【正文】 . .. 致 謝 本次設(shè)計(jì)我得到了很多同學(xué)和老師的幫助，特別是張志文老師。由 于需要介質(zhì)的進(jìn)出，所以殼體上有很多開(kāi)孔，必須對(duì)開(kāi)孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，通過(guò)計(jì)算確定筒體上的開(kāi)孔需要另行補(bǔ)強(qiáng)，選擇了補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)法。換熱器的檢修要按照正規(guī)步驟進(jìn)行，對(duì)于損壞的管子要就地更換。冷凝器的結(jié)垢中含有大量的鈣、鎂物質(zhì)。 . .. 圖 6 吊環(huán)螺釘管板連接圖 防沖板的設(shè)計(jì) 在殼程的進(jìn)口處設(shè)置一個(gè)防沖板，材料用 Q235A，防沖板的邊長(zhǎng)應(yīng)大于接管外徑 50mm 以上，所以取防沖板的邊長(zhǎng)為 200mm。因此，取側(cè)法蘭的名義厚度為 85mm。 材料為35CrMoA。 封頭的校核 ? ?? ? ???t?? . .. ? ?? ? MP aPMP aPP Ctct ?????????? ?? 液壓試驗(yàn)產(chǎn)生的應(yīng)力 ? ? ? ?? ? MP aDPeeitt ??? ?????? ? ?? ? ? M P aM P at ????? 因此所選封頭的強(qiáng)度足夠。 根據(jù)文獻(xiàn) [2]1998 中得 螺栓最大間距 . .. mmmdL fb 226)( 906232)( 62~ m a x ????????? ? 其中 bd 為螺栓孔直徑 其中 bD =635mm為法蘭螺栓圓直徑 螺栓最小數(shù)量 9226 ~ m a xm in ???? LDn b? 查文獻(xiàn) [2]表 9— 3 得螺栓的最小間距 min~L =46mm 螺栓最大數(shù)量 4446 ~m a x ???? m ixbLDn ? 因此可以取螺栓的數(shù)量為 20 個(gè)，型號(hào) M20，由文獻(xiàn) [5]表 10— 1，查得相應(yīng)螺栓的螺紋小徑 1d = 每個(gè) M20 螺柱的有效面積 2221 mmd ????? ? 實(shí)際螺栓總面積 24 6 9 3 4 mmA b ??? ③ 螺栓設(shè)計(jì)載荷 預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計(jì)載荷 ? ? NAAW bbm 11336852102 469661012 ?????? ? 操作狀態(tài)下的螺栓設(shè)計(jì)載荷 NWW p 1140909?? ④ 法蘭力矩 浮頭法蘭內(nèi)徑 根據(jù) 文獻(xiàn) [1]，表 15 和圖 13 可知，可以取 mmb 31? ， mmbn ? 法蘭內(nèi)徑 ? ? ? ? mmbbDD nifi 1 ???????? 法蘭外徑 mmDD ifo 6 8 0806 0 080 ????? ???? ???? rc s i rc s i n1 ni fiR D ?? 作用在法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)封頭壓力載荷引起的軸向分力 NPDF tfiD 22 ????? 流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力差 ? ? ? ? NPDDF tfiGT 2222 ??????? 窄面法蘭墊片壓緊力 Nb m PDF tGG 2 4 0 7 2 9 ??????? . .. 作用在法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)封頭壓力載荷引起的徑向分力 Nc tgc tgFF Dr 1 2 0 0 6 3 3 9 8 5 61 ???? ? 螺栓中心至法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)的徑向距離 ? ? ? ? 322/5716352/ ????? fibD DDS mm 螺栓中心至 GF 作用位置處的徑向距離 ? ? mmDDS GbG 182/5 9 96 3 52/)( ????? 螺栓中心至 TF 作用位置處的徑向距離 ? ? ? ? mmSSS GDT 252/18322/ ????? rF 對(duì)法蘭環(huán)截面形心的力臂 mmlS nfr os2 14290c os22 1 ???????? ??? 管程壓力操作工況下的法蘭力矩 ? ? ? ?? ? ? ?mmNSFSSFSSFM rrGTTGDDp???????????????300594772212021331825822941832819016 （公式 294） 預(yù)緊法蘭力矩 Ga WSM ? =1133685 18=20406330 N﹒ mm 系數(shù) ? ? ? ? ? ? 5716801448 4 2222 ???? ????????fifotffiifit DD DRDPL ? 系數(shù) J 操作工況下的 ? ? ? ?? ? ? ?? ? 4196571680 57168057114430059477 ?????????? fifo fifofitf pp DD DDDMJ ? 預(yù)緊工況 ? ? ? ?? ? ? ?? ? 