F220浮頭式柴油冷卻器設(shè)計(jì)

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1、 F220浮頭式柴油冷卻器設(shè)計(jì) 摘 要 換熱器是一種十分重要的節(jié)能設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油、化工、動(dòng)力、冶金等各個(gè)領(lǐng)域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中占據(jù)著特別重要的位置，尤其是在世界能源危機(jī)爆發(fā)后，換熱器在緩解能源緊缺的應(yīng)用中顯得尤為重要，國(guó)內(nèi)外各研究機(jī)構(gòu)、高等院校對(duì)換熱器的研究一直非常重視。 此說(shuō)明書(shū)是關(guān)于F220浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)，主要為換熱器的工藝計(jì)算、換熱器的結(jié)構(gòu)以及強(qiáng)度的設(shè)計(jì)。此次設(shè)計(jì)的主要過(guò)程分兩個(gè)部分，一是工藝計(jì)算部分，主要是由給定的參數(shù)來(lái)估算換熱面積，進(jìn)行換熱器的選型、校核傳熱系數(shù)、計(jì)算出實(shí)際的換熱面積，最后進(jìn)行壓力降和壁溫的計(jì)算；另一部分是關(guān)于結(jié)構(gòu)以及強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，主要是由已

2、經(jīng)選定的換熱器型式進(jìn)行設(shè)備內(nèi)各部件的設(shè)計(jì)，包括：材料的選擇、具體尺寸的確定、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(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算等。 關(guān)鍵詞：管殼式換熱器；浮頭式換熱器；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；強(qiáng)度  ABSTRACT The design specification is for the design of heat exchanger floating head F220, is mainly for the design of structure and strength process calculation of h

3、eat exchanger, heat exchanger. The design process is divided into two parts, one part is the main part of the process calculation, according to the given design parameters to estimate the heat exchanger area, for the selection of heat exchanger, check heat transfer coefficient, calculate the actual

4、heat transfer area, the pressure drop and wall temperature calculation; design of structure and strength the other part, is mainly based on the type of heat exchanger has selected components within the device (such as a pipe, a baffle plate and spacer tube, circle hook tube boxes) design, including:

5、 the choice of materials, identify specific size, determine the specific position, the thickness calculation of tube sheet, floating head cover and floating head flange thickness, opening reinforcement calculation etc. Key words: Shell and tube heat exchanger; heat exchangers; The structure desig

6、n; The intensity  目 錄 摘要 1 Abstract 2 1 緒論 5 1.1換熱器介紹 5 1.2換熱器分類(lèi) 5 1.3浮頭式換熱器的構(gòu)造原理和特點(diǎn) 9 1.4浮頭式換熱器的優(yōu)缺點(diǎn) 9 2 工藝計(jì)算 10 2.1設(shè)計(jì)參數(shù) 10 2.2核算換熱器傳熱面積 10 2.3壓力降的計(jì)算 14 2.4 換熱器壁溫計(jì)算 17 3 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算 19 3.1殼體與管箱厚度的確定 19 3.2開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 20 3.3換熱管 25 3.4管板設(shè)計(jì) 27 3.5折流板 32 3.6拉桿與定距管 33 3.7防沖板 34 3.

7、8保溫層 35 3.9法蘭與墊片 35 3.10鉤圈式浮頭 37 3.11分程隔板 43 3.12鞍座 43 3.13接管的最小位置 45 4 換熱器的腐蝕、制造與檢驗(yàn) 46 4.1換熱器的腐蝕 46 4.2換熱器的制造與檢驗(yàn) 46 結(jié)論 51 參考文獻(xiàn) 52 致謝 53 64 1緒論 1.1換熱器介紹 換熱器是化學(xué)，石油，制藥和能源工業(yè)應(yīng)用的單位設(shè)備。如今,熱交換器的應(yīng)用在現(xiàn)代化工行中越來(lái)越多，在煉油廠中換熱器占了大約占了總工藝設(shè)備的百分之40。上世紀(jì)60年代發(fā)生的全世界能源危機(jī),有力地加快了傳熱技術(shù)的發(fā)展。為了節(jié)約能源,提高工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效

8、益,需要為不同的工業(yè)過(guò)程開(kāi)發(fā)高效的能源交換設(shè)備。在國(guó)內(nèi)外，已經(jīng)研發(fā)了一系列新的換熱器，各種新型換熱器的優(yōu)點(diǎn)，例如緊湊、低操作成本等，已被人們所認(rèn)可。 1.2換熱器分類(lèi) 在工業(yè)生產(chǎn)中，由于不同的用途、工作條件和材料特性，開(kāi)發(fā)了各種形式以及結(jié)構(gòu)的換熱器。 1.2.1換熱器的種類(lèi)及特性 熱交換器可根據(jù)傳熱方法分為三種： （1）直接接觸式換熱器 也被稱(chēng)為混合熱交換器，它是熱量與混合冷熱流體的直接接觸交換。這種熱交換器既簡(jiǎn)單又便宜，通常被制成塔狀，但僅限于允許兩種流體混合的過(guò)程。 （2）蓄熱式換熱器 在熱交換器中，傳熱是由蓄熱體完成的，如格子磚或填料。由于兩種流體轉(zhuǎn)換的輸入，不可

9、避免地會(huì)有少量的流體與流體相互交錯(cuò)，造成“污染”。 蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)錢(qián)便宜，傳熱面較大，適用于氣體換熱場(chǎng)合。 （3）間壁式換熱器 這是行業(yè)中使用最廣泛的熱交換器。冷、熱的流體由一堵間壁隔開(kāi)，熱量通過(guò)間壁傳遞。它按熱傳遞表面的形狀和結(jié)構(gòu)分為： 管式換熱器：如套管式、螺旋管式、管殼式等； 擴(kuò)展表面式換熱器：如板翅式、管翅式等。 板面式換熱器：如板式、螺旋板式、板殼式等； 1.2.2管殼式換熱器的分類(lèi)及特點(diǎn) 由于此次設(shè)計(jì)題目是浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)，而浮頭式屬于管殼式換熱器，故重點(diǎn)介紹管殼式換熱器的主要類(lèi)型。 管殼式換熱器是當(dāng)前用十分廣泛的換熱器，主要由殼體、傳熱管束、管板

