200號油換熱器設(shè)計(jì)說明

1、 . 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文)200號油換熱器設(shè)計(jì)Design of 200 # Oil Heat Exchanger 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071 學(xué)生：學(xué) 號：指導(dǎo)教師：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要200號油換熱器設(shè)計(jì)摘 要：本設(shè)計(jì)說明書是關(guān)于PN1.3DN500浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)，主要是進(jìn)行了換換熱器的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)的容主要是根據(jù)已經(jīng)選定的換熱器型式進(jìn)行設(shè)備各零部件（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、開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算等。最后設(shè)計(jì)結(jié)果可通過3

2、圖表現(xiàn)出來。關(guān)鍵詞： 浮頭式換熱器；管板；浮頭蓋；浮頭法蘭畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要Design of 200 # oil heat exchangerAbstract:The design manual is about the PN1.3DN500 floating head heat exchanger, which included technology calculate of heat exchanger, the structure and intensity of heat exchanger.The Main design is about the structure and

3、intensity of the design. This part is just on the selected type of heat exchanger to design the heat exchangers components and parts ,such as vesting ,baffled plates, the distance control tube, circle hook, tube boxes. This part of design mainly include：the choice of materials，identify specific size

4、, identify specific location, the thickness calculation of tube sheet, the thickness calculation of floating head planting and floating head flange, the opening reinforcement calculation etc. In the end, the final design results through three maps to display.Key word: floating head heat exchanger;tu

5、be sheet; floating head planting; floating head flange目 錄1緒論11.1換熱器的應(yīng)用11.2換熱器的主要分類21.3管殼式換熱器特殊結(jié)構(gòu)42換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算42.1殼體與管箱厚度的確定52.2接管的選取62.3開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算72.4水壓試驗(yàn)92.5換熱管92.6管板設(shè)計(jì)112.7折流板162.8拉桿與定距管172.9防沖板182.10保溫層182.11法蘭與墊片182.12鉤圈式浮頭202.13分程隔板262.14鞍座263換熱器的腐蝕、制造與檢驗(yàn)283.1換熱管的腐蝕283.2換熱器的制造與檢驗(yàn)29結(jié)論32致33參考文獻(xiàn)3430

6、/ 352.1殼體與管箱厚度的確定2.1.1 殼體和管箱材料的選擇由于所設(shè)計(jì)的換熱器屬于常規(guī)容器，并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Q345R為殼體與管箱的材料。Q345R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)于一樣含碳量的碳素鋼，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。2.1.2 圓筒殼體厚度的計(jì)算焊接方式：選為單面焊對接接頭，局部無損探傷，故焊接系數(shù)；根據(jù)GB713鍋爐與壓力容器專用鋼板，Q345R鋼板的。假設(shè)材料的許用應(yīng)力MPa（厚度為616mm時(shí)），已知條件：管程：水，工作

7、壓力1.0MPa，工作溫度2535；殼程：200號油，工作壓力1.25MPa，工作溫度8040。設(shè)計(jì)條件的確定設(shè)計(jì)壓力：管程為1.3MPa，殼程為1.3 MPa.設(shè)計(jì)溫度：管程為50，殼程為90 。Pc=1.3+Pl=1.3 MPa殼體計(jì)算厚度按下式計(jì)算為：；設(shè)計(jì)厚度；名義厚度（其中為向上圓整量）；查其最小厚度為8mm，則此時(shí)厚度滿足要求，且經(jīng)檢查，沒有變化，故合適。考慮到后面法蘭選取要求殼體最小厚度為10，因此選10mm更合適。2.1.3 管箱厚度計(jì)算管箱由兩部分組成：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)算分開計(jì)算。2.1.3.1 前端管箱厚度計(jì)

8、算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。其計(jì)算壓力Pc=Pd+Pl此時(shí)選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故，且同上，則封頭計(jì)算厚度為：忽略。設(shè)計(jì)厚度：名義厚度：（為向上圓整量）；經(jīng)檢查，沒有變化，故合適查/T47462002鋼制壓力容器用封頭可得封頭的型號參數(shù)如下：表2-1 DN500標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù)DN(mm)總深度H(mm)表面積A()容積(m3) 封頭質(zhì)量（）5001650.3340.02427短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為10mm。2.1.3.2 后端管箱厚度計(jì)算由于是浮頭式換熱器設(shè)計(jì)，因此其后端管箱是浮頭管箱，又可稱外頭蓋。外頭蓋的

