【正文】 .................................................................................................................. 49 整體組裝 .................................................................................................................... 49 涂漆工藝 .................................................................................................................... 50 焊接工藝 .................................................................................................................... 50 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................................................................................ 52 1 第一章 概 述 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。為了適應(yīng)發(fā)展的需要，我國(guó)對(duì)某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標(biāo)準(zhǔn)，形成了系列。 換熱器在工、農(nóng)業(yè)的各領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，在日常生活中傳熱設(shè)備也隨處可見，是不可或缺的工藝設(shè)備之一。 換熱器是一種 實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，是在石油、化工、冶金、電力、 2 輕工、食品等行業(yè)普遍應(yīng)用的一種工藝設(shè)備。管殼式換熱器按用途分為無相變傳熱的換熱器和有相變傳熱的冷凝器和重沸器。 近年來國(guó)內(nèi)在節(jié)能、增效等方面改進(jìn)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(qiáng)度等方面的研究取得了顯著成績(jī)。適用于不同介質(zhì)、不同工況，不同溫度、不同壓力的換熱器，結(jié)構(gòu)和型式亦不同，換熱器種類隨新型、高效換熱器的開發(fā)不斷更新，具體分類如下。例如，化工廠和發(fā)電廠所用的涼水塔中， 熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進(jìn)行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠?jī)闪黧w本身的密度差得以及時(shí)分離。 3 （ 3） 間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進(jìn)行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換 熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣。 一般分為冷凝器和重沸器。 六、按密封形式分 此類換熱器多用于高溫、高壓裝置中，具體分為：螺旋鎖緊環(huán)換熱 器、薄膜密封換熱器、鋼墊圈換熱器、密封蓋板式換熱器。為此，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)、溫度、壓力的不同選擇不同種類的換熱器，揚(yáng)長(zhǎng)避短，使之帶來更大的效益。 U型管殼式換熱器就是克服此缺點(diǎn)將管子作成“ U”型 ,一端固定另一端活動(dòng) ,使得換熱器不受膨脹的影響 ,結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單 ,重量輕 ,其缺點(diǎn)是不能機(jī)械清洗、管子不便拆換、單位容量及單位質(zhì)量的傳熱量低 ,適用于溫差大、管內(nèi)流體介質(zhì)比較干凈的場(chǎng)合。 板式換熱器 由于板式換熱器的傳熱面上可以壓出凹凸形排液槽 ,在較低的雷諾數(shù)條件下既可出現(xiàn)紊流狀態(tài) ,故換熱系數(shù)較高 ,一般可達(dá) 3 000～ 5 000Kcal/ 2m . h. ℃ ,與同樣流速下的管殼式換熱器相比 ,此值約為管殼式換熱器的傳熱系數(shù)的 3～ 5 倍 ,雖然 ,這時(shí)板式換熱器的阻力會(huì)大一些 ,如在同樣耗功的條件下相比 ,則板式換熱器的放熱系數(shù)比管殼式的高一倍左右。 允許用的溫度和壓力方面 :用于板式換熱器靠每?jī)砂迤g的墊圈 ,來防止物料泄漏 ,因而它的密封周邊的總長(zhǎng)非常長(zhǎng) ,防止墊圈泄漏是板式換熱器的一個(gè)重要環(huán)節(jié) ,墊圈能承受的溫度、壓力和化學(xué)穩(wěn)定性也常常成為板式換熱器使用的溫度和壓力極限以及允許用的物料范圍。 