PN25DN900浮頭式換熱器說明書

1、2016 屆畢業(yè)（設(shè)計）論文題 目 PN2.5DN900浮頭式換熱器 專業(yè)班級 過程裝備與控制工程03班 學(xué) 號 學(xué)生姓名 第一指導(dǎo)教師 指導(dǎo)教師職稱 第二指導(dǎo)教師 _指導(dǎo)教師職稱 _學(xué)院名稱 機(jī)電工程學(xué)院 完成日期： 2016年 5月 30日PN2.5DN900浮頭式換熱器 PN2.5DN900float head heat exchanger 學(xué)生姓名 第一指導(dǎo)教師 第二指導(dǎo)教師 摘 要我的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容是關(guān)于PN2.5DN900的浮頭式換熱器，在畢業(yè)設(shè)計的過程中學(xué)到了很多的東西，主要有工藝計算、結(jié)構(gòu)計算、強(qiáng)度等幾個方面的內(nèi)容。對于工藝設(shè)計，也是最難的一部分設(shè)計，就是通過老師提前給的數(shù)據(jù)，提

2、前估算出換熱面積，然后進(jìn)行換熱器選型，校核傳熱系數(shù)，最后計算出實(shí)際傳熱面積、壓力降、壁溫和校核等等。對于該課程設(shè)計，難度也是相當(dāng)大的，包括很多方面的內(nèi)容，比如：材料的選擇、尺寸的選擇、各種計算、確定具體位置等等，在后期的畫圖中，也需要花費(fèi)大量的工作，不過也正是通過后期的畫圖，對于真?zhèn)€大學(xué)四年所學(xué)的知識有了更加清晰的了解，說白了，也就是一個大學(xué)知識全方面的總結(jié)。關(guān)鍵詞：管殼式換熱器；浮頭式換熱器；管板AbstractI graduated from the design content is floating head type heat exchanger on PN2.5DN900. In

3、the graduation design process secondary to a lot of things, for process calculation, structure calculation, strength and so on several aspects of content.For process design, and it is the most difficult part of the design, is the teacher in advance to the data, estimated in advance the heat exchange

4、 area, and then change the selection of the heat exchanger, check the heat transfer coefficient. Finally, we calculate the actual heat transfer area, the pressure drop and wall temperature checking and so on. For the curriculum design, difficulty is quite large, including many aspects, such as: the

5、choice of materials, size selection, calculation, determine the specific location and so on, in the latter part of the drawing, also need to spend a lot of work, but it is also through the latter part of the drawing, for a university four years learning the knowledge have more clear understanding, b

6、luntly, is a knowledge of all aspects of the summary.Keywords：Shell and tube heat exchanger; heat exchangers; tube plate目 錄摘 要IAbstractII前言1第一章 換熱器的簡單概述21.1 換熱器在化工廠的應(yīng)用21.2 常見換熱器的分類21.3 U型管式換熱器41.4 填料函式51.5 斧式重沸器6第二章 工藝計算62.1 設(shè)計條件62.2 核算換熱器傳熱面積72.3 計算壓力降10第三章 換熱器強(qiáng)度計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計123.1 殼體和管箱厚度的計算123.2 開孔補(bǔ)強(qiáng)計算1

7、53.3 水壓試驗(yàn)183.4 換熱管193.5 管板設(shè)計213.6 折流板263.7 拉桿與定距管283.8 防沖板293.9 保溫層293.10法蘭與墊片293.11 鉤圈式浮頭323.12 分程隔板383.13 鞍座383.14 接管的最小位置40總結(jié)42致謝43參考文獻(xiàn)44附錄I編程45附錄II相關(guān)文獻(xiàn)46前言對于大四即將畢業(yè)的學(xué)生而言，畢業(yè)設(shè)計是不可缺少的一個環(huán)節(jié)，是學(xué)校教學(xué)計劃的一部分，對于實(shí)現(xiàn)專業(yè)化培養(yǎng)目標(biāo)而言極其重要，是教學(xué)計劃中最具有典型代表的教學(xué)環(huán)節(jié)之一。該畢業(yè)設(shè)計，涉及面非常廣，從大一到大四所學(xué)知識都有所涉及，也就是一個綜合的對于學(xué)生全面的考察，檢驗(yàn)學(xué)生這四年的學(xué)習(xí)整體情況

8、，對于學(xué)校和學(xué)生都有極其重要的意義。畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容及時工藝計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計。對于浮頭式換熱器而言，浮頭式換熱器是當(dāng)今世界化工廠最常用的換熱器之一，該畢業(yè)設(shè)計采用的數(shù)據(jù)許多也正是來自于工廠中現(xiàn)在正在運(yùn)行的設(shè)備，這也大大提高了實(shí)用性，對于畢業(yè)之后的我們可以更容易的入手。該畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容是換熱器的工藝計算，也是重中之重，換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計、強(qiáng)度設(shè)計和校核當(dāng)然也是非常重要，在工藝設(shè)計中，需要計算出換熱面積、參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選型、計算壓力降和壁溫等等。結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括的是計算管板的厚度，換熱管的分布，折流板的選型等等。還有各種材料的選擇，也是非常重要的，做畢業(yè)設(shè)計，就要考慮各方面的因素，比如說材料的成本

