高壓加熱器設計機械制造專業(yè)

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1、目錄 摘要 2 Abstract 3 1高壓加熱器的結(jié)構(gòu) 5 1.1 高壓加熱器設計參數(shù) 7 2高壓加熱器結(jié)構(gòu)設計 10 2.1水室設計 10 2.1.1水室接管設計 10 2.2封頭設計 10 2.3開孔與開孔補強設計 12 2.3.1補強型式 12 2.4圓筒的計算 13 2.4.1筒體主要接管設計 14 2.5U型管及拉桿定距管設計 15 2.5.1U型管設計 15 2.5.2布管限定圓 16 2.5.3熱管排列形式 17 2.5.4拉桿與定距管設計 18 2.6折流板 19 2.6.1折流板形式 20 2.6.1折流板尺寸 21 2.6.2折流

2、板的固定 23 2.7管板的設計 23 2.8分程隔板 27 3三段傳熱高壓加熱器計算 28 4高壓加熱器接管設計 32 4.1進出口接管設計 32 4.2接管法蘭設計 33 4.3接管外伸長度 34 4.4接管與筒體、殼體的連接 34 4.5接管開口補強設計 34 4.6殼程接管位置的最小尺寸 38 5鞍座 38 結(jié)論 39 致謝 40 參考文獻 41  高壓加熱器設計 摘 要 目前，人類發(fā)展面臨的重要問題之一是能源和能源利用已成為各國重要的研究課題，而熱能利用過程中不可或缺的設備是高壓加熱器，幾乎在所有用電，化工，冶金，電力，電力等部門都得到廣泛應

3、用。近年來，由于新技術(shù)和新能源的發(fā)展，各種類型的高壓加熱器越來越受到業(yè)界的關(guān)注。實現(xiàn)節(jié)能目的的關(guān)鍵設備是高壓加熱器，所以，不論從發(fā)展的工業(yè)方面，還是從更高效的能源利用，這對高壓加熱器的合理設計，制造，選型和操作具有重要意義。 火力發(fā)電廠的高壓給水加熱器也被叫做“高加”，其主要是使用從蒸汽輪機中產(chǎn)生的加熱蒸汽加熱鍋爐供水的設備。高壓加熱器能提升發(fā)電廠熱效率，節(jié)約原料，便于安裝安全性穩(wěn)定性，環(huán)境保護和經(jīng)濟運行。 在火電廠發(fā)電的過程中，除了三大主機：鍋爐，汽輪機和發(fā)電機發(fā)揮了主導作用，還配備了多種相關(guān)設施，其對電廠運作的穩(wěn)定性與便利性也具有積極作用。此處，汽輪機最關(guān)鍵的輔助設施是高壓加熱器，假如

4、此設備無法工作，水就必須利用旁通管進入鍋爐，在一定程度上降低鍋爐進料水的溫度，導致燃料損耗增多，提高綜合費用;如果進入鍋爐的水的溫度較低，會將威脅鍋爐和蒸汽渦輪機的安全運行，縮短設備的使用壽命，因此，當高壓加熱器停止運行時，電站通常將電力負荷減少10％至15％。 給水回熱系統(tǒng)是電廠熱力系統(tǒng)的重點，在電廠熱經(jīng)濟性中其具備關(guān)鍵功能?，F(xiàn)在，火電廠一般采用回熱抽氣加熱鍋爐給水，吸熱平均溫度被提高，不可逆吸熱損失得到減少;同時，有必要盡可能減少排氣參數(shù)，以便蒸汽可以膨脹并在蒸汽輪機中工作，以最大限度地減少冷源的損失。結(jié)果，理想循環(huán)的熱效率增加，因此基于朗肯循環(huán)使用余熱回收來增加發(fā)電廠的熱經(jīng)濟性。 高

5、壓加熱器用于通過使用已經(jīng)在蒸汽渦輪機中制造的蒸汽來加熱水供應，以減少冷凝器中的熱損失，從而提升循環(huán)熱效率。所以，此設施是否可以順利運作對汽輪機的經(jīng)濟性和產(chǎn)量有很大的影響。 因此，研究回熱抽氣系統(tǒng)和高壓加熱器的設計，以提高電廠的熱經(jīng)濟型具有重要的理論和實踐意義。將本次設計的1號高壓加熱器的設計和熱力計算與岱海電廠2x600MW亞臨界機組的高壓加熱器相結(jié)合，它為單位的安全和經(jīng)濟運行及回熱抽氣系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新提供指導。 關(guān)鍵詞：高壓加熱器，回熱循環(huán)，設計，熱經(jīng)濟性  High-Pressure Heater ABSTRACT Energy is one of the most impor

6、tant issues faced by mankind. Energy development and conversion and utilization have become important issues in various countries. High-pressure heaters are indispensable equipment for the use of firepower and they are used in almost all fields of power generation. Chemicals and metallurgy power po

7、wer generation and other departments are particularly widely used. In recent years due to the development of new technologies and the development and utilization of new energy sources various types of high pressure heaters have attracted more and more attention from the industrial community. High p

8、ressure heaters are also the key equipment in energy saving measures. Therefore whether they are from industrial Development or from the effective use of energy the rational design manufacture selection and operation of high pressure heaters are of great significance. The high-pressure feedwater h

9、eater of a thermal power plant is abbreviated as “high-increasing” and is a device that heats boiler feedwater using steam extracted from a steam turbine. High-pressure heaters can increase the thermal efficiency of the power plant, save fuel, and help the unit to operate safely, stably, environment

10、ally, and economically. In the power generation process of thermal power plants, in addition to the leading role of the three main units of boilers, steam turbines, and generators, various auxiliary equipment are also provided. They also play an important role in the reliability and economy of powe

