固定管板式換熱器畢業(yè)設計說明書

西南科技大學本科生畢業(yè)論文煤油固定管板式換熱器設計摘要本文主要進行煤油冷卻器設計，其設備型式為管殼式固定管板換熱器；主要設計內容有工藝設計、設備設計，其中包含了傳熱計算、強度計算、結構設計、密封設計等。工藝設計是根據給定工藝設計條件選定換熱器型式為固定管板式帶膨脹節(jié)，估算傳熱面積、核算傳熱系數、計算實際換熱面積、驗證傳熱面積達到設計要求、管程及殼程壓降滿足工藝要求等。設備設計主要包括筒體、封頭、管箱、管板、換熱管、膨脹節(jié)、接管法蘭，支座及內件等設計及選擇；其中主要包含對筒體、封頭、管板、膨脹節(jié)的壁厚強度計算和應力校核；對管殼程接管進行開孔補強計算和校核，達到各承壓元件均滿足強度要求。關鍵詞煤油冷卻器；換熱器；設計；校核西南科技大學本科生畢業(yè)論文KEROSENEFIXEDTUBEHEATEXCHANGERDESIGNABSTRACTINTHISPAPER,THEDESIGNOFKEROSENECOOLER,THETYPEOFEQUIPMENTFORTUBESHELLTYPEFIXEDTUBEPLATEHEATEXCHANGERTHEMAINCONTENTOFTHEDESIGNTHEDESIGNOFPROCESSANDEQUIPMENT,WHICHCONTAINSAHEATTRANSFERCALCULATION,STRENGTHCALCULATION,STRUCTUREDESIGNANDSEALDESIGNETCPROCESSDESIGNISACCORDINGTOTHEGIVENPROCESSDESIGNCONDITIONSSELECTEDFORFIXEDTUBESHEETEXCHANGERWITHEXPANSIONJOINT,THEHEATEXCHANGERTYPEHEATEXCHANGER,ESTIMATETHEHEATTRANSFERAREA,THECALCULATIONOFHEATTRANSFERCOEFFICIENT,CALCULATIONACTUALEXCHANGINGHEATAREA,TOVALIDATETHEHEATTRANSFERAREATOMEETTHEDESIGNREQUIREMENTS,TUBESIDEANDSHELLSIDEPRESSUREDROPTOMEETTHEPROCESSREQUIREMENTSANDSOONEQUIPMENTDESIGNMAINLYINCLUDESCYLINDER,HEAD,TUBEBOX,TUBESHEET,HEATPIPE,EXPANSIONJOINT,PIPEFLANGE,BEARINGANDINNERPARTSSUCHASDESIGNANDSELECTION,WHICHMAINLYINCLUDESTHECYLINDER,HEAD,TUBESHEET,THEINTENSITYOFTHEWALLTHICKNESSCALCULATIONANDSTRESSCHECKOFTHEEXPANSIONONTHETUBESIDEANDSHELLSIDETAKEOVEROFOPENINGREINFORCEMENTCALCULATIONANDVERIFICATION,TOTHEPRESSUREBEARINGCOMPONENTSMEETTHESTRENGTHREQUIREMENTKEYWORDSKEROSENECOOLER,HEATEXCHANGER,DESIGN,VERIFICATION西南科技大學本科生畢業(yè)論文目錄第1章緒論111換熱器的應用112換熱設備分類及特點113換熱器的發(fā)展方向414設計課題的意義515課題主要研究內容6第2章工藝計算721設計任務7211研究內容7212設計思想7213主要工作方法722傳熱計算9221計算熱流量9222平均傳熱溫差9223冷卻水用量9224總傳熱系數10225工藝結構尺寸12226熱量核算13227換熱器內流體的阻力計算15第3章結構及強度計算1731圓筒設計17311厚度設計17西南科技大學本科生畢業(yè)論文312腐蝕裕量17313焊接接頭系數18314許用應力18315接管選型19316殼程接管的最小位置1932管箱設計20321厚度設計20322管箱的最小內側深度20323最小接管位置21324分程隔板21325管箱設備法蘭選型22326墊片選型22327接管法蘭選型2333換熱管2434封頭設計2535膨脹節(jié)2536折流板2637拉桿與定距管2638管板設計27381管板厚度計算27382管板結構尺寸3939