9、，做到不但要滿足設(shè)計的要求而且還要做到最優(yōu)的集合，力爭提高企業(yè)的效益，使得設(shè)計的產(chǎn)品能夠盡可能的滿足實(shí)際需求，適合各種市場的激烈競爭，為了能夠順利的通過畢業(yè)設(shè)計，在設(shè)計之前我就查閱了很多的參考資料，并做了很仔細(xì)的研究，使得在設(shè)計過程中省去了很多不必要的麻煩，并且做了一定的摘要等。我的本專業(yè)就是過程準(zhǔn)備與控制工程，換熱器設(shè)計因此也就成為了重中之重，對于今后的工作作用是不言而喻的。再設(shè)計過程中，就是將大學(xué)四年所學(xué)的東西進(jìn)行一個整合，這也是畢業(yè)設(shè)計的意義之一。由于本人的水平有限，在設(shè)計中確實(shí)存在許多錯誤，希望老師可以以一顆包容的心對我進(jìn)行批評指正，特此致謝！第一章 換熱器的簡單概述本專業(yè)是過程裝備與

10、控制工程，因此在生產(chǎn)技術(shù)各個領(lǐng)域的應(yīng)用是及其廣泛的，作用也是不言而喻的呢，尤其是在換熱器這塊兒，應(yīng)用就表現(xiàn)的更加廣泛，是許多傳統(tǒng)部門所必須的關(guān)鍵設(shè)備之一，可以說是一種通用的過程設(shè)備。無論任何化工廠都肯定離不開換熱器，因此換熱器的作用也就可想而知了。1.1 換熱器在化工廠的應(yīng)用換熱器在化工生產(chǎn)中的主要作用就是將具有高能量的溫度，通過熱傳遞的方式傳遞給溫度較低的流體，讓二者達(dá)到平衡，以滿足工藝流程的需求。另外，換熱器也是對于能源的在回收利用，這對于可持續(xù)發(fā)展的作用非常重大，是我國長期實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的重要的一個步驟，從簡單的回收廢棄做起，利用一切能源，盡量降低產(chǎn)品的成本，提高熱能的總利用率，并且盡量

11、做到不危害環(huán)境，降低燃料消耗，提高化工廠的整體經(jīng)濟(jì)效益。自改革開放以來，我國的化工企業(yè)發(fā)展異常迅猛，對能源的要求不斷提高，可是能源是有限度的，不能隨意的肆無忌憚的開采，要可持續(xù)發(fā)展，這就要求我們開發(fā)新能源并且充分利用身邊浪費(fèi)掉的能量，否則，我們的后代將會面臨非常嚴(yán)重的能源危機(jī)。在換熱器方面，各種新型的換熱器已經(jīng)問世，并且做到了對能量的充分的利用。1.2 常見換熱器的分類在化工廠中，根據(jù)企業(yè)的不同，需要的換熱器的種類也不同，有著各種各樣的不同形式和結(jié)構(gòu)的換熱器，這就需要我們進(jìn)行一個細(xì)致的選擇。1.2.1 換熱器的基本類型1. 固定管板式換熱器優(yōu)點(diǎn)：最主要的優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡單，在過程裝備中，管子可以

12、承受較高的壓力，而且造假又底，管程清洗起來也很方便，在管子損壞的時候，很容易更換。缺點(diǎn)：當(dāng)殼體和管束的膨脹系數(shù)相差較大的時候，殼體和管束中將會產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，這對于設(shè)備是非常不利的。應(yīng)用：為了減少熱應(yīng)力所帶來的危害，一般情況下是在固定管板式換熱器中設(shè)置膨脹節(jié)，已達(dá)到吸收膨脹差的作用。這種換熱器一般適用于殼測借支而且不容易結(jié)垢并且能進(jìn)行溶解清洗，應(yīng)用也是很廣泛的。2. 浮頭式換熱器優(yōu)點(diǎn)：浮頭式換熱器最大的優(yōu)點(diǎn)就是管見和管內(nèi)的清洗很方便，一般不會產(chǎn)生熱應(yīng)力。缺點(diǎn)：浮頭式換熱器最大的缺點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，造價成本比較高，需要消耗大量的原材料，而且設(shè)備比較笨重，在施工中不是很方便，且浮頭端小蓋在操作中

13、也沒有辦法檢查，這就造成了很多的問題，制造時對密封要求較高。應(yīng)用：浮頭式換熱器的應(yīng)用還是很廣泛的，主要應(yīng)用在殼體和管束之間壁溫差較大的場合環(huán)境中。 1.3 U型管式換熱器優(yōu)點(diǎn)：U型管式換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡單，而且價格也很便宜，承受壓力也相當(dāng)強(qiáng)。缺點(diǎn)：U型管式換熱器受限制于彎管曲率半徑的限制，不管很少，當(dāng)管子泄露或者損壞的時候，內(nèi)層管就會被堵死，報廢率比較高，相當(dāng)于一根換兩根，而且傳熱也不利，在日常工藝中應(yīng)用的不是很多。應(yīng)用：U型管式換熱器特別適用于管內(nèi)走清潔物質(zhì)而且不易結(jié)垢的高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕性的物料，不易采用浮頭式和固定管板式的場合。1.4 填料函式優(yōu)點(diǎn)：填料函式的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，結(jié)構(gòu)相比較浮頭

