【正文】 ............................................................... 56 管板的三維造型 ............................................................................................... 57 鉤圈的三維造型 ............................................................................................... 59 管束和拉桿的三維造型 ................................................................................... 59 支持板的三維造型 ........................................................................................... 59 防沖板、滑板的三維造型 ............................................................................... 60 換熱器的裝配仿真 ..................................................................................................... 60 結(jié) 論 ...................................................................................................................................... 61 參考文獻 .................................................................................................................................. 62 第一章 緒論 1 第一章 緒論 何為換熱器 換熱器是實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。它可以用石墨、陶瓷、玻璃等非金屬材料以及不銹鋼、鈦、鉭、鋯等金屬材料制成。 據(jù)統(tǒng)計，在現(xiàn) 代石油化工生產(chǎn)中，換熱器的投資約占總投資的 3O％～ 40％，正因如此 設(shè)計投資省，能耗低，傳熱系數(shù)高，維修方便的換熱器是大勢所趨， 在研究投人大、人力資源配備足的情況下 ,一批具有代表性的高效換熱器和強化傳熱元件誕生，如板翅式換熱器、大型板殼式換熱器和強化沸騰的表面多孔管、 T 形翅片管、強化冷凝的螺紋管、鋸齒管等都得到了國際傳熱界專家的首肯，社會效益非常顯著，大大緩解了能源的緊張狀況。 換熱器分類 換熱器作為傳熱設(shè)備隨處可見，在工業(yè)中應(yīng)用非常普遍，特別是耗能用量十分大的 浮頭式換熱器機械設(shè)計及三維 造型 2 領(lǐng)域，隨著節(jié)能技術(shù)的飛速發(fā)展，換熱器的種類開發(fā)越來越多。 (2)有相變傳熱 一般分為冷凝器和重沸器。 按傳熱原理分類 1） 直接接觸式換熱器 這類換熱器的主要工作原理是兩種介質(zhì)經(jīng)接觸而相互傳遞熱量，實現(xiàn)傳熱，接觸面積直接影響到傳熱量。 換熱器的種類繁多，每 種換熱器各自適用于某一種工況。 在換熱設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛的是管殼式換熱器。 管殼式換熱器在煉油、石油化工、醫(yī)藥、化工以及其它工業(yè)中使用廣泛，它適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等各個方面。 管殼式換熱器把換熱管與管板連接，再用殼體固定。下面著重介紹典型的管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)及使用特點。它在相同的殼體直徑下，布管數(shù)越多，換熱面積越大。其結(jié)構(gòu)較緊湊，排管較多，在相同直徑情況下面積較大，制造較簡單，但最后一道殼體與管板的焊縫無法用無損檢測。 