【導讀】本文主要是根據(jù)給定的參數(shù)和工藝要求來設計相應的管殼式換熱器。管換熱器，確定換熱器參數(shù)。然后進行結(jié)構(gòu)設計和強度計算，進行四種工況。校核，其結(jié)果都滿足要求。最后進行接管補強，水壓試驗，結(jié)果都滿足要求。根據(jù)標準選取接管、法蘭、鞍式支座、墊片等。制設備總圖及零部件圖。其中包括換熱器總圖，管束圖，折流板零件圖，管

　　

【正文】 材料 35 rMoAC ? ? 2m1 tb= =3866 mmPFFA ?????? 2am2b= =4004 mmWA ????? 許用應力 bt =228PMa????? m 嗎AA? 或 m2A （取兩者較大值）為 4004mm2 tb =206PMa????? f =178PMa????? f =178PMa????? 1=39C? ? ? ?mb b0 . 5 = 1 6 8 9 3 6 6W A A N????? ?? 操作情況下法蘭受力 力臂 力矩 601663DCF D PN?? ? ?b fi1 =36 .5 mm2DL D D?? 72 . 1 9 6 1 0 m mD D DM F L N? ? ? ? ? 172478GPF F N?? ? ?b fi1 =2 9. 5mm2GL D D?? 10 mmG G GM F L N? ? ? ? 22628TDF F F N? ? ? ? ?1 =33mm2T D GL L L?? 10 mmT T TM F L N? ? ? ? r1cot =16645DF F N?? fr 1 l=1mm2 2 c o sL ? ? ?? ? ? 6r r r 10M F L N M? ? ? ? 第 3 章 浮頭式換熱器的強度計算 25 操作情況下法蘭總力矩： r =4274194 mmP D G TW W W W W N? ? ? ? ? 預緊螺栓時法蘭受力 力臂 力矩 16896366GF W N?? ? ?b1 29 .5 mm2GGL D D? ? ? 7a = 10 mmGGM F L N? ? ? ? ?2c fi 204 6 . 5 8 5 m m8 i fiP t f fifP D R DJ DD? ????? ??? 操作狀態(tài)： 2f 0 f ia tf 0 f ifif5 2 0 m mPM D DJ DDD? ?????????? ???? 預緊狀態(tài)： 2a f 0 f iaf 0 f ifif6 0 6 7 m mM D DJ DDD? ?????????? ???? 法蘭厚度 操作狀態(tài)： 22fp =L+ =32mmPJL? ? 預緊狀態(tài)： 2fa= =? 法蘭厚度 f? 取 fp? 與 fa? 之大者，且不小于球冠形封頭名義厚度 n? 的兩倍。 (4)綜合內(nèi)壓及外壓的計算結(jié)果取大值，確定 f? 。 根據(jù)內(nèi)外壓工況計算結(jié)果，故取 f =78mm? 此時考慮雙面腐蝕，有 mm860 . 32281 ???????fn? 查 151GB 選 B 型鉤圈， 161 ???? ? 為鉤圈設計厚度， mm ； 1? 為浮動管板厚度， mm ； 則 mm721656161 ????? ?? 分程隔板 由于是多管程換熱器，故此處需要用到分程隔板。查 151GB 可知：分程隔板槽槽深 mm4? ，取為 mm5 ,槽寬為 mm12 ，取分程隔板的最小厚度為mm12 。 其他結(jié)構(gòu)的選擇 支座選擇 燕山大學里仁學院畢業(yè)設計（論文） 26 鞍式支座如圖 29所示。鞍式支座在換熱器上的布置，因 3000mmL? ，取 ( ~ )BLL? 。 采用雙支座時，一個鞍座為固定支座，地腳螺栓為圓孔；另一個鞍座為活動支座，地腳螺栓為長圓孔，配合兩個螺母，第一個螺母擰緊后，倒退一圈，然后再用第二個螺母鎖緊。這樣，可以使設備在溫度變化是自由伸縮。如圖示： δ 4Ⅰ型Ⅱ型 圖 31 鞍式支座 JB/,鞍座 BI 600S 材料 Q345R 置于對稱分布的鞍座上臥式容器所受的外力包括載荷和支座反力。容 器受重力作用時，雙鞍座臥式容器可近似看成支承在兩個鉸支點上受均布載荷的外伸簡支梁 支座的安放位置也有一定的標準，一般支座與殼體端面的距離 A，L 為殼體的長度。 