14、式而言，簡單了很多，加工制造業(yè)相比較而言更加方便，需要最少的材料，成本低，很受歡迎。缺點(diǎn)：填料函式的填料處非常容易泄漏。應(yīng)用：填料函式主要在4MP壓力之下，不能適用于易爆有毒的介質(zhì)中，使用溫度受填料的物理性質(zhì)限制，當(dāng)今社會填料函式換熱器現(xiàn)在已經(jīng)很少采用了。1.5 斧式重沸器特點(diǎn)：斧式重沸器與浮頭式、U型管式換熱器大體一致，清洗維修很方便第二章 工藝計算工藝計算，首先就是要根據(jù)老師給的設(shè)計參數(shù)，計算出換熱器的面積，選擇出使用的類型。工藝設(shè)計中包括了很多方面的計算，具體描述如下所述： 2.1 設(shè)計條件表2-1 油品與原油的操作參數(shù)原 油油 品設(shè)計壓力（Mpa）進(jìn)口溫度（C）出口溫度（C）流 量（k

15、g/s）進(jìn)口溫度（C）出口溫度（C）流 量（kg/s）5014034.722588021.672.5表2-2 油品與原油的物性參數(shù)名稱平均溫度（）比熱kJ/kgk導(dǎo)熱系數(shù)W/（mk）密度kg/ m3粘度（*10-3）PaS熱阻（*10-3）K/w原油953.1530.1407986.750.86油品1702.5510.1228720.7400.522.2 核算換熱器傳熱面積2.2.1 流動空間的確定選擇被冷卻的油品走殼程，被加熱的原油走管程。這樣設(shè)計的好處是被冷卻的油品走殼程可以更加容易的散掉熱量，而且被加熱的原油走管程時這樣大大的降低了管壁的溫度差，同時，對于浮頭式換熱器通常都是選擇容易結(jié)垢

16、的流體經(jīng)過管程，以達(dá)到實(shí)際的需要。2.2.2 初算換熱器傳熱面積2.2.2.1 傳熱計算（熱負(fù)荷計算）熱負(fù)荷：式中：冷熱流體的質(zhì)量流量，kg/s；2.2.2 初算換熱器傳熱面積2.2.2.1 傳熱計算（熱負(fù)荷計算）熱負(fù)荷：式中：冷熱流體的質(zhì)量流量，kg/s；冷熱流體的定壓比熱，J/(kgk)；冷流體的進(jìn)、出口溫度，k；熱流體的進(jìn)、出口溫度，k。很多。較大的溫差用來表示，較小的溫度差用來表示。因?yàn)?，故采用對數(shù)平均溫度差，則;2.2.2.3 按經(jīng)驗(yàn)值初選總傳熱系數(shù)查表選得=232W/（）；2.2.2.4 初算出所需的傳熱面積；考慮到所用傳熱計算式的準(zhǔn)確程度及其他未可預(yù)料的因素，應(yīng)使所選用的換熱器

17、具有換熱面積留有裕度10%-25%，故有，根據(jù)查選型手冊，可選換熱器的型式為：，且為達(dá)到所需換熱面積，應(yīng)采用3殼程，6管程，選三臺浮頭式換熱器串聯(lián)。2.2.3 總傳熱系數(shù)K的校驗(yàn)管殼式換熱換熱器面積是以傳熱管外表面為基準(zhǔn)，則在利用關(guān)聯(lián)式計算總傳熱系數(shù)也應(yīng)以管外表面積為基準(zhǔn)，因此總傳熱系數(shù)K的計算公式如下： 式中：K總傳熱系數(shù)，W/（K）；、分別為管程和殼程流體的傳熱膜系數(shù)，W/（K）；、分別為管程和殼程的污垢熱阻，K/w；、分別是傳熱管內(nèi)徑、外徑及平均直徑，m；傳熱管壁材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/（K）；傳熱管壁厚，m。2.2.3.1管程的流體傳熱膜系數(shù)的計算，運(yùn)算過程如下所示： ，；因?yàn)榱黧w在管內(nèi)的流

18、動是以過渡流的方式運(yùn)行，因此對流傳熱系數(shù)便可按照湍流的計算公示來計算，最后在計算結(jié)果后乘以校正系數(shù)即可以得到在過渡流下的傳熱膜系數(shù)。校正系數(shù)的計算：；在湍流情況下，的計算結(jié)果如下所示：查表可知道原油為底黏度的流體流體被加熱時，n=0.4，流體被冷卻時，n=0.3.當(dāng)Re=230010000時，流體流動處于過渡區(qū)，在用湍流公式計算出a值后，再乘以校正系數(shù)f2.2.4 平均溫差的校核計算相關(guān)參數(shù)的計算如下所示： 2.2.5換熱面積的相關(guān)校核：實(shí)際傳熱面積：；校核：；實(shí)際運(yùn)用中為了保證換熱器的可靠性，一般應(yīng)該讓換熱器的面積在15%-25%，由上述可知道所選擇的換熱面積滿足我們的要求。2.3 計算壓力

19、降流體流經(jīng)換熱器因流動引起的壓力降，分別按照管程壓降和殼程壓降來計算，壓力降的計算分別如下。2.3.1 管程的壓力降計算管程壓力降的計算是比較麻煩，主要有三部分組成，分別如下進(jìn)行計算：指的是流體流經(jīng)直管由于摩擦阻力而引起的壓力降，Pa；指的是流體流經(jīng)回彎管中由于摩擦阻力而產(chǎn)生的壓力降，Pa；指的是流體流經(jīng)管箱的時候進(jìn)出口的壓力降變化，Pa；指的是結(jié)構(gòu)校正因數(shù)，在工藝中無因次，對的管子取值1.4；對的管子取值1.5；指的是換熱管的管程數(shù)；指的是換熱管串聯(lián)的殼程數(shù)。、的計算式如下：；公式的符合分別表示：換熱器的管內(nèi)流速，；換熱器的管內(nèi)徑，； 換熱器的管長，；換熱器的摩擦系數(shù)為無量綱，從下列式子中可

