【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 m2mm和φ25mm。小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較??；同時(shí)，對(duì)于相同的殼徑，可排列較多的管子，因此單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面積的金屬耗量更少。所以，在管程結(jié)垢不很嚴(yán)重以及允許壓力降較高的情況下，采用φ19mm2mm直徑的管子更為合理。如果管程走的是易結(jié)垢的流體，則應(yīng)常用較大直徑的管子。 標(biāo)準(zhǔn)管子的長(zhǎng)度常用的有1500mm，2000mm，2500mm，3000m,4500,5000,6000m,7500mm,9000m等。換熱器的換熱管長(zhǎng)度與公稱直徑之比一般為4—25,常用的為6—10選用Φ25，材質(zhì)為20號(hào)鋼。 管子數(shù)n (21) 其中安排拉桿需減少6根，故實(shí)際管數(shù)n=5036=497根 管子排列方式，管間距的確定 采用正三角形排列，由《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表74查得層數(shù)為12層，對(duì)角線上的管數(shù)為25，查表75取管間距a=32mm. (22) 其中 取， 查表25，圓整后取殼體內(nèi)徑00mm 換熱器殼體壁厚計(jì)算及校核 材料選用20R 計(jì)算壁厚為：, (23) 式中:為計(jì)算壓力，取=；700mm。=。[]t =92Mpa（設(shè)殼壁溫度為 350176。C） 將數(shù)值代入上述厚度計(jì)算公式，可以得知： 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表411取 ；查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表49得 ++= mm查表413圓整后取 復(fù)驗(yàn) ，最后取 該殼體采用20鋼7mm 厚的鋼板制造。液壓試驗(yàn)應(yīng)力校核 (24) (25) (26) 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》附表91，可見(jiàn)故水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠。強(qiáng)度校核設(shè)計(jì)溫度下的計(jì)算應(yīng)力 ﹥最大允許工作壓力 (27) 故強(qiáng)度足夠。3 換熱器封頭的選擇及校核 上下封頭均選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù)JB/T47462000標(biāo)準(zhǔn)，封頭為DN9007，查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表415得曲面高度 ，直邊高度 ，材料選用20R鋼標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭計(jì)算厚度： (31) (32) 所以，封頭的尺寸如下圖： 圖31 換熱器封頭尺寸4 容器法蘭的選擇 材料選用16MnR 根據(jù)JB/T47032000 選用DN900。 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》附表14得 法蘭尺寸如下表： 表41 法蘭尺寸 公稱直徑DN/mm 法蘭尺寸/mm 螺柱d規(guī)格數(shù)量900106010159769669635527M2428 所以，選用的法蘭尺寸如下圖： 圖41 容器法蘭5 管板管板除了與管子和殼體等連接外，還是換熱器中的一個(gè)重要的受壓器件。 查（《化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》P2527）得固定管板式換熱器的管板的主要尺寸： 表51 固定管板式換熱器的管板的主要尺寸公稱直徑Dbcd螺栓孔數(shù)9001060101596696358442724在固定管板式換熱器中，管板與殼體的連接均采用焊接的方法。由于管板兼作法蘭與不兼作法蘭的區(qū)別因而結(jié)構(gòu)各異，有在管板上開(kāi)槽，殼體嵌入后進(jìn)行焊接，殼體對(duì)中容易，施焊方便，適合于壓力不高、物料危害性不高的場(chǎng)合；如果壓力較高，設(shè)備直徑較大，管板較厚時(shí)，其焊接時(shí)較難調(diào)整。管板在換熱器的制造成本中占有相當(dāng)大的比重，管板設(shè)計(jì)與管板上的孔數(shù)、孔徑、孔間距、開(kāi)孔方式以及管子的連接方式有關(guān)，其計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜，而且從不同角度出發(fā)計(jì)算出的管板厚度往往相差很大。一般浮頭式換熱器受力較小，其厚度只要滿足密封性即可。對(duì)于脹接的管板，考慮脹接剛度的要求，其最小厚度可按表52選用?？紤]到腐蝕裕量，以及有足夠的厚度能防止接頭的松脫、泄露和引起振動(dòng)等原因，建議最小厚度應(yīng)大于20mm。表52 管板的最小厚度換熱器管子外徑/mm≤25323857管板厚度/mm3/4222532綜上，管板的尺寸如下圖：圖51 管板6 管子拉脫力的計(jì)算 計(jì)算數(shù)據(jù)按表61選取表61項(xiàng)目管子殼體操作壓力/Mpa材質(zhì)20鋼20R線膨脹系數(shù)彈性模量許用應(yīng)力/Mpa10192尺寸管子根數(shù)497管間距/mm32管殼壁溫差/℃管子與管板連接方式開(kāi)槽脹接脹接長(zhǎng)度/mm50許用拉脫力/Mpa在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力 (61) 其中 (62) , mm 溫差應(yīng)力引起的每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的拉脫力 (63) 其中 (64) (65) (66) 由此可知，作用方向相同，都使管子受壓，則管子的拉脫力： q=+=+=﹤ (67) 因此拉脫力在許用范圍內(nèi)。