【正文】 10．介質的毒性程度為極度或高度危害介質的容器，應在 壓力試驗 合格后進行 氣密性試驗 。 二、 U 形膨脹節(jié)的 設計計算 U 形膨脹節(jié)的計算內容包括軸向剛度計算、應力計算、應力評定、疲勞壽命核算、外壓核算等五部分，其計算方式見 P155— 1159 1．膨脹節(jié)軸向剛度計算 2．應力計算 3．應力評定 4．疲勞壽命核算 5．外壓核算 第五章 強度設計練習題 1．工作壓力是指在 正常工作 情況下，容器 頂部 可能達到的最高壓力。 (浮頭法蘭設計計算課后自學，不作要求 ) 2．管程壓力 Pt為負，殼程壓力 Ps為正時 按 （ 2） 計算浮頭蓋厚度，取計算壓力值為 Pt與 Ps 之 和。已知： M P ammCCCtM nR M P apmmmmD tni 170][,2,20~3:,16 ,7,600 ??????????? ??? 工作溫度為材料為 【解】 （ 1）采用半球形封頭時，厚度為： )(5)( 7 04 6 0 ][4mmCmmppDtic????????? ????????? （ 2）采用標準橢圓形封頭時，厚度為： )(7)( ][2mmCmmppDtic?????????? ????????? （ 3）采 用標準碟形封頭時，厚度為： )(8)( ][2 mmCmmppDtic?????????? ?????????? （ 4）采用平蓋封頭時，厚度為： )(40)( 7 0 0 0][mmCmmKpDtcc???????????????? 從受力狀況來說，平蓋封頭最差，且它的名義厚度最大，所以不宜采用平蓋封頭； 從制造方面來說，平板封頭容易，橢圓形封頭較易，碟形封頭較難，半球形封頭最難。 5．無折邊錐形封頭 厚度按式（ 57）計算： p? = ttit PDP ??? ?? ][2 已知：殼體設計溫度為常溫， mmCCM P a 1,0,1 1 3][ 21 ???? ?? 。在僅考慮介質壓力情況下對圓筒的應力，其結論簡化為： 環(huán)向應力 ： ???? pRpD ?? 2 軸向應力： ???? 24 pRpD ?? 從上面的計算公式可以看出：內壓圓筒殼體的應力只與幾何尺寸有關，而與所用材料無關。 （標志在設備銘牌上的設計溫度應是殼體設計溫度） 三、厚度 （單位為 mm） 1．計算厚度 c? —— 按公式計算得到的厚度。以焊在筒體較為常見，簡介其常見形狀。（僅管板滑動） （ 3）雙填料函滑動管板式： 如圖 446 所示。 二、冷凝器設計中的其他問題 保證蒸汽流速 即防止隨蒸汽冷凝，蒸汽量的減少而導致流速降低。與 折流板相比阻力降小，無傳熱死區(qū)，換熱管不易振動，固定效果好，加工不易。殼程流體在折流板間螺旋形流動，固體顆粒不易沉淀，利于傳熱。 ⅱ 脹接 方法 常用方法為機械滾脹法，此外還有爆破脹接發(fā)、液壓脹管法、液袋脹管法等。如圖 417 所示。（要求理解間距公式各符號含義） 總結：現(xiàn)設計中一般采用平管板，橢圓形管板（包括蝶形管板）雙管板應用于有特殊要 求的場合，而薄管板我國一般不采用。 (1）殼體直徑的確定和殼體壁厚的計算 (2）換熱器封頭、容器法蘭的選擇 (3）管板尺寸的確定 (4）管子拉脫力的計算 (5)折流板的選擇與計算 (5)溫差應力的計算 (7)接管、接管法蘭及開孔補強的計算等。 管板強度計算及尺寸的確定。 2．安全因素 —— 是換熱器選型時最主要因素。類似于現(xiàn)在的容積式換熱器。 缺點：結構較復雜，操作時浮頭蓋的密封情況檢查困難。 殼程數 —— 指介質在殼程內沿殼體軸向往返的次數。 （ 1）按其用途： 可將換熱器分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器等； （ 2）按其傳熱方式和作用原理： 可分為混合式換熱器、蓄熱式換熱器、間壁式換熱器等。如：合成塔、反應釜、聚合釜、反應器、發(fā)生器等?；と萜鞯奶攸c：為高溫、高壓，介質易燃易爆、有毒。） 