11、r plant operations. Among them, one of the most important auxiliary equipment for high-pressure heater steam turbines, if it fails to stop operation, the feedwater can only enter the boiler through the bypass pipeline, which will greatly reduce the feedwater temperature into the boiler, increase fue

12、l consumption, and increase power generation. Cost; If the temperature of the feed water entering the boiler is too low, it will threaten the safe operation of the boiler and steam turbine and shorten the service life of the equipment. Therefore, the power plant often reduces the power load by 10% t

13、o 15% when the high pressure heater is stopped. In this paper according to GB150-1998 and GB151-1999 the structural components of the high-pressure heater are designed. The water-heating system is the core of the thermal system of the power plant. It plays a decisive role in the thermal economy of

14、the power plant. At present thermal power plants generally adopt regenerative extraction steam to heat the boiler feed water increase the average temperature of heat absorption reduce the irreversible loss of heat absorption and at the same time reduce the steam extraction parameters as much as pos

15、sible so that the steam can be maximized in the steam turbine. Medium expansion works to reduce cold source losses. As a result the thermal efficiency of the ideal cycle has also increased so the use of recuperative cycles based on the Rankine cycle has improved the thermal economy of the power pl

16、ant. High-pressure heaters use steam that has already performed a part of work in a steam turbine to heat the feed water to reduce the heat loss of the exhaust steam in the condenser thereby improving the cycle thermal efficiency. Whether the high-pressure heater can be put into operation normally

17、 has a great influence on the economic efficiency and output of the steam turbine unit in the thermal power plant. Therefore, it is of great theoretical and practical significance to study the design of regenerative extraction systems and high-pressure heaters for improving the thermal economy of p

18、ower plants. In this paper, combined with high pressure heaters of 2600MW subcritical units in Bohai Power Plant, the No. 1 high pressure heaters are designed and thermally calculated, which provides guidance for the safe and economical operation and technological transformation of the reheating sys

19、tem and units. Key words: high-pressure heater, regenerative cycle design, thermal economy 1 高壓加熱器的結(jié)構(gòu) 高壓加熱器采用各種結(jié)構(gòu)形式，普通Z型是國內(nèi)外典型的高，結(jié)構(gòu)，分別設置垂直U型管高位加，水平U型管高位加，倒立式U型管加， 高是立式螺旋管式和高立式螺旋管式和高倒立式結(jié)構(gòu)。 本文詳細介紹了在上海電站輔機有限公司引進的美國專利技術(shù)設計和制造中U形管式加熱器的設計和制造。 高壓加熱器結(jié)構(gòu)見圖1-1 圖1-1 高壓加熱器結(jié)構(gòu) 其的主要特點是結(jié)構(gòu)緊湊，能耗低，阻力小，熱效率高，3臺高壓加

20、熱器均為17.6米的操作層水平布局。U型管與管板的材料都為碳鋼時的連接采用先進的膨脹管與自動氬弧焊，采用該方案連接后會具有大深度溶液，強度高，質(zhì)量好，密封性強等特點。整個加熱器可視為由四部分組成：半球形小開放水室、凝結(jié)段、過熱蒸汽冷卻段、疏水冷卻段。 （1）半球形小開口水室由鋼管板焊接而成的鋼球性封頭組成。其主要特點是結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小。封頭上部有設有水管進出口和一個橢圓形的入口門。入口門的密封由內(nèi)部水壓和鍛造鋼基座之間的密封墊來密封。水室內(nèi)設有一個隔板分開進出水，將隔板放在管板上焊接，應一個套管一頭焊接在出口接管內(nèi)側(cè)另一頭與管側(cè)給水出口接管和隔水板焊接，因此，半球封頭受到壓力后產(chǎn)生較

21、高的局部壓力被消除了。水室內(nèi)有出氣口，安全閥和化學清潔接頭。 （2）過熱蒸汽冷卻段。 過熱蒸汽冷卻部分通過使用從蒸汽輪機提取的一些過熱蒸汽來增加供給水的溫度。它位于供水過程的出口側(cè)，并由外殼板密封。使用過熱蒸汽冷卻部分可以使水在離開高壓加熱器之前提高給水溫度，使其接近或略高于飽和溫度在該抽氣點壓力下的。 由于進入高壓加熱器中的蒸汽非常熱，如果直接進入加熱器，將不可避免地對周圍的管板造成嚴重的熱沖擊，殼體將過熱蒸汽引入結(jié)構(gòu)中的封閉式蒸汽冷卻器，所以來沖刷冷卻水管通過蒸汽繞過蒸汽旁路擋板，然后在溫度下降后再進入冷凝段，同時，在蒸汽入口處安裝不銹鋼防沖板來減少蒸汽對管束的沖擊。 該部分由包殼

22、板，套管和遮熱進行密封，不僅可以將其與加熱器主殼體側(cè)面部分隔離開來形成內(nèi)部隔離，為了使管板和殼體結(jié)構(gòu)得到更好的保護，所以減小溫差和相應的熱應力。 在隔板的引導下，進入進口接管的過熱蒸汽以正常線速度與質(zhì)量速度均勻進入管道，且確保充足熱量來保證遠離管道時的干燥性。如此，在蒸汽分進入冷凝時期時，能避免濕蒸汽侵蝕和水侵蝕造成的損害。 （3）蒸汽凝結(jié)段 冷凝方面主要使用冷凝時期的潛熱加熱水。蒸汽在隔板作用下依照加熱器長度方向均勻劃分。在隔板的引導下進入段的蒸汽流向加熱器的末端。 在殼側(cè)的排氣管可以去除不凝氣體，排氣管布置在管束的中心，當蒸汽冷凝流向圓管束邊緣的中心時，逐漸降低蒸汽流速空氣逐漸積聚