10、、折流板和管箱等部件組成，結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)如圖1所示。殼體大多是圓筒形，管子的兩端固定在管板上，管子中軸與殼軸是平行的。進(jìn)行換熱的流體，在管內(nèi)流動(dòng)的被稱(chēng)為管程流體；在管外流動(dòng)的被稱(chēng)為殼程流體。為了提高殼程殼體的速度，提高熱傳遞的速度，在殼中安裝了折流板。 流體每通過(guò)管束一次稱(chēng)為一個(gè)管程；每通過(guò)殼體一次就稱(chēng)為一個(gè)殼程。為了提高管子里的流體速度，在盒子的兩邊設(shè)置擋板，將所有的管子分成幾個(gè)組。這樣就使得流體要在管束中多次往返，這稱(chēng)為多管程；同樣的為提高管外流速，可以在外殼中安裝縱向屏障，迫使流體多次穿過(guò)殼體，這稱(chēng)為多殼程。 這種換熱器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本不高,可以選擇各種各樣的結(jié)構(gòu)材料,管清洗方便,容量大

11、,高溫高壓條件也可以應(yīng)用,但傳熱效率的結(jié)構(gòu),緊湊,單位傳熱表面損失的金屬量還有待改進(jìn)。 如果兩種流體的溫度差別很大，熱應(yīng)力就會(huì)在熱交換器中產(chǎn)生，從而使管道彎曲、斷裂或從管子中脫出,所以要采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償措施,消除或減少熱應(yīng)力。根據(jù)補(bǔ)償措施的不同，管殼式換熱器一般可以分為如下幾種類(lèi)型： 圖1 單殼程單管程換熱器 （1）固定管板換熱器:其結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于不存在彎管部分，如果管道泄漏或損壞,也便于觀察壁管或管的變化,但不可以在管道的外表面使用機(jī)械清洗,不適合處理腐蝕性介質(zhì)。 （2）浮頭式換熱器：其結(jié)構(gòu)如圖3所示。管子一端鎖定在固定的管板上，螺栓固定在固定的管板上。管另一端鎖定在了浮動(dòng)管

12、板上,形成在殼內(nèi)可以自由移動(dòng)的浮頭。浮動(dòng)頭部分的浮動(dòng)頭端蓋是可拆卸連接,所以可以很容易地拿出來(lái)，因此既可以執(zhí)行管外清洗,也能進(jìn)行管內(nèi)清洗，同時(shí)還便于維護(hù)。 圖2固定管板式換熱器 圖3浮頭式換熱器 （3）U型管式換熱器：其結(jié)構(gòu)可參見(jiàn)圖4。因?yàn)楣茏优c外殼是分離的，當(dāng)受熱膨脹時(shí)，溫差就會(huì)被消除。它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單,便宜,管束可抽出,所以管外清洗十分的方便,但管內(nèi)清潔是困難的,因此最好讓不容易板結(jié)的材料通過(guò)管內(nèi)。由于彎管側(cè)壁的彎曲很薄，并且中心部分空隙較大，所以U管換熱器的承載能力較差，且傳熱能力差。 圖4 U型管式換熱器 （4）雙重管式換熱器：其結(jié)構(gòu)可以參看圖5。管程流體從管箱進(jìn)口

13、流入,通過(guò)插管進(jìn)入外套管的底部,流過(guò)插管與套管之間,然后從出管口流出。它的特點(diǎn)是內(nèi)管和外罩之間沒(méi)有約束，因此，它適用于兩種溫差較大流體的傳熱。但是管流的阻力更大，設(shè)備也更貴。 （5）填料函式換熱器：圖6為填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)。在拆卸管箱和填料壓蓋后，可以將管束從套管中抽出，以方便清洗管道。與浮動(dòng)式熱交換器具有同樣的優(yōu)點(diǎn)。 圖5雙重管式換熱器 圖6填料函式換熱器 1.3浮頭式換熱器的構(gòu)造原理和特點(diǎn) 浮頭換熱器兩端的管板，沒(méi)有連接殼體的一端被稱(chēng)作浮頭。當(dāng)管道中被加熱后，管束以及浮頭可以沿著軸自由伸縮，這樣可以消除大部分溫差應(yīng)力。殼和管束可以自由地進(jìn)行熱膨脹，所以當(dāng)兩種介質(zhì)的溫差更

14、大時(shí)，管和殼之間就沒(méi)有溫差應(yīng)力。浮動(dòng)頭的設(shè)計(jì)是可卸的，便于插入或提取管道，使得維修和清洗更加方便。 1.4浮頭式換熱器的優(yōu)缺點(diǎn) 1.4.1優(yōu)點(diǎn) ⑴ 管可以被抽出來(lái)便于清洗管道和套管； ⑵ 介質(zhì)間溫差不受限制； ⑶ 可在高溫下工作，一般溫度小于等于450度； ⑷ 可用于結(jié)垢比較嚴(yán)重的場(chǎng)合； ⑸ 可用于管程易腐蝕場(chǎng)合。 1.4.2缺點(diǎn) ⑴ 小浮頭易發(fā)生內(nèi)漏； ⑵ 金屬材料消耗量比較大； ⑶ 結(jié)構(gòu)復(fù)雜。2 工藝計(jì)算 2.1設(shè)計(jì)參數(shù) 擬設(shè)計(jì)一單殼程雙管程浮頭式換熱器，用于柴油冷卻。 給定設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 管程介質(zhì)：柴油

