 0.450.466=0.005~1/3 ~1/2重新計(jì)算Kt/Pa得~1/3 ~1/2Kt/pa=8.8~ ~1/3 ~1/2并按Pa，并按Kt/Pa和1/t查GB15—89圖3-12、3-13得C=0.42Gwe=18此時(shí)t按下式計(jì)算：(2-89)t=-Pc(Ps(2-89)=1=0.5230.45=1=0.5230.45(0.86-0.86)838435.97374560.1=-0.86MPa<0t=0.86MPacr=34.1MPa滿足要求。2.826管板與換熱管的拉脫力計(jì)算q=taq=ta_dl=(2-90)28.2(12.529.52)3.5=21.3MPa計(jì)算結(jié)果應(yīng)滿足：q<qt按上面計(jì)算的最大值計(jì)算，取 28.2MPa；3.5=21.3MPa計(jì)算結(jié)果應(yīng)滿足：q<qt按上面計(jì)算的最大值計(jì)算，取 28.2MPa；L查閱GB151-89-規(guī)定，取l=3.5mm；查閱GB151-89-3.7.5:焊接連接時(shí)q=0.5；=0.566=33MPa(2-91)此時(shí)q=21.3MPa<q=33MPa滿足要求。管板重量計(jì)算兩管板的重量計(jì)算管板分為固定管板以及活動(dòng)管板即分別為上端下端管板,分別如下所示：兩管板的重量計(jì)算固定管板重量計(jì)算根據(jù)所選法蘭，可知管板尺寸具體如下:

9Yi—1 K 5；120011, 1256 I[qL圖2-3 固定管板示意圖7850109(2-92)Q1 — 1200232125627850109(2-92)4588.2kg活動(dòng)管板重量計(jì)算:根據(jù)浮頭鉤圈尺寸，可知管板尺寸具體如下:9in.— * 1190 r1230一圖2-4 活動(dòng)管板示意圖2 2 9Q2 1190321230 6132 785010 (2-93)4565.4kg2.9折流板設(shè)置折流板的作用是為了起到提高殼程流體的湍流程度、 增大流體流速的目的，并且使管程流體能保持基本垂直沖刷換熱管束， 以達(dá)到最終增大傳熱效率的目的，從而增大換熱器的傳熱系數(shù)，同時(shí)精簡結(jié)構(gòu)，而且由于換熱管較長，在臥式換熱器中折流板還起到支撐管束的作用。 工程上常用的的折流板分為弓形和圓盤一圓環(huán)形兩種形式，弓形結(jié)構(gòu)的折流板又可以分為單弓形，雙弓形和三弓形三種三種結(jié)構(gòu)形式，考慮到本臺(tái)換熱器實(shí)際工況和結(jié)構(gòu)，此次選用單弓形式。折流板的型式和尺寸折流板統(tǒng)一為單弓形，上下排列，弓形缺口180°交錯(cuò)排列，這樣排列可使殼程流體劇烈擾動(dòng)，增加湍流程度，增大傳熱膜系數(shù)。表2-5折流板最小厚度（查GB151-89表3-19）（P344）公稱直徑DNmm換熱管無支撐跨距1<300>300~<600>600~<900折流>900~<1200板最小厚度>1200~<1500>1500<40034581010>400~<700456101012>700~<900568101216>900~<15006810121616>1500~<2000-1012162020可知本臺(tái)換熱器折流板最小厚度為8mm此時(shí)可取換熱管厚度=8mm。考慮到經(jīng)濟(jì)性、材料實(shí)用性和本臺(tái)換熱器具體工況和結(jié)構(gòu)，選擇折流板的為Q245鋼。（1） 查GB151-89453頁折流板缺口高度按下式計(jì)算：h=0.20~0.45Dj （2-94）取h=0.30Dj=360mm考慮到缺口切邊在管排中心線下或者兩管排列的小橋之間?。篐=355mm（2） 折流板間距折流板間距應(yīng)該不小于的1/5,而且最小不能小于50mm最大間距不能大于圓筒的內(nèi)直徑。且查GB151-89表3-22可知換熱管束最大無支撐間距為1900mm所以折流板間距L可按下式計(jì)算：1200/5=240mm<L<1200mm取L=350mm折流板的布置一般布置折流板時(shí)應(yīng)使最兩端的折流板盡量靠近殼程進(jìn)、出口管，其余的折流板布置按照所選折流板間距等距布置。