壓力容器設(shè)計說明書

目錄

1概述........................................................3

2設(shè)計計算....................................................5

2.1主要技術(shù)參數(shù)的確定.............................................5

2.2釜式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計...........................................5

2.2.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計...............................................5

2.2.2換熱器管程設(shè)計.............................................7

2.2.3換熱器殼程設(shè)計............................................8

2.3元件的強度設(shè)計...............................................9

2.3.1筒體.....................................................9

2.3.2開孔補強設(shè)計計算..........................................11

3標(biāo)準(zhǔn)零部件的選用及主要零部件的設(shè)計........................15

3.1法蘭的選用......................................................15

3.1.1容器法蘭的選用..............................................15

3.1.2管法蘭的選取...............................................16

3.2封頭............................................................17

3.3管板............................................................18

3.4堰板............................................................19

4鞍座的設(shè)計................................................19

4.1鞍座的選取...................................................19

4.2鞍座位置的設(shè)置................................................19

4.2.1鞍座位置的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求...................................19

4.2.2設(shè)備總長的確定............................................20

4.2.3A值的確定................................................20

4.3力的計算......................................................20

4.3.1重量產(chǎn)生的反力............................................20

4.3.2地震產(chǎn)生的力..............................................21

4.3.3風(fēng)載產(chǎn)生的力...............................................24

4.3.4熱膨脹產(chǎn)生的力.............................................26

4.4總合力計算.....................................................27

4.5應(yīng)力校核.......................................................29

4.5.1軸向應(yīng)力...................................................30

4.5.2切向應(yīng)力...................................................31

4.5.3周向應(yīng)力...................................................31

4.6結(jié)論..........................................................32

5三維實體造型設(shè)計..........................................32

5.1軟件介紹.......................................................32

5.2主要零部件的造型設(shè)計...........................................32

5.2.1管箱封頭的設(shè)計............................................32

5.2.2鞍座的設(shè)計................................................34

5.2.3螺母的設(shè)計................................................35

5.3裝配體的設(shè)計...................................................35

5.4工程圖的生成...................................................38

設(shè)計總結(jié)....................................................41

注釋........................................................43

參考文獻....................................................44

謝辭........................................................45

附件........................................................46

1概述

換熱器是一種實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，是在化工、石油、石油化工、

冶金等領(lǐng)域普遍應(yīng)用的一種工藝設(shè)備，在煉油、化工裝置中換熱器占總設(shè)備數(shù)量的

40%左右，占總投資的30%?45機近年來隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，

利用換熱器進行高溫和低溫?zé)崮芑厥諑砹孙@著的經(jīng)濟效益。目前在換熱設(shè)備中，使

用量最大的是管殼式換熱器。在近年來國內(nèi)在節(jié)能、增效等方面改進換熱器性能，在

提高傳熱效率，減少傳熱面積，降低壓降，提高裝置熱強度等方面的研究取得了顯著

成績。換熱器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效益提高。

管殼式換熱器雖然在換熱效率、設(shè)備體積和金屬材料的耗量等方面不如其他新型換熱

設(shè)備，但他又結(jié)構(gòu)堅固、操作彈性大、可靠程度高、適用范圍廣等優(yōu)點，所以在各種

工程中得到普遍使用。而本次畢業(yè)設(shè)計的題目就是有相變傳熱的釜式換熱器，它也是

管殼式換熱器的一種，廣泛應(yīng)用于石油及化工領(lǐng)域，又稱釜式再沸器。

換熱器作為節(jié)能設(shè)備之一，在國名經(jīng)濟中起到非常重要的作用。換熱器的結(jié)構(gòu)決

定了換熱器的性能，一種性能能否發(fā)揮其作用取決用設(shè)計著如何選擇合理的結(jié)構(gòu)，任

何一個場合都有適應(yīng)于這個特點的換熱結(jié)構(gòu)。要是傳熱效率提高、能耗下降、就必須

了解換熱器的機構(gòu)特點，在這次設(shè)計中結(jié)構(gòu)設(shè)計也就作為重點之一。

設(shè)計題目在畢業(yè)實習(xí)之前就已確定，任務(wù)涵蓋了兩部分內(nèi)容,一是設(shè)備設(shè)計部分;

二是在設(shè)備設(shè)計的基礎(chǔ)上進行三維實體輔助造型設(shè)計。設(shè)備設(shè)計包括總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和

各個組成的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及強度設(shè)計，主要零部件的設(shè)計和選型以及校核。三維實體輔

