【正文】 程隔板 換熱器殼程設(shè)計(jì) 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(jì)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(dòng)程度，以提高管間對(duì)流傳熱效率。而對(duì)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(dòng)中死區(qū)較少，所以較為優(yōu)越，結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)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(dòng)，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 50 ㎜，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(zhǎng)為 6000 ㎜，去折流板間距為 750㎜，可以計(jì)算需要 7 塊折流板。折流板的安裝固定時(shí)通過拉桿和定距管來實(shí)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 倍的圓筒內(nèi)徑， h=300 ㎜。對(duì)于臥式換熱器，為在停車時(shí)排進(jìn)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 90o ，高度為 15～20 ㎜，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(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(shè)計(jì) 論文 10 或等于 18 ㎜的管束。拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，對(duì)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16mm? 。 4） 滑板 用來支撐折流板，并在安裝時(shí)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(shí)防止由于介質(zhì)的沖擊引起的震動(dòng)和浮動(dòng)，它的長(zhǎng)度定為 5000 ㎜，有兩根組成。材料選用 235Q AF? 。 元件的強(qiáng)度設(shè)計(jì) ??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(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算，以確保在運(yùn)行時(shí)安全可靠。 由于官板受力情況復(fù)雜，影響管板強(qiáng)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(jìn)行管板分析計(jì)算是比較復(fù)雜的，在此由于時(shí)間的關(guān)系，不予校核設(shè)計(jì)。 殼體 1) 小端殼體直徑的計(jì)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(jì)算可以確定殼體的 內(nèi)徑。 ? ?12D S b e? ? ? D — 殼體計(jì)算內(nèi)徑，㎜； S — 管心距，㎜； b — 最外層的六角形對(duì)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 0(1~)ed? 。 32 ( 29 1 ) 2 ( 25 ) 956D m m? ? ? ? ? ? ? 但根據(jù)圓 筒的內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)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(shè)置適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)空間，同時(shí)兼有蒸汽室的作用。頁(yè)面的最低位置應(yīng)比價(jià)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(shè)計(jì) 論文 11 倍于小端直徑，即為 1iD =2020 ㎜ 。 則 由 此 可 以 得 到 斜 錐 的 長(zhǎng) 度 為1 30 1000 1732ol ctg m m? ? ?。 3) 殼體的壁厚 ??2 根據(jù)工藝條件可知，本設(shè)計(jì)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(jì)算厚度 ? ?2 cit cpD P? ??? ? ? — 計(jì)算厚度，㎜； cP — 計(jì)算壓力，取設(shè)計(jì)壓力 aMP ； iD — 圓筒內(nèi)徑，㎜； ??t? — 需用應(yīng)力， aMP ，由于 200℃ 時(shí) ??t? =170 aMP ， 250℃時(shí)??t? =156 aMP ，用試差法計(jì)算在 210℃是 ??t? = aMP ； ? — 焊縫系數(shù)， ? =。 n? = 0 .4 2 0 0 02 1 6 7 .4 0 .8 5 0 .4?? ? ?= ㎜ 16MnR 的負(fù)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(jīng)濟(jì)成本小端和大端直徑以及 斜錐殼都取 n? =14 ㎜。 進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)校核：即 ? ?/2T i eT ePD ?? ???0≤ s?? F — 要求工藝換熱面積㎡ D — 殼體計(jì)算內(nèi)徑，㎜； S — 管心距，㎜； b — 最外層的六角形對(duì)角線上的管數(shù)， b=29； 06 屆過程裝備與控制工程專業(yè)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 論文 12 e — 六角形最外層管中心到殼體 內(nèi)壁距離，一般取 0(1~)ed? ? — 計(jì)算厚度，㎜； cP — 計(jì)算壓力，取設(shè)計(jì)壓力 aMP ； iD — 圓筒內(nèi)徑，㎜； ??t? — 需用應(yīng)力， aMP ，由 e? — 有效厚度，㎜； s? — 屈服應(yīng)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，由此其計(jì)算厚度按封頭的計(jì)算厚度，即 ? ?2 cPD P? ??? ? cP — 計(jì)算壓力，取設(shè)計(jì)壓力， cP = aMP ??t? — 需用應(yīng)力， 340 時(shí) ??t? = aMP ； ? — 焊縫系數(shù)， ? =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(fù)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(shè)計(jì) 論文 13 開孔 補(bǔ) 強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算 ????56 開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)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(jì)準(zhǔn)則的等面積布強(qiáng)圈，主要用于補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)的布強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算。規(guī)定不需要另行補(bǔ)強(qiáng)的接管外徑要小于或等于 89 ㎜，故 5個(gè)孔都需補(bǔ)強(qiáng)。 1) 再生氣進(jìn)出口（ DN300） a) 開孔所需最小補(bǔ)強(qiáng)面積 A 對(duì)于受內(nèi)壓的圓筒，所需的補(bǔ)強(qiáng)面積 ? ?21et rA d f? ??? ? ? A — 開孔削弱所需要的補(bǔ)強(qiáng)面積， 2mm ； d — 開孔直徑，圓形孔等于接管內(nèi)徑加 2 倍，厚度附加量，d =325+0=325 ㎜； ? — 殼體開孔處的計(jì)算厚度，㎜； et? — 接管的有效厚度， et? =? C =142 =12 ㎜； rf — 強(qiáng)度削弱系數(shù)， ? ?? ?tbr tf???，即設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體材料需用應(yīng)力之比，當(dāng) rf 時(shí)，就取 rf =。 ??tb?= aMP ， ??t? =92 aMP ，故取 rf =。 A=325 +2 12（ 1－ 1） =㎜ b) 有效補(bǔ)強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)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(shè)計(jì) 論文 14 B=2 325=650 ㎜ B=325+2 14+2 14=381 ㎜ 故 B=650 ㎜。 ii. 有 效厚度 外側(cè)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(shí)際外伸高度 =300 ㎜ 故 1h =67 ㎜。 內(nèi)側(cè)有效高度 2h 取式中較小值 2 67nth d mm??? 2h =接管實(shí)際內(nèi)伸高度 =0 故 2h =0。 iii. 有效補(bǔ)強(qiáng)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(jì)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(shè)計(jì) 論文 15 = 2mm 補(bǔ)強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)，采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)。 c) 補(bǔ)強(qiáng)圈的設(shè)計(jì) 補(bǔ)強(qiáng)圈外徑 D應(yīng)不大于有效寬度 B=650 ㎜。取外徑 D=550 ㎜，公稱直徑 DN300，內(nèi)徑 d=329 的補(bǔ)強(qiáng)圈。 補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度 39。? = 4ADd? =247。（ 550329） = ㎜ 考慮鋼板的厚度麩皮偏差并經(jīng)圓整，實(shí)取補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度為 14 ㎜，其質(zhì)量為 ㎏。 2) 水蒸氣出口（ DN400） 允許不另補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑為 89mm? ，故本開孔需要另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。 a) 開孔所需的補(bǔ)強(qiáng)面 A A= ? ?21et rdf? ???? rf = = A=402 +2 12（ ） =+ = 2mm b) 有效的補(bǔ)強(qiáng)范圍 06 屆過程裝備與控制工程專業(yè)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 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(cè)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(shí)際外伸高度＝ 150 ㎜ 故 1h =75 ㎜ 1。 內(nèi)側(cè)有效高度 MPa? 2h =0。 c) 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 eA 殼側(cè)多 余金屬面積 1