浮頭換熱器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要2</b></p><p>　　Abstract3</p><p><b>　　前言4</b></p><p>　　第一章 換熱器概述5</p><p>　　1.1 換熱

2、器的應(yīng)用5</p><p>　　1.2 換熱器的主要分類(lèi)6</p><p>　　1.3 管殼式換熱器特殊結(jié)構(gòu)11</p><p>　　1.4 換熱管簡(jiǎn)介12</p><p>　　第二章 工藝計(jì)算13</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)條件13</p><p>　　2.2 核算換熱器傳熱

3、面積13</p><p>　　2.3 壓力降的計(jì)算18</p><p>　　2.4 換熱器壁溫計(jì)算21</p><p>　　第三章 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算24</p><p>　　3.1 殼體與管箱厚度的確定24</p><p>　　3.2 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算26</p><p>　　

4、3.3 水壓試驗(yàn)32</p><p>　　3.4 換熱管33</p><p>　　3.5 管板設(shè)計(jì)35</p><p>　　3.6 折流板41</p><p>　　3.7 拉桿與定距管43</p><p>　　3.8 防沖板44</p><p>　　3.9 保溫層44</p&

5、gt;<p>　　3.10法蘭與墊片44</p><p>　　3.11 鉤圈式浮頭48</p><p>　　3.12 分程隔板54</p><p>　　3.13 鞍座54</p><p>　　3.14 接管的最小位置56</p><p>　　第四章 換熱器的腐蝕、制造與檢驗(yàn)58</p&g

6、t;<p>　　4.1 換熱器的腐蝕58</p><p>　　4.2 換熱器的制造與檢驗(yàn)58</p><p>　　第五章 焊接工藝評(píng)定62</p><p>　　5.1 殼體焊接工藝62</p><p>　　5.2 換熱管與管板的焊接62</p><p>　　5.3 法蘭與筒體的焊接63<

7、/p><p>　　第六章 換熱器的安裝、試車(chē)與維護(hù)64</p><p><b>　　6.1 安裝64</b></p><p><b>　　6.2 試車(chē)64</b></p><p><b>　　6.3 維護(hù)65</b></p><p><b>

8、;　　總結(jié)66</b></p><p><b>　　致謝68</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)69</b></p><p>　　附錄Ⅰ浮頭法蘭厚度計(jì)算程序70</p><p>　　附錄Ⅱ 相關(guān)文獻(xiàn)74</p><p><b>　　摘

9、要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)是關(guān)于PN2.5DN600浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)，主要是進(jìn)行了換熱器的工藝計(jì)算、換熱器的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)。</p><p>　　設(shè)計(jì)的前半部分是工藝計(jì)算部分，主要是根據(jù)給定的設(shè)計(jì)條件估算換熱面積，從而進(jìn)行換熱器的選型，校核傳熱系數(shù)，計(jì)算出實(shí)際的換熱面積，最后進(jìn)行壓力降和壁溫的計(jì)算。設(shè)計(jì)的后半部分則是關(guān)于結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)已經(jīng)選定的

10、換熱器型式進(jìn)行設(shè)備內(nèi)各零部件（如接管、折流板、定距管、鉤圈、管箱等）的設(shè)計(jì)，包括：材料的選擇、具體尺寸確定、確定具體位置、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)算等。最后設(shè)計(jì)結(jié)果可通過(guò)6張圖表現(xiàn)出來(lái)。</p><p>　　關(guān)于浮頭式換熱器設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中都有詳細(xì)的說(shuō)明。</p><p>　　關(guān)鍵詞：管殼式換熱器 浮頭式換熱器 管板 浮頭蓋 浮頭法蘭</

11、p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The design manual is about the PN2.5DN600 floating head heat exchanger, which included technology calculate of heat exchanger, the structure and intensi

12、ty of heat exchanger.</p><p>　　The first part of design is the technology calculation process. Mainly, the process of technology calculate is according to the given design conditions to estimate the heat exc

13、hanger area, and then, select a suitable heat exchanger to check heat transfer coefficient ,just for the actual heat transfer area .Meanwhile the process above still include the pressure drop and wall temperature calcula

14、tion . The second half of the design is about the structure and intensity of the design. This part is ju</p><p>　　The each aspects of the floating head heat exchanger has detailed instructions in the design

15、manual.</p><p>　　Key word: Shell-Tube heat exchanger, floating head heat exchanger, tube sheet, floating head planting, floating head flange.</p><p><b>　　前言</b></p><p>　

16、　畢業(yè)設(shè)計(jì)是完成教學(xué)計(jì)劃實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)；是教學(xué)計(jì)劃中綜合性最強(qiáng)的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。它對(duì)提高學(xué)生綜合運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力以及培養(yǎng)學(xué)生的工作作風(fēng)、工作態(tài)度和處理問(wèn)題等方面具有很重要的意義。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是浮頭式換熱器設(shè)計(jì)。浮頭式換熱器是長(zhǎng)嶺煉油廠的典型設(shè)備，主要用于原油和油品等的換熱，并且設(shè)計(jì)的原始資料及數(shù)據(jù)均來(lái)源于工廠中正在運(yùn)行的設(shè)備。</p>

17、;<p>　　這次設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容為換熱器的工藝計(jì)算、換熱器的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)。其中，工藝計(jì)算主要是確定換熱器的換熱面積、換熱器的選型、壓降計(jì)算、壁溫計(jì)算等；而結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)則主要包括：管板厚度計(jì)算、換熱管的分布、折流板的選型、浮頭蓋及浮頭法蘭的計(jì)算、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算以及各種零部件的材料選擇等。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(mǎn)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

18、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。</p><p>　　因?yàn)閾Q熱器設(shè)計(jì)是屬于壓力容器設(shè)計(jì)范疇，與我所學(xué)的課程有緊密的聯(lián)系，所以這次設(shè)計(jì)對(duì)我的設(shè)計(jì)能力有了很大的提高。它不僅使我貫通幾年里所學(xué)習(xí)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)，還培養(yǎng)和提高我們?nèi)后w合作、相互配合的工作能力。換熱器在設(shè)計(jì)過(guò)程中為技術(shù)分析與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)可以為設(shè)計(jì)者提供一個(gè)廣闊的思維想象空間，

19、還能激發(fā)設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新意識(shí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們可以很好地將所學(xué)的知識(shí)加以應(yīng)用，在自己的腦海中鞏固，這是我選擇這個(gè)課題的初衷，而事實(shí)上我也達(dá)到了預(yù)期的目的。</p><p>　　由于水平有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程中一定存在許多疏漏和不夠合理之處，懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)指正。特此致謝！</p><p><b>　　第一章 換熱器概述</b></p><p>　

20、　過(guò)程設(shè)備在生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，是在化工、煉油、輕工、交通、食品、制藥、冶金、紡織、城建、海洋工程等傳統(tǒng)部門(mén)所必需的關(guān)鍵設(shè)備，而換熱設(shè)備則是廣泛使用的一種通用的過(guò)程設(shè)備。在化工廠中，換熱設(shè)備的投資約占總投資的10%～20%；在煉油廠，約占總投資的35%～40%。</p><p>　　1.1 換熱器的應(yīng)用</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱器的主要作用是將能量由溫度較高的流體傳

