U型管換熱器畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

摘要本文介紹了U型管換熱器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。U型管換熱器僅有一個(gè)管板，管子兩端均固定于同一管板上，管子可以自由伸縮，無(wú)熱應(yīng)力，熱補(bǔ)償性能好；管程采用雙管程，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。U型管式換熱器的主要結(jié)構(gòu)包括管箱、筒體、封頭、換熱管、接管、折流板、防沖板和導(dǎo)流筒、防短路結(jié)構(gòu)、支座及管殼程的其他附件等。本次設(shè)計(jì)為二類壓力容器，設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力都較高，因而設(shè)計(jì)要求高。換熱器采用雙管程，不銹鋼換熱管制造。設(shè)計(jì)中主要進(jìn)行了換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，強(qiáng)度設(shè)計(jì)以及零部件的選型和工藝設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：U型管換熱器，結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度，設(shè)計(jì)計(jì)算U-TUBEHEATEXCHANGERDESIGNABSTRACTThispaperintroducestheU-tubeheatexchangerdesignandcalculation.U-tubeheatexchangerhasonlyonetubesheet,tubesarefixedatbothendsofboardsinthesametube,andtubescouldtelescopicfreely,non-thermalstress,thermalperformanceandcompensation;useofdouble-tubeprocess,theprocessislonger,higherspeed,betterheattransferperformance,pressurecapacity,andcontrolcanbeextractedfromtheshellwitheasymaintenanceandcleaning,andsimplestructurecostless.ThemainstructureofU-tubeheatexchanger,includesEquipmentcontrol,shell,head,exchangertubes,nozzles,baffled,impingementbaffle,guideshell,anti-short-circuitstructure,supportandothershell-tubeaccessories.ThistimeIdesignedasecondcategorypressurevessel,whichhashighdesigntemperatureandhighdesignpressure.Thusthedesigndemandsarestrict.Ithasdualheatexchangertube,stainlesssteelheatexchangermanufacturers.Imainlycarriedoutthedesignofheatexchangerstructuraldesign,strengthofdesignandpartsselectionandprocessdesign.KEYWOEDS:U-tubeheatexchanger,frame,intensity,designandcalculation目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要1緒論6第一部分、換熱器簡(jiǎn)介及選擇71、換熱器簡(jiǎn)介72、換熱器材料選擇82.1選材原則83、換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8第二部分、設(shè)計(jì)說(shuō)明書91、傳熱工藝計(jì)算91.原始數(shù)據(jù)92.定性溫度及物性參數(shù)93.傳熱量與冷水流量104.有效平均溫差105.管程換熱系數(shù)計(jì)算116.殼程換熱系數(shù)計(jì)算1213141410.