二、化工容器的結構 組成 化工容器一般由 筒體、封頭、支座 （基本件）、 接管、法蘭 （對外連接件）、 人孔、手孔、液面計 （附件）以及一些內構件等零部件組成。 （ 2）換熱 容器 ：完成介質的熱量交換。其中間壁式換熱器為工業(yè)應用最為廣泛的一種換熱器。一般為單殼程 ，最多雙殼程。 U形管式換熱器 組成：管箱、管板、 U形換熱管、殼體、折流板或支撐板、拉桿、定距管等。（容積式換熱器殼程介質一般為水，用于供暖。包括強度、剛度足夠，結構可 靠，滿足密封要求，材料與介質相容。（含溫差應力計算） 管子拉脫力的計算。 第四章 管殼式換熱器結構設計 第一節(jié) 管板 一、管板的作用及重要性 作 用： 1．排布 換熱管 2. 與管箱隔板配合分隔管程空間 3. 與殼程隔板配 合分隔殼程空間 4. 避免冷熱流體混合 重要性：其重量在整臺換熱器重量中占有較大比例，也是換熱器最重要的部件之一。（按 GB15198 設計） 三、管板的結構 管板的結構包括：管板上開孔的位置、分程隔板槽的位置、密封面的設計等。注意焊接開坡口和邊緣應力） 4．法蘭連接結構 ：固定管板式換熱器中，兼作法蘭的管板與管箱的連接基本采用法蘭連接。（講解機械滾脹法。 2． 折流板尺寸 （ 1）厚度：其值取決于它所支撐的重量，即與殼體直徑和板間距相關。無成型結構。目的是為了保證較高的雷諾數且 能排除不凝性氣體。該結構具有雙重填料，內圈填料主要用密封管、殼程的壓差密封，外圈填料主要起保險作用，一旦內圈填料有泄漏，外圈填料則能阻止漏出的介質擴散到空間，并能由接管收集漏出的介質，一般用于介質為易燃、易爆、有毒性介質等場合。 （ 3）導流筒的設置： 當殼程進出口接管距管板較遠，流體停滯區(qū)過大時，應設置導流筒，以減少流體停滯區(qū)，增加換熱管的有效長度。 2．設計厚度 d? —— 計算厚度 c? +腐蝕裕量 C2，即： 2Ccd ???? 。 筒 體 第二節(jié) 筒體 換熱器的筒體（包括管箱上的短節(jié)）做強度計算時應按 GB150 中的有關規(guī)定進行?，F(xiàn)想使用這臺換熱器，其殼程工狀為：使用溫度為常溫，工作壓力為 ，介質為水，問這臺舊換熱器的殼體是否滿足強度要求？如強度不夠，該殼體的最大工作壓力是多少？ 【解】 （ 1）確定參數 ,1 1 3][,8 0 0,4 ????? ??? M P ammmmDM P ap no mmCmmCCC ne ,11021 ?????????? ?? （ 2）強度校核： M P aDp e eo )(42 )( ??? ????? ?? ?? 因為 11 3][ 7 ??? ?? ，所以 該殼體不滿足強度要求，須降低使用壓力。 ?cos1 mm (57) 式中： ? ──錐殼半頂角，（176。 所以本題可以選用標準橢圓形封頭。 二、鉤圈的設計計算 鉤圈分 A型與 B 型兩種，其設計方法各不相同，當采用如圖 510 所示的 A 型鉤圈時，計算步驟為： （ 1）計算直徑比fifo DDK?； （ 2）計算系數 )(11 22 ????? K KKKY ； （ 3）計算 :GL )]([ fiebG DDDL ??? ； （ 4）計算力矩 M： GLWM ?? ； 式中： W的計算值同上。 2．設計壓力指 設定的 容器頂部的最高壓力，與相應的設計溫度一起作為設計載荷條件，其值 不低于 工作壓力。 11．外壓容器的臨界壓力式指 外壓容器剛剛失穩(wěn)時所對應的壓力 。時，應采用 帶過渡段的折邊 結構。 3．應力評定 對殼壁應力 s? ，管壁應力 t? ,管子與管板連接處的拉脫力 q 應滿足： s? =sAFF 21? ≤ ? ? ?? ?ts2 (533) t? = naFF 31 ?? ≤ ??tt?2 (534) 當 t? 0 時，還要求 | t? | cr][? q = ][qldat ??? ??? 當應力評定中有一項或幾項不能滿足要求時，就需要設置膨脹節(jié)或調節(jié)有關尺寸。 管程壓力 Pt為正，殼程壓力 Ps為負時 按 （ 1） 計算浮頭蓋厚度，取計算壓力值為 Pt與 Ps 之和。