【文章內(nèi)容簡介】 環(huán)及錐頸三部分的整體性程度可分為松式法蘭、整體法蘭和任意式法蘭三種。1）、松式法蘭：指法蘭不直接固定在殼體上或者雖固定而不能保證與殼體作為一個整體承受螺栓載荷的結(jié)構(gòu)。適用于有色金屬和不銹鋼制設(shè)備或管道上，且法蘭可采用碳素鋼制作，以節(jié)約貴重金屬。但法蘭剛度小，厚度較厚，一般只適用于壓力較低的場合。2）、整體法蘭：將法蘭于殼體鍛或鑄成一體或經(jīng)全熔透的平焊法蘭，這種結(jié)構(gòu)能保證殼體與法蘭同時(shí)受力，使法蘭厚度可適當(dāng)減薄，但會在殼體上產(chǎn)生較大應(yīng)力。其中的帶頸法蘭可以提高法蘭與殼體的連接剛度，適用于壓力、溫度較高的重要場合。3）、任意式法蘭：從結(jié)構(gòu)來看，這種法蘭與殼體連成一體，但剛性介于整體法蘭和松式法蘭之間，這類法蘭結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，故在中低壓容器或管道中得到廣泛應(yīng)用。 墊片的選取設(shè)備墊片主要有：非金屬軟墊片、纏繞墊片和金屬包墊片。一般情況下，非金屬軟墊片適用于甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭、長頸對焊法蘭，法蘭密封面形式為光滑密封面或凹凸密封面。纏繞墊片適用于乙型平焊法蘭、長頸對焊法蘭，法蘭密封面形式為光滑密封面、凹凸密封面及榫槽密封面。金屬包墊片適用于乙型平焊法蘭和長頸對焊法蘭，法蘭密封面形式為光滑密封面、凹凸密封面及榫槽密封面。本換熱汽殼程和管程介質(zhì)為蒸汽和熱水，工作溫度與壓力不高，采用非金屬墊片。 鞍座的選取本換熱器是臥式換熱器，換熱器鞍式支座可按JB/T4712選用。鞍式支座在換熱器上的布置應(yīng)按下列原則確定：a ) 當(dāng)L≤3000mm時(shí)，取Ls=()Lb ) 當(dāng)L 3000mm時(shí)，取Ls=()Lc ）盡量使Lc和Lc′相近如圖所示第四章 換熱器的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 傳熱管與管板的連接管子與管板的連接，在管殼式換熱器的設(shè)計(jì)中，是一個比較重要的結(jié)構(gòu)部分。它不僅加工工作量大，而且必須使每個連接處在設(shè)備的運(yùn)行中，保證介質(zhì)無泄漏及承受介質(zhì)壓力的能力。管子與管板的連接形式有強(qiáng)度脹接、強(qiáng)度焊接與脹焊接的混合結(jié)構(gòu)。無論采用何種連接形式，度必須滿足一下兩種條件：連接處保證介質(zhì)無泄漏的充分氣密性；承受介質(zhì)壓力的充分結(jié)合力。強(qiáng)度脹接結(jié)構(gòu)簡單，換熱管修補(bǔ)容易。由于脹接管端處在脹接使產(chǎn)生塑性變形，存在著殘余應(yīng)力。不銹鋼管與管板無論壓力大小，溫度高低，一般均采用焊接結(jié)構(gòu)，目的是消除換熱管與管板孔的間隙，從而消除間隙腐蝕。 管板與殼體的連接管板與殼體的連接依換熱器的結(jié)構(gòu)形式分為可拆連接及不可拆連接?？刹疬B接主要用于浮頭式，U型管式和填料函式換熱器的固定端管板，不可拆連接在剛性結(jié)構(gòu)換熱器中采用，其兩端管板的內(nèi)側(cè)面直接焊在殼體上，而根據(jù)兩端管板的外測面連接形式又分為管板兼法蘭和不兼作法蘭。前者用于管側(cè)介質(zhì)壓力及密封性能要求不高的場合即通常稱為固定管板式換熱器；后者多見于管側(cè)壓力很高或密封性能要求也高的高壓高溫?fù)Q熱器中，如合成氨系統(tǒng)中的廢熱鍋爐及合成換熱器中。本設(shè)備選取了延長部分兼作法蘭的管板。