助造型設(shè)計是利用軟件SolidWorks來完成的，包括各個零部件的造型設(shè)計、裝配體

的設(shè)計和工程圖的生成。工作任務(wù)是比較繁重的，在實習(xí)過程中，見到最多的是固定

管板式換熱器，卻未見到釜式設(shè)備，對于釜式換熱器的局部結(jié)構(gòu)始終無法想象，關(guān)于

釜式換熱器的介紹資料在圖書館的資料庫里，找到的不多。在經(jīng)過多次考慮和導(dǎo)師的

探討，才對它的總體結(jié)構(gòu)確定了下來，然而解決后新的問題又擺在面前，在過去的學(xué)

習(xí)中，并未對SolidWorks做深入的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，當(dāng)要系統(tǒng)的完成一個完全有自己設(shè)

計的設(shè)備建模時遇到了太多的問題，每個功能的應(yīng)用和實現(xiàn)過程有時需要摸索很多

次，而且往往會在建模時會發(fā)現(xiàn)設(shè)計的合理性出問題，對前面的設(shè)計計算進行反復(fù)的

修改，直到最后完成工程圖的生成，才完成了設(shè)備的全部設(shè)計，可以說，每一步都緊

密聯(lián)系在一起，相互制約著。但同時也讓我體會到設(shè)計者和制造者之間的矛盾和聯(lián)系,

設(shè)計者有時是無法注意到制造問題的，而SolidWorks可以讓設(shè)計者先對自己的設(shè)計

做一個檢驗。

通過本次設(shè)計使我對所學(xué)的專業(yè)知識有了更深刻地認識，并從中學(xué)到了很多課本

上無法得到的東西，通過自身的努力和學(xué)習(xí)，通過導(dǎo)師的細心指導(dǎo)，使我不僅在知識

水平上和解決實際問題的能力上有了很大的提高，而且深刻體會到要把所學(xué)的知識理

論變成可實際應(yīng)用的設(shè)備時，所面對的種種難題，認識到提高運用知識，解決實際問

題的能力的重要性，由于時間倉促和經(jīng)驗不足，難免存在很多問題，敬請各位老師指

導(dǎo)！

2設(shè)計計算

2.1主要工藝參數(shù)的確定

殼程管程

介質(zhì)水、水蒸氣再生氣

設(shè)計壓力0.43.2

設(shè)計溫度℃210340

換熱面積用2260

接管規(guī)格：

再生氣進口DN300；再生氣出口DN300

水進口DN300；水出口DN300

蒸汽出口DN400

2.2釜式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

選擇了比較帶蒸發(fā)空間的傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,由管箱、小端殼體，斜錐殼體，大端

殼體、管板、法蘭、換熱管等零部件組成。如圖2—1所示

圖2—1

2.2.2換熱器管程設(shè)計制⑵

1）換熱管

a）換熱管的形式換熱管形式有光管、各種翅片管、螺紋管、異形管等。光管

是作為管殼式換熱器的傳統(tǒng)形式，當(dāng)前應(yīng)用非常普遍，廉價，易于制造、安

裝、檢修、清洗方便。隨著節(jié)約材料?，節(jié)約能源的強化傳熱技術(shù)研究的發(fā)展,

光管不斷受到?jīng)_擊，但是依據(jù)本設(shè)計的技術(shù)參數(shù)和考慮制造成本，依然選用

光管。

b）管徑采用標(biāo)準(zhǔn)管徑的換熱管。小管徑可使單位體積的傳熱面積增大，結(jié)構(gòu)

緊湊，金屬耗量減少,傳熱系數(shù)提高。將同直徑換熱器的換熱管有。25改為例9

使換熱面積可增加40%左右，節(jié)約金屬20%以上，但小管徑流體阻力大，不便

清洗，易結(jié)垢，堵塞。一般大直徑管子用于粘性大或污濁的流體，而再生氣

成分未定，選用。25mmX2.5mm的無縫鋼管。

c）管長管子過長清洗安裝均不方便。一般取6機以下，對于臥式設(shè)備，管長

與殼徑之比應(yīng)在6-10范圍內(nèi)，本設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)管長6〃?。

d）管材選用20號鋼。

e）管束確定估算單根換熱管面積A141

A=兀（dL

A—單根換熱管的面積m?

