U型管換熱器強(qiáng)度設(shè)計(jì)

《U型管換熱器強(qiáng)度設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《U型管換熱器強(qiáng)度設(shè)計(jì)（45頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、淮海工學(xué)院二〇一〇屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 45 頁(yè) 共42頁(yè) 1 緒論 1.1 課題背景 隨著世界性的能源危機(jī)波及到了裝備制造業(yè)及石油化工這些耗材及耗能的大戶(hù)，以及國(guó)家節(jié)能減排長(zhǎng)期國(guó)策的確立，作為能量回收裝備—熱交換設(shè)備的提高傳熱效能及降低能耗的研究被提高到了很重要的地位。這些研究歸納為以下幾個(gè)方面： （1）傳熱與流動(dòng)研究：旨在提髙傳熱及壓降計(jì)算的準(zhǔn)確性，尋求提髙傳熱效率，降低壓降的途徑。這方面研究主要涉及到：物性模擬研究、分析設(shè)計(jì)研究（如溫度場(chǎng)、流動(dòng)分布的模擬研究等）、傳熱及流動(dòng)試驗(yàn)和工藝計(jì)算軟件的開(kāi)發(fā)等。 （2）換熱設(shè)備大型化、新型熱交換

2、設(shè)備的開(kāi)發(fā)及降低能耗、節(jié)水的研究。 （3）強(qiáng)化傳熱的研究：如強(qiáng)化傳熱管研究、板管的研究（如板殼式、板空冷等）。 （4）材料研究（相容性及經(jīng)濟(jì)性的結(jié)合）。 （5）抗腐蝕及控制結(jié)垢的研究（涉及使用壽命及保持傳熱效率）。 1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況 換熱器是進(jìn)行熱交換操作的通用工藝設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門(mén)，尤其在石油、化工生產(chǎn)中應(yīng)用更為廣泛。換熱器分類(lèi)方式多樣，按照其工作原理可分為：直接接觸式換熱器、蓄能式換熱器和間壁式換熱器三大類(lèi)，其中間壁式換熱器用量最大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，這類(lèi)換熱器占總用量的99%。間壁式換熱器又可分為管殼式和板殼式換熱器兩類(lèi)，其中管殼式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應(yīng)性，在

3、長(zhǎng)期的操作過(guò)程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，其設(shè)計(jì)資料比較齊全，在許多國(guó)家都有了系列化標(biāo)準(zhǔn)。近年來(lái)盡管管殼式換熱器也受到了新型換熱器的挑戰(zhàn),但由于管殼式熱交換器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、操作彈性大、應(yīng)用材料廣等優(yōu)點(diǎn),管殼式換熱器目前仍是化工、石油和石化行業(yè)中使用的主要類(lèi)型換熱器,尤其在高溫、高壓和大型換熱設(shè)備中仍占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。目前，我國(guó)已制定了列管式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)，但還有很多場(chǎng)合，所用列管式換熱器是根據(jù)生產(chǎn)要求設(shè)計(jì)的非定型設(shè)備。 管殼式換熱器的效率問(wèn)題是設(shè)計(jì)的核心。多年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)列管式換熱器的研究工作從來(lái)都沒(méi)有間斷過(guò)，目前研究的焦點(diǎn)主要集中在高溫、高壓和大型換熱設(shè)備，如何優(yōu)化它們的結(jié)構(gòu)以提高其傳熱

4、效果。這方面的研究進(jìn)展對(duì)于改善石油、化工、醫(yī)藥、食品等眾多生產(chǎn)領(lǐng)域的生產(chǎn)工藝、節(jié)省能源消耗、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力，具有十分重要的意義。 1.3 設(shè)計(jì)目的與要求 通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、專(zhuān)業(yè)知識(shí)和基本技能，提高分析與解決實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生得到從事實(shí)際工作所必需的基本訓(xùn)練和進(jìn)行科學(xué)研究工作的初步能力。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)通過(guò)U型管換熱器強(qiáng)度設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，掌握典型過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)的一般程序，初步掌握科學(xué)研究的基本方法與科學(xué)論文的寫(xiě)作技巧與規(guī)范。 本設(shè)計(jì)要求我們熟悉過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)的基本方法跟程序，熟悉相關(guān)的國(guó)家級(jí)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，掌握設(shè)計(jì)方法跟程序，能獨(dú)立完成課題所

5、規(guī)定的內(nèi)容。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)將通過(guò)把工藝設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行完整的換熱器設(shè)計(jì)，掌握化工設(shè)備設(shè)計(jì)的一般方法和步驟，熟悉和了解有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范，培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)去分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，使我們受到本專(zhuān)業(yè)工程師的系統(tǒng)訓(xùn)練。 1.4 課題簡(jiǎn)介 換熱器是在工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞過(guò)程的一種設(shè)備，故又稱(chēng)熱交換器。它是化工、煉油、動(dòng)力和原子能及許多工業(yè)部門(mén)廣泛應(yīng)用的一種通用設(shè)備，是保證工藝流程和條件，利用二次能源實(shí)現(xiàn)余熱回收和節(jié)約能源的主要設(shè)備。在化工廠換熱器約占總投資的10-20%；由于工藝流程不同，生產(chǎn)中往往進(jìn)行著加熱、冷卻、蒸發(fā)或冷凝等過(guò)程。通過(guò)換

6、熱器熱量從溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，以滿(mǎn)足工藝需求。 1.4.1 U型管式換熱器 換熱設(shè)備有多種多樣的形式，每種結(jié)構(gòu)形式的換熱設(shè)備都有其本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作特性，有些結(jié)構(gòu)形式，在某中情況下使用是好的，但是，在另外的情況下，卻不太適合，或就根本不能使用。根據(jù)管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為固定管板式、浮頭式、U型管式和填料函式四類(lèi)。 U型管式管式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，U形管式換熱器僅有一個(gè)管板，管子兩端均固定于同一管板上。此類(lèi)換熱器的特點(diǎn)是管束可以自由伸縮，不會(huì)因管殼之間的溫差而產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱補(bǔ)償性能好；管程為雙管程，流程較長(zhǎng)，流速較高，傳熱性能較好；承壓能力強(qiáng)；管束可

7、從殼體內(nèi)抽出，便于檢修和清洗，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜。缺點(diǎn)是管內(nèi)清洗不便，管束中間部分的管子難以更換，又因最內(nèi)層管子彎曲半徑不能太小，在管板中心部分布管不緊湊，所以管子數(shù)不能太多，且管束中心部分存在間隙，使殼程流體易于短路而影響殼程換熱。此外，為了彌補(bǔ)彎管后管壁的減薄，直管部分需用壁較厚的管子。這就影響了它的使用場(chǎng)合，僅宜用于管殼壁溫相差較大，或殼程介質(zhì)易結(jié)垢而管程介質(zhì)清潔及不易結(jié)垢，高溫、高壓、腐蝕性強(qiáng)的情形。 圖1-1 U型管換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1.4.2 換熱器選型 換熱器選型時(shí)，需要考慮的因素很多，主要是流體的性質(zhì)；壓力、溫度及允許壓力降的范圍；對(duì)清洗、維修的要求；材料價(jià)格；使

