固定管板式換熱器.doc

固定管板式換熱器的設(shè)計(jì)學(xué)生：庫勇智，化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院指導(dǎo)教師：王小雨，江漢大學(xué)摘 要 換熱器是用來在流體間交換熱量的裝置，在化學(xué)專業(yè)中具有非常重要的地位，被使用于化工各行業(yè)中。由于其中固定管板式換熱器管板和殼體是一體構(gòu)造，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)十分便宜的優(yōu)點(diǎn)，所以被普遍的使用。 這篇設(shè)計(jì)說明書上面著重說明了換熱器的換熱面積、各個(gè)設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度以及接管等數(shù)據(jù)參數(shù)。根據(jù)上面所給的數(shù)據(jù)和換熱器類型來對(duì)換熱器的各個(gè)零部件，即換熱管根數(shù)，尺寸、排列方式，殼體和管箱、封頭等等，最后校核、壓力試驗(yàn)，根據(jù)工藝結(jié)構(gòu)選出材料，最后作圖。 本設(shè)計(jì)說明書的每一部分都是完全參照GB150-2011壓力容器和GB151-2014熱交換器中固定管板式換熱器的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算、校核和選型的。關(guān)鍵詞管殼式換熱器 ；固定管板式換熱器 ；加熱器IIAbstractHeat exchanger is a device for exchanging heat between the fluids and in chemistry has a very important position, is used in the chemical industry. Because of the fixed tube plate heat exchanger tube plate and the shell is an integral structure, with has the advantages of simple structure, low cost advantages, so be widely use.The design specification above illustrates the change of the heat exchange area of the heat exchanger, each design pressure and temperature and over data parameters. According to the data given above and the heat exchanger type heat exchanger parts, i.e. the heat exchange tube number, size, arrangement, shell and tube box, head, and so on, finally checking, pressure test, selected according to process structure materials. Finally, drawing.The design specification is strictly according to GB150-2011< pressure container > and heat GB151-2014< exchanger is > fixed tube plate heat exchanger of the relevant provisions of the calculation, selection and checking.Key wordsShell and tube heat exchanger ；fixed tube heat exchanger ；heater 目 錄摘 要-1目 錄-3符號(hào)說明-5第一章 緒論-6第1.1節(jié) 換熱器的分類-6第1.2節(jié) 固定管板式換熱器的特點(diǎn)-6第2章 換熱器的工藝設(shè)計(jì)-7第2.1節(jié) 各部件的材料-7第2.2節(jié) 換熱器的工藝條件-7第2.3節(jié) 估算設(shè)備尺寸-8第三章 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)與校核-9第3.1節(jié) 殼體和管箱的厚度計(jì)算-9第3.2節(jié) 封頭的計(jì)算-11第3.3節(jié) 墊片-12第3.4節(jié) 螺栓-12第3.5節(jié) 法蘭-13第3.6節(jié) 開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算-14第3.7節(jié) 壓力試驗(yàn)-15第四章 零部件的選型-16第4.1節(jié) 換熱管的型式和尺寸-16第4.2節(jié) 折流板-17第4.3節(jié) 定距管和拉桿-18第4.4節(jié) 防沖板-19第4.5節(jié) 接管-20第4.6節(jié) 管箱-22第4.7節(jié) 管板的結(jié)構(gòu)尺寸-22第4.8節(jié) 封頭-23第4.9節(jié) 螺栓的選型-24第4.10節(jié) 鞍座的選取-24第五章 換熱器的連接形式-26第5.1節(jié) 傳熱管與管板的連接-26第5.2節(jié) 管板與殼體的連接-27第5.3節(jié) 管板與法蘭的連接-28第六章 換熱器的制造、檢驗(yàn)及安裝-28第6.1節(jié) 總體制造工藝-28第6.2節(jié) 筒體的制造-29第6.3節(jié) 封頭的制造-30第6.4節(jié) 管板的制造-31第6.5節(jié) 管束的制造-31第6.6節(jié) 折流板的制造-32第6.7節(jié) 換熱器的質(zhì)量檢測(cè)-32第6.8節(jié) 裝配-32第6.9節(jié) 油漆、包裝-33總結(jié)-34致謝-34參考文獻(xiàn)-35符號(hào)說明符 號(hào)意 義單 位t許用應(yīng)力MPat計(jì)算應(yīng)力MPaC厚度附加量mmC1鋼材厚度偏差mmC2腐蝕裕量mmDi圓筒內(nèi)直徑mmPwt最大允許工作壓力MPaPc計(jì)算壓力MPaE材料的彈性模量Pa焊縫系數(shù)計(jì)算厚度mm d設(shè)計(jì)厚度mmn名義厚度mm e有效厚度mmm墊片系數(shù)mmye比壓力MPa A補(bǔ)強(qiáng)截面積mm2B補(bǔ)強(qiáng)有效寬度mmF壓力NK橢圓形封頭形狀系數(shù)M力矩N.mmVIII第一章 緒 論 換熱器的工作原理是換熱器中管程、殼程流體由于溫度不同而產(chǎn)生熱交換，流體來達(dá)到升高或降低溫度的目的。