23、在中心，在這種情況下排氣管可以有效地提取殼體內(nèi)不凝結(jié)的氣體，避免侵蝕管道等。 利用從疏水（冷凝物）入口管或從壓力高的高壓加熱器的各級疏水，向殼體較低部位匯聚。之后上述疏水通到疏水冷卻段。 （4）疏水冷卻段 為了改善該級抽氣能量的利用，盡可能減少該級抽氣對下一級抽氣的排斥從而提高熱回收系統(tǒng)的效率，減少疏水性氣化，便于疏水性調(diào)整，建立疏水冷卻段。 疏水冷卻部分把源自凝結(jié)段的疏水的熱量傳播給加熱器的供水部分，此外疏水溫度降低到低于飽和溫度。此部分主要位于供水環(huán)節(jié)的入口側(cè)，且通過殼板密封。由于包殼板的存在是疏水冷卻段與加熱器殼側(cè)部分分開，并且從端板到總體或入口精確地保持水位，使得該部分被密封。

24、來自加熱器殼體下部的疏水流體進入此環(huán)節(jié)，之后由隔板向上指導。利用這環(huán)節(jié)，疏水從殼體側(cè)面的頂部出口流出。 高加主要部件有:殼體、水室、管板、熱交換管、支撐板、防沖擊板、復板等。 通常情況下 外殼是完全焊接的。焊后熱處理和無損檢驗是按照焊接的技術(shù)條件進行的。除了安全閥接管外，所有高壓的部分都是全焊接的非法蘭結(jié)構(gòu)。 當高加需要拆卸外殼時，必須沿著附件裝配圖殼上的切割線切割。 水室 高加水室由鍛件和厚板焊接而成，封頭是一種能抵抗高壓的半球形結(jié)構(gòu)。為了便于維修，在水室提供了一個橢圓形的人孔。橢圓形的人孔是一種自密封結(jié)構(gòu)，采用不銹鋼石墨包裹墊，并帶有加強環(huán)。水室設有一個封閉的隔板，將球體分開。

25、為防止高水供水系統(tǒng)短路，在供水的出水口處設置了膨脹裝置，以補償因溫差和瞬時水壓變化引起的變形和相應的熱應力引起的變形。在給水的入口側(cè)設有防腐蝕裝置。 管板 連接到水室的鍛件用作管板。 管子 該高壓加熱器使用的加熱管為U形管。U形管材料如下: 采用SA-556Gr.C2 高壓加熱器的管子和管板連接采用焊接和膨脹一起的結(jié)構(gòu)。 管子支撐板 一定數(shù)量的支持板排列在整個長度的熱交換管，,蒸汽流可以垂直沖管來提高傳熱效果,并提高管束整體的剛性,防止振動,確保管子可以自由受熱膨脹。 用拉桿和定距管將支撐板固定在預定位置。 防沖板 為了防止蒸汽和上疏水沖擊造成的熱傳遞管損壞，在蒸汽和上疏

26、水入口設置不銹鋼防震板。 包殼板 為了隔離過熱蒸汽部分，疏水冷卻段和凝結(jié)段，提供包殼板，其確保過熱部分的密封和獨立性并保證了疏水部分的密封和獨立性。 1.1 高壓加熱器設計參數(shù) 表1-1高壓加熱器設計參數(shù) 加熱器 項目 單 位 JG-2150-1 高壓加熱器 每臺機組設備數(shù) 1 型式 臥式U型管 表面加熱 總加熱面積 m2 2040 給水量 t/h 1931.43 給水入口溫度 ℃ 246 給水出口溫度 ℃ 278.4 加熱蒸汽壓力 MPa(a) 6.1104 加熱蒸汽溫度 ℃

27、 386.12 蒸汽流量 t/h 146.5 疏水量 t/h 146.443 疏水出口溫度 ℃ 251.54 給水出口溫度端差( T.D ) ℃ -1.7 疏水出口端差(D.C) ℃ 5.54 管內(nèi)流速(15℃時) m/s 2.81 管側(cè)流程數(shù) 2 給水壓降 MPa 0.0879 殼側(cè)設計壓力 MPa (g) 7.15 殼 程 設計溫度 殼側(cè) ℃ 290 蒸汽入口 ℃ 415 殼側(cè)水壓試驗壓力 MPa (g) 9.25 管側(cè)設計壓力 MPa (g) 32 管側(cè)設計溫度 ℃ 310 管側(cè)水壓

28、試驗壓力 MPa (g) 41.6 表1.2：高壓加熱器部件材料表 加熱器 項目 JG-2640-1 高壓加熱器 殼體板 短筒身 15CrMoR 封頭板 P355GH 支座板 Q235-A 隔板（上級疏水防沖板） 1Cr18Ni9Ti 管板 20MnMo（Ⅳ） 球形水室 DIWA353 人孔蓋、人孔座 20MnMo（Ⅳ） 給水進出接管 15NiCuMoNb5（Ⅳ） 蒸汽進口接管 20MnMo（Ⅲ） 疏水接管 20MnMo（Ⅲ） 危急疏水接管 20MnMo（Ⅲ） 上級疏水進口接管 換熱管 SA-556Gr

29、.C2 2高壓加熱器結(jié)構(gòu)設計 2.1水室設計 岱海的2600 MW亞臨界機組采用“U型管-管板式”高壓加熱器, 管式熱交換器的管箱是U形管高壓加熱器水室。其主要作用是在熱交換前后分配和收集高壓給水。水室能夠承受高壓，并且材料基本上是低合金高強度鋼。 2.1.1水室接管設計 高壓加熱器進水口溫度246℃，出口溫度278.4℃，體積變動不大，為了方便購買與生產(chǎn)，目前采用相同公稱直徑的同一接管，比如統(tǒng)計，將出口接管當做案例就可以。確定給水進口流速： 圓整至450mm 其直徑大小與供水流量有關(guān)，一般為1.5?3.0m / s，超高壓機組可達5m / s，其中蒸汽進出口蒸汽效率是