21、遞給溫度較低的流體，是流體溫度達(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo)，以滿(mǎn)足工藝流程上的需要。此外，換熱器也是回收余熱、廢熱特別是低位熱能的有效裝置。例如，高爐爐氣（約1500℃）的余熱，通過(guò)余熱鍋爐可生產(chǎn)壓力蒸汽，作為供汽、供熱等的輔助能源，從而提高熱能的總利用率，降低燃料消耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開(kāi)發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對(duì)換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)、

22、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)及傳熱極力的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼面世。</p><p>　　1.2 換熱器的主要分類(lèi)</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)中，由于用途、工作條件和物料特性的不同，出現(xiàn)了不同形式和結(jié)構(gòu)的換熱器。</p><p>　　1.2.1 換熱器的分類(lèi)及特點(diǎn)</p><p>　　按照傳熱方式的不同，換熱器可分為三類(lèi)：</p&g

23、t;<p>　　1.直接接觸式換熱器</p><p>　　又稱(chēng)混合式換熱器，它是利用冷、熱流體直接接觸與混合的作用進(jìn)行熱量的交換。這類(lèi)換熱器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，常做成塔狀，但僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場(chǎng)合。</p><p><b>　　2.蓄熱式換熱器</b></p><p>　　在這類(lèi)換熱器中，熱量傳遞是通過(guò)格子磚或填料

24、等蓄熱體來(lái)完成的。首先讓熱流體通過(guò)，把熱量積蓄在蓄熱體中，然后再讓冷流體通過(guò)，把熱量帶走。由于兩種流體交變轉(zhuǎn)換輸入，因此不可避免地存在著一小部分流體相互摻和的現(xiàn)象，造成流體的“污染”。</p><p>　　蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格便宜，單位體積傳熱面比較大，故較適合用于氣--氣熱交換的場(chǎng)合。</p><p><b>　　3.間壁式換熱器</b></p>

25、<p>　　這是工業(yè)中最為廣泛使用的一類(lèi)換熱器。冷、熱流體被一固體壁面隔開(kāi)，通過(guò)壁面進(jìn)行傳熱。按照傳熱面的形狀與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)它又可分為：</p><p>　　管式換熱器：如套管式、螺旋管式、管殼式、熱管式等；</p><p>　　板面式換熱器：如板式、螺旋板式、板殼式等；</p><p>　　擴(kuò)展表面式換熱器：如板翅式、管翅式、強(qiáng)化的傳熱管等。</p&

26、gt;<p>　　1.2.2 管殼式換熱器的分類(lèi)及特點(diǎn)</p><p>　　由于設(shè)計(jì)題目是浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)，而浮頭式又屬于管殼式換熱器，故特此介紹管殼式換熱器的主要類(lèi)型以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。</p><p>　　管殼式換熱器是目前用得最為廣泛的一種換熱器，主要是由殼體、傳熱管束、管板、折流板和管箱等部件組成，其具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。殼體多為圓筒形，內(nèi)部放置了由許多管子組成的管束，管子

27、的兩端固定在管板上，管子的軸線與殼體的軸線平行。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱(chēng)為管程流體；另一種在管外流動(dòng)，稱(chēng)為殼程流體。為了增加殼程流體的速度以改善傳熱，在殼體內(nèi)安裝了折流板。折流板可以提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過(guò)管束，增強(qiáng)流體湍流程度。</p><p>　　流體每通過(guò)管束一次稱(chēng)為一個(gè)管程；每通過(guò)殼體一次就稱(chēng)為一個(gè)殼程，而圖1-2-1所示為最簡(jiǎn)單的單殼程單管程換熱器。為提高管內(nèi)流

28、體速度，可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分為若干組。這樣流體每次只通過(guò)部分管子，因而在管束中往返多次，這稱(chēng)為多管程；同樣。為提高管外流速，也可以在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過(guò)殼體空間，稱(chēng)為多殼程。多管程與多殼程可以配合使用。</p><p>　　這種換熱器的結(jié)構(gòu)不算復(fù)雜，造價(jià)不高，可選用多種結(jié)構(gòu)材料，管內(nèi)清洗方便，適應(yīng)性強(qiáng)，處理量較大，高溫高壓條件下也能應(yīng)用，但傳熱效率、結(jié)構(gòu)的緊湊性、單位傳熱面的金屬

29、消耗量等方面尚有待改善。</p><p>　　由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩流體溫度相差較大，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂或從管板上拉脫。因此，當(dāng)管束與殼體溫度差超過(guò)50℃時(shí)，需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施，管殼式換熱器可以分為以下幾種主要類(lèi)型：</p><p>　　固定管板式換熱器：其結(jié)構(gòu)如圖1所示。換

30、熱器的管端以焊接或脹接的方法固定在兩塊管板上，而管板則以焊接的方法與殼體相連。與其它型式的管殼式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)殼體直徑相同時(shí)，可安排更多的管子，也便于分程，同時(shí)制造成本較低。由于不存在彎管部分，管內(nèi)不易積聚污垢，即使產(chǎn)生污垢也便于清洗。如果管子發(fā)生泄漏或損壞，也便于進(jìn)行堵管或換管，但無(wú)法在管子的外表面進(jìn)行機(jī)械清洗，且難以檢查，不適宜處理臟的或有腐蝕性的介質(zhì)。更主要的缺點(diǎn)是當(dāng)殼體與管子的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時(shí)，在殼體與

31、管中將產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力，因此為了減少溫差應(yīng)力，通常需在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，利用膨脹節(jié)在外力作用下產(chǎn)生較大變形的能力來(lái)降低管束與殼體中的溫差應(yīng)力。</p><p>　　浮頭式換熱器：其結(jié)構(gòu)如圖2所示。管子一端固定在一塊固定管板上，管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間，用螺栓連接；管子另一端固定在浮頭管板上，浮頭管板夾持在用螺柱連接的浮頭蓋與鉤圈之間，形成可在殼體內(nèi)自由移動(dòng)的浮頭，故當(dāng)管束與殼體受熱伸長(zhǎng)時(shí)，兩者互不牽制，

32、因而不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭部分是由浮頭管板，鉤圈與浮頭端蓋組成的可拆聯(lián)接，因此可以容易抽出管束，故管內(nèi)管外都能進(jìn)行清洗，也便于檢修。由上述特點(diǎn)可知，浮頭式換熱器多用于溫度波動(dòng)和溫差大的場(chǎng)合，盡管與固定管板式換熱器相比其結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、造價(jià)更高。</p><p>　　U型管式換熱器：其結(jié)構(gòu)可參見(jiàn)圖3。一束管子被彎制成不同曲率半徑的U型管，其兩端固定在同一塊管板上，組成管束，從而省去了一塊管板與一個(gè)管箱。因?yàn)楣苁c殼體是

