雜醇油冷卻器-畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、 摘要換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器是化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有非常重要的地位。在化工生產(chǎn)中其可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。換熱器的種類很多，但是根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式上的不同基本可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。本設(shè)計(jì)綜合考慮了給定介質(zhì)的性質(zhì)、溫度、壓強(qiáng)等因素，最終選定了管殼式換熱器中的浮頭式換熱器。根據(jù)文獻(xiàn)資料GB150-1998鋼制壓力容器、GB151-1999管殼式換熱器和換熱器設(shè)計(jì)手冊等標(biāo)準(zhǔn)對浮頭式換熱器組成的各零部件結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)校核，其中最主要的部件包括了筒體、封頭、管

2、箱、鉤圈式浮頭以及鞍座等。在本設(shè)計(jì)中我細(xì)心的分析了其危險(xiǎn)截面的應(yīng)力并進(jìn)行了計(jì)算與校核，保證其在實(shí)際生產(chǎn)中的安全。同時(shí)結(jié)合所選定的材料和工作環(huán)境制定相應(yīng)的焊接工藝。關(guān)鍵詞: 管殼式換熱器 浮頭式換熱器 管板 管箱 管束 校核 浮頭法蘭AbstractHeat exchanger is the transmission of heat fluid to the cold fluid equipment. Heat exchanger is a general equipment, and played an important role in manufacture, which usually

3、used in Chemical, petroleum, power, food and many other industrial sectors, In the chemical production, it can be used as a heater, cooler, evaporator, condenser and reboiler. There are variety of heat exchangers, however, According to the thermal fluid heat, cold exchange principle and different mo

4、des, That basically can be divided into three categories: wall type, mixed type and regenerative type. The design consideration of the properties, temperature, pressure and other factors for a given medium, I select tubular heat exchanger and float head heat exchangers According to the standard of t

5、he literature GB150-1998Steel pressure vessel，GB151-1999Shell and tube type heat exchanger，heat exchanger design handbook, I design and check part of the structure and strength of the floating head heat exchanger, in which main components including cylinder, head, tube box, hook and loop type floati

6、ng head and saddle. In this design, I carefully analyzed the stress of dangerous section with the calculation and check, which to ensure the safety in production. At the same time , Combined with the selected materials and the working environment to develop the corresponding welding technology.Key w

7、ords: Tubular heat exchanger Float head heat exchangers Tube plate Tube box Pipe bundle check Floating head flange 目錄摘要1Abstract2第一章 緒論5第二章 工藝計(jì)算72.1設(shè)計(jì)內(nèi)容72.2介質(zhì)物性參數(shù)計(jì)算82.3確定設(shè)計(jì)方案82.3.1確定換熱器類型82.3.2換熱器液體流動(dòng)路徑選擇92.4計(jì)算傳熱面積92.4.1計(jì)算平均溫度差92.4.2估算總傳熱系數(shù)102.4.3初步計(jì)算總傳熱面積102.4.4換熱器型號的選擇112.5校核總傳熱系數(shù)112.6管程與殼程壓強(qiáng)降校核13

8、2.6.1管程壓強(qiáng)降Pi的檢驗(yàn)132.6.2殼程壓強(qiáng)降P0的檢驗(yàn)142.7殼程壓強(qiáng)降Pc的檢驗(yàn)15第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算163.1筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算163.1.1確定筒體材料163.1.2筒體厚度計(jì)算163.2管箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)193.2.1管箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)193.2.2管箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)193.3管箱封頭203.3.1管箱圓筒短節(jié)的計(jì)算203.3.2管箱封頭的選取203.3.3標(biāo)準(zhǔn)封頭壁厚計(jì)算213.3.4管箱應(yīng)力校核223.4管箱法蘭設(shè)計(jì)223.4.1法蘭的選擇223.4.2墊片的選用233.4.3螺柱螺母的選擇253.4.4管箱法蘭設(shè)計(jì)計(jì)算與校核263.5鉤圈式浮頭的設(shè)計(jì)323.5.1鉤圈式浮頭

9、的尺寸計(jì)算323.5.2浮頭蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算與應(yīng)力校核333.5.3浮頭鉤圈的設(shè)計(jì)計(jì)算423.6換熱管與管板的設(shè)計(jì)423.6.1換熱管的設(shè)計(jì)423.6.2換熱器管板的設(shè)計(jì)與應(yīng)力校核443.7外頭蓋的設(shè)計(jì)493.7.1外頭蓋側(cè)法蘭選用493.7.2外頭蓋法蘭的選用503.7.3外頭蓋墊片及其他部件513.7.4外頭蓋封頭的設(shè)計(jì)513.8開孔補(bǔ)強(qiáng)及校核513.8.1補(bǔ)強(qiáng)523.8.2筒體開孔補(bǔ)強(qiáng)523.8.3封頭開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算553.9其他部件設(shè)計(jì)55參考文獻(xiàn)62致謝63第一章 緒論充實(shí)并快樂的時(shí)光總是稍縱即逝！轉(zhuǎn)眼我們已經(jīng)即將畢業(yè)，在此感謝辛勤教導(dǎo)我們的各位老師和領(lǐng)導(dǎo)，祝你們以后的日子里身體康健一切順

