【正文】 度的確定 殼體和管箱材料的選擇 由于所設(shè)計的換熱器屬于常規(guī)容器，并且在工廠中多采用低碳低合金鋼制造，故在此綜合成本、使用條件等的考慮，選擇 Q345R 為殼體與管箱的材料。 假設(shè)材料的許用應(yīng)力 ? ? 170t? ? MPa（厚度為 6～ 16mm時）， 已知條件：管程：水，工作壓力 ，工作溫度 25～ 35℃；殼程： 200號油，工作壓力 ，工作溫度 80～ 40℃。 管箱厚度計算 管箱由兩部分組成：短節(jié)與封頭；且由于前端管箱與后端管箱的形式不同，故此時將前端管箱和后端管箱的厚度計算分開計算。 設(shè)計厚度： 2 2 h h C mm??? ? ? ? ? 名義厚度： 1 4 .4 5 0 .3 1 0n h d h C m m??? ? ? ? ? ? ? ? ?（? 為向上圓整量）； 經(jīng)檢查， ??t? 沒有變化，故合適 查 JB/T4746— 20xx《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號參數(shù) 如下： 表 21 DN500 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù) DN(mm) 總深度H(mm) 內(nèi)表面積 A(㎡ ) 容積 (m3) 封頭質(zhì)量（㎏） 500 165 27 短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為 10mm。 2C C mm??，則計算厚度為： ? ?39。 1 4 . 7 1 0 . 3 1 0n h d h C m m??? ? ? ? ? ? ? ? ?（ ? 為向上圓整量）； 經(jīng)檢查， ??t? 沒有變化，故合適。 排氣口與排液口選用無縫鋼管尺寸為 ? 25? 3 材料為 16Mn。 按照 GB150 規(guī)定，當(dāng)在 設(shè)計壓力小于或等于 的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑小于或等于 89mm 時，只要接管最小厚度滿足下表 23 要求，就可以不另行補強。en C m m??? ? ? ? ? 則多余的金屬面積 1A 為： 12( ) ( ) 2 ( ) (1 )( 4 2 3 . 3 2 1 1 . 6 ) ( 7 . 7 2 . 2 6 ) 01 1 5 1 . 6 4 8e e t e rA B d fmm? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ??； ②接管多余金屬面積： 接管計算厚度： ? ? 1 . 3 2 0 0 0 . 7 72 1 7 0 1 1 . 32 cit t d mm? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? 接管多余金屬面積 A2： 2 2 1 2 222 ( ) 2 ( )2 3 5 . 6 3 ( 3 . 7 0 . 7 7 ) 1 02 0 8 . 7 9h e t t r e t rA A h f h C fmm? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ③接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為 6mm）： 3 12 6 6 3 62A m m? ? ? ? ? ④有效補強面積： 淮海工學(xué)院二 〇一一 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 共 34 頁 21 2 3 1 1 5 1 . 6 4 8 2 0 8 . 7 9 3 6 1 3 9 6 . 4 3 8eA A A A m m? ? ? ? ? ? ? 可知 eAA? 該接管補強的強度足夠，不需另外設(shè)補強結(jié)構(gòu) 該設(shè)備最大接管的公稱直徑為 200mm，此接管不需另設(shè)補強結(jié)構(gòu)，那么其他的也不需另設(shè)補強結(jié)構(gòu)了。各種排列方式都有其各自的特點：①正三角形排列：排列緊湊，管外流體湍流程度高在同樣的管板面積上可排列最多的管數(shù)，應(yīng)用最為普遍；②正方形排列：易清洗，但給熱效果較差；③正方形錯列：可以提高給熱系數(shù)。 排管 排管時須注意：拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，在靠近折流板缺邊位置處布置拉桿。 實際排管后發(fā)現(xiàn)，每個管程的布管數(shù)目分別是 33， 26， 26， 33，而各管程的平均管數(shù)為 ，因此可知各程管數(shù)的相對誤差是： m i n ( m a x ) 2 9 . 5 2 6 3 3 2 9 . 