在我們熟悉和掌握它的特點(diǎn)，以及按照它的相關(guān)的一些生產(chǎn)方法，才可以對(duì)換熱器進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和選型。目前換熱器在我國(guó)化工行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，所以其制造工藝的提高、設(shè)計(jì)的優(yōu)化可大大提高化工企業(yè)的效益。1.1 換熱器的分類換熱器根據(jù)工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用用途進(jìn)行分類，常見的分類方法如下圖1-1所示：圖1-1 換熱器的分類 1.2固定管板式換熱器的特點(diǎn) 常見的固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下圖1-2所示，管束和管板相連，管板和殼體焊接在一起。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造價(jià)格低廉、承壓能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊，管程的清洗比較方便，管子損壞時(shí)更換方便；缺點(diǎn)：管束和殼體壁溫相差很大時(shí)會(huì)產(chǎn)生的熱應(yīng)力。這種換熱器一般用于物料清潔以及不容易結(jié)垢并清洗方便、管程與殼程溫差不大或者殼體中流體壓力不是很高小于600kpa的場(chǎng)合。 圖1-2固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)圖 固定管板式換熱器制造及檢驗(yàn)應(yīng)符合GB150-2011壓力容器，GB151-2014管殼式換熱器中的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行。第二章 換熱器的工藝設(shè)計(jì)2.1各部件的材料固定管板式換熱器的主要零部件選用的材料如下表2-1：表2-1選材元件名稱材料狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)供貨狀態(tài)殼體Q245R板材GB 9948固溶換熱管20管材GB /T13296-2007固溶管板Q345R鍛件2014E-46-02固溶管箱Q245R板材GB 713-2007固溶管箱法蘭Q245R板材HG20592-2009固溶殼程接管20板材GB/T9948 -2006固溶筒體法蘭Q245R鍛件HG20592-2009固溶管程接管S30408板材GB/T13296-2007固溶管箱法蘭Q245R鍛件HG20592-2009固溶 2.2 換熱器的工藝條件設(shè) 計(jì) 條 件：殼 程管 程工 作 介 質(zhì)：蒸汽 水設(shè) 計(jì) 溫 度：15280工 作 溫 度:13580設(shè) 計(jì) 壓 力：0.6MPa0.6Mpa工 作 壓 力：0.56Mpa0.58Mpa焊 縫 系 數(shù)：0.850.85腐 蝕 余 量：1mm0mm換 熱 面 積：15M22.3 設(shè)備尺寸的估算2.3.1 計(jì)算傳熱管數(shù)NT用傳熱管規(guī)格為25x2.5x2000mm（無縫鋼管還有19x2和38x2.5，使用的只用前兩種），傳熱管數(shù)NT為：用小管徑可加大傳熱面積、符合本換熱器結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)、耗材少經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、也能提高傳熱系數(shù)，但是小管徑流體阻力大，不便清洗，易結(jié)垢堵塞。一般大直徑管子用于黏性大或污濁的流體，小直徑管子用于較清潔的流體。（符合） （2-1） 式中： 換熱管外徑。 S 換熱面積。 L 換熱管長(zhǎng)。 換熱管總數(shù)。 2.3.2 排管方式 換熱管的排管方式如下圖2-1所示，正三角形、正方形、轉(zhuǎn)角正方形、轉(zhuǎn)角正三角形四種方式。各種排列方式都有其各自的特點(diǎn)：（1）正三角形排列：排管密集，流體湍流好，用得 最為普遍；（2）正方形排列：清洗比較方便，但傳熱效果不好；（3）轉(zhuǎn)角正方形：和以上直排列比較，可稍微提高一些傳熱系數(shù)?？紤]到給出設(shè)計(jì)條件和工藝要求，本設(shè)計(jì)選用正三角形的排管方式。 2.3.3換熱器的傳熱管如果按正三角形排列，殼程直徑D計(jì)算如下：取管心距 t=1.25do （焊接法）（化工原理上277頁） t=1.3x25=32(mm) 橫過管束中心線的管數(shù)： 采用單管程結(jié)構(gòu)（流量、傳熱面積小化工原理277頁），則殼體內(nèi)徑為：D=t(nc-1)+(2-3)do=32x(11-1)+(2-3)x25=370-395(mm) （2-2） 圓整得D400mm（化工原理上278頁）（最小壁厚10mm）圖2-1換熱管排列方式第三章結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度設(shè)計(jì)與校核 3.1 殼體、管箱的壁厚和封頭的厚度計(jì)算 3.1.1 殼體厚度和校核 使用Q245-R，設(shè)計(jì)壓力為0.6MP，許用應(yīng)力t=131MP,接頭系數(shù)0.85，公稱直徑Di=400mm,鋼板厚度負(fù)偏差C10.1mm，腐蝕裕量C21mm。 