【文章內(nèi)容簡介】 冷凝器，如前所述可將管束偏轉(zhuǎn)安裝。 對立式冷凝器可如圖441所示設(shè)置泄液管罩或當(dāng)液板。 冷凝液的排出 一般冷凝液的堆積會降低傳熱效率并可能會形成腐蝕，應(yīng)盡快排出，在排除過程中要 注意防止帶走蒸汽（圖442 a、b結(jié)構(gòu)）和排凈（圖442 c結(jié)構(gòu)） 第五節(jié) 管箱及其它結(jié)構(gòu)一、管箱管箱按其結(jié)構(gòu)可分為固定端管箱、滑動管箱、浮頭管箱。1．固定端管箱主要用于固定管板式換熱器及U形管式換熱器。（填料函式、浮頭式換熱器物料進口也為固定端管箱）組成：容器法蘭、圓筒短節(jié)、封頭、及進出口的接管與法蘭組成．有時還設(shè)有放空口、放凈口、儀表接口、分程隔板等。安圖443講述幾種常見固定管箱結(jié)構(gòu)2．滑動管箱主要指用于填料函式換熱器滑動端的管箱。分為外填料函浮頭式、單填料函滑動管板式和 雙填料函滑動管板式三種。（1）外填料函浮頭式：如圖444所示。填料函在管板外，填料箱在殼體法蘭內(nèi)。（整個管箱滑動）（2）單填料函滑動管板式：如圖445所示。在管板上焊一短節(jié)，將填料函設(shè)在殼體法蘭內(nèi)，填料填在短節(jié)和填料函之間，用管箱法蘭兼作填料壓蓋。（僅管板滑動）（3）雙填料函滑動管板式：如圖446所示。該結(jié)構(gòu)具有雙重填料，內(nèi)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(nèi)圈填料有泄漏，外圈填料則能阻止漏出的介質(zhì)擴散到空間，并能由接管收集漏出的介質(zhì)，一般用于介質(zhì)為易燃、易爆、有毒性介質(zhì)等場合。（僅管板滑動）3．浮頭管箱浮頭管箱指浮頭式換熱器浮頭端管箱。按圖447所示介紹管箱結(jié)構(gòu)，如何拆裝。4．高壓管箱對高壓換熱器，一般高壓介質(zhì)均走管程，高壓管箱既要承受高壓，又要防止泄露，選擇合理的管箱結(jié)構(gòu)對降低制造成本，便于拆裝及安全性等均有重大意義。注意事項：盡量減小管箱內(nèi)徑；盡量用鍛件；盡量少用法蘭結(jié)構(gòu)；盡量采用簡單結(jié)構(gòu)；選擇合理的物流流向。（與圖448對應(yīng)介紹）5．分程隔板設(shè)計要求：承受脈動流體或隔板兩側(cè)壓差很大時，隔板的厚度應(yīng)適當(dāng)增厚，或改變隔板結(jié)構(gòu)；大直徑換熱器隔板設(shè)計成雙層結(jié)構(gòu)；分程隔板上可設(shè)排凈孔；厚度大于10mm的分程隔板，密封面處應(yīng)削邊至10mm。（強調(diào)：分程隔板端面屬于密封面，在與管箱整體焊后進行精加工）二、其它結(jié)構(gòu)1. 拉桿與定距管安裝拉桿與定距管的目的是為了固定折流板或支持板，使兩板保持一固定的距離。（1）拉桿形式：螺紋連接：拉桿與管板采用螺紋連接，折流板靠定距管固定間距，適用于外經(jīng)大于等于19 mm的管束。焊接連接：拉桿與管板、折流板均采用焊接，適用于外經(jīng)小于等于14 mm的管束。（2）拉桿的直徑和數(shù)量：（由筒體公稱直徑和換熱管直徑確定）由表42425選取。拉桿公稱直徑不得小于10 mm，數(shù)量不得少于4根。（3）拉桿的布置與尺寸：拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，以便于較好地固定折流板。對于大直徑的換熱器，在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于三個支撐點。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，管程設(shè)置防沖板；殼程進口管流體的ρν2超過一定值時，在殼程進口管處設(shè)置防沖板或?qū)Я魍?；對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。（2）防沖板的設(shè)置：防沖板外表面到圓筒內(nèi)壁的距離，應(yīng)不小于接管外徑的1/4；防沖板的直徑或邊長，應(yīng)大于接管外徑50 mm；防沖板的最小厚度： 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。以焊在筒體較為常見，簡介其常見形狀。（3）導(dǎo)流筒的設(shè)置：當(dāng)殼程進出口接管距管板較遠(yuǎn)，流體停滯區(qū)過大時，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流筒，以減少流體停滯區(qū)，增加換熱管的有效長度。分為內(nèi)外導(dǎo)流筒兩種形式。3．滑道滑道的結(jié)構(gòu)有滑板、滾輪、滑條等形式。以滑板最為常見，對于可拆管束結(jié)構(gòu)，必須設(shè)計滑道以便管束拆裝。簡介其結(jié)構(gòu)4．