30、5m/s。使用鋼管牌號是15NiCuMoNb5 ，此材料被普遍使用在高溫高壓供水接管。 應該采用騎座式完全焊接結(jié)構(gòu)連接接管與水室筒體或者封頭。 2.2封頭設計 壓力容器中包含不同類型的封頭，被劃分成凸形，錐殼，平蓋與緊縮口，變徑段等，此處半球形，碟形，球形，橢圓形封頭全部是凸形封頭。封頭形式的合理選擇不僅可以使高壓加熱器正常工作，而且還可以節(jié)省制造成本。在水室的形式中，為了使水方便進入水室，水室的直徑可以定義為。 當水室直徑時，可采用圓柱體伍德密封（常稱大開口），常用于低參數(shù)小容量機組外部蒸汽與疏水冷卻器上; 在水室直徑時，一般使用半橢圓形封頭水室加入口和半球形水室加入口形式，常用于高參數(shù)

31、大容量機組，所有結(jié)構(gòu)都采用全密封。 表2-1 橢圓封頭與球形封頭比較表 根據(jù)表2-1我們就能知道：半橢圓封頭水室水流量大，水室范圍大，防腐性能好，維修方便，但厚殼壁增多材料重量以及焊接任務量。 半球形水室重量較輕，生產(chǎn)費用較少，高度較低，然而水室小，水流性不好。由于半球形水室沒有設計筒節(jié)，密封頭具有更薄的壁厚，較輕的總重量和更低的高度。 一些高壓加熱器已開始使用半球形水室加入口形式，具體使用哪種形式，還需要考慮設計中的各種因素具體分析。 半球形封頭厚度統(tǒng)計 ——封頭厚度 [σ]t——13MnNi

32、MoNbR許用應力，選取190Mp ——焊接系數(shù)，確定1 ——半球形封頭直徑，確定2000mm 根據(jù)厚度統(tǒng)計公式 計算得出 。 圖2-2 橢圓形封頭設計 標準橢圓形封頭計算厚度 其中 ，，， 計算得 設計厚度： 名義厚度：，圓整取60mm 有效厚度： 長短軸比值為2，， 2.3開孔與開孔補強設計 對于目前普遍認可的工藝標準，需要將接管安裝在容器開孔位置上，但是從而導致壁面強度的下降。另外，由于結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，殼體和接頭之間的接頭將被破壞，此外會出現(xiàn)較高的局部阻力。所以容器安全操作出現(xiàn)問題

33、，因此為后續(xù)順利操作，壓力容器的厚度需要思考開孔補強等因素。 2.3.1補強型式 在具體補強結(jié)構(gòu)內(nèi)一般包含下面多個類型的局部補強結(jié)構(gòu)，接下來進行全面分析： （1）補強圈補強：補強圈在殼體與接管連接的地方進行焊接，補強現(xiàn)實特征是結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)便利。適用范疇：在靜載荷，大氣壓力，中低壓力下，材料標準抗拉強度少于，另外厚度不大于，此外殼體公稱厚度低于該處。 （2）厚壁接管補強：在開口處焊接一段厚壁接管，因為在應力最大的區(qū)域中，接管加厚部分處于其中，固因此它要比補強圈能更更高的減少應力集中系數(shù)。主要優(yōu)勢是結(jié)構(gòu)直接，焊縫不多，方便檢測焊接，質(zhì)量高，因此補強加固效果更好。適用范圍：由于材料間隙高敏

34、感性，通常使用高強度低合金鋼的壓力容器，但必須保證焊縫穿透。 （3）整體鍛造件補強強：主要結(jié)構(gòu)是將管子與殼體和補強部分進行整體鍛造，之后連接殼體與接管。主要優(yōu)勢是，在開口應力最大的部位，補強金屬集中密度最大，并且可以全面降低應力集中系數(shù)。使用范圍：一般使用在容器開口材料屈服點在以上的關(guān)鍵壓力容器，比如核容器，和開口直徑大的低溫，高溫，疲勞載荷大的容器等。 依照上述特征，本次研究主要使用厚壁接管補強設計。 2.4圓筒的計算 工藝標準為： 設計壓力：具有安全控制設備，確定7.15MPa 設計溫度：290℃ 焊縫系數(shù)： 真空度忽略不關(guān)注 計算壓力： 材料：15CrMoR，許用應力

35、 a．厚度計算按照公式，主要適用范圍是。 此處，——筒體厚度，mm； ——筒體計算壓力，Mpa；取7.15MP； ——圓筒內(nèi)直徑，mm；取2050； ——15CrMoR許用應力，Mpa；取131MPa ——焊接系數(shù)，取1； 求得： 筒體厚度=57.5，鋼負偏差為： ，腐蝕裕量 ， 設計厚度，名義厚度圓整60mm。 b．計算長度： c．圓筒外徑： D．設計溫度下圓筒的計算應力 因為強度要求滿足條件，所以名義厚度為 = 60mm適合。 e． 在設計溫度時的圓筒的最大允許工作壓力 因為壓力要求滿足條件，所以名義厚度為 =

36、 60mm適合。 2.4.1筒體主要接管設計 關(guān)鍵接管尺寸 蒸汽進口接管 假定蒸汽在管道內(nèi)流速是30m/s、 圓整為300mm 疏水出口接管 設定疏水在管道中的流速為5m/s 圓整為300mm 2.5U型管及拉桿定距管設計 2.5.1U型管設計 （1）高加換熱管 各個國家大容量火電機組加熱器管束一般使用SA556GRC2碳鋼管，有的電廠也采用TP304奧氏體不銹鋼管束，與TP439鐵素體不銹鋼相比，由于TP304L材料中添加了鎳、鉻，材料的耐腐蝕性和耐侵蝕性能得到了有效的改善。鐵素體不銹鋼比奧氏體不銹鋼管具有更高的強度，因此它們具有有良好的性能，良好的汽蝕性和焊

