畢業(yè)設(shè)計蒸汽冷凝器設(shè)計

1、本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文)蒸汽冷凝器設(shè)計Design of Steam Condenser 學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級：過程裝備與控制工程裝備092學(xué)生姓名：戴曉偉學(xué)號：050916105指導(dǎo)教師：張志文（副教授） 2013年 6 月畢業(yè)設(shè)計（論文）中文摘要蒸汽冷凝器的設(shè)計摘 要：冷凝器是使用范圍很廣的一種化工設(shè)備，屬于換熱器的一種。本設(shè)計任務(wù)主要是根據(jù)已知條件選擇采用浮頭式換熱器機(jī)的設(shè)計。首先根據(jù)給出的設(shè)計溫度和設(shè)計壓力來確定設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式以及殼程和管程的材料，然后根據(jù)物料性質(zhì)和傳熱面積來確定換熱管的材料，尺寸，根數(shù)。根據(jù)換熱管的根數(shù)確定換熱管的排列，并根據(jù)換熱管的排列和長度來確

2、定筒體直徑以及折流板的選擇。通過對容器的內(nèi)徑和內(nèi)外壓的計算來確定殼體和封頭的厚度并進(jìn)行強(qiáng)度校核。然后是對換熱器各部件的零部件的強(qiáng)度設(shè)計，有法蘭的選擇和設(shè)計計算與校核，鉤圈及浮頭法蘭的設(shè)計計算與校核和管子拉脫力的計算。還包括管板的結(jié)構(gòu)設(shè)計、防沖擋板、滑道結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及支座設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計中的標(biāo)準(zhǔn)件可以參照國家標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)設(shè)計條件直接選取；非標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計完結(jié)構(gòu)后必須進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)力校核。關(guān)鍵詞：換熱器；強(qiáng)度設(shè)計；結(jié)構(gòu)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（論文）外文摘要The Design of Steam CondenserAbstract: Condenser is a kind of chemical equipment w

3、hich has wide range of application and it is also a kind of heat exchanger.The main task of this thesis is to design a floating heat exchanger based on some known information. It is important to determine the type of construction of the equipment and the material of its shell pass and tube pass firs

4、t. Then, the material, size and number of the exchange tube are decided by material property and its heat transfer area. The exchange tubes need to be arranged on the basis of its number. Whats more, the diameter and the choice of baffle board are influenced by the arrangement and length of exchange

5、 tubes. Furthermore, the thickness of the shell and shell cover is determined by the inner diameter and the calculation of inner and outer pressure of the container. Meanwhile, its intensity also needed to be checked. Next, it is also vital to design the intensity of components of heat exchanger, in

6、cluding the choice, calculation and checking of flange, floating flange and backing device, also the calculation of pulling-out force of the tubes. In addition, there are other things to be designed carefully, including tube plate, impingementbaffle, slide and support. During the design of structure

7、, standard components can be referred to national standards according to the design conditions of the direct selection; as to the non standard components, corresponding stress checking is needed after the design of the construction.Keywords:heat exchanger；strength design；structure design目 錄1 緒論11.1

8、換熱設(shè)備冷凝器過內(nèi)外研究現(xiàn)狀水平和發(fā)展趨勢112換熱器的結(jié)構(gòu)計算與強(qiáng)度校核3已知條件32.2 確定管子數(shù)32.3 殼體的內(nèi)徑和厚度45567后端管板的設(shè)計101522側(cè)法蘭的設(shè)計23 273吊環(huán)螺釘?shù)脑O(shè)計 274防沖板的設(shè)計 285滑道的設(shè)計 283設(shè)備的維護(hù)與檢修293.1設(shè)備的檢查293.2換熱器的清理和維護(hù)29結(jié)論 30致謝 31參考文獻(xiàn) 321 緒論換熱設(shè)備冷凝器國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀冷凝器是一種用于冷卻流體的換熱設(shè)備。把壓縮機(jī)排出的高溫高壓制冷劑蒸汽，通過散熱冷凝為液體制冷劑，制冷劑從蒸發(fā)器中吸收的熱量，被冷凝器周圍的介質(zhì)所吸收。有蒸汽冷凝器，鍋爐用冷凝器等。冷凝器常被用于空調(diào)系統(tǒng)，工業(yè)化工

9、程序，發(fā)電廠及其他熱交換系統(tǒng)中。早期的換熱器只能采用簡單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成一種管殼式換熱器；二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)；30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)的散熱；30年代末，瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿工廠；60年代左右，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展；70年代中期，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。盡管我國在部分重要換熱器產(chǎn)品領(lǐng)域獲得了突破，但我國換熱