d—無縫鋼管直徑mm

6—無縫鋼管壁厚

所需的換熱管數(shù)n=￡

A

F—要求工藝換熱面積F=260m2

025mmx2.5mm的換熱管的拉桿至少需要6根，故所需換熱管管數(shù)至多608根。

2）管板

管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一，用來排布換熱管、將管程與殼程的流

體分開，避免冷熱流體混合，并同時受管程壓力、殼程壓力和溫度的作用。

a）管板材料在選擇管板材料時除考慮力學(xué)性能外還應(yīng)考慮管程和殼程流體的

腐蝕性，以及管板和換熱管之間的電位差對腐蝕的影響，由于此設(shè)計中的再

生氣主要成分為二氧化碳，選用一般壓力容器用鋼16MnRo

b）列管形式排布考慮到管外是水易清洗，采用正六邊形排列。換熱管中心距

要保證管子與管板連接時，相鄰兩管間的凈空距離有足夠的強度和寬度，■

般不小于1.2倍的換熱管外徑，因此換熱管的中心距選標(biāo)準(zhǔn)S=32mm。管板上

排列管子的根數(shù)六角形14層，實際可排721根，對角線上的管數(shù)N=29,不

計弓形部分可排管子總數(shù)為631根。

c）管板與殼體和管箱的連接管板與殼體的連接形式分為兩類：一種是可拆式,

一種是不可拆式。對于釜式換熱器特殊的結(jié)構(gòu)形式，考慮維修方便，以及再

生氣的腐蝕性并不大，氣密性要求不高，管板不做法蘭設(shè)計中采用如圖3-1

所示的連接形式：

圖2—1加緊式連接

d）換熱管與管板的連接形式換熱管與換熱管的連接在管殼式換熱器的設(shè)計

中是一個比較重要的結(jié)構(gòu)部分，它不僅給加工工作量大，而且必須使每個連

接處在設(shè)備運行中，保證無泄漏及能承受介質(zhì)壓力。從制造工況以及經(jīng)濟等

方面考慮，我選用了強度焊。

3）管箱管箱的作用是把從管道輸送來的流體均勻地分布到各換熱管內(nèi)，和把管

內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器，在多管程換熱器中，管箱還起到改變介質(zhì)的流向的作

用，由于我采用的釜式換熱器的特殊結(jié)構(gòu)形式，我選用封頭管箱，并用兩程，隔板尺

及結(jié)構(gòu)見圖3—3。但是由于采用了2程分程，隔板槽兩側(cè)管心距至少取44mm。

圖2—3分程隔板

2.2.3換熱器殼程設(shè)計

課程內(nèi)主要由殼體、折流板、支撐板、拉桿、定距管、滑板等結(jié)構(gòu)組成。

1）殼體結(jié)構(gòu)見設(shè)計圖紙。

2）折流板折流板的作用是為了提高殼程流體流速，迫使流體按規(guī)定的路徑多次橫

向流過管束，增加湍動程度，以提高管間對流傳熱效率。而對于釜式換熱器，折

流板即起著流作用又起支撐作用。由于弓形折流板中，流體只經(jīng)過圓缺部分而垂

直流過管束，流動中死區(qū)較少，所以較為優(yōu)越，結(jié)構(gòu)也簡單。弓形折流板的圓缺

率為25%左右。折流板的缺口應(yīng)盡量靠近管排，此采用上下方向排列，可造成流

體劇烈擾動，以增大傳熱系數(shù)。

弓形折流板的間距一般不應(yīng)小于殼體內(nèi)徑的20%且不小50mm,并相鄰兩塊

折流板間距不得大于殼體內(nèi)徑。由于換熱管總長為6000mm,去折流板間距為750

mm,可以計算需要7塊折流板。折流板的安裝固定時通過拉桿和定距管來實現(xiàn)的，

每一根拉桿的最后一塊折流板是與拉桿焊接的。其缺口的弦高取0.3倍的圓筒內(nèi)