33、分離的，在受熱膨脹時(shí)，彼此間不受約束，故消除了溫差應(yīng)力。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜，管束可以在殼體中抽出，管外清洗方便，但管內(nèi)清洗困難，故最好讓不易結(jié)垢的物料從管內(nèi)通過(guò)。由于彎管的外側(cè)管壁較薄以及管束的中央部分存在較大的空隙，故U型管換熱器具有承壓能力差、傳熱能力不佳的缺點(diǎn)。</p><p>　　雙重管式換熱器：將一組管子插入另一組相應(yīng)的管子中而構(gòu)成的換熱器，其結(jié)構(gòu)可以參看圖4。管程流體（B流體）從管箱進(jìn)口管流入，通過(guò)

34、內(nèi)插管到達(dá)外套管的底部，然后返回，通過(guò)內(nèi)插管和外套管之間的環(huán)形空間，最后從管箱出口管流出。其特點(diǎn)是內(nèi)插管與外套管之間沒(méi)有約束，可自由伸縮。因此，它適用于溫差很大的兩流體換熱，但管程流體的阻力較大，設(shè)備造價(jià)較高。</p><p>　　填料函式換熱器：圖5為填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)。管束一端與殼體之間用填料密封，管束的另一端管板與浮頭式換熱器同樣夾持在管箱法蘭和殼體法蘭之間，用螺栓連接。拆下管箱、填料壓蓋等有關(guān)零件后，可

35、將管束抽出殼體外，便于清洗管間。管束可自由伸縮，具有與浮頭式換熱器相同的優(yōu)點(diǎn)。由于減少了殼體大蓋，它的結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，造價(jià)也較低，但填料處容易泄漏，工作壓力與溫度受一定限制，直徑也不宜過(guò)大。</p><p>　　1.3 管殼式換熱器特殊結(jié)構(gòu)</p><p>　　包括有雙殼程結(jié)構(gòu)、螺旋折流板、雙管板等特殊結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)將使換熱器擁有更高的工作效率。</p><p&

36、gt;　　雙殼程結(jié)構(gòu)：在換熱器管束中間設(shè)置縱向隔板，隔板與殼體內(nèi)壁用密封片阻擋物流內(nèi)漏，形成雙殼程結(jié)構(gòu)。適用場(chǎng)合：①管程流量大殼程流量小時(shí)，采用此結(jié)構(gòu)流速可提高一倍，給熱系數(shù)提高1～1.2倍；②冷熱流體溫度交叉時(shí)，但殼程換熱器需要兩臺(tái)以上才能實(shí)現(xiàn)傳熱，用一臺(tái)雙殼程換熱器不僅可以實(shí)現(xiàn)傳熱，而且可以得到較大的傳熱溫差。</p><p>　　螺旋折流板式換熱器：螺旋折流板可以防止死區(qū)和返混，壓降較小。物流通過(guò)這種結(jié)構(gòu)換

37、熱器時(shí)存在明顯的徑向變化，故不適用于有高熱效率要求的場(chǎng)合。</p><p>　　雙管板結(jié)構(gòu)：在普通結(jié)構(gòu)的管板處增加一個(gè)管板，形成的雙管板結(jié)構(gòu)用于收集泄漏介質(zhì)，防止兩程介質(zhì)混合。</p><p><b>　　1.4 換熱管簡(jiǎn)介</b></p><p>　　換熱管是管殼式換熱器的傳熱元件，采用高效傳熱元件是改進(jìn)換熱器傳熱性能最直接有效的方法。國(guó)內(nèi)已

38、使用的新效的換熱管有以下幾種：</p><p>　　螺紋管：又稱(chēng)低翅片管，用光管軋制而成，適用于管外熱阻為管內(nèi)熱阻1.5倍以上的單相流及渣油、蠟油等粘度大、腐蝕易結(jié)垢物料的換熱。</p><p>　　T形翅片管：用于管外沸騰時(shí)，可有效降低物料泡核點(diǎn)，沸騰給熱系數(shù)提高1.6～3.3倍，是蒸發(fā)器、重沸器的理想用管。</p><p>　　表面多孔管：該管為光管表面形成一層

39、多孔性金屬敷層，該敷層上密布的小孔能形成許多汽化中心，強(qiáng)化沸騰傳熱。</p><p>　　螺旋槽紋管：可強(qiáng)化管內(nèi)物流間的傳熱，物料在管內(nèi)靠近管壁部分流體順槽旋流，另一部分流體呈軸向渦流，前一種流動(dòng)有利于減薄邊界層，后一種流動(dòng)分離邊界層并增強(qiáng)流體擾動(dòng)，傳熱系數(shù)提高1.3～1.7倍，但阻力降增加1.7～2.5倍。</p><p>　　波紋管：為擠壓成型的不銹鋼薄壁波紋管，管內(nèi)、管外都有強(qiáng)化傳熱

40、的作用，但波紋管換熱器承壓能力不高，管心距大而排管少，殼程短而不易控制。</p><p>　　管殼式換熱器的應(yīng)用已經(jīng)有悠久的歷史，而且管殼式換熱器被當(dāng)作一中傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的換熱設(shè)備在很多工業(yè)部門(mén)中大量使用。尤其在化工、石油、能源設(shè)備等部門(mén)所使用的換熱設(shè)備中，管殼式換熱器仍處于主導(dǎo)地位，因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)特針對(duì)這類(lèi)換熱器中的浮頭式換熱器的工藝設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。</p><p><b&

41、gt;　　第二章 工藝計(jì)算</b></p><p>　　在換熱器設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類(lèi)型，然后計(jì)算換熱所需要的傳熱面積。工藝設(shè)計(jì)中包括了熱力設(shè)計(jì)以及流動(dòng)設(shè)計(jì)，其具體運(yùn)算如下所述：</p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)條件</b></p><p>　　表2-1 油品與原油的操作參數(shù)</p><p

42、>　　表2-2 油品與原油的物性參數(shù)</p><p>　　2.2 核算換熱器傳熱面積</p><p>　　到此換熱器的工藝計(jì)算告一段落，其中工藝計(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。</p><p>　　表2-3與表2-4附于下面：</p><p>　　表2-3 所選

43、浮頭式換熱器規(guī)格</p><p>　　表2-4 工藝計(jì)算常用參數(shù)</p><p>　　第三章 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　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

44、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），具體計(jì)算如下。</p><p>　　3.1 殼體與管箱厚度的確定</p><p>　　根據(jù)給定的流體的進(jìn)出口溫度，選擇設(shè)計(jì)溫度為400℃；設(shè)計(jì)壓力為2.5Mpa。</p><p>　　3.1.1 殼體和管箱材料的選擇</p><p>　　由于所設(shè)計(jì)的換熱器屬于常規(guī)容器，并

45、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。</p><p>　　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。</p><p>　　3.1.2 圓筒殼體厚度的計(jì)算</p><

46、p>　　3.1.3 管箱厚度計(jì)算</p><p>　　管箱由兩部分組成：短節(jié)與封頭；且由于前端管箱與后端管箱的形式不同，故此時(shí)將前端管箱和后端管箱的厚度計(jì)算分開(kāi)計(jì)算。</p><p>　　3.1.3.1 前端管箱厚度計(jì)算</p><p>　　前端管箱為橢圓形管箱，這是因?yàn)闄E圓形封頭的應(yīng)力分布比較均勻，且其深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型。</p>

