【文章內容簡介】 取試驗溫度為常溫20℃，筒體水壓試驗壓力 MPa. （36） 則在試驗壓力下殼程圓筒的薄膜應力： MPa （37）殼程所用材料20R在常溫時的屈服極限 245 MPa，故： Mpa （38） 水壓試驗安全 管箱法蘭設計換熱器常采用的法蘭結構形式有平焊法蘭和對焊法蘭，法蘭的密封面形式分為平面、凹凸面和榫槽面。法蘭的結構形式和密封面形式可根據使用介質，設計壓力，設計溫度和公稱直徑等因素來確定。根據HG205831998《鋼制化工容器結構設計規(guī)定》，采用凹凸面連接，對于管箱法蘭，我們選用凹面法蘭見圖32。圖32 等徑平焊鋼制法蘭根據反應器的結構需要，管箱法蘭選擇標準法蘭。選擇甲型平焊法蘭JB/4701—92 A 1200—，密封面形式為凹型?？蛇x取的法蘭標準見表31 由=，可選取的法蘭標準見表31表31 法蘭標準DND12001395134012981278127584hadR185482130152232 管板與殼體、管箱、反應管的連接結構設計 殼體與管板的連接結構殼體與管板的連接形式，分為兩類：一是不可拆式，如固定式管板換熱器，管板與殼體是用焊接連接；一是可拆式，管板本身與殼體不直接焊接，而通過殼體上法蘭和管箱法蘭夾持固定。本設計根據反應器的結構需要選擇可拆式的連接方式。 管箱與管板的連接結構管箱與管板的連接結構形式較多，隨著壓力的大小、溫度的高低以及物料性質、耐腐蝕情況不同，連接處的密封要求，法蘭形式也不同。本設計所用的固定式管板與管箱的連接結構較簡單，采用螺栓法蘭結構連接，考慮的管程介質的密封要求以及加工制造方便性，法蘭之間采用凹凸面密封形式。本設計考慮到反應器的密封性能要求較高且管板要承受管束振動及疲勞載荷的作用，因此采用脹焊結合的連接結構，先進行強度焊后加貼脹。強度焊是保證列管與管板連接的密封性能及抗拉脫強度，貼脹是消除列管與管孔之間縫隙的輕度脹接。 管板法蘭及管板的結構設計 根據反應器的初步結構確定，本設計采用固定式管板兼做法蘭。如圖33圖33管板與殼體、管箱的連接方法管箱法蘭與管板法蘭通過螺栓連接，螺栓數目為36，螺栓材料為40MnB。根據反應器法蘭的結構需要，選取纏繞墊與法蘭、緊固件選配表見表32表32 墊片、法蘭、緊固件選配表墊片型式使用壓力密封面型式密封面表面粗糙度法蘭型式最高使用溫度緊固件型式緊固件材料牌號纏繞墊凹面帶頸平焊法蘭， 650雙頭螺柱25Cr2MoNA墊片采用JB/4702—92 石棉纏繞片。墊片系數m=2,比壓 y=11,按GB150—1998表91壓緊面形式1a，其標準尺寸為：。如圖34 墊片接觸寬度為: （39）圖34墊片的校核A墊片有效寬度: （310） 墊片有效密封寬度: （311） B墊片壓緊力作用中心圓直徑:由GB15098圖91所示活套法蘭知，墊片壓緊力作用中心圓直徑即是法蘭與翻邊面的平均直徑。當時，等于墊片接觸的外徑減去， （312） C墊片壓緊力，由GB15098知：① 預緊狀態(tài)需要的最小墊片壓： （313） ② 操作狀態(tài)需要的最小墊片壓緊力： （314） 等頭雙頭螺栓的選型由JB/T47072000取螺栓材料為35CrMoA，螺母材料為25CrMoA。且由JB/T47032000取螺栓規(guī)格為，伸出長度為，其具體尺寸按零件圖中規(guī)定。如圖35 圖35 管板法蘭的選型及校核[3]法蘭的材料由JB4726知可選取鍛件，其中， 法蘭力矩預緊狀態(tài)下的法蘭力矩： （315） 式中： （316） （） （317） （318） （319） 而為作用于法蘭內徑截面上的流體壓力引起的軸向力： （320） （321）為流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭截面上的流體壓力引起的軸向力之差： （322） 故： （323）② 法蘭設計力矩 （324） （325） ③ 法蘭應力（整體法蘭的應力） a. 