如圖為常見的兼作法蘭的管板與殼體連接結(jié)構(gòu)，根據(jù)具體情況也可選用其他形式的結(jié)構(gòu)。其使用壓力及場合主要依據(jù)焊縫是否焊透及焊縫受力情況?？珊竿附Y(jié)構(gòu)及對接焊縫使用壓力則較高，反之則較低，如圖（a）為角焊縫，無論殼體其他環(huán)焊縫質(zhì)量多高，可以采用對接雙面焊，但是進(jìn)行殼程強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，只能依這里的焊縫為最薄弱環(huán)節(jié)取用焊縫系數(shù)。管板上開槽，是使殼體容易保證與管板對中，施焊方便，這種結(jié)構(gòu)適于殼體板厚大于10mm，殼程壓力Ps≤1MPa，不適宜用于易燃、易爆、易揮發(fā)及有毒介質(zhì)的場合。圖（b）、（c）形式的焊接質(zhì)量可大大提高，因此適宜用在壓力較高（Ps≤4MPa），設(shè)備直徑較大，管板較厚的場合。圖（d）、（e）形式的使用壓力更高，一般Ps4MPa。此時(shí)管板帶有凸肩，其焊接結(jié)構(gòu)性能已由角接變?yōu)閷?，故承載能力更佳。在選定上述結(jié)構(gòu)形式時(shí)，要特別注意殼程介質(zhì)有無間隙腐蝕作用，則只能選擇圖（b）、（d）兩種不帶墊板的結(jié)構(gòu)；若殼程節(jié)奏無間隙腐蝕的作用，應(yīng)盡量選擇帶有墊板的存在間隙的結(jié)構(gòu)形式，即圖（c）、（e），它可以保證對接焊縫焊透，焊接質(zhì)量更佳。至于管板上環(huán)形圓角則完全是為 減少應(yīng)力集中。 兼作法蘭的管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)本設(shè)備直徑較大，管板較厚，殼體介質(zhì)無間隙腐蝕的作用，選擇沒有墊板的存在間隙的結(jié)構(gòu)形式。 管板與管箱的連接管板與管箱連接多數(shù)是靠法蘭連接，形式很多，隨著溫度，壓力及耐腐蝕情況不同而異。在設(shè)計(jì)中應(yīng)合理選擇不同連接形式，對設(shè)備的制造，安全及節(jié)約材料有重要的意義。固定管板式換熱器的管板與管箱法蘭的連接形式比較簡單，除了滿足工藝上要求選擇一定的密封面形式外，按壓力、溫度來選擇法蘭的結(jié)構(gòu)形式。如圖所示為三種最常見的固定管板換熱器的管板與管箱法蘭連接形式。圖（a）的結(jié)構(gòu)采用平面密封形式，且對氣密性要求不高的情況下。圖（b）采用榫槽密封面形式，適于氣密性要求較高的場合，但具有制造要求較高，加工比較困難，墊片窄，安裝不便等缺點(diǎn)，一般在中低壓較少采用，當(dāng)在較高壓下采用時(shí)，法蘭的形式應(yīng)改用長頸法蘭。圖（c）的形式時(shí)最常見的，法蘭的密封面采用凹凸面形式，視壓力高低，法蘭形式可為平焊法蘭，更多的為長頸法蘭。根據(jù)本設(shè)備的氣密性要求和為了加工方便，安裝便利，采用下面的連接方式，法蘭的密封面采用凹凸面形式，視壓力高低，法蘭形式可為平焊法蘭，更多的為長頸法蘭。 固定管板換熱器的管板與管箱的連接 第五章 換熱器的強(qiáng)度設(shè)計(jì)與校核 殼體、管箱的壁厚計(jì)算 殼體 采用Q235B，根據(jù)GB150－℃下的許用應(yīng)力[σ]t=105MP,受壓元件的焊接接頭型式是雙面焊對接接頭或相當(dāng)于雙面焊的全焊透對接接頭，其100％無損檢測下的焊接接頭系數(shù)Φ＝，局部無損檢測Φ＝，取Φ＝1。公稱直徑Di=600mm,碳鋼的腐蝕余量C2＝1mm,鋼板厚度負(fù)偏差C1＝ 管箱采用Q235B材料。根據(jù)GB1501998,℃下的許用應(yīng)力[σ]t=113Mpa 焊接接頭系數(shù)Φ＝1，公稱直徑Di=600mm,腐蝕余量C2＝1mm。 