徑,h=300mm。對于臥式換熱器，為在停車時排進課程內(nèi)殘留也和在換熱過程中

伴隨有氣相的產(chǎn)生，則在折流板頂和底部需設(shè)置缺口，其角度為90",高度為15~

20mm,共排除換熱器內(nèi)殘留也和氣體用。折流板的厚度是根據(jù)換熱器直徑和換

熱管無支撐跨距來實現(xiàn)的，由⑶表3—5查得折流板的最小厚度為10mm。它的名

義外徑為DN—6=994,8mm。

3）拉桿拉桿常用形式有兩種：一種為拉桿和折流板焊接形式，一般用于換熱管外

徑小于或等于14mm的管束;另一種為拉桿定居管結(jié)構(gòu)形式，用于換熱管外徑大于

或等于18mm的管束。拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，對于大直徑的換熱

器，再不管區(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，拉桿直徑選用

016mmo

4）滑板用來支撐折流板，并在安裝時起到導(dǎo)軌和滑軌的作用，便于安裝和拆卸，

并在設(shè)備工作時防止由于介質(zhì)的沖擊引起的震動和浮動，它的長度定為5000mm,

有兩根組成。材料選用。235-A

2.3元件的強度設(shè)計㈤

換熱器是由客體、管箱、封頭、官板、法蘭、換熱管等受力元件組成，各元件都

需要進行強度設(shè)計計算，以確保在運行時安全可靠。

由于官板受力情況復(fù)雜，影響管板強度的因素很多，有管內(nèi)外壓力，溫度生產(chǎn)的

應(yīng)力，法蘭力矩和換熱管的支撐力等的影響，故正確地進行管板分析計算是比較復(fù)雜

的，在此由于時間的關(guān)系，不予校核設(shè)計。

2.3.1殼體

1)小端殼體直徑的計算給予管板相連接的殼體，因此其厚度應(yīng)根據(jù)殼體內(nèi)徑應(yīng)

等于或大于管板布管最大圓的直徑，所以從管板直徑的計算可以確定殼體的內(nèi)

徑。

O=S(b-l)+2e

D—殼體計算內(nèi)徑，mm；

S一管心距，mm；

b-最外層的六角形對角線上的管數(shù)，b=29；

e-六角形最外層管中心到殼體內(nèi)壁距離，一般取e=(l~L5)d0。

D=32x(29-1)4-2x(1.2x25)=956mm

但根據(jù)圓筒的內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)系列，只能取2=1000mmo

2)大端殼體直徑的確定釜式換熱器是需要在殼體的上部設(shè)置適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)空間，同

時兼有蒸汽室的作用。頁面的最低位置應(yīng)比價熱管的最上部表面高約50mm,且

大端直徑和小段直徑之比為1.5?2倍，錐形過渡段為30"。因此去大端直徑為2

倍于小端直徑，即為％=2000mm0則由此可以得到斜錐的長度為

4=cfg30"x1000=1732mm。

3)殼體的壁厚閉根據(jù)工藝條件可知，本設(shè)計的釜式換熱器屬于中低壓容器，選

用壓力容器常用鋼16MnR,殼體的計算厚度

8=—四—

3—計算厚度，mm；

P,一計算壓力，取設(shè)計壓力0.4M2；

Di—圓筒內(nèi)徑，mm；

[^―需用應(yīng)力，MP.,由于200c時[cr]'=170加巴，250℃時

[a]=156MPu,用試差法計算在210℃是[cr]'=176.4Ml；

。一焊縫系數(shù)，。=0.85。

c0.4x2000cc

S=----------------=2.8mm

"2x167.4x0.85-0.4

16MnR的負偏差為G=0,取腐蝕余量G=2mm,因此鋼板的名義厚度可取

&=3+G+Cz+A=5如”。但作為大端直徑為2000mm的圓筒的最小厚度為R=14

mm,小端直徑為1000mm的圓筒的最小厚度為R=10mm。為制造方便和考慮經(jīng)濟成

本小端和大端直徑以及斜錐殼都取2=14mm。

進行水壓實驗校核：即

/=?"0WO.9軻

F—要求工藝換熱面積而

D—殼體計算內(nèi)徑，mm；

S一管心距，mm；

b-最外層的六角形對角線上的管數(shù)，b=29；

e-六角形最外層管中心到殼體內(nèi)壁距離，一般取e=(l~1.5)do

6—計算厚度，mm；

P—計算壓力，取設(shè)計壓力0.4Mg;

Q一圓筒內(nèi)徑，mm；

[可'一需用應(yīng)力，MPa,由

4—有效厚度，mm；

q一屈服應(yīng)力，crv=340M^,；

PH==1X9.81X2000=0.01962MPa

PT=PT+PH=0.51962Mq

0.51962x(2000+12)

a=----------------=50.22MP

T2x12a

0.9=0.9X0.85X340=260.1MPa

（yT<0.9颯,由此可知筒體厚度取14mm完全符合要求。

4）管箱厚度計算⑶由于管箱受到的壓力與殼體受到的壓力不同，但選用了封頭管

箱，并且封頭選用了標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，由此其計算厚度按封頭的計算厚度，即

AP<D

-2［<r］>-O.5P

P—計算壓力，取設(shè)計壓力，P.=3.2MPu

［。］'一需用應(yīng)力，340時［可'=136.4加巴；

。一焊縫系數(shù)，。=1。

c3.2x1000一”