47、;<p>　　查JB/T4746—2002《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號(hào)參數(shù)如下：</p><p>　　表3-1 DN600標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù)</p><p>　　短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為10mm。</p><p>　　3.1.3.2 后端管箱厚度計(jì)算</p><p>　　由于是浮頭式換熱器設(shè)計(jì)，因此其后端管箱是浮頭

48、管箱，又可稱(chēng)外頭蓋。外頭蓋的內(nèi)直徑為700mm，這可在“浮頭蓋計(jì)算”部分看到。</p><p>　　查JB/T4746—2002《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號(hào)參數(shù)如下：</p><p>　　表3-2 DN700標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù)</p><p>　　短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為10mm。</p><p>　　3.2 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算<

49、;/p><p>　　在該臺(tái)浮頭式換熱器上，殼程流體的進(jìn)出管口在殼體上，管程流體則從前端管箱進(jìn)入，而后端管箱上則有排污口和排氣口，因此不可避免地要在換熱器上開(kāi)孔。開(kāi)孔之后，出削弱器壁的強(qiáng)度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連接性被破壞，會(huì)產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，會(huì)給換熱器的安全操作帶來(lái)隱患。因此此時(shí)應(yīng)進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算。</p><p>　　由于管程與殼程出入口公稱(chēng)直徑均為150mm，按照厚度系列，

50、可選接管的規(guī)格為，接管的材料選為20號(hào)鋼。</p><p>　　3.2.1 殼體上開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算</p><p>　　3.2.2 前端管箱開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算</p><p>　　3.2.3 外頭蓋開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算</p><p>　　外頭蓋上的排污口與排氣口接管材料也為20號(hào)鋼，選用規(guī)格為，主要是通過(guò)采用厚壁接管進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。</p><

51、p><b>　　3.3 水壓試驗(yàn)</b></p><p><b>　　3.4 換熱管</b></p><p>　　換熱管的規(guī)格為，材料選為20號(hào)鋼。</p><p>　　3.4.1 換熱管的排列方式</p><p>　　換熱管在管板上的排列有正三角形排列、正方形排列和正方形錯(cuò)列三種排列方式。各

52、種排列方式都有其各自的特點(diǎn)：①正三角形排列：排列緊湊，管外流體湍流程度高；②正方形排列：易清洗，但給熱效果較差；③正方形錯(cuò)列：可以提高給熱系數(shù)。</p><p>　　在此，選擇正方形排列，主要是考慮這種排列便于進(jìn)行機(jī)械清洗。</p><p>　　查GB151-1999可知，換熱管的中心距S=32mm，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管的中心距為44mm；同時(shí)，由于換熱管管間需要進(jìn)行機(jī)械清洗，故相鄰兩管間

53、的凈空距離（S-d）不宜小于6mm。</p><p>　　3.4.2 布管限定圓</p><p>　　布管限定圓為管束最外層換熱管中心圓直徑，其由下式確定：</p><p>　　查GB151-1999可知，b=5，b1=3，bn=12，故b2= bn+1.5=13.5，則</p><p><b>　　。</b></

54、p><p><b>　　3.4.3 排管</b></p><p>　　排管時(shí)須注意：拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，在靠近折流板缺邊位置處布置拉桿，其間距小于或等于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）范圍內(nèi)。</p><p>　　多管程換熱器其各程管數(shù)應(yīng)盡量相等，其相對(duì)誤差應(yīng)控制在10%以?xún)?nèi)，最大不能

55、超過(guò)20%。</p><p><b>　　相對(duì)誤差計(jì)算：； </b></p><p>　　其中：——各程的平均管數(shù)；——各程中最小或最大的管數(shù)。</p><p><b>　　實(shí)際排管如下所示：</b></p><p>　　由上圖可知，經(jīng)過(guò)實(shí)際排管后發(fā)現(xiàn)，每個(gè)管程的布管數(shù)目分別是38，56，56，38

56、，而各管程的平均管數(shù)為47，因此可知各程管數(shù)的相對(duì)誤差是：</p><p>　　3.4.4 換熱管束的分程</p><p>　　在這里首先要先提到管箱。管箱作用是把從管道輸送來(lái)的流體均勻地分布到換熱管和把管內(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改變流體流向的作用。</p><p>　　由于所選擇的換熱器是4管程，故管箱選擇為多程隔板的安置形式。而對(duì)于換

57、熱管束的分程，為了接管方便，采用平行分法較合適，且平行分法亦可使管箱內(nèi)殘液放盡。</p><p>　　3.4.5 換熱管與管板的連接</p><p>　　換熱管與管板的連接方式有強(qiáng)度焊、強(qiáng)度脹以及脹焊并用。</p><p>　　強(qiáng)度脹接主要適用于設(shè)計(jì)壓力小≤4.0Mpa；設(shè)計(jì)溫度≤300℃；操作中無(wú)劇烈振動(dòng)、無(wú)過(guò)大的溫度波動(dòng)及無(wú)明顯應(yīng)力腐蝕等場(chǎng)合。</p>

58、;<p>　　除了有較大振動(dòng)及有縫隙腐蝕的場(chǎng)合，強(qiáng)度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何場(chǎng)合。</p><p>　　脹焊并用主要用于密封性能要求較高；承受振動(dòng)和疲勞載荷；有縫隙腐蝕；需采用復(fù)合管板等的場(chǎng)合。</p><p>　　在此，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度及操作狀況選擇換熱管與管板的連接方式為強(qiáng)度焊。這是因?yàn)閺?qiáng)度焊加工簡(jiǎn)單、焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)，在高溫高壓下也能保證連

59、接處的密封性能和抗拉脫能力。</p><p><b>　　3.5 管板設(shè)計(jì)</b></p><p>　　管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一，用來(lái)排布換熱管，將管程和殼程的流體分隔開(kāi)來(lái)，避免冷、熱流體混合，并同時(shí)受管程、殼程壓力和溫度的作用。由于流體只具有輕微的腐蝕性，故采用工程上常用的16MnR整體管板。</p><p>　　3.5.1 管板

60、與殼體的連接</p><p>　　由于浮頭式換熱器要求管束能夠方便地從殼體中抽出進(jìn)行清洗和維修，因而換熱器固定端的管板采用可拆式連接方式，即把管板利用墊片夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間。</p><p>　　3.5.2 管板計(jì)算</p><p><b>　　符號(hào)說(shuō)明：</b></p><p>　　——在布管區(qū)范圍內(nèi)，因設(shè)置

61、隔板槽和拉桿結(jié)構(gòu)的需要，而未能被換熱管支承的面積，，對(duì)正方形排列，；</p><p>　　——隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)；</p><p><b>　　——換熱管中心距；</b></p><p>　　——隔板槽兩側(cè)鄰管的中心距；</p><p>　　——管板布管區(qū)面積，；對(duì)多管程正方形排列換熱器，；</p>&l

