【正文】 程隔板 換熱器殼程設計 課程內主要由殼體、折流板、支撐板、拉桿、定距管、滑板等結構組成。 1） 殼體結構見設計圖紙。 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，結構也簡單。弓形折流板的圓缺率為 25%左右。折流板的缺口應盡量靠近管排，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。 弓形折流板的間距一般不應小于殼體內徑的 20%,且不小 50 ㎜，并相鄰兩塊折流板間距不得大于殼體內徑。由于換熱管總長為 6000 ㎜，去折流板間距為 750㎜，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 倍的圓筒內徑， h=300 ㎜。對于臥式換熱器，為在停車時排進課 程內殘留也和在換熱過程中伴隨有氣相的產生，則在折流板頂和底部需設置缺口，其角度為 90o ，高度為 15～20 ㎜，共排除換熱器內殘留也和氣體用。折流板的厚度是根據換熱器直徑和換熱管無支撐跨距來實現的， ??2由 表 3— 5查得折流板的最小厚度為 10㎜。它的名義外徑為 DN－ 6= ? ㎜。 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 14㎜的管束 。另一種為拉桿定居管結構形式，用于換熱管外徑大于 06 屆過程裝備與控制工程專業(yè)畢業(yè) 設計 論文 10 或等于 18 ㎜的管束。拉桿應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)內或靠近折流板缺口處應布置適當數量的拉桿，拉桿直徑選用16mm? 。 4） 滑板 用來支撐折流板，并在安裝時起到導軌和滑軌的作用，便于安裝和拆卸，并在設備工作時防止由于介質的沖擊引起的震動和浮動，它的長度定為 5000 ㎜，有兩根組成。材料選用 235Q AF? 。 元件的強度設計 ??3 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計計算，以確保在運行時安全可靠。 由于官板受力情況復雜，影響管板強度的因素很多，有管內外壓力，溫度生產的應力，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雜的，在此由于時間的關系，不予校核設計。 殼體 1) 小端殼體直徑的計算 給予管板相連接的殼體，因此其厚度應根據殼體內徑應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 內徑。 ? ?12D S b e? ? ? D — 殼體計算內徑，㎜； S — 管心距，㎜； b — 最外層的六角形對角線上的管數， b=29； e — 六角形最外層管中心到殼體內壁距離，一般取 0(1~)ed? 。 32 ( 29 1 ) 2 ( 25 ) 956D m m? ? ? ? ? ? ? 但根據圓 筒的內徑標準系列，只能取 1000iD mm? 。 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置適當的蒸發(fā)空間，同時兼有蒸汽室的作用。頁面的最低位置應比價熱管的最上部表面高約 50 ㎜，且大端直徑和小段直徑之比為 ～ 2倍，錐形過渡段為 30o 。因此去大端直徑為 2 06 屆過程裝備與控制工程專業(yè)畢業(yè) 設計 論文 11 倍于小端直徑，即為 1iD =2020 ㎜ 。 則 由 此 可 以 得 到 斜 錐 的 長 度 為1 30 1000 1732ol ctg m m? ? ?。 3) 殼體的壁厚 ??2 根據工藝條件可知，本設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 ? ?2 cit cpD P? ??? ? ? — 計算厚度，㎜； cP — 計算壓力，取設計壓力 aMP ； iD — 圓筒內徑，㎜； ??t? — 需用應力， aMP ，由于 200℃ 時 ??t? =170 aMP ， 250℃時??t? =156 aMP ，用試差法計算在 210℃是 ??t? = aMP ； ? — 焊縫系數， ? =。 n? = 0 .4 2 0 0 02 1 6 7 .4 0 .8 5 0 .4?? ? ?= ㎜ 16MnR 的負偏差為 1C =0，取腐蝕余量 2C =2 ㎜，因此鋼板的名義厚度可取12 5n C C m m??? ? ? ? ? ?。但作為大端直徑為 2020 ㎜的圓筒的最小厚度為 n? =14㎜，小端直徑為 1000 ㎜的圓筒的最小厚度為 n? =10 ㎜。為制造方便和考慮經濟成本小端和大端直徑以及 斜錐殼都取 n? =14 ㎜。 進行水壓實驗校核：即 ? ?/2T i eT ePD ?? ???0≤ s?? F — 要求工藝換熱面積㎡ D — 殼體計算內徑，㎜； S — 管心距，㎜； b — 最外層的六角形對角線上的管數， b=29； 06 屆過程裝備與控制工程專業(yè)畢業(yè) 設計 論文 12 e — 六角形最外層管中心到殼體 內壁距離，一般取 0(1~)ed? ? — 計算厚度，㎜； cP — 計算壓力，取設計壓力 aMP ； iD — 圓筒內徑，㎜； ??t? — 需用應力， aMP ，由 e? — 有效厚度，㎜； s? — 屈服應力， s? =340 aMP ； HP egh? =1 2020= aMP 39。