20、計算出，為換熱器的管內(nèi)流體密度，。 所以 Mpa； Mpa； Mpa； ；通過多方位查詢，可知道每臺換熱器要求的正常壓力降為Pa，因此，也就是說以上的計算的壓力降符合要求。2.3.2 計算殼程的壓力降 計算殼程的壓力降的是相當(dāng)?shù)穆闊┡c困難，一般情況下是不能精確地計算出壓力降的，但是，當(dāng)殼程裝上折流板之后，問題就變得不一樣了，由于制造安裝的過程中存在很多的誤差問題，使得流動性變得異常的復(fù)雜，如果要準(zhǔn)確地分析并計算出各種復(fù)雜的因素，可以說是幾乎不可能的。因此在實(shí)際工作中，一般都會通過埃索法來進(jìn)行一個相比較而言簡單的計算。 公式中各個符合分別表示的含義為：表示為換熱器中流體流過管束的壓力降，單位Pa

21、；表示換熱器中流體流經(jīng)折流板缺口的壓力降，單位Pa；表示換熱器殼程壓力降的結(jié)垢修正系數(shù)，通常情況下無因次，液體和氣體略有不用，一般對于液體取1.15，氣體取1.0。 ；公式中各個符號所表示的含義分別為：表示換熱器的管子排列方法對與壓力降的修正系數(shù)，通常情況下，三角形排列的為0.5，正方形排列的為0.3，轉(zhuǎn)置正方形排列的為0.4。表示換熱器的殼程流體摩擦系數(shù)，在時，；表示換熱器的橫過管束中心線的管子數(shù)，三角形排列的管子而言，；正方形排列的管子而言，；表示換熱器中按殼程流通截面計算的流速，單位為；表示管熱器重折流板的數(shù)量。 Pa， Pa；因此可以得到結(jié)果，壓力降在合理范圍之類，符合要求。總結(jié)以上：

22、DNmmPNMpa管長m管程數(shù)換熱管規(guī)格計算傳熱面積管根數(shù)換熱管數(shù)中心排管數(shù)內(nèi)徑外徑每管程的管數(shù)9002.566251.372012021150190120 規(guī)格型號第三章 換熱器強(qiáng)度計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計的選擇，厚度的計算等等，需要耗費(fèi)大量的時間，當(dāng)然結(jié)構(gòu)設(shè)計是必不可少的一塊兒，因此，在設(shè)計的過程中需要詳細(xì)的計算，查閱很多的相關(guān)資料，然后計算出設(shè)計中所需要的各種數(shù)據(jù)，包括各種補(bǔ)強(qiáng)的計算，還有一些細(xì)小的零件圖的計算，詳細(xì)的計算過程如下所示。 3.1 殼體和管箱厚度的計算 因?yàn)橹袄蠋熞呀?jīng)給定了流體的進(jìn)出口溫度，所以可以選擇設(shè)計溫度為280，設(shè)計壓力按照老師之前給定的確定為2.5Mpa。3.1.1 材料

23、的選擇首先查閱資料可知，GB 713-2008鍋爐和壓力容器用鋼板自2008年年以后，就將16Mng、16MnR和19Mng一齊合并為Q345R。Q345R在化工生產(chǎn)中是一種非常常見的材料，這種鋼材屬于低合金鋼，抗拉強(qiáng)度大約在510640之間，伸長率通常大于21%。Q345R鋼是最常用的壓力容器鋼材，它一般具有很好的力學(xué)綜合性能，各種條件基本上都符合工藝需求，而且硫和磷的含量基本上略低于Q345鋼，不僅僅需要抗拉強(qiáng)度，還需要在延伸率要求比其他鋼有更加突出的優(yōu)勢，并且保證其韌性要求，綜上所述，Q345R是我國目前用量最大和用途最廣的壓力容器專用鋼板之一了。3.1.2 圓筒殼體厚度的計算1. 焊接

24、方式我們選擇雙面焊對接接頭，100%無損探傷，因此焊接系數(shù)；另外根據(jù)GB3531低溫壓力容器用低合金鋼板和GB6654壓力容器用鋼板的規(guī)定可以知道，對于Q345R鋼板而言，其。Mpa材料的許用應(yīng)力Mpa，厚度為6mm16mm，計算殼體的厚度按照下面的公式進(jìn)行計算：；設(shè)計厚度為；名義厚度為取得3.1.3 計算管箱的厚度管箱的通常情況由兩部分組成，包括封頭和短節(jié)，因?yàn)榍岸斯芟浜秃蠖斯芟涞男问讲煌耆嗤芟溆蓛刹糠纸M成：短節(jié)與封頭；且由于前端管箱與后端管箱的形式不同，故此時將前端管箱和后端管箱的厚度計算分開計算。3.1.3.1 前端管箱厚度計算前端管箱為橢圓形管箱，之所以選擇橢圓形，是因?yàn)闄E圓形封頭