殼體內(nèi)徑的確定（僅為估算公式，且沒考慮分程的影響）首先根據(jù)換熱管總數(shù)Nt確定換熱管束中心管排的管數(shù)Nc：對于正方形排列： Nc=對于正三角形排列： Nc=殼體內(nèi)徑Di: Di=s(Nc1)+d0+eDi也可以按下式估算： Di= s(Nc1)+4d0式中： s換熱管中心距，m d0外徑，m e殼體內(nèi)徑與管束外徑之差。（簡單介紹公式的意義）第五章 管殼式換熱器的強度設(shè)計第一節(jié) 壓力容器強度設(shè)計的基本概念一、壓力P——除注明外，壓力均指表壓力，單位用Mpa表示。工作壓力Pw——指在正常工作情況下，容器頂部可能達到的最高壓力。設(shè)計壓力Pd——指設(shè)定的容器頂部的最高壓力。它與設(shè)計溫度一起作為設(shè)計載荷條件，其值不小于工作壓力。一般在裝有安全閥時，當(dāng)無安全閥時，計算壓力Pc——在相應(yīng)設(shè)計溫度下，用以確定元件厚度的壓力，包括液柱的靜壓力。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于5%設(shè)計壓力時，可以忽略液柱靜壓力。試驗壓力PT——進行壓力試驗時容器頂部的壓力。二、溫度金屬溫度——沿元件金屬截面的溫度平均值。設(shè)計溫度——容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件的金屬溫度。試驗溫度——進行壓力試驗時，殼體的金屬溫度。（標(biāo)志在設(shè)備銘牌上的設(shè)計溫度應(yīng)是殼體設(shè)計溫度）三、厚度（單位為mm）1．計算厚度——按公式計算得到的厚度。2．設(shè)計厚度——計算厚度+腐蝕裕量C2，即：。3．名義厚度——設(shè)計厚度+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： 。名義厚度為標(biāo)注在圖樣上的厚度。4．有效厚度——5．厚度附加量C——鋼材厚度負(fù)偏差C1+腐蝕裕量C2，即：6．最小厚度——為了滿足制造工藝要求以及運輸和安裝過程中的剛度要求，根據(jù)工程實踐經(jīng)驗所規(guī)定的不包括腐蝕裕量C2的最小元件厚度值。對于不銹鋼容器，取對于碳素鋼和低合金鋼容器對于換熱設(shè)備，其最小厚度的規(guī)定更為嚴(yán)格，具體規(guī)定見P118表555。四、耐壓試驗及氣密性試驗?zāi)蛪涸囼災(zāi)康摹獧z驗容器在超設(shè)計壓力情況下的宏觀強度以及焊縫和其它連接部位的致密性。一般為液壓試驗，以水、油等為試驗介質(zhì)，特殊情況下作氣壓試驗，以N惰性氣體為試驗介質(zhì)。耐壓試驗試驗壓力1．液壓試驗：2．氣壓試驗： 注意：以公式計算的試驗壓力是指試驗壓力的下限值（最低值）。對于外壓或真空容器，壓力試驗時也用內(nèi)壓進行試驗，其試驗壓力為：液壓試驗：氣壓試驗：3．氣密性試驗：主要用于介質(zhì)的毒性程度為極度或高度危害的介質(zhì)的容器，以檢驗其密封性能，必須在壓力試驗合格后進行。氣密性試驗的壓力可取為，介質(zhì)一般為NH3等滲透力強的氣體。4．壓力試驗前的應(yīng)力校核 （1）液壓試驗時： （2）氣壓試驗時： 符號：——壓力試驗時的應(yīng)力，Mpa ——材料在試驗溫度下的屈服點，MPa五、焊接接頭系數(shù)——指材料在焊接時，焊縫區(qū)的強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)力前乘以一個系數(shù)，這個系數(shù)就稱為焊接接頭系數(shù)。焊接接頭系數(shù)的選擇，一般規(guī)則為：（1）雙面焊對接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全焊透對接接頭系數(shù)：100%無損檢測時??；局部無損檢測時取=。（2）單面焊對接接頭系數(shù)：100%無損檢測時取；局部無損檢測時取=。六、內(nèi)壓圓筒的薄膜應(yīng)力理論薄膜應(yīng)力理論又稱為無力矩理論。即在應(yīng)力分析中只考慮兩向薄膜應(yīng)力而不考慮彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力得到的理論。在僅考慮介質(zhì)壓力情況下對圓筒的應(yīng)力，其結(jié)論簡化為：環(huán)向應(yīng)力：軸向應(yīng)力： 從上面的計算公式可以看出：內(nèi)壓圓筒殼體的應(yīng)力只與幾何尺寸有關(guān)，而與所用材料無關(guān)。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(yīng)按GB150中的有關(guān)規(guī)定進行。一、 內(nèi)壓圓筒其計算公式為：計算厚度： mm (515) *（要求掌握）名義厚度：mm (516)式中：P──設(shè)計壓力，計算短節(jié)厚度時P=Pt； 計算筒體厚度時P=Ps；──材料在設(shè)計溫度下許用應(yīng)用，MPa ；二、 外壓圓筒其計算步驟為：1．