8、用壽命等。 流體的種類(lèi)、導(dǎo)熱率、粘度等物理性質(zhì)，以及腐蝕性、熱敏性等化學(xué)性質(zhì)，對(duì)換熱器選型有很大的影響。而在本設(shè)計(jì)中是環(huán)氧乙烷與冷卻水熱交換，由于環(huán)氧乙烷溫度較高，而且處理量大、易腐蝕。綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用U型管式換熱器。 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[5][6] 表2-1 設(shè)計(jì)條件表 殼程 管程 設(shè)計(jì)壓力（MPa） 0.5 0.6 操作壓力（MPa） 0.1 0.4/0.3（進(jìn)口/出口） 設(shè)計(jì)溫度（℃） 130 75 操作溫度（℃） 96/50（進(jìn)口/出口） 25/45（進(jìn)口/出口） 流量（Kg/h） 6000 物料 環(huán)氧乙烷 冷卻水 程數(shù) 1 2

9、 換熱面積 291.60 2.1 殼體、管箱殼體和封頭設(shè)計(jì) 2.1.1 殼體的設(shè)計(jì) 圓筒公稱(chēng)直徑 據(jù)前面計(jì)算所知，圓筒的內(nèi)公稱(chēng)直徑為700mm > 400mm，采用卷制圓筒。 圓筒厚度 圓筒的最小厚度應(yīng)按GB 151-89第三章計(jì)算，但圓筒的最小厚度不得小于表2-2的規(guī)定。 表2-2 碳素鋼或低合金鋼圓筒的最小厚度 mm 公稱(chēng)直徑 700-700 800-1000 1000-1500 1600-2000 浮頭式、U型管式 8 10 12 14 固定管板式 6 8 10 12 2.1.2 管箱殼體 （1）管箱短節(jié)及其開(kāi)孔應(yīng)按GB 151

10、-89的有關(guān)要求設(shè)計(jì)，管箱短節(jié)的最小厚度不得小于表2-2的規(guī)定，取實(shí)際厚度為10mm。 （2）多程管箱的內(nèi)直徑深度l應(yīng)保證兩程之間的最小流通面積不小于每程管子流通面積的1. 3倍，如圖2-1；當(dāng)操作允許時(shí)也可以等于每程管子的流通面積。 （3）分程隔板的最小厚度不得小于表2-3的規(guī)定，取隔板的最小厚度為10mm，如圖2-2 2.1.3 封頭設(shè)計(jì)[7] 按工作原理，設(shè)計(jì)封頭應(yīng)為受壓的橢圓形封頭。采用長(zhǎng)軸和短軸比為2的標(biāo)準(zhǔn)型封頭，如表2-3。 圖2-1 管箱的最小內(nèi)側(cè)深度示意圖 表2-3 分程隔板的最小厚度 mm 公稱(chēng)直徑 DN 隔板最小厚度 碳素鋼及低合金鋼

11、高合金鋼 <600 8 6 600-1200 10 8 >1200 14 10 圖2-2 分程隔板與管板的連接示意圖 橢圓形封頭是由半個(gè)橢圓球和高度為h的短圓筒（即封頭直邊）構(gòu)成，直邊的作用是避免筒體與封頭連接的環(huán)焊縫受到邊緣應(yīng)力的影響。 封頭壁厚（不包括壁厚附加量）應(yīng)小于封頭直徑的0.30%。 2.2 進(jìn)出口設(shè)計(jì) 2.2.1 接管的要求： 接管應(yīng)與殼體內(nèi)表面齊平； 接管應(yīng)盡量沿著殼體的徑向或軸向設(shè)置； 接管與外部線可采用焊接連接； 在設(shè)計(jì)溫度下，接管法蘭不采用整體法蘭； 必要時(shí)可設(shè)置溫度及接口、壓力表接口及液面計(jì)接口。 圖2-3 橢圓形封頭

12、示意圖 2.2.2 接管直徑的計(jì)算 確定接管直徑的基本公式仍用連續(xù)性方程式，經(jīng)簡(jiǎn)化之后的計(jì)算公式為： （2-1） 對(duì)計(jì)算出來(lái)的管徑進(jìn)行圓整，取最近的標(biāo)準(zhǔn)管徑。 （1）接管上設(shè)置溫度及接口、壓力表接口及液面計(jì)接口。 （2）對(duì)于不能利用接管（或接口）進(jìn)行放氣和排氣的換熱器，應(yīng)在管程和殼體的最高點(diǎn)設(shè)置放氣口，最低點(diǎn)設(shè)置排液口，且最小公稱(chēng)直徑為20mm。 2.2.3 接管的外伸長(zhǎng)度 接管的外伸長(zhǎng)度也叫接管的伸出長(zhǎng)度，接管法蘭面到殼體（管箱殼體）外壁的長(zhǎng)度，可按下式計(jì)算： （2-2） 除上式計(jì)算外，接管外伸長(zhǎng)度也可取為200mm。 2.2.4 接管與筒體

13、、管箱殼體的連接 （1）結(jié)構(gòu)型式：接管與殼體、管箱殼體（包括封頭）連接的形式，可采用插入式焊接結(jié)構(gòu)，一般接管不能凸出與殼體內(nèi)表面。 （2）開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：具體過(guò)程見(jiàn)強(qiáng)度計(jì)算。 2.2.5 接管的最小位置 在換熱器的設(shè)計(jì)中，為使換熱器面積得到充分利用，殼程進(jìn)出口接管應(yīng)盡量靠近兩端管板，而管箱進(jìn)出口接管因盡量靠近管箱法蘭，可縮短管箱殼體長(zhǎng)度，減輕設(shè)備質(zhì)量。然而，為力保設(shè)備的制造、安裝、管口距底的距離也不應(yīng)靠的太近，它受到最小位置的限制。 （1）殼程接管位置的最小尺寸 殼程接管的最小位置，見(jiàn)圖2-4，可按下列公式計(jì)算： 帶補(bǔ)強(qiáng)圈接管 （2-3） 無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈接管

14、 （2-4） 由于本設(shè)計(jì)中殼程接管放氣空均加補(bǔ)強(qiáng)圈，故根據(jù)公式（2-3）計(jì)算得接管最小位置為306mm。 圖2-4 殼程接管的最小位置示意圖 （2）管箱接管位置的最小尺寸 管箱接管的最小位置，見(jiàn)圖2-4，可按下列公式計(jì)算： ① 帶補(bǔ)強(qiáng)圈接管 （2-5） ② 無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈接管 （2-6） 式中： b——管板厚度，mm； L1/L2——?dú)こ?管箱接管位置最小尺寸，mm； C——補(bǔ)強(qiáng)圈外邊緣（無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈時(shí)，管外側(cè)）至管板（或法蘭）與殼體連接焊縫之間的距離，mm； ——補(bǔ)強(qiáng)圈外徑，mm； ——接管外徑，mm。 2.3 管板與換熱管 2.3.1