殼程壓降計(jì)算152、強(qiáng)度計(jì)算162.1換熱管材料、規(guī)格的選擇及功能的確定162.2管子的排列方式172.3確定殼體直徑172.4筒體壁厚確定172.5液壓試驗(yàn)182.6殼程標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭厚度的計(jì)算192.7管程標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭厚度的計(jì)算202.8法蘭的選擇212.9管板的設(shè)計(jì)222.10管箱短節(jié)壁厚的確定24252.12折流板的選擇25262.14接管及開孔補(bǔ)強(qiáng)272.15分程隔板厚度選取2929第三部分、換熱器的制造、檢驗(yàn)、安裝與維修331、換熱器的制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收33333.1.2換熱管34343.1.4折流板、支持板343.1.5管束的組裝34353.1.7壓力試驗(yàn)352、換熱器的安裝與維護(hù)353535結(jié)束語(yǔ)36參考文獻(xiàn)37緒論能源是當(dāng)前人類面臨的重要問(wèn)題之一，能源開發(fā)及轉(zhuǎn)換利用已成為各國(guó)的重要課題，而換熱器是能源利用過(guò)程中必不可少的設(shè)備，幾乎一切工業(yè)領(lǐng)域都要使用，化工、冶金、動(dòng)力、交通、航空與航天等部門應(yīng)用尤為廣泛。近幾年由于新技術(shù)發(fā)展和新能源開發(fā)利用，各種類型的換熱器越來(lái)越受到工業(yè)界的重視，而換熱器又是節(jié)能措施中較為關(guān)鍵的設(shè)備，因此，無(wú)論是從工業(yè)的發(fā)展，還是從能源的有效利用，換熱器的合理設(shè)計(jì)、制造、選型和運(yùn)行都具有非常重要的意義。近年來(lái)隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，利用換熱器進(jìn)行高溫和低溫?zé)崮芑厥諑?lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。換熱器分類方式多樣,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,間壁式換熱器又可分為列管式和板殼式換熱器兩類,其中列管式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應(yīng)性,在長(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,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快，新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。近年來(lái)盡管列管式換熱器也受到了新型換熱器的挑戰(zhàn),但由于它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、操作彈性大、應(yīng)用材料廣等優(yōu)點(diǎn),列管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)。列管式換熱器適用于化工、石油、醫(yī)藥、食品、輕工、冶金、焦化等行業(yè)的液和液,汽和汽,汽和液的對(duì)流傳熱,蒸汽冷凝和液體蒸發(fā)傳熱等換熱冷凝流程。列管式換熱器是由一個(gè)圓筒形殼體及其內(nèi)部的管束組成。管子兩端固定在管板上，并將殼程和管程的流體分開。殼體內(nèi)設(shè)有折流板，以引導(dǎo)流體的流動(dòng)并支承管子。用拉桿和定距管將折流板與管子組裝在一起。列管式換熱器共有三種結(jié)構(gòu)型式:固定管板式、浮頭式和U形管式。固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、造價(jià)低，每根換熱管可以單獨(dú)清洗和更換，在結(jié)構(gòu)尺寸相同的條件下，與浮頭式和U形管式換熱器相比，換熱面積最大。固定管板式換熱器的殼程清洗困難，適應(yīng)熱膨脹能力差，決定了固定管板式換熱器適用于換熱介質(zhì)清潔，殼程壓力不高，換熱介質(zhì)溫差不大的場(chǎng)合。浮頭式換熱器由于管束的熱膨脹不受殼體的約束，而且可拆卸抽出管束，檢修更換換熱管、清理管束和殼程污垢方便，因此，浮頭式換熱器應(yīng)用最廣泛，在油田儲(chǔ)運(yùn)集輸系統(tǒng)中，60%～70%的換熱器為浮頭式換熱器。

Ｕ形管式換熱器是管殼式換熱器的一種,它由管板、殼體、管束等零部件組成。在同樣直徑情況下,Ｕ形管換熱器的換熱面積最大；它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、密封性能高,檢修、清洗方便、在高溫、高壓下金屬耗量最小、造價(jià)最低;Ｕ形管換熱器只有一塊管板,熱補(bǔ)償性能好、承壓能力較強(qiáng),適用于高溫、高壓工況下操作。第一部分、換熱器簡(jiǎn)介及選擇1、換熱器簡(jiǎn)介在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，簡(jiǎn)稱換熱器。在換熱器中至少要有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度高，放熱；另一種流體溫度低，吸熱。在工程實(shí)踐中有時(shí)也會(huì)有兩種以上流體參加換熱的換熱器，但其基本原理與前一致。