15、 殼程介質(zhì)：原油 管程設(shè)計(jì)壓力：1.45MPa 殼程設(shè)計(jì)壓力：1.20MPa 管程設(shè)計(jì)溫度：260℃ 殼程設(shè)計(jì)溫度：130℃ 腐蝕余量：自定 換熱面積：220m2 2.2核算換熱器傳熱面積 2.2.1流動(dòng)空間的確定 為了減少熱應(yīng)力，選擇讓被冷卻的流體通過(guò)殼程，而傳熱系數(shù)大的流體通過(guò)管程，這樣便能最大程度的降低管壁的溫差。 2.2.2初算換熱器傳熱面積 （1）傳熱計(jì)算（熱負(fù)荷計(jì)算） 熱負(fù)荷：

16、 (1) 式中：——分別為冷流體以及熱流體的質(zhì)量和流量，單位為kg/s； ——冷熱流體的定壓比熱，單位J/(kgk)； ——分別為冷流體的進(jìn)口和出口溫度，單位為k； ——分別為熱流體的進(jìn)口和出口溫度，單位為k。 在理論中，=，但由于實(shí)際上的熱量損失，≠，所以熱負(fù)荷一般應(yīng)該取max（，）。 ； 故。 （2）有效平均溫差的計(jì)算 因?yàn)?，故采用對(duì)數(shù)平均溫度差，則 ℃; (2) （3）按經(jīng)驗(yàn)值初選總傳熱系數(shù) 查表選得=180W/（㎡﹒℃）； （4）初算出

17、所需的傳熱面積 ； (3) 考慮到熱傳遞計(jì)算的精確程度和其他的不可預(yù)測(cè)的因素，選擇的熱交換器應(yīng)該留有裕度10%-25%，故有，數(shù)據(jù)符合參數(shù)的要求，通過(guò)結(jié)論查看選型手冊(cè)，可供選則的換熱器為：，為了達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的換熱面積，要同時(shí)使用三臺(tái)一樣類(lèi)型的換熱器進(jìn)行串聯(lián)。 2.2.3總傳熱系數(shù)K的校驗(yàn) 管殼式換熱器的面積是以傳熱管外表面為基準(zhǔn)，使用算式計(jì)算總傳熱系數(shù)時(shí)也必須以管外表面積為基準(zhǔn)，因此得出總的傳熱系數(shù)K的計(jì)算公式為： (4) 式中：K——總傳熱系數(shù)，W/（㎡﹒K）；

18、 、——管程傳熱膜系數(shù)以及殼程流體傳熱膜系數(shù)，W/（㎡﹒K）； 、——管程的污垢熱阻和殼程的污垢熱阻，㎡K/w； 、、——傳熱管內(nèi)徑、外徑和平均直徑，m； ——傳熱管壁材料導(dǎo)熱系數(shù)，單位W/（㎡﹒K）； ——傳熱管壁厚，單位m。 （1）管程流體傳熱膜系數(shù) 其計(jì)算過(guò)程如下： ； 可知流體處于過(guò)渡流狀態(tài)； ； 在管內(nèi)流動(dòng)的流體是過(guò)渡流的時(shí)候和對(duì)流傳熱系數(shù)一般按湍流的公式計(jì)算,最后計(jì)算結(jié)果再乘以修正系數(shù)，從而得到過(guò)渡流對(duì)流傳熱膜系數(shù)。 先計(jì)算校正系數(shù)： ； 而湍流情況下的計(jì)算如下： 由于，所以原油是高黏度的流體，應(yīng)該使用Sieder-Tate

19、關(guān)聯(lián)式進(jìn)行計(jì)算： 液體被加熱時(shí)，取，而液體被冷卻時(shí)，取，被加熱的是管程流體原油，所以 W/（㎡﹒K）； 故管內(nèi)流體傳熱膜系數(shù)為： W/（㎡﹒K）； （2）殼程流體傳熱膜系數(shù)： 其計(jì)算過(guò)程如下： 由于換熱器內(nèi)要安裝折流板，由GB151-1999可得，折流板最小的間距不得小于圓筒內(nèi)直徑的1/5，而且最小不小于，因此由換熱器折流板間距的系列標(biāo)準(zhǔn)，可取折流板的間距。 由GB150-1999確定殼體的內(nèi)徑為。 管間的流速是由流體流過(guò)管間時(shí)最大截面積計(jì)算： (5) 其中：——管外徑，

20、為25㎜， ——是換熱管的中心距，查GB151-1999得。 ； ； 當(dāng)換熱管為方形排列時(shí)，為 同時(shí)： ； ； 故可用Kern法求，即： ； ，已算出，，，，查鋼管壁熱導(dǎo)率，則 故，合適。 2.2.4校核平均溫差 與平均溫差相關(guān)的參數(shù)如下所計(jì)算： (6)(7) 根據(jù)R、P值，查溫度校正系數(shù)圖可以知道溫度校正系數(shù)為，所以有效平均溫度差是： ℃ 。 (8) 2.2.5 校核換熱面積： 實(shí)際傳熱面積： ；

21、 (9) 校核： ； (10) 為了確保換熱器的可靠性，一般要使換熱器的面積裕度為15%--25%，由計(jì)算可得所選換熱器的面積已經(jīng)滿足要求。 2.3壓力降的計(jì)算 流體通過(guò)換熱器而引起的壓力降，可通過(guò)計(jì)算管程壓力降以及殼程壓力降來(lái)分別得出。 2.3.1管程壓力降 管程壓力降一共由三部分組成，可通過(guò)下列公式進(jìn)行計(jì)算得出： (11) 其中：——為流體通過(guò)直管時(shí)由摩擦阻力所產(chǎn)生的壓力降，Pa； ——為流體通過(guò)回彎管中由摩擦阻力所產(chǎn)生的壓力降，Pa； ——為流體通過(guò)管箱進(jìn)出口所產(chǎn)生的壓力降，Pa；

22、 ——對(duì)的管子，取為1.4；對(duì)的管子，取為1.5； ——管程數(shù)； ——串聯(lián)的殼程數(shù)。 其中，、、的計(jì)算式如下： (12) (13) ； (14) 式中：——管內(nèi)流速，； ——管內(nèi)徑，； ——管長(zhǎng)，； ——摩擦系數(shù)，無(wú)量綱，可由下列公式獲得； ——管內(nèi)流體密度，。 因?yàn)椋诜秶鷥?nèi)，因此