膨脹節(jié)校核39391系數計算39西南科技大學本科生畢業(yè)論文392應力計算40310開孔補強41311鞍座45第4章換熱器的制造、檢驗與維修4641換熱器的制造、檢驗與驗收46411筒體46412換熱管46413管板46414折流板、支持板46415管束的組裝47416換熱器的組裝47417壓力試驗4742換熱器的安裝與維護47421安裝47422維護48結論49致謝50參考文獻51西南科技大學本科生畢業(yè)論文1第1章緒論11換熱器的應用過程設備在生產技術領域中的應用十分廣泛，是在化工、煉油、輕工、食品、制藥、冶金、紡織、城建、海洋工程等傳統部門所必需的關鍵設備，而換熱器則是廣泛使用的一種通用的過程設備。換熱器的基建投資在一般化工廠、石化廠約占設備總投資的20，在煉油廠中，約占總投資的3540。其中固定管板式換熱器約占換熱器的70。隨著節(jié)能技術的發(fā)展，應用領域不斷擴大，利用換熱器進行高溫和低溫熱能回收帶來了顯著的經濟效益。用于兩種或兩種以上流體間、一種流體一種固體間、固體粒子間或者熱接觸且具有不同溫度的同一種流體間的熱量傳遞的裝置成為換熱設備。它是化工、煉油、食品、輕工、能源、制藥、機械及其他許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用設備。在工業(yè)生產中，換熱設備的主要作用是使熱量從溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到工藝要求的指標，以滿足工藝過程的需要。此外，換熱設備也是回收余熱、廢熱特別是低品位熱能的裝置。例如，煙道氣、高爐爐氣、需要冷卻的化學反應工藝氣等的余熱，通過余熱鍋爐可生產壓力蒸汽，作為供熱、供汽、發(fā)電和動力的輔助能源，從而提高熱利用率，降低燃料消耗和電能消耗，提高工業(yè)生產的經濟效益。12換熱設備分類及特點在工業(yè)生產中，由于用途、工作條件和物料特性的不同，出現了各種不同形式和結構的換熱設備。按照作用原理或傳熱方式分類，換熱設備可分為以下幾種形式。（1）直接接觸式換熱器這類換熱器又稱為混合式換熱器。它是利用冷熱流體直接接觸，彼此混合進行換熱的換熱器。在工藝上允許兩種流體相互混合的情況下，這是比較方便和有效的，且其結構比較簡單，傳熱面積大，價格也便宜。直接接觸式換熱器常用于氣體的冷卻或水蒸汽的冷凝。（2）蓄熱式換熱器西南科技大學本科生畢業(yè)論文2這類換熱器又稱為回熱式換熱器。它主要由熱容量較大的蓄熱室構成，室中可填耐火磚或金屬帶等作為填料。當冷、熱兩種流體交替地通過同一蓄熱室時，即可通過填料將得自熱流體的熱量，傳遞給冷流體，達到換熱的目的。由于兩種流體交替與蓄熱體接觸，因此不可避免地會使兩種流體少量混合。蓄熱式換熱器結構緊湊、價格便宜、單位體積傳熱面大，故比較適合用于氣氣熱交換的場合。（3）間壁式換熱器這類換熱器又稱為表面式換熱器。它是利用間壁使冷熱兩種流體分開，互不接觸，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體的換熱器。間壁使換熱器是工業(yè)生產中應用最為廣泛的換熱器，其形式多樣，如常見的管殼式換熱器和板式換熱器都屬于間壁式換熱器，（4）中間載體式換熱器這類換熱器是把兩個間壁使換熱器由在其中循環(huán)的載熱體連接起來的換熱器。載體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器之間循環(huán)。在高溫換熱器中吸收熱量，在低溫換熱器中釋放熱量。管殼式換熱器具有可靠性高、適應性廣等優(yōu)點，在各個工業(yè)領域中得到了最為廣泛的使用。近年來，盡管受到了其他新型換熱器的挑戰(zhàn)，但反過來也促進了其自身的發(fā)展。在換熱器向高參數、大型化發(fā)展的今天，管殼式換熱器依然占據著主導地位。管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板、折流板和管箱等部件組成。殼體多位圓形，內部放置由許多管子組成的管束，管子的兩端固定在管板上，管子的軸線與殼體軸線平行。進行熱交換的兩種流體，一種在管內流動，稱為管程流體，一種在殼層流動，成為殼程流體。為增加殼層流體的速度以改善傳熱，在殼體內安裝折流板，折流板可以提高殼程流體速度，增強流體湍流程度。流體每通過管束一次稱為一個管程；每通過殼體一次稱為一個殼程。為提高管內流體速度，可在兩端管箱內設置隔板，將全部管子分為若干個組。