最兩端的折流板和管板間的距離I按下式計(jì)算：B 427 28l（L1B2）（b4） （4814 °）（614）630mm； （2-95）22式中:L1 表示殼程接管的最小位置尺寸，mmb 表示管板的名義厚度，mmB2――表示防沖板長度，如未設(shè)置無防沖板， B2為接管的內(nèi)徑，mm折流板數(shù)量計(jì)算折流板數(shù)量可按下式計(jì)算：NL管21最小L間_25002630 (2-96)=350=3.5式中：L管為換熱管長度；1最小為最兩端折流板到管板距離;L間為兩塊折流板間距。取N=3折流板排列折流板重量計(jì)算符號(hào)說明如下：Q 折流板質(zhì)量，kg；Af――折流板切去弓形部分的面積，Af22Dap，mm，(2-97)C-系數(shù)，由ha/Da查表求取；ha-折流板弓形部分咼度，mmd管孔直徑，mmd2拉桿孔直徑，mmn1--—管孔數(shù)量；n2-拉桿孔數(shù)量；折流板厚度，mm計(jì)算過程如下：ha/Da360/1200 0.30(2-98)查得C0.15430；q (-gD"aj(4口2卬1-gdfgn2)(2-98)(3.1411952222192)(3.144 42529553.1416210)48785010-926.89kg總重量Q=80.68kg2.10拉桿與定距管拉桿的結(jié)構(gòu)形式工程上常用有兩種形式的拉桿：（1） 拉桿定距管結(jié)構(gòu)，本結(jié)構(gòu)適用于換熱器的換熱管外直徑大于者等于19mn換熱器，|2La（La按GB151-1999表45規(guī)定）；（2） 拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，本結(jié)構(gòu)適用于換熱器的換熱管外直徑小于或等于14mm勺換熱器，hd；另外，如果管板比較薄時(shí)，為了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性工程上可采用其他形式的連接結(jié)構(gòu)。由于本臺(tái)換熱器的換熱管外直徑為25mm故使用用拉桿定距管連接結(jié)構(gòu)。拉桿的直徑、數(shù)量及布置其具體尺寸如下：表2-6拉桿的尺寸（摘自GB151-89表3-25）（P347）拉桿的直徑d拉桿螺紋公稱直徑dnLaLbb161620>601.5其中拉桿的長度L按需要確定。拉桿數(shù)量查如下表所示表2-7欄桿的數(shù)量（摘自GB151-89表3-24）（P347）公稱直徑mm拉桿直徑，mm>900~<120010121210166從表中可知拉桿數(shù)量為6,考慮到本換熱器管束多，選擇拉桿數(shù)量為&拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。若對于大直徑的換熱器，在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于 3個(gè)支承點(diǎn)。對于本臺(tái)換熱器拉桿的實(shí)際布置可參照圖紙。定距管定距管的規(guī)格與換熱管的規(guī)格相同，長度則依據(jù)實(shí)際需要而定。本臺(tái)換熱器定距管的長度可在部件圖中可見。2.11法蘭與墊片換熱器中的法蘭包含管箱法蘭、外頭蓋法蘭、殼體法蘭、外頭蓋側(cè)法蘭、浮頭蓋法蘭，浮頭蓋法蘭設(shè)計(jì)計(jì)算在鉤圈浮頭計(jì)算可見。墊片：管箱墊片、外頭蓋墊片。固定端的殼體法蘭、管箱法蘭與管箱墊片（1）查《容器支座壓力容器法蘭》選擇固定端的殼體法蘭和管箱法蘭形式為長頸對焊法蘭，密封形式凹凸密封，材料選用 16Mn其具體尺寸如下：（單位為mrh表2-8 殼體法蘭尺寸（摘自JB4703-92長頸對焊法蘭表1）（P49）對接筒體最DNDDDDCh Hhaai12Rd小厚度120013601315127612561253 56 12535 21 18 16 26 12 27 12螺柱規(guī)格為M24數(shù)量為36。（2）查《容器支座壓力容器法蘭》，根據(jù)設(shè)計(jì)溫度和工作介質(zhì)、設(shè)計(jì)溫度可選擇金屬包墊片形式，軟鋁，其尺寸為：圖2-6 墊片示意圖表2-9管箱墊片尺寸PN(MPa)DN(mm)外徑D(mm)內(nèi)徑d(mm)墊片厚度反包厚度L1.012001255121534外頭蓋側(cè)法蘭、外頭蓋法蘭與外頭蓋墊片（1）外頭蓋法蘭的型式與殼體法蘭相同，材料同樣選擇 16Mn凹面密封,查《容器支座壓力容器法蘭》得法蘭具體尺寸如下表所示： （單位為mm。