23、可使用以下公式求得： (15) 所以 Mpa； Mpa； Mpa； ； 經(jīng)查，每臺(tái)換熱器最佳的壓力降為Pa，因此可得上述壓力降滿足了要求。 2.3.2殼程的壓力降 管外流體為錯(cuò)流和平行流的耦合，即使管束是直管，流動(dòng)也會(huì)變得復(fù)雜化。并且流體在沖刷換熱管時(shí)產(chǎn)生的旋渦，同時(shí)使流動(dòng)變得更加復(fù)雜。因?yàn)榱鲃?dòng)的復(fù)雜性，要想準(zhǔn)確地分析出影響這種復(fù)雜流動(dòng)的不同因素，并準(zhǔn)確地計(jì)算出壓力降是十分的困難。 下面通過(guò)埃索法來(lái)計(jì)算： (15) 式中：——流體流過(guò)管束時(shí)產(chǎn)生的

24、的壓力降，單位Pa； ——流體流過(guò)折流板缺口時(shí)產(chǎn)生的的壓力降，單位Pa； ——?dú)こ虊毫到Y(jié)垢修正系數(shù)。 其中： (16) ； (17) ——管子排列方法對(duì)壓力降的修正系數(shù)； ——?dú)こ棠Σ料禂?shù)，當(dāng)時(shí)，??； ——通過(guò)管束中心線的管子數(shù)； ——通過(guò)殼程流通截面計(jì)算出來(lái)的流速，； ——折流板的數(shù)量。 其中： ； 因此 ； ； ； ，取整

25、為19。 則有： Pa， Pa； ； 所以這時(shí)的壓力降處于合理范圍。 2.4 換熱器壁溫計(jì)算 2.4.1換熱管壁溫計(jì)算 符號(hào)說(shuō)明： ——總傳熱系數(shù)， W/（m℃）； ——污垢熱阻，單位㎡℃/w； ——分別為熱流體以及冷流體的平均溫度，單位℃； ——分別為熱流體的進(jìn)口和出口溫度，單位℃； ——分別為冷流體的進(jìn)口溫度和出口溫度，單位℃； ——為流體的有效平均溫差，單位℃； ——傳熱系數(shù)，由熱交換器的表面面積計(jì)算，單位 W/（m℃）。 熱流體側(cè)的壁溫： ； 冷流體側(cè)的壁溫： ； 所以 ℃。 2.4.2圓筒壁溫

26、的計(jì)算 由于圓筒外面有很好的絕緣層，所以外殼的壁溫的平均溫度是： ℃。  3 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算 3.1殼體與管箱厚度的確定 根據(jù)給定的數(shù)據(jù)流體設(shè)計(jì)溫度為130℃；設(shè)計(jì)壓力為1.2Mpa。 3.1.1殼體和管箱材料的選擇 因?yàn)閾Q熱器屬于常規(guī)的容器設(shè)計(jì),所以綜合成本,使用條件等的考慮,選擇16 MNR為殼體材料。 16MNR是低碳低合金鋼，具有良好的制造工藝性能，而且使用低碳合金鋼可以減少容器的重量，減輕厚度，節(jié)省材料。 3.1.2圓筒殼體厚度的計(jì)算 焊接方式：使用雙面焊對(duì)接接頭，并用100%無(wú)損探傷，所以其焊接系數(shù)； 查GB6654《壓力容器用鋼板》以

27、及GB3531《低溫壓力容器用低合金鋼板》可知道16MnR鋼板的。 假定材料的許用應(yīng)力Mpa（厚度是6～16mm時(shí)），殼體的計(jì)算厚度通過(guò)下列公式計(jì)算為： ； (18) 設(shè)計(jì)厚度； 名義厚度（其中的為向上圓整量）； 查得Min厚度為8mm，這時(shí)厚度已經(jīng)滿足要求，且通過(guò)復(fù)查，沒(méi)有變化，所以是合適的。 3.1.3管箱厚度計(jì)算 管箱是兩部分組成：封頭與短節(jié)；而且因?yàn)榍岸斯芟浜秃蠖斯芟涞男问讲灰粯?，所以這時(shí)把前端管箱的厚度與后端管箱的厚度計(jì)算分開(kāi)。 （1）前端管箱厚度計(jì)算 前端管箱是一個(gè)橢圓形的管箱，這是因?yàn)槠渖系膽?yīng)力分布是比較均勻的，而且深度比半球形封頭要小

28、很多，便于沖壓。 這時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，所以，，得到封頭的計(jì)算厚度是： ； (19) 設(shè)計(jì)厚度； 名義厚度（為向上圓整量）； 經(jīng)檢查，沒(méi)有變化，故合適 查JB/T4746—2002《鋼制壓力容器用封頭》可知道封頭的型號(hào)參數(shù)如下： DN(mm) 總深度H(mm) 內(nèi)表面積A(㎡) 容積(m3) 封頭質(zhì)量（㎏） 600 175 0.4374 0.0353 34.6 短節(jié)部分的厚度為10mm。 （2）后端管箱厚度計(jì)算 浮頭式換熱器的后端管箱為浮頭管箱。浮頭管箱的內(nèi)直徑是700mm，這個(gè)數(shù)據(jù)能在“浮頭蓋計(jì)算”的部分看到。 標(biāo)準(zhǔn)橢

29、圓形封頭，，，計(jì)算厚度是： ； (20) 設(shè)計(jì)厚度； 名義厚度（為向上圓整量）； 經(jīng)檢查，沒(méi)有變化，故合適。 查JB/T4746—2002《鋼制壓力容器用封頭》可知道封頭的型號(hào)參數(shù)如下： 表2 DN700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（㎏） 700 200 0.5861 0.0545 41.3 3.2開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 在這臺(tái)浮頭式換熱器中，殼程流體的進(jìn)出管口在殼體上，而后端管箱上有排氣口和排污口，所以要在換熱器上開(kāi)孔。開(kāi)孔之后，在接管與殼體的連接處因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的連接性被損