這樣流體每次只能通過部分管子，因而在管束中往返多次，這成為多管程。為提高管外流速，也可以在殼體內安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，成為多殼程。多管程和多殼程可以配合使用。這種換熱器結構不算負責，造價不高，可選用多種結構材料，管內清洗方便，適應西南科技大學本科生畢業(yè)論文3性強，處理量大，高溫高壓條件也能夠應用，但傳熱效率、結構的緊湊性、單位傳熱面的金屬消耗等方面尚待改善。由于管內外的流體溫度不同，因此換熱器的殼體與管束的溫度也不同。若兩流體的溫度差較大，換熱器將產生很大的熱應力，導致管子彎曲、斷裂或從管板上脫落。因此，管束與殼體溫差超過50時，需采用適當的補償措施，以消除或減少熱應力。根據采用的補償措施，管殼式換熱器可以分為一下幾種主要類型（1）固定管板式換熱器換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，結構簡單，當殼體直徑相同時，可安排更多的管子，也便于分程，同時制造成本較低。其優(yōu)點是結構簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價低，管程清洗方便，管子損壞時容易更換。主要的缺點是當殼體與管子的壁溫或材料的線膨脹系數相差較大時，在殼體與管中將產生較大的溫差應力，因此為了減少溫差應力，通常需在殼體上設置膨脹節(jié)，利用膨脹節(jié)在外力作用下產生較大變形的能力來降低管束與殼體中的溫差應力。這類換熱器適用于殼側介質清潔且不宜結垢并能進行清洗，管、殼程兩側溫差不打或溫差較大但殼側壓力不大的場合。（2）浮頭式換熱器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，另一端可相對殼體自由移動，成為浮頭。故當管束與殼體受熱伸長時，兩者互不牽制，因而不會產生溫差應力。浮頭部分是由浮頭管板，鉤圈與浮頭端蓋組成的可拆聯接，因此可以容易抽出管束，故管內管外都能進行清洗，也便于檢修。主要缺點是結構復雜，造價較高，設備笨重，材料消耗量大，且浮頭端小蓋在操作中無法檢查，對密封性要求較高。由上述特點可知，浮頭式換熱器多用于殼體和管束之間壁溫差較大或殼層介質易結垢的場合。（3）U型管式換熱器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管箱。因為管束與殼體是分離的，在受熱膨脹時，彼此間不受約束，故消除了溫差應力。其結構簡單，造價便宜，管束可以在殼體中抽出，管外清洗方便，但管內清洗困難，故最好讓不易結垢的物料從管內通過。由于彎管的外側西南科技大學本科生畢業(yè)論文4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（4）填料函式換熱器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、填料壓蓋等有關零件后，可將管束抽出殼體外，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。由于減少了殼體大蓋，它的結構較浮頭式換熱器簡單，造價也較低，但填料處容易泄漏，工作壓力與溫度受一定限制，直徑也不宜過大。（5）釜式重沸器這種換熱器的管束可以為浮頭式、U型管式和固定管板式結構，所以它具有浮頭式、U型管式換熱器的特性。在結構上與其他換熱器不同之處在于殼體上部設置一個蒸發(fā)空間，蒸發(fā)空間的大小由產氣量和所要求的蒸汽品質所決定。這種換熱器清洗維修方便，可處理不清潔、易結垢的介質，并能承受高溫、高壓。13換熱器的發(fā)展方向換熱器相關技術的發(fā)展主要表現在以下幾個方面。（1）防腐技術的應用近年來，在換熱器防腐領域的研究和設計方面取得了較為顯著的成果，如陽極保護技術的開發(fā)和新型防腐技術的應用等。（2）大型化與微型化并重隨著成套的大型化，換熱器向大型化發(fā)展，同時由于微電子、航空航天、醫(yī)療、化學生物工程、材料科學等場合的特殊要求而向微小型化發(fā)展。微小型換熱器與普通換熱器相比的主要特點是單位體積內傳熱面積很大。（3）強化技術各種新型、高效的換熱器將逐步取代現在有的常規(guī)產品。電場動力效應強化傳熱技術、添加物強化沸騰傳熱技術、納米流體傳熱技術、磁場動力傳熱技術、通入惰性氣體強化傳熱技術等將得到研究和發(fā)展。（4）抗振技術西南科技大學本科生畢業(yè)論文5換熱器尺寸過大，因流體誘導振動所造成的破壞事故顯著增多。