【正文】 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(zhǎng) ， 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(jī)械設(shè)計(jì)及三維 造型 28 第五章 設(shè)計(jì)計(jì)算 換熱面積的校核 本設(shè)計(jì) 換熱管規(guī)格為 25 ?? ，管長(zhǎng) l=，由排管圖區(qū)實(shí)際換熱管數(shù) N=498 根。每臺(tái)設(shè)備一般均用兩個(gè)鞍座支承，并且采用一個(gè)固定鞍座和一個(gè)滑動(dòng)鞍座。 本設(shè)計(jì)為臥式放置，故采用圖 。 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(hào)及 其結(jié)構(gòu)見圖 圖 法蘭類型 根據(jù) 設(shè)計(jì)任務(wù)書給出的 管、殼程的壓力， 選取帶頸對(duì)焊法蘭（ ），如圖 。 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。 在 本設(shè)計(jì)中考慮到焊接與脹接的各自的優(yōu)缺點(diǎn)，所以采用脹焊并用中的強(qiáng)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(diǎn)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。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。 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(shí)，流體在垂直流向折流板缺口時(shí)正對(duì)換熱管，沖刷換熱管外表面，提高換熱效果。 換熱管 換熱管的長(zhǎng)度 根據(jù)《鋼制管殼 式換熱器》 ??2 GB1511999 規(guī)定， 換熱管的長(zhǎng)度推薦采用： 、 、 、 、 、 、 、 、 。 管束分程和分程隔板的布置 管束分程 在設(shè)計(jì)中，如采用多管程，則需要在管箱中安裝分程隔板。 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(shí)只要拆開盲板即可，而不必拆卸整個(gè)管箱和與管箱相連的管路，缺點(diǎn)是盲板結(jié)構(gòu)用材多，且尺寸較大時(shí)得用鍛件，耗費(fèi)大量機(jī)加工工時(shí)，提高制 造成本，增加一道密封的泄漏可能。 拉桿、定距管 拉桿要求有足夠的強(qiáng)度和良好的焊接性，選擇 Q235A 可滿足要求。 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。用低合金高強(qiáng)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(jì)。選材時(shí)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(jiǎn)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(shí)有好的使用性能。 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。 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(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。 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。 第二章 主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 9 第二章 主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確 定 設(shè)計(jì)壓力 設(shè)計(jì)壓力是容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不低于正常工作情況下容器頂部可能達(dá)到的最高壓力。 第一章 緒論 7 圖 釜式重沸器（Ｕ形） 設(shè)計(jì)的思想 設(shè)計(jì) 是為生產(chǎn)服務(wù)，要設(shè)計(jì)出一臺(tái)能夠滿足生產(chǎn)需要的換熱器，必須做到設(shè)計(jì)要滿足生產(chǎn)需要，滿足換熱器安全可靠運(yùn)行，滿足經(jīng)濟(jì)合理等基本要求。折流板用于提高換熱器的傳熱效率。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。 其優(yōu)點(diǎn)是： ① 傳熱面積比浮頭式換熱器大 20%30%； ② 旁路漏流 較??； ③ 鍛件使用較少，成本低 20％ 以上； ④ 沒有內(nèi)漏。它在相同的殼體直徑下，布管數(shù)越多，換熱面積越大。 