【正文】 (a) 平方 （ b） 三次方 （ c）一次方 （ d） 次方 14．回轉(zhuǎn)薄殼中的最大薄膜應(yīng)力 σ max 與半徑和厚度之比 R/δ 的 (c) 成正比。 9．根據(jù) GB150，對(duì)于錐殼大端， 當(dāng)錐殼半頂角 α≤ 30186。4。 一、膨脹節(jié)設(shè)置判斷 因?yàn)榕蛎浌?jié)不是每臺(tái)固定管板式換熱器均需安裝，只有當(dāng)附加應(yīng)力較大至不滿足強(qiáng)度要求時(shí)才設(shè)置膨脹節(jié)，因此，在進(jìn)行膨脹節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算之前需先判斷是否需要設(shè)置（未注明符號(hào)同第四節(jié)）。但由于管板受力復(fù)雜，且與換熱器的類型相關(guān)，且各國(guó)對(duì)管板強(qiáng)度設(shè)計(jì)的基本模型也不盡相同，導(dǎo)致各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中計(jì)算公式各 異，甚至計(jì)算結(jié)果也可能有較大出入。 一、無折邊球面封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算 1．管程壓力 Pt及殼程壓力 Ps均為正壓時(shí) （ 1）按 Pt（內(nèi)壓）作用下計(jì)算浮頭蓋厚度： ??? ??? tit RP ][65 mm （ 521） ???? ?? mm （ 522） 式中： Ri──無折邊球面封頭內(nèi)半徑； t][? ──封頭材料在設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力。工作溫度為 10℃，最高工作壓力為 。 二、密封性能校核 對(duì)于用螺栓連接的平蓋封頭和平蓋法蘭，在實(shí)際計(jì)算中更重要的是校核平蓋和法蘭連接的密封性能，確定螺栓預(yù)緊力，確保其嚴(yán)密不漏。 )][2( ttit PDP ????? ??? Q mm （ 58） 式中： Q──應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)，按圖 52 選取。 當(dāng)墊片系數(shù) m≤ 3 時(shí)，求得的 p? 值可減少 20%。問其厚度為 mmn 14?? 時(shí)是否滿足要求？ 【解】 （ 1）確定參數(shù)： )(1 8 2 81421 8 0 02 mmDD nio ?????? ? 1 5 2121 8 2 8, 8 2 83 4 5 0)(12214?????????eoone DDLmmC??? （ 2）在圖 54 上查得 A=； （ 3）在圖 57 的下方找到系數(shù) A=（此點(diǎn)落在材料溫度線的右方），將此點(diǎn)垂直上移，與 250℃的材料溫度線交于一點(diǎn)，再將此點(diǎn)水平右移，在圖的右方得到 B=； （ 4）按式（ 517）計(jì)算許用外壓力 [P] M P aD Bpeo 5 )(][ ???? （ 5）比較 p 與 [P]，顯然 ][pp? 而且比較接近，故取 mmn 14?? 時(shí)合格。600。 （ 2）按式（ 520）計(jì)算許用外壓力： ]}11[2,]0 6 2 n { [][ eoeo oeo DDBDP ???? ??? （ 520） 式中： o? ── 應(yīng)力，取以下兩值中的較小值： to ][2?? ? tso ?? ? 或 to ?? ? （ 3） ][P 應(yīng)大于或等于 cP ，否則須再假設(shè)名義厚度 n? ，重復(fù)上述計(jì)算，直到 ][P 大于且接近 cP 為止。 焊接接頭系數(shù) ? 的選擇，一般規(guī)則為： （ 1）雙面焊對(duì)接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全焊透對(duì)接接頭系數(shù)： 100%無損檢測(cè)時(shí)取 ?? ； 局部無損檢測(cè)時(shí)取 ? =。 4．有效厚度 e? —— ???????? ne CCC ???? 