10、器技術(shù)基礎(chǔ)研究仍然薄弱。與國外先進(jìn)水平相比較，我國換熱器產(chǎn)業(yè)最大的技術(shù)差距在于換熱器產(chǎn)品的基礎(chǔ)研究和原理研究，尤其是缺乏介質(zhì)物性數(shù)據(jù)，對于流場、溫度場、流動狀態(tài)等工作原理研究不足。近年來，隨著我國石化、鋼鐵等行業(yè)的快速發(fā)展，換熱器的需求水平大幅上漲，但國內(nèi)企業(yè)的供給能力有限，導(dǎo)致?lián)Q熱器行業(yè)呈現(xiàn)供不應(yīng)求的市場狀態(tài)，巨大的供給缺口需要進(jìn)口來彌補。目前我國在換熱器設(shè)計過程中還不能實現(xiàn)虛擬制造、仿真制造，缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)的大型專業(yè)計算軟件。根據(jù)中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要，“十一五”期間我國經(jīng)濟(jì)增長將保持年均的速度。而石化及鋼鐵作為支柱型產(chǎn)業(yè)，將繼續(xù)保持快速發(fā)展的勢頭，預(yù)計20

11、10年鋼鐵工業(yè)總產(chǎn)值將超過5000億元，化工行業(yè)總產(chǎn)值將突破4000億元。這些行業(yè)的發(fā)展都將為換熱器行業(yè)提供更加廣闊的發(fā)展空間。國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的良好機(jī)遇，以及進(jìn)口產(chǎn)品巨大的可轉(zhuǎn)化性共同預(yù)示著我國換熱器行業(yè)良好的發(fā)展前景。冷凝器的類型和特點冷凝器有蒸汽冷凝器和鍋爐用冷凝器。蒸汽冷凝器這種冷凝常應(yīng)用于多效蒸發(fā)器末效二次蒸汽的冷凝，保證末效蒸發(fā)器的真空度。噴淋式冷凝器，冷水從上部噴嘴噴入，蒸汽從側(cè)面入口進(jìn)入，蒸汽與冷水充分接觸后被冷凝為水，同時沿管下流，部分不凝汽體也可能被帶出。充填式冷凝器，蒸汽從側(cè)管進(jìn)入后一上面噴下的冷水相接觸冷凝器里面裝了滿了瓷環(huán)填料，填料被水淋濕后，增大了冷水與蒸汽的接觸面

12、積，蒸汽冷凝成水后沿下部管路流出，不凝氣體同上部管路被真空泵抽出，以保證冷凝器內(nèi)一定的真空度。淋水板或篩板冷凝器，目的是增大冷水與蒸汽的接觸面積?；旌鲜嚼淠骶哂薪Y(jié)構(gòu)簡單，傳熱效率高等優(yōu)點，腐蝕性問題也比較容易解決。鍋爐用冷凝器，又稱煙氣冷凝器，鍋爐使用煙氣冷凝器后，可有效節(jié)約生產(chǎn)成本，降低鍋爐的排煙溫度，提高鍋爐熱效率。使鍋爐運行符合國家節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)。節(jié)能減排是國家“十一五”規(guī)劃綱要轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的關(guān)鍵和保證，是落實科學(xué)發(fā)展觀和保證經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展的重要標(biāo)志，特種設(shè)備作為耗能大戶，同時也是環(huán)境污染的重要源頭、加強(qiáng)特種設(shè)備節(jié)能減排的任務(wù)任重道遠(yuǎn)。國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要確立了單

13、位國內(nèi)生產(chǎn)總能源消耗降低20%左右，主要污染物排放總量減少10%為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的約束性指標(biāo)。其是有著工業(yè)生產(chǎn)“心臟”之稱的鍋爐是我國能源消耗的大戶。高效能特種設(shè)備主要是指鍋爐、壓力容器中的換熱設(shè)備等。2結(jié)構(gòu)設(shè)計與強(qiáng)度校核2.1 已知條件表1 設(shè)計參數(shù)管程殼程工作介質(zhì)冷卻水氫氣等工作壓力設(shè)計壓力設(shè)計溫度60170換熱面積49m兩流體的溫差為11050.所以需要熱補償，可采用浮頭式換熱器。選用，長為3m，材料為10號鋼管的換熱管。由換熱面積得： （公式2-1）取管子數(shù)n為286根換熱管一般不小于1.25倍的換熱管外徑，參照文獻(xiàn)1取中心距a為25mm.管子采用正方形排列具體方式如下圖正方形排列圖1