62、t;p>　　——管板布管區(qū)內(nèi)開(kāi)孔后的面積，；；</p><p>　　——一根換熱管管壁金屬的橫截面積，；</p><p>　　——固定端管板墊片壓緊力作用中心圓直徑，；根據(jù)所選的墊片的尺寸，且選擇其壓緊面型式為GB150表9-1的1a，可知密封面寬度；則，故；</p><p>　　——管板布管區(qū)當(dāng)量直徑，，；</p><p><b

63、>　　——換熱管外徑，；</b></p><p>　　——設(shè)計(jì)溫度時(shí)，管板材料的彈性模量，Mpa；</p><p>　　——設(shè)計(jì)溫度時(shí)，換熱管材料的彈性模量，Mpa；</p><p>　　——系數(shù)，按和查GB151圖24；</p><p>　　——管束模數(shù)，Mpa；； </p><p>　　——管束無(wú)

64、量綱剛度，Mpa；；</p><p>　　——換熱管有效長(zhǎng)度（兩管板內(nèi)側(cè)間距），；</p><p>　　——換熱管與管板脹接長(zhǎng)度或焊腳高度，；</p><p><b>　　——換熱管根數(shù)；</b></p><p><b>　　——無(wú)量綱壓力，；</b></p><p>　　—

65、—當(dāng)量壓力組合；Mpa；</p><p>　　——管板設(shè)計(jì)壓力，Mpa；</p><p>　　——?dú)こ淘O(shè)計(jì)壓力，Mpa；</p><p>　　——管程設(shè)計(jì)壓力，Mpa；</p><p>　　——換熱管與管板連接拉脫力，Mpa；</p><p>　　——許用拉脫力，查GB151，Mpa；</p><p

66、><b>　　——系數(shù)，；</b></p><p>　　——管板計(jì)算厚度，；</p><p>　　——換熱管管壁厚度，；</p><p>　　——管板剛度削弱系數(shù)，一般可取值；</p><p>　　——管板強(qiáng)度削弱系數(shù)，一般?。?lt;/p><p><b>　　——系數(shù)，；</b

67、></p><p>　　——換熱管軸向應(yīng)力，Mpa；</p><p>　　——換熱管穩(wěn)定許用壓應(yīng)力，Mpa；</p><p>　　——設(shè)計(jì)溫度時(shí)，管板材料的許用應(yīng)力，Mpa；；</p><p>　　——設(shè)計(jì)溫度時(shí)，換熱管材料的許用應(yīng)力，Mpa；</p><p>　　管板厚度計(jì)算過(guò)程如下：</p>&

68、lt;p>　　3.5.2.1管板名義厚度計(jì)算：</p><p>　　3.5.2.2 換熱管的軸向應(yīng)力</p><p>　　3.5.2.3 換熱管與管板連接拉脫力</p><p>　　3.5.3 管板重量計(jì)算</p><p>　　管板有固定管板以及活動(dòng)管板，兩者的重量計(jì)算分別如下所示：</p><p><b&

69、gt;　　3.6 折流板</b></p><p>　　設(shè)置折流板的目的是為了提高殼程流體的流速，增加湍動(dòng)程度，并使管程流體垂直沖刷管束，以改善傳熱，增大殼程流體的傳熱系數(shù)，同時(shí)減少結(jié)構(gòu)，而且在臥式換熱器中還起支撐管束的作用。常見(jiàn)的折流板形式為弓形和圓盤(pán)—圓環(huán)形兩種，其中弓形折流板有單弓形，雙弓形和三弓形三種，但是工程上使用較多的是單弓形折流板。</p><p>　　在浮頭式換熱

70、器中，其浮頭端宜設(shè)置加厚環(huán)板的支持板。</p><p>　　3.6.1 折流板的型式和尺寸</p><p>　　此時(shí)選用兩端選用環(huán)形折流板，中間選用單弓形折流板，上下方向排列，這樣可造成液體的劇烈擾動(dòng)，增大傳熱膜系數(shù)。</p><p>　　為方便選材，可選折流板的材料選為16MnR，由前可知，弓形缺口高度為150mm，折流板間距為300mm，數(shù)量為19塊，查GB15

71、1-1999可知折流板的最小厚度為5mm，故此時(shí)可選其厚度為6mm。同時(shí)查GB151-1999可知折流板名義外直徑為。</p><p>　　3.6.2 折流板排列</p><p>　　該臺(tái)換熱器折流板排列示意圖如下所示：</p><p>　　3.6.3 折流板的布置</p><p>　　3.6.4 折流板重量計(jì)算</p><

72、;p><b>　　符號(hào)說(shuō)明如下：</b></p><p>　　——折流板質(zhì)量，kg；</p><p>　　——折流板外圓直徑，；</p><p>　　——折流板切去部分的弓形面積，，，</p><p>　　——系數(shù)，由查表求?。?lt;/p><p>　　——折流板切去部分的弓形高度，mm；<

73、;/p><p>　　——管孔直徑，mm；</p><p>　　——拉桿孔直徑，mm；</p><p><b>　　——管孔數(shù)量；</b></p><p><b>　　——拉桿孔數(shù)量；</b></p><p>　　——折流板厚度，mm。</p><p>&l

74、t;b>　　計(jì)算過(guò)程如下：</b></p><p>　　3.7 拉桿與定距管</p><p>　　3.7.1 拉桿的結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　常用拉桿的形式有兩種：</p><p>　　拉桿定距管結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑大于或等于19mm的管束，（按GB151-1999表45規(guī)定）；</p><p>

75、;　　拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑小于或等于14mm的管束，；</p><p>　　當(dāng)管板比較薄時(shí)，也可采用其他的連接結(jié)構(gòu)。</p><p>　　由于此時(shí)換熱管的外徑為25mm，因此選用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3.7.2 拉桿的直徑、數(shù)量及布置</p><p>　　其具體尺寸如下所示：</p><p

76、>　　表3-3 拉桿的參數(shù)</p><p>　　其中拉桿的長(zhǎng)度L按需要確定。</p><p>　　拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。若對(duì)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)。</p><p>　　對(duì)于本臺(tái)換熱器拉桿的布置可參照零件圖。</p><p><b>　　3.