15、管板 （1）材料：不銹鋼 1Cr18Ni9Ti （2）厚度 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，為方便換熱管的清洗，管板設(shè)計(jì)成可拆連接，采用焊接連接，管板的最小厚度δmin（不包括腐蝕裕量）見(jiàn)表2-4；取δmin=20mm（包括腐蝕裕量C2=2mm） 表2-4 管板的最小厚度 mm 換熱管外徑d 10 14 19 25 32 38 45 57 Smin 用于煉油工業(yè)局易燃易爆有毒介質(zhì)等嚴(yán)格場(chǎng)合 20 25 32 38 45 57 用于無(wú)害介質(zhì)的一般場(chǎng)合 10 15 20 24 26 32 36 （3）布管 ① 換熱管的排列形式，見(jiàn)圖2-5，本

16、設(shè)計(jì)選擇正三角形排列形式，如下圖： 圖2-5 換熱管的排列示意圖 ② 換熱管中心距 換熱管中心距一般不小于1.25倍的換熱管外徑。常用換熱管中心距見(jiàn)表2-5。 表2-5 常用換熱管中心距 mm 換熱管外徑 10 14 19 25 32 38 45 57 換熱管中心距S 13-14 19 25 32 40 48 57 72 分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距Sn（見(jiàn)圖2-7） 28 32 38 44 52 60 68 80 根據(jù)表中要求，取換熱管中心距為 s=25mm。 布管限定圓按表2-5確定。 圖2-6 管板中管孔

17、的分布示意圖 表2-6 布管限定表（a） 換熱器型式 固定管板式、U型管式 浮頭式 布管限定圓 表2-7 布管限定表（b） mm Di b <1000 >3 1000-2000 >4 表2-8 布管限定表（c） mm Di bn b1 <600 >10 3 >600 >13 5 從表中可得： b=5mm，， mm 且不小于10mm，取； （4）管程分程：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用2管程結(jié)構(gòu)，布置形式可參照?qǐng)D2-7，并應(yīng)考慮：盡

18、可能使各管程的換熱管數(shù)大致相等，分程隔板槽形狀簡(jiǎn)單，密封面長(zhǎng)度較短。 圖2-7 分程隔板的布置形式示意圖 殼程進(jìn)出口處的布管，應(yīng)考慮殼體內(nèi)壁與管束之間的流通面積和介質(zhì)進(jìn)出口管處的流通面積相當(dāng)。 管孔：Ⅱ級(jí)換熱器的換熱管和管孔直徑允許偏差按表2-9（b）規(guī)定。 根據(jù)表中要求，取管孔直徑為，。 表2-9（b）II級(jí)換熱器換熱管和管孔直徑允許偏差 mm 換熱管 外徑 10 14 19 25 32 38 45 57 允許偏差 0.20 0.40 0.45 0.57 管板 管孔直徑 10.3 14.4 19.4 25.40 32.50 3

19、8.50 45.50 57.70 允許偏差 +0.15 0 +0.2 0 +0.30 0 +0.40 0 （5）拉桿孔 拉桿與管板采用螺紋連接，螺紋結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-8。 圖2-8 拉桿與管板的螺紋連接示意圖 螺孔深度l2為： 式中：dn——拉桿螺孔公稱(chēng)直徑，mm。 （6）管板密封面 ① 管板與法蘭連接的結(jié)構(gòu)尺寸及制造、檢驗(yàn)要求等按JB 1157-1164-82《壓力容器法蘭》的規(guī)定。 ② 分程隔板槽：槽深一般不小于4mm；分程隔板槽寬度為：取12mm；分程隔板槽拐角處倒角為45，倒角寬度b為分程墊片的圓角半徑R加1-2mm。 2.3.2 換熱管

20、（1）換熱管長(zhǎng)度 ① 換熱管采用lCrl8Ni9Ti，外徑，內(nèi)徑，管長(zhǎng) ② 根據(jù)換熱面積A=291.60m2，由JB/T 4717 表4查得U型管換熱器系列，由參數(shù)如下： 管數(shù)： 中心管排數(shù)：27 管程流通面積：0.0492 根據(jù)以上條件，可布管如下： 管子布置間距 （折流板圓缺部分中的傳熱管122跟，4跟折流板固定桿） 排，（沒(méi)有旁通擋板） 流板數(shù)為：塊 折流板為缺25%的圓缺形折流板。 （2）換熱管的規(guī)格和尺寸偏差 換熱管的規(guī)格和尺寸偏差按GB 8163-87《輸送流體用無(wú)縫鋼管》和GB 2270-80《不銹鋼無(wú)縫鋼管》的規(guī)定，常用規(guī)格如表2-10。 選用Ⅱ級(jí)

21、換熱器標(biāo)準(zhǔn)，，其中厚度偏差為15%。 表2-10 常用換熱管的規(guī)格和尺寸偏差 mm 材料 鋼管標(biāo)準(zhǔn) 外徑厚度 mm Ⅰ級(jí)換熱管 Ⅱ級(jí)換熱管 外徑偏差mm 厚度偏差 外徑偏差mm 厚度偏差 不 銹 鋼 GB 2270-80 101.5 0.15 +12% -10% 0.20 15% 143 192 252 0.20 0.40 322 382.5 452.5 0.30 0.45 572.5 0.8% 1% 表2-10 彎管最小彎曲半徑 mm 換熱管外徑 10 14 19 25 32 38 45

22、 57 20 30 40 50 65 75 90 115 圖2-9 U型半最小半徑示意圖 U形彎曲管段彎曲的最小厚度按下式計(jì)算 （2-7） 式中： d——換熱管外徑，mm； R——彎曲管的彎曲半徑，mm； δo——彎曲錢(qián)管子的最小壁厚，mm； δ1——直管段的計(jì)算壁厚，mm。 2.4 殼體與管板、管板與法蘭及換熱管的連接 管板與殼體連接形式分為兩類(lèi)，一是不可拆卸，如固定管板，管板與殼體使用焊接連接。一是可拆卸式，如U型管、浮頭及填料函是滑動(dòng)管板式換熱器。 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)目的是設(shè)計(jì)U型管換熱器，故選擇可拆式換熱器，對(duì)于可拆卸式換熱器，管板本