8=-----------------=11.79mm

2x136.4x1-0.5x3.2

取腐蝕余量為2mm,16MnR的負偏差為0,因此可取其名義厚度為14mm。

2.3.2開孔補強設(shè)計計算網(wǎng)6】

開孔補強設(shè)計就是適當(dāng)增加殼體或接管厚度的方法將應(yīng)力集中系數(shù)減少到某一

允許數(shù)值。采用基于彈性失效設(shè)計準(zhǔn)則的等面積布強圈，主要用于補強圈結(jié)構(gòu)的布強

設(shè)計計算。規(guī)定不需要另行補強的接管外徑要小于或等于89mm,故5個孔都需補強。

1）再生氣進出口（DN300）

a）開孔所需最小補強面積A

對于受內(nèi)壓的圓筒，所需的補強面積

A=43+2電,（1一力）

A—開孔削弱所需要的補強面積，mm2；

d一開孔直徑，圓形孔等于接管內(nèi)徑加2倍，厚度附加量，

1=325+0=325mm；

6—殼體開孔處的計算厚度，mm；

3e,—接管的有效厚度，Se=8~C=14-2=12mm；

fr~強度削弱系數(shù)，＜="，即設(shè)計溫度下接管材料與殼

［司

體材料需用應(yīng)力之比，當(dāng)力＞1.0時，就取力=1。［司；=136.4/與，［d=92M/3

故取力=1.0。

A=325X11.79+2X11.79X12(1-1)=3831.75mm

b)有效補強范圍

i.有效寬度B

取二者中最大值B=2d

B=d+24+2想

式中B—補強有效寬度，mm；

殼體開孔處名義厚度，mm；

想一接管名義厚度，血；

B=2X325=650mm

B=325+2X14+2X14=381mm

故B=650mm0

ii.有效厚度

外側(cè)有效高度去式中較小值

A,=1dBm=,402x14=75.01mm

/?,=^dSnl=,325x14=67.45mm

%=接管實際外伸高度=300mm

故九=67mm。

內(nèi)側(cè)有效高度4取式中較小值

h2=^dSnt=67mm

色=接管實際內(nèi)伸高度=0

故%=0。

iii.有效補強面積

殼體多余金屬面積

4=(1)(…)-2想(…)(1-力)

=(650-325)(12-11.79)-0

=68.25mm2

接管多余面積4

接管計算厚度

小p.3.2x(300+4)

S.=-------------=---------------------=5.38/22/7?

20。-p2x92x1-3.2

4=2%&-4)力+24⑸-。2)人

=2X67.45(12-5.38)10+0

=893.0mm2

補強區(qū)焊縫面積右焊腳取6.0mm

4=2XiX6.0X6.0=36mm2

32

則A,=4+4+&=68.25+89.30+36=997.25mm2

iv.所需另行補強的面積

4=A-A,=3831.75-997.25=2834.5mm2

故需另行補強，采用補強圈補強。

c)補強圈的設(shè)計

補強圈外徑D應(yīng)不大于有效寬度B=650mm。取外徑D=550mm,公稱直徑DN300,

內(nèi)徑d=329的補強圈。

補強圈的厚度

S=^-

D-d

=2834.5+(550-329)

=12.8mm

考慮鋼板的厚度效皮偏差并經(jīng)圓整，實取補強圈的厚度為14mm,其質(zhì)量為

16.8kgo

2）水蒸氣出口（DN400）

允許不另補強的最大接管外徑為089mm，故本開孔需要另行考慮其補強。

a）開孔所需的補強面A

A=db+2至

123

于二*二=0.82

r150.4

A=402X2.8+2X2.8X12X(1-0.82)

=1125.6+22.176

=1147.776〃加

b）有效的補強范圍

有效寬度B取二者較大值

B=2d=2X402=804mm

B=d+28n+2想=402+2x14+2x14=458mm

外側(cè)有效高度匕取二者較小值

%=必T=4402x14=75.01mm

%=接管實際外伸高度=150mm

故h,=75mm10

內(nèi)側(cè)有效高度PN<(yAMPa/?2=0o

c）有效補強面積4

殼側(cè)多余金屬面積4

A=(6—1)(3,-6)-2(/—C)(4—6)(1-力)

=(804-402)(12-2.8)-2(14-2)(12-2.8)(1-0.67)