14、管子的排列筒體的內(nèi)徑參考文獻(xiàn)3筒體的內(nèi)徑可由下列公式計算 （公式2-2）式中為換熱管間距，位于管束中心線上的管束管子按正方形排列時，為最外層管子的中心到殼壁的距離一般取2倍的管子外徑。按標(biāo)準(zhǔn)圓整取筒體內(nèi)徑 筒體的壁厚根據(jù)設(shè)計要求筒體材料選擇Q345R，取設(shè)計壓力3.2MPa。根據(jù)國標(biāo)150-1998查得設(shè)計壓力下許用Q345R許用應(yīng)力為170MPa。筒體上的焊接均采用相當(dāng)于雙面焊的全焊透對接接頭（局部無損檢測），根據(jù)參考文獻(xiàn)2，取焊縫系數(shù)為0.85，估計厚度在8mm到25mm，取厚度負(fù)偏差，腐蝕裕量，。計算厚度 （公式2-3）工藝要求需要取MPa，以下計算皆如此設(shè)計厚度 （公式2-4）根據(jù)文獻(xiàn)

15、1查得公稱直徑在400mm到700mm的浮頭換熱器殼體最小厚度不得低于8mm，取名義厚度為14mm筒體的壓力試驗設(shè)備用于非極度危害的介質(zhì)，所以不需要進(jìn)行氣密性試驗，但需要做液壓試驗。 （公式2-5）液壓試驗產(chǎn)生的應(yīng)力 （公式2-6） （公式2-7）因此所選封頭的強(qiáng)度足夠。與定距管的確定拉桿與管板螺紋連接的拉桿螺紋結(jié)構(gòu)如下圖圖2 拉桿與管板的連接拉桿采用拉桿定距管結(jié)構(gòu)，按文獻(xiàn)1表43和表44取拉桿直徑12mm，拉桿數(shù)為8，材料使用Q235-A.拉桿結(jié)構(gòu)如下圖3 拉桿結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)文獻(xiàn)1表45可知，拉桿公稱直徑為的拉桿，拉桿螺紋公稱直徑，取100mm。根據(jù)參考文獻(xiàn)1選取的定距管，材料采用10號鋼，

16、長度按實際情況而定。折流板采用單弓形折流板和環(huán)形折流板，環(huán)形折流板充當(dāng)支持板，提高管子的穩(wěn)定性，防止換熱板產(chǎn)生過大的撓度。弓形折流板的圓缺高為殼體直徑的30%。則，切去的圓缺高度為 （公式2-8）根據(jù)文獻(xiàn)1折流板的名義外直徑D=DN4.5=600 （公式2-9）弓形折流板的間距取250mm。折流板板數(shù) （公式2-10）根據(jù)浮頭換熱器的特點綜合考慮弓形折流板取8塊。在左側(cè)第一塊折流板與左側(cè)管板之間設(shè)置一塊環(huán)形折流板。折流板材料選用Q235-A弓形折流板厚度取8mm環(huán)形折流板厚度取14mm，內(nèi)圓直徑335mm。根據(jù)文獻(xiàn)1表35管空直徑取19.7mm。分程隔板的設(shè)計根據(jù)文獻(xiàn)1表3-1，隔板的最小厚度

17、為8mm，取隔板厚度10mm。分程隔板槽的槽深一般不小于4mm，因此，取分程隔板槽的槽深為5mm，寬度為12mm。封頭的設(shè)計封頭采用橢圓形封頭，材料為Q345R。設(shè)計壓力下許用應(yīng)力170MPa承受內(nèi)壓，公稱直徑為600mm。封頭計算厚度 （公式2-11）設(shè)計厚度（公式2-12）取名義厚度和殼體一樣，所以取，根據(jù)壓力容器與化工設(shè)備使用手冊上冊，表2-2-6，對于內(nèi)徑600mm，厚度12mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，曲面高度150mm，直邊高度40mm。容積，質(zhì)量45kg。封頭的壓力試驗設(shè)備用于非極度危害的介質(zhì)，所以不需要進(jìn)行氣壓試驗，但需要做液壓試驗。液壓試驗產(chǎn)生的應(yīng)力因此所選封頭的強(qiáng)度足夠。管箱短節(jié)取