表2-10外頭蓋法蘭尺寸（摘自JB4703-92長頸對焊法蘭表1）(P49)DN DDDD3D4Hhaa112Rd對接筒體最小厚度130014601415137613561353601303521181626122712螺柱規(guī)格為M24數(shù)量為40（2）外頭蓋側(cè)法蘭選用凸面密圭寸，材料為16Mr，查《容器支座壓力容器法蘭》得具體尺寸如下表:表2-11外頭蓋側(cè)法蘭尺寸（摘自JB4703-92長頸對焊法蘭表1）（P49）對接筒體最DNDD1D2D3D4 Hhaal1 2Rd小厚度120014601415137613561353 60 13035 21 18 16 26 12 27 12螺栓規(guī)格為M24數(shù)量40。查《容器支座壓力容器法蘭》選擇外頭蓋墊片為軟鋁金屬包墊片，得其具體尺如下表：表2-12外頭蓋金屬包墊片（摘自JB470692金屬包墊片表2）（67）PNDNDd1.013001355131532.12鉤圈式浮頭在此臺(tái)換熱器浮頭端采用浮頭法蘭與B型鉤圈式浮頭夾持，詳細(xì)結(jié)構(gòu)如下圖所示，浮頭蓋選用球冠形封頭。浮頭蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算球冠形封頭、浮頭法蘭應(yīng)分別按管程壓力p作用下和殼程壓力Ps作用下進(jìn)行內(nèi)壓和外壓的設(shè)計(jì)計(jì)算，取其大者為計(jì)算厚度。符號(hào)說明如下：Di――換熱器殼體筒體內(nèi)直徑，mmDfi――浮頭法蘭外直徑與鉤圈的內(nèi)直徑，DfiDi2（bbn） 12002（515） 1160，mn；（2-99）Dfo-一浮頭法蘭與鉤圈的外直徑，mm，DfoDi801280mm（2-101）D—外頭蓋內(nèi)直徑，mmDDi 100 1200 1001300mm（2-102）Do-浮頭管板外直徑，mmDoDi2b,1200251190mm（2-103）Db-螺栓中心圓直徑，mm,DbDoDfo11901280 ^mmC2-104）22

g=1190116°=1175mm；2Fd――作用在法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)封頭封頭壓力載荷的軸向分力Fr――作用在法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)封頭封頭壓力載荷的徑向分力Pc—計(jì)算壓力，MPa分管程壓力、殼程壓力計(jì)算時(shí)分別取Ps（外壓）；R——封頭球面內(nèi)半徑，mm查GB151-89表3-26選取RTOC\o"1-5"\h\zSD—螺栓中心至浮頭法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)徑向距離， mmSr Fr對法蘭環(huán)截面形心的力臂，mm!——封頭邊緣處球殼中面切線與法蘭環(huán)的夾角 （°）；.0.5Df1arcsin1 R0.5――浮頭蓋封頭的計(jì)算厚度，mmn 浮頭蓋封頭的名義厚度，mmt――浮頭蓋所用材料設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力， MPa――焊接接頭系數(shù)，取0.85；Dl=1173.5mm；取b1=5，bn=15，b=5，b2=bn1.5=16.5；至此，可選擇浮頭蓋墊片具體尺寸如下：內(nèi)徑外徑厚度=（1190-1.5）（1160+1.5）3，mm墊片接觸寬度N=15,mm墊片系數(shù)m=3.25;墊片比壓力y=38MPa墊片材料為軟鋁，形式為金屬包墊片。雙頭螺柱材料選用30CrMoA(2-105)Pt（內(nèi)壓）和1000mm(2-106)許用應(yīng)力bt=113Mpa,(2-105)Pt（內(nèi)壓）和1000mm(2-106)螺母材料選擇35號(hào)鋼螺栓規(guī)格：M24數(shù)量32,dB20.8mm管程壓力m作用下（內(nèi)壓）浮頭蓋的計(jì)算:（1）球冠形浮頭蓋計(jì)算厚度按下式計(jì)算：(2-107)5PtR(2-107)t；6考慮到經(jīng)濟(jì)性、使用性能，球冠形浮頭蓋材料選擇Q245考慮到經(jīng)濟(jì)性、使用性能，球冠形浮頭蓋材料選擇Q245故t=61MPa選擇為單面焊對接接頭，局部無損探傷，故0.80，則50.86100014.7mm6610.85向上圓整為17mm（2）浮頭法蘭計(jì)算厚度計(jì)算：由上面的浮頭墊片尺寸可確定Dg:Dg1191.51161.51175mm；（2-108）2設(shè)計(jì)條件壓力P0.86MPa，設(shè)計(jì)溫度t450°C。