其優(yōu)點是： ① 傳熱面積比浮頭式換熱器大 20%30%； ② 旁路漏流 較小； ③ 鍛件使用較少，成本低 20％ 以上； ④ 沒有內(nèi)漏。由于殼體與換熱管分開，管束可自由伸縮，可以不考慮熱膨脹。由于換熱管的結(jié)構(gòu)形式關(guān)系，換熱管的更換除外側(cè)一層外，內(nèi)部換熱管大部分不可能更換。換熱管因滲漏而堵死后，將造成傳熱面積的損失。折流板用于提高換熱器的傳熱效率。 中間擋板 U 型換熱管 內(nèi)導(dǎo)流筒 圖 U 形管換熱器 填料函式換熱器 填料函式換熱器（見圖 ）的管束可自由伸縮，殼程和管程都可以拆開清洗，結(jié)構(gòu)簡單，適用管、殼程溫差大 的工況。 第一章 緒論 7 圖 釜式重沸器（Ｕ形） 設(shè)計的思想 設(shè)計 是為生產(chǎn)服務(wù)，要設(shè)計出一臺能夠滿足生產(chǎn)需要的換熱器，必須做到設(shè)計要滿足生產(chǎn)需要，滿足換熱器安全可靠運行，滿足經(jīng)濟合理等基本要求。因此，根據(jù)壓力容器可能的失效形式，設(shè)計上應(yīng)滿足強度、剛度、穩(wěn)定性、密封性和耐蝕性等基本要求。 第二章 主要設(shè)計參數(shù)的確定 9 第二章 主要設(shè)計參數(shù)的確 定 設(shè)計壓力 設(shè)計壓力是容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計溫度一起作為設(shè)計載荷條件，其值不低于正常工作情況下容器頂部可能達到的最高壓力。 當(dāng)元件金屬溫度不低于 0oC 時，設(shè)計溫度不得低于元件金屬可能達到的最高溫度；當(dāng)元件金屬溫度低于 0oC 時，其值不得高于元件金屬可能達到的最低溫度。 厚度附加量 C 容器厚度附加量主要考慮介質(zhì)的腐蝕裕量 C2 和鋼板的厚度負(fù)偏差 C1。 （ 2）鋼板厚度負(fù)偏差 由于 GB6654《壓力容器用鋼板》和 GB3531《低溫 壓力容器用低合金鋼鋼板》規(guī)定壓力容器專用鋼板的厚度負(fù)偏差不大于 ，因此使用該標(biāo)準(zhǔn)中鋼板厚度超過 5mm時（如 20R、 16MnR 和 16MnDR 等），可取 C1=0。 第三章 主要構(gòu)件材質(zhì)的選擇 11 第三章 主要構(gòu)件材質(zhì)的選擇 壓力容器材料費用占總成本的比例很大，一般超過 30%材料性能對壓力容器運行的安全性有顯著的影響。當(dāng)然，最后還要考慮材料的經(jīng)濟合理性。 換熱器的主要構(gòu)件 有 殼 體、管箱、封頭、法蘭、換熱管 、管板 、接管、支持板、拉桿、定距管、鞍座等。有如下具體方法： （ 1）分析構(gòu)件的工作條件，確定構(gòu)件應(yīng)具有的使用性能。選材時也必須考慮材料的加工工藝性能的好壞，好的加工工藝性能不僅要求工藝簡單，容易加工，能源消耗少，材料利用率高、加工質(zhì)量好、（變形小、尺寸精度高、表面光潔、組織均勻致密等） ，而且包括加工后的構(gòu)件在使用時有好的使用性能。 殼 體、管箱、封頭 殼 體、管箱、封頭 的材料和一般容器相同，材料要有一定的可塑性和可焊性。用低合金高強度鋼代替普通碳素鋼，能減輕設(shè)備自重，節(jié)省鋼材，且用低合金鋼比用不銹鋼經(jīng)濟。通常所用的鋼材有 Q23 Q235F、16MnII 、 15MnV、 20 等。 ③ 與環(huán)境條件協(xié)調(diào)，有適應(yīng)的耐熱性、耐腐蝕性、耐磨性等。 管板 管板鍛件的常用材料是 25 號鋼、 16MnII 等。 拉桿、定距管 拉桿要求有足夠的強度和良好的焊接性，選擇 Q235A 可滿足要求。 浮頭式換熱器機械設(shè)計及三維 造型 14 第四章 換熱器各部分零件結(jié)構(gòu)型式的選擇 換熱器結(jié)構(gòu)型式的選擇 換熱器有多種多樣的形式，每種結(jié)構(gòu)形式都有其本身的結(jié)構(gòu)特點和工作特性，有些結(jié)構(gòu)形式，在某種情況下使用是好的，但是，在另外的情況下，卻不太合適，或根本不能使用。 