化工、石油、動(dòng)力、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，它們是上述這些行業(yè)的通用設(shè)備，占有十分重要的地位。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，能源消耗量不斷增加，能源緊張已成為一個(gè)世界性問(wèn)題。為緩和能源緊張的狀況，世界各國(guó)競(jìng)相采取節(jié)能措施，大力發(fā)展節(jié)能技術(shù)，已成為當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)和人民生活中一個(gè)重要課題。換熱器在節(jié)能技術(shù)改造中具有很重要的作用，表現(xiàn)在兩方面：一是在生產(chǎn)工藝流程中使用著大量的換熱器，提高這些換熱器效率，顯然可以減少能源的消耗；另一方面，用換熱器來(lái)回收工業(yè)余熱，可以顯著地提高設(shè)備的熱效率。本次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容是U型管換熱器，屬管殼式（列管式）換熱器，其設(shè)計(jì)分析包括熱力設(shè)計(jì)、流動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度設(shè)計(jì)。其中以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最為重要,U型管式換熱器只有一個(gè)管板，管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點(diǎn)是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。對(duì)于列管式換熱器，一般要根據(jù)換熱流體的腐蝕性及其它特性來(lái)選擇結(jié)構(gòu)與材料，根據(jù)材料的加工性能，流體的壓力和溫度。換熱器管程與殼程的溫度差，換熱器的熱負(fù)荷，檢修清洗的要求等因素決定采用哪一類的列管式換熱器。由于我們水平和能力有限，設(shè)計(jì)時(shí)間倉(cāng)促，存在不妥之處在所難免，懇請(qǐng)老師給予批評(píng)指正。2、換熱器材料選擇在進(jìn)行換熱器設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)換熱器各種零部件的材料，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的操作壓力、操作溫度、流體的腐蝕性能以及對(duì)材料的制造工藝性能等的要求來(lái)選取。當(dāng)然，最后還要考慮材料的經(jīng)濟(jì)合理性。一般為了滿足設(shè)備的操作壓力和操作溫度，即從設(shè)備的強(qiáng)度或剛度的角度來(lái)考慮，是比較容易達(dá)到的，但對(duì)于材料的耐腐蝕性能，有時(shí)往往成為一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。如在這方面考慮不周，選材不妥，不僅會(huì)影響換熱器的使用壽命，而且也大大提高設(shè)備的成本。至于材料的制造工藝性能，是與換熱器的具體結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。2.1選材原則換熱器用鋼的標(biāo)準(zhǔn)、冶煉方法、熱處理狀態(tài)、許用應(yīng)力、無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)項(xiàng)目均按GB150-1998第四章及其附錄A的規(guī)定。pa，管程0.4MPa），設(shè)計(jì)溫度（殼程50℃，管程170℃），主要受壓元件材料選擇16MnR,20（鍛）。3、換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須考慮許多因素，如材料、壓力、溫度、比溫差、結(jié)垢情況、流體的性質(zhì)以及檢修與清理等等來(lái)選擇一些適合的結(jié)構(gòu)型式。對(duì)同一種型式的換熱器，由于各種條件不同，往往采用的結(jié)構(gòu)亦不相同。在工程設(shè)計(jì)中，除盡量選用定型系列產(chǎn)品外，也常按其特定的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足工藝上的需要。U形管式換熱器僅有一塊管板，且無(wú)浮頭，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)比其它換熱器便宜，管束可以從殼體內(nèi)抽出，管外便于清洗，但管內(nèi)清洗困難，所以管內(nèi)介質(zhì)必須清潔及不易結(jié)垢的物料。U形管的彎管部分曲率不通，管子長(zhǎng)度不一。管子因滲漏而堵死后，將造成傳熱面積的損失。U型管式換熱器，使用在壓力較高的情況下，在彎管段的壁厚要加厚，以彌補(bǔ)彎管后管壁的減薄。殼程內(nèi)可按工藝要求裝置折流板、縱向隔板等，折流板由拉桿固定，以提高換熱設(shè)備的傳熱效果?？