法蘭相關(guān)參數(shù)：材料為16Mn鍛件，許用應(yīng)力 :=66MPaf=178MPa墊片及螺栓的計(jì)算：螺栓直徑dB=20.8mm螺栓數(shù)量n=320Fp6.28DGbmp103121.5N(2-109)F0.785Dg2p932059.9N(2-110)Wa3.14DGyb701005N(2-111)FF1035181.4NFP(2-112)Am1(FFp) t9160.9mm2，Am2燼=4197.6mm2/ b b(2-113)AmAm1或Am2（取其較大者）=9160.9mm(2-114)Ab頭際螺栓面積-B=14476.5mm4(2-115)W(AmAb) b?0.5=1973722.9N(2-116)設(shè)f=90mm則操作情況下法蘭的受力：

Fd0.785D/P908414.6N （2-117）FgFp103121.5N （2-118）FtFFd23644.4N （2-119）Fr F°ctgt1287759.8N （2-120）力臂：SD=0.5（DbDg）=37.5mm （2-121）Sg0.5（DbDg）30mm（2-122）St0.5（SdSg）33.75mm（2-123）Srf l31mm（2-124）22cost力矩:MdfdSd34065547Nmm（2-125）MgFgSg3093645Nmm（2-126）MtftSt797998.5Nmm（2-127）MrFrSr39920553Nmm（2-128）操作下的法蘭力矩總和MpMdMgMrMt1963363Nmm（2-129）預(yù)緊螺栓時(shí)法蘭的受力：FgW1973722.9N；力臂：Sg0.5（DbDg）30mm力矩：MgFgSg59211687Nmm；tMo」一L或Mp（取兩者中的較大值）=1963363Nmm； （2-130）（2-131）PD「4R2D（2-131）Lt 25.7mm8f（DfoDfi）操作狀態(tài)：MDfo+Dfi 2Jp—fo fL=521.5mm2 （2-132）fDfiDfoDfi預(yù)緊張狀態(tài)：Ja二一業(yè) '一皿=9216.8mm2 （2-133）fDfiDfi-Dfo法蘭厚度：f法蘭厚度：fL.L2J50mrp（2-134）f=.Ja=95mmPB7777.90.98Mpa略大于PB7777.90.98Mpa略大于pc0.86Mpa，故n=15mm合適。殼程壓力Ps作用下（外壓）浮頭蓋的計(jì)算(1)假設(shè)n15mm，腐蝕裕量C22mm,貝UenCs15213mm；RRn1000151015mm，故RJe1015/1377.9；0.125 0.125所以A 0.0016; (2-135)(R。/e) 77.9查GB15—1998圖6-4可知B77MPa，此時(shí)許用外壓力P為：(2-136)（2）浮頭法蘭厚度的計(jì)算可按管程壓力計(jì)算數(shù)據(jù)由于管程與殼程的設(shè)計(jì)壓力相等，所以大部分的數(shù)據(jù)都與內(nèi)壓情況下相同,只是此時(shí)，表中mp的應(yīng)改為：MpFd(SdSg)Ft(StSg)FQ908414.6(37.530)23644.4(33.7530)1287759.831908414.6(37.530)(2-137)(2-137)則此時(shí)操作狀態(tài)下：JpMpDJpMpDfo Dfit— —~fDfiDfo Dfi33018757 128011606611601280116028769.3mm;(2-138)所以此時(shí)fpLJpL2 25.7 、6058.425.72 107.7mm; (2-139)根據(jù)上述內(nèi)壓與外壓的計(jì)算可知浮頭法蘭的計(jì)算厚度應(yīng)為 f107.7mm，則圓整后其名義厚度為fn110mm。綜上所述：浮頭法蘭fn110mm，浮頭蓋n伽叭鉤圈鉤圈的型式查GB151-89可知選為B型鉤圈，其示意圖如下:

鉤圈示意圖鉤圈示意圖(2-140)i(2-140)其中： 鉤圈設(shè)計(jì)厚度，mm1 浮動(dòng)管板厚度，mm貝U 611677mm。2.13接管的最小位置在換熱器設(shè)計(jì)中，為了充分利用傳熱面積，殼程流體的進(jìn)、出口接管應(yīng)該盡量靠近殼體兩端管板，管箱進(jìn)、出口接管安裝位置盡量接近管箱法蘭位置，這樣也能達(dá)到縮短管箱、殼體圓筒長度，減輕設(shè)備總重量減少支座載荷的目的。但是，為了使設(shè)備便于制造安裝和維修，管口中心線與法蘭、管板的距離不能太近，因此在設(shè)計(jì)中需要計(jì)算最小接管位置。殼程接管位置的最小尺寸接管帶補(bǔ)強(qiáng)圈，故應(yīng)按下式計(jì)算：DhhfDhhf(2-141)式中:L1――殼程接管位置最小尺寸，mmC――補(bǔ)強(qiáng)圈外邊緣至管板與殼體連接焊縫之間的距離， 計(jì)算中，取C4S（S為殼體厚度，mm，且30mm；Dh補(bǔ)強(qiáng)圈外圓直徑，mmhf法蘭長度，mm1J—61013640481mm；2經(jīng)過實(shí)際畫圖后，L1 504mm,滿足最小位置的要求。管箱接管位置的最小尺寸有補(bǔ)強(qiáng)圈作補(bǔ)強(qiáng)的接管，應(yīng)按下式計(jì)算：DhL2 -hfC （2-142）2式中：hf――法蘭高度，為75mm則1L2 —54013640446mm2325故可知下管箱筒節(jié)長度 L2325=608mm2經(jīng)過實(shí)際畫圖后，L2510mm,滿足最小位置的要求；下管箱筒節(jié)長度為875mm滿足要求2.14上管箱與管程流體出口接管的密封根據(jù)本臺(tái)換熱器的實(shí)際操作工況，此處選擇的密封形式為填料密封。由于工作溫度屬于高溫工作溫度，所以選擇石棉縣加合金絲編織填料。查《壓力容器與化工設(shè)備使用手冊》下冊常規(guī)碳鋼管用填料箱可知常用的碳鋼填料密封工作溫度為 250°C。考慮到本臺(tái)換熱器的設(shè)計(jì)溫度為450°C，工作溫度較高，故將常規(guī)的填料箱材料碳鋼換為 35CrMo調(diào)質(zhì)鋼，使得許用應(yīng)力和屈服強(qiáng)度都有很大提升，以滿足設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力要求。具體尺寸如下：表2-13填料密封尺寸表管子外徑d1d2DNDD1HH1壓蓋螺栓填料 質(zhì)量尺寸377382402350478433191110數(shù) 直量 徑2710 M20X2735kg

2.15接管法蘭接管法蘭選用見下表。表2—14管法蘭表代號(hào)公稱尺寸連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)連接面形式用途或名稱a300Hg20593PN0.86Dg=300平面半水煤氣進(jìn)口b350Hg20593PN0.86Dg=350平面變換氣出口c300Hg20593PN0.86Dg=300平面半水煤氣出口d350Hg20593PN0.86Dg=350平面變換氣進(jìn)口e50Hg20593PN0.86Dg=50平面排污口2.16裙座塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算0—0截面，裙座與筒體焊縫處為由于換熱器高度很低，所以計(jì)算中按兩段計(jì)算，以地面為1—截面，換熱器外頭蓋頂端為 20—0截面，裙座與筒體焊縫處為筒體、圓筒、封頭、裙座的質(zhì)量（1）筒體質(zhì)量①殼體質(zhì)量：由Di1200mmn14mm，查得單位筒體質(zhì)量m11m 419kg/m（參考《壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊》第二版，化學(xué)工業(yè)出版社，第171頁,表D-1）。經(jīng)實(shí)際畫圖得到筒體高度：H113100mm(2-143)(2-143)m11H11m|1m310010 419 1298kg②上管箱短筒節(jié)質(zhì)量：由Di1300mmn14mm，查得單位筒體質(zhì)量g2m454kg/m（參考《壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊》，第二版，化學(xué)工業(yè)出版社，第171頁,表D-1）。