【正文】 封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭和球冠形封頭。橢圓形封頭應(yīng)力分布比較均勻，且深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中、低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。 0 . 1 5 % 0 . 1 5 % 1 0 0 0 1 . 5tD m m? ? ? 故該標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的名義厚度 n? = 14mm合適。 000. 15 0. 15 10 00 1. 5et D mm? ? ? ? ? 故該標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的名義厚度 ?n = 14mm合適。 PE —— 設(shè)計(jì)溫度時， 管板材料的彈性模量 ,MPa； fE —— 設(shè)計(jì)溫度時，換熱管 材料的彈性模量 ,MPa； weG —— 系數(shù)，按 ~ 2/1~ 3/1 / at PK 和 t?/1 查圖 24； tK —— 管束模數(shù)， Mpa，ttt LDnaEK ? ； 第。 設(shè)計(jì)溫度下封頭的計(jì)算應(yīng)力按公式 ： ? ? ? ?2 0 . 5 8 2 1 0 0 0 9 . 4 4 9 . 7 0 . 8 5c t eePD Mpa?? ?? ? ? ? ?? ? ??? 則有： 1 8 5 0 . 8 5 1 5 7 . 3t Mpa? ? ???? ? ? ? ??? 該封頭滿足強(qiáng)度要求，故取 n? = 14mm 符合設(shè)計(jì)要求 管板計(jì)算與校核 管板的厚度計(jì)算 符號規(guī)定： Ad —— 在布管區(qū)范圍內(nèi)，因設(shè)置隔板槽和拉桿結(jié)構(gòu)的需要，而未能被換熱管支承的面積， 2mm ；例如多管程管板， 對于正方形排列 : ? ?SSSnA nd ?? 39。 設(shè)計(jì)溫度下封頭的計(jì)算應(yīng)力按下式 ： ? ? ? ?2 0 . 5 8 2 1 0 0 0 1 4 4 1 4 0 . 8 5c t eePD Mpa?? ?? ? ? ? ?? ? ??? （ ） 則有： 1 8 5 0 . 8 5 1 5 7 . 3t Mpa? ? ???? ? ? ? ??? 該封頭滿足強(qiáng)度要求，故取 ?n = 14mm符合設(shè)計(jì)要求 。 表 管箱封頭設(shè)計(jì)條件 部件 材料 設(shè)計(jì) 溫度℃ 設(shè)計(jì) 壓力 Mpa 許用應(yīng)力??t? Mpa 焊縫 系數(shù) ? C1 mm C2 mm 管箱 封頭 Q345R 83 185 4 表 蓋封頭設(shè)計(jì)條件 部件 材料 設(shè)計(jì) 溫度℃ 設(shè)計(jì) 壓力 Mpa 許用應(yīng)力??t? Mpa 焊縫系數(shù) ? C1 mm C2 mm 外頭蓋封頭 Q345R 83 185 4 符號規(guī)定 ： Di—— 封頭內(nèi)直徑， mm； 廣東石油化工學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)：蒸餾塔冷凝器的機(jī)械設(shè)計(jì) 24 D0—— 封頭外直徑（ 2o i nDD??? ),mm； h1—— 封頭曲面深度， mm； h2—— 封頭質(zhì)變高度， mm； A—— 封頭內(nèi)表面積， ㎡ ； V —— 封頭容積， m3； m —— 封頭質(zhì)量，㎏； cp —— 計(jì)算壓力 ， MPa； ? ?WP —— 最大允許工作壓力， MPa； ? —— 封頭計(jì)算厚度， mm； e? —— 封頭有效厚度， mm； n? —— 封頭名義厚度， mm； ? —— 設(shè)計(jì)溫度下封頭材料的計(jì)算應(yīng)力， MPa； ??t? —— 設(shè)計(jì)溫度下封頭材料的許用應(yīng)力 ,MPa； ? —— 焊接接頭系數(shù)。 圖 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭 此次設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，它由半個橢球面和圓筒短節(jié)組成，如圖 所示。 