管殼式換熱器把換熱管與管板連接，再用殼體固定。 在換熱設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛的是管殼式換熱器。 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(shí)現(xiàn)傳熱，接觸面積直接影響到傳熱量。 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(jī)械設(shè)計(jì)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。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。但是用石墨、陶瓷、玻璃等材料制成的有易碎、體積大、導(dǎo)熱差等缺點(diǎn)，用鈦、鉭、鋯等稀有金屬制成的換熱器價(jià)格過于昂貴，不銹鋼則難耐許多腐蝕性介質(zhì)，并產(chǎn)生晶間腐蝕。適用于不同介質(zhì)、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結(jié)構(gòu)和型式亦不同，以下列舉其中的幾種分類 按材料分類 主要為金屬和非 金屬兩大類。這類換熱器的介質(zhì)通常是一種是氣體，另一種為液體，主要是以塔設(shè)備為主體的傳熱設(shè)備，但通常又涉及傳質(zhì)，故很難區(qū)分與塔器的關(guān)系，通常歸為塔式設(shè)備，電廠用涼水塔為最典 型的直接接觸式換熱器。它具有選材范圍廣，換熱表面清洗比較方便，適用性較強(qiáng)，處理能力大，能承受高溫和高壓等特點(diǎn)。它的形式大致分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、 U 形管殼式換熱器、外填料函式換熱器、填料函滑動(dòng)管板式換熱器、釜式重沸器等幾種。 其優(yōu)點(diǎn)是： ① 管束可以抽出 ，以方便清洗管、殼程； ② 介質(zhì)間溫差不受限制； ③ 可在高溫、高壓下工作，一般溫度 ≤ 450oC ，壓力 ≤ MPa； ④ 可用于結(jié)垢比較嚴(yán)重的場(chǎng)合； ⑤ 可用于管程易腐蝕場(chǎng)合。 缺點(diǎn)： ① 殼體和管子壁溫差一般易小于等于 50，大于 50 時(shí)應(yīng)在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)； ② 管板與管頭之間易產(chǎn)生溫差應(yīng)力而損壞； ③ 殼程無法機(jī)械清洗； ④ 管子腐蝕后造成連同殼體報(bào)廢，殼體部件壽命決定于管子壽命，故設(shè)備壽命相對(duì)較低； ⑤ 不適用于殼程易結(jié)垢場(chǎng)合。管束中心部分存在空隙，所以流體易短路， 影響傳熱效率?？v向隔板是安裝在平行于換熱管方向的矩形平板上，以增加殼側(cè)介質(zhì)流速。 首先設(shè)計(jì)必須滿足生產(chǎn)需要 所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品能夠進(jìn)行穩(wěn)定可靠得操作，從而滿足正常的生產(chǎn)需要，此外，還能夠適應(yīng)生產(chǎn)負(fù)荷以及操作參數(shù)在一定范圍內(nèi)的波動(dòng)，所以產(chǎn)品的可操作性和可控制性是設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮的重要問題。除此之外，還需要考慮液柱靜壓、重量、風(fēng)載荷、地震、溫差及附件重量等載荷。即： C=C1+C2。選材不當(dāng)，不僅會(huì)增加總成本，而且有可能造成壓力容器破壞 的事故。 材料選用的一般原則 材料的使用性能原則 材料的使用性能是指材料在化工設(shè)備及其構(gòu)件（零件）工作過程中所應(yīng)具備的性能，包括材料的力學(xué)性能、化學(xué)性能和物理性能是不同的，有的要求高強(qiáng)度，有的要求耐腐蝕，有的要求耐高溫或耐低溫，有的要求高硬度耐磨損，有的要求高彈性等。 材料的經(jīng)濟(jì)性原則 在滿足構(gòu)件使用性能、加工工藝性能要求的前提下，經(jīng)濟(jì)性也是必須考慮的主要因素。 其中低合金鋼中的 16MnR，具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能，磷、硫含量略低于 16Mn 鋼，除抗拉強(qiáng)度和延伸率要求比普通 16Mn 鋼有所提高外，還保證有強(qiáng)的沖擊韌性，再加上切削加工冷沖壓性能良好，加工溫度較寬，使 其成為我國(guó)目前用途最廣，用量最大的壓力容器專用鋼板。 一般對(duì)于無腐蝕性或腐蝕性不大的流體可采用 10 號(hào)鋼或 20 號(hào)鋼無縫鋼管；對(duì)于有腐蝕性的流體可采用不銹鋼、鋼、鋁等無縫鋼管 。定距管要求有足夠的強(qiáng)度和良好的焊接性，選擇 20 號(hào)鋼滿足要求。一般多用于 DN900mm 的浮頭式換熱器中。分程時(shí)，應(yīng)使各程管子數(shù)目大致相等，隔板形式要簡(jiǎn)單，密封長(zhǎng)度要短。