10、利！大四的畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)校對我們大學(xué)四年學(xué)習(xí)的一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)，是對我們所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)際操作相結(jié)合的測試，是考驗(yàn)我們掌握理論與實(shí)際相結(jié)合設(shè)計(jì)制造的基本思路、方法與內(nèi)容，提高我們設(shè)計(jì)調(diào)研、文獻(xiàn)查閱、外文翻譯、方案論證、計(jì)算校核、手工繪圖、計(jì)算機(jī)繪圖及文件編制等基本技能。我本次設(shè)計(jì)的題目是雜醇油冷卻器，所謂的冷卻器也就是一種換熱器。在當(dāng)今這個(gè)能源匱乏的社會(huì)中能源是當(dāng)前人類面臨的重要問題之一,能源的開發(fā)、轉(zhuǎn)換及其能源的充分利用已成為各國的重要課題,而換熱器是能源利用過程中必不可少的設(shè)備,換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又可以稱為熱交換器。換熱器的應(yīng)用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪

11、機(jī)裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。換熱器是一種實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞的設(shè)備，是在石油、化工、石油化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)普遍應(yīng)用的一種工藝設(shè)備。此外，換熱器廣泛應(yīng)用于各種工況條件，高溫高壓，低溫低壓均可。換熱器的種類繁多，若按其形狀和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類可分為管式，板式和其他型式換熱器。而管式換熱器又可分為蛇管式換熱器、套管式換熱器、管殼式換熱器。在眾多類型的換熱器結(jié)構(gòu)中，管殼式換熱器是用得最為廣泛的一種換熱設(shè)備類型。我此次設(shè)計(jì)的冷卻器就是管殼式換熱器眾多種類中的一種，浮頭式換熱器，浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)不僅包括化工原理中的工藝計(jì)算，還包括機(jī)械設(shè)計(jì)零部件設(shè)計(jì)計(jì)算，以及機(jī)械制造中

12、制造工藝，公差與配合等方面的內(nèi)容，特別是工藝計(jì)算部分，多次應(yīng)用到試差法，既要滿足傳熱系數(shù)，傳熱面積方面要求，又要滿足允許阻力降要求，應(yīng)該說對我們的計(jì)算能力是非常好的鍛煉。主要包括它的方案選型，零部件的設(shè)計(jì)，附件的選擇和其制作等眾多內(nèi)容。浮頭式換熱器如圖1所示，浮頭式換熱器對固定管板式換熱器的缺陷上做了改進(jìn)，這類換熱器和管束對熱膨脹是自由的，浮頭端設(shè)計(jì)成可拆卸式，方便檢修、清洗，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，浮頭端小蓋在操作時(shí)無法知道泄漏情況，所以在安裝時(shí)要特別注意其密封情況。 圖1-1浮頭式換熱器我覺得十幾年的學(xué)習(xí)生涯讓我們變得失去了創(chuàng)造力與獨(dú)立完成任務(wù)的能力，我們更多的是只會(huì)紙上談兵，為了應(yīng)試教育而學(xué)習(xí)。大

13、四的畢業(yè)設(shè)計(jì)我想正是我們鍛煉理論聯(lián)系實(shí)際的一個(gè)契機(jī)，我會(huì)珍惜這次機(jī)會(huì)努力把這次設(shè)計(jì)做好，給我的大學(xué)生涯畫上圓滿的句號。第二章 工藝計(jì)算2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)工藝計(jì)算，合理確定介質(zhì)流向與和換熱管的結(jié)構(gòu)尺寸，如管殼程數(shù)、殼體及進(jìn)出口接管直徑，換熱管規(guī)格尺寸及數(shù)量，折流板排列形式及間距，管板直徑及管子排列方式等；并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)包括筒體、管箱、法蘭、浮頭蓋、管板、開口補(bǔ)強(qiáng)、支座等主要受壓部件與原件的選材，結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)，強(qiáng)度計(jì)算與校核。本次設(shè)計(jì)的是雜醇油冷卻器，冷卻器操作參數(shù)如下：表2-1 冷卻器操作參數(shù)循環(huán)水雜醇油設(shè)計(jì)壓力Mpa進(jìn)口溫度出口溫度流量kg/h出口溫度進(jìn)口溫度流量kg/hT1=30T2=

14、40100000T3=40T4=140250001.62.2介質(zhì)物性參數(shù)計(jì)算由化工原理P285，查得：循環(huán)水的定性溫度：Tmc=1/2(30+40)=35給出雜醇油液體的定性溫度：Tmh=1/2(140+40)=90在定性溫度下，得到流體物性如下表：表2-2定性溫度下流體物性參數(shù)密度kg/m3比熱容（Kj/kg·）粘度Pa·s導(dǎo)熱系數(shù)（W/(m·)）水9944.1870.727×10-30.626雜醇油8252.220.715×10-30.1402.3確定設(shè)計(jì)方案2.3.1確定換熱器類型大體選用管殼式換熱器。因?yàn)楣軞な綋Q熱器結(jié)構(gòu)較簡單，操作可靠

15、，單位體積具有的傳熱面積較傳熱效果較好，同時(shí)其制造材料范圍廣泛。管殼式換熱器中由于兩種流體的溫度不同，所以管程與殼程的溫度也不同，因此它們的膨脹程度也不同，若兩種流體溫差較大（50攝氏度以上）時(shí)，就可能由于熱應(yīng)力而引起設(shè)備變形甚至破裂，因此必須考慮這種膨脹的影響。同時(shí)根據(jù)熱補(bǔ)償方法的不同管殼式換熱器有以下分類，并且我們將在下面選出本次設(shè)計(jì)的換熱器種類。固定管板式換熱器：固定管板式即兩端管板與殼體連成一體，因此其具有結(jié)構(gòu)簡單造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn)。但是由于殼程不易檢修與清理，因此殼程流體應(yīng)是不易結(jié)垢的物料。當(dāng)兩種流體溫差較大時(shí)應(yīng)考慮熱補(bǔ)償。U形管換熱器：這種換熱器內(nèi)部管子彎成U形管子兩端固定在同一管板上

