【正文】 一設(shè)備上成對(duì)使用。 其形式是用管箱法蘭、殼體法蘭將管板夾持固定。脹接一般用在換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計(jì)壓力不超過 4MPa,設(shè)計(jì)溫度在 300℃以下，且無(wú)特殊要求的場(chǎng)合。換熱管與管板的 主要連接形式有：強(qiáng)度 脹接 、 強(qiáng)度焊接與脹焊接混合結(jié)構(gòu)。 ⒉ 拉桿的布置 拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的邊緣。本設(shè)計(jì)的換熱管外徑為 25 ㎜，所以采用拉桿定距管結(jié)構(gòu)形式。 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 50 ㎜， 特殊情況下也可取較小的間距。在臥式換熱器中，還可以起到支撐管束的作用。 圖 511 轉(zhuǎn)角正方形排列 換熱器中心距要保證管子與管板連接時(shí)，管橋（相鄰兩管的清空距離）有足夠強(qiáng)度和寬度，管間需要清洗時(shí)還要留有進(jìn)行清洗的通道。 轉(zhuǎn)置正方形排列 ， 便于清洗管子外面的污垢常用于石油化工與乳品工業(yè)。大直徑的管子用于粘性大或污濁的流體，小直徑的管子用于清潔的流體。 分程隔板厚度及有關(guān)尺寸 分程隔板的最小厚度不得小于表 51 的數(shù)值。在設(shè)計(jì)時(shí)要求管箱隔板的密封面與管箱法蘭密封面，管板密封面與分程槽面必須處于同一基面，如圖 59 所示。隔板的密封長(zhǎng)度應(yīng)短而形狀簡(jiǎn)單，程與程之間溫度相等不宜過大，溫差不超過 20176。 圖 58 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 橢圓形封頭尺寸：公稱直徑 DN=900 ㎜ （由第六部分計(jì)算） ，曲面高度 1h =225 ㎜，直邊高度 0h =25 ㎜ ， 厚度 P? =14㎜ 。 橢圓形封頭從薄膜應(yīng)力來(lái)分析，沿經(jīng)線各點(diǎn)的應(yīng)力是變化的，在以封頭中心為中心的 范圍外處應(yīng)力最大。 ② 最大長(zhǎng)度 最大長(zhǎng)度由《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》圖 438 中查得 Lg max=1000mm。 ，鉤部厚度為 30 ㎜。 A 型鉤圈浮頭由于鉤圈底部距浮頭管板較遠(yuǎn)，使得浮頭端 殼程介質(zhì)的死角增大，減少了管束的有效傳熱面積。 茂名 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文 ： 100 萬(wàn)噸 /年 延遲焦化裝置蠟油 軟化水換熱器設(shè)計(jì) 22 圖 55 換熱器的殼程結(jié)構(gòu)形式 后端管箱的結(jié)構(gòu)型式 ⒈ 后端管箱的結(jié)構(gòu)型式 本設(shè)計(jì)采用是浮頭式 后端管箱， 如下圖 56 所示 ，所以對(duì)于后端管箱的結(jié)構(gòu)，選用鉤圈式浮頭，鉤圈對(duì)保證浮頭端的密封，防止介質(zhì)間的串漏起著很重要的作用。圖 55（ d）為 H 型，與 G 型相似，同屬于二殼程的換熱器殼體，但進(jìn)、出口接管與縱向隔板均多一倍，故又稱雙分流殼體。 殼程分程的結(jié)構(gòu)型式 GB1511999 圖 7 列出了 如下 圖 55 所示的 幾種 比較常見的 殼程結(jié)構(gòu)形式。 第五章 選擇并設(shè)計(jì)換熱器的各部結(jié)構(gòu) 21 故管箱內(nèi)徑 ： 1 .0 5 / 1 .0 5 3 2 3 5 2 / 0 .7 7 5 3 .5iD a n m m?? ? ? ? ? （ 51） 取 iD =800 ㎜。 ? 管箱最大長(zhǎng)度 管箱最大長(zhǎng)度由《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》圖 438 中查得 Lg max=1000mm。 ? 管箱最小長(zhǎng)度（管箱的最小內(nèi)側(cè)深度） ① 管箱最小長(zhǎng)度的確定原則： a、 單程管箱采用軸向接管時(shí)，接管中心線上的管箱最小長(zhǎng)度應(yīng)大于或 等于接管內(nèi)徑的 1/3。 