軸向應力： 326 形狀參數： （327） （328） 法蘭內外徑比值： （330） 由GB15098圖93得： 由GB15098圖94得： 由GB15098圖97得： 由，在GB15098查表75，得表33：表33U （331） 332 （333） （334） （335） （336） （337）綜上所得： （338）滿足要求。b. 徑向應力： 法蘭有效厚度：， （339） 滿足要求。 c. 切向應力： （340） 滿足要求。 綜上所述，法蘭校核滿足要求。 管板的強度校核按照GB151 《管殼式換熱器》的管板計算程序，分別對只有管程壓力作用的情況以及只有殼程壓力作用的情況下分為考慮膨脹差和不考慮膨脹差等四種危險組合工況對管板的各種應力進行強度校核計算。 第一種計算工況（殼程壓力作用下無溫差的工況）：Ps= Pt= 不記入熱膨脹差。 γ=, =當量組合壓力 Pc=PsPt(1+β)=有效壓力組合 Pa=+βγEtt ==基本法蘭力矩系數m= （341） 管板邊緣力矩系數=m++= 管板邊緣剪切系數υ=ψ==管板總彎矩系數 （342）= （343）=max(,),當m＞0時，按K和m查圖55實線，得，==管板布管區(qū)周邊剪切應力系數 （344）管板徑向應力系數 （345） 管板布管區(qū)周邊處徑向應力系數 （346）殼體法蘭力矩系數管板徑向應力2=2 =管板材料在設計溫度下的許用應力=142MPaσr≤[σ]pt =147= 合格管板布管區(qū)周邊處徑向應力2 =2=σrˊ≤[σ]pt = 合格管板布管區(qū)周邊剪切應力τp= （347）=τp≤[σ]pt =147= 合格殼體法蘭應力2=2=σf≤[σ]ft=147= 合格殼體圓筒軸向應力 （348）= σc≤φ[σ]ct=159= 合格換熱管軸向應力==σt≤=111=111MPa 合格換熱管與管板連接拉脫力q= q≤[σ]tt =111= 合格結論:第一種計算工況全部應力合格. 第二種計算工況(殼程壓力作用有溫差工況)：Ps=,Pt=。記入熱膨脹差.設定換熱器組裝溫度為20℃換熱管在金屬溫度下的熱脹系數 αt=17106mm/(mm℃)殼體在金屬溫度下的熱脹系數 αs=106mm/(mm℃)換熱管與殼程殼體的熱膨脹變形差率： （349）=17106(10520) 106(11520) ==206000= 當量組合壓力 Pc=PsPt(1+β)==有效壓力組合 Pa=+βγEtt =+=基本法蘭力矩系數== （350）管板邊緣力矩系數=m++=管板邊緣剪切系數管板總彎矩系數 （351）G1e=G1=max(G1e,),當m＞0時,按K和m查圖55實線,得＜G1eG1=G1e=管板布管區(qū)周邊剪切應力系數 （352）管板徑向應力系數 （353）管板布管區(qū)周邊處徑向應力系數 （354）= 殼體法蘭力矩系數管板徑向應力2=2=[σ]pt =3147=441MPa 合格管板布管區(qū)周邊處徑向應力2 =2 =3[σ]pt =3147=441MPa 合格管板布管區(qū)周邊剪切應力 （355）= MPa [σ]pt =147= 合格殼體法蘭應力 2 =2=[σ]pt =441MPa 合格殼體圓筒軸向應力 （356）= [σ]ct=3159= 合格換熱管軸向應力σt= （357）=σt≤[σ]cr= 合格換熱管與管板連接拉脫力q= （358）q≤[σ]tt =111= 合格結論:第二種計算工況全部應力合格. 第三種計算工況（管程壓力作用下無溫差的工況）：Ps= Pt= 不記入熱膨脹差。= ； =當量組合壓力Pc=PsPt(1+β)=（1+）=有效壓力組合Pa=Ett = =基本法蘭力矩系數= （359）管板邊緣力矩系數管板邊緣剪切系數 （360）管板總彎矩系數 （361）系數當m0時=系數當m0時,按K==因為超界, K==+=+=管板布管區(qū)周邊剪切應力系數