16、，因此每根管子可以自由伸縮，因此與其他管子與殼體無關(guān)。這種換熱器結(jié)構(gòu)也比較簡單，重量較輕，適用于高溫高壓的工作場合。但是其管內(nèi)清洗比較困難，所以管內(nèi)流體必須潔凈；且管子需要一定的彎曲半徑，故管板的利用率較差。浮頭式換熱器：這種換熱器兩端管板之一不與外殼固定連接，浮動(dòng)的一端稱為浮頭。當(dāng)管子受熱或受冷時(shí)，管束連同浮頭都可以自由伸縮，而與外殼的膨脹無關(guān)。浮頭式換熱器不但其本身可以補(bǔ)償熱膨脹，而且由于固定端的管板是以法蘭與殼體相連接的，因此管束可以從殼體中抽出，便于清洗和檢修，因此其應(yīng)用較廣泛。綜合以上幾種換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)以及工藝液體介質(zhì)的性質(zhì)因此選用浮頭式換熱器作為雜醇油的冷卻器。2.3.2換熱器液體

17、流動(dòng)路徑選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求，考慮到設(shè)計(jì)壓力、各液體溫度、介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)同時(shí)兩流體均不發(fā)生相變，確定雜醇油走殼程。由于水的粘性大，對流傳熱系數(shù)一般較大，容易結(jié)垢，為了以后方便清理換熱器和處理循環(huán)水，所以走管程。2.4計(jì)算傳熱面積2.4.1計(jì)算平均溫度差暫時(shí)按照單殼程，多管程進(jìn)行計(jì)算t1=T2-T1=40-30=10t2=T4-T3=140-40=100因t1t2=10100=0.10<2因此用對數(shù)平均溫度差來表示，逆流時(shí)平均溫度差為：tm=t2-t1lnt2t1=100-10ln10010=39則R=t2t1=10010=10P=T3-T1T4-T1=10110=0.091由P，R值查化

18、工原理P233對數(shù)平均溫度差校正系數(shù)圖4-19得溫度校正系數(shù)t=0.82所以tm=ttm=0.82×39=31.98，取整得322.4.2估算總傳熱系數(shù)根據(jù)冷卻器重介質(zhì)特性，查25換熱器設(shè)計(jì)手冊P105附錄2，可知總傳熱系數(shù)推薦值為279709W/(m2),初選總傳熱系數(shù)K選=300 W/(m2)。2.4.3初步計(jì)算總傳熱面積計(jì)算熱負(fù)荷Qh=WhCph(th1-th0)=25000×2.22×(140-40)=5.55×106KJ/h=1541.7KWQc=WCCpc(tci-tco)=100000×4.187×(40-30)=4.1

19、87×106KJ/h=1163.1KW因Qc<Qh，所以取Qh為總傳熱量。初算總傳熱面積So'=QKtm=1541.7×103300×39=131.76m2而為了保證其可靠性，一般應(yīng)使換熱器面積裕度大于15%-25%取S0=1.25×131.76=164.7m2。2.4.4換熱器型號的選擇由JB/T471592表1，P22選用25×2.5mm無縫鋼管，20鋼，流速為0.5m/s表2-3，P26選擇換熱器基本參數(shù)：型號說明:BES800-1.6-55-625-2表2-3換熱器基本參數(shù)筒體公稱直徑DN mm換熱管根數(shù)n中心排管數(shù)nc管

20、程流通面積m2800366150.0575筒公稱壓力Mpa換熱管長度L mm管程數(shù) N傳熱面積 m21.660002168.5管中心距 mm換熱管尺寸規(guī)格折流板間距B mm排列方式3225×2.5mm240正方形旋轉(zhuǎn)452.5校核總傳熱系數(shù)（1）管程對流傳熱系數(shù)i管程流體的流速：uc=wA=1360293600×994×0.0575=0.661m/s雷諾數(shù)：Rei=du=0.020×0.661×9940.000725=18125（湍流）普蘭特準(zhǔn)數(shù)：Pri=Cpiui=4.08×103×0.725×10-30.626

21、=4.73聯(lián)立：i=0.23idiReri0.8Pri0.4=0.023×0.6260.02×181250.8×4.730.4=3419W/(m2)1.52(2)殼程對流傳熱系數(shù)o由化工原理式4-77a計(jì)算0=0.360dedeuoCpo13(w)0.14取換熱器列管中心距t=32mm。則流體通過管間最大截面積為：A=hD1-dot=0.022×0.8×1-0.0250.032=0.042m2流速為：U0=wA=25000/(3600×825)0.042=0.2004m/sde=4（t2-4d02）d0=4×（0.0322-

22、4×0.0252）×0.025=0.022m雷諾數(shù)：Re=deuo=0.022×0.2004×8250.715×10-3=4625普蘭特準(zhǔn)數(shù)：Pro=CPOO=2.22×103×0.75×10-30.000715=11.35殼程中雜醇油被冷卻，取w0.14=1所以有：0=0.360dedeu0CPO13（w）0.14=0.36×0.1400.02×46250.55×11.341/3×0.95=587W/(m2)(3)總傳熱系數(shù)計(jì)算和校核 參考4換熱器設(shè)計(jì)手冊P105附錄1，知