77、7.4 定距管</b></p><p>　　定距管的規(guī)格同換熱管，其長(zhǎng)度同實(shí)際需要確定。本臺(tái)換熱器定距管的布置可以參照部件圖。</p><p><b>　　3.8 防沖板</b></p><p>　　由于殼程流體的，管程換熱管流體的流速，因此在本臺(tái)換熱器的殼程與管程都不需要設(shè)置防沖板。</p><p><

78、;b>　　3.9 保溫層</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)溫度選保溫層材料為脲甲醛泡沫塑料，其物性參數(shù)如下：</p><p>　　表3-4 保溫層物性參數(shù)</p><p><b>　　3.10法蘭與墊片</b></p><p>　　換熱器中的法蘭包括管箱法蘭、殼體法蘭、外頭蓋法蘭、外頭蓋側(cè)法蘭、浮頭

79、蓋法蘭以及接管法蘭，另浮頭蓋法蘭將在下節(jié)進(jìn)行計(jì)算，在此不作討論。</p><p>　　墊片則包括了管箱墊片和外頭蓋墊片。</p><p>　　3.10.1固定端的殼體法蘭、管箱法蘭與管箱墊片</p><p>　?。?） 查JB4700-2000壓力容器法蘭可選固定端的殼體法蘭和管箱法蘭為長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，凹凸密封面，材料為鍛件20MnMoⅡ，其具體尺寸如下：（單位為mm

80、）</p><p>　　表3-5 DN600長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭尺寸</p><p>　　（2）此時(shí)查JB4700-2000壓力容器法蘭，根據(jù)設(shè)計(jì)溫度可選擇墊片型式為金屬包墊片，材料為0Cr18Ni9，其尺寸為：</p><p>　　表3-6 管箱墊片尺寸</p><p>　　3.10.2外頭蓋側(cè)法蘭、外頭蓋法蘭與外頭蓋墊片、浮頭墊片</p&g

81、t;<p>　?。?）外頭蓋法蘭的型式與尺寸、材料均同上殼體法蘭，凹密封面，查JB4700-2000壓力容器法蘭可知其具體尺寸如下所示：（單位為mm）。</p><p>　　表3-7 外頭蓋法蘭尺寸</p><p>　　（2）外頭蓋側(cè)法蘭選用凸密封面，材料為鍛件20MnMoⅡ，查JB/4721-92可知其具體尺寸如下表：</p><p>　　表3-8

82、外頭蓋側(cè)法蘭尺寸</p><p>　?。?）查JB/T4718-92選外頭蓋墊片的型式為金屬包墊片，其外徑D為765mm，內(nèi)徑d為725mm且查JB/T4718-92也選浮頭墊片的型式為金屬包墊片，則其外徑D為592mm，內(nèi)徑d為568mm，兩者材料均為0Cr18Ni9。</p><p>　　3.10.3 接管法蘭型式與尺寸</p><p>　　根據(jù)接管的公稱(chēng)直徑，

83、公稱(chēng)壓力可查HG20592～20635－97鋼制管法蘭、墊片、緊固件，選擇帶頸對(duì)焊鋼制管法蘭，選用凹凸密封面，其具體尺寸如下表所示： （單位為㎜）</p><p>　　表3-9 帶頸對(duì)焊鋼制管法蘭</p><p>　　3.11 鉤圈式浮頭</p><p>　　本臺(tái)浮頭式換熱器浮頭端采用B型鉤圈式浮頭，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)如下圖所示，而浮頭蓋采用了球冠形封頭。</p&g

84、t;<p>　　3.11.1 浮頭蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　球冠形封頭、浮頭法蘭應(yīng)分別按管程壓力作用下和殼程壓力作用下進(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。</p><p><b>　　符號(hào)說(shuō)明如下：</b></p><p>　　——換熱器圓筒內(nèi)直徑，mm；</p><p>　　——浮頭法蘭

85、與鉤圈的內(nèi)直徑，，mm；</p><p>　　——浮頭法蘭與鉤圈的外直徑，mm ，mm；</p><p>　　——外頭蓋內(nèi)直徑，mm， mm；</p><p>　　——浮頭管板外直徑，mm， mm；</p><p>　　——螺栓中心圓直徑，mm ，mm；</p><p>　　——墊片壓緊力作用中心圓直徑，；</p

86、><p>　　——作用在法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)封頭壓力載荷引起的軸向分力，N；；</p><p>　　——作用在法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)封頭壓力載荷引起的徑向分力，N；；</p><p>　　——計(jì)算壓力，Mpa；分別取管程壓力（內(nèi)壓）和殼程壓力（外壓）；</p><p>　　——封頭球面內(nèi)半徑，mm；按GB151表46選取mm；</p><p>

87、　　——螺栓中心至法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)的徑向距離，mm；</p><p>　　——對(duì)法蘭環(huán)截面形心的力臂，mm；</p><p>　　——封頭邊緣處球殼中面切線與法蘭環(huán)的夾角，（°）；；</p><p>　　——球冠形封頭的計(jì)算厚度，mm；</p><p>　　——球冠形封頭的名義厚度，mm；</p><p>　　——

88、封頭材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，Mpa；</p><p><b>　　——焊接接頭系數(shù)。</b></p><p>　　3.11.1.1管程壓力作用下（內(nèi)壓）浮頭蓋的計(jì)算：</p><p>　?。?）球冠形封頭計(jì)算厚度按下式計(jì)算：</p><p><b>　　；</b></p><

89、p>　　為方便選材，故可將浮頭蓋的材料選擇為16MnR，故=125Mpa，選擇為雙面焊對(duì)接接頭，100%無(wú)損探傷，故，則。</p><p>　　（2）浮頭法蘭計(jì)算厚度計(jì)算：</p><p>　　首先根據(jù)所選的浮頭墊片可先確定：；</p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值選定螺栓數(shù)目為16，則可通過(guò)計(jì)算螺栓的根徑，從而知道螺栓的規(guī)格：，故將其圓整為規(guī)格為M24的螺柱，其根

90、徑為20.752mm。</p><p>　　關(guān)于浮頭法蘭厚度的計(jì)算按GB151-1999的格式制作成一張表格，這樣比較清晰明了，具體如下表所示：</p><p>　　表3-10 浮頭法蘭厚度計(jì)算表</p><p>　　3.11.1.2 殼程壓力作用下（外壓）浮頭蓋的計(jì)算</p><p>　?。?）球冠形封頭GB150-1998第6章“外壓圓筒

91、和外壓球殼”進(jìn)行外壓計(jì)算，即將球冠形封頭當(dāng)作球殼進(jìn)行計(jì)算，具體過(guò)程如下：</p><p>　　假設(shè)，腐蝕裕量，則；</p><p><b>　　，故；</b></p><p>　　所以；查GB150可知，此時(shí)許用外壓力為：</p><p><b>　　，故合適。</b></p><

92、;p>　?。?）浮頭法蘭厚度的計(jì)算可按上表進(jìn)行，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)，表中的應(yīng)改為：</p><p>　　則此時(shí)操作狀態(tài)下： </p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　所以此時(shí)；</b></p><p>　　根據(jù)

93、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，則圓整后其名義厚度為。</p><p><b>　　3.11.2 鉤圈</b></p><p>　　鉤圈的型式查GB151可知選為B型鉤圈，其圖示如下：</p><p>　　而其設(shè)計(jì)厚度可按下式計(jì)算：</p><p>　　其中：——鉤圈設(shè)計(jì)厚度，mm；</p>

94、<p>　　——浮動(dòng)管板厚度，mm；</p><p><b>　　則。</b></p><p><b>　　3.12 分程隔板</b></p><p>　　由于是多管程換熱器，故此處需要用到分程隔板。</p><p>　　查GB151-1999可知：分程隔板槽槽深，槽寬為12mm，且分程