前端管箱、殼體和后端管箱結(jié)構(gòu)型式的確定 前端管箱 管箱結(jié)構(gòu)有 A 型和 B 型，結(jié)構(gòu)形式如圖 所示： （ 1） A 型（平蓋管箱）這種管箱如圖 前端管箱形式中 A，裝有管箱平蓋（或稱盲板），清洗管程時只要拆開盲板即可，而不必拆卸整個管箱和與管箱相連的管路，缺點是盲板結(jié)構(gòu)用材多，且尺寸較大時得用鍛件，耗費大量機加工工時，提高制 造成本，增加一道密封的泄漏可能。但這種形式用的最多。 管束分程和分程隔板的布置 管束分程 在設(shè)計中，如采用多管程，則需要在管箱中安裝分程隔板。隨著程數(shù)的增加，換熱器的傳熱效率下降且與錯流傳熱接近。 換熱管 換熱管的長度 根據(jù)《鋼制管殼 式換熱器》 ??2 GB1511999 規(guī)定， 換熱管的長度推薦采用： 、 、 、 、 、 、 、 、 。 布管 傳熱管在管板上的排列有四種形式，如圖 。 第四章 換熱器各部分零件結(jié)構(gòu)型式的選擇 17 正三角形排列和轉(zhuǎn)角正方形排列時，流體在垂直流向折流板缺口時正對換熱管，沖刷換熱管外表面，提高換熱效果。 表 常用管心距 管外徑 /mm 管心距 /mm 各程相鄰管的管心距 /mm 19 25 38 25 32 44 32 40 52 38 48 60 由于本設(shè)計選取了管的外徑為 25mm，所以根據(jù)上表選取管心距為 32mm。換熱管與管板的連接方法主要有強度脹接、強度焊、脹焊并用。 管子和管板的強度焊目前采用廣泛，由于管孔不需開 槽，而且管孔的粗糙度要求不高，管子端不需要退火和磨光，因此制造加工較方便。 在 本設(shè)計中考慮到焊接與脹接的各自的優(yōu)缺點，所以采用脹焊并用中的強度焊＋貼脹的方法來作為換熱管與管板的連接方式，此方法主要的優(yōu)點是既保證換熱管與管板連接的密封形，又保證了換熱管與管孔之間縫隙 的 拉脫力。 折流板選擇 在本設(shè)計中換熱管長 ，采用直徑為 25mm 的換熱管，據(jù)表中 查得其最大無支撐跨距為 ， 故應(yīng)設(shè)置支持板，來支撐換熱管，以防止換熱管發(fā)生較大的撓度。 折流板 的布置：先確定離固定管板的第一塊支持板的距離，初步選定為 450mm，其次均勻分布 7塊折流板，間隔為 600mm。 防沖板的形式一般有工字形 、 矩形和圓形。 擋板的選擇 旁路擋板： 公稱直徑在 DN? 500mm范圍內(nèi)的，應(yīng)設(shè)置 一 塊 旁路 檔板 法蘭的選擇 接管法蘭 的選擇 接管法蘭類型的確定： HG 管法蘭標(biāo)準(zhǔn)共規(guī)定了 8 種不同類型的管法蘭，法蘭的名稱代號及 其結(jié)構(gòu)見圖 圖 法蘭類型 根據(jù) 設(shè)計任務(wù)書給出的 管、殼程的壓力， 選取帶頸對焊法蘭（ ），如圖 。 表 法蘭種類 類型 平焊法蘭 對焊法蘭 甲型 乙型 長頸 簡圖 在本設(shè)計中選擇長頸對焊法蘭（ ）， 見下圖， 其優(yōu)點是頸的根部較厚，而且與法蘭盤圓滑過渡，從而更有效地增加了法蘭的整體強度和剛度，另一方面，除去了平焊法蘭中短節(jié)與法蘭盤的連接焊縫，從而消除了存在焊接殘余應(yīng)力的可能性 。 本設(shè)計為臥式放置，故采用圖 。墊板的作用是改善殼體局部受力情況。每臺設(shè)備一般均用兩個鞍座支承，并且采用一個固定鞍座和一個滑動鞍座。輕型可以滿足一般容器的使用要求；重型可以滿足換熱器，介質(zhì)比重較大的 浮頭式換熱器機械設(shè)計及三維 造型 26 設(shè)備或長徑比較大的設(shè)備的使用要求。 根據(jù) JB/T 4712 查得其主要參數(shù)為： 鞍座高度 h 200mm? ； 底板； ， mm10mm1 5 0bmm7 2 0l 111 ??? ? 腹板； ，mm82 ?? 筋板； ， mm8mm1 2 0bmm4 0 0l 333 ??? ? 墊板弧長 ， mm65emm6mm2 6 0b 9 4 0 m m 44 ??? ? 螺栓間距 ，mm530l2 ? 圖 BI型鞍式支座 第四章 換熱器各部分零件結(jié)構(gòu)型式的選擇 27 浮頭式換熱器機械設(shè)計及三維 造型 28 第五章 設(shè)計計算 換熱面積的校核 本設(shè)計 換熱管規(guī)格為 25 ?? ，管長 l=，由排管圖區(qū)實際換熱管數(shù) N=498 根。 此時（ Pc=P=） 計算厚度 ? ? ???? ???? ct ic pDp ??? (53) 設(shè)計厚度 ????? Cd ?? (54) 名義厚度 圓整??? 1dn C?? ，