計(jì)算厚度： (3-1) 設(shè)計(jì)厚度： 名義厚度： 由GB151-2014，固定管板式換熱器筒體最小壁厚?。沙楣苁?有效厚度： 進(jìn)行液壓試驗(yàn)壓力為： 由GB150-2011附錄F，Q245屈服極限是245MPa。查表得,即，即液壓試驗(yàn)通過。3.1.2 管箱厚度和校核使用Q245-R，設(shè)計(jì)壓力0.6MPa，許用應(yīng)力t=147Mpa ，接頭系數(shù)0.85，公稱直徑Di=400mm，厚度負(fù)偏差C10.1mm，腐蝕裕量C20mm。 計(jì)算壁厚為 (3-2) 設(shè)計(jì)厚度： 名義厚度 由GB151固定管板式換熱器管箱最小壁厚規(guī)定 取 有效厚度： 進(jìn)行液壓試驗(yàn)壓力為： 由GB150-2011附錄F，Q245屈服極限是245MPa。查表得,即，即液壓試驗(yàn)通過。 3.2封頭的計(jì)算和校核 3.2.1換熱器封頭的選擇由于本次設(shè)計(jì)的固定管板式殼程壓力為0.6MPa，管程壓力為0.6MPa，屬于低壓容器，橢圓形封頭就能夠滿足要求，所以本設(shè)計(jì)中的管箱封頭與殼體封頭都選取橢圓形封頭。封頭的橢球部分的壓力分布均勻，容易沖壓成型，是目前中、低壓容器中使用比較廣泛的封頭之一，本設(shè)計(jì)封頭環(huán)焊縫采用雙面對(duì)接焊并用局部無損探傷。3.2.2封頭厚度及水壓實(shí)驗(yàn)校核 (3-3) （其中 K是標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭形狀系數(shù)為1.0） 腐蝕余量C2=0mm，鋼板負(fù)偏差C1=0.1mm， 設(shè)計(jì)厚度： 名義厚度：為方便焊接和避免形狀不連續(xù)導(dǎo)致應(yīng)力集中，封頭厚度取值與管箱一致，故 取 有效厚度：液壓試驗(yàn)時(shí)的壓力為：根據(jù)GB150-2011附錄F，Q245R屈服極限為245MPa。查表得 即,所以液壓試驗(yàn)通過。3.3墊片的計(jì)算采用D470mm，d=426 mm,=3mm的石棉橡膠板。根據(jù)GB1502011表72：m=2.0mm（墊片系數(shù)）,y=11MPa（比壓力） 1)墊片的有效密封寬度 接觸寬度N22mm，基本密封寬度bON/2=22/2=11mm 根據(jù)GB1502011查表得，當(dāng)bO>6.4mm 2)墊片壓緊力作用中心圓直徑 當(dāng)bO>6.4mm時(shí)，可得墊片壓緊力作用中心圓直徑 DGD-2b=427-2x8.39=453.22mm 3)墊片壓緊力預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FG=Fa=3.14DGby=3.14x453.22x8.3911x11=131757.17N 4)操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FG=FP=6.28DGbmPC=6.28x453.22x8.39x2.0x0.58=27700.57N 3.4螺栓 3.4.1螺栓的布置尺寸GB150-2011表7-3，法蘭尺寸為L(zhǎng)A27mm，Le26螺栓間距： 3.4.2螺栓的載荷計(jì)算(1).預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WaFa=3.14DGby=131757.17N (2).操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WP=F+FP=0.785DG2PC+6.28DGbmPC=0.785x453.22x0.58+6.28x453.22x8.39x2.0x0.58=121223N 3.4.3螺栓面積的計(jì)算 (1)預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積 (2)操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積 (3)需要的螺栓面積 取Aa和Ab的最大值A(chǔ)max=1063.36mm2 (4)實(shí)際螺栓面積Ab AbAm ,符合螺栓設(shè)計(jì)要求 3.4.5螺栓載荷的設(shè)計(jì) (1).預(yù)緊狀態(tài)下螺栓設(shè)計(jì)載荷 (2).操作狀態(tài)下螺栓設(shè)計(jì)載荷 3.5法蘭的計(jì)算 1)法蘭力矩 2)預(yù)緊狀態(tài)下的法蘭力矩 3)操作狀態(tài)下的法蘭力矩 4)法蘭設(shè)計(jì)力矩 法蘭材料Q235B在設(shè)計(jì)溫度90下的許用應(yīng)力 法蘭材料在常溫下的許用應(yīng)力 3.6節(jié) 開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算 3.6.1 概述接管是換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的必備結(jié)構(gòu)，因此需要在設(shè)備上開孔，在容器的開孔部位產(chǎn)生的應(yīng)力集中將引起殼體局部強(qiáng)度削弱以及給容器的安全操作帶來隱患。如果開孔很小，并且接管又可以使強(qiáng)度的削弱得到彌補(bǔ)，那么就不需要補(bǔ)強(qiáng)：如果開孔很大，有應(yīng)力集中就需要開孔補(bǔ)強(qiáng)，這就是所謂的開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。然而接管的補(bǔ)強(qiáng)區(qū)只能降低應(yīng)力集中，卻無法將應(yīng)力集中消除，所以壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須腰考慮到開孔補(bǔ)強(qiáng)的問題。