37、接性能，由于鎳元素含量很低，成本也低于TP304L奧氏體不銹鋼。 U型管彎管段的彎曲半徑 圖2-3 U型管彎曲半徑 UU型管彎曲部分的彎曲半徑R需要超過換熱管外徑的兩倍，參考表2-2挑選一般換熱管的最小彎曲半徑。 表2-2 換熱管外徑與彎曲半徑的比較表 彎曲前的U型管彎頭最小壁厚按照公式統(tǒng)計： 其中：d——換熱管外徑，mm；確定16 R——彎管段的彎曲半徑，mm； ——彎曲前換熱管的最小厚度，mm；

38、 ——直管段計算壁厚，mm。 2.5.2布管限定圓 布管應布置在管道的規(guī)定圓內(nèi)，即從最外層熱交換管道表面到管道中心的距離不應超布管限定圓的半徑。布管限定圓直徑可根據(jù)表2-3確定。 表2-3布管限定圓直徑 管殼式熱交換器形式 固定管板式、U型管式 浮頭式 布管限定圓直徑 表2-4b的取值 表2-5 3 5 6 7 b ---- 見圖2-4，其值按表2-4選取 ---- 見圖2-4，其值按表2-5選取，7mm； ----見圖2-4，，mm； ---- 固定管板式換熱器或U型管式

39、換熱器管束從最外側(cè)熱交換管外表面到管束外殼內(nèi)壁的最短距離如圖2-5所示。 = 0.25d = 0.2516 = 4mm，一般不小于8mm，取= 20mm； ---- 墊片寬度，其值按表2-5選取，75mm； ---- 布管限定圓直徑， mm； ---- 圓筒內(nèi)直徑，2050mm； ---- 換熱管外徑，16mm； 圖2-4 圖2-5 2.5.3熱管排列形式 換熱管標準配置形式如圖2-6所示 換熱管中心距 傳熱管的外徑為16.0mm，對應的中心距為22mm，隔開管子的分程隔板槽兩側(cè)的相鄰管之間的中心距為35mm。 表2-6 常用換熱管中心距 2

40、.5.4拉桿與定距管設計 由于安裝了拉桿和定距管使折流板和支撐板得到固定，并使兩板保持固定的距離。 ① 拉桿結(jié)構(gòu) 拉桿為一個整體桿、通常固定在管板上，目的是使定距管獲得支撐。 a. 常用拉桿結(jié)構(gòu)有： 拉桿定距管結(jié)構(gòu)，管束用于換熱的管束外徑的管束，如圖2-8所示。 拉桿與折流板是點焊的，用于管束換熱管外徑的管束，如圖2-7所示。 圖2-7 拉桿折流板點焊結(jié)構(gòu) 圖2-8 拉桿定距管結(jié)構(gòu) 由于換熱管，可以使用兩種類型的拉桿，在殼程內(nèi)安裝多個可拆裝連接可以盡量減少焊接連接，也方便維修，為避免由于高速汽液沖蝕造成的焊接損傷，所以采用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。 ②拉桿直徑和數(shù)量 表2-

41、7拉桿直徑選用表 換熱管外徑d0 拉桿直徑dn 10 12 16 選取拉桿直徑為12mm 表2-8拉桿數(shù)量選用表 根據(jù)換熱器2170mm的直徑和熱交換管16mm的外徑，拉桿數(shù)量取24 圖2-9拉桿連接尺寸 ③拉桿布置和大小 拉桿需要均勻分布在管束外邊緣上，以便于使折流板被更好的固定。對于大直徑的換熱器，需要在布管區(qū)內(nèi)或折流板缺口周圍安裝合適的拉桿，并且不得少于三個支撐點在任何一個折流板上。 表2-9拉桿的尺寸 ④定距管 定距管被折流擋板支撐板截斷，定距管套在拉桿上，確定折流擋板間距。定距管的外徑應與外徑和換熱管相同的碳鋼管的外徑也一樣

42、。定距管長度，按照現(xiàn)實需求明確，上偏差為0.0，下偏差為-1.0. 2.6折流板 折流擋板的結(jié)構(gòu)設計主要根據(jù)工藝和要求確定。在殼程設置折流板的目的是為了使殼程介質(zhì)的流道長度得到有效延長，有效地提高了管間流速，并且有效提高了湍流度，達到提高熱交換器傳熱效果的目的。同時，臥式換熱器的換熱管被設置的折流板起到了有相應的支撐效果，在換熱管太長，在管上壓力太高時，換熱器殼側(cè)允許壓降達到時，折流擋板的數(shù)目增多，減少折流板間距對于減輕換熱管的應力情況與避免流體流動造成的震動具有相應的效果。此外，折流板設定也方便熱交換管的裝置。 2.6.1折流板形式 普遍是弓形與圓盤-圓環(huán)型兩種，以弓形最為常用，此外

43、還有矩形、螺旋形等。 弓形折流板具有單個弓形形狀，雙弓形形狀和三重弓形形狀。 其優(yōu)點是： ①當折流板間距和缺口相同時，雙弓形折流板的壓降明顯低于單弓形折流板的壓降。 ②允許折流板間距減小，增加管子的固有頻率，并更好地防止由于流體引起的振動引起的失效。 圖2-10常見的折流板形狀 2.6.1折流板尺寸 （1）折流板缺口高度 因為要讓流體通過缺口時和穿過管束時的流速類似，因此需要有適合的弓形折流板缺口高度。切口的尺寸由圓的內(nèi)徑與被切割的弦的直徑的百分比確定，h值為切口弦高，其優(yōu)選為圓筒內(nèi)徑的0.20-0.45倍。取圓缺率為0.25，則h=0.252050=512.5mm。