本設(shè)計(jì)中 選 取換熱管長(zhǎng)度為 。同時(shí)此二種排列方式較轉(zhuǎn)角三角形排列和正方形排列的流體流道截面較小，有利于提高流速，有利提高換熱效率。而其連接結(jié)構(gòu)如下圖所示 : 圖 換熱管與管板的連接結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度脹接是為了保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度的脹接。總的來說此方法保證了較高的第四章 換熱器各部分零件結(jié)構(gòu)型式的選擇 19 密封性能、能承振動(dòng)和疲勞載荷。管孔直徑 取 。 浮頭式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)及三維 造型 22 圖 帶頸對(duì)焊法蘭 由《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》 ??9 HG2059297 中表 42 帶頸對(duì)焊鋼制法蘭可 查 得 D=343mm,K=298mm,L=30mm,n=8,C=29mm,H=102mm,N=219mm, 1H? 12mm。 第四章 換熱器各部分零件結(jié)構(gòu)型式的選擇 25 圖 排氣與排液口 支座的選擇 鞍 式支座是臥式容器廣泛應(yīng)用的一種支座。這是因?yàn)樵O(shè)備隨溫度的變化會(huì)產(chǎn)生熱脹冷縮，如果不讓設(shè) 備有自由伸縮的可能性，則在器壁中將產(chǎn)生熱應(yīng)力。管板厚度 δ=50mm。固定和滑動(dòng)鞍座各一個(gè)，其結(jié)構(gòu)見下圖 。另外一種為滑動(dòng)鞍座，鞍座底板上開長(zhǎng)圓形螺孔。 臥式換熱器排氣、排液口多采用圖 的形式，設(shè)置的位置分別在筒體的上部和底部。 本設(shè)計(jì)選用的是工字形防沖板，其規(guī)格為 120 320 5??。 大部分換熱器采用弓形折流板，其中單弓形折流板用的最多，而雙弓形和三弓形多用于大直徑和大流量場(chǎng)合，根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要只需選用單弓形就滿足要求 ，故選取單弓形的 折流板 。 隨著高溫、高壓換熱器的出現(xiàn)，使接頭在操作過程中，受到反復(fù)變形，熱沖擊，熱腐蝕及介質(zhì)壓力作用，工作環(huán)境極其苛刻，發(fā)生破壞的可能性很大，盡管內(nèi)孔焊較理想的解決了這些問題，但因焊接工具復(fù)雜，管板加工困難，因此工程上多數(shù)情況下還是采用脹焊結(jié)合的形式來解決上述問題。所以換熱管與管板連接質(zhì)量的好壞，直接影響換熱器的使用壽命。當(dāng)需對(duì)換熱管外清洗時(shí)，則需采用正方形排列，其最小清洗通道應(yīng)不小于 6 毫米。 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 浮頭式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)及三維 造型 16 圖 管程隔板形式 本設(shè)計(jì)管程隔板形式采用 上圖 中最常用的結(jié)構(gòu)形式 （ a） 。 后端管箱 由于所設(shè)計(jì) 是浮頭式換熱器 ，一般都會(huì)采用帶鉤圈的浮頭結(jié)構(gòu)，所以此處選用代號(hào)為 S 的鉤圈式浮頭管箱。 由于本 設(shè)計(jì) 管層走 汽油 ，殼程走 軟化水 ， 溫差很大，而且 難免產(chǎn)生污垢，這就要求管程和殼程可以抽出來清洗，故選取浮頭式換熱器，而且其管束和殼體可以自由膨脹，適用于管、殼壁溫差較大的場(chǎng)合。 支持板 支持板要求有足夠的力學(xué)性能和良好的焊接性能，又因殼程介質(zhì)腐蝕性不大，故選取 Q235A 滿足要求。 ② 良好的冷熱加工成形性能。 低合金鋼是在優(yōu)質(zhì)碳素鋼的基礎(chǔ)上加入少量的一種或多種合金元素，以提高鋼的屈服強(qiáng)度和改善綜合性能。 材料的加工工藝性能原則 材料的加工工藝性能是指保證構(gòu)件質(zhì)量的前提下，對(duì)材料加工的難易程度。至于材料的制造工藝性能，是與換熱器的具體結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系。 綜上厚度附加量 C= C1+ C2=0+3=3mm。為彌補(bǔ)焊縫對(duì)容器整體強(qiáng)度的 削弱，在強(qiáng)度計(jì)算中需引入焊接接頭系數(shù) 焊接接頭系數(shù) ? 應(yīng)根據(jù)受壓元件的焊接接頭形式及無損檢測(cè)長(zhǎng)度比例來確定，其取值可按如下 表 21 選 規(guī)定選?。? 表 21 鋼制壓力容器的焊接接頭系數(shù) Ф 值 焊接接頭形式 無損檢測(cè)比例 Ф 值 焊接接頭形式 無損檢測(cè)比例 Ф 值 雙面焊對(duì)接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全熔透對(duì)接接頭 1