【正文】 [2 mmPDP dtidc ???? ?????? ??? 根據(jù)計(jì)算壁厚 ，加上 C2 后為 ，查鋼板厚度負(fù)偏差表得 mmC ? ，故： )( mmCCC dc ???????? ?? 向上圓整后取名義厚度為： mmn 7?? （ 4）校核水壓試驗(yàn)強(qiáng)度： 水壓試驗(yàn)壓力： M P apptT ][ ][ ????? ?? 應(yīng)力校核：se eiTT Dp ??? ?? )( ??? 上式中： M P ammC sne 345。 第三節(jié) 平蓋及曲面封頭 平蓋和封頭作為換熱器的受壓元件，其內(nèi)壓強(qiáng)度與外壓穩(wěn)定計(jì)算均與普通的壓力容器相同，可以按常規(guī)壓力容器進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2．球形封頭 厚度按式（ 54）計(jì)算： )][4( ) ttit PDP ??? ??? mm (54) 3．橢圓形封頭 厚度按式（ 55）計(jì)算： )][2( ttit PDPK ???? ??? mm (55) （ * 要求掌握） 式中 ： K──形狀系數(shù)： ])2/(2[61 2ii hDK ??； ih ──封頭曲面深度， mm。 對(duì)折邊錐形封頭錐體大端過渡區(qū)壁厚按式（ 59）計(jì)算： ttitc PDPK ][2 ????? ??? mm (59) 與過渡區(qū)相連接處的錐體壁 厚按式（ 510）計(jì)算： ? =ttit PDPf ][2 ???? ?? mm （ 510） 式中： cK ──系數(shù)，按表 52 查?。? f ──系數(shù)， ? ?c os2 )c os1(21 ??? iDrf ； r ──折邊錐殼大端過渡段轉(zhuǎn)角半徑， mm。在某些場(chǎng)合還需要計(jì)算平蓋的撓度。筒體采用雙面對(duì)接焊，局部探傷。 （ 2）按 Ps（外壓）作用下計(jì)算浮頭蓋厚度： ① 假設(shè) δ n，令 δ e=δ nc，定出 Ro/δ e（ RO為球面封頭外徑）； ② 用eRA ?0? 計(jì)算出 A 值； ③ 根據(jù)所用材料選用圖 55～圖 58，在圖的下方找出系數(shù) A，若 A值落在設(shè)計(jì)值溫度下材料線的右方，則過此點(diǎn)垂直 上移，與設(shè)計(jì)溫度下的材料線相交（遇中間溫度值用內(nèi)插法），再過此交點(diǎn)水平方向右移，在圖的右方得到系數(shù) B，并按式（ 523）計(jì)算許用外壓力 [P]: ?][PeoRB? (523) 若所得 A 值落在設(shè)計(jì)溫度下材料線的左方，則用式（ 524）計(jì)算許用外壓力 [P]： ?][P 2)( eoRE? (524) ④ [P]應(yīng)大于或等于 Ps，否則須再假設(shè)名義厚度 δ n，重復(fù)上述計(jì)算，直到 [P]大于且接近 Ps 為止。本書主要介紹我國(guó) GB1511999 中對(duì)管殼式換熱器管板的計(jì)算方法。 1．計(jì)算溫差引起的軸向應(yīng)力 1F 1F = ? ? ? ?? ?tss tsssstt n a EEAEEnaAdd ? ???????? 00 ???? N (529) 式中： st dd, ──管子與殼體材料的線膨脹系數(shù)， C01 ； st??, ──管子與殼體的操作壁溫，℃； 0? ──換熱器的安裝溫度，通常取常溫，℃。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力 小于 5% 設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可忽略不計(jì)。時(shí)，可以采用 無折邊 結(jié)構(gòu)。 (a) 平方 （ b） 三次方 （ c）一次方 （ d） 次方 15．某壓力容器殼體的計(jì)算厚度為 mm，有效厚度為 mm，則該容器 （ a） 。 13．受均布載荷圓板，板中的最大彎曲應(yīng)力 σ max與半徑和厚度之比 R/δ 的 （ a） 成正比。