法蘭的強(qiáng)度校核 管箱法蘭墊片采用D＝645mm，d=600mm,δ=3mm的石棉橡膠墊片。由GB150－1998 表9－2查得：墊片系數(shù)m=,比壓力y=11MPa1)墊片的有效密封寬度 接觸寬度N＝22mm，基本密封寬度bO＝N/2=22/2=11mm 根據(jù)GB150－1998，當(dāng)bO，2)墊片壓緊力作用中心圓直徑 當(dāng)bO，墊片壓緊力作用中心圓直徑 DG＝D2b=6542x7=640mm3)墊片壓緊力預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FG=Fa===4)操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FG=FP===螺栓1)螺栓的布置根據(jù)GB1501998的表93，選取法蘭徑向尺寸LA＝24mm，Le＝20，螺栓最小間距2)螺栓載荷(1).預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷Wa＝Fa===(2).操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WP=F+FP=+=+=3)螺栓面積(1)預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積(2)操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積(3)需要的螺栓面積 取Aa和AP的最大值A(chǔ)m=(4)實(shí)際螺栓面積AbAb≥Am ,符合4)螺栓設(shè)計(jì)載荷(1).預(yù)緊狀態(tài)下螺栓設(shè)計(jì)載荷(2).操作狀態(tài)下螺栓設(shè)計(jì)載荷法蘭1)法蘭力矩 2)預(yù)緊狀態(tài)下的法蘭力矩3)操作狀態(tài)下的法蘭力矩2)法蘭設(shè)計(jì)力矩法蘭材料Q235B在設(shè)計(jì)溫度90℃下的許用應(yīng)力常溫下法蘭材料的許用應(yīng)力 管板厚度計(jì)算[1]. 未能被換熱管支承的面積 管板布管區(qū)面積管板布管區(qū)當(dāng)量直徑系數(shù) [2].根據(jù)前選取的結(jié)構(gòu)尺寸：寬度bf=133mm, 厚度δfˊ=32mm， 厚度δ=42mm[3].EP=Ef’=,EP=Ef”=, ES= 由δS/Di=8/600=’/Di=32/600=,查圖26得ω’=；由δS/Di=8/600=”/Di=40/600=,查圖26得ωω”=管板開孔前的抗彎剛度旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)：管板布管區(qū)當(dāng)量直徑 [4].由GB1511999的圖1圖20和圖21，按 分別查?。篊C=, Ce=, CM=[5].計(jì)算管板中心處（r=0），布管區(qū)周邊處（r=Rt）和邊緣處（r=R）d 的徑向應(yīng)力1．以殼程設(shè)計(jì)壓力Ps=,Pt=0MPa：2. 以管程設(shè)計(jì)壓力Pt=,Pt=0MPa：[6].由圖22按分別查?。害蜶=, ξT=[7].計(jì)算基本法蘭力矩Mm，操作工況法蘭力矩Mp[8].計(jì)算法蘭預(yù)緊力矩MfoPs作用下，Pt作用下，[9].計(jì)算由法蘭預(yù)緊力矩Mfo所引起的在管板中心處（r=o），布管區(qū)周邊處(r=Rt)和邊緣處(r=R)的徑向應(yīng)力1．以殼程設(shè)計(jì)壓力Ps=,Pt=0MPa：2. 以管程設(shè)計(jì)壓力Pt=,Pt=0MPa：[10]．計(jì)算設(shè)計(jì)力矩Mws和管板延長部分的法蘭應(yīng)力1