v向隔板是一矩形平板，安裝在平行于傳熱管方向（縱向隔板按工藝要求決定）以增加殼側(cè)介質(zhì)流速。第二部分、設(shè)計(jì)說(shuō)明書1、傳熱工藝計(jì)算1.原始數(shù)據(jù)殼程機(jī)油進(jìn)口溫度QUOTE=180QUOTE殼程機(jī)油的出口溫度QUOTE=80℃殼程工作壓力QUOTE=1.9Mpa（表壓）殼程機(jī)油的流量G1=150t/h管程冷水的進(jìn)口溫度QUOTE=20oC管程冷水的出口溫度QUOTE=70oC管程的工作壓力QUOTE=2.0MPa2.定性溫度及物性參數(shù)管程冷水定性溫度QUOTE(20+80)/2=45QUOTE管程冷水密度查物性表得QUOTE=9Kg/QUOTE管程冷水比熱查物性表得QUOTE=KJ/KgQUOTEoC管程冷水導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得QUOTE=w/mQUOTE℃管程冷水黏度QUOTE=10ˉeq\o(\s\up5(6),\s\do2())PaQUOTEs管程冷水普朗特?cái)?shù)查物性表得Pr2=殼程機(jī)油定性溫度QUOTE殼程機(jī)油密度查物性表得QUOTE=Kg/QUOTE殼程冷水比熱查物性表得QUOTE=QUOTE殼程機(jī)油導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得QUOTE=w/mQUOTE殼程機(jī)油黏度QUOTE=QUOTEpaQUOTEs殼程機(jī)油的普朗特?cái)?shù)查物性表Pr1=3.傳熱量與冷水流量取定換熱效率為8則設(shè)計(jì)傳熱量:QUOTE150000QUOTEQUOTE(180-80)QUOTE8QUOTE1000/3600QUOTE9240583.3（W）則加熱水流量：4.有效平均溫差逆流平均溫差參數(shù)p：參數(shù)R：換熱器按單殼程兩管程設(shè)計(jì)則查書圖2-6a得：溫差校正系數(shù)：7有效平均溫差：5.管程換熱系數(shù)計(jì)算參考表2——7QUOTE初選傳熱系數(shù)：則初選傳熱面積為：圓整為325m2選用QUOTE不銹鋼的無(wú)縫鋼管作換熱管。則管子外徑d0=0.025m管子內(nèi)徑di=0.02m管子長(zhǎng)度=5m則所需換熱管根數(shù)：可取換熱管根數(shù)為QUOTE根則管程流通面積為:管程流速為：管程雷諾數(shù)為:管程傳熱系數(shù)為：結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)：查GB1511999知管間距按?。汗荛g距為：s=0.032m分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距管束中心排管數(shù)為:取QUOTE32根則殼體內(nèi)徑為：故內(nèi)徑Di=m則長(zhǎng)徑比為:合理。選擇單弓形折流板。則弓形折流板的弓高為：折流板間距為:折流板數(shù)量為：6.殼程換熱系數(shù)計(jì)算殼程流通面積為：殼程流速為：殼程質(zhì)量流速為：殼程當(dāng)量直徑為：殼程雷諾數(shù)為：切去弓形面積所占比例按:QUOTE查圖4——38b得為，殼程換熱因子查圖2——12得QUOTEQUOTE管外壁溫度假定值為：QUOTEQUOTE壁溫下水的黏度為：QUOTEQUOTE黏度修正系數(shù)：殼程傳熱系數(shù)：查GB1511999第138頁(yè)可知：管程水側(cè)污垢熱阻為：QUOTE殼程污垢熱阻為:QUOTE528QUOTE管壁熱阻r忽略,則總傳熱系數(shù)為：則傳熱系數(shù)比為：所以假設(shè)合理。管外壁熱流密度計(jì)算為：外壁溫度為：誤差校核：QUOTE所以誤差不大，合適。管內(nèi)壁溫度:QUOTE壁溫下水的黏度為：QUOTE黏度修正系數(shù)：查得管程摩擦系數(shù)為：QUOTE管程數(shù)QUOTE2管內(nèi)沿程壓降為：QUOTE回彎壓降為：取進(jìn)出口處質(zhì)量流速為：G是質(zhì)量流量，di是進(jìn)出口接管內(nèi)徑注意：此時(shí)流體密度為工作壓力、工作溫度下的密度進(jìn)出口管處壓降為：管程污垢校正系數(shù)為：QUOTE則管程壓降為：管程允許壓降QUOTEQUOTE即管程壓降符合要求。10.殼程壓降計(jì)算殼程當(dāng)量直徑：de雷諾數(shù)Re1=16656查得殼程摩擦系數(shù)：QUOTE（QUOTE圖3-2）管束壓降：取進(jìn)出口質(zhì)量流速：進(jìn)出口壓降：取導(dǎo)流板阻力系數(shù)：QUOTE導(dǎo)流板壓降：殼程結(jié)垢修正系數(shù)：QUOTE殼程壓降：殼程允許壓降：QUOTEQUOTE符合要求。