9、直徑為600mm，這可在“浮頭蓋計(jì)算”部分看到。選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故，且同上，則計(jì)算厚度為：；（pl忽略）設(shè)計(jì)厚度；名義厚度（為向上圓整量）；經(jīng)檢查，沒有變化，故合適。查/T47462002鋼制壓力容器用封頭可得封頭的型號參數(shù)如下：表2-2 DN600標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù)DN(mm)總深度H(mm)表面積A()容積(m3) 封頭質(zhì)量（）6001900.4660.04038短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為10mm。2.2接管的選取循環(huán)水進(jìn)口與出口選用無縫鋼管尺寸為1686，材料為16Mn。200號油進(jìn)口與出口選用無縫鋼管尺寸為2196材料為16Mn。排氣口與排液口選用無縫鋼管尺寸為253材料為 1

10、6Mn。2.3開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算在該臺浮頭式換熱器上，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孔。開孔之后，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，會產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，會給換熱器的安全操作帶來隱患。因此此時(shí)應(yīng)進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算。按照GB150規(guī)定，當(dāng)在設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5MPa的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑小于或等于89mm時(shí)，只要接管最小厚度滿足下表2-3要求，就可以不另行補(bǔ)強(qiáng)。表2-3接管外壁最小厚度接管外徑253238454857657689最小厚度

11、3.54.05.06.0按照以上規(guī)定，循環(huán)水進(jìn)口與出口與200號油進(jìn)口與出口都需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算a.對于受壓的圓筒或球殼，b.對于受外壓的圓筒和球殼，A開孔削弱做需要的補(bǔ)強(qiáng)面積，開孔直徑，殼體開孔處的計(jì)算厚度，接管有效厚度，強(qiáng)度削弱系數(shù)，等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比。2.3.1 殼體上開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算2.3.1.1 補(bǔ)強(qiáng)與補(bǔ)強(qiáng)方法判別：200號油進(jìn)口與出口補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。2.3.1.2 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算：強(qiáng)度削弱系數(shù)接管有效厚度開孔直徑開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按下式計(jì)算：2.3.1.3 有效補(bǔ)強(qiáng)圍有效寬度B：有效高度：（a）外側(cè)有效高度為：（b）側(cè)有效高度為：2.3.1

12、.4 有效補(bǔ)強(qiáng)面積殼體多余金屬面積： 殼體有效厚度：則多余的金屬面積為：； 接管多余金屬面積：接管計(jì)算厚度： 接管多余金屬面積A2：接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為6mm）：有效補(bǔ)強(qiáng)面積：可知 該接管補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度足夠，不需另外設(shè)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)該設(shè)備最大接管的公稱直徑為200mm，此接管不需另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，那么其他的也不需另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)了。2.4水壓試驗(yàn)設(shè)試驗(yàn)溫度為常溫，根據(jù)GB150規(guī)定，則有則校核水壓試驗(yàn)時(shí)圓筒的薄膜壓力：滿足條件。2.5換熱管換熱管的規(guī)格為，材料選為20鋼。2.5.1 換熱管的排列方式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。各種排列方式都有其各自的特點(diǎn)：正三角形

13、排列：排列緊湊，管外流體湍流程度高在同樣的管板面積上可排列最多的管數(shù)，應(yīng)用最為普遍；正方形排列：易清洗，但給熱效果較差；正方形錯(cuò)列：可以提高給熱系數(shù)。各排列如圖2-1所示圖2-1在此，選擇正三角形排列，主要是考慮同樣的管板面積上可排列最多的管數(shù)。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，故相鄰兩管間的凈空距離（S-d）不宜小于6mm。2.5.2 布管限定圓布管限定圓為管束最外層換熱管中心圓直徑，浮頭式換熱器的其由下式確定：查GB151-1999可知，取b=4.5，b1=4，bn=32，故b2= bn+1