25、的應(yīng)力分布較其他封頭而言比較均勻，而且它的深度較半球形封頭要小得很多，成型也很方便。于是，我們選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓形的封頭，因此K=1，封頭的計算厚度公示如下所示：；標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的設(shè)計厚度；標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的名義厚度；取查JB/T47462002鋼制壓力容器用封頭可得封頭的型號參數(shù)如下：表3-1 DN900標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù)DN(mm)總深度H(mm)內(nèi)表面積A()容積(m3) 封頭質(zhì)量（）h9002500.94870.111389.325短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為12mm。3.1.3.2 計算后端管箱厚度 因?yàn)檫x擇浮頭式換熱器進(jìn)行設(shè)計，因此后端管箱是外頭蓋，內(nèi)直徑為1000mm。選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封

26、頭，故，且同上，則計算厚度為：；設(shè)計厚度；名義厚度；取查JB/T47462002鋼制壓力容器用封頭可得封頭的型號參數(shù)如下：表3-2 DN1000標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù)DN(mm)總深度H(mm)內(nèi)表面積A()容積(m3) 封頭質(zhì)量（）H10002751.16250.1505109.125 短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為12mm。3.2 開孔補(bǔ)強(qiáng)計算這臺浮頭式換熱器選擇殼程流體的進(jìn)出管設(shè)置在殼體上，前端管箱進(jìn)入的則是管程流體，排污口和排氣口都是在后端管箱上，所以，必須要在換熱器上進(jìn)行開孔設(shè)計。在開孔之后，接管和殼體的連接地方，由于破壞了其結(jié)構(gòu)，便會產(chǎn)生強(qiáng)烈的局部應(yīng)力，這將會帶來嚴(yán)重的安全操作隱患，因

27、此，開孔補(bǔ)強(qiáng)的計算是必不可少的一塊兒。因?yàn)樵O(shè)計管程與殼程的出入口公稱直徑都為200mm，所以按照規(guī)定，可以選擇接管的規(guī)格為，查表選擇材料為20號鋼，Mpa。3.2.1 殼體上開孔補(bǔ)強(qiáng)計算3.2.1.1 判別補(bǔ)強(qiáng)與計算：判別補(bǔ)強(qiáng)：根據(jù)GB150可知道，允許允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是，可是該開孔的外徑為159mm89mm,所以需要另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。開孔直徑的計算，滿足等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計算。3.2.1.2 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積計算：強(qiáng)度削弱系數(shù)； 接管有效厚度；開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按下式計算：；3.2.1.3 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍有效寬度B：有效高度：（a）外側(cè)有效高度為

28、：；（b）內(nèi)側(cè)有效高度為：；3.2.1.4 有效的補(bǔ)強(qiáng)面積計算殼體多余的金屬面積： 殼體的有效厚度計算：則多余面積為：； 多余的接管金屬面積：計算接管的厚度：；接管的多余金屬面積：；接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為6mm）：；有效補(bǔ)強(qiáng)面積：；3.2.1.5 另需補(bǔ)強(qiáng)面積；擬采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)根據(jù)接管公稱直徑DN200，參照J(rèn)B/T4736-2002補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)選取補(bǔ)強(qiáng)圈的外徑，內(nèi)徑（選用E型坡口）。因?yàn)?，則補(bǔ)強(qiáng)圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度為： ；考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整，取殼體和管箱上補(bǔ)強(qiáng)圈的名義厚度為6mm，即，補(bǔ)強(qiáng)圈質(zhì)量M=8.16Kg，。3.2.2 前端管箱開孔補(bǔ)強(qiáng)計算殼程筒體與上述一致，此處省略。

29、3.2.3 外頭蓋開孔補(bǔ)強(qiáng)計算外頭蓋上的排污口和排氣口選擇規(guī)格，材料20號鋼，往往是通過厚壁接管來進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計。 3.2.3.1 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 其開孔直徑； 強(qiáng)度削弱系數(shù)； 接管有效厚度； 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積： ；3.2.3.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍有效寬度：有效高度：（a）外側(cè)有效高度為：；（b）內(nèi)側(cè)有效高度為： ；3.2.3.3 有效補(bǔ)強(qiáng)面積外頭蓋多余金屬面積： 外頭蓋有效厚度：則多余的金屬面積為：；接管多余金屬面積： 接管計算厚度：；接管多余金屬面積：；接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為4mm）：；有效補(bǔ)強(qiáng)面積：3.3 水壓試驗(yàn)設(shè)試驗(yàn)溫度為常溫，則有；則校核水壓試驗(yàn)時圓筒的薄膜壓力： 3.4 換熱管 換熱

30、管的規(guī)格為，材料選為20號鋼。3.4.1 換熱管的排列方式過程工藝中換熱管的排列方式常見的有正三角形、正方形和正方形錯列三種排列方式。每一種排列方式都有自己的特點(diǎn)，實(shí)際生產(chǎn)中需要什么類型的，就要根據(jù)具體情況而選擇，例如：正三角形排列方式的特點(diǎn)是，管外流體湍流流程度高，而且排列較為緊湊；然而正方形的就是比較容易清洗，但是給熱效果很差。下面，我們就選擇正三角形的排列方式，之所以會選擇這種方式主要是因?yàn)檫@種排列方便于進(jìn)行機(jī)械清洗。通過查詢GB150-199可知道，查GB151-1999可知，換熱管的中心距S=25mm，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管的中心距為38mm；同時，由于換熱管管間需要進(jìn)行機(jī)械清洗，故相