44、 （2）折流板的最小厚度 折流板最小厚度按下表選取。 表2-10折流板或支持板的最小厚度 折流板厚度為22mm。 根據(jù)下表選擇熱交換管直管的最大無支撐跨度。 表2-11換熱管直管最大無支撐跨度 管外徑 換熱管材料及溫度限制 低碳鋼和高合金鋼 400℃ 低合金鋼 450℃ 鎳-銅合金鋼 300℃ 鎳 450℃ 鎳鉻鐵合金 540℃ 在標準允許的溫度范圍內(nèi)： 鋁和鋁合金 銅和銅合金 鈦和鈦合金 鎬和鎬合金 10 900 750 12 1000 850 14 1100 950 16 1300 1100 19 1500

45、 1300 25 1850 1600 30 2100 1800 32 2200 1900 35 2350 2050 38 2500 2200 45 2750 2400 50 3150 2750 55 57 （3）折流板板孔 換熱器使用不銹鋼管束，按照GB151相關(guān)要求，折流板管孔允許偏差與管孔直徑： 管孔直徑 = d + 0.4 = 16.4mm； 允許偏差是： mm 表2-12管束折流板與支持板管孔直徑和允許偏差 （4）折流板與支持板的外徑與允許偏差需要達到表格標準 公稱直徑：2050mm； 折流板名義外直徑：2050-4.5

46、=2038mm； 折流板外徑公差偏差： mm 表2-13折流板和支持板外直徑及允許偏差 （5）折流板數(shù)量 取整N=8 2.6.2折流板的固定 折流板一般定距管或拉桿等元件和管板固定方式為： （1）使用全焊接形式，拉桿一頭插入管板焊接，所有折流板均被拉桿固定在具體拉桿上。 （2）把拉桿一邊擰入管板中，所有折流板使用定距管固定，所有拉桿都和最終折流板焊接。 （3）把拉桿一邊擰入管板中，中間折流板使用定距管穩(wěn)固，最終折流板使用兩個螺母鎖緊點焊。 （4）組合螺紋和焊接，拉桿一邊擰入管板中，所有折流板被焊在拉桿中。 2.7管板的設計 管板與殼程圓筒和管箱連接方式的選擇

47、 高壓加熱器的管板和殼程圓筒、管箱的連接形式依照GB151-1999內(nèi)管板的b型連接形式，如圖2-11所示。 圖2-11 管板與殼程圓筒和管箱的連接方式 表2-7列出了六種連接方式。 表2-7 管板與殼程圓筒和管箱之間的連接方式 a型 管板通過墊圈連接到殼體法蘭和管箱法蘭上； b型 管板與殼程圓筒和管箱圓筒連接形成一體結(jié)構(gòu)； c型 管板與殼程圓筒一體成型，并且延長部分形成凸緣被用活套環(huán)與管箱法蘭將其夾持在兩者之間； d型 管板與管程圓筒一體成型，并且延長部分形成凸緣被用活套環(huán)與殼體法蘭將其夾持在兩者之間； e型 管板與殼程圓筒一體成型

48、，用螺柱、墊片將其兼作法蘭的延長部分，與管箱連接 f型 管板與管箱圓筒連接，用螺柱、墊片將其兼作法蘭的延長部分，與殼體法蘭連接； 高壓加熱器設計要求嚴格，實際情況應盡量避免開啟筒體大修，采用整體連接形式更安全，選擇b型連接。 管子在管板中排列成三角形。 圖2-12布管方式 高加管板材料采用合金含量低的鍛鋼20MnMoⅣ,其具有嚴格的物理和化學性。管板結(jié)構(gòu)繁瑣，其中壓力載荷一般包含下面的狀況：管程壓力單獨作用；殼程壓力單獨作用；殼程壓力與管程壓力同時作用，上述力都被叫做一次應力。因為殼體與管子之間的溫度膨脹差異y造成的應力屬于二次應力。 管板應力分析 表2-8 管板

49、應力計算過程 2.8分程隔板 隔板應由和管箱類似的材料生產(chǎn)。分程隔板最小厚度超過GB151-1999相關(guān)要求。參考要求可知，隔板材料是15CrMo，最小厚度是10mm。 分程隔板槽深參考GB151-1999]相關(guān)要求： 1) 槽深需要超過4mm ； 2）分程隔板槽寬度是：碳鋼12mm,不銹鋼 11 mm ； 3）45是分程隔板槽拐角處的倒角一般角度，分程墊片圓角半徑R和倒角寬度b近似相等，如圖2-13所示。 圖2-13 取槽深為4mm，槽寬度為12mm，倒角為45。 3高壓加熱器三級傳熱計算 600MW高壓加熱器，過熱段-凝結(jié)段-

50、疏水冷卻段三段傳熱，臥式，U型管式，兩流程（只經(jīng)過一次U型管），換熱管材料SA556Cr-C2，管子規(guī)格。 表3-1 名稱 符號 單位 公式 數(shù)值 加熱器形式 臥式 U型管外徑 M 選用 0.016 U型管內(nèi)徑 M 選用 0.011 行程數(shù) 個 選用 2 每行管程數(shù) N 根 選用 2531 總傳熱量 Q W 核算蒸汽量 D’ Kg/s 65.7 表3-2 （1） 過熱蒸汽冷卻段熱力計算 過熱段蒸汽出口溫度 297.354 過熱段蒸汽出口焓 查汽水性指表 2870

51、.85 過熱段傳熱量 過熱段給水進口焓 1201.3 過熱段給水進口溫度 查汽水性指表 274.13 對數(shù)平均溫差 55.07 蒸汽平均溫度 331.335 過熱段蒸汽比體積 查汽水性質(zhì)表 0.039 管子中心間距 S 選用 0.022 過熱段內(nèi)管排數(shù) Z 排 選用 90 平均每排管數(shù) 根 28 折流板間距 L 選用 0.8 蒸汽通道截面積 00 0.5 橫掠管束蒸汽流速 3.17 蒸汽運動粘度 查汽水性質(zhì)