14、.5=33.5，則。2.5.3 排管排管時(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。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（0.51.5）圍。多管程換熱器其各程管數(shù)應(yīng)盡量相等，其相對誤差應(yīng)控制在10%以，最大不能超過20%。相對誤差計(jì)算：其中：各程的平均管數(shù)；各程中最小或最大的管數(shù)。 實(shí)際排管后發(fā)現(xiàn)，每個(gè)管程的布管數(shù)目分別是33，26，26，33，而各管程的平均管數(shù)為29.5，因此可知各程管數(shù)的相對誤差是：2.5.4 換熱管束的分程在這里首先要先提到管箱。管箱作用是把從管道輸送來的流體均勻地分布到換熱管和把管流體匯集在一起送出換熱器，在多管程換熱器

15、中管箱還起改變流體流向的作用。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。而對于換熱管束的分程，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殘液放盡。2.5.5 換熱管與管板的連接換熱管與管板的連接方式有強(qiáng)度焊、強(qiáng)度脹以與脹焊并用。強(qiáng)度脹接主要適用于設(shè)計(jì)壓力4.0MPa；設(shè)計(jì)溫度300；操作中無劇烈振動、無過大的溫度波動與無明顯應(yīng)力腐蝕等場合。除了有較大振動與有縫隙腐蝕的場合，強(qiáng)度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何場合。脹焊并用主要用于密封性能要求較高；承受振動和疲勞載荷；有縫隙腐蝕；需采用復(fù)合管板等的場合。在此，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度與操作狀況選擇換熱管與管板的

16、連接方式為強(qiáng)度焊加貼脹,即脹焊并用。這是因?yàn)槠浜附咏Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)，在高溫高壓下也能保證連接處的密封性能和抗拉脫能力。2.6管板設(shè)計(jì)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、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Q345R整體管板。2.6.1 管板與殼體的連接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。2.6.2 管板計(jì)算符號說明：在布管區(qū)圍，因設(shè)置隔板槽和拉桿結(jié)構(gòu)的需要，而未能被

17、換熱管支承的面積，對正三角形排列，；隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)；換熱管中心距；隔板槽兩側(cè)鄰管的中心距；管板布管區(qū)面積，；對多管程正三角形排列換熱器，；管板布管區(qū)開孔后的面積，；一根換熱管管壁金屬的橫截面積，；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，故管板布管區(qū)當(dāng)量直徑，；換熱管外徑，；設(shè)計(jì)溫度時(shí)，管板材料的彈性模量，MPa；設(shè)計(jì)溫度時(shí)，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)

18、；無量綱壓力，；當(dāng)量壓力組合；MPa；管板設(shè)計(jì)壓力，MPa；殼程設(shè)計(jì)壓力，MPa；管程設(shè)計(jì)壓力，MPa；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(jì)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)，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；設(shè)計(jì)溫度時(shí)，管板材料的許用應(yīng)力，MPa；設(shè)計(jì)溫度時(shí)，換熱管材料的許用應(yīng)力，MPa；管板厚度計(jì)算過程如下：2.6.2.1管板名義厚度計(jì)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(jì)算出，暫估算管板厚度為40mm進(jìn)行試算，待管板厚度算出再用有效長度核

19、算。；當(dāng)中的的計(jì)算如下：查GB151-1999可知，則，同時(shí)由于前面換熱管的材料選為Q345鋼，故，由于此時(shí)不能保證與在任何時(shí)候都同時(shí)作用，則??；故，故；根據(jù)=2.33和查GB151圖可知，則管板計(jì)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(shí)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=2.32，查圖可知，則，。2.6.2.2 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(jì)算：殼程設(shè)計(jì)壓力，管程設(shè)計(jì)壓力：明顯地，；管程設(shè)

20、計(jì)壓力，殼程設(shè)計(jì)壓力：；明顯地，殼程設(shè)計(jì)壓力與管程設(shè)計(jì)壓力同時(shí)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2.6.2.3 換熱管與管板連接拉脫力式中，其中：換熱管最小伸出長度，查GB151-1999可知最小坡口深度，許用拉脫力明顯地，。2.6.3 管板重量計(jì)算管板有固定管板以與活動管板，兩者的重量計(jì)算分別如下所示：2.6.3.1 固定管板重量計(jì)算2.6.3.2 活動管板重量計(jì)算：2.7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(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。常見的折流板形式為弓