31、鄰兩管間的凈空距離（S-d）不宜小于6mm。25-19正好等于63.4.2 布管限定圓布管限定圓換熱管中心圓的直徑，就算如下所示：查詢GB151-1999可知道，b=5mm，b1=5mm，bn=13mm，故b2= bn+1.5=14.5mm。3.4.3 排管方式排管的時候要必須注意的一點(diǎn)是拉桿盡可能的均勻布置在管束的外邊緣，將拉桿布置在靠近折流板缺邊位置的附近。相對誤差的計算公式：； 各符號分別代表，表示各程的平均管數(shù)；表示各程中最小或最大的管數(shù)。實(shí)際排管的排列可以從下圖看到： 從上圖可以看出，每個管程的數(shù)目是38和56，平均管數(shù)大約是47左右，然后可以知道各個管程數(shù)的相對誤差計算如下：3.4

32、.4 換熱管束的分程介紹下面開始我們介紹管箱，首先管箱的作用就是把從管道運(yùn)輸過來的流體大體上均勻的分布到換熱管內(nèi)，并且把管內(nèi)的流體匯集在一起送出換熱器，這樣就可以最大限度的進(jìn)行散熱，還可以在多管程換熱器中，管箱還起到了一個重要的作用就是改變流體流向的作用。因?yàn)樗x擇的管程為六管程，所以管箱的選擇則選擇了多程隔板的安裝方法。而且對于管束的分程而言，為了接管的更加方便，我們選擇平行分法，而且平行分法也可以讓管箱內(nèi)的殘留液方靜。3.5 管板設(shè)計換熱器最重要的零部件之一就是管板了，管板的作用不言而喻，它的作用是是管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一，用來排布換熱管，將管程和殼程的流體分隔開來，避免冷、

33、熱流體混合，并同時受管程、殼程壓力和溫度的作用。之所以工程上常用Q345R整體管板是因?yàn)榱黧w只具有輕微的腐蝕性。管板與換熱管采用脹接連接時，最小厚度3.5.1 管板與殼體的連接的方式浮頭式管熱器固定端的管板需要采用可連接的方式進(jìn)行，是因?yàn)楦☆^式換熱器需要將管束進(jìn)行清洗和維修。3.5.2 管板的簡單計算 符號的簡單說明： 表示未能被換熱管支承的面積，選擇正三角形的排列方式，；表示隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)為120個；表示換熱管中心距，為25mm；表示隔板槽兩側(cè)鄰管的中心距為38mm；GB150.3-2011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GB150-20

34、11表9-1的1a，可知密封面寬度；則，故；管板布管區(qū)當(dāng)量直徑，；換熱管外徑，；設(shè)計溫度時，管板材料的彈性模量，Mpa；設(shè)計溫度時，換熱管材料的彈性模量，Mpa；系數(shù)，按和查GB151圖24；管束模數(shù)，Mpa； 管束無量綱剛度，Mpa；換熱管有效長度（兩管板內(nèi)側(cè)間距），；換熱管與管板脹接長度或焊腳高度，；換熱管根數(shù)；720無量綱壓力，；當(dāng)量壓力組合；Mpa；管板設(shè)計壓力，Mpa；2.5殼程設(shè)計壓力，Mpa；2.5管程設(shè)計壓力，Mpa；2.5換熱管與管板連接拉脫力，Mpa；許用拉脫力，查GB151，Mpa；系數(shù)，；管板計算厚度，；換熱管管壁厚度，；管板剛度削弱系數(shù)，一般可取值；管板強(qiáng)度削弱系數(shù)，

35、一般取；系數(shù)，；換熱管軸向應(yīng)力，Mpa；換熱管穩(wěn)定許用壓應(yīng)力，Mpa；144設(shè)計溫度時，管板材料（Q345r）的許用應(yīng)力，Mpa；101設(shè)計溫度時，換熱管材料(20號鋼)的許用應(yīng)力，Mpa；換熱板外徑管板與換熱管的連接強(qiáng)度焊強(qiáng)度焊+貼脹全焊接小于等于511412管板厚度計算過程如下：3.5.2.1管板名義厚度計算：； ； ； ； ； ； ； ； ； 查GB150可知，； 則 ；式中L應(yīng)為換熱管的有效長度，但由于管板厚度尚未計算出，暫估算管板厚度為50mm進(jìn)行試算，待管板厚度算出再用有效長度核算，。；由于此時不能保證與在任何時候都同時作用，則取；故，故；根據(jù)=2.04和查GB151圖可知，則管板

36、計算厚度為： ；管板的名義厚度應(yīng)不小于下列三部分之和，即式中Cs和Ct分別是指殼程、管程的腐蝕裕量；而h1是指殼程側(cè)管板結(jié)構(gòu)槽深，為0；h2是指管程隔板槽深，為4mm。此時應(yīng)根據(jù)得到的管板名義厚度，重復(fù)以上步驟，使得管子有效長度對應(yīng)于管板厚度。；故=1.44，查圖可知，則，；3.5.2.2 換熱管的軸向應(yīng)力 換熱管的軸向應(yīng)力在一般情況下，應(yīng)按下列三種工況分別計算：殼程設(shè)計壓力，管程設(shè)計壓力： ；明顯地，；管程設(shè)計壓力，殼程設(shè)計壓力： ；明顯地，；殼程設(shè)計壓力與管程設(shè)計壓力同時作用：；明顯地，。 由以上三種情況可知，換熱管的軸向應(yīng)力符合要求。3.5.2.3 換熱管與管板連接拉脫力；式中，其中：換