95、隔板的最小厚度為8mm。</p><p><b>　　3.13 鞍座</b></p><p>　　選擇鞍座應(yīng)首先計(jì)算支座反力，再根據(jù)支反力選擇合適的鞍座。</p><p>　　3.13.2 鞍座的型號(hào)及尺寸</p><p>　　根據(jù)支反力查JB/T4712-92選擇鞍座的型號(hào)為：DN600、120°包角重型帶墊

96、板鞍式支座。 </p><p>　　表3-11 鞍座尺寸</p><p>　　3.14 接管的最小位置</p><p>　　在換熱器設(shè)計(jì)中，為了使傳熱面積得以充分利用，殼程流體進(jìn)、出口接管應(yīng)盡量接近兩端管板，而管箱進(jìn)、出口接管盡量靠近管箱法蘭，可縮短管箱、殼體長(zhǎng)度，減輕設(shè)備重量。然而，為了保證設(shè)備的制造安裝，管口距地的距離也不能靠得太近，它受到最小位置的限制。<

97、;/p><p>　　到此，換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算已經(jīng)基本結(jié)束?？梢哉f(shuō)，換熱器的主要設(shè)計(jì)計(jì)算已經(jīng)完成，其計(jì)算結(jié)果將通過(guò)裝配圖、部件圖以及零件圖表現(xiàn)出來(lái)。其中該臺(tái)浮頭式換熱器的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示：</p><p>　　第四章 換熱器的腐蝕、制造與檢驗(yàn)</p><p>　　4.1 換熱器的腐蝕</p><p>　　換熱器腐蝕的主要部位是換熱管、管子與

98、管板連接處、管子與折流板交界處、殼體等。腐蝕原因如下所述。</p><p>　　4.1.1 換熱管腐蝕</p><p>　　由于介質(zhì)中污垢、水垢以及入口介質(zhì)的渦流磨損，易使管子產(chǎn)生腐蝕，特別是在管子入口端的40～50mm處的管端腐蝕，這主要是由于流體在死角處產(chǎn)生渦流擾動(dòng)有關(guān)。</p><p>　　4.1.2 管子與管板、折流板連接處的腐蝕</p>&l

99、t;p>　　換熱管與管板連接部位及管子與折流板交界處都有應(yīng)力集中，容易在張脹管部位出現(xiàn)裂紋，當(dāng)管子與管板存在間隙十，易產(chǎn)生Cl+的聚積及氧的濃差，從而容易在換熱管表面形成點(diǎn)坑或間隙腐蝕。管子與折流板交界處的破裂，往往是由于管子長(zhǎng)，折流板多，管子稍有彎曲，容易造成管壁與折流板處產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，加之間隙的存在，故其交界處成為應(yīng)力腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)。</p><p>　　4.1.3 殼體腐蝕</p>

100、<p>　　由于殼體及附件的焊縫質(zhì)量不好也易發(fā)生腐蝕，當(dāng)殼體介質(zhì)為電解質(zhì)，殼體材料為碳鋼，管束用折流板為銅合金時(shí)，易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，把殼體腐蝕穿孔。</p><p>　　4.2 換熱器的制造與檢驗(yàn)</p><p>　　4.2.1 總體制造工藝</p><p>　　制造工藝：選取換熱設(shè)備的制造材料及牌號(hào)，進(jìn)行材料的化學(xué)成分檢驗(yàn)，機(jī)械性能合格后，對(duì)鋼板進(jìn)行矯形

101、，方法包括手工矯形、機(jī)械矯形及火焰矯形。</p><p>　　具體過(guò)程為：備料——?jiǎng)澗€——切割——邊緣加工（探傷）——成型——組對(duì)——焊接——焊接質(zhì)量檢驗(yàn)——組裝焊接——壓力試驗(yàn)</p><p>　　4.2.2 換熱器質(zhì)量檢驗(yàn)</p><p>　　化工設(shè)備不僅在制造之前對(duì)原材料進(jìn)行檢驗(yàn)，而且在制造過(guò)程中也要隨時(shí)進(jìn)行檢查，即質(zhì)量檢驗(yàn)。</p><p

102、>　　設(shè)備制造過(guò)程中的檢驗(yàn)，包括原材料的檢驗(yàn)、工序間的檢驗(yàn)及壓力試驗(yàn)，具體內(nèi)容如下：</p><p>　　1.原材料和設(shè)備零件尺寸和幾何形狀的檢驗(yàn)；</p><p>　　2.原材料和焊縫的化學(xué)成分分析、力學(xué)性能分析試驗(yàn)、金相組織試驗(yàn)，總稱(chēng)為破壞試驗(yàn)；</p><p>　　3.原材料和焊縫內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)方法是無(wú)損檢測(cè)，它包括：射線檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、磁粉檢

103、測(cè)、滲透檢測(cè)等；</p><p>　　4.設(shè)備試壓，包括：水壓試驗(yàn)、介質(zhì)試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)等。</p><p>　　4.2.3 管箱、殼體、頭蓋的制造與檢驗(yàn)</p><p>　　1.殼體在下料和輥壓過(guò)程中必須小心謹(jǐn)慎，因?yàn)橥搀w的橢圓度要求較高，這主要是為了保證殼體與折流板之間有合適的間隙；</p><p>　　2.管箱內(nèi)的分程隔板兩側(cè)全長(zhǎng)均應(yīng)焊

104、接，并應(yīng)具有全焊透的焊縫；</p><p>　　3.用板材卷制圓筒時(shí)，內(nèi)直徑允許偏差可通過(guò)外圓周長(zhǎng)加以控制，其外圓周允許上偏差為10mm，下偏差為零；</p><p>　　4.圓筒同一斷面上，最大直徑與最小直徑之差為e≤0.5%DN，且由于DN≤1200mm，則其值≤5mm；</p><p>　　5.圓筒直線度允許偏差為L(zhǎng)/1000（L為圓筒總長(zhǎng)），且由于此時(shí)L=6

105、000mm，則其值≤4.5mm；</p><p>　　6.殼體內(nèi)壁凡有礙管束順利裝入或抽出的焊縫均應(yīng)磨至與母材表面齊平；</p><p>　　7.在殼體上設(shè)置接管或其他附件而導(dǎo)致殼體變形較大，影響管束順利安裝時(shí)，應(yīng)采取防止變形措施；</p><p>　　8.由于焊接后殘余應(yīng)力較大，因此管箱和封頭法蘭等焊接后，須進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，最后再進(jìn)行機(jī)械加工。</p&g

106、t;<p>　　4.2.4 換熱管的制造與檢驗(yàn)</p><p>　　1. 加工步驟：下料——校直——除銹（清除氧化皮、鐵銹及污垢等雜質(zhì)）；</p><p>　　2. 換熱管為直管，因此應(yīng)采用整根管子而不允許有接縫。</p><p>　　3.由于換熱管的材料選為20號(hào)鋼，則其管端外表面也應(yīng)除銹，而且因?yàn)椴捎煤附臃椒ǎ瑒t管端清理長(zhǎng)度應(yīng)不小于管外徑，且不小于