23、身不直接與殼體相連，而通過(guò)殼體上法蘭或夾持在法蘭之間固定。 2.4.1 殼體與管板的連接 因?yàn)檫x擇的是可拆式連接，管板夾持在法蘭之間，因此管板不與殼體相連。 2.4.2 管板與法蘭的連接 可拆式換熱器的管板，因管束經(jīng)常抽出清洗、維修，所以管板與殼體不采用焊接形式，而故做成可拆式，固定在殼體法蘭與管箱法蘭之間，采用夾持形式。此情形適應(yīng)于材料為不銹鋼或有色金屬制的管板，這種結(jié)構(gòu)省材，且質(zhì)量輕。 2.4.3 換熱器與管板的連接 （1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，換熱管與管板的連接采用焊接。 （2）結(jié)構(gòu)尺寸 結(jié)構(gòu)型式及尺寸按表2-12和圖2-10的規(guī)定 表2-12 換熱管外徑

24、mm 換熱管外徑d 14 19 25 32 38 45 57 伸出長(zhǎng)度l 10.5 1.50.5 2.50.5 30.5 圖2-10 換熱管伸出長(zhǎng)度示意圖 2.5 其他各部件結(jié)構(gòu) 2.5.1 折流板和支持板 常用的折流板和支持板的形式有弓形和圓盤(pán)和圓環(huán)形兩種，本設(shè)計(jì)中采用25%Di的單弓形折流板，如圖2-11。 圖2-11 折流板示意圖 （1）折流板尺寸 弓形折流板缺口高度： mm 折流板的最小厚度按表2-13規(guī)定 從表中查的最小厚度為4mm，取管板厚度為5mm。 （2）折流板管孔 Ⅱ級(jí)換熱器折流板管孔尺寸及允許偏差按表2-14

25、（b）規(guī)定定，取。 表2-13折流板的最小厚度 mm 公稱(chēng)直徑 DN 換熱管無(wú)支撐跨距l(xiāng) <300 300-600 600-900 900-1200 1200-1500 >1500 折流板最小厚度mm <400 2 4 5 8 10 10 400-700 4 5 6 10 10 12 700-900 5 6 8 10 12 16 900-1500 6 8 10 12 16 16 1500-2000 8 10 12 16 20 20 表2-14（b）Ⅱ級(jí)換熱器折流板管孔尺寸及允許偏差

26、 mm 換熱管外徑d 10 14 19 25 32 38 45 47 折流板管孔直徑 10.5 14.6 19.6 25.8 32.8 38.8 45.8 58.0 管孔直徑允許偏差 +0.40 +0.45 +0.50 （3）折流板外直徑按表2-15規(guī)定，取外直徑為。 （4）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)出口接管，其余折流板按等 距布置?？拷馨宓恼哿靼迮c管板間的距離如圖所示，其尺寸可按下式計(jì)算： （2-8） 式中： L1——?dú)こ探庸艿淖钚〕叽?，mm； B2——防沖板長(zhǎng)度，mm。 表2-15 折

27、流板外直徑 mm 公稱(chēng)直徑DN <400 400-500 500-900 900-1300 1300-1700 1700-2000 折流板外直徑 DN-2.5 DN-3.5 DN-4.5 DN-6 DN-8 DN-10 折流板外直徑允許偏差 0.5 0.8 1.2 當(dāng)殼程為單相清潔流體時(shí)，折流板缺口應(yīng)水平上下布置。 折流板按等間距布置，取l=200mm，管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進(jìn)、出口接管，因換熱器殼程為純凈的氣體，因此折流板不需開(kāi)通液口。 （5）折流板質(zhì)量按下式計(jì)算： （2-9）式中： Q——折流板質(zhì)量，kg； Da——折流板外直

28、徑，mm； ——折流板切去部分弓形面積，，mm； C——系數(shù)由查表求得，查得，C=0.15355； ho——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。 （6）U形管的尾部支撐 U形管換熱器中，靠近彎管段起支撐作用的折流板，如圖2-14所示，應(yīng)布置成A+B+C之和不大于表2-16中最大無(wú)支撐跨距，超過(guò)彎管部分時(shí)應(yīng)加特殊支撐。 表2-16 最大無(wú)支撐跨距 mm 換熱管外徑d 10 14 19 25 32 38 45 57 最大無(wú)支撐跨距 800 1

29、100 1500 1900 2200 2500 2800 3200 2.5.2 拉桿、定距管 （1）拉桿的結(jié)構(gòu)形式 常用的拉桿形式有兩種，由于換熱管的外徑等于19 mm，本設(shè)計(jì)選用拉桿定距結(jié)構(gòu)，如圖2-13。 圖2-12 折流板布置示意圖 圖2-13 拉桿定距管結(jié)構(gòu)示意圖 （2）拉桿的直徑和數(shù)量 拉桿的直徑和數(shù)量一般可按表2-17、2-18選用，取拉桿直徑為12mm，拉桿數(shù)量為8根。 表2-17 拉桿直徑 mm 換熱管外徑l 10 14 19 25 32 38 45 57 直徑 10 12 12 16 16

30、16 16 16 表2-18 拉桿數(shù)量 mm 公稱(chēng)直徑DN 拉桿直徑 <400 400-700 700-900 900-1300 1300-1500 1500-1800 1800-2000 10 4 6 10 12 16 18 24 12 4 4 8 10 12 14 18 16 4 4 6 6 8 10 12 （3） 拉桿尺寸 ① 拉桿尺寸按圖2-14和表2-19確定。 ② 拉桿的長(zhǎng)度L按換熱器管長(zhǎng)需要設(shè)定。 ③ 拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。 圖2-14 拉桿尺寸示意圖 表2-1

31、9 拉桿尺寸 mm 拉桿直徑d 拉桿螺紋工稱(chēng)直徑 10 10 13 >40 12 12 15 >50 16 16 20 >60 由上表選取， 2.5.3 防沖板 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在殼程設(shè)置防沖板，以減少氣流的不均勻分布和對(duì)換熱管管端的沖蝕。 （1）防沖板表面到圓筒內(nèi)壁的距離，一般為接管外徑的1/4~1/3，取距離為50mm。 （2）防沖板的直徑或邊長(zhǎng)，應(yīng)大于接管外徑162mm，取防沖板外徑為250mm。 （3）防沖板最小厚度：碳鋼為4.5mm；不銹鋼為3mm；取厚度為6mm。 （4）防沖板的固定形式為： ① 防沖板的兩側(cè)焊在定距管

32、或拉桿上，也可以同時(shí)焊在靠經(jīng)管板的第一塊折流板上； ② 防沖板焊在圓筒上； ③ 用U形螺栓將防沖板固定在換熱管上。 2.6 鞍座的設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，根據(jù)壓力容器支座的國(guó)標(biāo)。 具體選擇 選擇DN500到900，120度的包角重型帶墊板支座：Q=170KN，h=200mm 底板的參數(shù) ，， 腹板的參數(shù) 筋板的參數(shù) ，， 墊板的參數(shù) 弧長(zhǎng)=830，，，e=36 螺栓間距 3 強(qiáng)度設(shè)計(jì) 3.1 概述[8] 換熱器是由筒體、管箱、封頭、法蘭、管板、換熱管、支座等受力元件組成。各受力元件都需注行強(qiáng)度計(jì)算，以確保在運(yùn)行中安全可靠。 管板屬于管殼式換熱器

