【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 ， 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。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。 本設(shè)計為臥式放置，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 管法蘭標準共規(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 。 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。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。 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。 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： 、 、 、 、 、 、 、 、 。 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。 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。 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。 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。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。 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。 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 和鋼板的厚度負偏差 C1。 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。 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。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。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，用鈦、鉭、鋯等稀有金屬制成的換熱器價格過于昂貴，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，處理能力大，能承受高溫和高壓等特點。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、填料函滑動管板式換熱器、釜式重沸器等幾種。 其優(yōu)點是： 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)垢比較嚴重的場合； ⑤ 可用于管程易腐蝕場合。 缺點： ① 殼體和管子壁溫差一般易小于等于 50，大于 50 時應(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 殼程無法機械清洗； ④ 管子腐蝕后造成連同殼體報廢，殼體部件壽命決定于管子壽命，故設(shè)備壽命相對較低； ⑤ 不適用于殼程易結(jié)垢場合。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)計必須滿足生產(chǎn)需要 所設(shè)計的產(chǎn)品能夠進行穩(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)負荷以及操作參數(shù)在一定范圍內(nèi)的波動，所以產(chǎn)品的可操作性和可控制性是設(shè)計中應(yīng)該考慮的重要問題。除此之外，還需要考慮液柱靜壓、重量、風載荷、地震、溫差及附件重量等載荷。即： C=C1+C2。選材不當，不僅會增加總成本，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，包括材料的力學性能、化學性能和物理性能是不同的，有的要求高強度，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性能和工藝性能，磷、硫含量略低于 16Mn 鋼，除抗拉強度和延伸率要求比普通 16Mn 鋼有所提高外，還保證有強的沖擊韌性，再加上切削加工冷沖壓性能良好，加工溫度較寬，使 其成為我國目前用途最廣，用量最大的壓力容器專用鋼板。 一般對于無腐蝕性或腐蝕性不大的流體可采用 10 號鋼或 20 號鋼無縫鋼管；對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度和良好的焊接性，選擇 20 號鋼滿足要求。一般多用于 DN900mm 的浮頭式換熱器中。分程時，應(yīng)使各程管子數(shù)目大致相等，隔板形式要簡單，密封長度要短。本設(shè)計中 選 取換熱管長度為 。同時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度的脹接?？偟膩碚f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、能承振動和疲勞載荷。管孔直徑 取 。 浮頭式換熱器機械設(shè)計及三維 造型 22 圖 帶頸對焊法蘭 由《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》 ??9 HG2059297 中表 42 帶頸對焊鋼制法蘭可 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。這是因為設(shè)備隨溫度的變化會產(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。固定和滑動鞍座各一個，其結(jié)構(gòu)見下圖 。另外一種為滑動鞍座，鞍座底板上開長圓形螺孔。 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合，根據(jù)本設(shè)計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。當需對換熱管外清洗時，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)計時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 浮頭式換熱器機械設(shè)計及三維 造型 16 圖 管程隔板形式 本設(shè)計管程隔板形式采用 上圖 中最常用的結(jié)構(gòu)形式 （ a） 。 后端管箱 由于所設(shè)計 是浮頭式換熱器 ，一般都會采用帶鉤圈的浮頭結(jié)構(gòu)，所以此處選用代號為 S 的鉤圈式浮頭管箱。 由于本 設(shè)計 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、殼壁溫差較大的場合。 支持板 支持板要求有足夠的力學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。為彌補焊縫對容器整體強度的 削弱，在強度計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長度比例來確定，其取值可按如下 表 21 選 規(guī)定選取： 表 21 鋼制壓力容器的焊接接頭系數(shù) Ф 值 焊接接頭形式 無損檢測比例 Ф 值 焊接接頭形式 無損檢測比例 Ф 值 雙面焊對接接頭和相當于雙面焊的全熔透對接接頭 1