2、強(qiáng)度計(jì)算2.1換熱管材料、規(guī)格的選擇及功能的確定序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1換熱管外徑d0mmGB151-1999QUOTE252管長(zhǎng)Lmm同上50003傳熱面積《管殼式換熱器原理與設(shè)計(jì)》3254換熱管根數(shù)個(gè)8285拉桿個(gè)GB151-1999QUOTE表43、4466材料GB150-1999《鋼制壓力容器》選20鋼2.2管子的排列方式序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值正三角形排列GB151-1999QUOTE2換熱管中心距SmmGB151-1999QUOTE323隔板槽兩側(cè)相鄰管最小中心距mmGB151-1999QUOTE442.3確定殼體直徑序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1換熱管中心距SmmGB151-1999QUOTE表12322換熱管根數(shù)根8283分程隔板厚度mmGB151-1999QUOTE144管束中心排管數(shù)根QUOTE325筒體直徑mm10926實(shí)取筒體直徑mm12002.4筒體壁厚確定序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1工作壓力PMPa給定2材料GB150-1999QUOTE16MnR3材料許用應(yīng)力MPaGB150-1999QUOTE表4-11704焊接接頭系數(shù)5殼程設(shè)計(jì)壓力MPa6筒體計(jì)算厚度mm7設(shè)計(jì)厚度mm8名義厚度mmQUOTE+QUOTE129實(shí)取名義厚度mmGB151-1999QUOTE1210負(fù)偏差mm011腐蝕裕量mm212有效厚度mm1013設(shè)計(jì)厚度下圓筒的計(jì)算應(yīng)力MPa12114校核MPa合格15設(shè)計(jì)溫度下圓筒的最大允許工作壓力[QUOTEMPa2.5液壓試驗(yàn)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1試驗(yàn)壓力MPa2圓筒薄膜應(yīng)力MPa3常溫下材料強(qiáng)度指標(biāo)MPa3454校核QUOTEMPaQUOTEQUOTE合格2.6殼程標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭厚度的計(jì)算序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1設(shè)計(jì)壓力MPa2工作壓力PMPa給定3材料GB150-199916MnR4材料許用應(yīng)力MPaGB150-1999表4-11705焊接接頭系數(shù)6封頭計(jì)算厚度mm7設(shè)計(jì)厚度mm8名義厚度mmQUOTE+QUOTE129實(shí)取名義厚度mmGB151-1999QUOTE1210負(fù)偏差mm011腐蝕裕量mm212有效厚度mm1013設(shè)計(jì)溫度下封頭的計(jì)算應(yīng)力MPa12114校核MPa合格15設(shè)計(jì)溫度下封頭的最大允許工作壓力[QUOTEMPa16公稱直徑mm筒體公稱直徑120017曲面高度mmJB/T4737-9530018直邊高度mmJB/T4737-95402.7管程標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭厚度的計(jì)算序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1設(shè)計(jì)壓力MPa2工作壓力PMPa給定3材料GB150-1999QUOTE16MnR4材料許用應(yīng)力MPaGB150-1999表4-11705焊接接頭系數(shù)6封頭計(jì)算厚度mm7設(shè)計(jì)厚度mm8名義厚度mmQUOTE+QUOTE129實(shí)取名義厚度mmGB151-1999QUOTE1210負(fù)偏差mm011腐蝕裕量mm212有效厚度mm1013設(shè)計(jì)溫度下封頭的計(jì)算應(yīng)力MPa12714校核MPa合格15設(shè)計(jì)溫度下封頭的最大允許工作壓力[QUOTEMPa16公稱直徑mm筒體公稱直徑120017曲面高度mmJB/T4737-9530018直邊高度mmJB/T4737-95402.8法蘭的選擇2.8.1設(shè)備法蘭的選擇按其條件DN=1200mm設(shè)計(jì)溫度170QUOTE設(shè)計(jì)壓力2.1MPa由《壓力容器法蘭》長(zhǎng)徑對(duì)焊法蘭表1，選擇長(zhǎng)徑對(duì)焊法蘭，連接面形式為突面，相關(guān)參數(shù)如下：?jiǎn)挝唬╩m）DD1D3D4HhRd螺柱規(guī)格螺柱數(shù)量1395134012781275842232185481530M2748由QUOTEJB/T4704-2000選擇非金屬軟墊片，其相應(yīng)尺寸如下：墊片外直徑D=1277;墊片內(nèi)直徑d=1227;墊片厚度QUOTE。