21、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。2.7.1 折流板的型式和尺寸此時(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，增大傳熱膜系數(shù)。為方便選材，可選折流板的材料選為Q345R，查GB151可知，弓形缺口高度為150mm，折流板間距為150mm，數(shù)量為33塊，查GB151-1999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。2.7.2 折流板排列該臺換熱器折流板排列示意圖如下所示：圖

22、2-2折流板排列示意圖2.7.3 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：；兩相鄰折流板的間距取150mm。2.7.4 折流板重量計(jì)算符號說明如下：折流板質(zhì)量，kg；折流板外圓直徑，；折流板切去部分的弓形面積，系數(shù)，由查表求取；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(jì)算過程如下：，查得2.8拉桿與定距管2.8.1 拉桿的結(jié)構(gòu)形式常用拉桿的形式有兩種：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）；拉桿與

23、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，；當(dāng)管板比較薄時(shí)，也可采用其他的連接結(jié)構(gòu)。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)。2.8.2 拉桿的直徑、數(shù)量與布置拉桿的形式見圖2-3圖2-3拉桿詳圖其具體尺寸如表2-4所示表2-4 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1616206024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)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)。對于本臺換熱器拉桿的布置可參照零件圖。2.8.3 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

24、。本臺換熱器定距管的布置可以參照部件圖。2.9防沖板當(dāng)管程采用軸向人口接管或換熱器管流體速度超過3m/s時(shí)，應(yīng)設(shè)置防沖板，以減小流體的不均勻分布和換熱管端的沖蝕。由于以知條件中沒給出流速，為安全起見，設(shè)置防沖板，材料為Q235A，查GB151可知，防沖板厚度碳鋼最小為4.5mm，則在本設(shè)計(jì)中取6mm.2.10保溫層根據(jù)設(shè)計(jì)溫度選保溫層材料為巖棉。保溫層厚度為60mm。2.11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、浮頭蓋法蘭以與接管法蘭，另浮頭蓋法蘭將在下節(jié)進(jìn)行計(jì)算，在此不作討論。墊片則包括了管箱墊片和外頭蓋墊片。2.11.1固定端的殼體法蘭、管箱法蘭與管箱墊

25、片（1） 查4703-92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，凹面密封面，材料為鍛件16Mn，其具體尺寸見相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。（2）此時(shí)查4706-92壓力容器法蘭，根據(jù)設(shè)計(jì)溫度可選擇墊片型式為纏繞式墊片，材料為0Cr19Ni9，其標(biāo)志為：G13-500-1.6-4B2.11.2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4700-2000壓力容器法蘭可知其具體尺寸如下所示：（單位為mm）。表2-5 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6007407006656556524

26、410025171412221223M202810（2）外頭蓋側(cè)法蘭選用凸密封面，材料為鍛件16Mn如圖2-4所示，圖2-4法蘭詳圖查/4721-92可知其具體尺寸如下表：表2-6 外頭蓋側(cè)法蘭尺寸DN法蘭螺柱對接筒體最小厚度DD1D2D3D4Hha1Rd規(guī)格數(shù)量50074070066565565242100361412241223M20288（3）查/T4719-92選外頭蓋墊片的型式為纏繞式墊片，其外徑D為664mm，徑d為622mm且查/T4719-92也選浮頭墊片的型式為纏繞式墊片，則其外徑D為492mm，徑d為472mm，兩者材料均為0Cr19Ni9。2.11.3 接管法蘭型式與尺寸

27、根據(jù)接管的公稱直徑，公稱壓力可查HG205922063597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，如圖2-5所示圖2-5帶頸對焊鋼制管法蘭其具體尺寸如表2-7所示： （單位為）表2-7 帶頸對焊鋼制管法蘭公稱通徑DN鋼管外徑（法蘭焊端外徑）A1連接尺寸法蘭厚度C法蘭頸法蘭高度H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ThA150159340240228M20241841844.5128559.132002192852952212M20242342346.31686211.82.12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