經(jīng)實(shí)際畫圖后得短節(jié)長度H2 130mm3m12H12m12m 13010 454 59.02kg（2）封頭質(zhì)量：由Di1200mmn14mm，查得上封頭質(zhì)量口2伽224kg，下封頭m22m 192kg（參考《壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊》，第二版，化學(xué)工業(yè)出版社，第256頁，表2-2-6封頭尺寸）m2m21m22 416kg (2-144)裙座質(zhì)量：由裙座高度粗取為H3 1300mmm3H3m|1m1.3419 544kg (2-145)殼體總質(zhì)量：m°1m1m2m3 2094.8kg (2-146)表3-2塔體分段質(zhì)量換熱器其他構(gòu)件的質(zhì)量填料箱質(zhì)量：40kg(參照《壓力容器與化工設(shè)備使用手冊》下冊5.267)折流板重量：55.4kg法蘭質(zhì)量：170.8=168.4=194.7=192.1kg(查《壓力容器支座壓力容器法蘭》—長頸對焊)換熱管質(zhì)量：0.408X955=369.64kg(查《壓力容器與化工設(shè)備使用手冊》上冊表1-2-2,P25)接管法蘭質(zhì)量：2(14.6+18.9)=67kg(《壓力容器與化工設(shè)備使用手冊》上冊表3-2-4,P509接管質(zhì)量：2(15.4+20,5)=71.8kg管板質(zhì)量：588.2+565.4=1153.6kg其他附件：100kgm°2 4055.4726369.6471.8671153.6100 2515.84水壓試驗(yàn)時(shí)充水質(zhì)量體積VVTVF(0.3410.271)(1.327)4.85m3 (2-147)m03=水V=4850kg操作時(shí)物料的質(zhì)量半水煤氣密度取0.5kg/m3物料質(zhì)量為m°4二v=0.54.85=2.43kg (2-148)操作質(zhì)量設(shè)備總質(zhì)量m° m°1m02m03m04 9464kg(2-149)操作質(zhì)量：mmax二m°=9464.1kgmmin=?m°10.2m02mo4 2599.9kg(2-150)風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩的計(jì)算

2.1621風(fēng)載荷的計(jì)算塔體外徑：D0Dj2n1200241228mm，籠式扶梯寬度：K3 400mm，換熱器各段長度h塔頂管線外徑：d0 換熱器各段長度h0-11-213253912各段有效直徑mm :0-11-216281628Dei D0i 2si K4 K3(2-151)各截面到地面咼度hit/m：0-11-205.237風(fēng)壓咼度變化系數(shù)為fi：場地參考B類，（參考《JB471092鋼制塔式容器》第一版，氣象出版社，第20頁,表64），查得：0-11-20.80.83mm體系系數(shù)：K1 0.7基本風(fēng)壓值按連云港計(jì)算：q。400N/m2查得彈性模量：E12.06105Mpa參考《中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB1501998鋼制塔式容器》，第一版，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，第180頁，表F5）設(shè)備的自振周期:Ti90.33HmbHEt 設(shè)備的自振周期:Ti90.33HmbHEt D3ei103(2-152)90.33H134025237\2.061051212003100.06S設(shè)備自震周期：q°T2222設(shè)備自震周期：q°T22224000.06 1.47Ns/m(2-153)脈動(dòng)增大系數(shù)由q°T12 1.47Ns2/m2，查得1.47（參考?JB471092鋼制壓力容器》第一版，氣象出版社，第20頁,表64）脈動(dòng)影響系數(shù)Vi:（參考《JB471092鋼制塔式容器》第一版，氣象出版社，第20頁,表64）0-11-20.720.72由①「H得:0-11-20.250.75再由ht/H，u1查得（參考《JB471092鋼制塔式容器》第一版，氣象出版社，第20頁,表65）各段振型系數(shù)zi:0-11-20.240.7各段風(fēng)振系數(shù)心:心1-fi(2-154)0-21-21.311.77淮海工學(xué)院二0—五年本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第39頁共53頁各段風(fēng)載荷:RK1KziqofiliDei106(2-155)0-11-2477.51409.82.1622風(fēng)彎矩的計(jì)算MW0吋Ph224.9107Nmm(2-156)MW1 MW—0 4.9107Nmm風(fēng)彎矩N.m0 —0截面1—1截面2—2截面4.91074.91072.8107地震彎矩計(jì)算地震載荷計(jì)算各段操作質(zhì)量 （mj/kg）0-11-25448192各截面中心點(diǎn)距地面咼度hmm:0-11-2132552371.5各個(gè)截面中心距地面高度：himm0-11-244.8103.71050-11-22.61073.110921.5A mihii1(2-157)9=3.1310各個(gè)截面中心距地面咼度：h3:0-11-21.610861010mih：5mih：50-11-28.710105.3101423 14B mihi3 5.31014i1(2-158)6A/B5.910基本振型參與系數(shù)1kAh：5B(2-159)0-11-20.28322.183阻尼比嚴(yán)0.02衰減指數(shù) 0.9也5—L0.90.050.020.5+50.020.95(2-160)0.5+5i阻尼調(diào)整系數(shù)0.05, 0.050.02’…21-1-1.319(2-161)0.061.7i0.06 1.70.02

2.1632地震彎矩計(jì)算綜合影響系數(shù)：Cz0.5影響系數(shù)最大值 max0.45（參考《中國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB471092鋼制塔式容器》第一版，氣象出版社，第17頁,表6-1）B類場地土的特征周期值Tg0.4（參考《中國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB471092鋼制塔式容器》第一版，氣象出版社，第18頁，表6-2）0.95地震影響系數(shù)1: 1 - 2maxT10.950.41.3190.45 5.590.06水平地震力F1k/N:F1k11"kg(2-162)0-11-28636.54453.1710垂直地震影響系數(shù)vmax0.65max0.650.45 0.2925 (2-163)底面垂直地震力Fv00vmax譏qg0.5853051.0459.812.803105(N)訕: (2-164)Fvimh6mNmFvimh6mNmkhk2.8031053.83108(2-166)0-11-27.2081053.831082mihi3.83108i1(2-165)任意質(zhì)量處垂直地震力Fvi/N:k10-11-2527280300

任意計(jì)算截面處垂直地震力nF11 Fiv Vik10-0截面1-1截面2-2截面527280827280827由H；D523712004.3615，則不考慮高振型影響，則底截面處地震彎矩MEi0/Nmm:00E11635100E116351mogH5.59130429.81523735(2-167)1.71109Nmm118mg3.5E110H14H175H118mg3.5E110H14H175H2.51185.59130429.8,E1251755237.8.03108Nmm截面處1—1地震彎矩mE11:MM2.5h4h3'5截面處2—2地震彎矩M：2:1052373'51452372'51325413253'5TOC\o"1-5"\h\z22 81m0g 3.5 2.5 3.5ME1-倉10H 14Hh4h (2_'175H2285.59130429.81 35 25 35ME1 亦103912. 143912. 523745237.175391281.8910N?mm最大彎矩的計(jì)算最大彎矩，N.m計(jì)算內(nèi)容 0—0截面 1—1截面 2—2截面MWi4.91074.91072.8107MEi0.25MWi1.711098.031081.89108最大彎矩Mm；x/Nmm1.711098.031081.89108最大彎矩取較大者，所以地震彎矩為最大彎矩各項(xiàng)載荷引起的軸向應(yīng)力0.8612004120.8612004120—0截面1—1截面2—2截面0021.6176操作質(zhì)量引起的軸向應(yīng)力計(jì)算截面以上的操作質(zhì)量m0ii/kg:0—0截面1—1截面2—2截面819276480人孔加強(qiáng)管長度Im60mm人孔加強(qiáng)管水平方向的最大寬度bm450mm人孔加強(qiáng)管厚度m9mmAm 21mm 22609 1080mm(2-170)11截面處裙座筒體的截面積 AsmAsm 3?14Dimesbm 2mesAm 