33、中的重要元件。它的合理設(shè)汁，對(duì)于節(jié)省材料、降低成本、減少加工時(shí)間都有重要意義。由于管板受力比較復(fù)雜，影響其強(qiáng)度和剛度的因素很多，正確進(jìn)行強(qiáng)度分析比較困難。 在各國(guó)規(guī)范中，溫差應(yīng)力均作為二次應(yīng)力考慮，對(duì)于溫差應(yīng)力和壓力應(yīng)力制和滿(mǎn)足許用值。 3.2 鋼材的選擇 由于換熱器殼體的特殊要求，不是任一種鋼均可選用，一般要采用平爐、氧氣轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉的鎮(zhèn)靜鋼。專(zhuān)門(mén)用的鋼必須機(jī)械性能項(xiàng)目不一般，結(jié)構(gòu)鋼的相應(yīng)項(xiàng)目為多，檢驗(yàn)要求也更為合格，大致要求如下： （1）必須采用容器用鋼。它與普通結(jié)構(gòu)鋼相比采用的冶煉標(biāo)準(zhǔn)不同，常用的結(jié)構(gòu)鋼為16MnR等。 （2）必須采用鎮(zhèn)靜鋼。這種鋼脫氧比較安全，鋼中雜質(zhì)較少

34、，所以，重要的承壓元件均采用此類(lèi)鋼。 3.3 殼體、封頭、法蘭及開(kāi)口補(bǔ)強(qiáng) 3.3.1 殼體的設(shè)計(jì) （1）殼體的設(shè)計(jì) 表3-1 設(shè)計(jì)條件 設(shè)計(jì)壓力 P（MPa） 0.5 設(shè)計(jì)溫度 t（） 130 筒體內(nèi)徑 （mm） 700 腐蝕余量 （mm） 2.0 筒體材料 Q235-B 焊縫系數(shù) 0.8 在GB 151-98中表2-1，假設(shè)在設(shè)計(jì)溫度下Q235-B的許用應(yīng)力 筒體計(jì)算厚度按式（3-1）計(jì)算： （3-1） 設(shè)計(jì)厚度 按GB 709取鋼板負(fù)偏差： 根據(jù)表3-2的規(guī)定，最小厚度不得小于6mm 取名義厚度 校核：，沒(méi)有變化，故取名

35、義厚度合適。 （2）殼體強(qiáng)度校核 中低壓殼體一般均屬于k≥1.2的薄壁殼體。需求在內(nèi)壓作用下得周向應(yīng)力個(gè)經(jīng)向（周向）應(yīng)力。根據(jù)第一強(qiáng)度理論確定其為最大主應(yīng)力，并按彈性時(shí)效準(zhǔn)則將其最大主應(yīng)力限制在材料的許用應(yīng)力之內(nèi)，即 考慮到薄壁殼體在利用上述公式中，均設(shè)D為其平均值，實(shí)際殼體總存在焊縫而應(yīng)計(jì)入焊縫稀疏，且從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，由殼體理論求出的計(jì)算壁厚必須引入壁厚附加量，故實(shí)際設(shè)計(jì)是以?xún)?nèi)徑Di表示，即 壓力實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核： 液壓實(shí)驗(yàn)壓力 （3-2） 壓力實(shí)驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力： 實(shí)驗(yàn)壓力下圓筒應(yīng)力： （3-3） 式中： P——設(shè)計(jì)壓力，MPa； Di——?dú)んw內(nèi)徑，m

36、m； φ——焊縫系數(shù)； C——厚度附加量，mm。 校核條件： 校核結(jié)果：合格 應(yīng)力及應(yīng)力計(jì)算： 最大允許工作壓力 （3-4） 設(shè)計(jì)溫度下的計(jì)算壓力 （3-5） 校核條件： 結(jié)論：筒體名義厚度按GB 151中取得的合格。 3.3.2 內(nèi)壓封頭設(shè)計(jì) 封頭設(shè)計(jì)原則上應(yīng)根據(jù)封頭在內(nèi)壓作用下的應(yīng)力分析以及與之相連的筒體的邊緣應(yīng)力分析進(jìn)行強(qiáng)度校核。但實(shí)際上由于按應(yīng)力分析進(jìn)行設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，所以規(guī)定中對(duì)于僅受靜載荷的一般封頭，僅以遠(yuǎn)離封頭地區(qū)的薄膜應(yīng)力或彎曲應(yīng)力進(jìn)行分析加以限制。對(duì)于由于各種原因所引起的邊緣應(yīng)力，僅在結(jié)構(gòu)形式上定性的加以限制，或在計(jì)算中直接引用某個(gè)參數(shù)，

37、把按薄膜應(yīng)力或彎曲應(yīng)力求出的壁厚適當(dāng)放大。 （1）封頭厚度設(shè)計(jì) 按，取 形狀系數(shù)K=1.00 焊縫系數(shù) φ=0.85 封頭計(jì)算厚度按下式確定： （3-6） 封頭設(shè)計(jì)厚度 按GB 709，取鋼板負(fù)偏差： 考慮到圓筒的設(shè)計(jì)厚度為8mm 取封頭名義厚度 封頭有效厚度為 因?yàn)?，滿(mǎn)足穩(wěn)定要求。 式中：K——橢圓形封頭形狀系數(shù)，。 其值列于下表： 表3-2 系數(shù)K值表 2.6 2.5 2.4 2.3 2.2 2.1 2.0 1.9 1.8 K 1.46 1.37 1.29 1.21 1.14 1.07 1.00 0.93

38、 0.87 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 K 0.81 0.76 0.71 0.66 0.61 0.57 0.53 0.50 （2）封頭厚度校核 橢圓形封頭的最大允許工作壓力按下式計(jì)算 （3-7） 式中： ——設(shè)計(jì)溫度下封頭材料的許用應(yīng)力，MPa； φ——焊接接頭系數(shù)； K——橢圓形封頭形狀系數(shù)，同上； δe——封頭有效厚度，mm； Di——封頭內(nèi)直徑，mm。 校核條件： 結(jié)論：合格。 3.3.3 法蘭設(shè)計(jì) 表3-3 設(shè)計(jì)條件： 設(shè)計(jì)壓力 P（MPa） 0.5 設(shè)計(jì)溫度 t

39、（） 130 筒體內(nèi)徑 （mm） 700 腐蝕余量 （mm） 2.0 筒體材料 Q235-B 圓筒厚度（mm） 0.8 根據(jù)工作要求，選擇按整體法蘭設(shè)計(jì)，在此采用長(zhǎng)頸堆焊法蘭結(jié)構(gòu)。短節(jié)厚度。其伸出法蘭環(huán)的部分長(zhǎng)度l不應(yīng)小于以下值： 表3-4 根據(jù)設(shè)計(jì)要求法蘭按GB 151選擇如下 mm 公稱(chēng)直徑 D D1 D2 D3 D4 δ H h a R D 螺柱規(guī)格 螺柱數(shù)量 對(duì)接筒體最小厚度 550 690 650 615 605 602 38 95 25 17 12 22 12 23