目前以出現多種應用新型殼程支撐結構和其他的抗振方法的新型換熱器。（5）防結構技術結構不僅會使換熱器的傳熱效率降低，輸送壓力增大，而且大大減少有效傳熱面積和增大材料的浪費，甚至會使換熱器發(fā)生堵塞失效。隨著結垢機理的研究，防結垢的方法也獲得了很大的發(fā)展。如采用表面涂層或特殊表面形狀、管內插入物或清洗球等在線除垢、聲波除垢、改變流道結構等技術得到了一定的工業(yè)應用。（6）先進的制造技術制造技術的進步主要表現在各種強化管加工工藝的日漸成熟和新材料焊接工藝水平的提高。許多新材料在換熱器設計中的應用帶來了焊接工藝的進步，進一步推動了新型材料換熱器的發(fā)展。（7）研究手段隨著計算機流體力學（CFD）的發(fā)展和計算機軟件技術的飛速發(fā)展，以及大型商業(yè)化CFD的日漸成熟，通過計算機程序來對負責的流體流動現象進行模擬和仿真已成為可能。當前用CFD方法對換熱器進行數值模擬已成為新型換熱器開發(fā)和研究的一種重要手段，CFD方法已成為性能檢驗和性能評價的有效方法之一。隨著工業(yè)中經濟效益與社會中環(huán)境保護的要求，制造水平的不斷提高，新能源的逐漸開發(fā)，研究手段的日益發(fā)展，各種新思路和新結構的涌現，換熱器朝著更高效、經濟、環(huán)保的方向發(fā)展。14設計課題的意義在我國石油化工產業(yè)換熱器受到普遍的重視，而換熱器的應用的廣泛性，決定了換熱器換熱性能的改善設計理念的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，企業(yè)的經濟收益和工業(yè)的飛速發(fā)展都具有一定的積極作用，也對節(jié)約能源和保護環(huán)境方面有著顯著的貢獻。在換熱器這個大家庭中，使用量最大的就屬管可視換熱器，這種換熱器憑借其結構簡單、牢固、操作彈性大、應用范圍廣等優(yōu)點，成為了化工工業(yè)換熱器的首選。雖然在傳熱效率、緊湊性和金屬消耗量等方面相比新型換熱器還有一定得差距。但是憑借其悠久的歷史，設計資料的完善，并已經存在的一系列標準，加上其獨特的優(yōu)點，在近年不斷涌現的新型換熱設備中，仍然不失其重要地位，特別是在高溫高壓和大型換熱設備中仍然占據著絕對優(yōu)勢。西南科技大學本科生畢業(yè)論文6本文依據相應的標準，進行煤油冷卻器的設計，其中包含傳熱設計、結構設計和強度設計三個部分。通過設計提高換熱器的傳熱效率和減少能源消耗，達到更加高效和節(jié)能的原則。15課題主要研究內容本文對煤油冷卻器進行設計，主要包括一下內容。（1）煤油冷卻器的傳熱設計；（2）煤油冷卻器的結構設計；（3）煤油冷卻器的強度設計。西南科技大學本科生畢業(yè)論文7第2章工藝計算21設計任務211研究內容設備名稱煤油冷卻器設備型式管殼式換熱器處理能力35T/H煤油；操作條件煤油入口溫度135，出口溫度35冷卻介質循環(huán)水，入口溫度25，出口溫度35允許壓降不大于105PA操作壓力煤油03MPA，循環(huán)水04MPA設計內容及工作量設計計算書及說明書的要求編寫設計計算書及說明書和中英文摘要說明書及計算書中應有設計計算和強度計算書、設計說明書工程圖紙要求A總圖B主要零部件圖其他212設計思想根據任務書給定的條件，計算換熱器工藝條件，確定傳熱面積，其次遵循現行的會煩標準，在確保安全的前提下，對換熱器進行結構設計，確定主要部件包括換熱管、管板、管箱、折流板等的結構和尺寸；最后進行結構、強度和密封設計，保證換熱器能夠安全、正常的滿足生產需要。213主要工作方法依據GB1502011，GB1511999，設計主要分成三個部分工藝計算、結構計算和強度校核。（1）工藝計算根據給出的條件，如流體進出口溫度、壓力和物性參數，確定殼層和管程，有對數平均溫差和修正系數確定傳熱系數，從而計算出傳熱面積的大小。西南科技大學本科生畢業(yè)論文8（2）結構計算根據計算得出的傳熱面積計算熱交換器主要部件和構件的尺寸和結構，以及確定時候需要設置膨脹劑，確定折流板數目及尺寸。（3）強度校核計算熱交換部件，如殼體的厚度、應力大小及開孔強度是否在允許的范圍內。換熱器初選型兩流體出口和入口溫度變化（1）煤油入口溫度135，出口溫度35（2）水入口溫度25，出口溫度35該換熱器用循環(huán)冷水進行冷卻，冬季操作時，出口溫度會降低，考慮到這一因素，而且管壁溫度和殼體溫度相差較大，需要考慮熱膨脹的影響，相應應該進行熱補償設計，所以初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。