2.8.2接管法蘭的選擇（1）接管a、b的公稱直徑相同設(shè)為QUOTE，設(shè)進(jìn)口流速為3m/s,則取QUOTE，公稱壓力2.5MPa由QUOTE選擇帶徑對(duì)焊法蘭，法蘭相關(guān)參數(shù)如下：DNA1DKLnThCNSH1RH150159300250268M242819012875（2）接管c、d的公稱直徑相同設(shè)為QUOTE，設(shè)進(jìn)口流速為2.5m/s,則取QUOTE，公稱壓力2.5MPa由QUOTE選擇帶徑對(duì)焊法蘭，法蘭相關(guān)參數(shù)如下：DNA1DKLnThCNSH1RH2002193603102612M2430244168802.9管板的設(shè)計(jì)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1未被換熱管支撐面積166792官板布管區(qū)面積7509363管板布管區(qū)當(dāng)量直徑mm9784布管區(qū)當(dāng)量直徑與直徑之比5半徑Rmm6墊片基本密封寬度mm7墊片接觸寬度NmmJB/T4704-2000圖1258墊片有效密封寬度bmm9墊片接觸外徑DmmJB/T4700-4707-2000127710墊片壓緊力作用中心圓直徑mm11系數(shù)GB151-1999《管殼式換熱器》12管板削弱系數(shù)GB151-1999《管殼式換熱器》13管板材料GB150-1999《鋼制壓力容器》16MnR14設(shè)計(jì)溫度下管板材料的許用應(yīng)力MPaGB150-1999《鋼制壓力容器》表4-113815殼程設(shè)計(jì)壓力PSMPa已知16管程設(shè)計(jì)壓力PtMPa已知17管板設(shè)計(jì)壓力PdMPa18管板厚度mm19殼程腐蝕裕量mm220管程腐蝕裕量mm221實(shí)取名義厚度mmGB151-1999《管殼式換熱器》10822換熱管軸向應(yīng)力MPaQUOTEQUOTEQUOTE23換熱管最大軸向應(yīng)力MPa已知24單根換熱管金屬的橫截面積a25換熱管與管板焊腳高度lmmGB151-1999《管殼式換熱器》626換熱管與管板連接的拉脫力qMPa27許用拉脫力[q]MPa28校核合格2.10管箱短節(jié)壁厚的確定序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1工作壓力PMPa給定2材料GB150-1999QUOTE16MnR3材料許用應(yīng)力MPaGB150-1999QUOTE表4-11704焊接接頭系數(shù)5管程設(shè)計(jì)壓力MPa6管箱筒體計(jì)算厚度mm7設(shè)計(jì)厚度mm8名義厚度mmQUOTE+QUOTE129實(shí)取名義厚度mmGB151-1999QUOTE1210負(fù)偏差mm011腐蝕裕量mm212有效厚度mm1013設(shè)計(jì)厚度下圓筒的計(jì)算應(yīng)力MPa12714校核MPa合格15設(shè)計(jì)溫度下圓筒的最大允許工作壓力[QUOTEMPa序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1拉桿直徑mmGB151-1999QUOTE表43162拉桿數(shù)量n根GB151-1999QUOTE表4463定距管規(guī)格GB151-1999QUOTE4拉桿在管板端螺紋長(zhǎng)度mmGB151-1999QUOTE表45205拉桿在折流板端螺紋長(zhǎng)度mmGB151-1999QUOTE表45606拉桿上的倒角高度bmmGB151-1999QUOTE表4522.12折流板的選擇根據(jù)GB151-1999QUOTE圖37選擇單弓形水平放置的折流板。QUOTE的圓筒內(nèi)徑，取h=259mm。由GB151-1999QUOTE表42知，換熱管為Φ25×2.5鋼管時(shí)，換熱管的最大無(wú)支撐跨距為L(zhǎng)=1850mm，且折流板最小間距一般不小于內(nèi)徑的五分之一且不小于5mm，有傳熱計(jì)算得到B=400mm。2.12.4折流板厚度由GB151-1999QUOTE表34知，DN=1200,L=300QUOTE取折流板最小厚度QUOTE.2.12.5折流板直徑由GB151-1999QUOTE表41查得折流板名義外直徑為DN=1194mm,管孔直徑為QUOTE由GB151-1999QUOTE查得防沖板外表面到圓筒內(nèi)壁的距離應(yīng)不小于接管外徑的四分之一，取70mm。防沖板的直徑或邊長(zhǎng)應(yīng)大于接管外徑50mm,取為280mm.防沖板的最小厚度取材料為不銹鋼，QUOTE,實(shí)取QUOTE具體尺寸見零件圖所示2.14接管及開孔補(bǔ)強(qiáng)由GB150-1998QUOTE表8-1知當(dāng)滿足下列所有條件是不另行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5MPa;兩相鄰開孔中心距應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍；接管公稱直徑小于或等于89mm;接管最小壁厚滿足表8-1要求2.14.1管箱接管開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算由于接管150mm的公稱直徑大于89mm,所以要補(bǔ)強(qiáng)，但由于設(shè)計(jì)的筒體或封頭厚度遠(yuǎn)大于理論厚度，所以要進(jìn)行計(jì)