即標(biāo)注在圖樣上的厚度。 4。 膨脹節(jié)的類型很多，計(jì)算方法也較多，本節(jié)主要介紹應(yīng)用最多的 U形膨脹節(jié)（不帶加強(qiáng)裝置）的常規(guī)計(jì)算方法。 第五節(jié) 管 板 一、管板的力學(xué)模型及受力分析 管板是管殼式換熱器的主要部件之一，特別是在大直徑和高壓力的場(chǎng)合，準(zhǔn)確合理的管板強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)換熱器的安全運(yùn)轉(zhuǎn)、降低成本起著很重要的作用。其中，浮頭管板的計(jì)算將在下一節(jié)中介紹，本節(jié)主要介紹鉤圈及浮頭端蓋的強(qiáng)度計(jì)算。 二、一臺(tái)內(nèi)徑為 1200mm 的圓筒形容器。 對(duì)于碟形封頭，可用球冠部分內(nèi)徑作 iR 進(jìn)行上述計(jì)算，而對(duì)橢圓形封頭，可取當(dāng)量曲率半徑ii DKR ?? 進(jìn)行計(jì)算，系數(shù) K 由表 53 查取。 對(duì)錐形封 頭大端還需按圖 51 判斷是否需要加強(qiáng)，如需加強(qiáng)，則加強(qiáng)段厚度按式（ 58）計(jì)算，且加強(qiáng)段長(zhǎng)度應(yīng)不小于 ?? iD 。 ② 對(duì)管箱內(nèi)有隔板的平蓋厚度取式（ 52）和式（ 53）計(jì)算值中的較大者 313 )]/(684)/([ nGbGGtp dEDASEDP ???????? （ 5 ） 式中： E──材料設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量， MPa； Ab─ ─實(shí)際使用的螺栓總截面積， mm2 ； dn──螺栓公稱直徑， mm。 [例 3]外壓容器校核 有一外壓容器，已知：設(shè)計(jì)外壓力 Mpap ? ，內(nèi)徑 mmDi 1800? ，圓筒的計(jì)算長(zhǎng)度 mmL 3450? ，設(shè)計(jì)溫度 Ct ??250 ，壁厚附加量 mmC 2? ，材料為 16MnR,其彈性模數(shù) M P aE t ?? 。170][。 2．當(dāng) 20/ ?eoD ? 時(shí) （ 1）用與第 1 條相同的步驟得到系數(shù) B 值；但當(dāng) ?eoD ? 時(shí)，應(yīng)按式 (519)計(jì)算系數(shù) A 值： 2)( eoD ??A (519) 系數(shù) A 時(shí)，取 A =。 4．壓力試驗(yàn)前的應(yīng)力校核 （ 1）液壓試驗(yàn)時(shí)：se eiTT Dp ??? ?? )( ??? （ 2）氣壓試驗(yàn)時(shí)： se eiTT Dp ??? ?? )( ??? 符號(hào)： T? —— 壓力試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力， Mpa s? —— 材料在試驗(yàn)溫度下的屈服點(diǎn)， MPa 五、焊接接頭系數(shù) ? —— 指材料在焊接時(shí)，焊縫區(qū)的強(qiáng)度由于各種因素的影響而有所降低，為了保證安全，在材料的許用應(yīng)力前乘以一個(gè)系數(shù) ? ，這個(gè)系數(shù)就稱為焊接接頭系數(shù)。名義厚度為標(biāo)注在圖樣上的厚度。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于 5%設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可以忽略液柱靜壓力。 3．滑道 滑道的結(jié)構(gòu)有滑板、滾輪、滑條等形式。拉桿公稱直徑不得小于 10 mm，數(shù)量不得少于 4根。 按圖 447 所示介紹管箱結(jié)構(gòu) ，如何拆裝 。 （ 1）外填料函浮頭式： 如圖 444所示。 減薄冷凝液液膜厚度 減薄冷凝液液膜厚度可改進(jìn)傳熱效果。