40、M20 24 6 600 740 700 665 655 652 44 100 25 17 12 22 12 23 M20 28 6 650 790 750 715 705 702 46 100 25 17 12 12 12 23 M20 28 8 700 840 800 765 755 752 48 100 25 17 12 12 12 23 M20 32 8 800 940 900 865 855 852 48 100 25 17 12 12 12 23

41、M20 32 8 900 1040 1000 965 955 952 52 105 25 17 12 12 12 23 M20 36 10 應(yīng)該選擇公稱(chēng)直徑為700的那一組合適 （1）墊片設(shè)計(jì) ① 墊片材料、密封面形式 根據(jù)設(shè)計(jì)條件，采用石棉橡膠墊片，厚度，密封面形式采用平面。 ② 墊片參數(shù) m=2，y=11MPa ③ 墊片尺寸 參照J(rèn)B 4704-92非金屬軟墊片標(biāo)準(zhǔn)，取墊片內(nèi)徑704mm，外徑744mm，墊片寬度N=20mm ④ 墊片有效密封寬度 ， ⑤ 墊片壓緊力作用中心圓直徑 =墊片接觸面外徑-2b=744-28=728

42、mm ⑥ 墊片壓緊力 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力按下式計(jì)算： （3-8） 操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力按下式計(jì)算： （3-9） ⑦ 墊片寬度校核 墊片寬度校核按下式計(jì)算： （3-10） （2） 螺栓設(shè)計(jì) ① 螺栓材料及許用應(yīng)力 螺栓材料選用Q235-B（按

43、荷按下式計(jì)算： （3-14） ④ 螺栓配置 查JB 4703-2000 《壓力容器法蘭》，取螺栓規(guī)格M=20mm，螺紋小徑截面積A為120mm。螺栓數(shù)量： （3-15） 以4的倍數(shù)圓整為32 螺栓總截面積： 螺栓中心圓直徑應(yīng)以下列三者之大值確定： 滿(mǎn)足法蘭背面的徑向結(jié)構(gòu)要求，距所選的法蘭可知： 滿(mǎn)足法蘭密封面的徑向結(jié)構(gòu)要求 滿(mǎn)足螺栓孔環(huán)向結(jié)構(gòu)要求 實(shí)際螺栓中心圓直徑應(yīng)取上述最大值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圓整得 ⑤ 螺栓設(shè)計(jì)載荷 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷按下式計(jì)算： （3-16） 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷按下式計(jì)算：

44、（3）法蘭設(shè)計(jì) ① 法蘭結(jié)構(gòu)、材料 為有效降低法蘭的軸向應(yīng)力，以增設(shè)圓筒短節(jié)，取短節(jié)厚度，短節(jié)及法蘭材料為16MnR，查表2-1（按厚度>36~60）得：，。 ② 法蘭力矩 載荷： （3-17） （3-18） （3-19） 力臂： （3-20） 式中： 力矩 （3-21） （3-22） 式中：W——最小螺栓載荷 d. 法蘭設(shè)計(jì)力矩 e. 法蘭設(shè)計(jì)力矩取一下最大值 （3-23） 式中：取1.63510Nmm ③ 形狀常數(shù)（按表7-6計(jì)算） （3-24） 式中：； ； 令f=1，

45、得，則 法蘭外徑： 。 T=1.83，Z=4.94，Y=9.57，U=10.52 法蘭計(jì)算厚度：假設(shè) ④ 法蘭應(yīng)力 （3-25） （3-26） （3-27） ⑤ 應(yīng)力校核 ， 由于增加了短節(jié)，直接加大了錐頸部分的厚度，使法蘭軸向應(yīng)力大為降低，滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。 ⑥ 法蘭剛度厚度 （3-28） 式中： 因此法蘭的厚度取，滿(mǎn)足剛度要求。 3.3.4 開(kāi)口補(bǔ)強(qiáng) （1） 開(kāi)孔應(yīng)力集中現(xiàn)象及其原因 容器開(kāi)孔之后，一方面由于器壁材料消弱，引起器壁強(qiáng)度的減弱，另一方面由于結(jié)構(gòu)的連續(xù)

46、性被破壞，在開(kāi)孔和接管處產(chǎn)生較大的附加彎曲應(yīng)力，有時(shí)在接管上的外部載荷影響下，開(kāi)孔和接管部位就形成壓力容器的薄弱環(huán)節(jié)。 局部應(yīng)力的增長(zhǎng)現(xiàn)象稱(chēng)應(yīng)力集中，為了減少應(yīng)力集中，容器開(kāi)孔、接管處應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)后應(yīng)力集中作用可以得到緩解。 （2） 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的原則 目前，各國(guó)采用的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法有所不同，所依據(jù)的原則也不同，主要有以下三種： ① 等面積補(bǔ)強(qiáng)法 ② 以極限分析作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的補(bǔ)強(qiáng)法 ③ 以穩(wěn)定性要求作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的補(bǔ)強(qiáng)方法 （3）補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu) ① 補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)主要有以下者幾種： ② 補(bǔ)強(qiáng)板塔結(jié)構(gòu) ③ 加強(qiáng)元件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu) ④ 整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu) 具體圖形請(qǐng)參考資料《壓力容器的安全與強(qiáng)度設(shè)

47、計(jì)》。 （4）等面積補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法 我國(guó)《設(shè)計(jì)規(guī)定》采用開(kāi)孔等面積補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，它適用于鋼制容器筒體、封頭的開(kāi)孔及其補(bǔ)強(qiáng)。 ① 元件上開(kāi)孔及補(bǔ)強(qiáng)圈的結(jié)構(gòu)要求 殼體上的開(kāi)孔為圓形、橢國(guó)形或長(zhǎng)圓形。所有開(kāi)孔應(yīng)宜避開(kāi)焊縫、開(kāi)孔邊緣與焊縫的距離，應(yīng)大于三倍筒體和封頭的實(shí)際壁厚，且不小于100mm 補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度不得超過(guò)0.5S（S為容器壁厚） ② 補(bǔ)強(qiáng)面積的計(jì)算取補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)條件：（殼體接管/管箱接管） 設(shè)計(jì)壓力：0.5MPa/0.6MPa 設(shè)計(jì)溫度：130℃/75℃ 母管： 內(nèi)徑： 名義厚度 接管： 內(nèi)徑 名義厚度 厚度附加量： 母管 C取2mm 接管