21 5．厚度附加量 C—— 鋼材厚度負(fù)偏差 C1+腐蝕裕量 C2，即： 21 CCC ?? 6．最 小厚度 min? —— 為了滿足制造工藝要求以及運(yùn)輸和安裝過程中的剛度要求，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)所規(guī)定的不包括腐蝕裕量 C2的最小元件厚度值。 試驗(yàn)壓力 PT—— 進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)容器頂部的壓力。以滑板最為常見，對(duì)于可拆管束結(jié)構(gòu)，必須設(shè)計(jì)滑道以便管束拆裝。 （ 3）拉桿的布置與尺寸 ： 拉 桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，以便于較好地固定折流板。 4．高壓管箱 對(duì)高壓換熱器，一般高壓介質(zhì)均走管程，高壓管箱既要承受高壓，又要防止泄露，選擇合理的管箱結(jié)構(gòu)對(duì)降低制造成本，便于拆裝及安全性等均有重大意義。 填料函在管板外，填料箱在殼體法蘭內(nèi)。對(duì)臥式冷凝器， 如前所述可將管束偏轉(zhuǎn)安裝。 冷凝液需過冷 對(duì)被冷凝成液體的介質(zhì)需進(jìn)一步降低溫度可采用立式。這樣可提高傳熱系數(shù)。 支持板的厚度、管孔、外徑等尺寸等要求與折流板一致。 （ 2）管孔：其大小對(duì)傳熱性能、機(jī)械性能和加工制造都有影響。缺口高度為 倍的圓筒內(nèi)直徑，保證流體通過缺口時(shí)與橫過管束時(shí)的流速相近。 2．焊接 ⅰ 適用范圍（按 GB151要求） 范圍 ： 不適用于有較大震動(dòng)及有間隙腐蝕的場(chǎng)合；管間距小無法脹接；熱循環(huán)劇烈溫度高；有特殊要求和腐蝕危險(xiǎn)的地方；維修受限制的地方；要求接頭嚴(yán)密不漏的地方；管板過薄無法脹接時(shí)。注意管板上排液、排氣孔的位置。如圖 419 所示。（按圖 413簡(jiǎn)單介紹 46管程流體走向） 殼程 ：殼程分程不常見，多用折流板起分程隔板作用。（說明：表 41為推薦中心距，實(shí)際設(shè)計(jì)可取 S大于表中推薦值。一般用于高 溫差情況。 平管板 平管板是最常見的一種管板形式，有兼作法蘭和不兼作法蘭兩種。（ ） 換熱器選型時(shí)首先要考慮的因素是安全性。 五、繪圖： 根據(jù)計(jì)算結(jié)果具體確定各種零部件的結(jié)構(gòu)及一些標(biāo)準(zhǔn)件的選取，（如容器法蘭、折流板與支持板、拉桿與定距管等）然后繪制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖和施工圖。（如管子外徑、長(zhǎng)度、筒體外徑等） 二、熱力計(jì)算： 計(jì)算所需的傳熱面積， 調(diào)整尺寸使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的傳熱面積大致等于計(jì)算的傳熱面積。 二、選型的一般原則 溫差不大、殼程介質(zhì)結(jié)垢不嚴(yán)重、殼程能采用化學(xué)清洗時(shí)，選用固定管板式換熱器。 管殼式換熱器標(biāo)記示例： 按教材 P8簡(jiǎn)介。 A—— 公稱換熱面積（ m2），是經(jīng)圓整后的計(jì)算換熱面積，即以換熱管外徑為基準(zhǔn)，扣除伸入管板內(nèi)的換熱管長(zhǎng)度后，計(jì)算得到的管束外表面積 。 （簡(jiǎn)單介紹滑動(dòng)管板式換熱器，它是填料函式換熱器的變形?？傊剌p于固定管板式換熱器。 浮頭式換熱器 組成：管箱、管板、換熱管、殼體、 折流板或支撐板、拉桿、定距管、鉤圈、浮頭蓋等。 管殼式換熱器支座 —— 臥式時(shí)為鞍式支座，而立式時(shí)為耳座（也可為其他類型，但一般不用）。 管程 —— 換熱器中的換熱管內(nèi)及與換熱管相通的空間，稱為管程。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固、制造簡(jiǎn)便、使用材料范圍廣、可靠程度高等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器。 