30、壞，使換熱器存在安全隱患。所以這時(shí)要進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算。 殼程和管程出入口公稱(chēng)直徑都是150mm，選擇管的規(guī)格是，接管材質(zhì)選定為20號(hào)鋼。 3.2.1殼體上開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 （1）補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別： ①根據(jù)表GB150，不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是，本設(shè)計(jì)開(kāi)孔外徑是159mm，所以需要考慮它的補(bǔ)強(qiáng)。 ②開(kāi)孔直徑 ， 滿足等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，所以適用等面積法來(lái)計(jì)算開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)。 （2）開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算： 強(qiáng)度削弱系數(shù)f=86125=0.688 接管有效厚度； 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算：

31、 (21) （3）有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 ①有效寬度B： ②有效高度： （a）外側(cè)有效高度為： ； （b）內(nèi)側(cè)有效高度為： ； （4）有效補(bǔ)強(qiáng)面積 ①殼體多余金屬面積： 殼體有效厚度： 則多余的金屬面積為： ②接管多余金屬面積： 接管計(jì)算厚度： (22) 接管多余金屬面積： ③接管區(qū)的焊縫面積： ； ④有效補(bǔ)強(qiáng)面積： ； （5）另需補(bǔ)強(qiáng)面積 ； 擬采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng) 由接管公稱(chēng)直徑DN150來(lái)確定補(bǔ)強(qiáng)圈外徑，內(nèi)徑。因?yàn)?，所以補(bǔ)強(qiáng)圈處于有效補(bǔ)強(qiáng)

32、范圍。 補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度為： ； (23) 3.2.2前端管箱開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 （1）補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別： ①補(bǔ)強(qiáng)判別：不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是，本開(kāi)孔外徑為159mm，另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。 ②開(kāi)孔直徑， （2）開(kāi)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(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積由下式可得： ； （3）有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 ①有效寬度： ②有效高度： （a）外側(cè)有效高度為： ； （b）內(nèi)側(cè)有效高度為： ； （4）有效補(bǔ)強(qiáng)面積 ①管箱多余金屬面積： 管箱有效厚度： 則多余的金屬面積為： ； ②

33、接管多余金屬面積： 接管計(jì)算厚度： ； 接管多余金屬面積： ； ③接管區(qū)焊縫面積： ； ④有效補(bǔ)強(qiáng)面積： ； （5）另需補(bǔ)強(qiáng)面積 擬采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng) 由接管公稱(chēng)直徑DN150取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑為，內(nèi)徑為。由，所以補(bǔ)強(qiáng)圈處于有效范圍內(nèi)。 補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度為： ； 由于鋼板負(fù)偏差，選擇管箱和殼體上補(bǔ)強(qiáng)圈的名義厚度為6mm，即。 3.2.3外頭蓋開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 外頭蓋上的排污口與排氣口主要是通過(guò)采用厚壁接管進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。 （1）開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 其開(kāi)孔直徑； 強(qiáng)度削弱系數(shù)； 接管有效厚度； 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積： ； （2）有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 ①有效寬度： ②有效高

34、度： （a）外側(cè)有效高度為： ； （b）內(nèi)側(cè)有效高度為： ； （3）有效補(bǔ)強(qiáng)面積 ①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： ； ②接管多余金屬面積： 接管計(jì)算厚度： ； 接管多余金屬面積： ； ③接管區(qū)焊縫面積： ； ④有效補(bǔ)強(qiáng)面積： 由數(shù)據(jù)可得已達(dá)到了補(bǔ)強(qiáng)的目的。 3.3換熱管 3.3.1換熱管的排列方式 換熱管的各種排列方式如圖7所示，每種都有各自的特點(diǎn)： 正三角形排列：排列緊湊，管外流體湍流程度高； 正方形排列：給熱效果不好，但容易清洗； 正方形錯(cuò)列：可以提高給熱系數(shù)。 圖7 各種排列方式 本次設(shè)計(jì)，

35、選擇正方形排列，主要是因?yàn)榇朔N排列方式便于進(jìn)行清洗。 查GB151-1999可知，換熱管中心距S=32mm。而且，因?yàn)閾Q熱管管間要進(jìn)行機(jī)械清洗，所以相鄰兩管間的凈空距離（S-d）不應(yīng)該小于6mm。 3.3.2布管限定圓 最外層換熱管中心圓直徑： 查GB151-1999可知，b=5，b1=3，bn=12，故b2= bn+1.5=13.5，則 。 3.3.3排管 拉桿要放置在管束的外邊緣，在靠近折流板缺邊處布置拉桿，間距≤700mm。拉桿中心到折流板缺邊的距離一定要控制在換熱管中心距的（0.5～1.5）范圍內(nèi)。 相對(duì)誤差計(jì)算：； (

36、24) 其中：——各程的平均管數(shù)； ——各程中最小或者最大的管數(shù)。 不同管程的布管數(shù)量分別是38，56，56，38，各個(gè)管程的平均數(shù)是47，由此可得各程管數(shù)相對(duì)誤差為： 3.3.4換熱管束的分程 管箱有改變流體流向的作用,所確定的換熱器為雙管程，所以管箱安置形式選擇為多程隔板。關(guān)于換熱管束的分程，為了接管時(shí)的方便，較為合適的分發(fā)為平行分法，同時(shí)平行分法還可使管箱內(nèi)殘液放盡。 3.3.5換熱管與管板的連接 連接方式有強(qiáng)度脹、強(qiáng)度焊和脹焊等可選。因?yàn)閺?qiáng)度焊焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、加工簡(jiǎn)單，在高溫高壓的條件想也可以保證連接處的抗拉脫能力。再由設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度選擇連接方式為強(qiáng)度焊