算看是否需要補(bǔ)強(qiáng)有效補(bǔ)強(qiáng)范圍有效寬度B=300有效高度：外側(cè)高度h1有效高度；內(nèi)側(cè)高度h2=0補(bǔ)強(qiáng)面積有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)可作為補(bǔ)強(qiáng)的截面積按GB150-1998QUOTE（8-10）計(jì)算QUOTEQUOTE——補(bǔ)強(qiáng)面積mm2QUOTE——?dú)んw有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積QUOTE——接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積QUOTE焊縫金屬表面積QUOTE而最小補(bǔ)強(qiáng)面積QUOTEQUOTE開孔需另加補(bǔ)強(qiáng)。其另加補(bǔ)強(qiáng)面積A4按下式計(jì)算QUOTE可采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，根據(jù)DN=150,參考補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)JB/T4736表1選用補(bǔ)強(qiáng)圈外徑D0=300mm內(nèi)徑Di=d0+3QUOTEmm選用C形坡口。補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：QUOTE為制造方便去QUOTE2.14.2殼體接管開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算由于接管2000mm的公稱直徑大于89mm,所以要補(bǔ)強(qiáng)，但由于設(shè)計(jì)的筒體或封頭厚度遠(yuǎn)大于理論厚度，所以要進(jìn)行計(jì)算看是否需要補(bǔ)強(qiáng)有效補(bǔ)強(qiáng)范圍有效寬度B=400有效高度：外側(cè)高度h1有效高度；內(nèi)側(cè)高度h2=0補(bǔ)強(qiáng)面積有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)可作為補(bǔ)強(qiáng)的截面積按GB150-1998QUOTE（8-10）計(jì)算QUOTEQUOTE——補(bǔ)強(qiáng)面積mm2QUOTE——?dú)んw有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積QUOTE——接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積QUOTE焊縫金屬表面積QUOTE而最小補(bǔ)強(qiáng)面積QUOTEQUOTE開孔需另加補(bǔ)強(qiáng)。其另加補(bǔ)強(qiáng)面積A4按下式計(jì)算QUOTE可采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，根據(jù)DN=150,參考補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)JB/T4736表1選用補(bǔ)強(qiáng)圈外徑D0=400mm內(nèi)徑Di=d0+3QUOTEmm選用C形坡口。補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：QUOTE為制造方便去QUOTE分程隔板厚度選取根據(jù)GB151-1999QUOTE，分程隔板厚度選為14mm。根據(jù)《鋼制管法蘭墊片緊固件》JB/T4712-92鞍式支座的選擇重型BI型焊制鞍式支座（表7）當(dāng)DN=1200mm取鞍式支座的相關(guān)尺寸如下：序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)值1公稱直徑DNmm12002允許載荷QKN5623鞍座高度hmm2004底板mm880mm170mm125腹板mm106筋板mm200mm140mm180mm107墊板弧長(zhǎng)mm1410mm270mm8emm408螺栓間距mm7209帶墊板鞍座質(zhì)量MKg8010包角12011型號(hào)BI重型F,S各一2.16.2、鞍座的應(yīng)力校核原始數(shù)據(jù)表序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)值1設(shè)計(jì)壓力MPa2設(shè)計(jì)溫度toC1803物料密度4筒體內(nèi)徑mm12005筒體長(zhǎng)度Lm65306公稱厚度mm127厚度附加量Cmm28鞍座型號(hào)BI9鞍座中心線離封頭切線的距離Hmm30010鞍座腹寬Bmm17011腹板厚度mm1012鞍座包角12013容器與封頭的材料16MnR14容器與封頭的許用應(yīng)力MPa17015鞍座材料16MnR16鞍座材料許用應(yīng)力MPa17017容器自重mkg1152618物料重量Kg736819總重量Mkg18894校核計(jì)算序