18、和封頭厚度等厚，材料采用Q345R。管箱法蘭的設(shè)計與選取由于設(shè)備重量較大，應(yīng)該采用剛度較大的法蘭連接。有筒體內(nèi)徑DN=600mm，殼程壓力，管程壓力。根據(jù)文獻(xiàn)4表3-1-4和文獻(xiàn)6，選取長頸對焊法蘭。密封面形式選用凹面。材料為，法蘭為FM 600-4，質(zhì)量G=85kg。對應(yīng)的墊片采用纏繞墊片A22-600-4.00.接管的設(shè)計對于內(nèi)徑的圓筒，開孔的最大直徑，且。這里筒體直徑600mm，開孔的最大直徑d=300mm。按照工藝，接管如下表：表2 管口表名稱公稱尺寸公稱壓力連接標(biāo)準(zhǔn)法蘭型式連接面型式蒸汽入口WNRF蒸汽出口WNRF出液口WNRF冷卻水入口WNRF冷卻水出口WNRF排凈口焊接放空口焊接

19、接管法蘭的設(shè)計根據(jù)設(shè)計條件以及接管尺寸，管法蘭選用帶頸對焊法蘭，材料使用16Mn，密封面型式為凸面。 計算開孔補強(qiáng)根據(jù)文獻(xiàn)2規(guī)定，當(dāng)在設(shè)計壓力小于或者等于的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心距大于兩孔直徑和的兩倍，且接管公稱直徑小于或等于89mm時，就可以不另行補強(qiáng)。很明顯，蒸汽進(jìn)出口，冷卻水出入口以及出液口需要進(jìn)行補強(qiáng)計算。其中蒸汽出入口和出液口的接管尺寸和公稱壓力相同，可一起計算開孔直徑 （公式2-13）滿足等面積開孔補強(qiáng)的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行計算（1）殼程接管的計算步驟如下：開孔補強(qiáng)所需的補強(qiáng)面積查文獻(xiàn)2接管材料使用10號鋼，在設(shè)計溫度170下的許用應(yīng)力，殼體材料Q345R在設(shè)計溫度17

20、0下的許用應(yīng)力。強(qiáng)度削弱系數(shù) （公式2-14）接管有效厚度 （公式2-15）前面殼體計算可知，開孔殼體處的計算厚度開孔所需的補強(qiáng)面積A （公式2-16） 有效補強(qiáng)范圍有效寬度B的計算如下： （公式2-17）所以B取外側(cè)有效高度的計算如下： （公式2-18）所以取外側(cè)有效厚度的計算如下： （公式2-19）所以取0有效補強(qiáng)面積殼體有效厚度 （公式2-20）殼體多余金屬面積的計算如下： （公式2-21）接管計算厚度 （公式2-22）接管多余金屬面積的計算如下： （公式2-23）焊腳高度h=6mm。焊縫金屬截面積計算如下： （公式2-24）有效補強(qiáng)面積 （公式2-25）需要補強(qiáng)的面積 （公式2-26）

21、補強(qiáng)圈的設(shè)計根據(jù)接管公稱直徑DN100，參考文獻(xiàn)4取補強(qiáng)圈D=200mm，內(nèi)徑d=115mm。因B=200.6D，補強(qiáng)圈在有效補強(qiáng)范圍內(nèi)。補強(qiáng)圈厚度 （公式2-27）考慮到厚度負(fù)偏差以及圓整以及表文獻(xiàn)43-6-1。材料與殼體一樣用Q345R。為了便于制造是準(zhǔn)備材料，補強(qiáng)圈的名義厚度可以取和殼體一致即14mm。（2）管程冷卻水出入口的補強(qiáng)計算：開孔直徑滿足等面積開孔補強(qiáng)的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行 開孔補強(qiáng)所需的補強(qiáng)面積開孔處殼體計算厚度查文獻(xiàn)2接管材料使用10號鋼，在設(shè)計溫度60下的許用應(yīng)力，殼體材料Q345R在設(shè)計溫度60下的許用應(yīng)力。強(qiáng)度削弱系數(shù)接管有效厚度開孔所需的補強(qiáng)面積A 有效補強(qiáng)

22、范圍有效寬度B的計算如下：所以B取外側(cè)有效高度的計算如下：所以取外側(cè)有效厚度的計算如下：所以取0 有效補強(qiáng)面積殼體有效厚度殼體多余金屬面積的計算如下：接管計算厚度接管多余金屬面積的計算如下：焊腳高度h=6mm。焊縫金屬截面積計算如下：有效補強(qiáng)面積所以不需要補強(qiáng)。后端管板的設(shè)計 筒體法蘭與墊片的選擇根據(jù)文獻(xiàn)4表3-1-4和文獻(xiàn)6，筒體法蘭選擇與管箱法蘭相同的長頸對焊法蘭。密封面形式選用凹面。材料為，法蘭為FM 600-4，質(zhì)量G=85kg。對應(yīng)的螺柱為，數(shù)量為32個。螺母采用M24，數(shù)量為64.對應(yīng)的墊片采用纏繞墊片A22-600-4.00.固定管板兼做凸面法蘭，材料為Q345R。因為管板兼做法