綜上所述，根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)， 封頭管箱 選擇用圖 52 所示 封頭管箱 這種結(jié)構(gòu)。 封 頭管箱適用于較清潔的介質(zhì)情況下，因?yàn)樵跈z查管子及清洗時(shí)，必須將連接管道一起拆下，很不方便。 、殼體和后端結(jié)構(gòu)型式及尺寸的確定 前端管箱 ⒈ 管箱結(jié)構(gòu)形式及選型 管箱的作用是把管道中來(lái)的流體，均勻分布到各傳熱管和把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器。但該類換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，笨重，造價(jià)約比固定管板式高 20%左右，材料消耗量大，而且由于浮頭的端蓋在操作中無(wú)法檢查，所以在制造和安裝時(shí)要特別注意其密封，以免發(fā)生內(nèi)漏。 管殼式換熱器 包括固定管板式、浮頭式、 U型管式、 填料函式 換熱器和 釜式重沸器 。由于它結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，且能選用多種材料制造，故適應(yīng)性極強(qiáng)， 尤其在高溫、高壓和大型裝置中得到普遍應(yīng)用。 在換熱設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛的是管殼式換熱器。 該換熱器的面積裕度： ? ?? ? ?1 6 0 9 6 . 2 %160pccAAH A （ 428） 第四章 工藝計(jì)算 15 考慮到殼程走的是蠟油，由蠟油的特性，容易結(jié)垢，結(jié)合實(shí)際的工藝條件，需要大些的傳熱面積裕度，所以傳熱面積裕度合適。 0 . 5 5 230 . 0 90 . 3 6 4 0 4 8 3 1 . 6 9 0 . 9 5 3 6 6 /( )0 . 0 2 7oa w m k? ? ? ? ? ? （ 422） 所以 39。 折流板的布置： 先確定離固定管板的第一塊折流板的距離初步選定為 330mm，其次均勻分布 26塊折流板，間隔為 200mm，最后一塊折流板到浮頭管板的距離為 284mm，共用了 27塊折流板， 折流 板厚度取 6mm(GB1511999) 表 34。t???＝ （ 46） 2111tt 6 0 3 3 0 .1 9T t 1 7 4 3 3P ? ???＝ ＝ ＝ （ 47） 1221TT 1 7 4 1 5 9t t 6 0 3 3R ? ???＝ ＝ ＝ （ 48） 查對(duì)數(shù)平均溫度差校正表得 t? = 所以 由式 47： 39。定距管要求有足夠的強(qiáng)度和良好的焊接性，選擇 10 號(hào)鋼滿足要求。 Q235A、 F 用于 350C 以下受力不大的鋼結(jié)構(gòu)件、焊接構(gòu)件、機(jī)械零件、鍛件、緊固件等?？墒褂?在 40℃ 400℃ 場(chǎng)合。 因法蘭是主要的受力元件之一，故需有較高的強(qiáng)度，故 法蘭材料選用 低合金高強(qiáng)度鋼 16MnⅡ 。本設(shè)計(jì)殼程設(shè)計(jì)壓力為 ， Q235B 不能滿足強(qiáng)度要求， 16MnR 具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能，且具有成熟的使用經(jīng)驗(yàn)。它具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能，磷、硫含量比較低。本設(shè)計(jì)管殼程、殼體的腐蝕性較小，管程設(shè)計(jì)壓力為 ， 16MnⅡ已滿足力學(xué)性能要求，且具有良好的焊接性能和 成熟 的使用經(jīng)驗(yàn)， 又 因換熱管選用 10 號(hào)鋼 管，所以 本設(shè)計(jì)管 板 選用 16MnⅡ鍛件。焊接性能，工藝性能及低溫沖擊韌性，中溫（ 450℃ ）及低溫（ 45℃ 以上）機(jī)械性能 均優(yōu)于 Q234A，12， 20 等碳鋼，是一種十分成熟的鋼種，質(zhì)量穩(wěn)定。 再考慮經(jīng)濟(jì)性，可焊性，選用 10 號(hào)無(wú)縫鋼管。鋼材的品種有鋼板、鋼管和鍛件。用這種鋼扎制的無(wú)縫鋼管可用于壓力容器和鍋爐中。 10 號(hào)鋼為含碳量 較低的優(yōu)質(zhì)碳 素結(jié)構(gòu)鋼，具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、較好的塑性和良好的焊接性能。