28、細(xì)結(jié)構(gòu)如圖2-6所示，而浮頭蓋采用了球冠形封頭。圖2-6 B型鉤圈式浮頭詳圖2.12.1 浮頭蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算球冠形封頭、浮頭法蘭應(yīng)分別按管程壓力作用下和殼程壓力作用下進(jìn)行壓和外壓的設(shè)計(jì)計(jì)算，取其大者為計(jì)算厚度。 符號說明如下：換熱器圓筒直徑，mm；浮頭法蘭與鉤圈的直徑，mm；浮頭法蘭與鉤圈的外直徑，mm，mm；外頭蓋直徑，mm，mm；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)側(cè)封頭壓力載荷引起的軸向分力，N；作用在法蘭環(huán)側(cè)封頭壓力載荷引起的徑向分力，N；計(jì)算壓力，MPa；分別取管程壓力（壓）和殼程壓力（外壓）；封頭球面半徑，mm；按GB151

29、表46選取mm；螺栓中心至法蘭環(huán)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(jì)算厚度，mm；球冠形封頭的名義厚度，mm；封頭材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa；焊接接頭系數(shù)。2.12.1.1管程壓力作用下（壓）浮頭蓋的計(jì)算：（1）球冠形封頭計(jì)算厚度按下式計(jì)算：；為方便選材，故可將浮頭蓋的材料選擇為Q345R，故=170MPa，選擇為雙面焊對接接頭，局部無損探傷，故，則。（2）浮頭法蘭計(jì)算厚度計(jì)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20，則可通過計(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

30、為M20的螺柱，其根徑為17.35mm。關(guān)于浮頭法蘭厚度的計(jì)算按GB151-1999的格式制作成一表格，這樣比較清晰明了，具體如下表所示：設(shè)計(jì)條件: 墊片與螺栓,墊片材料為0Cr19Ni9,外徑x徑x厚度=492x472x3查GB150可知其N=10mm,b=5mm,y=62.1MPa,m=3.7,法蘭材料選用16Mn，常溫下的許用應(yīng)力為，設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力為。各字母所表示的意義見圖2-7圖2-7由GB151可得螺栓材料為40MnB,數(shù)量n=20。此材料在常溫下的許用應(yīng)力，設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，則或（取兩者中較大值）=2397.9操作情況下法蘭的受力：力臂力矩力臂力矩力臂力矩力臂力矩操作情況

31、下法蘭總力矩：預(yù)緊螺栓時(shí)法蘭的受力：力臂力矩操作狀態(tài)：預(yù)緊狀態(tài)：則法蘭厚度操作狀態(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。2.12.1.2 殼程壓力作用下（外壓）浮頭蓋的計(jì)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(jì)算，即將球冠形封頭當(dāng)作球殼進(jìn)行計(jì)算，具體過程如下：假設(shè)，腐蝕裕量，則；，故；所以；查GB150可知，此時(shí)許用外壓力為：，故肯定滿足條件，還可取薄點(diǎn)，但為取材方便，10mm最合適。（2）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)都與壓情況下一樣，只是此時(shí)，表中的應(yīng)改為：則此時(shí)操作

32、狀態(tài)下： ；所以此時(shí)；根據(jù)上述壓與外壓的計(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。2.12.2 鉤圈鉤圈的型式查GB151可知選為B型鉤圈，其圖2-8示如下：圖2-8 B型鉤圈而其設(shè)計(jì)厚度可按下式計(jì)算：其中：鉤圈設(shè)計(jì)厚度，mm；浮動管板厚度，mm；則。2.13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GB151-1999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。2.14鞍座選擇鞍座應(yīng)首先計(jì)算支座反力，再根據(jù)支反力選擇合適的鞍座。2.14.1支反力計(jì)算管板的質(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