=3625.5mm2

接管多于金屬面積4

接管計算厚度Pd,

0.4x426

=0.69mm

2x123x1-0.4

4=2匕(/-應(yīng))力+2為0-4)力

=2X75X(12-0.69)X0.67+0

=1136.66/?!???2

由于4+4>4,故計算至此，已經(jīng)可以得出蒸汽出口開空不再需要另行補

強。

3）水進出口開孔補強設(shè)計（DN300）

由前面水蒸汽開孔補強計算的計算得出，由于水進出口的公稱直徑小于水蒸

汽出口的公稱直徑，由此，也不需要另行補強。

3標(biāo)準(zhǔn)零部件的選用及主要零部件的設(shè)計?、?/p>

3.1法蘭的選用網(wǎng)

法蘭標(biāo)準(zhǔn)分為壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)和管法蘭標(biāo)準(zhǔn)，其尺寸和密封面的形式的確

定是由法蘭的公稱直徑和公稱壓力來確定的。

3.1.1容器法蘭的選用

由于長頸對焊凸凹密封面法蘭，安裝時易于對中，還能有效的防治墊片擠出壓緊

面，并且利于密封，適用于PNW6.4MPa的壓力容器。小段的管箱與管板及筒體的連

接選用如圖3-1所示的法蘭連接。材料選用1（5MnR。

圖3-1容器法蘭

DN=1000mm,D=1215mm,Q235-A-F￡>2=1110mm,Z)3=1097mm,

6=100mm,H=175mm,h=42mm,a=28mm,

^,=32nun,R=15mm,d=33mm,對接筒體的最小厚度齡=14mm,

螺栓選用48個M30X250,法蘭質(zhì)量為m=334.2kg

對于浮動端的管板與封頭的連接選用了帶法蘭的球冠型封頭，因此其尺寸暫不與

設(shè)計，它屬于非標(biāo)準(zhǔn)件。

3.1.2管法蘭的選取

管法蘭的設(shè)計采用1997年由原化學(xué)工業(yè)部頒發(fā)的《鋼質(zhì)管法蘭、墊片、緊固件》

標(biāo)準(zhǔn)來選取的。根據(jù)壓力不同，選用了不同的法蘭形式，具體數(shù)據(jù)見表3-1。如圖3

—2和圖3—3所示，材料選用20號鋼。

表3—1

公稱直法蘭外法蘭厚螺孔直

標(biāo)準(zhǔn)形式鋼管外頸的直邊

徑。N徑。度C徑K

徑4高度M

PN=4.0MPa

帶頸

WG20595-973003255152845018

對焊

PN=0.6MPa

板式

HG20593-97300325440243950

平焊

板式

“G20593—97400426540284950

平焊

圖3-2管法蘭圖3—3管法蘭

3.2封頭

對于封頭在前面計算時我已對此作了較粗略的說明，根據(jù)G8/T4737-95在小端

和大端都選用了標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。在這里給出具數(shù)據(jù)，以供下面的設(shè)計計算作參考。見

表3—2。材料選用16MnRo

表3—2

公稱直徑直邊高度自曲面高度匕容積V/nf壁厚6質(zhì)量機/kg

1000402500.16214136

2000405001.17314511

對于浮動端得封頭選用了帶法蘭的球冠封頭，這樣既可以節(jié)約材料，也可以減少

能量的耗損，它的體積小，法蘭的厚度又薄，在我翻閱大量的資料當(dāng)中可以看到，選

用帶法蘭的球冠封頭是比較成熟的，但計算過程比較復(fù)雜，這里不再闡述，如圖3—

4所示，材料選用45號鋼。

圖3-4帶法蘭球冠封頭

其中D=997mm,n=950mm,D=910mm,

fJo。Jif

螺孔直徑為26mm,共用32個歷24x150的螺栓來連接。

3.3管板

管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一。用來排布換熱管、將管程與殼程的

流體分開，避免冷熱流體混合，并同時受管程壓力、殼程壓力和溫度的作用。管板

的設(shè)計是否合理對確保換熱器的安全運行、節(jié)約材料，降低制造成本是至關(guān)重要的。

但是由于計算復(fù)雜，直接選用了和借鑒了有關(guān)資料中給出的標(biāo)準(zhǔn)中給出的尺寸。

考慮到制造和維修的方便，對固定端的管板與浮動端的管板分別作了如下的設(shè)

計尺寸，見3—5和3—6o

9

圖3-6浮動端管板

3.4堰板

堰板設(shè)置在液體出口前.，為保證加熱管完全浸泡在沸騰的水中，因此取其直徑

為2000mm,弦高為1000mm,厚度為10mm,材料用&35T。

4鞍座的設(shè)計「憫

4.1鞍座的選取

鞍式支座分為輕型（代號A）和重型（代號B）兩種，同樣公稱直徑輕型鞍座比

重型鞍座承載能力小，自身重量輕，根據(jù)GB/T4712—92,選取了輕型（A型）DN（1000?