1. 在GB150-2011上殼體開孔滿足以下幾點(diǎn)時(shí)，不用補(bǔ)強(qiáng)。 1)Pc2.5Mpa.2)相近的開孔中心距小于兩個(gè)孔直徑和的兩倍3).接管最小壁厚滿足GB150-2011表6-14)接管公稱外徑小于或等于89mm5)殼體開孔的排污口、排氣口和排凝出口接管選擇32*3.5和76×6的接管，可不用補(bǔ)強(qiáng)。 2.殼體飽和蒸汽入口、 熱水入口、出口開孔補(bǔ)強(qiáng)的校核 ， 因殼體和管箱開孔尺寸相同，兩者計(jì)算其一即可。 3.6.2殼體上開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算（過程設(shè)備設(shè)計(jì)106 ） 開孔直徑對(duì)于內(nèi)徑,當(dāng)筒體開孔直徑=78mm<mm，且時(shí)，所以使用等面積開孔補(bǔ)強(qiáng)法計(jì)算。圓筒計(jì)算厚度0.96mm，有效厚度e7.05mm，設(shè)計(jì)壓力為0.6MPa,設(shè)計(jì)溫度為152，在圓筒接76x4的接管，接管高度L=106mm,圓筒和接管材料為Q245-R,其許用應(yīng)力t=131MPa,封頭和接管的厚度附加量C1.0mm，焊接接頭系數(shù)0.85。 接管計(jì)算壁厚： （3-4）名義厚度有效厚度： 開孔直徑 ： 接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度 ： 接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度 ： 需要補(bǔ)強(qiáng)面積： 可以作為補(bǔ)強(qiáng)的面積為： 開孔不需另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。 3.7 耐壓試驗(yàn)（過程設(shè)備設(shè)計(jì)178頁） 除材料本身的缺陷外，容器在制造（特別是焊接過程）和使用中會(huì)產(chǎn)生各種缺陷，為檢驗(yàn)各種缺陷對(duì)壓力設(shè)備安全性的影響，壓力容器制造完畢后或定期檢驗(yàn)時(shí)，需要進(jìn)行壓力試驗(yàn)。壓力試驗(yàn)可分為液壓試驗(yàn)、氣壓試驗(yàn)和氣液組合壓力試驗(yàn)。根據(jù)本設(shè)計(jì)說明書只進(jìn)行液壓試驗(yàn)，在液壓試驗(yàn)時(shí)，為防止材料發(fā)生低應(yīng)力脆性破壞，耐壓試驗(yàn)時(shí)容器壁金屬溫度應(yīng)當(dāng)比容器壁金屬的韌脆轉(zhuǎn)變溫度高30度。 3.7.1 管程圓筒： 即：設(shè)計(jì)壓力為0.6，設(shè)計(jì)溫度為80，試驗(yàn)壓力： （3-5）當(dāng)壓力容器各元件（圓筒、封頭、接管、法蘭等）所用材料不同時(shí)，應(yīng)取各元件材料許/比之中的最小值。 強(qiáng)度校核： S=143.2MPa,(查化工設(shè)備用鋼 的表8-13) 3.7.2殼程圓筒 即：設(shè)計(jì)壓力為0.6MPa, 設(shè)計(jì)溫度為152，試驗(yàn)壓力： （3-6） 強(qiáng)度校核： S=143.2MPa,(查化工設(shè)備用鋼 的表8-13) 此換熱器強(qiáng)度校核滿足要求。第四章零部件的選型4.1節(jié) 折流板折流板的安裝是為了提高殼程流體的流速，加快湍流來提高傳熱效果。折流板有橫向折流板和縱向折流板兩種，但是該換熱器為單殼程的換熱器，所以只需布置橫向折流板，橫向折流板既可支承傳熱管又可防止產(chǎn)生振動(dòng)。換熱器中一般有弓形和圓盤-圓環(huán)形倆種折流板。弓形折流板：流動(dòng)死區(qū)少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，用于小直徑的換熱器。盤環(huán)形折流板：制造不方便，流體流動(dòng)效率較低。并且對(duì)介質(zhì)的要求比較高，通常用在壓力較高且介質(zhì)較清潔的場(chǎng)合。所以本換熱器采用單弓形折流板。 4.2.1折流板的切口高度切口高度應(yīng)使流體通過缺口時(shí)與橫向流過管束時(shí)的流速相近，由內(nèi)直徑比來確定，h=0.25x400=100mm。 4.2.2折流板間距的計(jì)算 折流板間距，取B=400mm4.2.3折流板外徑的計(jì)算公稱直徑DN400400500500900900130013001700170020002000230023002600折流板名義外直徑DN-2.5DN-3.5DN-4.5DN-6DN-8DN-10DN-12DN-14允許偏差0-0.50-0.80-1.20-1.40-1.6折流板和支撐板外直徑和相應(yīng)的允許偏差應(yīng)符合下表4-1的規(guī)定（mm），查表可得折流板的外直徑為396.5。表4-1折流板直徑及允許偏差 4.2.4折流板的厚度因?yàn)檫x用弓形折流板并非全直徑折流板，所以無支撐跨距L=2B=800mm。折流板和支撐板的最小厚度由下表4-2得知：6mm。 表4-2折流板和支撐板的最小厚度公稱直徑DN 換熱管無支撐距L mm 3003006006009009001200120015001500折流板和支撐板的最小厚度400345810104007004561010127009005681012169001500681012161615002000/101216202020002600/1214182022 4.2.5折流板管孔的計(jì)算由下列表4-3折流板和支撐板的管孔直徑的規(guī)定，管孔直徑為25.4mm。 表4-3 折流板和支撐板管孔直徑換熱管外徑1416192532384557管孔直徑14.3016.3519.3525.4032.4038.5045.6557.70允許偏差+0.20 0+0.25 0+0.30 0 4.3 定距管與拉桿根據(jù)GB/T151-2014,由于換熱管規(guī)格為ø25×2.5，采用拉桿與定距管形式固定。材料選用Q245-R。折流板的固定是靠拉桿和定距管來完成的，防止移動(dòng)。