23、道：管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻分別取為：Rsi=3.4394×10-4m2·/WRso=1.7197×10-4m2·/W又由碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)經(jīng)查表為：=45.02w/mk則傳熱系數(shù)為：K=110+Rso+bd0dm+Rsid0di+d0idi=11587+0.000172+0.0025×0.02545.02×0.0225+0.000344×2520+253419×20=354W/(m)由上則有KK選=354300=1.18在1.15-1.25范圍內(nèi)，符合要求。校核傳熱面積S計(jì)'=QKtm=1541.7×10

24、3354×31=136.1m2該換熱器實(shí)際換熱面積：Sp=d0LN-nc=3.14×0.025×6×366-15=165.321m2那么換熱器的面積為：=S0-SPSp=165.321-136.1136.1=21.5%此裕度在15%-25%之間，符合設(shè)計(jì)要求。2.6管程與殼程壓強(qiáng)降校核 2.6.1管程壓強(qiáng)降Pi的檢驗(yàn) 參考換熱器設(shè)計(jì)手冊P76頁知，管程壓強(qiáng)降：Pi=PL+PrFtNpNs+PnNs其中PL流體流經(jīng)直管因摩擦阻力引起的壓強(qiáng)降，單位Pa： Pr流體流經(jīng)回彎管因摩擦阻力引起的壓強(qiáng)降，單位Pa： Pn流體流經(jīng)管箱進(jìn)出口外力引起的壓強(qiáng)降，Pa： F

25、t結(jié)構(gòu)校正系數(shù)，無因次，對25×2.5mm管子，F(xiàn)t=1.4： Np管程數(shù)=2： Ns串聯(lián)的殼程數(shù)=1：管程流通面積A0=0.0575m2管程流速ui=VsAi=1360293600×994×0.0575=0.661m/s雷諾數(shù)Rei=diuii=0.02×0.661×9940.725×10-3=18425由化工原理知2000R<4000為層流，R4000為湍流。運(yùn)用顧毓珍公式得：c=0.1227+0.7543Re0.38=0.0304P1=cLdu22=0.0304×60.02×994×0.661

26、22=1980.41PaP2=3u22=3×994×0.66122=651.45Pa則Pc=1980.41+651.45×1.4×2×1=7369.21Pa<10kPa則管程壓強(qiáng)降符合設(shè)計(jì)要求。2.6.2殼程壓強(qiáng)降P0的檢驗(yàn) 參考4換熱器設(shè)計(jì)手冊P81頁運(yùn)用埃索法計(jì)算殼程壓強(qiáng)降：Ps=（P1+P2）FsNs其中：P1流體橫過官束的壓強(qiáng)降，PaP2 流體通過折流板缺口的壓強(qiáng)降，PaFs 殼程壓力降的結(jié)垢修正系數(shù)，對液體=1.15F管子排列方式對壓強(qiáng)降的修正系數(shù)，轉(zhuǎn)置正方形排列，F(xiàn)=0.4f0殼程流體摩擦系數(shù)，當(dāng)Re>500 時(shí)，f0=

27、5.0Re-0.228=0.73Nb 折流板數(shù)目nc 因?yàn)榘凑叫闻帕校詎c=15h折流板間距，取0.3m殼程流體面積:A0=hD-ncd0=0.3×0.8-15×0.025=0.042m2殼程流速:u0=VsA0=250003600×825×0.042=0.2004m/s雷諾數(shù):Reo=douo0=0.022×0.2004×8250.715×10-3=4625Reo=46254000,所以為湍流所以：P1=Ff0ncNb+1u022=0.5×0.73×24+1×825×0.200

28、422=2267.5PaP2=Nb3.5-2hDu022=24×3.5-2×0.240.8×825×0.200422=1159PaP0=2267.5+1159×1.15×1=3940.5Pa<10kPa所以殼程壓強(qiáng)降滿足設(shè)計(jì)要求。2.7殼程壓強(qiáng)降Pc的檢驗(yàn)1 熱流體側(cè)的壁溫tth=Tmh-Ktm1i+RSO=90-354×32×13419+0.000344=82.82 冷流體側(cè)的壁溫ttc=Tmc-Ktm10+Rsi=35+354×32×1587+0.000172=56.23 金屬壁的溫度

29、由公式：t0-tw10+Rso=tw-ti1i+Rsi代入數(shù)據(jù)得tw=48.9第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算3.1筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1.1確定筒體材料 、根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，設(shè)計(jì)壓力為1.6MPa 、設(shè)計(jì)溫度是換熱器在正常工作情況下，設(shè)定的元件金屬溫度，在任何情況下，金屬的表面溫度不得超過材料的允許使用溫度，設(shè)計(jì)溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)下可能達(dá)到的最高溫度，本設(shè)計(jì)中，介質(zhì)工作最高溫度為140，因此我們?nèi)≡O(shè)計(jì)溫度為t=150。 、選擇筒體材料 選擇筒體材料必須考慮筒體材料的經(jīng)濟(jì)型，實(shí)用性，以及材料本身的抗腐蝕性和機(jī)械加工性能等許多方面因素，在本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)壓力為1.6MPa，在設(shè)計(jì)方案中