在下列特殊情況可考慮采用立式冷凝器。 一、 冷凝器介質(zhì)流程的選擇 （被冷凝介質(zhì)一般指水蒸汽、也可為其他可冷凝的氣體如冷凝液 氨等） 一般要求冷凝蒸汽走殼程，冷凝介質(zhì)走管程。間距過大或過小均不好，一般最小不得小于 Di/5，最大不得大于 Di 二、支持板 目的： 是支撐（換熱管）、防止其產(chǎn)生過大的振動(dòng)和撓度。一般不做強(qiáng)度計(jì)算，折流板過厚造成 總重增加，材料浪費(fèi)。多弓用于殼體直徑較大，須減少流體阻力，避免形成死區(qū)的情形。 機(jī)械滾脹法缺點(diǎn) ：不易控制脹度；各管脹度不均勻；管板易變形；可脹性差的管子易產(chǎn)生脹接裂紋；內(nèi)壁面產(chǎn)生加工硬化。（針 對(duì)各條講述管長(zhǎng)過大的弊端，尤其是對(duì)可拆結(jié)構(gòu)需有足夠大的空間） 二、管束安裝轉(zhuǎn)角 當(dāng)殼程為氣體冷凝時(shí)，為減少液膜在列管上的包角及液膜厚度，管束裝配時(shí)應(yīng)偏轉(zhuǎn)一定角度，因液膜包蓋換熱管，降低傳熱效果。而 U形管式、浮頭式、填料函式換熱器的管束通常為可拆結(jié)構(gòu)，故管板與殼體、管箱一般采用法蘭連接。分程隔板槽根據(jù)分程布置圖設(shè)置，隔板槽密封面應(yīng)與管板外邊緣密封面處在同一水平高度上，槽寬一般比與其相聯(lián)接的隔板厚度大 2mm。 中心距要求 ：為保證脹管時(shí)管板的剛度且便于管子與管板的焊接，同時(shí)便于清潔管程空間，要求兩管中心距應(yīng)大于等于 。單各換熱管長(zhǎng)短不一，設(shè)計(jì)、制造上要復(fù)雜于平管板。 二、管板的形式 管板有四種常見的結(jié)構(gòu)形式，即平管板、薄管板、橢圓形管板及雙管板。（ ） 法蘭的公稱 直徑是指法蘭的外徑。（包括臥式與立式支座計(jì)算） 開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算等。 一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)選擇換熱器的形式，初定出結(jié)構(gòu)尺寸。（例能否用 U形管，管、殼程的清洗，是否分程，介質(zhì)的黏度對(duì)流動(dòng)的影響，是否須可拆結(jié)構(gòu)等） 4．利于制造、安裝和維修 —— 制造較簡(jiǎn)單、運(yùn)行性能良好、運(yùn)行費(fèi)用低等。 I級(jí)管束是指采用較高級(jí)的高級(jí)冷撥管的管束； II級(jí)管束是指采用普通冷撥管的管 束。 Ps、 Pt—— 分別表示管程、殼程設(shè)計(jì)壓力（ MPa），當(dāng)管程殼程壓力相等時(shí)只寫 Pt。 缺點(diǎn)：密封性能較差，不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒介質(zhì)。只能為多管程，管板不能兼作法蘭，一般有管束滑道。 缺點(diǎn)：殼程無法進(jìn)行機(jī)械清洗，殼程檢查困難，殼體與管子之間無溫差補(bǔ)償元件時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力，即溫差較大時(shí)需采用膨脹節(jié)或波紋管等補(bǔ)償元件以減小溫差應(yīng)力。 多管程換熱器在后管箱上無物料進(jìn)出口。 管程與殼程 分程的目的：提高流速以提高傳熱系數(shù)，但程數(shù)不宜太多。這其中又以管殼式換熱器應(yīng)用最為廣泛，它通過換熱管的管壁進(jìn)行傳熱。 容器的公稱直徑 對(duì)于鋼板卷制的筒體和及其封頭 —— 內(nèi)徑 對(duì)于無縫鋼管制作的筒體及其封頭 —— 外徑 法蘭的公稱直徑 —— 是指與它相配的筒體或管子的公稱直徑。 （ 3）分離 容器 ：完成介質(zhì)的壓力平衡和氣體凈化等。 按材料分類：金屬容器、非金屬容器、復(fù)合材料容器等 . 按容器形狀分類：矩形容器、球形容器、圓筒形容器等。 殼體按形狀的不同，可以分為圓筒殼體、圓錐殼體、球殼體、橢圓殼體、矩形殼體等等。） 