【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所示設置泄液管罩或當液板。 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對應介紹）5．分程隔板設計要求：承受脈動流體或隔板兩側(cè)壓差很大時，隔板的厚度應適當增厚，或改變隔板結(jié)構(gòu)；大直徑換熱器隔板設計成雙層結(jié)構(gòu)；分程隔板上可設排凈孔；厚度大于10mm的分程隔板，密封面處應削邊至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布置適量的拉桿，任何折流板應不少于三個支撐點。2．防沖板和導流筒（1）設置防沖板的條件：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，在殼程進口管處設置防沖板或?qū)Я魍玻粚τ懈g或磨蝕的氣體、蒸汽及氣液混合物應設置防沖板。（2）防沖板的設置：防沖板外表面到圓筒內(nèi)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： 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。分為內(nèi)外導流筒兩種形式。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計第一節(jié) 壓力容器強度設計的基本概念一、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。設計壓力Pd——指設定的容器頂部的最高壓力。它與設計溫度一起作為設計載荷條件，其值不小于工作壓力。一般在裝有安全閥時，當無安全閥時，計算壓力Pc——在相應設計溫度下，用以確定元件厚度的壓力，包括液柱的靜壓力。當元件所承受的液柱靜壓力小于5%設計壓力時，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。設計溫度——容器在正常工作情況下，設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——按公式計算得到的厚度。2．設計厚度——計算厚度+腐蝕裕量C2，即：。3．名義厚度——設計厚度+鋼材厚度負偏差C1+向上圓整至鋼材標準規(guī)格厚度的差,即： 。名義厚度為標注在圖樣上的厚度。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備，其最小厚度的規(guī)定更為嚴格，具體規(guī)定見P118表555。四、耐壓試驗及氣密性試驗耐壓試驗目的——檢驗容器在超設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．壓力試驗前的應力校核 （1）液壓試驗時： （2）氣壓試驗時： 符號：——壓力試驗時的應力，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??；局部無損檢測時取=。六、內(nèi)壓圓筒的薄膜應力理論薄膜應力理論又稱為無力矩理論。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。在僅考慮介質(zhì)壓力情況下對圓筒的應力，其結(jié)論簡化為：環(huán)向應力：軸向應力： 從上面的計算公式可以看出：內(nèi)壓圓筒殼體的應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；──材料在設計溫度下許用應用，MPa ；二、 外壓圓筒其計算步驟為：1．當時（1）設，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值落在設計溫度下材料線的右方，則過此點垂直上移，與設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]應大于或等于Pt，否則須再假設名義厚度，重復上述計算，直到[P]大于且接近于Pt為止。2．當時（1）用與第1條相同的步驟得到系數(shù)B值；但當時，應按式(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：──應力，取以下兩值中的較小值：或（3） 應大于或等于，否則須再假設名義厚度，重復上述計算，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：設計外壓力，內(nèi)徑，圓筒的計算長度，設計溫度，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 ；──管程設計壓力，MPa；──設計溫度下材料的許用應力，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: 預緊時： W──預緊狀態(tài)或操作狀態(tài)時的螺栓設計載荷，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。對標準橢圓形封頭，故得K=1。4．碟形封