30、已經(jīng)確定筒體材料為16MnR，采用鋼板卷制而成，16MnR鋼板標(biāo)準(zhǔn)為GB6654在設(shè)計(jì)溫度t=150時(shí)，查得16MnR的許用應(yīng)力為 =6-16mmb=510MPas=345MPat1=170MPa>16-36mmb=490MPas=325MPat1=163MPa>26-60b=470MPas=305MPat1=157MPa3.1.2筒體厚度計(jì)算=PcDi2t-Pc其中pc設(shè)計(jì)壓力，MPaDi殼體內(nèi)徑，mm計(jì)算厚度，mm焊接接頭系數(shù)t材料在設(shè)計(jì)溫度的許用應(yīng)力，MPa表3.1焊接接頭焊接接頭形式焊接接頭系數(shù)全部無損檢測局部無損檢測雙面焊對接接頭和相當(dāng)與雙面焊的全焊透對接接頭=1=0.8

31、5單面焊對接（沿焊接接頭根部全長有緊貼基本金屬墊片）=0.9=0.8 對于此浮頭式換熱器，根據(jù)其筒體內(nèi)直徑的范圍，采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透對接焊縫面焊，局部無損檢測，取 =0.85，假設(shè) =6-16mm，即 t1=170MPa=1.6×8002×170×0.85-1.6=4.45mm設(shè)計(jì)厚度d的確定，設(shè)計(jì)厚度是計(jì)算厚度與腐蝕余量C2之和，其中腐蝕余量C2的選擇根據(jù)GB151-1999的規(guī)定，其中對于主要元件腐蝕余量有以下幾條原則：、管板、浮頭法蘭、球形封頭和浮頭鉤圈兩面應(yīng)考慮腐蝕余量。、平蓋、凸形封頭、管箱和圓筒的內(nèi)表面應(yīng)考慮腐蝕余量。、管板和平蓋上開槽時(shí)

32、，可把高出隔板槽底面的金屬作為腐蝕余量，但當(dāng)腐蝕余量大于槽深時(shí)，還應(yīng)該加上兩者的差值。、壓力容器法蘭和管法蘭的內(nèi)直徑應(yīng)考慮腐蝕余量。、換熱管不考慮腐蝕余量。、拉桿、定距管、折流板和支持板等非受壓元件，一般不考慮腐蝕余量。鋼板的計(jì)算厚度：根據(jù)HG20580-1998的規(guī)定，一般的容器，換熱器等壽命不少于8年，而其腐蝕速率為0.13-0.25mm/a,本設(shè)計(jì)中取腐蝕余量C2=2mm。所以：計(jì)算厚度d=4.45+2=6.45mm鋼板的名義厚度：鋼板的厚度負(fù)偏差C1的選取，查HG20580-1998，對于GB6654-96的鋼板，對于所有厚度，其厚度負(fù)偏差為0mm，將6.45mm向上圓整且滿足于GB1

33、51-1999中浮頭式換熱器對于材料為低碳鋼和低合金鋼的最小厚度不小于10mm的規(guī)定，取其名義厚度為12mm，即n=12mm。鋼板的有效厚度：鋼板的有效厚度為其名義厚度減去腐蝕余量與鋼板厚度負(fù)偏差。則：e=n-C1-C2=12-0-2=10mm設(shè)計(jì)溫度下圓筒的計(jì)算應(yīng)力：t=Pc（Di+e）2e代入數(shù)據(jù)有：t=1.6×（800+10）2×10=64.8MPat 值應(yīng)該小于t即64.8MPa<170×0.85=144.5MPa，該圓筒滿足設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)溫度下圓筒的最大允許工作壓力Pw=2et（Di+e）=2×10×170×0.858

34、00+10=3.51MPa2.筒體水壓實(shí)驗(yàn)校核： 筒體水壓試驗(yàn)壓力Pt=1.25Pct 式中t取各元件許用應(yīng)力比的最小值，通過比較知，通體的應(yīng)力比最小，所以：Pt=1.25×1.6×170170=2MPa 根據(jù)GB151-1999 P14中規(guī)定，為使液壓試驗(yàn)時(shí)容器材料處于彈性狀態(tài)，在壓力試驗(yàn)前必須按下列式子校核試驗(yàn)時(shí)圓筒的薄膜應(yīng)力:T=pr(Di+e)2e0.9s 代入數(shù)據(jù)得：T=2×(800+10)20=81MPa81馬趴0.9×345×0.85=263.925MPa,水壓試驗(yàn)合格。所以可以確定殼體厚度為12mm。3.2管箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.1

35、管箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求并且綜合考慮適用性與經(jīng)濟(jì)性選用B型封頭管箱。3.2.2管箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 管箱圓筒短節(jié)的計(jì)算： 考慮介質(zhì)腐蝕性相同的原則，且對于同種材料易于焊接的特性，選擇管箱的材料也為16MnR，其厚度計(jì)算方法與筒體相同，此時(shí)16MnR的許用應(yīng)力值為t=170MPa，故在此設(shè)計(jì)溫度下，管箱短節(jié)的計(jì)算厚度為：1=1.6×8002×170×0.85-1.6=4.45mm 考慮腐蝕余量和最小厚度的要求，取名義厚度為n1=12mm。 多程管箱中，流經(jīng)相鄰兩管程間的最小流通面積大于或等于其中一程的管內(nèi)流通面積的1.3倍，管箱上各相鄰的焊縫間距離必須大于或等于4s且