拉桿的一端旋入管板中固定，另一端固定在支持板上。拉桿結(jié)構(gòu)見下圖。 圖4-1拉桿、定距管 4.3.1 拉桿直徑、數(shù)量和尺寸根據(jù)GB/T151-2014 （表43、44），查得拉桿直徑為16，查得拉桿數(shù)量為6。表4-4 拉桿直徑換熱管外徑d10d1414<d<2525d57拉桿直徑dn101216 表4-5 拉桿數(shù)量拉桿直徑dn(mm)公稱直徑DN(mm)900130010121210166 表4-6 拉桿尺寸拉桿直徑d/拉桿螺紋公稱直徑/管板上拉桿孔深101013401.516121215502.018161620602.020各數(shù)據(jù)參數(shù)由上表可知：拉桿螺紋公稱直徑=16、=20、=60、=2.0。圖4-2 拉桿 4.3.2布置拉桿 沿管束的外側(cè)均勻布置拉桿。拉桿的位置采用換熱管的位置，如果是大直徑換熱器，需要在換熱管束中間區(qū)域或者靠近折流板缺口處布置拉桿。 4.3.3定距管折流板之間距離的固定是靠定距管來完成的。采用和換熱管相同尺寸的定距管。取25mm.4.4 防沖板防沖擋板一般裝在在殼程進(jìn)口接管處，或稱緩沖板。它可防止進(jìn)口流體直接沖擊管束而造成管子的侵蝕和管束振動(dòng)，還有使流體流體沿管束均勻分布的作用。也有在管束倆端放置導(dǎo)流筒，不僅起防沖板的作用，還可改善倆端流體的分布，提高傳熱效率。 4.5節(jié) 接管 4.5.1 接管高度（伸出長(zhǎng)度）的確定 伸出殼體（或管箱殼體）外壁接管的長(zhǎng)度的計(jì)算方法，一般最短應(yīng)符合下式：l h+h1 +15 (mm)式中：h為接管法蘭的厚度 h1 為接管法蘭的螺母厚度 保溫層厚度，mm； l接管安裝高度，如圖a、b圖a 殼程接管位置 圖b 管箱接管位置4.5.2 接管位置最小尺寸 殼程接管圖a，計(jì)算：無補(bǔ)強(qiáng)圈 L2do/2+(b-4)+C管程接管圖b，計(jì)算：無補(bǔ)強(qiáng)圈 L2do/2+hf+C （a ） ( b )依據(jù)上述要求接管高度為：熱水進(jìn)口接管高度為100mm, 熱水出口接管高度為100mm, 蒸汽進(jìn)口接管高度為100mm, 排凝出口接管高度為100mm。 4.6 管箱管箱具備把管道輸送來的流體分布到傳熱管以及把管內(nèi)流體具集送出換熱器的功能。4.6.1 管箱的結(jié)構(gòu)形式（1） A型平蓋管箱，清洗管程非常方便拆開蓋即可，不用拆除連接管，缺點(diǎn)是耗材多，制造成本高，并且存在密封泄漏的可能。（2） B型封頭管箱 ，用在單程或多程管箱的場(chǎng)合，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，介質(zhì)干凈；缺點(diǎn)是連接管道和管箱一起拆下才能檢查管子和清洗管程。（3）C型、D型管箱 這種形式是管箱一端與殼體及管板連成一體，或是用于可拆管束與管板制成一體的管箱，另一端可采用A型結(jié)構(gòu)，可完全避免在管板密封處的泄漏。一般用的較少，只在高壓情況下采用。 本換熱器的設(shè)計(jì)壓力為0.6mpa，采用B型管箱。 4.7節(jié) 管板的結(jié)構(gòu)尺寸 1、固定管板兼作法蘭形式的管板圖4-3 固定管板式換熱器管板尺寸這種管板結(jié)構(gòu)尺寸，根據(jù)上述確定的殼體內(nèi)徑D=400mm和設(shè)計(jì)壓力PN0.6MPa，螺栓孔數(shù)n=32。2 、參考得管孔直徑為25.25，允許偏差為。 4.7節(jié) 封頭封頭設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)優(yōu)先選用封頭標(biāo)準(zhǔn)中推薦的型式與參數(shù)，然后根據(jù)受壓情況進(jìn)行強(qiáng)度或穩(wěn)定性計(jì)算，確定合適的厚度。（計(jì)算如前） 根據(jù)JB/T 25198-2010 選取橢圓形封頭為Dg426x6 直邊高度h2=25mm,曲面高度h=100mm。圖4-4 封頭 4.8螺柱選型根據(jù)JB/T 5782-2000,本設(shè)計(jì)采用的等長(zhǎng)雙頭螺柱為B型螺柱，材料為Q-245，見圖4-5所示。圖4-5 螺柱螺柱的基本尺寸見下4-7表所示。表4-7螺柱尺寸 mmdL0Crd2241202616 4.9鞍座的選取根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選取了重型帶墊板的鞍式支座。材料選用Q245R，選F型和S型倆個(gè)鞍座，用來防止溫度引起的伸縮變化，適當(dāng) 減小溫差應(yīng)力。本設(shè)計(jì)的鞍式支座如圖：標(biāo)記：JB/T 4712.1-2007,鞍座 BI 400-F JB/T 4712.1-2007,鞍座 BI 400-S根據(jù)GB/T151-2014,LB=(0.50.7)L，取LB=0.5L=0.7*2000=1400。 圖4-6鞍座的位置查JBT4712-2007,鞍座的各部分尺寸為: 表4-8鞍式支座的結(jié)構(gòu)參數(shù)公稱直徑/DN鞍座高度h底板腹板筋板墊板螺栓間距L3b33弧長(zhǎng)4007028080127155100101045140540840 圖 47鞍式支座的結(jié)構(gòu)第五章 換熱器的連接方式 5.1 管子與管板的連接結(jié)構(gòu)在本固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，換熱管和管板的連接占有非常重要的地位。一個(gè)是因?yàn)樗墓ぷ髁糠浅４?，再一個(gè)是在它的連接處必須保證介質(zhì)沒有泄漏還可以承受介質(zhì)壓力的能力。換熱管與管板有這很多的連接形式，包括脹接、焊接與脹焊結(jié)合。不管采用哪一種，都需要滿足兩種條件：無泄漏、氣密性好；連接好。脹接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備的換修方便，但容易產(chǎn)生塑性變形，有殘余應(yīng)力。