37、熱管最小伸出長度，查GB151-1999可知 ； 最小坡口深度，； 許用拉脫力；明顯地，。3.6 折流板設(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。常見的折流板形式為弓形和圓盤圓環(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。 在浮頭式換熱器中，其浮頭端宜設(shè)置加厚環(huán)板的支持板。3.6.1 折流板的型式和尺寸此時選用兩端選用環(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，增大傳熱膜系數(shù)。為方便選材，可選折

38、流板的材料選為Q345R，由前可知，弓形缺口高度為225mm，折流板間距為120mm，數(shù)量為49塊，查GB151-2012可知折流板的最小厚度為5mm，故此時可選其厚度為10mm。同時查GB151-12012可知折流板名義外直徑為。3.6.2 折流板排列該臺換熱器折流板排列示意圖如下所示：3.6.3 折流板的布置一般應(yīng)使管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進(jìn)、出口管，其余折流板按等距離布置?？拷馨宓恼哿靼迮c管板間的距離l應(yīng)按下式計算： ；其中：殼程接管位置的最小尺寸，mm； 管板的名義厚度，mm； 為防沖板長度，若無防沖板時，應(yīng)為接管的內(nèi)徑，mm；3.6.4 折流板重量計算 符號說明如下：折流板質(zhì)

39、量，kg；折流板外圓直徑，；折流板切去部分的弓形面積，系數(shù)，由查表求??；折流板切去部分的弓形高度，mm；管孔直徑，mm；拉桿孔直徑，mm；管孔數(shù)量；拉桿孔數(shù)量；折流板厚度，mm。計算過程如下：，查得； 3.7 拉桿與定距管3.7.1 拉桿的結(jié)構(gòu)形式常用拉桿的形式有兩種：（1） 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GB151-2012表45規(guī)定）；（2） 焊接連接結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑小于或等于14mm的管束，；（3） 當(dāng)管板比較薄時，也可采用其他的連接結(jié)構(gòu)。 由于此時換熱管的外徑為19mm，因此選用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。3.7.2 拉桿的直徑、數(shù)量及布置其具體尺寸如下所示：

40、表3-3 拉桿的參數(shù)拉桿的直徑d拉桿螺紋公稱直徑dn abb拉桿的數(shù)量12121550210 其中拉桿的長度L按需要確定。 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個支承點(diǎn)。 對于本臺換熱器拉桿的布置可參照零件圖。3.7.4 定距管 定距管的規(guī)格同換熱管，其長度同實(shí)際需要確定。本臺換熱器定距管的布置可以參照部件圖。3.8 防沖板 由于殼程流體的，需要改防沖板。3.9 保溫層根據(jù)設(shè)計溫度選保溫層材料為脲甲醛泡沫塑料，其物性參數(shù)如下：表3-4 保溫層物性參數(shù)密度（kgm3）導(dǎo)熱系數(shù)（kcalmh）吸水率抗壓強(qiáng)度（

41、kgm）適用溫度（）13200.01190.02612%0.250.5-190+5003.10法蘭與墊片 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、浮頭蓋法蘭以及接管法蘭，另浮頭蓋法蘭將在下節(jié)進(jìn)行計算，在此不作討論。 墊片則包括了管箱墊片、外頭蓋墊片和浮頭墊片。3.10.1固定端的殼體法蘭、管箱法蘭與管箱墊片 （1） 查NBT 47023-2012（JB/T 4703）壓力容器法蘭可選固定端的殼體法蘭和管箱法蘭為長頸對焊法蘭，凹凸密封面，材料為鍛件Q345R，其具體尺寸如下：（單位為mm）表3-5 DN600長頸對焊法蘭尺寸DN法蘭螺柱對接筒體最小厚度DD1D2D3D4H

42、haa1Rd規(guī)格數(shù)量900109510409989889856014542211820321530M273212法蘭質(zhì)量172.1kg（2） 此時查NBT 47026-2012（JB/T 4706）壓力容器法蘭，根據(jù)設(shè)計溫度可選擇墊片型式為金屬包墊片，材料為：金屬板材厚度材料標(biāo)準(zhǔn)代號最高工作溫度填充材料材料標(biāo)準(zhǔn)代號最高工作溫度碳鋼0.350.50GB/T 710C400石棉橡膠板GB/T 39851300標(biāo)記：墊片C1-900-2.5 NB/T 47026-2012墊片尺寸極限偏差公稱直徑外徑內(nèi)徑墊片厚度9000-1.5+1.50+0.2-0.2 表3-6 管箱墊片尺寸PN(Mpa)DN(mm

43、)外徑D(mm)內(nèi)徑d(mm)墊片厚度反包厚度2.5900987947343.10.2外頭蓋側(cè)法蘭、外頭蓋法蘭與外頭蓋墊片、浮頭墊片（1）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）。表3-7 外頭蓋法蘭尺寸DN法蘭螺柱對接筒體最小厚度DD1D2D3D4Hhaa1Rd規(guī)格數(shù)量1000119511401098108810856815542211820321530M273614（2）外頭蓋側(cè)法蘭選用凸密封面，材料為鍛件20MnMo，查JB/4721-92可知其具體尺寸如下表：表3-8 外頭蓋側(cè)法蘭尺寸DN法蘭螺柱對