流動空間安排及流速選擇已知兩流體允許壓降不大于105PA；兩流體分別為水和煤油，相比煤油，水的對流傳熱系數較大。由于冷卻水易結垢，若流速過低，則會增加污垢增長的速度，使換熱器熱流量下降，再考慮散熱方面的因素，所以應使煤油走殼層，水走管程。根據下表21和22，我們初步設定管內流速為UI15M/S,選用管子規(guī)格為25MM25MM的碳鋼管。表21列管換熱器中常用的流速范圍流體的種類一般液體易結垢液體氣體流速/MS1管程0531530殼層021505315表22不同粘度液體的流速（以普通鋼壁為例）液體粘度MPAS15001500500500100100353511最大流速M/S0607511151824確定物性參數西南科技大學本科生畢業(yè)論文9定性溫度可取流體進出口溫度的平均值。殼體內流體煤油的定性溫度T13535285，管子內流體水的定性溫度T2535230。在確定的定性溫度下查的物質的物性參數如下表23表23定性溫度下流體物性流體密度/KGM3比熱容/KJKG11黏度/103PAS熱導率/WM1煤油825222074014水995741740800706176給定的操作條件如下表24。表24操作條件類別管程殼層工作介質煤油水入口溫度（）13525出口溫度（）3535操作壓力（MPA）030422傳熱計算221計算熱流量QQ1112777109KWH222平均傳熱溫差暫按單殼層、雙管程進行計算。逆流時平均溫度差為逆1212391223冷卻水用量由上面的計算結構可以算得W221777109417410310186152/西南科技大學本科生畢業(yè)論文10224總傳熱系數總傳熱系數K值取決于流體的特性、傳熱過程的操作條件及換熱器的類型等多種因素，因而變化范圍很大。根據表25估計一個合適的總傳熱系數經驗值，才能進行下一步計算。表25常見流體的傳熱系數冷流體熱流體總傳熱系數/WM21水水8501700水氣體17280水有機溶劑280350水輕油340910水重油60380有機溶劑有機溶劑115340水水蒸氣冷凝14204250氣體水蒸氣冷凝20300水低沸點烴類冷凝4551140水沸騰水蒸氣冷凝20004250輕油沸騰水蒸氣冷凝4551020（1）管程傳熱系數1RE2UD310080079957150203730621PRPC617601008007101744335412200230882712C23（2）殼層傳熱系數先假設殼層傳熱系數為0340W（M2）污垢熱阻為管內、外側污垢熱阻分別取為RSI000035M2/W，RS0000017M2/W，管壁導熱系數K45W/M2。西南科技大學本科生畢業(yè)論文11K112662C24計算傳熱面積S3600326621077792542考慮15的面積裕度，取S115S115254292M2。工藝結構尺寸（1）選用的是2525MM的碳鋼管，初取管內流速15M/S（2）管程數和傳熱管數依據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數NSIIUDV41500241433600799518615221102111根按照單管程計算，所需換熱管長度為L355如果按單管程設計，傳熱管過長，應采取多管程結構。取傳熱管長為L6M，換熱管管程數為2，則NSLD0S60025143292620根。每程管數為6202310根管內流速42053/（3）平均傳熱溫差及殼層數平均傳熱溫差校正系數P2111009西南科技大學本科生畢業(yè)論文12R122110上式中1、2表示熱流體的進出口溫度，1、2表示冷流體的進出口溫度，由上面計算的值通過查表得到修正系數082。所以修正后的溫度差為TMT逆08239132。225工藝結構尺寸（1）傳熱管排列及分程方法每程采用正三角形排列，隔板兩側采用正方形排列。取管心距T115D0則T1252532MM。橫過管束中心線的管數NC11962030根。（2）殼體內徑采用多管程結構，去管板利用率07，則殼體內徑為D105TN1053270472998MM，圓整取D1000MM。（3）折流擋板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的35，則切去的圓缺高度為H0351000350MM取折流擋板間距為B06D，則B061000600MM折流擋板數為NB1折流擋板間距傳熱管長160060009塊折流擋板圓缺面水平裝配。