52、表 蒸汽雷諾數(shù) Re 61108 蒸汽導熱率 17 查汽水性質(zhì)表 0.05732 蒸汽定壓比熱容 查汽水性質(zhì)表 3.0762 蒸汽普朗特數(shù) Pr 查汽水性質(zhì)表 1.1392 蒸汽至壁傳熱分系數(shù) 977 給水均溫 276.35 給水比體積 查汽水性質(zhì)表 0.001265 管內(nèi)水速 w 2.81 給水運動粘度 查汽水性質(zhì)表 雷諾數(shù) Re 239612 給水導熱率 查汽水性質(zhì)表 0.62455 給水普朗特數(shù) Pr 查汽水性質(zhì)表

53、 0.7838 壁至水傳熱分系數(shù) 13108.5 管壁厚 0.002 壁熱導率 取用火電廠熱交換器P51表4-2 49 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 取用火電廠熱交換器表4-5 0.000035222 管外側(cè)污垢熱阻 取用火電廠熱交換器表4-5 0.000052833 過熱段總傳熱系數(shù) 786 過熱段計算傳熱面積 252 過熱段實際傳熱面積 254 表3-3 (2)凝結(jié)段熱力計算 飽和疏水焓 查汽水性質(zhì)表 1219 凝結(jié)段傳熱量 凝結(jié)段給水進口焓

54、 1075 凝結(jié)段給水進口溫度 查汽水性質(zhì)表 247.02 對數(shù)平均溫差 12 汽至壁傳熱分系數(shù) 7499 管內(nèi)給水均溫 260.354 給水比體積 查汽水性質(zhì)表 0.00122017 管內(nèi)水速 2.74 給水運動粘度 查汽水性質(zhì)表 雷諾數(shù) Re 225430 給水導熱率 查汽水性質(zhì)表 0.64297 給水普朗特數(shù) Pr 查汽水性質(zhì)表 0.7869 壁至水傳熱分系數(shù) 23404 凝結(jié)段總傳熱系數(shù) 3333

55、 計算傳熱面積 1723 實際傳熱面積 1730 表3-4 （3）疏水冷卻段熱力計算 疏冷卻段傳熱量 對數(shù)平均溫差 14.7 疏水平均溫度 258.46 疏水通道截面積 0.21384 橫掠管束疏水速度 0.23 疏水運動粘度 查汽水性質(zhì)表 疏水雷諾數(shù) Re 27401 疏水導熱率 查汽水性質(zhì)表 0.644 疏水普朗特數(shù) Pr 查汽水性質(zhì)表 0.7880 疏水至壁傳熱分系數(shù) 46 管內(nèi)給水均溫

56、 243.76 給水比體積 查汽水性質(zhì)表 0.0011975 管內(nèi)水速 2.67 給水運動粘度 查汽水性質(zhì)表 雷諾數(shù) Re 211143 給水熱導率 查汽水性質(zhì)表 0.659 給水普朗特數(shù) Pr 查汽水性質(zhì)表 0.8009 壁至水傳熱分系數(shù) 222925 疏冷段理論總傳熱系數(shù) 2500 疏冷段再熱系數(shù) 選取 0.9 疏冷段總傳熱系數(shù) 2250 疏冷段計算傳熱面積 126 疏冷段實際傳熱面積 127 表3-5 （

57、4）高壓加熱器總傳熱面積 高壓加熱器總傳熱面積 2040 4高壓加熱器接管設計 4.1進出口接管設計 通常，高壓加熱器殼體和管箱上通常配備有接管或接口以及進口和出口管。 水室上下部分別裝有疏水進水管和疏水出水管，常在筒體上配有蒸汽進口接管，疏水進水管，應急排水管和應急抽水管。 因此，除了設備的強度和外觀之外，筒體上的接管和殼體上的接管設置也要考慮其對傳熱和壓降的影響。 4.2接管法蘭設計 設計條件見表4.1 根據(jù)HG20592-97選取的接管法蘭的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表4.2 連接尺寸 DN 法蘭外徑D 螺栓孔中心圓直徑K 螺栓孔直徑L

58、 螺栓孔數(shù)量n L螺紋Th 300 585 500 42 16 M39*2 密封面尺寸 DN d P E F Rmax 300 422 375 8 12 0.8 墊片尺寸 DN A P H C 300 11 375 16 8 緊固件長度統(tǒng)計： 螺柱： 式中： C-法蘭厚度，mm L-緊固件長度，mm E-環(huán)連接法蘭法蘭高度（按照HG 20592中規(guī)定），mm ΔC-法蘭厚度正公差（按照HG20592~20635中規(guī)定），mm m-螺母最大厚度（按照HG20592~20635中規(guī)定），mm h-環(huán)連接面法蘭與法

59、蘭之間的近似距離（按照HG20592~20635中規(guī)定），mm P-緊固件的倒角段長度（按照HG20592~20635規(guī)定），mm T1—安裝螺柱或六角螺栓時的最小延伸量（按照單個螺距統(tǒng)計，具體情況參考HG20592~20635中規(guī)定），mm n-螺栓或六角螺柱的負公差（按照HG20592~20635的規(guī)定），mm T-墊片厚度，取值T=3mm 所查取數(shù)值，和計算結(jié)果見下表 4.3接管外伸長度 接管外部延伸部分尺寸也稱為接管外伸長度，指的是法蘭表面到殼體外壁的長度，按下式計算： 符號： l—接管外伸長度，mm h—接管法蘭厚度，mm;h=C+E; 殼程進出