當(dāng)時（1）設(shè)，令，定出L/和（L為圓筒計算長度）；（2）由L/及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)計溫度下材料線的右方，則過此點垂直上移，與設(shè)計溫度下的材料線相交（遇中間溫度值用內(nèi)插法），再過此交點水平方向右移，在圖的右方得到系數(shù)B，并按式（517）計算許用外壓力[P]： (517)若所得A值落在設(shè)計溫度下材料線的左方，則用式（518）計算許用外壓力[P]： (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)上述計算，直到[P]大于且接近于Pt為止。2．當(dāng)時（1）用與第1條相同的步驟得到系數(shù)B值；但當(dāng)時，應(yīng)按式(519)計算系數(shù)A值： (519)系數(shù)A，取A =。（2）按式（520）計算許用外壓力： （520）式中：──應(yīng)力，取以下兩值中的較小值：或（3） 應(yīng)大于或等于，否則須再假設(shè)名義厚度，重復(fù)上述計算，直到大于且接近為止?！?換熱器的筒體壁厚按上述步驟得出名義厚度后，其最小厚度不得低于表5表55的規(guī)定。例題講解[例1]內(nèi)壓容器壁厚的確定某化工廠欲設(shè)計一臺固定管板式換熱器。工藝參數(shù)為：換熱器內(nèi)徑，殼程工作壓力為，工作溫度為，殼程介質(zhì)為水。試選擇換熱器殼程材料并確定其壁厚?！窘狻浚?）選材：由于水對鋼材的腐蝕不大，溫度在，壓力為中壓，故選用材料為16MnR。（2）確定參數(shù)： 取腐蝕裕量（3）計算壁厚：，查鋼板厚度負(fù)偏差表得，故：向上圓整后取名義厚度為：（4）校核水壓試驗強度：水壓試驗壓力：應(yīng)力校核：上式中：（GB150）則：所以水壓試驗強度滿足要求。[例2]內(nèi)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。已知：殼體設(shè)計溫度為常溫?，F(xiàn)想使用這臺換熱器，其殼程工狀為：使用溫度為常溫，介質(zhì)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(shù)（2）強度校核：因為 ，所以 該殼體不滿足強度要求，須降低使用壓力。（3）確定最高允許工作壓力：。[例3]外壓容器校核有一外壓容器，已知：設(shè)計外壓力，內(nèi)徑，圓筒的計算長度，設(shè)計溫度，壁厚附加量，材料為16MnR,其彈性模數(shù)。問其厚度為時是否滿足要求？【解】（1）確定參數(shù)：（2）在圖54上查得A=；（3）在圖57的下方找到系數(shù)A=（此點落在材料溫度線的右方），將此點垂直上移，與250℃的材料溫度線交于一點，再將此點水平右移，在圖的右方得到B=；（4）按式（517）計算許用外壓力[P] （5）比較p與[P]，顯然而且比較接近，故取時合格。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)壓強度與外壓穩(wěn)定計算均與普通的壓力容器相同，可以按常規(guī)壓力容器進行設(shè)計。對螺栓連接的平蓋封頭和平蓋法蘭還需進行剛度計算，以校核其密封性能。一、強度計算 1．平蓋封頭 當(dāng)平蓋封頭與筒體焊接時，按圓平板承受均布載荷考慮，用系數(shù)K保證周邊支撐對強度的影響，其厚度計算式為：=Dc (51) （要求知道：與成正比）式中：──平蓋的計算厚度，mm ；──管程設(shè)計壓力，MPa；──設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力，Mpa；──焊縫系數(shù)；──結(jié)構(gòu)特征系數(shù)，見表51；──封頭的有效直徑，見表51。當(dāng)平蓋封頭與筒體用螺栓連接時：（相對于1式，要考慮法蘭力矩的作用，用系數(shù)K進行調(diào)節(jié)）① 對管道內(nèi)無隔板的平蓋厚度按式（52）計算：= DG mm (52)式中：K1──結(jié)構(gòu)特征系數(shù)，取下列兩式中的較大值:操作時: 預(yù)緊時： W──預(yù)緊狀態(tài)或操作狀態(tài)時的螺栓設(shè)計載荷，N；SG──墊片壓緊的力臂，等于螺栓中心圓直徑與DG 之差的一半,mm。 ② 對管箱內(nèi)有隔板的平蓋厚度取式（52）和式（53）計算值中的較大者 （53）式中：E──材料設(shè)計溫度下的彈性模量，MPa； Ab──實際使用的螺栓總截面積，mm2 ； dn──螺栓公稱直徑，mm。當(dāng)墊片系數(shù)m≤3時，求得的值可減少20%。2．球形封頭厚度按式（54）計算： mm (54)3．橢圓形封頭厚度按式（55）計算： mm (55) （* 要求掌握）式中：K──形狀系數(shù)：；──封頭曲面深度，mm。對標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故得K=1。4．碟形封