36、大于或等于50mm。3.3管箱封頭 3.3.1管箱圓筒短節(jié)的計(jì)算考慮到介質(zhì)腐蝕性相同的原則，且對于同種材料易于焊接的特性，選擇管箱的材料為16MnR，厚度計(jì)算方法同筒體相同，但由于管程流體的最高工作溫度大于殼程流體的溫度140，因此設(shè)計(jì)溫度應(yīng)為t=150，此時(shí)16MnR的許用應(yīng)力值為t=170MPa，因此在此設(shè)計(jì)溫度下，管箱短節(jié)的計(jì)算厚度為：1=1.6×8002×170×0.85-1.6=4.45mm考慮到腐蝕余量和最小厚度要求，取名義厚度為n1=12mm 3.3.2管箱封頭的選取材料依然選擇16MnR，選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù)JB/T4737-95P3，選擇以內(nèi)

37、徑為基準(zhǔn)，類型代號為EHA，型式參數(shù)為：Di/2(H-h)=2。標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭是由半個(gè)橢球面和短圓筒組成。直邊段的作用是避免封頭和圓筒的連接焊縫處出現(xiàn)徑向曲率半徑突變，以改善焊縫的受力狀況。如圖2-3所示：圖3-1由JB/ T47462002鋼制壓力容器用封頭得：DN=800，總深度H=225mm,內(nèi)表面積A=0.7566 ，容積V=0.0796 ;由Di/2(H-h)=2及已知條件可算出：h=25mm標(biāo)記：EHA DN800×12-16MnR JB/t4746-2002 3.3.3標(biāo)準(zhǔn)封頭壁厚計(jì)算 根據(jù)GB1501999 中封頭得計(jì)算厚度按下式計(jì)算=KPCDI2t-0.5PC =1&

38、#215;1.6×8002×170×1.0-0.5×1.6=3.8mm式中：應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)K=1（采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭） 查JB/ T4706-2002,=1.0（100%無損檢測） 根據(jù)GB6654壓力容器用鋼板規(guī)定：對于16MnR鋼板可取厚度負(fù)偏差=0mm；在無特殊腐蝕情況下，對于碳素鋼和低合金鋼，腐蝕裕量不小于 1 mm取腐蝕裕量=2mm。厚度附加量C=+=0+2=2mm。 設(shè)計(jì)厚度名義厚度圓整后可取=12mm。檢查：=12mm時(shí)，t 無變化且滿足封頭選型時(shí)的假設(shè)，因此取封頭名義厚度=12mm滿足設(shè)計(jì)要求。筒體有效厚度由JB/ T4706-2002，附錄

39、B，表B-2， ，=12mm，Di=800mm查得封頭質(zhì)量M=71.5kg。最大允許壓力： Pw= 2etKDt+0.5e=4.2MPa厚度校核：3.3.4管箱應(yīng)力校核 取試驗(yàn)溫度為150，管箱材料為16MnR，鋼板標(biāo)準(zhǔn)GB6654，使用狀態(tài)：熱軋正火，查得=170Mpa。根據(jù)GB151-1999規(guī)定：水壓試驗(yàn)壓力按下式計(jì)算Pt=1.25Pt=1.25×1.6×170170=2MPa壓力試驗(yàn)時(shí)橢圓封頭的應(yīng)力為T=PTDi+0.5e2e=2×800+0.5×102×10=81MPa而；相比較因此滿足水壓試驗(yàn)的強(qiáng)度要求。3.4管箱法蘭設(shè)計(jì) 3.4.

40、1法蘭的選擇 由HG205831998鋼制壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定表，通常采用長頸對焊法蘭和平焊法蘭，我們選用長頸對焊法蘭（整體式），采用凹凸面連接，F(xiàn)M形式，其結(jié)構(gòu)圖如下：圖3-2 管箱法蘭結(jié)構(gòu)由DN=800mm，PN=1.6Mpa,可查得如下參數(shù)：表3-2 法蘭數(shù)據(jù)（單位：mm）H96091587686686348115haRd35211816261227對應(yīng)的螺柱規(guī)格M24，數(shù)量24，對接筒體最小厚度=10mm。由JB/T4700-2000，表2，法蘭選用鍛件16MnII,質(zhì)量為69.5kg。標(biāo)記：法蘭FM 6002.5/42110 JB/T4703-20003.4.2墊片的選用壓力容器法蘭

41、用密封墊片有3種.1.非金屬軟墊片 非金屬軟墊片指的是耐油石棉橡膠板(GB/T539-1995使用溫度<200)和石棉橡膠板(GB/T3985-1995,使用溫度<350),它們在3種類型的法蘭上均可應(yīng)用.但是如果是槽型密封面,由于這種墊片擠在槽中,更換困難,不宜使用.應(yīng)該指出,密封墊片的材質(zhì)與尺寸是確定螺柱和法蘭尺寸的計(jì)算基礎(chǔ),所以在按法蘭標(biāo)準(zhǔn)選用法蘭時(shí),還應(yīng)按相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)確定相應(yīng)的墊片尺寸.2.纏繞式墊片 這種墊片是用0.8F,0C r13或0Cr18Ni9等鋼帶與石棉或聚四氟乙烯等填充帶相間纏卷而成。為防止松散，把金屬帶的始端及末端焊勞。為了增大墊片的彈性和回彈性，金屬帶與非金