48、 C取2mm 材料： 母管Q235-B 接管Q235-B 補(bǔ)強(qiáng)圈同上 相關(guān)系數(shù)：d——開(kāi)孔直徑，； ——強(qiáng)度消弱系數(shù)，，當(dāng)≥1.0時(shí)取=1.0 =113/113=1； ——焊接接頭系數(shù)，?。?； A——開(kāi)孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積； B——補(bǔ)強(qiáng)有效寬度； ——計(jì)算壓力； ——母管開(kāi)孔處的計(jì)算厚度 ——母管開(kāi)孔處的有效厚度，； ——接管有效厚度，； ——接管的計(jì)算厚度。 ③ 補(bǔ)強(qiáng)時(shí)補(bǔ)強(qiáng)方法的判別 ，且，d=154mm/204mm

49、補(bǔ)強(qiáng)面積 （3-30） ⑤ 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 有效寬度，在下式多計(jì)算值中取較大的值 （3-31） 外側(cè)有效高度，在下式值中取較小的值 （3-32） 內(nèi)側(cè)有效高度，在下式值中取較小的值 （因?yàn)榻庸軐?shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)度為0） ⑥ 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 母管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積 (3-33） 接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積接管的計(jì)算厚度 （3-34） （3-35） 焊接金屬的截面積： 補(bǔ)強(qiáng)面積 （3-36） 所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積 （3-37） ⑦ 補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì) 因?yàn)锳4為負(fù)值，表示該開(kāi)孔無(wú)須另行補(bǔ)強(qiáng)，不過(guò)考慮

50、到開(kāi)孔直徑較大及流體的流速，工程設(shè)計(jì)中往往也可以考慮設(shè)補(bǔ)強(qiáng)圈，在此，考慮筒體流體為氣體，在筒體接管上設(shè)計(jì)補(bǔ)強(qiáng)圈，厚度可取殼體厚度。 補(bǔ)強(qiáng)圈外徑Bo應(yīng)該不大于有效寬度B 根據(jù)JB/T 4736-2002標(biāo)準(zhǔn)，取 內(nèi)徑根據(jù)公式： 厚度取母體厚度8mm 3.4 管板 目前各國(guó)對(duì)管板的計(jì)算方法有所不同，本設(shè)計(jì)采用我國(guó)設(shè)計(jì)管板的方法，通過(guò)對(duì)管板作一定的簡(jiǎn)化和假設(shè)，其理論依據(jù)如下： 將管板作為承受均布載荷、放置在彈性基礎(chǔ)上的當(dāng)量圓平板，且計(jì)入管孔均勻削弱的影響。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，有： 1 設(shè)計(jì)條件 2 結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù) 換熱器公稱(chēng)直徑，DN = 700mm； 換熱管外徑d =19m

51、m； 管壁厚度t=2mm； 換熱管根數(shù)n=267； 換熱管采用三角形排布，管間距S = 25mm ； 墊片為橡膠墊片； 換熱管與管板為賬焊并用； 殼程側(cè)結(jié)構(gòu)槽深； 管程側(cè)隔板槽深； 連接管板的殼程法蘭與管箱法蘭采用JB4702-92法蘭5700-1.0； 換熱器材料：Q235-B； 查GB150表2-3，設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力； 管板材料：不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）； 查GB150表2-3，設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力； 許用拉脫力，按GB 151表3-12 3.4.1 墊片壓緊力作用中心圓直徑 （1）墊片設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)條件，采用石棉橡膠板墊片，厚度，密封面形式采用

52、平面。 （2）墊片參數(shù)：m=2，y=11MPa （3）墊片尺寸 參照J(rèn)B 4704-92非金屬軟墊片標(biāo)準(zhǔn)，取墊片內(nèi)徑704mm，外徑744mm，墊片寬度N=20mm。 （4）墊片有效厚度 ， （5）墊片壓緊力作用中心圓直徑 =墊片接觸面積外徑2b=744-28=728mm 3.4.2 確定管板設(shè)計(jì)壓力 不能保證在任何情況下和都同時(shí)作用，并兩側(cè)均為正壓，故取兩者中的大者。 3.4.3 管板計(jì)算厚度和名義厚度 （3-38） 根據(jù)GB 151第3.7條，管板名義厚度應(yīng)不小于下列三部分之和，即 （3-39） 圓整得 3.4.4 換熱管軸向應(yīng)力

53、 查GB 151-98附錄Ⅱ，換熱管金屬截面積 a=176.71mm （3-40） 按下列三種工況分別計(jì)算： （1）只有殼程設(shè)計(jì)壓力，管程設(shè)計(jì)壓力； （2）只有殼程設(shè)計(jì)壓力，管程設(shè)計(jì)壓力； （3）殼程壓力和管程壓力同時(shí)作用； 以上三種工況的計(jì)算值的絕對(duì)值均遠(yuǎn)小于換熱管的設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 3.4.5 換熱器和管板連接拉脫力 （3-41） 式中： ——取第四項(xiàng)三種工況計(jì)算中的絕對(duì)值最大者，； ——換熱管與管板連接的寒風(fēng)尺寸，； ——換熱管伸出管板長(zhǎng)度，根據(jù)表3-18，為1.5mm； ——管板孔倒角深度，為2mm； 。 由

54、此可得： 滿(mǎn)足要求 3.5 支座 3.5.1 計(jì)算鞍座反力 （1）計(jì)算質(zhì)量 ① 圓筒質(zhì)量 （3-42） 式中：圓筒材料密度。 ② 單個(gè)封頭質(zhì)量： （查JB 1154-73） ③ 附件質(zhì)量（包括人孔、接管、液面計(jì)、平臺(tái)等質(zhì)量）： ④ 充液質(zhì)量 因物料密度不如水的密度，故按充滿(mǎn)水考慮，設(shè)備充裝系數(shù) （3-43） 式中：（查JB1154-73）。 ⑤ 保溫層質(zhì)量 因?yàn)樵O(shè)備部保溫，故=0。 ⑥ 設(shè)備最大質(zhì)量m （3-44） （2）計(jì)算鞍座反力 按下式計(jì)算： 3.5.2 計(jì)算圓筒軸向彎矩 （1）圓筒中間處截面的彎矩

55、按下式計(jì)算： （3-45） （2）鞍座處截面上的彎矩 按下式計(jì)算： （3-46） 3.5.3 計(jì)算圓筒軸向應(yīng)力 （1） 由于彎矩引起的軸向應(yīng)力 ① 在圓筒中間截面上 最高點(diǎn)處： （3-47） 式中： ； ； 。 最低點(diǎn)處： ② 在鞍座出圓筒截面上 最高點(diǎn)處： （3-48） 式中：，由GB 151-89表（8-3）查得。 最低點(diǎn)處： （3-49） 式中：，由GB 151-89表（8-3）查得。 （2）由于設(shè)計(jì)壓力引起的軸向壓力 （3-50） （3）軸向應(yīng)力組合與校核 軸向拉應(yīng)力 最大軸向拉應(yīng)

