【正文】 共 34 頁 DF —— 作用 在法 蘭 環(huán)內(nèi) 側(cè)封 頭 壓力 載荷 引起 的 軸向 分力 ， N ； fiF D p? ； rF —— 作用在法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)封頭壓力載荷引起的徑向分力， N； 1tanrDFF ??? ； cp —— 計(jì)算壓力， MPa；分別取管程壓力 tp （內(nèi)壓）和殼程壓力 sp （外壓）； iR —— 封頭球面內(nèi)半徑， mm；按 GB151 表 46選取 500iR? mm； DL —— 螺栓中心至法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)的徑向距離， mm； rL —— rF 對法蘭環(huán)截面形心的力臂， mm； 1? —— 封 頭 邊 緣 處 球 殼 中 面 切 線 與 法 蘭 環(huán) 的 夾 角 ，（ 176。保溫層厚度為 60mm。 拉桿的直徑、數(shù)量及布置 拉桿的形式見圖 23 圖 23 拉桿詳圖 其具體尺寸如表 24 所示 表 24 拉桿的參數(shù) 淮海工學(xué)院二 〇一一 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁 共 34 頁 拉桿的直徑 d 拉桿螺紋公稱直徑 dn Ｌ a Ｌ b b 拉桿的數(shù)量 16 16 20 ≥ 60 2 4 其中拉桿的長度 L按需要確定。 折流板的型式和尺寸 此時(shí)選用兩端選用環(huán)形折流板， 中間選用單弓形折流板，上下方向排列，這樣可造成液體的劇烈擾動(dòng)，增大傳熱膜系數(shù)。 0 2 2 ( )nLL ?? ? ? ? 管 端 伸 出 長 度 51 8 3 0 .8 0 .0 2 20 .4 2 .1 1 1 0tK ???? ； 13 ? 當(dāng)中的 ??cr? 的計(jì)算如下： 52 2 2 .0 1 03 .1 4 1 2 6 .8 8245tr tsEC ? ? ??? ? ? ? 2 2 2 20 . 2 5 ( 2 ) 0 . 2 5 2 5 ( 2 5 2 2 . 5 ) 8 . 0ti d d ?? ? ? ? ? ? ? ? ? 查 GB1511999 可知 2 600cr bll??，則 600 8 75cr rl i C? ? ?，同時(shí)由于前面換熱管的材料選為 Q345 鋼，故 ? ? 130tt MPa? ?， ? ?? ?24 5 75( 1 ) ( 1 )2 2 2 2 12 6. 8882 .2 86ts c rcr rtliCMpa MPa???? ? ? ? ? ?? ? ? 由于此時(shí)不能保證 sp 與 tp 在任何時(shí)候都同時(shí)作用，則取 Mpa? ；故淮海工學(xué)院二 〇一一 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁 共 34 頁 1 .3 0 .0 1 31 .5 0 .4 1 3 0aP ???? ，故 12 ? ；根據(jù) 11 23 aKP = 和 1 ? ? 查 GB151圖可知 , weCG??，則管板計(jì)算厚度為： 0 . 5 5 3 8 4 . 5 9 0 . 0 1 3 2 4 . 1 1taC D P m m? ? ? ? ? ? ； 管板的名義厚度應(yīng)不小于下列三部分之和，即 ? ?? ?? ?m in 1 2( , ) ( , ) ( , )( 2 4 . 1 1 , 2 5 ) ( 2 , 0 ) ( 2 , 4 )n s tM A X M A X C h M A X C hM A X M A X M A X? ? ?? ? ?? ? ?圓 整圓 整= 2 5 + 2 + 4 圓 整 =32mm 式中 Cs 和 Ct分別是指殼程、管程的腐蝕裕量；而 h1 是指殼程側(cè)管板結(jié)構(gòu)槽深，為 0； h2 是指管程隔板槽深，為 4mm。這是因?yàn)槠浜附咏Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)，在高溫淮海工學(xué)院二 〇一一 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁 共 34 頁 高壓下也能保證連接處的密封性能和抗拉脫能力。管箱作用是把從管道輸送來的流體均勻地分布到換熱管和把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器，在多管程換熱器中管箱還起改變流體流向的作用。各排列如圖21 所示 圖 21 在此，選擇正三角形排列，主要是考慮同樣的管板面積上可排列最多的管數(shù)。 表 23 接管外壁最小厚度 接管外徑 25 32 38 45 48 57 65 76 89 最小厚度 按照以上規(guī)定，循環(huán)水進(jìn)口與出口與 200 號(hào)油進(jìn)口與出口都需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 ， A 2 (1 )erdf? ??? ? ? ， A [ 2 (1 ) ]erdf? ??? ? ? A—— 開孔削弱做需要的補(bǔ)強(qiáng)面積， 2mm d —— 開孔直徑， mm ? —— 殼體開孔處的計(jì)算厚度， mm e? —— 接管有效厚度， mm rf —— 強(qiáng)度削弱系數(shù)，等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比。 