管箱圓筒壁厚計(jì)算和校驗(yàn) 管箱圓筒設(shè)計(jì)條件如表 所示： 表 管箱圓筒設(shè)計(jì)條件 部件 材料 設(shè)計(jì)溫 度℃ 設(shè)計(jì)壓力 Mpa 許用應(yīng)力??t? Mpa 焊縫 系數(shù) ? C1 mm C2 mm 管箱圓筒短節(jié) Q345R 83 185 4 設(shè)計(jì)溫度 243℃ 下 管箱圓筒短節(jié) 的計(jì)算厚度如下， 其中 mmDi 1100? ， p Mpa?? ， 185t Mpa?????? ， ? =， 帶入公式 ： 8 900 185 5 82 cit cpD mmp? ?? ?? ? ?? ? ??? ??? 計(jì)算厚度： δ = 設(shè)計(jì)厚度： 2 c Mp a??? ? ? 名義厚度： 1 6nd c mm??? ? ?,經(jīng)圓整取 n? =10mm, 圓筒的最小厚度應(yīng)不小于表 ，取 n? = 14mm 廣東石油化工學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)：蒸餾塔冷凝器的機(jī)械設(shè)計(jì) 22 有效厚度： 21 14 4 0. 3 9. 7en c c mm??? ? ? ? ? ? ? 設(shè)計(jì)溫度下圓筒的計(jì)算應(yīng)力按公式 ： ? ?0 . 5 8 9 0 0 9 . 7() 2 2 9 . 7t c i eePD Mpa?? ? ???? ? ?? 1 8 5 0 . 8 5 1 5 7 . 3tt Mpa? ? ???? ? ? ??? 設(shè)計(jì)溫度下圓筒的最大允許工作壓力按公式 ： 2 2 185 900 tew ieP MpaD? ? ???? ? ? ????? ? ? ??? ?? 則有： P Mpa?????? 滿足強(qiáng)度和壓力要求，故取 ?n = 14mm符合設(shè)計(jì)要求。 ??t? —— 設(shè)計(jì)溫度下圓 筒或球殼材料的許用應(yīng)力 ,M Pa 。 e? —— 圓筒或球殼的有效厚度 ,mm。對熱套圓簡只考慮內(nèi)側(cè)第一層套合圓筒的 C iD —— 圓簡或球殼的內(nèi)直徑 ,mm。 圖 墊片基本結(jié)構(gòu)圖 公稱通徑 DN 法蘭外徑 D 螺栓孔中心圓直徑 K 螺栓孔直徑 L 螺栓孔數(shù)量 N 螺栓 Th 法蘭厚度 C N R 0S 1S 250 405 355 26 12 M24 26 292 12 11 17 廣東石油化工學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)：蒸餾塔冷凝器的機(jī)械設(shè)計(jì) 18 表 法蘭墊片主要尺寸 容器法蘭墊片型號 1D 2D 3D JB/T 40752021 912 940 990 支座的選擇 參照 GB1512021 支座選擇，鞍式支座如下 圖 所示。變形能力大的密封墊易填滿壓緊面上的間隙，并使預(yù)緊力不致太大；回彈能力大的密封墊，能適應(yīng)操作壓力和溫度的波動。設(shè)計(jì)溫度 83℃，根據(jù)設(shè)計(jì)溫度選用壓力等級 PN16 的法蘭，公稱直徑為 250mm，如圖 所示。一般防沖板的邊長應(yīng)大于接管外徑 50mm，防沖板最小厚度：碳鋼為 ，不銹鋼為 3mm。 表 公稱 直徑 /拉桿 400 ≥ 400~ 700 ≥ 700~ 900 ≥ 900~ 1300 ≥ 1300~ 1500 ≥ 1500~ 1800 ≥ 1800~ 2021 ≥ 2021~ 2300 10 12 16 4 4 4 6 6 4 10 8 6 12 10 6 16 12 8 18 14 10 24 18 12 28 20 14 根據(jù)表 選取 aL =20mm、 bL =60mm。 拉桿和定距管 拉桿 有兩種主要形式： 1）拉桿定距管結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑大于或等于 19mm的管束； 2)拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu) ,適用于換熱管外徑小于或等于 14mm的管束。 圖 折流板 折流板厚度按 GB1512021 表 34 選取，公稱直徑為 900mm，換熱管無支撐跨距為第四章 換熱器結(jié)構(gòu)型式選擇 15 2200mm，折流板選用厚度為 10mm。 折流板和支持板 折流板最小間距一般不小于圓筒內(nèi)直徑的五分之一，且不小于 50mm，在本設(shè)計(jì)中換熱管外徑為 25mm，據(jù)表 GB1512021表 42查得其最大無支撐跨距為 。強(qiáng)度焊的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)，在高溫高壓下能保證連接處的緊密性和抗拉脫能力。換熱管與管板的連接方法主要有強(qiáng)度脹接、強(qiáng)度焊、脹焊并用。 根據(jù)任務(wù)書給的面積初算換熱管根數(shù)：0217 4700 . 0 2 5 6Sn dL??? ? ??? 因?yàn)閾Q熱器管程為 2，故取 472n? 布管限定圓 符號： b —— 其值按表 ， mm； b1 —— 見圖 ，其值按表 ， mm； b2 —— 見圖 ， 2 ??