一般的機(jī)械產(chǎn)品注重“成批”，化工設(shè)備強(qiáng)調(diào)“成套”。通過失效分析，確定構(gòu)件的主要使用性能。因此，選材時(shí)，首先必須準(zhǔn)確地判斷構(gòu)件所需的使用性能。選擇材料應(yīng)考慮使用條件，焊接性能，制造工藝以及經(jīng)濟(jì)合理性符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。 表 22 焊接接頭系數(shù) ? 焊接接頭型式 焊接接頭系數(shù) ? 全部無(wú)損檢測(cè) 局部無(wú)損檢測(cè) 雙面焊對(duì)接接頭和和相當(dāng)于雙面焊的全焊透對(duì)接接頭 ? = ? = 單面焊對(duì)接接頭（沿焊接接頭根部全長(zhǎng)有緊貼基本金屬的墊板） ? = ? = 茂名 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文 ： 100 萬(wàn)噸 /年 延遲焦化裝置蠟油 軟化水換熱器設(shè)計(jì) 6 第三章 主要構(gòu)件材料 的選擇及 論證 壓力容器材料費(fèi)用占總成本的比例很大，一般超過 30%材料性能對(duì)壓力容器運(yùn)行的安全性有顯著的影響。 表 21 鋼板厚度的負(fù)偏差 鋼板厚度㎜ ~ ~ ~ ~ 6~7 負(fù)偏差 ㎜ 鋼板厚度㎜ 8~25 26~30 32~34 36~40 42~50 52~60 負(fù)偏差㎜ 所以在計(jì)算過程中根據(jù)所計(jì)算的厚度來(lái)選擇 鋼板的負(fù)偏差 1C 。 B 為容器的設(shè)計(jì)壽命，通常為 10~15 年。即： 12C C C??。殼程最高工作溫度為 174℃ ，最低出口溫度為 159℃，綜上所述，本設(shè)計(jì)中殼程 設(shè)計(jì) 溫度取 200℃。 管板、換熱管同時(shí)受到管、殼壓力的作用，考慮到可能存在 的最苛刻的管、殼程壓力組合，管板和換熱管的設(shè)計(jì)壓力為 ； 管箱 和浮頭法蘭封頭 受到管程壓力的作用， 根據(jù)管程的設(shè)計(jì)壓力，因此管箱的設(shè)計(jì)壓力也是 ；外頭蓋受殼程壓力的作用，根據(jù)殼程的設(shè)計(jì)壓力，故外頭蓋是設(shè)計(jì)壓力也為 。 軟化水比較潔凈，不易結(jié)垢，適合走殼程。一般的原則是：管程進(jìn)流體壓力高、潔凈程度差、介質(zhì)溫度高、流量小，而且是有腐蝕性的流體。采用浮頭式換熱器，便于管間和管內(nèi)的清洗，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。設(shè)計(jì)任務(wù)書中所規(guī)定的工藝條件是本設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，設(shè)計(jì)力求做到完成規(guī)定的生產(chǎn)任務(wù)，又能保證質(zhì)量穩(wěn)定，同時(shí)具有一定的操作彈性。使材料的固定費(fèi)用（設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)）與操作費(fèi)（動(dòng)力費(fèi)、清洗費(fèi)、維修費(fèi)）的總和為最小。 一、從滿足工藝條件上考慮 傳熱量、流體的熱力學(xué)參數(shù)（溫度、壓力、流量、相態(tài)等）與物理化學(xué)性質(zhì)（密度、粘度、腐蝕性等）是工藝過程所規(guī)定的條件。 本設(shè)計(jì)主要介紹管殼式換熱器的設(shè)計(jì)。 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。例如常壓減壓蒸餾裝置中熱交換約占總 投資的 20%，催化重整及加氫脫硫裝置中約占 15%，通常在化工廠的建設(shè)中，熱交換器約占總投資的 11%。第一章 緒論 1 第一章 緒論 換熱器在工、農(nóng)業(yè)的應(yīng)用十分廣泛，在日常生活中傳熱設(shè)備也隨處可見，是不可缺少的工藝設(shè)備之一。物料的加熱、冷卻、蒸發(fā)、冷凝、蒸餾等都要通過傳熱設(shè)備進(jìn)行熱交換，才能達(dá)到要求。 換熱器既可是一種單獨(dú)的設(shè)備，如加熱器、冷卻器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的熱交換器等。