二、本課程的要求 通過這門課程的學(xué)習(xí)，要求同學(xué)們掌握如下的內(nèi)容： 掌握壓力容器的類型與總體結(jié)構(gòu)； 了解管殼式換熱器的形式與 總體結(jié)構(gòu)； 掌握管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)； 了解管殼式換熱器各元件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)（掌握筒體及封頭的設(shè)計(jì)）； 了解管殼式換熱器中的振動(dòng)與防振； 了解管殼式換熱器的設(shè)計(jì)以、制造、檢驗(yàn)中的相關(guān)要求。 3．壓力容器 —— 承受壓力載荷作用的容器。 3．法蘭 ： 是容器及接管的可拆連接裝置，分為設(shè)備法蘭和管法蘭（屬主要受壓元件）。 （ 2）內(nèi)壓容器是指容器內(nèi)部的壓力大于外部壓力的容器。如：各種貯槽、貯罐、高位槽、槽車等。） 管子的公稱直徑 —— 是指與管子外徑相對(duì)應(yīng)的值 . 第三節(jié) 管殼式換熱器的形式和總體結(jié)構(gòu) 一、換熱器的分類 換熱器是用于將高溫流體的熱量向低溫流體傳輸?shù)膫鳠嵩O(shè)備的總稱，它廣泛用于石油、化工、電力、食品等工業(yè)部門，并且占有相當(dāng)重 要的地位。 管殼式換熱器的總體結(jié)構(gòu) 一般由前端管箱、殼體和后端結(jié)構(gòu)三部分組成。 管程數(shù)與殼程數(shù) 管程數(shù) —— 指介質(zhì)在換熱管內(nèi)沿?fù)Q熱管長(zhǎng)度方向往返的次數(shù)。 三、管殼式換熱器的形式 （講述時(shí)針對(duì)教材中例圖重點(diǎn)講明各種換熱器的特點(diǎn)及其原因） 管殼式換熱器根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，可以分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、 U 形管式換熱器、填料函式換熱器、釜式 重沸器等。只能為多管程，布管區(qū)域小于固定管板式換熱器，管板不能兼作法蘭，一般有管束滑道。 缺點(diǎn)：管內(nèi)清洗因管子成 U形而較困難，管束內(nèi)圍換熱管的更換較困難，管束的固有頻率較低易激起振動(dòng)。另外簡(jiǎn)單介紹雙管板結(jié)構(gòu)。 LN—— 換熱器的公稱長(zhǎng)度（ m），當(dāng)換熱管為直管時(shí)，取直管長(zhǎng)度為其公稱長(zhǎng)度；為 U形管時(shí)，取 U形管直管段長(zhǎng)度為換熱器的公稱長(zhǎng)度。在選型前，必須熟悉各種換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作特性，根據(jù)具體條件做出方案，比較各方案做出最優(yōu)的選擇。 要對(duì)殼程進(jìn)行機(jī) 械清洗時(shí)，可選用管束可可抽出的結(jié)構(gòu)。（壓力將一般根據(jù)整個(gè)工藝流程確定） 四、強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)： 殼體直徑的確定和殼體壁厚的計(jì)算。高溫高壓介質(zhì)且溫差較大，殼程介質(zhì)為有毒的易揮發(fā)性物質(zhì)，對(duì)殼程需要進(jìn)行清洗。 二、填空題： 殼體、管箱、管板、管束、折流板與支持板、接口管、支座等 反應(yīng)壓力容器、換熱壓力容、分離壓力容、儲(chǔ)存壓力容器 I、 II、 III類壓力容器 三、是非題： 1錯(cuò) ； 2錯(cuò) ； 3對(duì)。（以較薄的復(fù)合層抵抗腐蝕，一般為不銹鋼、 Ni、 Ti 等；以較厚的普通鋼板承受介質(zhì)壓力） 復(fù)合鋼板制造方法：軋制復(fù)合鋼板法、堆焊法、塞焊法、焊管復(fù)合法等。 雙管板 應(yīng)用于工藝條件要求絕對(duì)不允許冷熱流體互相接觸，普通管板難以滿足這一條件的場(chǎng)合。