（4）接管殼體內流體進出口接管去接管內煤油的流速為U11M/S，則接管內徑為D11U4V131436008253500040123M管程流體進出口接管取循環(huán)水進出口的流速為U215M/S西南科技大學本科生畢業(yè)論文13則接管內徑為D231415995736001861524021M226熱量核算（1）殼程對流傳熱系數對圓缺型折流擋板，可采用克恩公式140W03155000360REEPRD25由正三角形排列得當量直徑020DD4T2342ED002531400250785003223422002M殼程流通截面積100TDBDS0611032002500131M殼程流體流速及雷諾數分別為09001318253600350000U20071007482500902030ER普蘭特數PR711140100741022233粘度校正取W37482C（2）管程對流傳熱系數西南科技大學本科生畢業(yè)論文144080I10230REIPRD214管程流通截面積SI07850022230620009M2管程流體流速U58000999573600186152M/S14425100800799570580203ER普蘭特數4561760100800710174433RP296254144250020617602300408IW/M2（3）傳熱系數K000II01D1SOMISIRKDBDDDRD83741000170002450025002500020025000350002962202501266W/M226（4）傳熱面積S25352西南科技大學本科生畢業(yè)論文15該換熱器的實際換熱面積為2752該換熱器的面積裕度為87100253253275100SSSHP該換熱器能夠完成生產任務。227換熱器內流體的阻力計算管程流動阻力PSTNNFPPP21I27FS結垢校正系數，25MM25MM的換熱管取14，NS1，NP2，2UP2I1DL，2UP22，由RE14425，傳熱管相對粗糙度0005020010，查莫迪圖得0270IW/（M）。流速580UM/S，9957KG/M3，5022058995732PUP222PA5202421450261356PIPA1200MM時，L5MM。墊片反包形式如圖34所示。西南科技大學本科生畢業(yè)論文23圖34墊片反包尺寸327接管法蘭選型接管法蘭參考HG/T205922009鋼制管法蘭，選擇板式平焊法蘭，其結構如圖35。圖35板式平焊鋼制管法蘭示意圖本次設計選擇接管法蘭尺寸如表37。西南科技大學本科生畢業(yè)論文24表37接管法蘭尺寸PN10MPA公稱尺寸DN鋼管外徑連接尺寸法蘭厚度法蘭內徑法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數目N螺栓TH100108220180188M1622110200219340295228M202422233換熱管本次設計選用換熱管為2525MM的碳鋼管。換熱管的擺列主要有以下四種，如圖36所示。圖36換熱管排列形式西南科技大學本科生畢業(yè)論文2534封頭設計選擇標準橢圓形封頭,故K1，則封頭的計算厚度為20536計算得到312MM。設計厚度2462MM名義厚度12662M圓整去8MM，經檢查沒有變化，故可行。根據JB1154選型，選擇的封頭型號為DG10008JB115473，其參數如表38所示。表38封頭基本尺寸公稱直徑（MM）曲面高度（MM）直邊高度（MM）厚度（MM）內表面積（M2）容積（M3）質量（KG）1000250258116015174135膨脹節(jié)膨脹節(jié)是裝在固定管板式換熱器殼體上的撓性構件，依靠這種易變形的撓性構件，對管束與殼體間的變形差進行補償，以此來消除殼體與管束間因溫差而引起的溫差應力。由DN1000MM，選擇的膨脹節(jié)基本參數如表39所示。表39膨脹節(jié)基本參數波高H150圓弧半徑45壁厚S8MM單波最大位移量46MM波紋管層數1波數1波長170MM直邊段長度L430MM單波重量512KG腐蝕裕量2膨脹節(jié)的形式結構如圖37所示。西南科技大學本科生畢業(yè)論文26圖37膨脹節(jié)尺寸及結構36折流板前面已經計算得出折流板采用弓形折流板，切去的圓缺高度為350MM，折流板間距為600MM，折流板數為9塊。厚度選擇10MM，管孔直徑選擇258MM。37拉桿與定距管采用拉桿定距管結構，由于換熱管外徑為25MM，所以采用的拉桿直徑為D16MM，數量為6根。拉桿的連接尺寸如圖38所示。圖38拉桿尺寸拉桿的尺寸如表310所示。表310拉桿尺寸表拉桿直徑D拉桿螺紋公稱直徑LALBB1616206020定距管如見表311。