42、屬填充帶均軋制成波形，有四種結(jié)構(gòu)形式： A型-又稱基本型，不帶加強(qiáng)環(huán)，用于槽密封面； B型-帶內(nèi)加強(qiáng)環(huán)，用于凹凸密封面； C型-帶外加強(qiáng)環(huán)，用于平面密封面； D型-內(nèi)外均有加強(qiáng)環(huán)，用于平面密封面。由JB/T4700-2000，表2，選用纏繞墊片，種類為特制石棉填充帶；查JB/T4705-2000，表1，有0Cr13,代號為5；由JB/T4705-2000，表4，當(dāng)DN=800mm，PN=1.6Mpa，查得D=865,d=825； 由JB/T4705-2000，圖1，墊片的厚度為4.5mm，見下圖：圖2-3 管箱纏繞墊片查GB150-1998，表9-2，查得：墊片系數(shù)m=3.0，比壓力y=69M

43、Pa；選管箱墊片與管箱側(cè)墊片一致。標(biāo)記：墊片 B518001.6 JB/T4705-20003.4.3螺柱螺母的選擇這種連接適用于結(jié)構(gòu)上不能采用螺栓連接的場合，例如被連接件之一太厚不宜制成通孔，材料又比較軟（例如用鋁鎂合金制造的殼體），且需要經(jīng)常拆裝時(shí)，往往采用雙頭螺柱連接。顯然，拆卸這種連接時(shí)，不用拆下螺柱。壓力容器法蘭用的雙頭螺柱有A型和B型兩種，A型螺柱無螺紋部分的直徑等于螺紋外徑，B型螺柱無螺紋部分直徑等于根徑，且中間無螺紋部分與螺紋段之間要有過渡圓弧。 A型與B型的兩種螺柱選用原則如下。在法蘭連接中，法蘭和殼體是焊在一起的，在安裝時(shí)，法蘭與螺柱的溫度相同，操作時(shí)法蘭隨殼體溫度有所升高

44、，在通常情況下法蘭的溫升值往往大于螺柱的溫升值，于是法蘭沿其厚度方向的熱變形將大于螺柱的熱伸長量，由于法蘭盤在沿起厚度方向的剛度遠(yuǎn)大于螺柱，所以在容器操作時(shí)，可以認(rèn)為螺柱（兩個(gè)螺母間）根本限制不了法蘭的厚度，反過來倒是法蘭強(qiáng)迫螺柱在其熱伸長之外，還要產(chǎn)生一定量的彈性變形，于是法蘭的熱變形與螺栓熱變形之差就是螺栓附加的彈性變形。A型雙頭螺柱，只在兩端車有螺紋2，中間螺桿部分的直徑等于螺紋外徑。就普通螺紋來說，螺紋外徑橫截面積與螺紋根部面積之比大約為1.481.31可以看出，采用A型螺柱，其危險(xiǎn)截面上的附加熱應(yīng)力要比B型螺柱上的附加熱應(yīng)力值大。所以當(dāng)法蘭與螺柱間在工作狀態(tài)下溫差較大時(shí)，應(yīng)選用B型螺

45、柱。選用等長雙頭螺柱，由JB/T4700-2000，表2，螺柱材料選用40Cr，螺母材料選用45鋼。由JB/T4707-2000，表1，選用B型螺柱M24，d=24，=24，=60，C=3，r=6，見下圖：圖2-4 等長雙頭螺柱3.4.4管箱法蘭設(shè)計(jì)計(jì)算與校核設(shè)計(jì)條件：設(shè)計(jì)壓力P=1.6MPa，設(shè)計(jì)溫度t=1501. 墊片計(jì)算（參見GB150-1998，）A 墊片有效寬度： 由GB150-1998，表9-1，得：墊片的接觸寬度:N=D-d2=865-8252=20mm墊片的基本密封寬度：b0=N2=10>6.4mm墊片的有效密封寬度: b=2.53b0=8.00mm B 墊片壓緊力作用中

46、心圓直徑：由GB150-1998，圖9-1所示活套法蘭，墊片壓緊力作用中心圓直徑即是法蘭與翻邊面的平均直徑。當(dāng)>6.4時(shí)，等于墊片接觸的外徑減去2b，DG=D-2b=865-2×8.00=849mm C 墊片壓緊力，由GB150-98知： 預(yù)緊狀態(tài)需要的最小墊片壓： FG=FA=3.14DGby=3.14×849×8×69=14.72×105N 操作狀態(tài)需要的最小墊片壓緊力：FG=Fp=6.28DGbmPC=6.28×849×8×3×1.6=2.05×105N2.螺栓計(jì)算（參見GB150-

47、1998，）常見的普通螺栓連接是在被連接件上開通孔，插入螺栓后在螺栓的另一端擰上螺母。這種連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是被連接件上的通孔和螺栓桿間留有間隙，通孔的加工精度要求低，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，使用時(shí)不受被連接件材料的限制，因此應(yīng)用極廣?？缀吐菟U多采用基孔制過度配合。這種連接能精確固定被連接件的相對位置，并能承受橫向載荷，但孔的加工精度要求較高。 對于受拉螺栓，其主要的破壞形式是螺栓桿螺紋部分發(fā)生斷裂，因而其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是保證螺栓的精力或疲勞拉伸強(qiáng)度；對于受剪螺栓，其主要的破壞形式是螺栓桿和孔壁的貼和面上出現(xiàn)壓潰或螺栓桿被剪斷，其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是保證連接的擠壓強(qiáng)度和螺栓的剪切強(qiáng)度，其中連接的擠壓強(qiáng)度對連接的可靠