2735571680 57168057115020406330 ?????????? fifo fifofif aa DD DDDMJ ? ⑤法蘭厚度 操作工況下厚度 mmLJL pfp 22 ???????? 預(yù)緊工況下的厚度 mmJ afa 532 7 3 5 ???? 浮頭法蘭的公稱(chēng)厚度取兩種工況下的大 者 mmCC tsfpf ??????? ?? 所以假設(shè)的 90mm符合要求。 浮頭蓋的設(shè)計(jì) 浮頭法蘭設(shè)置在浮頭式換熱器的浮頭端，我國(guó)文獻(xiàn) [1]標(biāo)準(zhǔn)提供了一種結(jié)構(gòu)形式的浮頭式換熱器，浮頭端為管板與浮頭法蘭和鉤圈呈夾持連接。 管子的參數(shù)： 管子的外徑 d=19mm，厚度 t? =2mm。 后端管板的設(shè)計(jì) 筒體法蘭與墊片的選擇 根據(jù)文獻(xiàn) [4]表 314 和 文獻(xiàn) [6] ，筒體法蘭選擇與管箱法蘭相同的長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭。 焊縫金屬截面積計(jì)算如下： 23 mmA ????? （公式 224） 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 2321 mmAAAA e ??????? （公式 225） 需要補(bǔ)強(qiáng)的面積 24 1 6 31 8 5 61 6 1 9 mmAAA e ????? （公式 226） ④補(bǔ)強(qiáng)圈的設(shè)計(jì) 根據(jù)接管公稱(chēng)直徑 DN100，參考 文獻(xiàn) [4]取補(bǔ)強(qiáng)圈 D=200mm，內(nèi)徑 d=115mm。材料為 ⅡMn16 ，法蘭為 FM 6004，質(zhì)量 G=85kg。質(zhì)量 45kg。 折流板材料選用 Q235A 弓形折流板厚度取 8mm 環(huán)形折流板厚度取 14mm，內(nèi)圓直徑 335mm。 . .. 拉桿與定距管的確定 拉桿與管板螺紋連接的拉桿螺紋結(jié)構(gòu)如下圖 圖 2 拉桿與管板的連接 拉桿采用拉桿定距管結(jié)構(gòu)，按文獻(xiàn) [1]表 43 和表 44 取拉桿直徑 12mm，拉桿數(shù)為 8，材料使用 圖 3 拉桿結(jié)構(gòu)示意圖 根據(jù)文獻(xiàn) [1]表 45 可知，拉桿公稱(chēng)直徑為 mmd 12? 的拉桿，拉桿螺紋 公稱(chēng)直徑 mmdn 12? ， mmLa 15? ， mmLb 50? ， bL 取 100mm。 兩流體的溫差為 110 C? ＞ 50 C? .所以需要熱補(bǔ)償，可采用浮頭式換熱器?；旌鲜嚼淠骶哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，腐蝕性問(wèn)題也比較容易解決。而石化及鋼鐵作為支柱型產(chǎn)業(yè)，將繼續(xù)保持快速發(fā)展的勢(shì)頭，預(yù)計(jì) 2021 年鋼鐵工業(yè)總產(chǎn)值將超過(guò) 5000 億元，化工行業(yè)總產(chǎn)值將突破 4000 億元。 早期的換熱器 只能采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。然后是對(duì)換熱器各部件的零部件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，有法蘭的選擇和設(shè)計(jì)計(jì)算與校核，鉤圈 及浮頭法蘭的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核和管子拉脫力的計(jì)算。首先根據(jù)給出的設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力來(lái)確定設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式以及殼程和管程的材料，然后根據(jù)物料性質(zhì)和傳熱面積來(lái)確定換熱管的材料，尺寸，根數(shù)。把壓縮機(jī)排出的高溫高壓制冷劑蒸汽，通過(guò)散熱冷凝為液體制冷劑，制冷劑從蒸發(fā)器中吸收的熱量，被冷凝器周?chē)慕橘|(zhì)所吸收。近年來(lái)，隨著我國(guó)石化、鋼鐵等行業(yè)的快速發(fā)展，換熱器的 需求水平大幅上漲，但國(guó)內(nèi)企業(yè)的供給能力有限，導(dǎo)致?lián)Q熱器行業(yè)呈現(xiàn)供不應(yīng)求的市場(chǎng)狀態(tài)，巨大的供給缺口需要進(jìn)口來(lái)彌補(bǔ)。 噴淋式冷凝器，冷水從上部噴嘴噴入，蒸汽從側(cè)面入口進(jìn)入，蒸汽與冷水充分接觸后被冷凝為水，同時(shí)沿管下流，部分不凝汽體也可能被帶出。其是有著工業(yè)生產(chǎn) “心臟 ”之稱(chēng)的鍋爐是我國(guó)能源消耗的大戶(hù)。 筒體上的焊接均采用相當(dāng)于雙面焊的全焊透對(duì)接接頭（局部無(wú)損檢測(cè)），根據(jù)參考文獻(xiàn) [2]， 取 焊縫系數(shù)為 ，估計(jì)厚度在 8mm 到 25mm，取厚度負(fù)偏差 mmC ? ，腐蝕裕量mmC ? ， mmCCC 421 ??? 。則，切去的圓缺高度為 mmh ??? （公式 28） 根據(jù)文獻(xiàn) [1]折流板的名義外直徑 D=DN— =600— = （公式 29） 弓形折流板的間距取 250mm。