7 計(jì)算是否安裝膨脹節(jié)管殼壁溫差所產(chǎn)生的軸向力為： （N） (71) 壓力作用于殼體上的軸向力： (72) 其中 (73) = 壓力作用于管子上的軸向力為： 則 (74) 根據(jù)GB１５１——１９９９《管殼式換熱器》q﹤［ｑ］＝，條件成立，故本換熱器不必要設(shè)置膨脹節(jié)。8 折流板設(shè)計(jì)設(shè)置折流板的目的是為了提高流速，增加湍動(dòng)，改善傳熱，在臥式換熱器中還起支撐管束的作用。常用的有弓形折流板和圓盤圓環(huán)形折流板，弓形折流板又分為單弓形[圖81（a）]、雙弓形[圖81（b）]、三重弓形[圖81（c）]等幾種形式。 圖81 弓形折流板和圓盤圓環(huán)形折流板 單弓形折流板用得最多，弓形缺口的高度h為殼體公稱直徑Dg的15%～45%，最好是20%，見(jiàn)圖82（a）；在臥式冷凝器中，折流板底部開(kāi)一90176。的缺口，見(jiàn)圖82（b）。高度為15～20mm，供停工排除殘液用；在某些冷凝器中需要保留一部分過(guò)冷凝液使凝液泵具有正的吸入壓頭，這時(shí)可采用帶堰的折流板，見(jiàn)圖82（c）。 圖82 單弓形折流板 在大直徑的換熱器中，如折流板的間距較大，流體繞到折流板背后接近殼體處，會(huì)有一部分液體停滯起來(lái)，形成對(duì)傳熱不利的“死區(qū)”。為了消除這種弊病，宜采用雙弓形折流板或三弓形折流板。從傳熱的觀點(diǎn)考慮，有些換熱器（如冷凝器）不需要設(shè)置折流板。但為了增加換熱器的剛度，防止管子振動(dòng)，實(shí)際仍然需要設(shè)置一定數(shù)量的支承板，其形狀與尺寸均按折流板一樣來(lái)處理。折流板與支承板一般均借助于長(zhǎng)拉桿通過(guò)焊接或定距管來(lái)保持板間的距離，其結(jié)構(gòu)形式可參見(jiàn)圖83。 圖83 折流板安裝圖由于換熱器是功用不同，以及殼程介質(zhì)的流量、粘度等不同，折流板間距也不同，其系列為：100mm，150mm，200mm，300mm，450mm，600mm，800mm，1000mm。允許的最小折流板間距為殼體內(nèi)徑的20%或50mm，取其中較大值。允許的最大折流板間距與管徑和殼體直徑有關(guān)，當(dāng)換熱器內(nèi)流體無(wú)相變時(shí)，其最大折流板間距不得大于殼體內(nèi)徑，否則流體流向就會(huì)與管子平行而不是垂直于管子，從而使傳熱膜系數(shù)降低。折流板外徑與殼體之間的間隙越小， 殼程流體介質(zhì)由此泄漏的量越少，即減少了流體的短路，使傳熱系數(shù)提高，但間隙過(guò)小，給制造安裝帶來(lái)困難，增加設(shè)備成本，故此間隙要求適宜。折流板厚度與殼體直徑和折流板間距有關(guān)，見(jiàn)表81所列數(shù)據(jù)。表81 折流板厚度/ mm殼體公稱內(nèi)徑/mm相鄰兩折流板間距/mm≤300300～450450～600600～750＞750200～2503561010400～70056101012700～100068101216＞1000610121616支承板厚度一般不應(yīng)小于表81(左)中所列數(shù)據(jù)。 支承板允許不支承的最大間距可參考表81（右）所列數(shù)據(jù)。殼體直徑/mm＜400400～800900～1200管子外徑/mm19253857支承板厚度/mm6810最大間距/mm1500180025003400表82 支承板厚度以及支承板允許不支承的最大間距經(jīng)選擇，我們采用弓形折流板，h=, 折流板間距取600mm, 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表77得折流板最小厚度為4 mm,查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表79折流板外徑為896 mm,材料Q235A鋼查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表710拉桿12，共10根，材料Q235AF鋼折流板開(kāi)孔直徑 所以，折流板尺寸如下圖： 圖84 折流板9 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)確定殼體和接管的計(jì)算厚度及開(kāi)孔直徑 由已知條件得殼體計(jì)算厚度 接管計(jì)算厚度為 (91) 其中 選用20鋼 查附表9得 開(kāi)孔直徑為： (92) 確定殼體和接管實(shí)際厚度，開(kāi)孔有效補(bǔ)強(qiáng)面積及外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度h 已知?dú)んw名義厚度，補(bǔ)強(qiáng)部分厚度為 接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度為 B=2d= (93) 接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度 (94) 計(jì)算需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積和可以作為補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積為： (95) 可以作為補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積為： (96) (97) (98) 比較，所以殼程接管需要補(bǔ)強(qiáng)，而管程接管的公稱直徑較大，也需要補(bǔ)強(qiáng)。常用的結(jié)構(gòu)是在開(kāi)孔外面焊上一塊與容器壁材料和厚度都相同即7mm厚的鋼板。綜上，得換熱器開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)如下圖：圖91 換熱器開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)10 支座采用圓筒形裙式支座，裙座與塔體的連接采用焊接，由于對(duì)接焊縫的焊縫受壓，可承受較大的軸向力，故采用對(duì)接形式。取裙座外徑與封頭外徑相等。并且取裙座的厚度與封頭的厚度相同，即裙座尺寸為Ф9007mm.。裙座材料選用Q235A。圖101 裙座殼與殼體的對(duì)接型式。無(wú)保溫層的裙座上部應(yīng)均勻設(shè)置排氣孔，表101 排氣孔規(guī)格和數(shù)量容器內(nèi)直徑Di600~12001400~24002400排氣孔尺寸Φ80Ф