2000）,1200包角帶墊板的鞍式支座。材料選用。235-4，（鞍座專用鋼材），墊板材

料與筒體的材料相同。對于同一型號的鞍式支座又有固定鞍座（F型）和滑動鞍座（S

型）兩種。但一般都是成對選用，即選一個F型和一個S型，以適應(yīng)溫度變化引起的

伸縮，以減少溫差應(yīng)力。

4.2鞍座位置的設(shè)置

4.2.1鞍座位置的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求

對于雙支座上受均布載荷的簡支梁，若梁的全長為L,則當(dāng)外伸端長度A=0.207L

時，雙支座跨距中間截面的最大彎矩和制作截面處的彎矩和支座截面處的彎矩絕對值

相等，從而使上述兩截面上保持等強度，考慮到支座處圓筒的截面處除彎矩以外的其

他載荷，而且支座截面處應(yīng)力比較復(fù)雜，故常取支座處圓筒的彎矩略小于跨中間圓筒

的彎矩，通常取尺寸A不超過0.2L值，為此中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)川《鋼制臥式容器》規(guī)定

去AW0.2L,A值最大不超過0.25L。否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的

應(yīng)力過大。其中A為封頭切線至支座中心線之距離，L為封頭切線之距離，止匕外，由

于封頭的抗彎剛度具有局部加強的作用。若支座靠近封頭，則可充分利用罐體封頭對

支座處圓筒截面的加強作用。因此JB4731還規(guī)定了當(dāng)滿足AW0.5&(此為圓筒的

平均半徑，R為圓筒的名義厚度，為了分析方便，設(shè)計中用圓筒的內(nèi)

半徑尺代替&).

4.2.2設(shè)備總長的確定

首先考慮換熱管的長為乙=60000廊，而大端封頭的長度為&=540mm,水出口的

直徑為325mm,并考慮到設(shè)置堰板的適當(dāng)距離，取從浮動端管板到封頭的距離心=650

mm,管箱封頭的總長考慮到再生器進出口開孔的布強圈的直徑，以及容器法蘭的厚度

取4=740mm,與此取設(shè)備總長L=L1+L2+L.+L4+A=6000+540+650+740+A=8720.

4.2.3A值的確定

釜式換熱器的手里主要集中在管板與換熱管一側(cè)，封頭管箱內(nèi)只有氣體，其對殼

體的作用力在計算時為方便暫時可以不計，故可以近似認為鞍座是受均布載荷作用

的，依據(jù)4.2.1的說明，取A=1200mm。

4.3力的計算

4.3.1重量產(chǎn)生的反力

1)設(shè)備本身的質(zhì)量叫

m\=m封頭+m管板+m簡體+m換熱管+m法絲

=(511+136+210)+

(-x^xl0972x2--x^x252x614x2--X^-X262X32|x470

(444J

+595x6650+1.39x6x614+334.2x2

857+3141.01+3956.75+5120.76+768.4

=3767.08kg

其它附件的質(zhì)量就取為m；的5%,即設(shè)備的總質(zhì)量為

m,=(l+5%)xm.

(1+0.05)X13767.08kg

=14455kg

2）物料的質(zhì)量Hi2

由于物料本身占到了設(shè)備截面弦高1000mm處，其余空間均被氣體充滿，故

只要估算水的質(zhì)量就可以了。

m,=（-^-D2X6650X-+1.173X-|xl.OxlO3

2（422）

=11027kg

3）設(shè)備重量G

設(shè)備操作時總質(zhì)量m

m=mt+m2

=14455+11027

=25482kg

G=mg

=25482X9.81

=249978.42N

4）支座的支反力

F=-G

2

=-x249978.42

2

=124989.21N

FS=FF=F

4.3.2地震產(chǎn)生的力

1）地震引起固定端鞍座橫向推力用2

%=GCs

G—換熱器總質(zhì)量kg,

q—地震系數(shù)，cs=0.50

=249978.42x0.5

=124989.21N

2）地震引起滑動鞍座橫向推力璃

咫=。

3）地震引起固定鞍座反力/s

F

Fs=^1H.