西南科技大學本科生畢業(yè)論文27表311定距管數量定距管長度數量59016104074401450338管板設計管板是管殼式換熱器的一個重要元件，它除與殼體、換熱管等部件連接之外，還是換熱器的一個主要受壓元件。本次設計管板形式選擇為整體管板。381管板厚度計算（1）材料選擇選用鍛件，材料16MN（2）根據布管尺寸計算以下參數A、。A殼程圓筒內直徑橫截面積A247850002式中殼程圓筒內直徑，；A在布管區(qū)范圍內，因設置隔板槽和拉桿結構的需要，而未能被換熱管支承的面積，2A0866193244086632120002式中S換熱管中心距，；隔板槽兩側相鄰管中心距，；沿隔板槽一側的排管根數。A管板開孔后的面積西南科技大學本科生畢業(yè)論文28A245618002式中換熱管根數；換熱管外徑，。A圓筒殼壁金屬橫截面積A3141080010221502式中殼程圓筒壁厚，。A管板布管區(qū)面積三角形排列A08662A56181052A一根換熱管管壁金屬的橫截面積A31425220241766252系數A02278當量組合壓力1MPA式中殼程設計壓力，；管程設計壓力，。D管板布管區(qū)當量直徑D4A8458換熱管有效長度600052325890管束模數西南科技大學本科生畢業(yè)論文293586（37）式中換熱管材料的彈性模量，MA。換熱管受壓失穩(wěn)當量長度700換熱管的回轉半徑0252228004式中換熱管壁厚，。C系數C21328（38）式中設計溫度時，換熱管材料的屈服點，MA。換熱管穩(wěn)定許用壓應力由于C6875212C711（39）系數A06125殼體帶波形膨脹節(jié)時，換熱管束與圓筒剛度比A4613（310）式中殼程圓筒材料的彈性模量，MA。管板布管區(qū)的當量直徑與殼程圓筒內徑之比系數西南科技大學本科生畢業(yè)論文30D08458040615898（311）系數0411069002（312）（3）對于其延長部分兼作法蘭的管板，計算和。計算基本法蘭力矩按GB150，設計部分法蘭相關公式計算螺栓材料選擇40MNB1961915室溫下螺栓材料的許用應力，MA。設計溫度下下螺栓材料的許用應力，MA。參數計算基本密封寬度2422402211（313）式中墊片寬度，。有效密封寬度當64時，2530832西南科技大學本科生畢業(yè)論文31墊片壓緊力作用中心圓直徑墊片外徑21037螺栓中心至作用位置處的徑向距離2114010372515式中螺栓中心圓直徑，。墊片選擇墊片選用石棉橡膠板，其厚度為3，則墊片系數3，比壓力11。螺栓載荷預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷3143105預緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力，N。操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷式中內壓引起的總軸向力07852操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力628計算壓力，取管程設計壓力10所以07852628954105螺栓面積需要的螺栓面積需要的螺栓面積取與中的最大值預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積西南科技大學本科生畢業(yè)論文3215306操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積55799所以，3258520107計算管程壓力操作工況下的法蘭力矩螺栓中心至作用位置處的徑向距離05127805172364式中螺栓中心至法蘭頸部（或焊縫）與法蘭背面交點的徑向距離，；1法蘭頸部大端有效厚度，。螺栓中心至作用位置處的徑向距離123815作用于法蘭內徑截面上的內壓引起的軸向力078520785640010502400內壓引起的總軸向力與內徑截面上的軸向力之差07852785000844522窄面法蘭墊片壓緊力07852628954105所以西南科技大學本科生畢業(yè)論文333647107（4）假定管板計算厚度，當管板延長部分兼作法蘭時，還需按結構要求確定殼體法蘭厚度，計算、。假定管板計算厚度45K換熱管加強系數1318125403管板布管區(qū)的當量直徑與殼程圓筒內徑之比0765管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度108332補強圈在有效補強范圍內。