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1支座反力FN2系數(shù)C13系數(shù)C24系數(shù)C35筒體在支座跨中截面處的彎矩M1NmmQUOTE6筒的支座截面的彎矩M2Nmm7跨中截面處的軸向應(yīng)力（最高點(diǎn)）MPa8跨中截面處的軸向應(yīng)力（最低點(diǎn)）MPa9系數(shù)A10系數(shù)BMPaGB150-1998圖6-314811軸向許用壓縮應(yīng)力MPB=148MP14812比較QUOTE=128MP驗(yàn)算合格筒體和封頭中的切向剪應(yīng)力13系數(shù)《過(guò)程裝備設(shè)計(jì)》表5-214切向剪應(yīng)力=15橢圓形封頭的形狀系數(shù)K標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭16封頭內(nèi)壓引起應(yīng)力12617比較QUOTE,QUOTE驗(yàn)算合格筒體的周向應(yīng)力18鞍座截面筒體最低處的周向應(yīng)力QUOTE19系數(shù)K《過(guò)程裝備設(shè)計(jì)》表5-320筒體有效寬度mm21鞍座邊角處筒體的周向應(yīng)力MP22系數(shù)K《過(guò)程裝備設(shè)計(jì)》表5-323比較QUOTE<QUOTE,QUOTE驗(yàn)算合格鞍座腹板應(yīng)力24系數(shù)K’《過(guò)程裝備設(shè)計(jì)》表5-525鞍座承受水平分力FsN=K′F26鞍座計(jì)算高度mm取實(shí)際高度20027取QUOTE和QUOTE中較小者為QUOTE即QUOTE=10028鞍座有效斷面平均應(yīng)力MPa29比較QUOTE驗(yàn)算合格第三部分、換熱器的制造、檢驗(yàn)、安裝與維修1、換熱器的制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收換熱器的制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收，應(yīng)遵守GB151-1999和GB150-1998的有關(guān)規(guī)定。3.1.1筒體a圓筒內(nèi)直徑允許偏差：用板材卷制時(shí)，內(nèi)直徑允許偏差可通過(guò)外圓周長(zhǎng)加以控制，其外圓周長(zhǎng)允許上偏差為10mm，下偏差為0。b圓筒同一斷面上，最大直徑與最小直徑之差為e≤0.5%DN，DN=0.5%×c圓筒直線度偏差為L(zhǎng)/1000，且當(dāng)L≤6000mm時(shí)，其值不大于4.5mm。L=6000mm所以直線度允許偏差4.5mm。進(jìn)行檢查時(shí)，應(yīng)通過(guò)中心線和垂直面即沿圓周0°、90°、180°、270°四個(gè)部位測(cè)量。d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。e插入式接管不應(yīng)伸出管箱、殼體和頭蓋的內(nèi)表面。3.1.2換熱管a換熱管管端外表面應(yīng)除銹，用于焊接時(shí)，管端清理長(zhǎng)度應(yīng)不小于管外徑，且不小于25mm。b管端坡口應(yīng)采用機(jī)械方法加工，焊前應(yīng)清洗干凈。.3管板a管板由低合金鋼鍛件16MnR制成，加工前表面不平度不得大于2mm，如超過(guò)此值，應(yīng)先進(jìn)行校平，然后進(jìn)行加工。b拼接管板的對(duì)接接頭應(yīng)進(jìn)行100%射線或超聲檢測(cè)，按JB4730-94進(jìn)行表面檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果不低于Ⅲ級(jí)，或超聲檢測(cè)中的Ⅰ級(jí)為合格。c換熱管與管板的連接：二者采用焊接的形式連接，連接部位的換熱管和管板孔表面，應(yīng)清理干凈，不得有毛刺、鐵屑、銹斑、油污等。焊渣及凸出于換熱器內(nèi)壁的焊瘤均應(yīng)清除。d管板與換熱管焊接時(shí)，管孔表面粗糙度Ra值≤25μm。3.1.4折流板、支持板，但允許超差0.1mm的管孔數(shù)不得超過(guò)4%。b折流板、支持板外圓表面粗糙度Ra值不得大于25μm，外圓面兩側(cè)的尖角應(yīng)倒鈍。還應(yīng)取出折流板、支持板上的任何毛刺。3.1.5管束的組裝a拉桿上的螺母應(yīng)擰緊，以免在裝入或抽出管束時(shí)，因折流板竄動(dòng)而損傷換熱管。b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。c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。d管箱應(yīng)在補(bǔ)焊后作消除應(yīng)力的熱處理，設(shè)備法蘭應(yīng)在熱處理后加工。e換熱器的密封面應(yīng)予以保護(hù)，不得因磕碰劃傷、電弧損傷、焊瘤、飛濺等二損壞密封面。3.1.6換熱器的組裝a換熱器零、部件在組裝前應(yīng)認(rèn)真檢查和清掃，不應(yīng)留有焊疤、焊接飛濺物