107、25mm。</p><p>　　4.2.5 管板與折流板的制造與檢驗(yàn)</p><p>　　1.管板在拼接后應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，且管板拼接焊縫須經(jīng)100%射線或超聲波探傷檢查；</p><p>　　2.由于換熱管與管板是采用焊接連接，則管孔表面粗糙度Ra值不大于25；</p><p>　　3.管板管孔加工步驟：下料——校平——車(chē)削平面外圓及壓

108、緊面——?jiǎng)澗€——定位孔加工——鉆孔——倒角；</p><p>　　4.管板鉆孔后應(yīng)抽查不小于60°管板中心角區(qū)域內(nèi)的管孔，在這一區(qū)域內(nèi)允許有4%的管孔上偏差比+0.20大0.15；</p><p>　　5.折流板管孔加工步驟：下料——去毛刺——校平——重疊、壓緊——沿周邊點(diǎn)焊——鉆孔（必須使折流板的管孔與管板的管孔中心在同一直線上）——?jiǎng)澗€——鉆拉桿——加工外圓；</p&g

109、t;<p>　　6.折流板外圓表面粗糙度Ra值不大于25。，外圓面兩側(cè)的尖角應(yīng)倒鈍；</p><p>　　7.應(yīng)去除管板與折流板上任何的毛刺。</p><p>　　4.2.6 換熱管與管板的連接</p><p>　　1.連接部位的換熱管和管板孔表面應(yīng)清理干凈，不應(yīng)留有影響脹接或焊接連接質(zhì)量的毛刺、鐵屑、銹斑、油污等；</p><p&

110、gt;　　2.焊接連接時(shí)，焊渣及凸出于換熱管內(nèi)壁的焊瘤均應(yīng)清除。焊縫缺陷的返修，應(yīng)清除缺陷后焊補(bǔ)。</p><p>　　4.2.7 管束的組裝</p><p>　　4.2.7.1 組裝過(guò)程：</p><p>　　將活動(dòng)管板、固定管板和折流板用拉桿和定距管組合。調(diào)整襯墊使管板面與組裝平臺(tái)垂直，并使固定管板、活動(dòng)管板與折流板的中心線一致，然后一根一根地插入傳熱管。<

111、;/p><p>　　4.2.7.2 組裝時(shí)應(yīng)注意：</p><p>　　1.兩管板相互平行，允許誤差不得大于1mm；兩管板之間長(zhǎng)度誤差為±2mm；管子與管板之間應(yīng)垂直；</p><p>　　2.拉桿上的螺母應(yīng)擰緊，以免在裝入或抽出管束時(shí)，因折流板竄動(dòng)而損傷換熱管；</p><p>　　3.穿管時(shí)不應(yīng)強(qiáng)行敲打，換熱管表面不應(yīng)出現(xiàn)凹癟或劃傷

112、；</p><p>　　4.除換熱管與管板間以焊接連接外，其他任何零件均不準(zhǔn)與換熱管相焊。</p><p>　　4.2.8 管箱、浮頭蓋的熱處理</p><p>　　碳鋼、低合金鋼制的焊有分程隔板的管箱和浮頭蓋以及管箱的側(cè)向開(kāi)孔超過(guò)1/3圓筒內(nèi)徑的管箱，在施焊后作消除應(yīng)力的熱處理，設(shè)備法蘭密封面應(yīng)在熱處理后加工。</p><p>　　4.2.

113、9 換熱器水壓試驗(yàn)</p><p>　　水壓試驗(yàn)的目的是為了檢驗(yàn)換熱器管束單管有否破損，脹口有否松動(dòng)，所有法蘭接口是否嚴(yán)密，而不同管殼式換熱器的水壓試驗(yàn)的順序不一樣，因此在此特別說(shuō)明一下浮頭式換熱器的水壓試驗(yàn)順序：</p><p>　　1.用試驗(yàn)壓環(huán)和浮頭專(zhuān)用試壓工具進(jìn)行管頭試壓：管束裝入殼體后，在浮頭側(cè)裝入試壓環(huán)，在管箱側(cè)裝試壓法蘭或?qū)⒐芟淦缴w卸下用管箱代替也可以，然后對(duì)殼程試壓，檢查脹

114、口是否泄漏，如果從管板的某個(gè)管口滴水，則該管已經(jīng)破損，由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員決定更換新管或堵死；</p><p>　　2.管程試壓：將浮頭側(cè)試壓環(huán)卸掉，清理凈浮頭封面，將浮頭上好，管箱側(cè)將管箱或平蓋清理?yè)Q墊安裝，然后對(duì)管程加壓，檢查浮頭鉤圈密封及管箱法蘭結(jié)合處有無(wú)泄漏；</p><p>　　3.殼程試壓：安裝殼體封頭，對(duì)殼體加壓，檢查封頭接口有無(wú)泄漏。</p><p>　　

115、第五章 焊接工藝評(píng)定</p><p>　　本章主要敘述各主要部件的焊接工藝以及當(dāng)中應(yīng)注意的問(wèn)題。</p><p>　　5.1 殼體焊接工藝</p><p>　　5.1.1 殼體焊接順序</p><p>　　焊接殼體時(shí)，應(yīng)先焊筒節(jié)縱縫，焊好后校圓，再組裝焊接環(huán)縫。要注意的是必須先焊縱縫后焊環(huán)縫，因?yàn)槿粝葘h(huán)縫焊好再焊縱縫時(shí)筒體的膨脹和收縮都要受

116、到環(huán)縫的限制，其結(jié)果會(huì)引起過(guò)大的應(yīng)力，甚至產(chǎn)生裂紋。</p><p>　　每條焊縫的焊接次序是先焊筒體里面，焊完后從外面用碳弧氣刨清理焊根，將容易產(chǎn)生裂紋和氣孔的第一層焊縫基本刨掉，經(jīng)磁粉或著色探傷確信沒(méi)有缺陷存在后再焊外側(cè)。</p><p>　　5.1.2 殼體的縱環(huán)焊縫</p><p>　　殼體的材料為16MnR，其可焊性較好。焊前不需要進(jìn)行預(yù)熱，采用埋弧自動(dòng)焊

117、，開(kāi)V型坡口，采用H08Mn2焊絲和HJ431焊劑，焊完后需將其加熱到600～650℃，要進(jìn)行焊后熱處理，以消除殘余應(yīng)力，而且也可軟化淬硬部位，提高韌性。</p><p>　　5.2 換熱管與管板的焊接</p><p>　　5.2.1 焊接工藝</p><p>　　換熱管與管板的焊接一般采用手工電弧焊，也廣泛采用惰性氣體保護(hù)焊，在此選擇其焊接方式為手工電弧焊。管子的

118、材料為20號(hào)鋼，而管板的材料為鍛件16MnⅡ，兩者的焊接性能都較好，由于管板厚度較大，此時(shí)應(yīng)進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100～200℃，選用焊條J506，焊后熱處理溫度為600～650℃，以消除殘余應(yīng)力。</p><p>　　5.2.2 焊接缺陷</p><p>　　管子與管板焊接最主要的問(wèn)題是焊接缺陷，缺陷一般為氣孔或裂紋。它們直接關(guān)系到工程的質(zhì)量。產(chǎn)生氣孔的主要是附在管子和管板孔上的油脂