33、后端管箱的短節(jié)部分；是指材料的密度，由于殼體與管箱的材料均選用16MnR，故。封頭的質(zhì)量：；保溫層的質(zhì)量：換熱管的質(zhì)量：附件（如接管、法蘭、浮頭蓋等）質(zhì)量取為全部質(zhì)量(不包換熱管)的20%：圓筒的體積：；封頭的體積：； 故總體積為：；由于水的密度比油品與原油的密度均大，故鞍座應(yīng)在水壓試驗(yàn)時(shí)所受支反力較大，即如下：水壓試驗(yàn)時(shí)充液重量：水壓試驗(yàn)時(shí)總質(zhì)量：；水壓試驗(yàn)時(shí)單位長度載荷：；水壓試驗(yàn)時(shí)支座反力：；2.14.2 鞍座的型號與尺寸根據(jù)支反力查/T4712-92選擇鞍座的型號為：DN500、120°包角重型帶墊板鞍式支座。 表2-9鞍座尺寸公稱直徑允許載荷（）鞍座高度h底板腹板筋板墊板螺

34、栓間距l(xiāng)2鞍座質(zhì)量（kg）增加mm高度增加的質(zhì)量（kg）l1b1l3b3弧長b4e5001592004601501082501208590200636330204對其安裝位置，4731鋼制臥式容器中規(guī)定，外伸端長度A0.2L，最大不超過0.25L,依據(jù)以上規(guī)定取鞍座到圓筒殼體法蘭端面的長度為1100mm。到此，換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算已經(jīng)基本結(jié)束?？梢哉f，換熱器的主要設(shè)計(jì)計(jì)算已經(jīng)完成，其計(jì)算結(jié)果將通過裝配圖、部件圖以與零件圖表現(xiàn)出來。其中該臺浮頭式換熱器的基本結(jié)構(gòu)如下圖2-9所示：圖2-9 浮頭式換熱器示意圖3換熱器的腐蝕、制造與檢驗(yàn)3.1換熱管的腐蝕換熱器腐蝕的主要部位是換熱管、管子與管板連

35、接處、管子與折流板交界處、殼體等。腐蝕原因如下所述。3.1.1 換熱管腐蝕由于介質(zhì)中污垢、水垢以與入口介質(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4050mm處的管端腐蝕，這主要是由于流體在死角處產(chǎn)生渦流擾動有關(guān)。3.1.2 管子與管板、折流板連接處的腐蝕換熱管與管板連接部位與管子與折流板交界處都有應(yīng)力集中，容易在脹管部位出現(xiàn)裂紋，當(dāng)管子與管板存在間隙十，易產(chǎn)生Cl+的聚積與氧的濃差，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，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)。3.

36、1.3 殼體腐蝕由于殼體與附件的焊縫質(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。3.2換熱器的制造與檢驗(yàn)3.2.1 總體制造工藝制造工藝：選取換熱設(shè)備的制造材料與牌號，進(jìn)行材料的化學(xué)成分檢驗(yàn)，機(jī)械性能合格后，對鋼板進(jìn)行矯形，方法包括手工矯形、機(jī)械矯形與火焰矯形。具體過程為：備料劃線切割邊緣加工（探傷）成型組對焊接焊接質(zhì)量檢驗(yàn)組裝焊接壓力試驗(yàn)3.2.2 換熱器質(zhì)量檢驗(yàn)化工設(shè)備不僅在制造之前對原材料進(jìn)行檢驗(yàn)，而且在制造過程中也要隨時(shí)進(jìn)行檢查，即質(zhì)量檢驗(yàn)。設(shè)備制造過程中的檢驗(yàn)，包括原材料的檢驗(yàn)、工序間的檢驗(yàn)與壓力試驗(yàn)，具體容如下

37、：1.原材料和設(shè)備零件尺寸和幾何形狀的檢驗(yàn)；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)，總稱為破壞試驗(yàn)；3.原材料和焊縫部缺陷的檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)方法是無損檢測，它包括：射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測、滲透檢測等；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。3.2.3 管箱、殼體、頭蓋的制造與檢驗(yàn)1.殼體在下料和輥壓過程中必須小心謹(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；2.管箱的分程隔板兩側(cè)全長均應(yīng)焊接，并應(yīng)具有全焊透的焊縫；3.用板材卷制圓筒時(shí)，直徑允許偏差可通過外圓周長加以控制，其外圓周允許上偏差為10mm，下偏差為零；4.圓筒