補強圈厚度4026考慮鋼板負偏差并經圓整，去殼體和管箱上補強圈名義厚度為4MM，但為方便選制，補強圈名義厚度取殼體厚度，即8（5）管程開口補強管程公稱直徑為200MM，補強設計計算與前面殼層補強計算方法相同。所以設計過程不予贅述，最終設計結果如下西南科技大學本科生畢業(yè)論文44所需最小補強面積79接管材料許用應力（10鋼）殼體材料許用應力1241890656A554MM2有效寬度B4064有效高度外側1144內測220筒體多余金屬面積1筒體有效厚度82接管有效厚度792651109762接管多余金屬面積接管計算厚度255230882接管區(qū)焊縫面積（焊腳取60MM）33602有效補強面積123109763088361442425542開孔后不需要另行補強。西南科技大學本科生畢業(yè)論文45311鞍座根據JB/T47122007，選擇鞍座BV10005SF，其如下表313。表313鞍座尺寸公稱直徑DN允許載荷底板1腹板筋板2墊板弧長螺栓間距鞍座質量10003057608170118060063西南科技大學本科生畢業(yè)論文46第4章換熱器的制造、檢驗與維修41換熱器的制造、檢驗與驗收換熱器的制造、檢驗與驗收，應遵守GB1511999和GB1501998的有關規(guī)定。411筒體A、圓筒內直徑允許偏差用板材卷制時，內直徑允許偏差可通過外圓周長加以控制，其外圓周長允許上偏差為10MM，下偏差為0。B、圓筒同一斷面上，最大直徑與最小直徑之差為E05DN，DN056003MMC、圓筒直線度偏差為L/1000，且當L6000MM時，其值不大于45MM。L6000MM所以直線度允許偏差45MM。進行檢查時，應通過中心線和垂直面即沿圓周0、90、180、270四個部位測量。D、殼體內壁凡有礙管束順利裝入或抽出的焊縫均應磨至與母材表面齊平。E、插入式接管不應伸出管箱、殼體和頭蓋的內表面。412換熱管A、換熱管管端外表面應除銹，用于焊接時，管端清理長度應不小于管外徑，且不小于25MM。B、管端坡口應采用機械方法加工，焊前應清洗干凈。413管板A、管板由不銹鋼0CR18NI10TI制成，加工前表面不平度不得大于2MM，如超過此值，應先進行校平，然后進行加工。B、拼接管板的對接接頭應進行100射線或超聲檢測，按JB473094進行表面檢測，檢測結果不低于級，或超聲檢測中的級為合格。C、換熱管與管板的連接二者采用焊接的形式連接，連接部位的換熱管和管板孔表面，應清理干凈，不得有毛刺、鐵屑、銹斑、油污等。焊渣及凸出于換熱器內壁的焊瘤均應清除。D、管板與換熱管焊接時，管孔表面粗糙度RA值25M。414折流板、支持板西南科技大學本科生畢業(yè)論文47A、折流板、支持板的管孔直徑及允許誤差按GB1511999中593的規(guī)定為196，但允許超差01MM的管孔數不得超過4。B、折流板、支持板外圓表面粗糙度RA值不得大于25M，外圓面兩側的尖角應倒鈍。還應取出折流板、支持板上的任何毛刺。415管束的組裝A、拉桿上的螺母應擰緊，以免在裝入或抽出管束時，因折流板竄動而損傷換熱管。B、穿管時不應強行敲打，換熱管表面不應出現凹癟或劃傷。C、除換熱管與管板間以焊接連接外，其他任何零件均不準與換熱管相焊。D、管箱應在補焊后作消除應力的熱處理，設備法蘭應在熱處理后加工。D、換熱器的密封面應予以保護，不得因磕碰劃傷、電弧損傷、焊瘤、飛濺等二損壞密封面。416換熱器的組裝A、換熱器零、部件在組裝前應認真檢查和清掃，不應留有焊疤、焊接飛濺物、浮銹及其他雜物等。B、吊裝管束時，應防止管束變形和損傷換熱管。C、螺栓的緊固至少應分三遍進行，每遍的起點應相互錯開120角。417壓力試驗壓力試驗的方法及要求應符合GB1501998鋼制壓力容器第十章109的規(guī)定。U型管換熱氣的壓力試驗的順序先用試驗壓環(huán)進行殼程試驗，同時檢查接頭，水壓試驗壓力60MPA（表壓）在進行殼程試驗，合格后，再以40MPA（表壓）進行氣密性試驗。42換熱器的安裝與維護421安裝（1）安裝位置根據該換熱器的結構形式，在換熱器的兩端留有足夠的空間來滿足拆裝、維修的需要。（2）基礎必須使換熱器不發(fā)生下沉。在活動支座的一端應予埋滑板。西南科技大學本科生畢業(yè)論文48（）地腳螺栓和墊鐵A活動支座的地腳螺栓應裝有兩個緊鎖的螺母，螺母與底板間應留有13MM的間隙。B地腳螺栓兩側均有墊鐵。設備找平后，斜墊鐵，可與設備支座底板焊牢，但不得與下面的平墊鐵或滑板焊死