37、。 3.4管板設(shè)計(jì) 3.4.1管板與殼體的連接 換熱器固定端的管板連接方式選擇為可拆式，這樣使管束能夠很方便地從殼體中抽出來(lái)以便進(jìn)行維修和清洗 3.4.2管板計(jì)算 符號(hào)說(shuō)明： ——在布管區(qū)范圍內(nèi)未能被換熱管支承的面積，，對(duì)正方形排列，； (25) ——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)的面積，；對(duì)于多管程正方形排列的換熱器，； ——布管區(qū)內(nèi)開(kāi)孔后面積，；； (26) ——管板墊片壓緊力作用直徑，；依據(jù)所選墊片的大小，選擇其壓緊面型式為GB150表9-1的1a，

38、可得到密封面寬度；，所以； ——管板布管區(qū)當(dāng)量直徑，，； ——換熱管外徑，； ——管板材料的彈性模量，Mpa； ——換熱管材料彈性模量，Mpa； ——系數(shù)，按和查GB151圖24； ——管束模數(shù)，Mpa；； ——管束無(wú)量綱剛度，Mpa；； ——換熱管的有效長(zhǎng)度，； ——換熱管與管板脹接長(zhǎng)度或焊腳高度，； ——換熱管根數(shù)； ——無(wú)量綱壓力，； ——當(dāng)量壓力組合；Mpa； ——管板設(shè)計(jì)壓力，Mpa； ——?dú)こ淘O(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

39、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； ——穩(wěn)定許用壓應(yīng)力，Mpa； ——設(shè)計(jì)管板材料的許用應(yīng)力，Mpa；； ——設(shè)計(jì)換熱管材料許用應(yīng)力，Mpa； 管板厚度計(jì)算過(guò)程如下： （1）管板名義厚度計(jì)算： ； ； ； ； ； ； ； ；； 查GB150可知 ； ； 公式中L是換熱管有效長(zhǎng)度，因?yàn)楣馨搴穸冗€沒(méi)有計(jì)算，暫取管板厚度50mm進(jìn)行試算，等管板厚度算出時(shí)用有效長(zhǎng)度核算，。 當(dāng)中的的計(jì)算如下： ；

40、 (27) ； 查GB151-1999可知，則，由于換熱管的材料為20號(hào)鋼，， ； 因?yàn)檫@時(shí)保證不了與在任何時(shí)候都能同時(shí)作用，所以??；則，則；由=1.36和查GB151圖可得，管板計(jì)算厚度為： ； (28) 管板的名義厚度應(yīng)不小于下列三部分之和，即 h1則是指殼程側(cè)管板結(jié)構(gòu)槽深，為0；h2是指管程隔板槽深，為4mm。 由得到的管板名義厚度，重復(fù)之前的步驟，讓管子有效長(zhǎng)度能對(duì)應(yīng)于管板厚度。 (29) ； ； 故=1.39，查圖可知，，則 ， ； （

41、2）換熱管的軸向應(yīng)力 ①管程設(shè)計(jì)壓力，殼程設(shè)計(jì)壓力： ； ； 明顯地，； ②殼程設(shè)計(jì)壓力，管程設(shè)計(jì)壓力： ； ； 明顯地，； ③管程設(shè)計(jì)壓力與殼程設(shè)計(jì)壓力同時(shí)作用： ； ； 明顯地，。 所以由以上三種情況可得，換熱管軸向應(yīng)力符合要求。 （3）換熱管與管板連接拉脫力 ； 式中， 其中：——換熱管最小伸出長(zhǎng)度； ——最小坡口深度，； 許用拉脫力 3.5折流板 設(shè)置折流板的目的在于提高殼程流體的速度，增加湍動(dòng)程度，并且在臥式換熱器中還有支起管束的工用。常見(jiàn)的折流板形式有弓形和圓盤(pán)—圓環(huán)形兩種。 3.5.1折流板的型式和尺寸 為了方

42、便選擇材料，折流板材料選定16MnR，由前面可知道，弓形缺口高度是150mm，折流板距離為300mm， 19塊，查GB151-1999可得折流板最小厚度為5mm，所以這時(shí)選則它的厚度為6mm。查得折流板名義外直徑是。 3.5.2折流板排列 折流板排列示意圖如圖8所示： 圖8 折流板排列 3.5.3折流板的布置 最好讓管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進(jìn)口管以及出口管，其余的折流板則按相同間距布置： ； (30) ——接管位置的最小尺寸，mm； ——管板的名義厚度，mm； ——防沖板的長(zhǎng)度，如沒(méi)有防沖板時(shí)，是接管的內(nèi)徑，mm； 3.5

43、.4折流板重量計(jì)算 符號(hào)說(shuō)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?。? ——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(guò)程如下： 查得； 3.6拉桿與定距管 3.6拉桿與定距管 3.6.1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）； 折流板和拉桿點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，一般用于換熱管外徑≤14mm的管束，； 當(dāng)

44、管板比較薄時(shí)，也能使用別的結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。 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)。 3.6.2拉桿的直徑、數(shù)量及布置 其具體尺寸如圖9所示： 圖9 拉桿具體尺寸 表3 拉桿的參數(shù) 拉桿的直徑d 拉桿螺紋公稱(chēng)直徑dn Ｌa Ｌb b 拉桿的數(shù)量 16 16 20 60 2 4 其中拉桿的長(zhǎng)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(duì)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(gè)支承點(diǎn)。 對(duì)于本臺(tái)換熱器拉桿的布置可參照零件圖。 3.6.4定距

45、管 定距管的規(guī)格同換熱管，其長(zhǎng)度同實(shí)際需要確定。本臺(tái)換熱器定距管的布置可以參照部件圖。 3.7防沖板 由于殼程流體的，管程換熱管流體的流速，因此在本臺(tái)換熱器的殼程與管程都不需要設(shè)置防沖板。 3.8保溫層 根據(jù)設(shè)計(jì)溫度選保溫層材料為脲甲醛泡沫塑料，其物性參數(shù)如表4： 表4 保溫層物性參數(shù) 密度 （kg／m3） 導(dǎo)熱系數(shù)（kcal／mh℃） 吸水率 抗壓強(qiáng)度 （kg／m３） 適用溫度 （℃） 13～20 0.0119～0.026 12% 0.25～0.5 -190～+500 3.9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