38、同一斷面上，最大直徑與最小直徑之差為e0.5%DN，且由于DN1200mm，則其值5mm；5.圓筒直線度允許偏差為L/1000（L為圓筒總長），且由于此時(shí)L=6000mm，則其值4.5mm；6.殼體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；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；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。3.2.4 換熱管的制造與檢驗(yàn)1. 加工步驟：下料校直除銹（清除氧化皮、鐵銹與污垢等雜質(zhì)）；2. 換熱管為直管，因此應(yīng)采用整根管子而不允許有接縫。3.由于換熱

39、管的材料選為20號鋼，則其管端外表面也應(yīng)除銹，而且因?yàn)椴捎煤附臃椒?，則管端清理長度應(yīng)不小于管外徑，且不小于25mm。3.2.5 管板與折流板的制造與檢驗(yàn)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；2.由于換熱管與管板是采用脹焊連接，則管孔表面粗糙度Ra值不大于25；3.管板管孔加工步驟：下料校平車削平面外圓與壓緊面劃線定位孔加工鉆孔倒角；4.管板鉆孔后應(yīng)抽查不小于60°管板中心角區(qū)域的管孔，在這一區(qū)域允許有4%的管孔上偏差比+0.20大0.15；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

40、在同一直線上）劃線鉆拉桿加工外圓；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；7.應(yīng)去除管板與折流板上任何的毛刺。3.2.6 換熱管與管板的連接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；2.脹焊連接時(shí)，焊渣與凸出于換熱管壁的焊瘤均應(yīng)清除。焊縫缺陷的返修，應(yīng)清除缺陷后焊補(bǔ)。3.2.7 管束的組裝3.2.7.1 組裝過程： 將活動管板、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垂直，并使固定管板、活動管板與折流板的中心線一致，然后一根一根地插入傳熱管。3.2.7.2 組裝時(shí)應(yīng)注意：1.兩管板相互

41、平行，允許誤差不得大于1mm；兩管板之間長度誤差為±2mm；管子與管板之間應(yīng)垂直；2.拉桿上的螺母應(yīng)擰緊，以免在裝入或抽出管束時(shí)，因折流板竄動而損傷換熱管；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；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。3.2.8 管箱、浮頭蓋的熱處理碳鋼、低合金鋼制的焊有分程隔板的管箱和浮頭蓋以與管箱的側(cè)向開孔超過1/3圓筒徑的管箱，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。3.2.9 換熱器水壓試驗(yàn)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，所有法蘭接口是否嚴(yán)密，而不同管殼式換熱器的水壓試

42、驗(yàn)的順序不一樣，因此在此特別說明一下浮頭式換熱器的水壓試驗(yàn)順序：1.用試驗(yàn)壓環(huán)和浮頭專用試壓工具進(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，然后對殼程試壓，檢查脹口是否泄漏，如果從管板的某個(gè)管口滴水，則該管已經(jīng)破損，由現(xiàn)場技術(shù)人員決定更換新管或堵死；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)將管箱或平蓋清理換墊安裝，然后對管程加壓，檢查浮頭鉤圈密封與管箱法蘭結(jié)合處有無泄漏；3.殼程試壓：安裝殼體封頭，對殼體加壓，檢查封頭接口有無泄漏。結(jié) 論轉(zhuǎn)眼之間我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束。本次設(shè)計(jì)是大學(xué)四年來任務(wù)最重，耗時(shí)最多，最為重要，然而這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我受益匪淺。在畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束之際，我對這次設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)。首先，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對培養(yǎng)我的實(shí)際工程能力具有重要意義。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，我把先修課程中所獲得的理論知識在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中綜合地加以動用，使這些知識得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識和生產(chǎn)實(shí)踐密切地結(jié)合起來。這次設(shè)計(jì)，初步培養(yǎng)了我對壓力容器設(shè)計(jì)的工作能力；掌握一些容器設(shè)計(jì)有基本方法和步驟，為以后進(jìn)行設(shè)計(jì)工作打下了良好的基礎(chǔ)。另外還使我能訓(xùn)練地應(yīng)用有關(guān)參考資料、計(jì)算圖表、手冊；熟悉有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，為成為一個(gè)工程技術(shù)人員在培養(yǎng)基本技能。其次，我從這次設(shè)計(jì)