23、蘭，所以管板與密封面相配的尺寸應(yīng)按所選的法蘭的相應(yīng)的尺寸來確定。右端管板的尺寸計算（1）為設(shè)計壓力，因不能保證、在任何情況下都能同時作用，故應(yīng)取、中大值（2）設(shè)計溫度按文獻(xiàn)2-1998的及文獻(xiàn)1的規(guī)定，應(yīng)取不低于元件的金屬溫度,但在管板計算中無法保證管、殼程介質(zhì)同時作用;且管板的金屬溫度很難計算,故一般取較高側(cè)的設(shè)計溫度，所以選170。管子的參數(shù)：管子的外徑d=19mm，厚度=2mm。換熱管中心距S=25mm，隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距=38mm。換熱管根數(shù)n=286，管熱管長度=3000mm。查文獻(xiàn)2-1998表F5得換熱管設(shè)計溫度下的彈性模量查文獻(xiàn)2-1998表4-3得換熱管設(shè)計溫度下的許用應(yīng)

24、力=105MPa設(shè)計溫度下?lián)Q熱管材料的屈服點=163MPa管板的參數(shù)：管板材料取Q345R（正火）查文獻(xiàn)2-1998附表F5得：設(shè)計溫度下的彈性模量105MPa查文獻(xiàn)2-1998表4-1得：設(shè)計溫度下許用應(yīng)力=154MPa許用拉脫應(yīng)力管板強(qiáng)度削弱系數(shù)管板剛度削弱系數(shù)換熱管與管板脹接長度或焊接高度l=3mm結(jié)構(gòu)參數(shù)及系數(shù)得確定(1)墊片壓緊作用中心圓直徑DG查文獻(xiàn)6表得=665mm =625mm（公式2-28）所以（公式2-29） =-2b=665-28=649mm（公式2-30）(2)-因設(shè)置隔板槽或拉桿而未能被換熱管支承得面積 （公式2-31）(3)管板布管區(qū)面積 （公式2-32）(4)管板

25、布管區(qū)當(dāng)量直徑 （公式2-33）(5)管子總截面積nana= （公式2-34） （公式2-35）（6）換熱管有效長度L，設(shè)管板的名義厚度為50mmmm （公式2-36）（7）管束模數(shù) （公式2-37）（8）管束無量綱剛度 （公式2-38）（9）無量綱壓力 （公式2-39）（10）布管區(qū)內(nèi)開孔的面積 （公式2-40）（11）系數(shù) （公式2-41） （公式2-42）（12）系數(shù)C，根據(jù)和在文獻(xiàn)1中查圖23和圖24得到(13)換熱管穩(wěn)定許用應(yīng)力系數(shù) （公式2-43）換熱管受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度根據(jù)文獻(xiàn)1圖32查得 （公式2-44）管子會裝半徑 （公式2-45）因為/i=598/6.05=98.84Cr所以

26、 （公式2-46）（14）管板的計算厚度及名義厚度計算厚度 （公式2-47）管板的計算厚度及名義厚度為計算厚度加結(jié)構(gòu)尺寸和腐蝕裕量管側(cè)的結(jié)構(gòu)開槽為5mm，腐蝕裕量為，取大值5mm，殼側(cè)的結(jié)構(gòu)開槽為5mm，腐蝕裕量為，取大值5mm。所以名義厚度為，前面假設(shè)不合理。（15）重新假設(shè)假設(shè)名義厚度為62mm則重查所以管板的名義厚度取62mm。應(yīng)力校核a只有管程設(shè)計壓力,殼程設(shè)計壓力為零,此時（公式2-48）（公式2-49）（公式2-50）查文獻(xiàn)1圖24查得（公式2-51）故換熱管在此工況下安全b只有課程設(shè)計壓力，管程設(shè)計壓力為零，此時查文獻(xiàn)1圖24查得故換熱管在此工況下安全c殼程管程同時作用時查文獻(xiàn)1

27、圖24查得故換熱管在此工況下安全校核換熱管與管板連接的拉脫力取換熱管軸向應(yīng)力拉脫力（公式2-52）滿足要求結(jié)論：在三種工況下，換熱管的軸向應(yīng)力以及換熱管與管板連接的拉脫力均滿足要求，所以取管板厚度62mm。為了便于管板的起吊，在管板上因設(shè)置支耳。浮頭法蘭設(shè)置在浮頭式換熱器的浮頭端，我國文獻(xiàn)1標(biāo)準(zhǔn)提供了一種結(jié)構(gòu)形式的浮頭式換熱器，浮頭端為管板與浮頭法蘭和鉤圈呈夾持連接。球罐型封頭的設(shè)計查文獻(xiàn)1表3-26，殼體內(nèi)直接600mm得,球冠形封頭的內(nèi)半徑=500mm.球冠形封頭材料在150下的許用應(yīng)力=170MPa應(yīng)封頭采用全焊透對接接頭（局部無損檢測）不能保證在任何情況下封頭兩端的壓力都同時進(jìn)行，根據(jù)