46、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(jì)算，在此不作討論。 墊片則包括了管箱墊片和外頭蓋墊片。 3.9.1固定端的殼體法蘭、管箱法蘭與管箱墊片 （1）查JB4700-2000壓力容器法蘭可選固定端的殼體法蘭和管箱法蘭為長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，凹凸密封面，材料為鍛件20MnMoⅡ，其具體尺寸如下：（單位為mm） 圖10 法蘭具體尺寸 （2）此時(shí)查JB4700-2000壓力容器法蘭，根據(jù)設(shè)計(jì)溫度可選擇墊片型式為金屬包墊片，材料為0Cr18Ni9，其尺寸為： 表5 管箱墊片尺寸 PN(Mpa) DN(mm) 外徑D(mm) 內(nèi)徑d(mm) 墊片厚度 反包厚度Ｌ 2.

47、5 600 665 625 3 4 3.9.2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6 外頭蓋法蘭尺寸 D D1 D2 D3 D4 H h a a1 R d 860 815 776 766 763 50 120 35 21 18 16 26 12 27 （2）外頭蓋側(cè)法蘭選用凸密封面，材料為鍛件20MnMoⅡ，查JB/4721-92可知其具體尺寸如下表： 表

48、7 外頭蓋側(cè)法蘭尺寸 D D1 D2 D3 D4 H h a1 R d 860 815 776 766 763 48 150 72 18 16 40 12 27 （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765mm，內(nèi)徑d為725mm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592mm，內(nèi)徑d為568mm，兩者材料均為0Cr18Ni9。 3.9.3接管法蘭型式與尺寸 根據(jù)接管的公稱(chēng)直徑，公稱(chēng)壓力可查HG20592～20635－97鋼制管法蘭、墊片、緊固件，選擇帶頸對(duì)焊鋼制管

49、法蘭，選用凹凸密封面，其具體尺寸如下表所示： 表8 帶頸對(duì)焊鋼制管法蘭 g公稱(chēng) 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Ｌ 螺栓孔數(shù)量n 螺紋 Th Ａ Ｂ Ｓ Ｈ１≈ Ｒ 25 33.7 32 115 85 14 4 M12 16 46 46 3.2 6 4 40 1.26 150 168.3 159 300 250 26 8 M24 28 190

50、190 6.3 12 8 75 12.7 3.10鉤圈式浮頭 本臺(tái)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。 圖11 B型鉤圈式浮頭結(jié)構(gòu) 3.10.1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)行內(nèi)壓和外壓的設(shè)計(jì)計(jì)算，取其大者為計(jì)算厚度。 符號(hào)說(shuō)明如下： ——換熱器圓筒內(nèi)直徑，mm； ——浮頭法蘭與鉤圈的內(nèi)直徑， ，mm； (31) ——浮頭法蘭與鉤圈的外直徑，mm ，mm； ——外頭蓋內(nèi)直徑，mm， mm； ——浮頭

51、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(jì)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(duì)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，Mp

52、a； ——焊接接頭系數(shù)。 （1）管程壓力作用下（內(nèi)壓）浮頭蓋的計(jì)算： 球冠形封頭計(jì)算厚度按下式計(jì)算： ； (32) 為方便選材，故可將浮頭蓋的材料選擇為16MnR，故=125Mpa，選擇為雙面焊對(duì)接接頭，100%無(wú)損探傷，故，則 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16，則可通過(guò)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)格為M24的螺柱，其根徑為20.752mm。 關(guān)于浮頭法蘭厚度的計(jì)算按GB151-1999的格

53、式制作成一張表格，這樣比較清晰明了，具體如下表所示： 表9 浮頭法蘭厚度計(jì)算表 設(shè)計(jì)條件 墊片及螺栓計(jì)算 pc=2.5Mpa 墊 片 材料：0Cr18Ni9 N=12 mm y=62.1 Mpa 溫度t=400℃ 外徑內(nèi)徑厚度：5925683 b=6mm m=3.75 法 蘭 材料：鍛件JB/T4726 20MnMo 螺栓直徑 螺栓數(shù)量n=16 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）=4651

54、 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(shí)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。 （2）殼程壓力作用下（外壓）浮頭蓋的計(jì)算 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(guò)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

55、： 故合適。 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)都與內(nèi)壓情況下相同，只是此時(shí)，表中的應(yīng)改為： 則此時(shí)操作狀態(tài)下： ； 所以此時(shí)； 根據(jù)上述內(nèi)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。 3.10.2鉤圈 鉤圈的型式查GB151可知選為B型鉤圈，其圖示如下： 圖12 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(dòng)管板厚度，mm； 則。 3.11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12

56、mm，且分程隔板的最小厚度為8mm。 3.12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。 3.12.1支反力計(jì)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(zhǎng)度，包括了殼體的有效長(zhǎng)度與前后端管箱的短節(jié)部分； ——是指材料的密度，由于殼體與管箱的材料均選用16MnR，故。 封頭的質(zhì)量：； 保溫層的質(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

57、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(zhǎng)度載荷： ； 水壓試驗(yàn)時(shí)支座反力：； 3.12.1鞍座的型號(hào)及尺寸 根據(jù)支反力查JB/T4712-92選擇鞍座的型號(hào)為：DN600、120包角重型帶墊板鞍式支座。 3.13接管的最小位置 在換熱器設(shè)計(jì)中，為了使傳熱面積得以充分利用，殼程流體進(jìn)、出口接管應(yīng)盡量接近兩端管板，而管箱進(jìn)、出口接管盡量靠近管箱法蘭，可縮短管箱、殼體長(zhǎng)度，減輕設(shè)備重量。然而，為了保證設(shè)備的制造安裝，管口距地的距離也不能靠得太近，它受到最小位置的限制。 3.13.1殼程接管位置的最小尺寸 接管帶補(bǔ)強(qiáng)圈，故應(yīng)按下式計(jì)算：