48、性起決定作用。 螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算，首先是根據(jù)連接的類型，連接的裝配情況，載荷狀態(tài)等情況，確定螺栓的受力；然后按相應(yīng)的強(qiáng)度條件計(jì)算螺栓危險(xiǎn)截面的直徑或校核其強(qiáng)度。螺栓的其他部分和螺母，墊圈的結(jié)構(gòu)尺寸，是根據(jù)等強(qiáng)度條件及使用經(jīng)驗(yàn)規(guī)定的，通常都不需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，可按照螺栓螺紋的公稱直徑由標(biāo)準(zhǔn)中選定。螺栓設(shè)計(jì)如下： 螺栓載荷a.預(yù)緊狀態(tài)需要的最小螺栓載荷：Wa=3.14DGby=3.14×849×8×69=14.72×105Nb操作狀態(tài)需要的最小螺栓載荷：Wp=0.785DG2+6.28DGbmpc =0.785×8492×1.6+6.2

49、8×849×8×3×1.6 =11.1×105N 螺栓面積a.預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小面積： 常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力，查GB150-1998表4-7，對于40Cr，鋼材標(biāo)準(zhǔn)GB3077，使用狀態(tài)調(diào)質(zhì)，=212Mpa； 設(shè)計(jì)溫度150下螺栓材料的許用應(yīng)力=183Mpa，則預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小面積 Aa=Wab=Aa=14.7×105212=6943.40mm2 b操作狀態(tài)下需要的最小面積：Ap=Wpbt=11.1×105183=6065.57mm2c需要的螺栓面積： max ，=6943.40 d實(shí)際的螺栓面積： 故滿足設(shè)計(jì)要求

50、。螺栓設(shè)計(jì)載荷a預(yù)緊狀態(tài)螺栓設(shè)計(jì)載荷 b操作狀態(tài)螺栓設(shè)計(jì)載荷： 3.受內(nèi)壓管箱法蘭計(jì)算及校核（參見GB150-1998，）法蘭力矩：a. 預(yù)緊狀態(tài)下的法蘭力矩：力臂 其中，螺栓中心圓直徑=915mm則b.操作狀態(tài)下的法蘭力矩： 由GB150-1998表9-4，得 ； 其中螺栓中心法蘭頸部與法蘭背面交點(diǎn)的徑向距離，即 =915-800-16=99mm 那么作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力：流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭截面上的流體壓力引起的軸向力之差： 故： 法蘭設(shè)計(jì)力矩 常溫下法蘭材料許用應(yīng)力；設(shè)計(jì)溫度下法蘭材料許用應(yīng)力；查GB150-1998，表9-5,法蘭材料為16Mn，設(shè)計(jì)

51、溫度為150，則=150 Mpa，=152Mpa。 法蘭應(yīng)力（整體法蘭） a軸向應(yīng)力 其中: 法蘭頸部最小端有效厚度法蘭頸部最大端有效厚度法蘭頸部高度，參數(shù)法蘭頸部有效厚度=48mm ； ； 由GB150-1998，圖9-7，得： 由K=1.226，在GB150-98查表9-5，得：表3-3 U1.84 5.55 10.75 11.81由GB150-1998，圖9-3，得：整體法蘭系數(shù) 則：由GB150-1998，圖9-4，得：整體法蘭系數(shù) 則，參數(shù) b徑向應(yīng)力 法蘭有效厚度： c切向應(yīng)力 應(yīng)力校核a 軸向應(yīng)力 其中：設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料許用應(yīng)力=170Mpa;則: ，符合設(shè)計(jì)要求。b 徑向應(yīng)力

52、，符合設(shè)計(jì)要求。c 切向應(yīng)力，符合設(shè)計(jì)要求d 組合應(yīng)力 符合選用要求。綜上所述，管箱法蘭設(shè)計(jì)符合要求。3.5鉤圈式浮頭的設(shè)計(jì)3.5.1鉤圈式浮頭的尺寸計(jì)算浮頭蓋的計(jì)算包括球冠形封頭、浮頭法蘭的計(jì)算，且應(yīng)分別按管程壓力Pt作用和殼程壓力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，在浮頭式換熱器中的浮頭，一般采用鉤圈式浮頭，浮頭鉤圈采用剖開型式，這樣便于裝拆，在設(shè)計(jì)浮頭蓋前，我們應(yīng)詳細(xì)了解和計(jì)算鉤圈式浮頭的結(jié)構(gòu)和尺寸，詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖3-7所示圖3-5 B型鉤圈式浮頭的圖3-5 B型鉤圈式浮頭-按GB151-1998 5.6.3.3的規(guī)定見圖3-8查，表14，取b=4mm；查表15，取墊片

53、寬度，；則；C-安裝及擰緊浮頭螺母所需空間尺寸，應(yīng)考慮在各種情況熱膨脹量，宜不小于60mm。c=80mm-浮頭法蘭和鉤圈的內(nèi)直徑 Dfi=Di-2(b1+bn)=800-2×（5+13）=764mm -浮頭法蘭和鉤圈的外直徑, Df0=Di+80=800+80=880 mm -布管限定圓直徑, 按GB151-1998 5.6.3.3確定表13，對于浮頭式有：Dl=Di-2(b1+b2+b)=800-2×（5+14.5+4）=753mm-外頭蓋內(nèi)直徑D=Di+100=800+100=900mm-浮動(dòng)管板外直徑 D0=Di-2=800-2×5=790mm3.5.2浮頭蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算與應(yīng)力校核各符號及取值-螺栓中心圓直徑.mm 查GB150-1998表9-3 Db=-法蘭外直徑,為880mm- 墊片壓緊力作用中心圓直徑-法蘭內(nèi)直徑,為764mm-作用在法蘭環(huán)側(cè)封頭壓力載荷引起的軸向分力-作用在法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)