3.141200122(45024)12108033144mm2(2-171)0000 m° g5449.810.11MPa(2-172)2Diiiei3.141200122222 mbg130429.812.82MPa(2-173)2Diiiei3.141200120—0截面1—1截面2—2截面0.110.1242.82設(shè)計(jì)壓力引起的軸向應(yīng)力PDii4ei21.5MPa(2-169)最大彎矩引起的軸向應(yīng)力11截面處裙座筒的截面系數(shù)Zm:ZmDim2bm21260.6002 22528.0105mm3(2-174)hh截面處的裙座殼的截面系數(shù)Zsm:sm0.78Qmes0.7851200122125450120X8.010

28.7106mm34M00maxDi2ei41.7110923.141200212101.06MPa(2-175)11maxsm88.03101184922.72792.29MPa(2-176)4M22max41.89108Di2393MPa(2-177)0—0截面1—1截面2—2截面101.0692.2913.93ei塔體和裙座危險(xiǎn)截面強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核材料用018Cr17Ni13Mo2截面的最大組合軸向拉應(yīng)力校核載荷組合系數(shù)：K1.2系數(shù)A:A0.094e0.094126001.88103(2-178)計(jì)算溫度下的許用應(yīng)力t:0Cr17Ni12Mo2t109MPaQ245t61MPa系數(shù)B:Cr17Ni12Mo2B110MPaQ245B70MPa（參考《壓力容器與化工設(shè)備手冊》第一版，化學(xué)工業(yè)出版社，第2-1-4）194頁，附表計(jì)算內(nèi)容0—0截面1—1截面2—2截面t10910961KB13213284tK130.8130.873.2tK130.8130.873.2cr130.8130.873.2取焊接系數(shù)為1。筒的最大組合壓應(yīng)力為23:對于內(nèi)壓設(shè)備2 3cr則滿足要求(2-179)0—0截面1—1截面2—2截面122.56113.91438.25因?yàn)橥驳淖畲蠼M合壓應(yīng)力23 cr,所以滿足要求。(2-180)1 2 3:對于內(nèi)壓塔1 23K七，則滿足要求0—0截面1—1截面2—2截面122.45122.43635.43因?yàn)? 2 3K七，所以滿足要求。(2-181)塔體與裙座穩(wěn)定性校核塔體截面22上的最大組合軸向壓應(yīng)力:222222max 1 2 3(2-182)21.50.12492.29 113.66MPacrminKB,Ktmin132,130.8 130.8Mpa故滿足要求A0094心Rie600/12塔體11截面上的最大組合軸向壓應(yīng)力:11 11max 2113(2-184)122.56MpacrminKB,Ktmin132,130.8130.8MPa故滿足要求。八0.094“-3A-1.8810R/is es塔體截面00上的最大組合軸向壓應(yīng)力：00 00max 20030.11101.06101.16MPa(2-185)101.16MPacrminKB,Ktmin132,130.8 130.8MPa故滿足要求基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)環(huán)尺寸裙座內(nèi)徑：Dis1200mm裙座外徑：Dos1200281228mm基礎(chǔ)環(huán)外徑：D°b12002601460mm基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：Dib1200260940mm11基礎(chǔ)環(huán)伸出寬度：b-DobDosm （2-186）相鄰兩筋板最大外側(cè)間距：I160mm（參考《中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB471092鋼制塔式容器》第一版，氣象出版社，第12頁，表56地腳螺栓尺寸）基礎(chǔ)環(huán)面積：AbD02bD：2220.785(1460 940) 979680mmAbD02bD：2220.785(1460 940) 979680mm(2-187)基礎(chǔ)環(huán)截面系數(shù)：ZbobD4ib32D