不銹鋼管與管板的連接通常采用焊接的方法，就是為了消掉孔的空隙，進(jìn)而消除間隙腐蝕，保證接頭良好的嚴(yán)密性。 圖5-1 焊接結(jié)構(gòu)圖5.2管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)（換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)166）管板與殼體的連接通常有可拆連接和不可拆連接倆種。可拆連接在浮頭式，U型管式中采用的比較多；不可拆連接又有管板兼法蘭和不兼作法蘭倆種。前者多用在固定管板式換熱器中；后者多用于高壓高溫?fù)Q熱器中。本換熱器的法蘭是由管板的延長(zhǎng)部分來替代的。如圖（a）焊接容易，焊接質(zhì)量好，可用于低壓的換熱器中，不宜用于易爆、易燃場(chǎng)合；圖（b）、（c）所示之型式，管板開槽對(duì)接焊接，焊縫強(qiáng)度好，適用于殼程設(shè)計(jì)壓力為（1-4mpa)的換熱器。若果是直徑比較小的換熱器，必須采用倆個(gè)短節(jié)先于倆端管板焊妥后再與殼體對(duì)接焊接。（b）、（c） 所示的結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是容易對(duì)中，能保證焊透，而且焊后不變形，圖（b）用于殼程有間隙腐蝕的場(chǎng)合。圖（c）勇用于殼程無間隙腐蝕要求的場(chǎng)合。（d）、（e）結(jié)構(gòu)，也是采用管板背面開槽對(duì)接焊接，用于對(duì)殼程設(shè)計(jì)壓力要求比較高的換熱器中。圖（d）用于殼程有間隙腐蝕的情況下，焊縫最好采用單面焊雙面成型（e）用于殼程無間隙腐蝕要求的情況下。 本換熱器的直徑小，且介質(zhì)沒有間隙腐蝕，選擇帶有墊片的存在間隙的結(jié)構(gòu)形式。 5.3 管板與管箱的連接結(jié)構(gòu)這兩個(gè)的連接就比前面的比較簡(jiǎn)單了，靠法蘭連接，法蘭的結(jié)構(gòu)形式需要按照設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度以及工藝要求來進(jìn)行。圖（a）應(yīng)用在管程與殼程的操作壓力不高和對(duì)氣密性沒有很高的要求。圖（b）在氣密性要去較高時(shí)，雖然密封性能好但制造成本高、不好加工和安裝，所以一般用凹凸面的形式來代替，如圖（c）。 第六章 換熱器的制造、檢驗(yàn)和安裝6.1 總體制造工藝 本次固定管板式換熱器在各個(gè)方面如制造、檢驗(yàn)、安裝的程序都要嚴(yán)格按照GB151-2014和GB150-2011中的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，相應(yīng)的實(shí)施程序如下：筒體下料、成型，管板加工，管板組對(duì)，折流板、定距管、拉桿下料，穿管，焊接管束，支座、脹管接管制作，水壓試驗(yàn)，竣工驗(yàn)收。 6.2筒體的制造 6.2.1 筒體下料在日常生產(chǎn)中，由于材料受溫度的影響，筒體鋼板在卷制過程中會(huì)產(chǎn)生一定的塑性變形，展開中徑會(huì)比板下料時(shí)的長(zhǎng)度大，因此在制作之前要對(duì)筒體最小壁厚的增加減薄量。減薄量又包括很多方面，比如：熱成形時(shí)的減薄量、熱處理時(shí)的燒損量等等。在實(shí)際生產(chǎn)中筒節(jié)的下料長(zhǎng)度尺寸計(jì)算如下：式中：Di -筒節(jié)中徑； L1 -在卷制程序中筒節(jié)的伸長(zhǎng)量；L2 -焊縫收縮；L3 -筒體內(nèi)壁在焊接時(shí)的圓周收縮量。 6.2.2 筒節(jié)成形 筒節(jié)的成形制造需要根據(jù)多方面因素來決定，如：鋼板的厚度和卷板制造設(shè)備裝置的能力，筒體卷板又有三種形式，可分為冷卷、中溫卷板、高溫卷板。冷卷成形通常適用在溫度比較低的場(chǎng)合，對(duì)Q245-20鋼材料，成形時(shí)溫度應(yīng)控制在室溫左右。中溫卷板成形適用在溫度比較高的場(chǎng)合，通常溫度控制在700左右。高溫卷板成形適用在溫度很高的場(chǎng)合，通常溫度控制在960左右，但是經(jīng)過高溫成形的筒節(jié)要進(jìn)行正火+回火熱，等性能檢驗(yàn)合格之后，筒節(jié)才可以進(jìn)行下個(gè)生產(chǎn)工序，如果不合格則需要再次進(jìn)行正火+回火熱處理，直到合格為止。筒節(jié)焊縫按照工藝標(biāo)準(zhǔn)焊接完成后，要對(duì)圓筒進(jìn)行校圓檢測(cè)，校圓后筒節(jié)的圓度需要符合GB151-2014中規(guī)定的要求值。 6.2.3 筒節(jié)組對(duì)因?yàn)樵贕B151-2014中，對(duì)換熱器的直線度有著很高的要求，為了保證換熱器相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的直線度，還需要對(duì)環(huán)縫坡口用立式車床進(jìn)行相應(yīng)的加工處理，在組對(duì)時(shí)還必須注意要自動(dòng)定心工裝。組對(duì)時(shí)應(yīng)該注意： 1檢查環(huán)焊縫對(duì)口間隙：2mm±0.5mm ；2內(nèi)口錯(cuò)邊量在3mm以下 ；3筒節(jié)上的檢漏孔沿筒身在一條直線上 ；4控制好筒節(jié)橢圓度。 6.2.4 筒節(jié)焊接筒節(jié)上主焊縫的焊接的好壞直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，就算之后進(jìn)行返廠補(bǔ)修也會(huì)使焊縫金屬的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生很大的變化，所以，采用可靠、先進(jìn)工藝手段和焊接設(shè)備是必要的，就目前國(guó)內(nèi)來說，大型的制造廠商基本采用埋弧自動(dòng)焊，并且對(duì)返修次數(shù)有著嚴(yán)格的控制。 