查 JB/T4746— 20xx《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號(hào)參數(shù)如下： 表 22 DN600 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù) DN(mm) 總深 度H(mm) 內(nèi)表面積A(㎡ ) 容積(m3) 封頭質(zhì)量（㎏） 600 190 38 短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為 10mm。 后端管箱厚度計(jì)算 由于是浮頭式換熱器設(shè)計(jì)，因此其后端管箱是浮頭管箱，又可稱外頭蓋。 設(shè)計(jì)條件的確定 設(shè)計(jì)壓力：管程為 ，殼程為 MPa. 設(shè)計(jì)溫度：管程為 50℃，殼程為 90 ℃。 換熱器的主要分類 ............................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 200 號(hào)油換熱器設(shè)計(jì) Design of 200 Oil Heat Exchanger 學(xué) 院 ： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) ： 過程裝備與控制工程 裝備 071 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師 ： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要 200 號(hào)油換熱器設(shè)計(jì) 摘 要： 本設(shè)計(jì)說明書是關(guān)于 浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)，主要是進(jìn)行了換換熱器的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 換熱器的應(yīng)用 ................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 假設(shè)材料的許用應(yīng)力 ? ? 170t? ? MPa（厚度為 6～ 16mm時(shí)）， 已知條件：管程：水，工作壓力 ，工作溫度 25～ 35℃；殼程： 200號(hào)油，工作壓力 ，工作溫度 80～ 40℃。 設(shè)計(jì)厚度： 2 2 h h C mm??? ? ? ? ? 名義厚度： 1 4 .4 5 0 .3 1 0n h d h C m m??? ? ? ? ? ? ? ? ?（? 為向上圓整量）； 經(jīng)檢查， ??t? 沒有變化，故合適 查 JB/T4746— 20xx《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號(hào)參數(shù) 如下： 表 21 DN500 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù) DN(mm) 總深度H(mm) 內(nèi)表面積 A(㎡ ) 容積 (m3) 封頭質(zhì)量（㎏） 500 165 27 短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為 10mm。 1 4 . 7 1 0 . 3 1 0n h d h C m m??? ? ? ? ? ? ? ? ?（ ? 為向上圓整量）； 經(jīng)檢查， ??t? 沒有變化，故合適。 按照 GB150 規(guī)定，當(dāng)在 設(shè)計(jì)壓力小于或等于 的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑小于或等于 89mm 時(shí)，只要接管最小厚度滿足下表 23 要求，就可以不另行補(bǔ)強(qiáng)。各種排列方式都有其各自的特點(diǎn)：①正三角形排列：排列緊湊，管外流體湍流程度高在同樣的管板面積上可排列最多的管數(shù)，應(yīng)用最為普遍；②正方形排列：易清洗，但給熱效果較差；③正方形錯(cuò)列：可以提高給熱系數(shù)。 實(shí)際排管后發(fā)現(xiàn)，每個(gè)管程的布管數(shù)目分別是 33， 26， 26， 33，而各管程的平均管數(shù)為 ，因此可知各程管數(shù)的相對誤差是： m i n ( m a x ) 2 9 . 5 2 6 3 3 2 9 . 51 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 1 . 9 % 2 0 %2 9 . 5 2 9 , 5cpcpNNN N? ??? ? ? ? ? ? ? ? 換熱管束的分程 在這里首先要先提到管 箱。 