， mm； bn —— 墊片寬度，其值按表 ， mm； DL —— 布管限定圓直徑， mm； Di —— 圓筒內(nèi)直徑， mm； d —— 換熱管外 徑， mm； 廣東石油化工學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)：蒸餾塔冷凝器的機(jī)械設(shè)計(jì) 12 圖 圖 表 表 Di= 900mm， 取 b=4mm， bn=， b1=5mm 則有 : mmbb n ????? 。其用于殼程介質(zhì)較清潔，換熱管外不需清洗。 布管 換熱管中心距一般不小于 倍的換熱管外徑，這是保證管間小橋在脹管時有足夠的強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)中選取換熱管長度為 。本設(shè)計(jì)按照題目要求設(shè)計(jì)管程為 2，其中管束分程方法常采用平行方式。 第四章 換熱器結(jié)構(gòu)型式選擇 9 圖 前端管箱 管束分程和分程隔板的布置 管束分程 在設(shè)計(jì)中，若采用多管程，則需要在管箱中安裝分程隔板 。一般多用于 DN900mm 的浮頭式換熱器中。浮頭部分由浮頭管板、溝圈和浮頭端蓋組成，為可拆結(jié)構(gòu)，便于制造、安裝和檢修，但浮頭端蓋部件在操作中無法檢查，所以在制 造和安裝時要特別注意它的密封性能，以免發(fā)生內(nèi)漏。 鞍座 鞍座是換熱器受載元件之一，要求有足夠的強(qiáng)度和良好的焊接性能。 容器法蘭墊片 墊片可用材料有橡膠墊片、石棉橡 膠板墊片、聚四氟乙烯墊片、柔性石墨復(fù)合墊、纏繞墊、金屬包裹墊、金屬環(huán)墊等。鍛件通常所用的鋼材有 Q235R、 Q235F、 16Mn、 20 等。 30CrMoA鋼調(diào)質(zhì)后，在高溫（低于 550℃）條件下也有較高的強(qiáng)度，鋼的低溫韌性良好。 鋼管 10 號鋼塑性、韌性很好，易冷熱加工成形，正火或冷加工后切削加工性能好， 此鋼第三章 換熱器設(shè)計(jì)主要參數(shù)與材料選擇 7 的可焊性非常好，可以用任何方法進(jìn)行焊接，焊前和焊后不必進(jìn)行熱處理， 無回火脆性，淬透性和淬硬性均差。本設(shè)計(jì)中選用 Q345R 作為殼體、管箱、管板的材料。 鋼板 Q345R 是普通低合金鋼 ,是鍋爐壓力容器常用鋼材， 使用狀態(tài)為 ：熱軋 、控軋 或正火。管束可自由伸縮，具有與浮頭式換熱器相同的優(yōu)點(diǎn)。因此，它適用于溫差很大的兩流體換熱，但管程流體的阻力較大，設(shè)備造價較高。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，便于清洗和檢修，消除溫差應(yīng)力，應(yīng)用普遍。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，適用于高溫和高壓的場合。根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施，管殼式換熱器可以分為以下幾種主要類型： 1） 固定管板式 固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大 時，在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個補(bǔ)償圈，（或膨脹節(jié)）。多管程與多殼程可以配合使用。 流體每通過管束一次稱為一個管程；每通過殼體一次就稱為一個殼程。殼體多為圓筒形，內(nèi)部放置了由許多管子組成的管束，管子的兩端固定在管板上，管子的軸線與殼體的軸線平行。 板面式換熱器的傳熱性能要比管式換熱器優(yōu)越，由于其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，使流體能在較低的速度下就達(dá)到湍流狀態(tài)，從而強(qiáng)化了傳熱。它是利用間壁（固體壁面）將進(jìn)行熱交換的冷、熱兩種流體隔開，互不接觸，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體的換熱器。 2）蓄熱式換熱器 這類換熱器又稱回?zé)崾綋Q熱器。為了強(qiáng)化傳在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。因此，要求提供尺寸小，重量輕、換熱能力大 的換熱設(shè)備。 60 年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。 30 年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。 由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，早期的換熱器只能采用簡單的結(jié)構(gòu)