法蘭的公稱壓力 —— 為法蘭的標(biāo)準(zhǔn)化而人為等級(jí)化了的壓力系列。如：分離器、過濾器、緩沖器、洗滌器、吸收塔等。 按承壓性質(zhì)分類：內(nèi)壓容器和外壓容器兩種。而封頭有橢圓形封頭、半球形封頭、碟形封頭、錐形封頭及平板封頭等。 第二節(jié) 化工容器概述 一、壓力容器的 概念 1．化工設(shè)備 —— 工藝過程中靜止設(shè)備的總稱。 2．容器 —— 化工設(shè)備外殼的總稱。 2．接管 ： 是介質(zhì)進(jìn)出容器的通道。 （ 1）外壓容器是指容器外部壓力大于內(nèi)部壓力的情況，特別地，當(dāng)外壓為常 壓時(shí)的外壓容器，又稱為真空容器。 （ 4）儲(chǔ)存 容器 ：盛裝生產(chǎn)生活用的原料氣體、液體、液化氣體等。（簡(jiǎn)述標(biāo)準(zhǔn)法蘭選取 :類型、密封面、PN與 DN、允許最高無沖擊工作壓力。 （在著重介紹管殼式換熱器后，簡(jiǎn)要 介紹其他類型換熱器：混合式；蓄熱式；板式；管翅式；套管式；螺旋管式等） 二、管殼式換熱器的總體結(jié)構(gòu) 管殼式換熱器的主要元件 ：殼體、前后管箱、管板、管束、折流板或支持板、接 管、法蘭、（包括管法蘭與容器法蘭）支座及附件等組成。 殼程 —— 換熱器中的換熱管外及與其相通的空間，稱為殼程。 管箱詳細(xì)結(jié)構(gòu)第四章介紹。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：一端管板與殼體固定，另一端管板（浮動(dòng)管板）與殼體之間沒有約束，可在殼體內(nèi)自由浮動(dòng)。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力，外層管清洗方便。它把填料函式換熱器中的滑動(dòng)管箱改進(jìn)為滑動(dòng)管板，而管箱部分固定。 對(duì)于 U形管，一般不包括彎管段的面積。 （重點(diǎn)介紹 DN、 A、 LN、 C的意義） 第四節(jié) 管殼式換熱器的選型 一、選型時(shí)要考慮的因素 換熱器的選型，就是根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用條件、投資與運(yùn)行費(fèi)用等綜合因素來選擇一種相對(duì)合理的換熱器形式。 溫差較大時(shí)，可選用浮頭式換熱器、 U形管式換熱器、填料函式換熱器和滑動(dòng)管板式換熱器。 三、流體阻力計(jì)算： 計(jì)算阻力降，保證阻力降在允許范圍內(nèi)。 （簡(jiǎn)單介 紹設(shè)計(jì)圖中主要內(nèi)容：技術(shù)要求、技術(shù)特性表、管口表、明細(xì)欄、標(biāo)題欄、結(jié)構(gòu)圖、節(jié)點(diǎn)圖、圖紙目錄等） 第一章 概述 練習(xí)題 一、選擇題 中壓容器的設(shè)計(jì)壓力范圍 P為：（ ） （ a） P≥ 10 MPa (b) ≤ P＜ 10 MPa (c) 10≤ P＜ 100 MPa (d) 根據(jù)容器的型式而定 容器標(biāo)準(zhǔn)化的基本參數(shù)有：（ ） (a) 公稱壓力 PN (b) 公稱直徑 DN (c) 內(nèi)徑 (d) 外徑 對(duì)于用鋼板卷制的圓柱形筒體，其公稱直徑是指：（ ） （ a） 內(nèi)徑 (b) 外徑 (c)中徑 (d) 介于內(nèi)徑和外徑中間的某一值 下列哪一種換熱器在溫差較大時(shí)可能需要設(shè)置溫差補(bǔ)償裝置？（ ） (a)填料函式換熱器 (b)U形管式換熱器 (c)浮頭式換熱器 （ d） 固定管板式換熱器 管殼式換熱器屬于下列哪種類型的換熱器？（ ） （ a） 混合式換熱器 (b)間壁式換熱器 (c)蓄熱式換熱器 (d)板面式換熱器 U形管換熱器的公稱長(zhǎng)度是指：（ ） (a) U形管的抻開長(zhǎng)度 (b)U形管的直管段長(zhǎng)度 (c)殼體的長(zhǎng)度 (d)換熱器的總長(zhǎng)度 請(qǐng)根據(jù)給定條件，選擇一種形式的換熱器。（ ） 四、問答題 1．