FL

H一鞍座地班子換熱管中心線的距離，mm,”=1250〃〃〃，

L一兩鞍座間的距離，L-4250o

Fs_124989.2x1250

,~4250

=36761.5N

4）地震引起滑動鞍座的反力產(chǎn)；

岑一鵬

=36761.5N

5）地震引起固定鞍座測向推力

F；i=F「Cs

FF—重量引起固定鞍座反力，N；

舄=124989.21x0.5

=62494.6N

6）地震引起滑動鞍座測向推力外

%；=F$Cs

Fs—重量引起滑動鞍座反力，N；

玲：=124989.21x0.5

=62494.6N

7）地震引起固定鞍座處的彎矩

S

MF=M?.CS

MF—重量引起固定鞍座處殼體軸向彎矩，N?mm

1A+*片

MF=-FFA1-

(,120010072-5002)

M1=-124989.21xl200x1——669°四*669°

r,4xA5xzs0ii0fi

1+---------

3x6690

=3.15x10?Nmm

M*=3.15X107X0.5

1.575X107N?mm

地震引起滑動鞍座處的彎矩M

M：=M$Cs

Ms—質(zhì)量引起滑動鞍座處殼體軸向彎矩，N-mm,M$=M

M：=3.15X107X0.5

=1.575xl0iN-mm

地震引起兩鞍座間的彎矩Mf

Mj=MCs

Mi一重量引起在兩支座中間最大軸向彎矩，N?mm

-2）

二一一

14」446690

2L

=4.6x1O’N

M,s=4.6X107X0.5

=2.3X107N?mm

10）地震引起固定鞍座處測向彎矩

M1=睢H

=62494.6x1250

=8.04xl07N?mm

11）地震引起滑動鞍座處測向彎矩用：

叫:=樂”

=62494.6x1250

=8.04X107N?mm

4.3.3風(fēng)載產(chǎn)生的力

1）橫向有效風(fēng)載荷片v

F^=WcHcq

W0一筒體有效寬度，IVc=2028mm；

"C一筒體有效高度，=2250mm；

q—當(dāng)?shù)赜行эL(fēng)壓，q=50QN/mm\

^2028x2250x500x10^

=2265.75N

2）側(cè)向有效風(fēng)載荷片"

Lc—設(shè)備有效長度，Lc=8500mm

F：=2250x8500x500x10-6

=7481.25N

3）風(fēng)載引起固定鞍座出反力F：

H二

理~T

F'b一固定鞍座處橫向風(fēng)載力，耳，=尸）

'4250

=559.76N

4）風(fēng)載引起滑動鞍座處反力用”

F”滑動鞍座處橫向風(fēng)載力，&=￡/

'4250

=599.76N

5）風(fēng)載引起固定鞍座處側(cè)向推力用；

?:（A+0.5L）

7481.25x(1200x0.5x4250)

=3740.625N

6）風(fēng)載引起滑動鞍座處側(cè)向推力父'

%(B+0.5L)

si-F

B-滑動d鞍座至有效長度間距,近似取B=A

w_7481.25x(1200x0.5x4250)

~6650

=3740.6252V

7)風(fēng)載引起固定鞍座處側(cè)向彎矩加黑

瑁一

V27

2250

=3740.625x

2

=0.42x107%?用機

8）風(fēng)載引起的滑動鞍座處側(cè)向彎矩

22501

=3740.625x

=042x1（）7N?機機

4.3.4熱膨脹產(chǎn)生的力

1）熱膨脹引起固定鞍座處橫向推力成

電=F/

〃一基礎(chǔ)和活動鞍座底板之間的摩擦系數(shù)，對鋼取〃=0.8,對

潤滑板4=0.1。

明=124989.21x0.8

=9999IN

2）熱膨脹引起活動鞍座處橫向推力居彳

FS2=FSN

=124989.21x0.1

=12498.9N

3）熱膨脹引起固定鞍座處彎矩

=99991X1250

=12.5xl07A^wm

4）熱膨脹引起活動鞍座處彎矩

MR=F&H

=124989.9X1250

=1.6xlO77Vmm

5）熱膨脹引起兩鞍座間彎矩

M：=F&H

=124989.9X1250

=1.6X101N-mm

4.3.5總合力計算

1）固定鞍座處最大反力不

.=［（%）2+（瑞）2『

=（124989.212+3740.6252）%=12504521N

=（124989.212+62494.62產(chǎn)=139742.27V

取其中最大值，即F；=139742.2N。

2）滑動鞍座處最大反力庠

*=［（/『+（喘）于

=（124989.212+3740.6252產(chǎn)=71054.26N

*=［仍，）2+（段）2『

=（124989.2F+62494.62產(chǎn)=139742.2N

取其中最大值，即fs'=1397