51 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 1 . 9 % 2 0 %2 9 . 5 2 9 , 5cpcpNNN N? ??? ? ? ? ? ? ? ? 換熱管束的分程 在這里首先要先提到管 箱。 換熱管與管板的連接 換熱管與管板的連接方式有強度焊、強度脹以及脹焊并用。 在此，根據(jù)設(shè)計壓力、設(shè)計溫度及操作狀況選擇換熱管與管板的連接方式為強度焊加貼脹 ,即脹焊并用。 管板與殼體的連接 由于浮頭式換熱器要求管束能夠方便地從殼體中抽出進行清洗和維修，因而換熱器固定端的管板采用可拆式連接方式，即把管板利用墊片夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間。222 11 32 ( 44 32)ddAAmm?? ? ? ? ? ?? 20 . 8 6 6 1 1 8 3 2 1 1 4 6 6 . 7 5 2 1 1 6 1 0 7 . 2 6 4tA ? ? ? ? ? 23. 14 118 lA ?? ? ? ? 2 2 2 2 23 . 1 4( ) ( 2 5 2 0 ) 1 7 6 . 6 2 544oia d d m m?? ? ? ? ? ? 1 1 8 1 7 6 .6 2 5 2 0 8 4 1 .7 5na ? ? ? 2 0 8 4 1 .7 5 0 .3 5 85 8 2 1 3 .5 1 4? ?? 4 1 1 6 1 0 7 . 2 3 8 4 . 5 93 . 1 4tD m m??? ? ?? 1 t? ? 查 GB150 可知 52 10tE MPa?? ， 10pE MPa?? 則 52 . 0 1 0 2 0 8 4 1 . 7 5 1 8 3 0 . 8( 6 0 0 0 4 0 2 ) 3 8 4 . 5 9tK M P a????? ? ? 式中 L應(yīng)為換熱管的有效長度，但由于管板厚度尚未計算出，暫估算管板厚度為 40mm 進行試算，待管板厚度算出再用有效長度核算。 換熱管的軸向應(yīng)力 換熱管的軸向應(yīng)力在一般情況下，應(yīng)按下列三種工況分別計算： ①殼程設(shè)計壓力 MPa? ，管程設(shè)計壓力 0tp? ： (1 ) 1. 3c s t sp p p p M P a?? ? ? ? ? 1 ()1 116 107 .264( ) 8 582 14tt c s t welAp p p GAM P a??? ? ?? ? ? ????????? 明顯地， ? ?t cr??? ； ②管程設(shè)計壓力 Mpa? ，殼程設(shè)計壓力 0sp? ： ( 1 ) 0 1. 3 ( 1 0. 35 8 ) 1. 76 25c s tp p p M P a?? ? ? ? ? ? ? ? ? 淮海工學(xué)院二 〇一一 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 共 34 頁 1 ()1 116 107 .264( 5 ) 582 4tt c s t welAp p p GAM Pa????? ? ?????? ? ? ? ???； 明顯地， ? ? 130tt t MPa???? ③殼程設(shè)計壓力 sp 與管程設(shè)計壓力 tp 同時作用： ( 1 ) 1. 3 1. 3 ( 1 0. 35 8 ) 0. 46 54c s tp p p M P a?? ? ? ? ? ? ? ? ? 1()1 ( 654 )tt c s t welAp p p GAM P a????? ? ?????? ? ??? 明顯地， ? ?t cr??? 。 在浮頭式換熱器中，其浮頭端宜設(shè)置加厚環(huán)板的支持板。 折流板排列 該臺換熱器折流板排列示意圖如下所示： 圖 22 折流板排列示意圖 折流板的布置 一般應(yīng)使管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進、出口管，其余折流板按等距離布置。 由于此時換熱管的外徑為 25mm，因此選用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。 對于本臺換熱器拉桿的布置可參照零件圖。由于以知條件中沒給出流速，為安全起見，設(shè)置防沖板，材料為 Q235A，查 GB151 可知，防沖板厚度碳鋼最小為 ，則在本設(shè)計中取 6mm. 保溫層 根據(jù)設(shè)計溫度選保溫層材料為巖棉。 固定端的殼體法蘭、管箱法蘭與管箱墊片 （ 1） 查 JB470392 壓力容器法蘭可選固定端的殼體法蘭和管箱法蘭為長頸對焊法蘭，凹面密封面，材料為鍛件 16MnⅡ，其具體尺寸見相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 淮海工學(xué)院二 〇一一 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 17 頁 共 34 頁 圖 26 B 型鉤圈式浮頭詳圖 浮頭蓋的設(shè)計計算 球冠形封頭、浮頭法蘭應(yīng)分別按管程壓力 tp 作用下和殼程壓力 sp 作用下進行內(nèi)壓和外壓的設(shè)計計算，取其大者為計算厚度。 （ 2）浮頭法蘭計算厚度計算： 首先根據(jù)所選的浮頭墊片可先確定 GD ： 4 9 2 4 7 2 4822GD m m???； 根據(jù)經(jīng)驗值選定螺栓數(shù)目為 20，則可通過計算螺栓的根徑，從而知道螺栓的規(guī)格： 4 4 2 3 9 7 . 9 1 2 . 3 53 . 1 4 2 0mo Ad m mn? ?? ? ??，故將其圓整為規(guī)格為 M20 的螺柱，其根徑為 。 殼程壓力 sp 作用下（外壓）浮頭蓋的計算 （ 1）球冠形封頭 GB1501998 第 6章“外壓圓筒和外壓球殼”進行外壓計算，即將球冠形封頭當(dāng)作球殼進行計算，具體過程如下： 假設(shè) 10n mm? ? ，腐蝕裕量 2sC mm? ，則 10 2 8e n sC mm??? ? ? ? ?； 400 10 410o i nR R m m?? ? ? ? ?，故 410 8 51. 25oeR ? ??； 所以 0 .1 2 5 0 .1 2 5 0 .0 0 2 4( ) 5 1 .2 5oeA R ?? ? ?；查 GB150 可知 118B Mpa? ，此時許用外壓力 ??p 為： ? ? 93 1 . 7 3 1 . 35 1 . 2 5 coeBp M p a p M p aR ?? ? ? ? ?，故 10n mm? ? 肯定滿足條件，還可取薄點，但為取材方便， 10mm 最合適。 查 GB1511999 可知：分程隔板槽槽深 4mm? ，槽寬為 12mm，且分程隔板的最小厚度為 8mm。L —— 是指換熱器中相當(dāng)于圓筒的部分的總長度，包括了殼體的有效長度與前后端管箱的短節(jié)部分； ? —— 是指材料的密度，由于殼體與管箱的材料均選用 16MnR，故淮海工學(xué)院二 〇一一 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 23 頁 共 34 頁 378 50 /kg m? ? 。包角重型帶墊板鞍式支座。其中該臺浮頭式換熱器的基本結(jié)構(gòu)如下圖 29所示： 圖 29 浮頭式換熱器示意圖 3 換熱器的腐蝕、制造與檢驗 換熱管的腐蝕 換熱器腐蝕的主要部位是換熱管、管子與管板連接處、管子與折流板交界處、殼體等。管子與折流板交界處的破裂，往往是由于管子長，折流板多，管子稍有彎曲，容易造成管壁與折流板處產(chǎn)生局部 應(yīng)力集中，加之間隙的存在，故其交界處成為應(yīng)力腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)。 設(shè)備制造過程中的檢驗，包括原材料的檢驗、工序間的檢驗及壓力試驗，具體內(nèi)容如下： ； 、力學(xué)性能分析試驗、金相組織試驗，總稱為破壞試驗； ，其檢驗方法是無損檢測，它包括：射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測、滲透檢測等； ，包括：水壓試驗、介質(zhì)試驗、氣密性試驗等。 管板與折流板的制造與檢驗 ，且管板拼接焊縫須經(jīng) 100%射線或超聲波探傷檢查； ，則管孔表面粗糙度 Ra 值不大于25 m? ； ：下料 —— 校平 —— 車削平面外圓及壓緊面 —— 劃線 —— 定位孔加工 —— 鉆孔 —— 倒角； 60176。焊縫缺陷的返修，應(yīng)清除缺陷后焊補。 2mm；淮海工學(xué)院二 〇一一 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 27 頁 共 34 頁 管子與管板之間應(yīng)垂直； ，以免在裝入或抽出管束時，因折流板竄動而損傷換熱管； ，換熱管表面不應(yīng)出現(xiàn)凹癟或劃傷； ，其他任何零件均不準(zhǔn)與換熱管相焊。本次設(shè)計是大學(xué)四年來任務(wù)最重，耗時最多，最為重要，然而 這次畢業(yè)設(shè)計 讓我 受益匪淺。這次設(shè)計，初步培養(yǎng)了我對壓力容器設(shè)計的工作能力；掌握一些容器設(shè)計有基本方法和步驟，為以后進行設(shè)計工作 打下了良好的基礎(chǔ)。 二、 設(shè)計中應(yīng)做到以下幾點： 。 四、 關(guān)于制圖 首先，圖框應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)紙張畫；其次，標(biāo)注必須充分并且剖面的位置要正確。 淮海工學(xué)院二 〇一一 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 29 頁 共 34 頁 致 謝 本設(shè)計是 在劉潔老