【正文】 ，對(duì)卷制圓筒為其內(nèi)直徑，對(duì)鋼制圓筒為鋼管的外徑，對(duì)釜式重沸器，用分?jǐn)?shù)表示，分子為管箱內(nèi)徑、分母為殼體內(nèi)徑。（例溫差應(yīng)力的考慮、密封性的考慮等） 3．能完成工藝要求 —— 有足夠的傳熱面積、介質(zhì)有良好的有利于傳熱的流動(dòng)狀態(tài)，經(jīng)濟(jì)上較合理。 支座的計(jì)算。 因此，管板的強(qiáng)度計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相當(dāng)重要，其準(zhǔn)確性與否及是否合理直接 影響整臺(tái)換熱器的安全、成本及產(chǎn)品質(zhì)量。 開(kāi)孔位置 開(kāi)孔種類：換熱管孔、拉桿孔、螺栓孔（兼作法蘭） Ⅰ 換熱管孔布置： 常見(jiàn)的四種排列方式 ：三角形排列、轉(zhuǎn)角三角形排列、正方形排列、轉(zhuǎn)角正方形排列。如圖 418所示。強(qiáng)調(diào)管子發(fā)生塑性變形而管板發(fā)生彈性變形，故不能用于高溫，其他方法一帶而過(guò)，用制造方法回應(yīng)適用范圍） 機(jī)械滾脹法優(yōu)點(diǎn) ：耐反復(fù)熱循環(huán)、抗熱沖擊及軸向力、更換修補(bǔ)容易、無(wú)縫有縫均適用、操作簡(jiǎn)單成本低。最小厚度由筒體公稱直徑和換熱管無(wú)支撐跨距按表 413選取。（按圖 440 簡(jiǎn)單介紹） 第四節(jié) 冷凝器結(jié)構(gòu) 冷凝器是換熱器的一種，但因在傳熱過(guò)程中發(fā)生相變，故傳熱效果與結(jié)構(gòu)有較大的關(guān)系，因此單獨(dú)介紹一些應(yīng)注意的 地方。 排除不凝性氣體 不凝性氣體的存在對(duì)傳熱效果影響很大，故應(yīng)在上部死角處設(shè)置排氣口以排除不凝性 氣體。（僅管板滑動(dòng)） 3．浮頭管箱 浮頭管箱指浮頭式換熱器浮頭端管箱。分為內(nèi)外導(dǎo)流筒兩種形式。 3．名義厚度 n? —— 設(shè)計(jì)厚度 d? +鋼材厚度負(fù)偏差 C1+向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格厚度的差 ? ,即： ????????? 211 CCC cdn ??? 。 一、 內(nèi)壓圓筒 其計(jì)算公式為： 計(jì)算厚度： )][2( PDP ti ???? ??? mm (515) *（要求掌握） 名義厚度： ???? ?? mm (516) 式中： P──設(shè)計(jì)壓力，計(jì)算短節(jié)厚度時(shí) P=Pt； 計(jì)算筒體厚度時(shí) P=Ps； t][? ──材料在設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)用， MPa ； 二、 外壓圓筒 其計(jì)算步驟為： 1．當(dāng) 20/ ?eoD ? 時(shí) （ 1）設(shè) n? ，令 e ???? ，定出 L/ oD 和 eoD?/ （ L 為圓筒計(jì)算長(zhǎng)度）； （ 2）由 L/ oD 及 eoD?/ 的值在幾何圖上查得系數(shù) A； （ 3）用 A在厚度算圖上查得系數(shù) B； 若 A 值落在設(shè)計(jì)溫度下材料線的右方，則過(guò)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(guò)此交點(diǎn)水平方向右移，在圖的右方得到系數(shù) B，并按式（ 517）計(jì)算許用外壓力 [P]： eoDBP ??][ (517) 若所得 A 值落在設(shè)計(jì)溫度下材料線的左方，則用式（ 518）計(jì)算許用外壓力 [P]： )(3 2][ eoDAEP ?? (518) （ 4） [P]應(yīng)大于或等于 Pt，否則須再假設(shè)名義厚度，重復(fù)上述計(jì)算，直到 [P]大于且接近于 Pt為止。 （ 3）確定最高允許工作壓力： M P aDp eo et ][2][ ?? ?????? ???? 故該殼體的最大安全使用壓力為 。）。 練習(xí)題 一、 DN20xxmm 的內(nèi)壓薄壁圓筒，壁厚 mmn 22?? ，承受的最大氣體壓力 MPap 2? ，焊接接 頭系數(shù)?? ，壁厚附加量為 mmC 2? ，試求筒體的最大工作應(yīng)力。 計(jì)算鉤圈厚度： 22][2 CDYM tffi ??? ?? 注：公式中尺寸如圖 510 所示 當(dāng)采用如圖 511 所示的 B 型鉤圈時(shí)，其設(shè)計(jì)厚度計(jì)算式為： 161???? 式中： 1? ──浮頭管板厚度， mm。 3．根據(jù) GB150，計(jì)算壓力指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以 確定元件厚度 的壓力，其中包括液 柱靜壓力。 12．對(duì)壓力容器進(jìn)行內(nèi)壓試驗(yàn)是為了 檢驗(yàn)壓力容器在超工作壓力下的宏觀強(qiáng)度以及焊縫和其他連接部位的致密性 。當(dāng)錐殼半頂角 α ＞ 30186。 2．計(jì)算介質(zhì)壓力引起的軸向力 Q Q= ? ? ])2([4 2222 sitt pndDPdn ????? ?? N (530) 2F = QEnaEA EAtssss ??? (531) 3F = QEnaEA Eantsst ????? (532) 式中： 2F ── Q 作用在殼壁上的軸向力， N； 3F ── Q 作用在管壁上的軸向力， N。比較按（ 1）和按（ 2）算出的名義厚度值，取大者作為浮頭蓋的實(shí)用名義厚度。為此，須將平蓋、法蘭、螺栓及墊片作為一個(gè)超靜定系統(tǒng)，象容器法蘭系統(tǒng)一樣，進(jìn)行受力和變形分析，并導(dǎo)出整體分析計(jì)算方法。 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭， 4ii Dh ? ，故得 K=1。 ?????? ??? （ GB150） 則： )( 1 03 4 )( 9 ) 0 0( M P aM P asT ??????? ??? ?? 所以水壓試驗(yàn)強(qiáng)度滿足要求。 六、內(nèi)壓圓筒的薄膜應(yīng)力理論 薄膜應(yīng)力理論又稱為無(wú)力矩理論。 設(shè)計(jì)溫度 —— 容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件的金屬溫度。 2．防沖板和導(dǎo)流筒 （ 1）設(shè)置防沖板的條件： 管程軸向接管或管內(nèi)流速大于 3m/s 時(shí)，管程設(shè)置防沖板；殼程進(jìn)口管流體的 ρν2超過(guò)一定值時(shí)，在殼程進(jìn)口管處設(shè)置防沖板或?qū)Я魍玻粚?duì)有腐蝕或磨蝕的氣體、蒸汽及氣液混合物應(yīng)設(shè)置防沖板。（整 個(gè)管箱滑動(dòng)） （ 2）單填料函滑動(dòng)管板式： 如圖 445 所示。 普朗特準(zhǔn)數(shù) Pr高的介質(zhì) 即冷凝負(fù) 荷大時(shí)，在厚液膜上形成滯流，有較高的傳熱系數(shù)。支持板與折流板外形一樣，支持板也起折流板作用，折流板也起支持板作用只是設(shè)置的原始目的不同而已。如圖 435 所示。常用的連接方法有三種：脹接、焊接、脹焊并用。 四、管板與殼體、管箱的連接（按圖 41 417 介紹各種結(jié)構(gòu)） 1．焊接結(jié)構(gòu) ：兼作法蘭和不兼作法蘭兩種 2．不兼作法蘭 ：安圖 416 介紹各種連接結(jié)構(gòu)，注意焊接開(kāi)坡口。 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。 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)。（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。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。另外簡(jiǎn)單介紹雙管板結(jié)構(gòu)。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。 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)。） 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。 （ 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。 3．壓力容器 —— 承受壓力載荷作用的容器。 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。 （ 3）分離 容器 ：完成介質(zhì)的壓力平衡和氣體凈化等。這其中又以管殼式換熱器應(yīng)用最為廣泛，它通過(guò)換熱管的管壁進(jìn)行傳熱。 多管程換熱器在后管箱上無(wú)物料進(jìn)出口。只能為多管程，管板不能兼作法蘭，一般有管束滑道。 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。（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。（包括臥式與立式支座計(jì)算） 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算等。 二、管板的形式 管板有四種常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式，即平管板、薄管板、橢圓形管板及雙管板。 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 。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。 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。一般不做強(qiáng)度計(jì)算，折流板過(guò)厚造成 總重增加，材料浪費(fèi)。 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。 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。 按圖 447 所示介紹管箱結(jié)構(gòu) ，如何拆裝 。 3．滑道 滑道的結(jié)構(gòu)有滑板、滾輪、滑條等形式。名義厚度為標(biāo)注在圖樣上的厚度。 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 =。 [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 ?? 。 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 。 二、一臺(tái)內(nèi)徑為 1200mm 的圓筒形容器。 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。 4。 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。時(shí)，可以采用 無(wú)折邊 結(jié)構(gòu)。 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，℃。 （ 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(guò)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(guò)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。在某些場(chǎng)合還需要計(jì)算平蓋的撓度。 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