TP = THPP? = aMP ? ?0 .5 1 9 6 2 2 0 0 0 1 22 1 2T? ??? ?= aMP s?? = 340= aMP T? s?? ，由此可知筒體厚度取 14㎜完全符合要求。 4) 管箱厚度計算 ??2 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，并且封頭選用了標準橢圓封頭，由此其計算厚度按封頭的計算厚度，即 ? ?2 cPD P? ??? ? cP — 計算壓力，取設計壓力， cP = aMP ??t? — 需用應力， 340 時 ??t? = aMP ； ? — 焊縫系數， ? =1。 3 .2 1 0 0 02 1 3 6 .4 1 0 .5 3 .2? ?? ? ? ? ?= ㎜ 取腐蝕余量為 2㎜， 16MnR 的負偏差為 0，因此可取其名義厚度為 14 ㎜。 06 屆過程裝備與控制工程專業(yè)畢業(yè) 設計 論文 13 開孔 補 強設計計算 ????56 開孔補強設計就是適當增加殼體或接管厚度的方法將應力集中系數減少到某一允許數值。采用基于彈性失效設計準則的等面積布強圈，主要用于補強圈結構的布強設計計算。規(guī)定不需要另行補強的接管外徑要小于或等于 89 ㎜，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 對于受內壓的圓筒，所需的補強面積 ? ?21et rA d f? ??? ? ? A — 開孔削弱所需要的補強面積， 2mm ； d — 開孔直徑，圓形孔等于接管內徑加 2 倍，厚度附加量，d =325+0=325 ㎜； ? — 殼體開孔處的計算厚度，㎜； et? — 接管的有效厚度， et? =? C =142 =12 ㎜； rf — 強度削弱系數， ? ?? ?tbr tf???，即設計溫度下接管材料與殼體材料需用應力之比，當 rf 時，就取 rf =。 ??tb?= aMP ， ??t? =92 aMP ，故取 rf =。 A=325 +2 12（ 1－ 1） =㎜ b) 有效補強范圍 i. 有效寬度 B 取二者中最大值 B=2d B=d+2 2n nt??? 式中 B— 補強有效寬度，㎜； n? — 殼體開孔處名義厚度，㎜； nt? — 接管名義厚度，㎜； 06 屆過程裝備與控制工程專業(yè)畢業(yè) 設計 論文 14 B=2 325=650 ㎜ B=325+2 14+2 14=381 ㎜ 故 B=650 ㎜。 ii. 有 效厚度 外側有效高度去式中較小值 1 4 0 2 1 4 7 5 .0 1nth d m m?? ? ? ? 1 3 2 5 1 4 6 7 .4 5nth d m m?? ? ? ? 1h? 接管實際外伸高度 =300 ㎜ 故 1h =67 ㎜。 內側有效高度 2h 取式中較小值 2 67nth d mm??? 2h =接管實際內伸高度 =0 故 2h =0。 iii. 有效補強面積 殼體多余金屬面積 ? ? ? ? ? ? ? ?1 21e e t e rA B d f? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? =（ 650325）（ ） 0 = 2mm 接管多余面積 2A 接管計算厚度 ? ? ? ?3 . 2 3 0 0 4 5 . 3 82 9 2 1 3 . 22 dt tp mmp? ?? ??? ? ?? ? ?? ? ? ? ?2 1 2 222e t t r e t rA h f h C f? ? ?? ? ? ? =2 （ ） 10+0 06 屆過程裝備與控制工程專業(yè)畢業(yè) 設計 論文 15 = 2mm 補強區(qū)焊縫面積 3A 焊腳取 ㎜ 3A =2 12 =36 2mm 則 21 2 3 6 8 .2 5 8 9 .3 0 3 6 9 9 7 .2 5eA A A A m m? ? ? ? ? ? ? iv. 所需另行補強的面積 24 3 8 3 1 .7 5 9 9 7 .2 5 2 8 3 4 .5eA A A m m? ? ? ? ? 故需另行補強，采用補強圈補強。 c) 補強圈的設計 補強圈外徑 D應不大于有效寬度 B=650 ㎜。取外徑 D=550 ㎜，公稱直徑 DN300，內徑 d=329 的補強圈。 補強圈的厚度 39。? = 4ADd? =247。（ 550329） = ㎜ 考慮鋼板的厚度麩皮偏差并經圓整，實取補強圈的厚度為 14 ㎜，其質量為 ㎏。 2) 水蒸氣出口（ DN400） 允許不另補強的最大接管外徑為 89mm? ，故本開孔需要另行考慮其補強。 a) 開孔所需的補強面 A A= ? ?21et rdf? ???? rf = = A=402 +2 12（ ） =+ = 2mm b) 有效的補強范圍 06 屆過程裝備與控制工程專業(yè)畢業(yè) 設計 論文 16 有效寬度 B 取二者較大值 B=2d=2 402=804 ㎜ B= 2 2 4 0 2 2 1 4 2 1 4 4 5 8n ntd m m??? ? ? ? ? ? ? ? 外側有效高度 1h 取二者較小值 1 4 0 2 1 4 7 5 .0 1nth d m m?? ? ? ? 1h? 接管實際外伸高度＝ 150 ㎜ 故 1h =75 ㎜ 1。 內側有效高度 MPa? 2h =0。 c) 有效補強面積 eA 殼側多 余金屬面積 1