（具體計算不作要求） 例題講解 [例 4]內壓容器封頭壁厚的確定 試確定內壓容器封頭厚度。 4．碟形封頭 厚度按式（ 56）計算： ttit PDPM ][2 ???? ??? mm (56) 式中： iR ──碟形封頭球面內半徑， mm； ir ──碟形封頭過渡區(qū)半徑， mm； M──應力增強系數： M= 41 （ 3+ii rR ）。 [例 2]內壓容器強度校核 有一臺擱置的舊換熱器，其材料為 Q235B，實測外徑為 Do=800mm，最小壁厚為 mmn ?? 。即在應力分析中只考慮兩向薄膜應力 ????, 而不考慮彎曲應力和剪切應力得到的理論。 試驗溫度 —— 進行壓力試驗時，殼體的金屬溫度。 （ 2）防沖板的設置： 防沖板外表面到圓筒內壁的距離，應不小于接管外徑的 1/4； 防沖板的直徑或邊長，應大于接管外徑 50 mm； 防沖板 的最小厚度：碳鋼 mm，不銹鋼 3 mm； 防沖板可采用三種固定形式：焊在定距管或拉桿上；焊在圓筒上；螺栓固定。在管板上焊一短節(jié)，將填料函設在殼體法蘭內，填料填在短節(jié)和填料函之間，用管箱法蘭兼作填料壓蓋。 冷凝蒸汽走管程 為使冷凝液膜能快速流走而不堆積需采用立式結構。 三、 折流 桿 一種新型結構，尚在研發(fā)中。 （ 3）螺旋形：用于殼程流體含有固體顆粒的場合， 如圖 437 所示。 1．脹接 ⅰ 適用范圍（各國要求不同，我國以 GB151為準） GB1511999中規(guī)定強度脹接的應用范圍為：設計壓力小于等于 4MPa；設計溫度小于等于 300℃ ；操作中無劇烈振動，無過大溫度變化及明顯的應力腐蝕。 3．兼作法蘭 ：筒體與管板的端面（凹槽或凸臺）進行焊接。（即便管子與殼程連接處泄漏，殼程介質不會污染管程介質） 雙管板保持合適間距的原因：雙管板孔錯位及雙管板溫差均會在管束上引起彎曲應力和剪切應力，通過設置一定的間距，可使彎曲應力和剪切應力限定在許可范圍之內。 四、問答題： 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。 換熱器封頭的選擇及厚度計算。 1．選型時要考慮的因素有 ：材料、介質、壓力、溫度、溫差、壓降、結垢情況、檢修清理方法等各種因素。 ） 釜式重沸器 它是固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、 U形管式換熱器殼體的變形，主要是將殼程空間加倍增大，結構上留有一定的蒸發(fā)空間。 優(yōu)點：不會產生溫差應力，浮頭可拆分，管束易于抽出或插入，便于檢修和清洗。一般為偶數，主要有 12等。換熱器的種類劃分方法很多，方法也各不相同。 按設計壓力高低分類： 內壓容器按其設計壓力高低，可分為：低壓容器、中壓容器、高壓容器、超高壓容器 容器分類 設計壓力 (Mpa) 低壓容器 中壓容器 高壓容器 超高壓容器 ≤ P＜ ≤ P＜ 10 10≤ P＜ 100 P≥ 100 按照在生產過程中的作用原理分類：反應容器、換熱容器、分離容器和儲存容器四種 （ 1）反應 容器 ：完成介質的物理、化學反應。 （由于化工容器幾乎都承受壓力載荷，通常直接稱其為壓力容器。 1．筒體、封頭 ： 就如同房子四周的墻，它是構成容器空間的主要部件（屬主要受壓元件）。如：熱交換器、加熱器、冷卻器、冷凝器、廢熱鍋爐等。它按傳熱面形狀可分為管式換熱器、板面式換熱器、擴展表面換熱器等。（說明多折流板不表示多殼程，強調軸向往返次數） 幾點說明： 不是所有管殼式換熱器都有后端管箱，如 U形管式換熱器則沒有后端 管箱。 結構特點：只有一個管板和一個管箱，殼體與換熱管之間不相連，管束能從殼體中抽出 或插入。） 四、管殼式換熱器的型號表示方法 管殼式換熱器型號的組成： CNsNtBdLNAPsPtDNX Y Z ???? X—— 前端管箱形式代號（如表 11所示） Y—— 殼體形式代號（如表 11所示） Z—— 后端結構形式代號（如表 11所示） DN—— 換熱器的公稱直徑（ mm）