56、力 軸向壓應(yīng)力 最大軸向壓應(yīng)力 軸向應(yīng)力校核： 許用軸向拉應(yīng)力 ； 許用軸向壓應(yīng)力 ； 許用軸向壓應(yīng)力按GB 151-89第1章和第4章確定。 （3-51） 根據(jù)A值和材料，查第四章圖4-4，得B=108 3.5.4 計(jì)算圓筒、封頭切向應(yīng)力 因，故圓筒和封頭中切向剪應(yīng)力分別按下列公式計(jì)算。 （1）圓筒切向剪應(yīng)力按下式計(jì)算 （3-55） 式中：，由GB 150-89表8-3查得。 （2）封頭切向剪應(yīng)力 按下式計(jì)算 （3-53） 式中：； 。 式中：為封頭沖壓減薄量，1.0mm。 （3）切向剪應(yīng)力校核

57、式中：為圓筒許用切向剪應(yīng)力。 （3-54） 式中：K=1.0，由GB 151-89查得。 3.5.5 計(jì)算圓筒周向應(yīng)力 （1）在鞍座處橫截面最低點(diǎn)處周向應(yīng)力，按下式計(jì)算 （3-55） 式中：k=0.1，考慮容器焊在鞍座上； ，有GB 151-89表8-3查得； ； b=186mm，鞍座寬度。 （2） 在鞍座邊角的周向應(yīng)力 因，故按下式計(jì)算 （2-56） 式中：，由GB 150表8-3查得。 （3） 周向應(yīng)力校核 校核結(jié)果，合格。 3.5.6 計(jì)算鞍座有效斷面平均應(yīng)力 （1）鞍座承受的水平分力 按下式計(jì)算 式

58、中：，由GB 151-89表8-3查得。 （2）鞍座有效面積平均應(yīng)力 按下式計(jì)算 （3-57） 式中： ，鞍座實(shí)際高度和兩者中的較小值； ，腹板名義厚度。 （3）鞍座有效斷面平均應(yīng)力校核 式中：，鞍座材料Q235-BF的許用應(yīng)力。  結(jié) 論 首先很高興我按時(shí)完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 此次高效冷卻器的設(shè)計(jì)，選用的是管殼式換熱器中的U型管式換熱器。選用U型管換熱器的主要原因是考慮到兩介質(zhì)的溫差較大這個(gè)因素。依照U型管換熱器的特點(diǎn)，只有一塊管板，管束由很多根U型換熱管組成，管的兩端固定在同一個(gè)管板上，管子可以自由伸縮。當(dāng)殼體與換熱管有溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生熱

59、應(yīng)力。 這次換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，選擇了U型管式，管子與管板的連接采用焊接，不設(shè)置膨脹節(jié)等等。其它零部件結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)設(shè)計(jì)圖紙。通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算，校核了殼程圓筒、封頭、法蘭、開(kāi)孔接管、管板和支座并進(jìn)行了開(kāi)口補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。 總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我的收獲是很大的。各方面的知識(shí)都有涉及，如手工畫(huà)圖就概括了整個(gè)制圖課程的知識(shí)。電腦制圖有進(jìn)一步熟練了CAD軟件操作?？傊?，此次設(shè)計(jì)是整個(gè)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的整理與應(yīng)用，大大提高了我的設(shè)計(jì)能力。  致 謝 通過(guò)做這個(gè)高效冷卻器的設(shè)計(jì)，我懂得了很多換熱器相關(guān)知識(shí)及其由理論向?qū)嶋H轉(zhuǎn)變的過(guò)程。 我非常感謝我的設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師徐舒老師。徐老師嚴(yán)謹(jǐn)

60、的治學(xué)態(tài)度、淵博理論知識(shí)、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及細(xì)心的教導(dǎo)讓我體會(huì)頗深，在這一個(gè)學(xué)期里，我學(xué)會(huì)了很多很多，所有這些將引導(dǎo)我不斷前進(jìn)，并是我終身受益，所有這些我將銘記在心。本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過(guò)程自始至終都得到徐老師的細(xì)心教導(dǎo)，從設(shè)計(jì)的選題的確定，到設(shè)計(jì)計(jì)算及論文的整理審稿、最后定稿，無(wú)不傾注了徐老師辛勤的汗水！ 衷心感謝機(jī)械工程學(xué)院，為我們這次設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)畫(huà)圖教室，畫(huà)板等等硬件方面的幫助。 衷心感謝本設(shè)計(jì)小組的每一位同學(xué)，他們?yōu)槲姨峁┝税駱?，幫我解決了無(wú)數(shù)疑難問(wèn)題，讓我學(xué)到了很多東西。 我之所以能按時(shí)順利的完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是與老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助分不開(kāi)的，在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，得到了過(guò)程機(jī)械系各位老

61、師的指導(dǎo)和幫助。在此，我對(duì)那些指導(dǎo)和幫助過(guò)的老師、同學(xué)及朋友表示衷心的感謝。  參 考 文 獻(xiàn) [1] 秦叔經(jīng).葉文邦等編.換熱器.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003 [2] 國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).GB151-1999：管殼式換熱器.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社。2000 [3] 賀匡國(guó)主編.化工壓力容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1995.6 [4] 上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院編.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993 [5] 董大勤.壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000 [6] 鄭津洋等編.過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005

62、 [7] 聶清德.化工設(shè)備設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993 [8] 華南理工大學(xué)化工原理教研室編.化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì).廣州：華南理工大學(xué)出版社，1993 附錄： 本設(shè)計(jì)符號(hào)說(shuō)明 英文字母 B——折流板間距，m； C——系數(shù)，無(wú)量綱； d——管徑，m； D——換熱器外殼內(nèi)徑，m； f——摩擦系數(shù)； F——系數(shù)； h——圓缺高度，m； K——總傳熱系數(shù)，； L——管長(zhǎng)，m； m——程數(shù)； n——指數(shù)； 管數(shù)； 程數(shù)； N——管數(shù)； 程效； NB——折流板數(shù)； Nu——努塞爾特準(zhǔn)數(shù)； P——壓力，Pa； Pr——普蘭特準(zhǔn)數(shù)； q——熱通量，； Q—一傳熱速率，W； r——半徑，m； 汽化潛熱Kj/kg； R一一熱組，； 因數(shù)； Re——雷諾準(zhǔn)數(shù)； S——傳熱面積，m2； t一—冷流體溫度，℃； 管心距，m； T——熱流體溫度，℃； u——流速，m/s； W——質(zhì)量流量，kg/s； 希臘字母 ——對(duì)流傳熱系數(shù)，； ——有限差值； ——導(dǎo)熱系數(shù)，； ——粘度，； ——密度，； ——校正系數(shù)； 下標(biāo) c——冷流體； h——熱流體； i——管內(nèi)； m——介平均； o——管外； s——污垢。