60、口法蘭：hs=68+8=76mm --接管法蘭的螺母厚度，mm 殼程進出口法蘭：h1s=38.1mm --保溫層厚度，mm，取0. 把全部信息都思考進來統(tǒng)計外管的延伸程度； 殼程入口和出口的外部延伸是：，取 4.4接管與筒體、殼體的連接 接管結(jié)構(gòu)設計需要根據(jù)我國要求GB 150-1998第八章與附錄j相關(guān)要求開展計算。下述是接管普通標準： （1）接管需要和殼體內(nèi)表層平齊; （2）如果設計溫度比300℃高或者相等的時候，應采用對焊法蘭; （3）接管應盡可能沿熱交換器器的徑向或軸向設計; （4）對于部分無法利用連接（或接口）進行放氣與排液的換熱器，需要在管程與殼程路徑的最高點

61、增設放氣口，排液口設定在最低點位置，20cm為它的最小公稱直徑; （5）溫度計接口、壓力表接口和液面計接口應根據(jù)需要設計； （6）立式換熱器可設置溢流口 4.5接管開口補強設計 本次主要使用整體補強實現(xiàn)。詳細環(huán)節(jié)為： （1）確認方式的適用性 A 圓筒計算厚度： 殼程圓筒計算厚度： 管程圓筒計算厚度： B 接管計算厚度： 殼程開孔直徑： 管程開孔直徑： 殼程接管計算厚度： 名義厚度：，圓整取 有效厚度： C 校核使用條件 殼程接管： ， （2）開孔所需補強面積 殼程： （3）有效補強范圍

62、 A過渡圓角半徑按照GB150明確。 或取大者，其中：， 殼程圓角半徑： 取37mm 殼程圓角半徑： 取16mm B 有效補強范圍半徑 此半徑統(tǒng)計為： 殼程有效補強范圍半徑： （4）有效補強面積 A 圓筒或球殼開孔所需補強區(qū)域面積計算如下： ，取 殼程： 有效補強范圍 a）有效寬度B計算如下，以數(shù)值較大者為準： B取600mm b）有效高度h計算如下，以數(shù)值較小者為準： 外側(cè)高度 內(nèi)側(cè)高度 B 在有效補強的范圍內(nèi)，它可以用作補強的截面積，計算如下： --補強面積 -

63、--殼體有效厚度減去計算的厚度以外的面積計算如下： ----接管有效厚度減去計算的厚度之外的面積計算如下： --焊縫金屬截面積 因為所以開孔不需要另加補強。 符號： A ---- 開孔削弱需要的補強面積，㎡； B ---- 補強有效寬度，mm； C ---- 厚度附加量，mm； ---- 殼體內(nèi)直徑，mm； d ---- 開口直徑，mm； ---- 強度減弱系數(shù)就是設計溫度下接管和殼體材料彼此間的許用應力之比，在取值是1； ---- 接管外側(cè)有效補強高度，mm； ---- 接管內(nèi)側(cè)有效補強高度，mm； ---- 統(tǒng)計壓力（參考GB150-1998

64、內(nèi)容），MPa； ---- 殼體開孔處的計算厚度，mm； ---- 殼體開孔處的有效厚度，mm； ---- 接管有效厚度，mm； ---- 殼體開孔處的名義厚度，mm； ---- 接管名義厚度，mm； ---- 接管計算厚度，mm； ---- 殼體材料設計溫度下允許的應力（參考GB150-1998內(nèi)容），MPa； ---- 鋼材標準 抗拉強度最低值，MPa； ---- 鋼材標準屈服點，MPa； ---- 焊接接頭系數(shù)（參考GB150-1998內(nèi)容）。 4.6殼程接管位置的最小距離 殼側(cè)接管位置的最小距離可以

65、按照以下公式計算： ?。⊿是殼體厚度，mm）且≥30mm。 統(tǒng)計殼程接管方位的最短距離為： ，取C為240mm;  5鞍座 在制造中，不同容器利用支架固定在具體位置。即使其結(jié)構(gòu)與形狀有所差異，主要被劃分成下面的支座類型：球形容器支架、水平容器支架和垂直容器支架。 鞍座式、圈座式和支腿式三種支座是三種類型的臥式容器支座。小型臥式設備一般使用支腿式支座，很少使用圈座式，而應用較多的是鞍座式支座。 應優(yōu)先考慮雙支座配合臥式容器，并且支座中心線的位置根據(jù)容器操作按標準執(zhí)行溫度改變，固定鞍座F型適合固定側(cè)安裝采用，滑動鞍座S型適合滑動側(cè)安裝采用。接管較多的一側(cè)通常設置固定鞍座。

66、 尺寸詳情為： 公稱直徑DN：2050mm 鞍座高度h：250mm 螺栓間距：l2=1300mm 膜板：δ2=14mm 底板尺寸：l1=1500mm b1=240mm δ1=16mm 墊板：弧長=2450 b4=400mm δ4=12mm e=50 鞍座設定需要盡量接近邊緣，也就是A不高于且一般不大于0.2L,此外在特定時期A最大不能超過0.25L。 選取兩鞍座之間距離是5925mm。  結(jié)論 在長達幾個月的鉆研與分析之后， U型管式高壓加熱器的設計目標大致達成，我也了解到更多的知識，即便已經(jīng)大致達成目標，然而過程中依然存在設計缺點，依舊需要后續(xù)健全和處理的問題。 成果： （1）利用設計高壓加熱器，對原本的專業(yè)知識進行詳細回顧與分析； （2）對U型管高壓加熱器的設計環(huán)節(jié)與具體方式和相關(guān)標準有了清晰的認知與了解； （3）掌握此類設計中普遍參照的規(guī)格與要求； （4）對焊接工藝的一般規(guī)格與技術(shù)標準有大致掌握； （5）明