另外板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)比較緊湊 ,單位體積的傳熱面積 ,一般要比列管式換熱器熱效率大 5 倍以上 ,每一外殼容積為 1 3m 時(shí) ,其傳熱面積為 160 2m 左右。 熱管式換熱器 熱管是利用封裝在密閉容器內(nèi)液體的蒸發(fā)與凝結(jié)過程 ,有效地輸送熱量的一種傳熱裝置。但是 ,熱管式換熱器的首要問題 ,是作為傳熱元件的熱管內(nèi)的工質(zhì)對(duì)于所使用的工作環(huán)境是有一定臨界熱輸送量 和工作溫度的極限的 ,如果超越這一極限溫度繼續(xù)工作 ,則蒸發(fā)段就會(huì)“燒干”而停止工作。能源的日趨緊張、全球環(huán)境氣溫的不斷升高、環(huán)境保護(hù)要求的提高給換熱器帶來了日益廣闊的應(yīng)用前景。目前國(guó)內(nèi)有近 7 20 家成為會(huì)員。在傳熱與流體計(jì)算上更精確，開發(fā)的 HTFS、 TASC 各類換熱器微機(jī)計(jì)算軟件備受歡迎，國(guó)內(nèi)有 30 多家企業(yè)成為會(huì)員。 二十世紀(jì) 20 年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。 30 年代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿工廠。 70 年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。兩相流的物性基礎(chǔ)來源于實(shí)驗(yàn)室實(shí)際工況的模擬，這恰恰是與實(shí)際工況差別 的體現(xiàn)。從而使換熱器計(jì)算更精確，材料更節(jié)省。這一技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展，將帶來技術(shù)水平的飛躍。保溫絕熱技術(shù)的發(fā)展，熱量損失將減少到目前的 50%以下。 材料將朝著強(qiáng)度高、制造工藝簡(jiǎn)單、防腐效果好、重量輕的方向發(fā)展。隨著節(jié)能、增效要求的提高，污垢研究將會(huì)受到國(guó)家的重視和投入。 10 第二章 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 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、壁溫差、結(jié)垢情況、流體 的性質(zhì)以及檢修與清理等來選擇一些合適的結(jié)構(gòu)形式 對(duì)同一形式的換熱器，由于各種條件不同，往往采用的結(jié)構(gòu)亦不相同。其值從 300mm至6000mm,DN 在 1000 以內(nèi) 50 進(jìn)一擋， 1000~6000， 100 進(jìn)一擋。設(shè)計(jì)壓力從概念上說不同于容器的工作壓力。 1. 裝有安全閥的容器，其設(shè)計(jì)壓力不得低于安全發(fā)的開啟壓力，安全發(fā)的開啟壓力是根據(jù)容器最大工作壓力調(diào)定的。 3. 固定式液化氣體壓力容器設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不低于表 213 的規(guī)定。 （ 3）設(shè)計(jì)溫度 t 設(shè)計(jì)溫度是指容器在正常操作情況，在相應(yīng)設(shè)計(jì)壓力下，設(shè)定的受壓元件的金屬溫度。如果容器器壁金屬溫度在 0 以下，則設(shè)定的設(shè)計(jì)溫度不能高于器壁金屬可能達(dá)到的最低溫度。 4. 對(duì)間歇操作的設(shè)備，若容器內(nèi)介質(zhì)的溫度和壓力隨反 應(yīng)和操作程序進(jìn)行周期性變化時(shí)應(yīng)按最苛刻的但卻屬同一時(shí)刻的溫度與壓力作為設(shè)定設(shè)計(jì)壓力與設(shè)計(jì)溫度的依據(jù)。 第一， 確定壓力容器受壓元件尺寸一般是兩個(gè)途徑，象筒體，封頭需通過計(jì)算來確 定其壁厚，在計(jì)算公式時(shí)應(yīng)用計(jì)算壓力。 第二，容器進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn) 壓力的確定都是以容器的設(shè)計(jì)壓力為基準(zhǔn)乘以一定的系數(shù)，特別是多腔壓力容器更是如此。 （ 5）焊接接頭系數(shù) 圓筒是經(jīng)卷制成型后焊接而成，筒體與封頭之間也要通過焊接接連在一起。 容器殼體與封頭的焊接接頭都是對(duì)接接頭對(duì)接焊縫，有縱向和環(huán)向的兩種。 表 序號(hào) 焊接接頭結(jié)構(gòu) 焊接接頭系數(shù) 全部無損探傷 局部有損探傷 1 雙面焊或相當(dāng)與雙面焊的全焊透對(duì)接焊接接頭 2 單面焊的對(duì)接焊接接頭，在焊接過程中沿焊縫根部全長(zhǎng)有緊貼基本金屬的墊板 設(shè)計(jì)計(jì)算 由 GB15199 查得，換熱器公稱直徑 ND =1000mm400mm。焊縫采用雙面對(duì)接焊局部無損探傷， 由 GB15098 可查得焊接接頭系數(shù) ? =。 考慮到換熱器臥式擺放，殼體上需安裝支座。液體的溫和性比氣體強(qiáng)。 故， M P as 7 3 ?????? 。