28、文獻(xiàn)2-1998封頭的計算厚度計算如下：（1）由于殼程壓力3.2MPa，管程壓力2.5MPa，封頭受外壓（凸面受壓）封頭的計算厚度（公式2-53）系數(shù)Q要在文獻(xiàn)2-1998圖7-7查得（公式2-54）（公式2-55）（公式2-56）為保險起見，取公稱名義厚度20mm。（2）外壓球殼所需的有效厚度假設(shè)封頭的名義厚度為20mm（公式2-57）封頭的外徑（公式2-58）系數(shù)（公式2-59）查文獻(xiàn)21998圖64得系數(shù)B=157MPa封頭的許用外壓（公式6-60）滿足要求，所以可根據(jù)內(nèi)外壓的計算取封頭的厚度為20mm。浮頭法蘭的設(shè)計浮頭法蘭為非標(biāo)準(zhǔn)法蘭，材料用16Mn，法蘭材料在常溫下的許用應(yīng)力為15

29、0MPa，在170下的許用應(yīng)力為144MPa螺柱材料選用35CrMoA，墊片采用纏繞墊片。采用校核計算的方法，我們假設(shè)法蘭的厚度為90mm。封頭的外壁與法蘭內(nèi)壁交點距法蘭上表面的距離l為14mm.（1）管程壓力作用下管程設(shè)計壓力墊片外徑，墊片內(nèi)徑墊片系數(shù)，墊片比壓力y=69墊片基本密封寬度 （公式2-61）墊片的有效密封寬度 （公式2-62） 墊片壓緊圓直徑 （公式2-63）螺栓載荷螺栓材料在常溫下的許用應(yīng)力=210MPa螺栓材料在170時的許用應(yīng)力=187MPa預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 （公式2-64）操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 (公式2-65) 螺栓面積預(yù)緊狀態(tài)所需的螺栓面積 （公式

30、2-66）操作狀態(tài)所需的螺栓面積 （公式2-67）所需螺栓面積取與的大值，所以=4944mm根據(jù)文獻(xiàn)2-1998中得螺栓最大間距 （公式2-68）其中為螺栓孔直徑其中=635mm為法蘭螺栓圓直徑螺栓最小數(shù)量 （公式2-69）查文獻(xiàn)2表93得螺栓的最小間距=46mm螺栓最大數(shù)量 （公式2-70）因此可以取螺栓的數(shù)量為20個，型號M20，由文獻(xiàn)5表10每個M20螺柱的有效面積（公式2-71）實際螺栓總面積 （公式2-72） 螺栓設(shè)計載荷預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計載荷 （公式2-73）操作狀態(tài)下的螺栓設(shè)計載荷（公式2-74） 法蘭力矩浮頭法蘭內(nèi)徑根據(jù)文獻(xiàn)1，表15和圖13可知，可以取，圖4法蘭內(nèi)徑 （公式

31、2-75）法蘭外徑 （公式2-76） （公式2-77）作用在法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)封頭壓力載荷引起的軸向分力 （公式2-78）流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力差 （公式2-79）窄面法蘭墊片壓緊力 （公式2-80）作用在法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)封頭壓力載荷引起的徑向分力 （公式2-81）螺栓中心至法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)的徑向距離mm （公式2-82）螺栓中心至作用位置處的徑向距離 （公式2-83）螺栓中心至作用位置處的徑向距離 （公式2-84）對法蘭環(huán)截面形心的力臂 （公式2-85）管程壓力操作工況下的法蘭力矩 （公式2-86）預(yù)緊法蘭力矩=101220018=18219600 Nmm （公式2-

32、87）系數(shù) （公式2-88）系數(shù)J操作工況下的 （公式2-89）預(yù)緊工況 （公式2-90）法蘭厚度操作工況下厚度 （公式2-91）預(yù)緊工況下的厚度 （公式2-92）浮頭法蘭的公稱厚度取兩種工況下的大者 （公式2-93）所以假設(shè)的90mm符合要求。（2）殼程壓力作用下螺栓載荷螺栓材料在常溫下的許用應(yīng)力=210MPa螺栓材料在170時的許用應(yīng)力=187MPa預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 螺栓面積預(yù)緊狀態(tài)所需的螺栓面積操作狀態(tài)所需的螺栓面積所需螺栓面積取與的大值，所以=6101mm根據(jù)文獻(xiàn)2-1998中得螺栓最大間距其中為螺栓孔直徑其中=635mm為法蘭螺栓圓直徑螺栓最小

