【文章內(nèi)容簡介】 查JB/T4746—2002《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號參數(shù)如下：表31 DN400標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù)DN(mm)總深度H(mm)內(nèi)表面積A(㎡)容積(m3) 封頭質(zhì)量（㎏）400125短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為6mm。 開孔補強計算在該臺固定管板式換熱器上，殼程流體的進出管口在殼體上，管程流體則從前端管箱進入，而后端管箱上則有排污口和排氣口，因此不可避免地要在換熱器上開孔。開孔之后，出削弱器壁的強度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連接性被破壞，會產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，會給換熱器的安全操作帶來隱患。因此此時應(yīng)進行開孔補強的計算。 由于管程與殼程出入口公稱直徑均為100mm，按照厚度系列，可選接管的規(guī)格為?1084，接管的材料選為20號鋼。1) 補強及補強方法判別：①補強判別：根據(jù)GB150表81，允許不另行補強的最大接管外徑是，本開孔外徑為159mm，因此需要另行考慮其補強。②開孔直徑d=di+2C=100+22=104mmDi2=200mm， (36)滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。2) 開孔所需補強面積計算：強度削弱系數(shù)； (37)接管有效厚度δet=δntC=42=2mm 。(38)開孔所需補強面積按下式計算：A=dδ+2δδet1fr (39) =104+22() =300mm2；3) 有效補強范圍B=2d=2104=208mmd+2δn+2δnt=104+26+24=124mm(310)=208mm有效高度：（a）外側(cè)有效高度為：h1=dδnt=2104==(311)（b）內(nèi)側(cè)有效高度為：h2=mindδnt=2104==0mm 。(312)4) 有效補強面積①殼體多余金屬面積： 殼體有效厚度：δc=δnC=62=4mm 。(313)則多余的金屬面積為：A1=Bhdhδheδh2δheδheδh(1frh)(314)=(208104)2 =②接管多余金屬面積： 接管計算厚度：δt=Pcdi2[σ]nt?Pc=100286= 。(315) 接管多余金屬面積：A2=A2h=2h1δetδtfr+2h2(δetC2)fr(316) =2+0 = 。③接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為4mm）：A3=21244=16mm2 。(317)④有效補強面積：Ae=A1+A2+A3=++16=116mm2 (318)5) 另需補強面積:A4=A(A1+A2+A3)== 。(319) 擬采用補強圈補強根據(jù)接管公稱直徑DN100，參照J(rèn)B/T47362002補強圈標(biāo)準(zhǔn)選取補強圈的外徑D2=200mm，內(nèi)徑D1=110mm（選用E型坡口）。因為B=208D2，則補強圈在有效補強范圍內(nèi)。補強圈的厚度為：δ39。=A4D2D1== 。(320)考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整（一般設(shè)計時都是向上圓整）取殼體和管箱上補強圈的名義厚度為4mm，即δ39。n=4mm。d=200mmδet=2mmA=300mm2B=208mmh1=δc=4mmA1=δt=A2=A3=16mm2Ae=A4=D2=200mmD1=110mmδ39。=δ39。n=4mm1 ) 補強及補強方法判別：①補強判別：根據(jù)GB150表81，允許不另行補強的最大接管外徑是，本開孔外徑為159mm，因此需要另行考慮其補強。②開孔直徑dh=di+2C=100+22=104mmDi2=200mm，（321）滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。2 ) 開孔所需補強面積計算： 強度削弱系數(shù)fr=[σ]tn[σ]t=86125=； （322） 接管有效厚度δet=δntC=42=2mm； （323）開孔所需補強面積按下式計算：Ah=dhδh+2δδh(1fr)=104+22=；（324）3 ) 有效補強范圍① 效寬度：Bh=max2dh=2104=208mmdh+2δn+2δnt=104+26+24=124mm=208mm （325）②有效高度:（a）外側(cè)有效高度為：h1h=dhδnt=1044==200mm= 。 （326）（b）內(nèi)側(cè)有效高度為：h2h=dhδnt=1044==0mm=0mm 。 （327）4 ) 有效補強面積① 管箱多余金屬面積： 管箱有效厚度：δhe=δhnC=62=4mm 。(328)則多余的金屬面積為:Ah1=Bhdhδheδh2δheδheδh(1frh) =(208104)2 =(329)②接管多余金屬面積： 接管計算厚度：δt=Pcdi2[σ]tn?Pc=100286= 。(330) 接管多余金屬面積：Ah2=2h1hδetδtfrh+2h2(δetC2) =2+0 =。(331)③接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為6mm）：Ah3=21244=16mm2 。(332)④有效補強面積： Ae=Ah1+Ah2+Ah3= ++16 =（333）5 ) 另需補強面積: Ah4=A(Ah1+Ah2+Ah3)= = 。 （334）擬采用補強圈補強根據(jù)接管公稱直徑DN100，參照J(rèn)B/T47362002補強圈標(biāo)準(zhǔn)選取補強圈的外徑D2=200mm，內(nèi)徑D1=110mm（選用E型坡口）。因為B=208D2，則補強圈在有效補強范圍內(nèi)。補強圈的厚度為：δ39。=A4D2D1== 。 （335）考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整，取殼體和管箱上補強圈的名義厚度為4mm，即δ39。n=4mm。補強方法判別：補強判別：根據(jù)GB150表81，允許不另行補強的最大接管外徑是，本開孔外徑為32mm，因此不需要另行考慮其補強dh=200mmfr=δet=2mmAh=Bh=208mmh1h=h2h=0mmδhe=4mmAh1=δt=Ah2=Ah3=16mm2 Ae=Ah4=δ39。=δ39。n=4mm 水壓試驗對于壓力容器而言,水壓試驗是很重要的一個環(huán)節(jié)，其主要檢驗壓力容器密封、承壓等性能。水壓試驗壓力應(yīng)以能考核承壓部件的強度，暴露其缺陷，但又不損害承壓部件為佳。通常規(guī)定，承壓部件在水壓試驗壓力下的薄膜應(yīng)力不得超過材料在試驗溫度下屈服極限的90％。壓力容器水壓試驗后，無滲漏、無可見的異常變形，試驗過程中無異常的響聲，則認(rèn)為水壓試驗合格。對于本設(shè)計而言：設(shè)試驗溫度為常溫，則有PT=170125= 。（336）則校核水壓試驗時圓筒的薄膜壓力σT：σT=PT(Di+δe)2δe=(400+4)24（337） =?δs=345=則說明，壓力容器承壓部件滿足設(shè)計壓力要求。PT=σT=換熱管的規(guī)格為?323，材料選為20號鋼。換熱管在管板上的排列有正三角形排列、正方形排列和正方形錯列三種排列方式。各種排列方式都有其各自的特點：①正三角形排列：排列緊湊，管外流體湍流程度高,換熱系數(shù)大，在相同的截面積下可以排列更多換熱管；②正方形排列：易清洗，但給熱效果較差；③正方形錯列：可以提高給熱系數(shù)。在此，選擇三角排列，主要是考慮這種排列排列緊湊，管外流體湍流程度高,換熱系數(shù)大，在相同的截面積下可以排列更多換熱管，換熱效果好。查GB1511999可知，換熱管的中心距S=32mm，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管的中心距為44mm；同時，由于換熱管管間需要進行機械清洗，故相鄰兩管間的凈空距離（Sd）不宜小于6mm。布管限定圓DL為管束最外層換熱管中心圓直徑，其由下式確定：DL=Dib1+b2+b (338)查GB1511999可知，b=5，b1=3，bn=12，故b2= bn+=，則 DL=4003+5+= 。排管時須注意：拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，在靠近折流板缺邊位置處布置拉桿，其間距小于或等于700mm。拉桿中心至折流板缺邊的距離應(yīng)盡量控制在換熱管中心距的（～）3范圍內(nèi)。多管程換熱器其各程管數(shù)應(yīng)盡量相等，其相對誤差應(yīng)控制在10%以內(nèi)，最大不能超過20%。相對誤差計算：?N=NcpNmin?(max)Ncp100%； (339) 其中：Ncp——各程的平均管數(shù)；Nmin?(max)——各程中最小或最大的管數(shù)。