58、 (33) 式中：——?dú)こ探庸芪恢米钚〕叽纾琺m； ——補(bǔ)強(qiáng)圈外邊緣至管板與殼體連接焊縫之間的距離，計(jì)算中，取（S為殼體厚度，mm），且； ——補(bǔ)強(qiáng)圈外圓直徑，mm； ——管板厚度，mm。 ； 經(jīng)過(guò)實(shí)際畫(huà)圖后，，滿足最小位置的要求。 3.13.2管箱接管位置的最小尺寸 帶補(bǔ)強(qiáng)圈的接管，應(yīng)按下式計(jì)算： (34) 式中：——法蘭高度，為75mm 則 經(jīng)過(guò)實(shí)際畫(huà)圖后，，滿

59、足最小位置的要求。 4 換熱器的腐蝕、制造與檢驗(yàn) 4.1換熱器的腐蝕 換熱器腐蝕的主要部位是換熱管、管子與管板連接處、管子與折流板交界處、殼體等。腐蝕原因如下所述。 4.1.1換熱管腐蝕 由于介質(zhì)中污垢、水垢以及入口介質(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40～50mm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(dòng)有關(guān)。 4.1.2管子與管板、折流板連接處的腐蝕 換熱管與管板連接部位及管子與折流板交界處都有應(yīng)力集中，容易在張脹管部位出現(xiàn)裂紋，當(dāng)管子與管板存在間隙十，易產(chǎn)生Cl+的聚積及氧的濃差，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

60、的破裂，往往是由于管子長(zhǎng)，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)。 4.1.3殼體腐蝕 由于殼體及附件的焊縫質(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。 4.2換熱器的制造與檢驗(yàn) 4.2.1總體制造工藝 制造工藝：選取換熱設(shè)備的制造材料及牌號(hào)，進(jìn)行材料的化學(xué)成分檢驗(yàn)，機(jī)械性能合格后，對(duì)鋼板進(jìn)行矯形，方法包括手工矯形、機(jī)械矯形及火焰矯形。 具體過(guò)程為：備料——?jiǎng)澗€——切割——邊緣加工（探傷）——成型——組對(duì)——焊接——焊接質(zhì)量檢驗(yàn)——組裝焊

61、接——壓力試驗(yàn)。 4.2.2換熱器質(zhì)量檢驗(yàn) 化工設(shè)備不僅在制造之前對(duì)原材料進(jìn)行檢驗(yàn)，而且在制造過(guò)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(guò)程中的檢驗(yàn)，包括原材料的檢驗(yàn)、工序間的檢驗(yàn)及壓力試驗(yàn)，具體內(nèi)容如下： （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(chēng)為破壞試驗(yàn)； （3）原材料和焊縫內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)方法是無(wú)損檢測(cè)，它包括：射線檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)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。 4.2.3管箱、殼體、頭蓋的制造與檢驗(yàn) （1）殼體在下料和輥壓過(guò)程中必須

62、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）管箱內(nèi)的分程隔板兩側(cè)全長(zhǎng)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)，內(nèi)直徑允許偏差可通過(guò)外圓周長(zhǎng)加以控制，其外圓周允許上偏差為10mm，下偏差為零； （4）圓筒同一斷面上，最大直徑與最小直徑之差為e≤0.5%DN，且由于DN≤1200mm，則其值≤5mm； （5） 圓筒直線度允許偏差為L(zhǎng)/1000（L為圓筒總長(zhǎng)），且由于此時(shí)L=6000mm，則其值≤4.5mm； （6） 殼體內(nèi)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

63、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。 4.2.4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、鐵銹及污垢等雜質(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）因?yàn)閾Q熱管的材料為20號(hào)鋼，所以管端的外表面也同樣需要除銹，而且因?yàn)椴捎玫暮附臃椒?，所以管外徑?yīng)大于管端清理長(zhǎng)度，且不小于25mm。 4.2.5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

64、波探傷檢查； （2）由于換熱管與管板是采用焊接連接，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(chē)削平面外圓及壓緊面——?jiǎng)澗€——定位孔加工——鉆孔——倒角； （4）管板鉆孔之后的抽查要求不小于60管板中心角區(qū)域內(nèi)的管孔，在這一區(qū)域內(nèi)內(nèi)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在同一直線上）——?jiǎng)澗€——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

65、刺。 4.2.6換熱管與管板的連接 （1）連接部位的換熱管以及管板孔的表面一定要清理干凈，不能有影響脹接或焊接連接質(zhì)量的毛刺、鐵屑、油污等； （2）焊接連接時(shí)，焊渣及凸出于換熱管內(nèi)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)。 4.2.7管束的組裝 （1）組裝過(guò)程： 將活動(dòng)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(tái)垂直，并使固定管板、活動(dòng)管板與折流板的中心線一致，然后一根一根地插入傳熱管。 （2）組裝時(shí)應(yīng)注意： 兩管板相互平行，允許誤差不得大于1mm；兩管板之間長(zhǎng)度誤差為2mm；管子與管板之間應(yīng)垂直；拉桿上的螺母應(yīng)擰緊，以免在裝入或抽出管束時(shí)，因

66、折流板竄動(dòng)而損傷換熱管；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； 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。 4.2.8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及管箱的側(cè)向開(kāi)孔超過(guò)1/3圓筒內(nèi)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。 4.2.9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(dòng)，所有法蘭接口是否嚴(yán)密，而不同管殼式換熱器的水壓試驗(yàn)的順序不一樣，因此在此特別說(shuō)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(zhuān)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(duì)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(chǎng)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?yè)Q墊安裝，然后對(duì)管程加壓，檢查浮頭鉤圈密封及管箱法蘭結(jié)合處有無(wú)泄漏； （3）殼程試壓：安裝殼體封頭