6.2.5筒體主焊縫的檢測(cè)目前國(guó)內(nèi)筒體焊縫的檢測(cè)一般通過無損檢測(cè)來完成，包括：MT（磁粉檢測(cè)）、UT（超聲檢測(cè)）、RT（射線檢測(cè)）、CT（化學(xué)成分分析）、HB（硬度檢測(cè)）。MT檢測(cè)主要對(duì)焊接接頭內(nèi)外表面的一個(gè)檢測(cè)。一般是在熱處理前后和水壓試驗(yàn)后進(jìn)行。UT檢測(cè)一般是在熱處理和水壓試驗(yàn)后對(duì)焊接接頭進(jìn)行100檢測(cè)。RT檢測(cè)一般是通過直線加速器進(jìn)行的，對(duì)焊接接頭進(jìn)行100檢測(cè)。CT化學(xué)成分分析一般是通過提取檢測(cè)設(shè)備上試樣進(jìn)行檢測(cè)的。HB硬度檢測(cè)是在最終熱處理之后和最終加工后對(duì)焊縫金屬、熱影響區(qū)和母材3個(gè)部分硬度是否合格進(jìn)行檢驗(yàn)。6.2.6筒體整體制造工藝 備料、矯形劃線切割下料邊緣加工卷圈焊接校圓熱處理 在加工過程中要注意以下幾點(diǎn)：一方面，筒體內(nèi)壁的焊縫與母材內(nèi)壁表面保持平齊，方便管束的順利裝入和抽出；另一方面，在筒體上焊接接管時(shí)，要保證殼體不能變形過大。 6.3 封頭 封頭的成形包括旋壓、沖壓和爆炸成形，沖壓又有整體沖壓和分瓣沖壓，該換熱器的封頭成形采用整體沖壓成形。封頭成形包括一次沖壓成形，二次沖壓成形和多次沖壓成形。并且要嚴(yán)格控制在封頭成形過程中的加熱溫度和熱處理溫度。封頭加熱溫度：96010。封頭正火溫度：920。封頭回火溫度：690。 封頭沖壓時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)來保證封頭的成形尺寸：1.封頭沖壓前，模具安裝不能有偏心現(xiàn)象。2.在封頭沖壓過程中要保證模具的清潔干凈，還要嚴(yán)格控制好壓邊力。3.要對(duì)終壓溫度和脫模溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制。 封頭成形后還要進(jìn)行各項(xiàng)的檢測(cè)，其中包括母材100UT檢測(cè)，封頭表面100MT檢測(cè)。封頭沖壓過程中還需要進(jìn)行母材試板。在封頭正火+回火后，取部分材料送檢。在各項(xiàng)性能檢測(cè)合格后，就可以進(jìn)行封頭的后面工序。 6.4管板制造 管板是固定管子的，其加工工藝包括標(biāo)記、下料、坡口加工、組對(duì)、焊接、校平、熱處理、機(jī)加。該換熱器管板的材料是Q245R，并且還需進(jìn)行超聲波探傷和機(jī)械性能檢驗(yàn)。鍛件的機(jī)械性能檢驗(yàn)必須取樣相同。管板屬群孔結(jié)構(gòu)，單孔質(zhì)量決定了管板整體質(zhì)量，嚴(yán)重的話還會(huì)影響整臺(tái)換熱器的性能和使用。因此管板孔的加工工序非常重要。要使用專用的加工工序和刀刃。 6.5管束的制造與組裝換熱管檢驗(yàn)合格后，制造工序?yàn)椋簾崽幚怼⑺嵯粹g化、水壓試驗(yàn)、待組裝。先用螺紋把拉桿和管板連接起來，用定距將折流板固定，再進(jìn)行穿管并保證換熱管與管孔在同一條中心線上，再將換熱管與管板焊接起來。穿換熱管完成后將管束通過滑槽推入筒體中，進(jìn)行管板與筒體的焊接。 組裝注意事項(xiàng)：為了避免折流板的移動(dòng)損傷管子，還應(yīng)當(dāng)將其緊固在拉桿上；穿管發(fā)生困難時(shí)，不能用力強(qiáng)行敲打，以防管子劃傷；并且只有管板與換熱管子才能焊接其他的都不準(zhǔn)焊在換熱管上。 6.6 折流板的制造 折流板的對(duì)應(yīng)孔必須要有一定的尺寸和位置精度才能被同一根管子穿過。所以，在加工過程中一般將610塊放在一起，然后固定起來，一起加工折流板的外圓。 為了方便穿管，折流板的疊放順序分別對(duì)應(yīng)剪切成弓形，以防止孔間位置發(fā)生改變所造成的安裝誤差。折流板的剪切折流板在矯平后才能進(jìn)行加工程序，平面度允許差為0.3mm，并且折流板兩側(cè)的尖角還需要進(jìn)行倒鈍處理。 6.7換熱器質(zhì)量檢驗(yàn)6.7.1 換熱器水壓試驗(yàn)水壓試驗(yàn)可以檢驗(yàn)法蘭連接的嚴(yán)密性、檢驗(yàn)容器宏觀強(qiáng)度(是否出現(xiàn)裂紋,是否變形過大)及密封點(diǎn)和焊縫的密封情況換熱管束是否完好、脹接的脹口是否發(fā)生松動(dòng)。不同的換熱設(shè)備進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)的順序不也一樣，本設(shè)計(jì)的水壓實(shí)驗(yàn)順序?yàn)椋簹こ淘噳?，接頭，管程試壓。6.7.2 焊接接頭的檢測(cè)A、B類焊接接頭采用100%無損檢測(cè)：殼程：JB/T4730.4/射線 RT/管程檢測(cè)：JB/T4730.5/射線 RT/其他采用局部無損檢測(cè)。 6.8裝配 6.8.1 筒體、法蘭的組裝與焊接筒體焊端法蘭，不僅要符合臥式容器規(guī)定，還要保證法蘭與筒體軸線的垂直度及法蘭螺孔的方位。法蘭螺孔一般對(duì)稱分布，其偏差不應(yīng)大于5°。為了避免法蘭密封面變形，需要先焊接法蘭背面，再進(jìn)行端口焊接，也可以兩、者一起進(jìn)行。 6.8.2 管箱的組裝與焊接管箱的焊接，需要將合格的筒節(jié)兩端先與粗加工過的法蘭按照要求焊接。由于管箱直徑小，不能由人工進(jìn)入管箱內(nèi)進(jìn)行焊接，所以在制定工藝的時(shí)候選擇氬弧焊打底+手弧焊的方法焊接，開U型坡口。 6.8.3 管束、殼體及內(nèi)件裝配裝配之前必須保證所有零部件均是合格標(biāo)準(zhǔn)的，之后再對(duì)殼體內(nèi)部和零、部件進(jìn)行清潔。（1）豎起一塊管板作為基準(zhǔn) （2）裝拉桿； （3）將定距管和折流板裝載拉桿上面； （4）穿管； （5）把管束穿進(jìn)殼體； （6）裝另一塊管板點(diǎn)焊上； （7）將接管板和筒體焊接在輪架上； （8）管子在管板的固定； （9）裝接管和支座； (10) 對(duì)殼體進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)（包括檢查管子和管板連接情況）。 (11) 裝上兩側(cè)的管箱； （12）對(duì)管程進(jìn)行水壓試驗(yàn)（包括檢查管箱和管板的連接情況和法蘭的連接情況），試壓完成后，抽去里面的水，對(duì)管、殼程分別用熱壓縮空氣導(dǎo)流，直到將裝置內(nèi)的水吹干。 6.9油漆、包裝 換熱器制造完成后，對(duì)表面的粗糙度應(yīng)進(jìn)行噴沙處理，應(yīng)達(dá)到GB/T 8923中Sa 2.5級(jí)的要求。表面噴漆包括底漆和面漆，設(shè)備的油漆、包裝、運(yùn)輸應(yīng)符合JB/T 4711中的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。設(shè)備的發(fā)貨運(yùn)輸之前還要充一定的氮?dú)狻?總 結(jié) 進(jìn)行了3個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于接近尾聲了。從前期拿到設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)，再查找相關(guān)文獻(xiàn)、資料，再查找設(shè)計(jì)步驟并開始一步一步地計(jì)算，校核，選型。因此能順利完成，也歷經(jīng)了許多波折。畢業(yè)設(shè)計(jì)的不同點(diǎn)就是，每個(gè)人分配的選題都不同，需要自己獨(dú)立完成。沒有人一起商量、合作，需要自己在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)去完成每一步。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)固定管板式換熱器有了更佳宏觀的了解，包括它們的用途、國(guó)內(nèi)目前的使用情況和國(guó)內(nèi)外最新的研究情況及突破。這次換熱器的設(shè)計(jì)是根據(jù)相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格按照GB150-2011鋼制壓力容器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和GB151-1999管殼式換熱器標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)本固定管板換熱器進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等等，換熱器的零部件選材、工藝結(jié)構(gòu)等方面都滿足很高的要求，滿足實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于本人在大學(xué)四年里學(xué)識(shí)有限，敘述表達(dá)的地方還有很多失誤之處，希望老師和大家多多理解。致 謝在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)接近尾聲的時(shí)候，我特別要感謝王小雨老師，也就是我們的指導(dǎo)老師的熱情關(guān)懷和細(xì)心指導(dǎo)。王老師工作態(tài)度十分認(rèn)真、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)一絲不茍、待人真誠(chéng)，不僅細(xì)心認(rèn)真的指導(dǎo)我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)，而且還給我們講了走入社會(huì)怎么學(xué)習(xí)和怎么做人。雖然在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，碰到了很多問題，但是每次王老師的即時(shí)、認(rèn)真的指導(dǎo)都讓我們重拾熱情，讓我越過了一道又一道的障礙，以至于我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利進(jìn)行。所以在此，我向王老師表達(dá)我內(nèi)心對(duì)他由衷的感謝和崇高的敬意！在此，衷心的感謝教導(dǎo)我四年的母校以及那些過去教導(dǎo)并且在困難時(shí)候幫助過我的老師們，因?yàn)橛辛四銈儯晕业拇髮W(xué)生活更加豐富，我的人生又添加了一筆巨大的財(cái)富，我相信這將會(huì)成為我之后人生的基石，同時(shí)也希望各位老師的事業(yè)一帆風(fēng)順，謝謝！參考文獻(xiàn) 1 顧芳珍，化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，大學(xué)出版社2 鄭津洋主編，過程設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，化學(xué)工業(yè)出版社3 王菲主編，化工設(shè)備用鋼，化學(xué)工業(yè)出版社4 蔡紀(jì)寧編，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，化學(xué)工業(yè)出版社5 匡國(guó)柱編，化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)，化學(xué)工業(yè)出版社6 蔡紀(jì)寧編,化工制圖，化學(xué)工業(yè)出版社7 席偉光編，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，高等教育出版社8 秦叔經(jīng)編，換熱器，化學(xué)工業(yè)出版社 9 齊福來，管線系統(tǒng)的氣-液兩相流動(dòng)壓降，“醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)”， 第30卷第2期，（2009） 10 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