33、數(shù)量查文獻(xiàn)2表93得螺栓的最小間距=46mm螺栓最大數(shù)量因此可以取螺栓的數(shù)量為20個，型號M20，由文獻(xiàn)5表10每個M20螺柱的有效面積實際螺栓總面積 螺栓設(shè)計載荷預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計載荷操作狀態(tài)下的螺栓設(shè)計載荷 法蘭力矩浮頭法蘭內(nèi)徑根據(jù)文獻(xiàn)1，表15和圖13可知，可以取，法蘭內(nèi)徑法蘭外徑作用在法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)封頭壓力載荷引起的軸向分力流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力差窄面法蘭墊片壓緊力作用在法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)封頭壓力載荷引起的徑向分力螺栓中心至法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)的徑向距離mm螺栓中心至作用位置處的徑向距離螺栓中心至作用位置處的徑向距離對法蘭環(huán)截面形心的力臂管程壓力操作工況下的法蘭

34、力矩 （公式2-94）預(yù)緊法蘭力矩=113368518=20406330 Nmm系數(shù)系數(shù)J操作工況下的預(yù)緊工況法蘭厚度操作工況下厚度預(yù)緊工況下的厚度浮頭法蘭的公稱厚度取兩種工況下的大者所以假設(shè)的90mm符合要求。吊耳的設(shè)計根據(jù)文獻(xiàn)1的規(guī)定，重量大于30kg的管箱或管箱蓋須設(shè)置吊耳。吊耳的尺寸如下：內(nèi)圓直接為25mm，下方長寬都為60mm，厚度為20mm。浮頭鉤圈的計算選用B型鉤圈，材料采用與浮頭管板相同的16MnII。鉤圈的設(shè)計厚度（公式2-95） 式中：鉤圈設(shè)計厚度，mm浮頭管板厚度，mm根據(jù)國標(biāo)中關(guān)于B型鉤圈的尺寸規(guī)定以及計算結(jié)果，確定鉤圈的其它尺寸圖5 鉤圈示意圖封頭的設(shè)計由于壓力較大，

35、選用應(yīng)力較好的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，材料采用Q345R封頭內(nèi)直徑（公式2-96）封頭計算厚度（公式2-97）設(shè)計厚度取名義厚度和筒體等厚為14mm。封頭曲面高度為175mm，直邊高度為40mm。容積，質(zhì)量為71kg。封頭的校核液壓試驗產(chǎn)生的應(yīng)力因此所選封頭的強(qiáng)度足夠。筒節(jié)的設(shè)計筒節(jié)材料采用和殼體一樣的Q345R。長度為217mm。厚度和殼體和封頭都等厚都是14mm。法蘭的選擇因為管箱的直徑為700，壓力為。根據(jù)文獻(xiàn)6，選擇長頸對焊法蘭，密封面凹面型式。即。螺柱規(guī)格為M24220-B，數(shù)量為28。材料為35CrMoA。側(cè)法蘭的設(shè)計該法蘭與浮頭蓋法蘭相連接由于內(nèi)徑不相等，該法蘭屬于非標(biāo)準(zhǔn)法蘭，按照文獻(xiàn)2

36、，確定該法蘭的步驟如下：1.1確定墊片壓緊力墊片選用纏繞墊片A-22-700-4.0，墊片外徑，墊片內(nèi)徑,厚度為4.5mm，m=2.5，y=69?；久芊鈱挾?（2-98）墊片的有效密封寬度 （2-99）墊片壓緊圓直徑 （2-100）預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力 （2-101）操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力 （2-102）1.2確定螺栓材料規(guī)格和數(shù)量由外頭蓋法蘭的設(shè)計可知，應(yīng)采用M24210-B，數(shù)量為28個，材料采用35CrMoA，假設(shè)法蘭名義厚度。操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 （2-103）預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 （2-104）常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力設(shè)計溫度下螺栓材料的許用應(yīng)力預(yù)