在此，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度及操作狀況選擇換熱管與管板的連接方式為強(qiáng)度焊加貼脹 ,即脹焊并用。222 11 32 ( 44 32)ddAAmm?? ? ? ? ? ?? 20 . 8 6 6 1 1 8 3 2 1 1 4 6 6 . 7 5 2 1 1 6 1 0 7 . 2 6 4tA ? ? ? ? ? 23. 14 118 lA ?? ? ? ? 2 2 2 2 23 . 1 4( ) ( 2 5 2 0 ) 1 7 6 . 6 2 544oia d d m m?? ? ? ? ? ? 1 1 8 1 7 6 .6 2 5 2 0 8 4 1 .7 5na ? ? ? 2 0 8 4 1 .7 5 0 .3 5 85 8 2 1 3 .5 1 4? ?? 4 1 1 6 1 0 7 . 2 3 8 4 . 5 93 . 1 4tD m m??? ? ?? 1 t? ? 查 GB150 可知 52 10tE MPa?? ， 10pE MPa?? 則 52 . 0 1 0 2 0 8 4 1 . 7 5 1 8 3 0 . 8( 6 0 0 0 4 0 2 ) 3 8 4 . 5 9tK M P a????? ? ? 式中 L應(yīng)為換熱管的有效長度，但由于管板厚度尚未計(jì)算出，暫估算管板厚度為 40mm 進(jìn)行試算，待管板厚度算出再用有效長度核算。 在浮頭式換熱器中，其浮頭端宜設(shè)置加厚環(huán)板的支持板。 由于此時(shí)換熱管的外徑為 25mm，因此選用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。由于以知條件中沒給出流速，為安全起見，設(shè)置防沖板，材料為 Q235A，查 GB151 可知，防沖板厚度碳鋼最小為 ，則在本設(shè)計(jì)中取 6mm. 保溫層 根據(jù)設(shè)計(jì)溫度選保溫層材料為巖棉。 淮海工學(xué)院二 〇一一 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁 共 34 頁 圖 26 B 型鉤圈式浮頭詳圖 浮頭蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算 球冠形封頭、浮頭法蘭應(yīng)分別按管程壓力 tp 作用下和殼程壓力 sp 作用下進(jìn)行內(nèi)壓和外壓的設(shè)計(jì)計(jì)算，取其大者為計(jì)算厚度。 殼程壓力 sp 作用下（外壓）浮頭蓋的計(jì)算 （ 1）球冠形封頭 GB1501998 第 6章“外壓圓筒和外壓球殼”進(jìn)行外壓計(jì)算，即將球冠形封頭當(dāng)作球殼進(jìn)行計(jì)算，具體過程如下： 假設(shè) 10n mm? ? ，腐蝕裕量 2sC mm? ，則 10 2 8e n sC mm??? ? ? ? ?； 400 10 410o i nR R m m?? ? ? ? ?，故 410 8 51. 25oeR ? ??； 所以 0 .1 2 5 0 .1 2 5 0 .0 0 2 4( ) 5 1 .2 5oeA R ?? ? ?；查 GB150 可知 118B Mpa? ，此時(shí)許用外壓力 ??p 為： ? ? 93 1 . 7 3 1 . 35 1 . 2 5 coeBp M p a p M p aR ?? ? ? ? ?，故 10n mm? ? 肯定滿足條件，還可取薄點(diǎn)，但為取材方便， 10mm 最合適。L —— 是指換熱器中相當(dāng)于圓筒的部分的總長度，包括了殼體的有效長度與前后端管箱的短節(jié)部分； ? —— 是指材料的密度，由于殼體與管箱的材料均選用 16MnR，故淮海工學(xué)院二 〇一一 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 23 頁 共 34 頁 378 50 /kg m? ? 。其中該臺(tái)浮頭式換熱器的基本結(jié)構(gòu)如下圖 29所示： 圖 29 浮頭式換熱器示意圖 3 換熱器的腐蝕、制造與檢驗(yàn) 換熱管的腐蝕 換熱器腐蝕的主要部位是換熱管、管子與管板連接處、管子與折流板交界處、殼體等。 設(shè)備制造過程中的檢驗(yàn)，包括原材料的檢驗(yàn)、工序間的檢驗(yàn)及壓力試驗(yàn)，具體內(nèi)容如下： ； 、力學(xué)性能分析試驗(yàn)、金相組織試驗(yàn)，總稱為破壞試驗(yàn)； ，其檢驗(yàn)方法是無損檢測，它包括：射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測、滲透檢測等； ，包括：水壓試驗(yàn)、介質(zhì)試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)等。焊縫缺陷的返修，應(yīng)清除缺陷后焊補(bǔ)。本次設(shè)計(jì)是大學(xué)四年來任務(wù)最重，耗時(shí)最多，最為重要，然而 這次畢業(yè)設(shè)計(jì) 讓我 受益匪淺。 二、 設(shè)計(jì)中應(yīng)做到以下幾點(diǎn)： 。 淮海工學(xué)院二 〇一一 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 29 頁 共 34 頁 致 謝 本設(shè)計(jì)是 在劉潔老