實際排管如下所示：由上圖可知，經(jīng)過實際排管后發(fā)現(xiàn)，每個管程的布管數(shù)目分別是12，12，12，12，而各管程的平均管數(shù)為48，因此可知各程管數(shù)的相對誤差是：0%在這里首先要先提到管箱。管箱作用是把從管道輸送來的流體均勻地分布到換熱管和把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器，在多管程換熱器中管箱還起改變流體流向的作用。由于所選擇的換熱器是4管程，故管箱選擇為多程隔板的安置形式。而對于換熱管束的分程，為了接管方便，采用平行分法較合適，且平行分法亦可使管箱內(nèi)殘液放盡。換熱管與管板的連接方式有強度焊、強度脹以及脹焊并用。強度脹接主要適用于設(shè)計壓力小≤；設(shè)計溫度≤200℃；操作中無劇烈振動、無過大的溫度波動及無明顯應(yīng)力腐蝕等場合。 除了有較大振動及有縫隙腐蝕的場合，強度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何場合。脹焊并用主要用于密封性能要求較高；承受振動和疲勞載荷；有縫隙腐蝕；需采用復(fù)合管板等的場合。在此，根據(jù)設(shè)計壓力、設(shè)計溫度及操作狀況選擇換熱管與管板的連接方式為強度焊。這是因為強度焊加工簡單、焊接結(jié)構(gòu)強度高，抗拉脫力強，在高溫高壓下也能保證連接處的密封性能和抗拉脫能力。管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一，用來排布換熱管，將管程和殼程的流體分隔開來，避免冷、熱流體混合，并同時受管程、殼程壓力和溫度的作用。管板的設(shè)計合理與否直接關(guān)系到換熱器的制造成本的高低及綜合性能的優(yōu)劣。由于本設(shè)計中的流體只具有輕微的腐蝕性，故采用工程上常用的16MnR整體管板。換熱器固定端的管板采用可拆式連接方式，即把管板利用墊片夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間。這樣設(shè)計可以便于對封頭部分及管束內(nèi)部清洗。符號說明： Ad——在布管區(qū)范圍內(nèi)，因設(shè)置隔板槽和拉桿結(jié)構(gòu)的需要，而未能被換熱管支承的面積，對正方形排列，Ad=n39。S()；(340)——隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)；——換熱管中心距；——隔板槽兩側(cè)鄰管的中心距；——管板布管區(qū)面積，；對多管程三角形排列換熱器，At=nS2+Ad；(341)——管板布管區(qū)內(nèi)開孔后的面積，；Al=Atnπd24；(342)——一根換熱管管壁金屬的橫截面積，；——固定端管板墊片壓緊力作用中心圓直徑，；根據(jù)所選的墊片的尺寸，且選擇其壓緊面型式為GB150表91的1a,可知密封面寬度b0=N4=4544044=；(343)則,b===，(344)故 :DG=4542=437mm；(345)Dt——管板布管區(qū)當(dāng)量直徑，mm，Dt=4Atπ；(346)d——換熱管外徑，mm；Ep——設(shè)計溫度時，管板材料的彈性模量，Mpa；Ef——設(shè)計溫度時，換熱管材料的彈性模量，Mpa；Gwe系數(shù)，按Kt39。13pa39。12和1ρt查GB151圖24；Kt——管束模數(shù)，Mpa；Kt=EtnaLDt；(347)Kt39?！苁鵁o量綱剛度，Mpa；Kt39。=KtηEp；(348)L——換熱管有效長度（兩管板內(nèi)側(cè)間距），mm；l——換熱管與管板脹接長度或焊腳高度，mm；n——換熱管根數(shù)；pa39。，pa39。=[δ]tr；pc——當(dāng)量壓力組合；Mpa；pd——管板設(shè)計壓力，Mpa；ps——殼程設(shè)計壓力，Mpa；pt——管程設(shè)計壓力，Mpa； q換熱管與管板拉脫力，Mpa；[q]——許用拉脫力，查GB151，Mpa；——系數(shù)，； (349)——管板計算厚度，；——換熱管管壁厚度，；——管板剛度削弱系數(shù)，一般可取值；——管板強度削弱系數(shù)，一般??；——系數(shù)，ρt=DtDi ； (350)——換熱管軸向應(yīng)力，Mpa；——換熱管穩(wěn)定許用壓應(yīng)力，Mpa；——設(shè)計溫度時，管板材料的許用應(yīng)力，Mpa；；——設(shè)計溫度時，換熱管材料的許用應(yīng)力，Mpa；管板厚度計算過程如下：1) 管板名義厚度計算：Ad=840(40) = ；At=48402+ = ；Al=π3224= ； a=π4do2di2=π4322262= 。