設(shè)計(jì)壓力下許用應(yīng)力 170MPa 承受內(nèi)壓 ，公稱(chēng)直徑為 600mm。有筒體內(nèi)徑DN=600mm，殼程壓力 ，管程壓力 。很明顯，蒸汽進(jìn)出口，冷卻水出入口以及出液口需要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 （ 2）管程冷卻水出入口的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算： 開(kāi)孔直徑 mmCdd i 0 042) 1 4(2 ???????? mmDd i ??? 滿(mǎn)足等面積開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行 ① 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)所需的補(bǔ)強(qiáng)面積 開(kāi)孔處殼體計(jì)算厚度 mmPDP ct ic ][2 ???? ???? ??? 查 文獻(xiàn) [2]接管材料使用 10 號(hào)鋼，在設(shè)計(jì)溫度 60℃下的許用應(yīng)力? ? MPat 112?? ，殼體材料 Q345R在設(shè)計(jì) 溫度 60℃下的許用應(yīng)力 MPatp 170][ ?? 。因?yàn)楣馨寮孀龇ㄌm，所以管板與密封面相配的尺寸應(yīng)按所選的法蘭的相應(yīng)的尺寸來(lái)確定。 （ 15）重新假設(shè) 假設(shè)名義厚度為 62mm則 mmL 2870326223000 ?????? 70 5? ????? ttt LD naEK 054 0~ 5 ????? ptt EKK ? ~/~ 21312131 ??at PK 重查 C= mmPCD at ~ ?????? mmn ????? 所以管板的名義厚度取 62mm。 封頭的外壁與法蘭內(nèi)壁交點(diǎn)距法蘭上表面的距離 l 為 14mm. （ 1）管程壓力作用下 管程設(shè)計(jì)壓力 MPaPt ? 墊片外徑 mmDoG 615?，墊片內(nèi)徑 mmDiG 575? 墊片系數(shù) m=，墊片比壓力 y=69 墊片基本密封寬度 ? ? ? ? mmDDb io DGo 104/5756154/ ????? （公式 261） 墊片的有效密封寬度 mmbb o ???? （公式 262） 墊片壓緊圓直徑 mmbDDoGG 599826152 ?????? （公式 263） ①螺栓載荷 螺栓材料在常溫下的許用應(yīng)力 ??b? =210MPa 螺栓材料在 170℃時(shí)的許用應(yīng)力 ??tb? =187MPa 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 NbyDW Ga 1 0 3 8 2 3 56985 9 ?????? （公式 264） 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 Nb m PDPDW cGcGp89133522??????????? (公式 265) ② 螺栓面積 預(yù)緊狀態(tài)所需的螺栓面積 ? ? 249442101038235 mmWA baa ??? ? （公式 266） 操作狀態(tài)所需的螺栓面積 ? ? 24767187891335 mmWA tbpp ??? ? （公式 267） 所需螺栓面積 mA 取 aA 與 pA 的大值，所以 mA =4944mm178。 封頭曲面高度為 175mm，直邊高度為 40mm。根據(jù) 文獻(xiàn) [6]，選擇長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，密封面凹面型式。 法蘭力臂 ??? AD LL 由外頭蓋設(shè)計(jì)中查標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)頸對(duì)焊 法蘭的螺栓分布圓直徑 D=840. 取法蘭頸部大端有效厚度 mm801 ?? 。 經(jīng)計(jì)算，得到設(shè)備的充水質(zhì)量為 3710KG，即 37100N= 遠(yuǎn)小于鞍座的允許載荷 165kN，所以滿(mǎn)足要求。根據(jù)漏水情況即可檢查管子穿孔、波裂以及管子和管板泄露的位置，需要注意的是，試壓用水應(yīng)使用常溫。但有時(shí)因?yàn)閾Q熱器積垢滿(mǎn)足不了生產(chǎn)周期要求，或操作不當(dāng)引起不正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還有由于墊片質(zhì)量不好和螺栓緊固不好。由換熱管數(shù)量和排布通過(guò)計(jì)算確定了換熱器的筒體內(nèi)徑選取 600mm。由于畢業(yè)設(shè)計(jì)比較重要和嚴(yán)格。 . .. 參考文獻(xiàn) [1] 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局 .GB1511999 管殼式換熱器 .北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 1999 [2] 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局 .GB1502021 鋼制壓力容器 .北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2021 [