直邊段的作用是避免封頭和圓 筒的連接焊縫處出現(xiàn)經(jīng)向曲率半徑的突變，以改善焊縫的受力狀況。 按 JB/T47462020 選取曲面高度 h=25mm， H=275mm， 17 管箱法蘭的選擇與校核 管箱法蘭的選擇 1 法蘭的結(jié)構(gòu)與類型 就法蘭的承載能力而言，法蘭有 3 種類型，即甲型平焊法蘭，乙型平焊法蘭和長(zhǎng)頸對(duì)焊蘭器，用于不銹鋼容器時(shí)，法蘭端面焊有不銹鋼襯環(huán)。 （ 2）乙型平焊法蘭 乙型平焊法蘭與甲型平焊法蘭相比是除法蘭盤外增加了一個(gè)厚度常常是大于筒體 壁厚的短節(jié)。 （ 3） 長(zhǎng)頸對(duì)焊蘭器 長(zhǎng)頸對(duì)焊蘭器是用根部增厚的頸取代了乙型平焊法蘭中的短節(jié)，從而更有效的增大了法蘭的整體剛度 ,由于去掉了乙型法蘭中法蘭盤與短節(jié)的焊縫 ,所以也消除了可能發(fā)生的焊接變形及可能存在的焊接殘余應(yīng)力。但螺栓上緊后，螺圈材料容易往 兩側(cè)伸展，不易壓緊，用于所需壓緊力不高且介質(zhì)無毒的場(chǎng)合。它適用于密封易燃，易爆，有毒介質(zhì)。所謂帶襯環(huán)的，就是在每對(duì)法蘭中的兩個(gè)壓緊面間都增加一對(duì)不銹鋼的焊環(huán)，并在乙型平焊法蘭的短節(jié)內(nèi)表面和長(zhǎng)頸法蘭頸的內(nèi)表面加襯一層不銹鋼的襯里，這樣就隔絕了腐蝕性介質(zhì)或不允許污染的介質(zhì)與碳鋼法蘭的接觸。 壓力容器法蘭的公稱壓力分為 7 個(gè)等級(jí)，即 ， ， ， ， ， 和。 二．確定法蘭尺寸的計(jì)算基礎(chǔ) 法蘭系列表中的法蘭尺寸是在規(guī)定設(shè)計(jì)溫度是 200，規(guī)定法蘭材料是 16MR 或16Mn 鍛件，根據(jù)不同形式的法蘭，規(guī)定了墊片的形式，材質(zhì)，尺寸和螺柱材料的基礎(chǔ)上，按照不同的容器直徑和不同的設(shè)計(jì)壓力，通過多種方案的比較計(jì)算和尺寸圓整得到的。因此，在利用法蘭尺寸系列表確定法蘭尺寸時(shí)，只需知道法蘭的公稱壓力和公稱直徑就可以了，不管實(shí)際使用的法蘭材料是不是16MnR，也不管法蘭的使用溫度是不是 200，只要法蘭的公稱直徑，公稱壓力一定，法蘭的類型一定，法蘭的尺寸就是一定的。如果采用的法蘭材料比 16MnR 差，或使用的溫度又比 200 高，那 么該法蘭的允許最大工作壓力就低于它的設(shè)計(jì)壓力。 鋼板不得用作毒性為高度或極度危害介質(zhì)的 壓力容器法蘭； 50mm的 20R,16MnR 鋼板應(yīng)在正火狀態(tài)下使用；對(duì)厚板應(yīng)做超聲波或射線檢查，不允許有任何分層現(xiàn)象存在。 （ 3）軋制法蘭應(yīng)用不多，需要時(shí)可查詢?nèi)萜鞣ㄌm標(biāo)準(zhǔn) JB47002020 附錄 A。 二 .機(jī)械加工 （ 1） 凹凸密封面凹面和凸面的外徑，槽密封面的槽面外徑公差按 GB/T1801 的規(guī)定。 表 21 公差等級(jí) 尺寸分段 ~3 3~6 6~30 30~120 120~400 400~1000 1000~2020 2020~4000 f — m 2 c 2 3 4 v — 1 4 6 8 三 . 焊接 甲，乙型法蘭與筒體或短節(jié)的連接焊縫要飽滿并符合圖樣規(guī)定，長(zhǎng)頸法蘭與圓筒的對(duì)接焊接接頭應(yīng)為全焊透結(jié)構(gòu)。 a． 預(yù)緊狀態(tài)下的 法蘭力矩： ? ?N m mLAALFMGbbmGGa 106911401182 ??????????? a． 預(yù)緊狀態(tài)下的 法蘭力矩： p D D T T G GM F L F L F L? ? ?， 式中： 23 ? ?? ?mmDNDL bA3823221 0 0 01 1 4 022???????? ? （ 39。 ? ? ( ) (193 .8 97 )[ ] 177HTtftfMPaMPa????? ? ? ???? ? ? ( ) (193 .8 )[ ] 177HRtftfM PaM Pa????? ? ? ???? 綜上所述，法蘭校核滿足要求。 等頭雙頭螺栓 這種連接適用于結(jié)構(gòu)上不能采用螺栓連接的場(chǎng)合，例如被連接件之一太厚不宜制 成 28 通孔，材料又比較軟（例如用鋁鎂合金制造的殼體），且需要經(jīng)常拆裝時(shí)，往往采用雙頭螺柱連接。 在法蘭連接中，法蘭和殼體是焊在一起的，在安裝時(shí)，法蘭與螺柱的溫度相同，操作時(shí)法蘭隨殼體溫度有所升高，在通常情況下法蘭的溫升值往往大于螺柱的溫升值，于是法蘭沿其厚度方向的熱變形 將大于螺柱的熱伸長(zhǎng)量，由于法蘭盤在沿起厚度方向的剛度遠(yuǎn)大于螺柱，所以在容器操作時(shí)，可以認(rèn)為螺柱（兩個(gè)螺母間）根本限制不了法蘭的厚度，反過來倒是法蘭強(qiáng)迫螺柱在其熱伸長(zhǎng)之外，還要產(chǎn)生一定量的彈性變形，于是法蘭的熱變形與螺栓熱變形之差就是螺栓附加的彈性變形。 由于法蘭標(biāo)準(zhǔn)是在綜合考慮法蘭，墊片，緊固螺柱的結(jié)構(gòu)，材料所給條件的基礎(chǔ)上，經(jīng)過設(shè)計(jì)，計(jì)算編制的，因此螺柱材料不宜隨意確定，必須顧及法蘭，墊片，螺柱材料的匹配。 29 接管 接管的選擇 。 由 JB/T47072020 取螺栓材料為 35CrMoA，螺母材料為 30CrMoA。就普通