37、緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積 （2-105）操作狀態(tài)所需的螺栓面積 （2-106）所需螺栓面積取與的大值，所以=7737mm查文獻(xiàn)5得M24螺栓的小徑=23.752（mm）實際螺栓面積 （2-107）預(yù)緊狀態(tài)螺栓的設(shè)計載荷 （2-108）操作狀態(tài)下螺栓設(shè)計載荷 （2-109）2.1確定法蘭材料，密封面型式及結(jié)構(gòu)尺寸法蘭材料選用16Mn，密封面型式采用凸面密封，與外頭蓋法蘭相匹配。法蘭力臂由外頭蓋設(shè)計中查標(biāo)準(zhǔn)長頸對焊法蘭的螺栓分布圓直徑D=840.取法蘭頸部大端有效厚度。螺栓中心至法蘭頸部與法蘭背面交點的徑向距離 （2-110）螺栓中心至的作用位置處的徑向距離 （2-111）螺栓中心至的作用位置處

38、的徑向距離 （2-112）螺栓中心至作用位置處的徑向距離 （2-113）預(yù)緊狀態(tài)的法蘭力矩 （2-114）操作狀態(tài)的法蘭力矩 （2-115） （2-116） （2-117）設(shè)計溫度下法蘭材料的許用應(yīng)力常溫下法蘭材料的許用應(yīng)力法蘭設(shè)計力矩取 （2-118）和的大值所以取127067173Nmm側(cè)法蘭法蘭應(yīng)力取法蘭頸部小端有效厚度=40mm （2-119）取法蘭頸部高度h=50mm （2-120）查文獻(xiàn)2查文獻(xiàn)2圖9-3得整體法蘭系數(shù)參數(shù) （2-121）系數(shù) （2-122）式中為法蘭有效厚度 （2-123）文獻(xiàn)2表9系數(shù) （2-124）查文獻(xiàn)2圖94得參數(shù) （2-125）參數(shù) （2-126） （2

39、-127）（1） 軸向應(yīng)力 （2-128）（2） 徑向應(yīng)力 （2-129）（3） 環(huán)向應(yīng)力 （2-130）（4） 剪切力預(yù)緊狀態(tài)的剪切載荷W=2114385N操作狀態(tài)的剪切載荷W=1446872N剪切面積 （2-131）式中剪切面計算直徑剪切面計算高度預(yù)緊狀態(tài)剪應(yīng)力 （3-132）操作狀態(tài)剪應(yīng)力 （3-133）應(yīng)力校核設(shè)計溫度下圓筒材料的許用應(yīng)力（1）允許軸向應(yīng)力?。?）環(huán)向應(yīng)力（3）徑向應(yīng)力（4）組合應(yīng)力（3-134） （3-135）（5）剪應(yīng)力預(yù)緊狀態(tài)下，許用的剪應(yīng)力為由前面的計算得操作狀態(tài)下，許用的剪應(yīng)力為由前面的計算得結(jié)論：設(shè)計的法蘭在軸向應(yīng)力，徑向應(yīng)力，環(huán)向應(yīng)力，組合應(yīng)力及剪應(yīng)力均滿

40、足要求，所假設(shè)的法蘭名義厚度=85mm合理。因此，取側(cè)法蘭的名義厚度為85mm。支座的設(shè)計與選擇.1支座的選擇根據(jù)設(shè)計溫度和設(shè)計載荷以及臥式容器的特點選用鞍式支座，材料為Q235-B，墊板的材料選用與筒體相同的Q345R。根據(jù)筒體內(nèi)徑，按文獻(xiàn)4，對于選用重型鞍座，帶墊板，因為筒體內(nèi)徑為600mm，所以采用BI焊制，120包角，采用兩個鞍座，一個為固定鞍座BI600-F，一個為滑動鞍座BI600-S。h=300mm，質(zhì)量為29KG，允許載荷為165kN。經(jīng)計算，得到設(shè)備的充水質(zhì)量為3710KG，即遠(yuǎn)小于鞍座的允許載荷165kN，所以滿足要求。.2支座的布置根據(jù)文獻(xiàn)1中的對于，兩支座的間距所以選用，支座到筒體兩端的距離盡量等距。吊環(huán)螺釘?shù)脑O(shè)計為了便于裝拆管束，應(yīng)在浮頭式換熱器的固定管板上設(shè)置吊環(huán)螺釘，根據(jù)筒體身本的結(jié)構(gòu)和尺寸，采用一個M20，L=180mm的螺釘，材料選用20號鋼。圖6 吊環(huán)螺釘管板連接圖防沖板的設(shè)計在殼程的進(jìn)口處設(shè)置一個防沖板，材料用Q235-A，防沖板的邊長應(yīng)大于接管外徑50mm以上，所以取防沖板的邊長為200mm。防沖板的最小厚度，對于碳鋼，不得小于4.5mm，因此取=6mm。防沖板焊接在定距管上圖7 防沖板布置簡圖滑道的設(shè)計滑道焊在折流板或支持板的槽內(nèi)，在直徑方向高