是換熱器向高參數(shù)、大型化發(fā)展的今天，管殼式 換熱器 還是占主導(dǎo)地位。此 外，由于設(shè)計(jì)本身是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問題，對(duì)于同一個(gè)問題，常會(huì)有多種解決方案，設(shè)計(jì)者常常要在相互矛盾的因素中進(jìn)行判斷和選擇，做出科學(xué)合理的決策，為此一般應(yīng)遵守如下一些基本原則。 三、從經(jīng)濟(jì)性考慮 在滿足強(qiáng)度、塑性、韌性、制造性能和與介質(zhì)相容性的前提下，以經(jīng)濟(jì)性原則地選擇材料。 第一章 緒論 3 一、滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的要求。 三、 在同工藝條件下，設(shè)備輕巧，結(jié)構(gòu)緊湊 。 欲正確設(shè)計(jì)管殼式換熱器，首先要合理選擇兩種流體介質(zhì)中哪一種進(jìn)管程，哪一種進(jìn)殼程。在本設(shè)計(jì)中，物料是 蠟油 及 軟化 水， 蠟油的 粘度大 ， 殼程有折流板，折流板起著改變流體流向的作用，從而使蠟油有更好的換熱效果，并且蠟油的被冷卻的介質(zhì)，所以，蠟油宜走殼程。本設(shè)計(jì)管程的最高工作壓力是 ，殼程的最高工作壓力是 ，考慮一定的安全裕度，綜上所述，本設(shè)計(jì)管程的設(shè)計(jì)壓力為 ，殼程的設(shè)計(jì)壓力為 。本設(shè)計(jì)中，管程最高工作溫度為 60℃，最低工作溫度為 33℃，綜上所述，本設(shè)計(jì)中管程最高工作溫度不低于 60℃， 考慮到殼程的溫度比較高， 工藝計(jì)算時(shí)核算的壁溫也比較高， 因而 管程的設(shè)計(jì)溫度為 200℃。 厚度附加量 C 容器厚度附加量主要考慮介質(zhì)的腐蝕裕度 2C 和鋼板的負(fù)偏差 1C 。 2 SC KB? ， Ks 為腐蝕速率（ mm/a） ,查材料腐蝕手冊(cè)或由試驗(yàn)確定。 ? 鋼板負(fù)偏差 鋼板厚度的負(fù)偏差見表 21。 本設(shè)計(jì)管箱筒體與封頭連接的接頭屬 B 類焊接接頭，采用雙面焊對(duì)接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全焊透對(duì)接接頭，采用無(wú)損 檢測(cè) ? 取 。 壓力容器用材料多種多樣，有鋼、有色金屬、非金屬、復(fù)合材料等。有的要求高硬度耐磨損。構(gòu)件的特殊要求（如傳熱快，防振，重量輕）等。 ? 材料經(jīng)濟(jì)性能原則 在滿足構(gòu)件使用性能，加工性能要求的前提下，經(jīng)濟(jì)性能也是必須考慮的主要因素。 換熱管常用的材料是： 10 號(hào)鋼， 20 號(hào)鋼。為提高表面強(qiáng)度可進(jìn)行滲碳和氰化處理。 20 號(hào)鋼的強(qiáng)度較 10 號(hào)鋼高，其塑性、韌性和焊接等工藝性能都很好，在化工 設(shè)備第三章 主要構(gòu)件材料的選擇及論證 7 和壓力容器中應(yīng)用很廣泛。 10 號(hào)鋼的強(qiáng)度和硬度較低，但有良好的塑性和韌性，易模壓或擠壓成形， 無(wú)回火脆性 傾向，焊接性能優(yōu)良。它具有良好的綜合機(jī)械性能。 根據(jù) GB1501998 第四章材料和 GB1511999 第四章材料規(guī)定，根據(jù)殼程設(shè)計(jì)壓力，初步估算管板厚度大于 60 ㎜，應(yīng)采用 鍛件 。 16MnR 是屈服強(qiáng)度為 340Mpa 級(jí)的壓力容器專用鋼板。 根據(jù)根據(jù) GB1501998 和 GB1511999 第四章 圓筒及封頭的鋼板應(yīng)符合GB1501998 的規(guī)定，估算圓筒直徑 Dn大于 400 ㎜，所以圓筒不用 鋼管制造，選用鋼板彎卷成形。通常所用的鋼材有 Q23 Q235F、 16 Mn、 15MnV、 茂名 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文 ： 100 萬(wàn)噸 /年 延遲焦化裝置蠟油 軟化水換熱器設(shè)計(jì) 8 1Cr18Ni9Ti 等。焊接性能，工藝性能及低溫沖擊韌性，中溫（ 450℃ ）及低溫（ 45℃ 以上）機(jī)械性能均優(yōu)于 Q234A，12，