44、接筒體最小厚度DD1D2D3D4Hha1Rd規(guī)格數(shù)量9001195114010981088108568180781818441530M273612（3）查JB/T4718-92選外頭蓋墊片的型式為金屬包墊片，其外徑D為1087mm，內(nèi)徑d為1047mm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890mm，內(nèi)徑d為864mm，兩者材料均為Q345R。3.10.3 接管法蘭型式與尺寸根據(jù)接管的公稱直徑，公稱壓力可查HG20592-199720583-2011鋼制管法蘭、墊片、緊固件，選擇帶頸對焊鋼制管法蘭，選用凹凸密封面。表3-9 板式平焊法蘭公稱通徑DN鋼管外徑（法蘭

45、焊端外徑）A1連接尺寸法蘭厚度C法蘭頸坡口寬度b法蘭理論重量（）法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑螺栓孔數(shù)量n螺紋Th法蘭內(nèi)徑AB200219.12193603102612M2432221.5222814.23.11 鉤圈式浮頭 本臺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。3.11.1 浮頭蓋的設(shè)計計算球冠形封頭、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)計計算，取其大者為計算厚度。符號說明如下：（900）換熱器圓筒內(nèi)直徑，mm；浮頭法蘭與鉤圈的內(nèi)直徑，mm；浮頭法蘭與鉤圈的外直徑，mm ，mm；外頭蓋內(nèi)直徑，mm， mm

46、；浮頭管板外直徑，mm， mm；螺栓中心圓直徑，mm ，mm；墊片壓緊力作用中心圓直徑，；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；=；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；計算壓力，Mpa；分別取管程壓力（內(nèi)壓）和殼程壓力（外壓）；封頭球面內(nèi)半徑，mm；按GB151表46選取mm；螺栓中心至法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)的徑向距離，mm；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，（）；球冠形封頭的計算厚度，mm；球冠形封頭的名義厚度，mm；封頭材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，Mpa；焊接接頭系數(shù)。3.11.1.1管程壓力作用下（內(nèi)壓）浮頭蓋的計算：（1）球冠形封頭計算厚度按

47、下式計算： ；為方便選材，故可將浮頭蓋的材料選擇為Q345R，故=144Mpa，選擇為雙面焊對接接頭，100%無損探傷，故，則。（2）浮頭法蘭計算厚度計算：首先根據(jù)所選的浮頭墊片可先確定：；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值選定螺栓數(shù)目為24，則可通過計算螺栓的根徑，從而知道螺栓的規(guī)格：，故將其圓整為規(guī)格為M24的螺柱，其根徑為20.752mm。關(guān)于浮頭法蘭厚度的計算按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：表3-10 浮頭法蘭厚度計算表設(shè)計條件墊片及螺栓計算pc=2.5Mpa墊片材料：Q345RN=26mmy=62.1Mpa溫度t=300外徑內(nèi)徑厚度：8908643b=9mmm=

48、3.75法蘭材料：鍛件JB/T4726 20MnMo螺栓直徑螺栓數(shù)量n=24許用應(yīng)力設(shè)螺栓材料：25Cr2MoVA許用應(yīng)力或（取兩者中較大值）=9655操作情況下法蘭的受力力 臂力 矩操作情況下法蘭總力矩：預(yù)緊螺栓時法蘭的受力力 臂力 矩操作狀態(tài)：預(yù)緊狀態(tài)：法蘭厚度操作狀態(tài)：；預(yù)緊狀態(tài)：；法蘭厚度取與之大者，且不小于球冠形封頭名義厚度的兩倍，故，則。3.11.1.2 殼程壓力作用下（外壓）浮頭蓋的計算（1）球冠形封頭GB150-1998第6章“外壓圓筒和外壓球殼”進(jìn)行外壓計算，即將球冠形封頭當(dāng)作球殼進(jìn)行計算，具體過程如下：假設(shè)，腐蝕裕量，則； ，故； 所以；查GB150可知，此時許用外壓力為：

49、，故合適。（2）浮頭法蘭厚度的計算可按上表進(jìn)行，由于管程與殼程的設(shè)計壓力相等，所以大部分的數(shù)據(jù)都與內(nèi)壓情況下相同，只是此時，表中的應(yīng)改為： 則此時操作狀態(tài)下： ；所以此時；根據(jù)上述內(nèi)壓與外壓的計算可知浮頭法蘭的計算厚度應(yīng)為，則圓整后其名義厚度為。3.11.2 鉤圈鉤圈的型式查GB151可知選為B型鉤圈，其圖示如下：鉤圈材料：Q345R 直徑比K=1.134 Y=15.47 LG=463.8mm而其設(shè)計厚度可按下式計算： 其中：鉤圈設(shè)計厚度，mm； 浮動管板厚度，mm；則。3.12 分程隔板由于是多管程換熱器，故此處需要用到分程隔板。查GB151-2012可知：分程隔板槽槽深，槽寬為12mm，且分程隔板的最小厚度為8mm。3.13 鞍座選擇鞍座應(yīng)首先計算支座反力，再根據(jù)支反力選擇合適的鞍座。3.13.1 支反力計算如下：管板的質(zhì)量：；圓筒的質(zhì)量：；式中：是指換熱器中相當(dāng)于圓筒的部分的總長度，包括了殼體的有效長度與前后端管箱的短節(jié)部分；是指材料的密度，由于殼體與管