管殼式換熱器根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，可以分為哪幾類換熱器？ 換熱器的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算包括哪些內(nèi)容？ 答案： 一、選擇題： 1B ； 2A、 B ； 3A ； 4D ； 5B ； 6B ； 7D ； 8C 。一般由普通碳鋼板、不銹鋼板制造，當(dāng)介質(zhì) 具有腐蝕性時(shí)可用復(fù)合鋼板制造。 優(yōu)點(diǎn)：受力比平板好許多，因此可做得很薄，利于降低溫差應(yīng)力。而管孔直徑按表 44～ 49查取。 3．密封面的設(shè)計(jì)： 管板密封面的形式應(yīng)與之相配合的法蘭密封面相配，其常設(shè)計(jì)為帶有凸肩的結(jié)構(gòu)，以減少密封面的加 工面積，節(jié)省工時(shí)。 第二節(jié) 管束 一、管子的排列 換熱管常用的四種排列方式前面已提到。 三、管子與管板的連接（重點(diǎn)） 換熱管與管板的連接必須考慮強(qiáng)度和密封性兩方面的要求。 優(yōu)點(diǎn)：不需開槽加工簡(jiǎn)便；焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、抗拉能力強(qiáng)；管子管板材料性能要求不高。（強(qiáng)調(diào)折流板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)開缺口，以保證氣體放空、液體放凈） （ 2）圓盤 圓環(huán)形及矩形：用于大直徑筒體， 減少流體阻力，避免形成死區(qū)。管孔大則因間隙大而降低傳熱效果，換熱管易震動(dòng)。但對(duì)最大無支撐跨距有要求。（一般殼程傳熱系數(shù)小與管程傳熱系數(shù)，讓殼程發(fā)生相變可大大提高殼程傳熱系數(shù)）在下列特殊情況下可以讓蒸汽走管程： 冷凝蒸汽壓力高或腐蝕性很強(qiáng)。也保證換熱器內(nèi)存在一定的液位 高度，可達(dá)到目的。 對(duì)立式冷凝器可如圖 441 所示設(shè)置泄液管罩或當(dāng)液板。用于壓力小于 的換熱器。 注意事項(xiàng)：盡量減小管箱內(nèi)徑；盡量用鍛件；盡量少用法蘭結(jié)構(gòu)；盡量采用簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)；選擇合理的物流流向。對(duì)于大直徑的換熱器，在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適量的拉桿， 任何折流板應(yīng)不少于三個(gè)支撐點(diǎn) 。簡(jiǎn)介其結(jié)構(gòu) 4．殼體內(nèi)徑的確定 （僅為估算公式，且沒考慮分程的影響） 首先根據(jù)換熱管總數(shù) Nt確定換熱管束中 心管排的管數(shù) Nc： 對(duì)于正方形排列： Nc= 對(duì)于正三角形排列： Nc= 殼體內(nèi)徑 Di: Di=s(Nc1)+d0+e Di也可以按下式估算： Di= s(Nc1)+4d0 式中： s換熱管中心距， m d0外徑， m e殼體內(nèi)徑與管束外徑之差，一般在 。 二、溫 度 金屬溫度 —— 沿元件金屬截面的溫度平均值。 對(duì)于不銹鋼容器，取 mm2min ?? 對(duì)于碳素鋼和低合金鋼容器????????件確定根據(jù)運(yùn)輸和制造安裝條時(shí)內(nèi)徑且不小于時(shí)內(nèi)徑,3 8 0 03,1 0 0 02,3 8 0 0 m i nmmDmmmmDmmDiii ? 對(duì)于換熱設(shè)備，其最小厚度 min? 的規(guī)定更為嚴(yán)格，具體規(guī)定見 P118 表 5 55。 （ 2）單面焊對(duì)接接頭系數(shù)： 100%無損檢測(cè)時(shí)取 ?? ； 局部無損檢測(cè)時(shí)取 ? =。 ※ 換熱器的筒體壁厚按上述步 驟得出名義厚度后，其最小厚度不得低于表 5表 55 的規(guī)定。 tM PammDM Pap tid ?? 取腐蝕裕量 mmc 12 ? （ 3）計(jì)算壁厚： ? ? )( ]