查 JB/ 標準，在 DN500mm~900mm、 120o包角重型帶墊板或不帶墊板鞍式支座結(jié)構(gòu)。 法蘭選擇 殼體的接管法蘭的選擇 壓力容器法蘭是壓力容器的常用部件，是連接壓力容器部件的基本元件。法蘭應該是個組件，包括法蘭墊片和連接螺栓或螺柱以及螺母。其作用是使不同的受壓元件組合在一起，同時保證連接部 位不產(chǎn)生泄露。 第 3 章 浮頭式換熱器的強度計算 27 本次設計的換熱器公稱直徑為 800mm，設計壓力為 ,參考設計標準應當選擇對焊法蘭。 殼體法蘭 我國壓力容器行業(yè)，壓力容器法蘭分類主要按結(jié)構(gòu)形式進行劃分。本設計采用對焊法蘭。 殼體接管采用平頸對焊法蘭，由于管箱、殼體、浮頭箱直徑都不一樣，因此在選用法蘭時，不能只按標準選取。如圖 6 為殼體與浮頭箱的對接法蘭， DN=800mm 的是按標準選取的。 管箱接管法蘭選擇 管箱接管采用平頸對焊法蘭，如圖示： 圖 42 接管法蘭 設計尺 寸按化工機械標準設計 常用的拉桿結(jié)構(gòu)有兩種，拉桿定距管結(jié)構(gòu)和拉桿折流板點焊結(jié)構(gòu)。這里選用拉桿定距管結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑大于或者等于 19mm 的管束。如圖所示： 燕山大學里仁學院畢業(yè)設計（論文） 28 圖 43拉桿定距管結(jié)構(gòu)簡圖 拉桿的直徑和數(shù)量 拉桿的直徑和數(shù)量可以按 GB151《管殼式熱交換器設計手冊》 表 43 和表 44 選用 因為換熱管的外徑為 d=19mm 由表得拉桿直徑選擇為 nd =12mm 進一步選擇拉桿的數(shù)目 8 Lb=60mm La=15mm d=12mm 在保證大于或者等于所給定的拉桿中截面積的前提下，拉桿的直徑和數(shù)量可以變動，但其直徑不得小于 10mm，數(shù)量不得小于 4 根。 拉桿的長度按需要確定。 拉桿的布置 拉桿應盡量均勻布置在管束的外邊緣。對于大直徑的換熱器，在布管區(qū)內(nèi)或者靠近折流板的缺口處應布置適當數(shù)量的拉桿，任何折流板應不少于 3 個支撐點。 防沖與導流 管程設置防沖板的條件 當管程采用軸向入口接管或換熱管內(nèi)流體流速超過 3m/s 時，應設置防沖板，以減少流體不均勻分布和對換 熱管端的沖蝕。因為本設計管內(nèi)水流速為 ，所以不需要設計防沖擋板。 第 4 章 管殼式換熱器檢修、安裝、使用和維修 29 第四章 管殼式換熱器檢修、安裝、使用和維修 概述 設計確定后，制造質(zhì)量是換熱器最終建造質(zhì)量的重要組成部分。因此，換熱器制造單位必須按照《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（ 1999 版）的規(guī)定具備健全的質(zhì)量保證體系，并持有國家主管部門頒發(fā)的批準書和許可證。在全國制造過程中接受安全監(jiān)察機構(gòu)（或其授權(quán)的檢驗機構(gòu)）的全面監(jiān)督。如果建造主要制造監(jiān)理時（監(jiān)理內(nèi)容在合同中商定）制造單位還應配合業(yè)主做好監(jiān)理。 制造完成后，制造單位必須向業(yè)主 提供完整的制造出廠資料，資料應符合國家標準的規(guī)定，并附有安全監(jiān)察機構(gòu)的監(jiān)督檢驗報告。還應向業(yè)主提供監(jiān)督檢驗機構(gòu)打好鋼印的產(chǎn)品銘牌。 檢測 接接頭先經(jīng)形狀尺寸及外觀檢查合格后，再進行無損檢測，所有 A、 B類焊縫應進行 20%的射線或局部超聲檢測，檢測長度不小于 250mm?？v焊縫和環(huán)焊縫相交叉部位必須進行無損檢測，對焊縫交叉部位及開孔區(qū)將被其它元件覆蓋的焊縫部位必須全部檢測；對經(jīng)過局部超聲或射線檢測的焊接接 頭，如果在檢測部位發(fā)現(xiàn)超標缺陷時，則應進行不少于該焊縫接頭長度10%的補充局部檢測，且不少于 250mm，如仍不合格，則應對該焊接接頭全部檢測，另外，對于公稱直徑大于或等于 250mm的接管對接接頭的無損檢測比例及合格級別應與殼體主體焊縫焊縫要求相同；對于公稱直徑小于250mm，其壁厚小于 28mm時僅做表面無損檢測，合格級別為 Ⅰ 級。 安裝、使用、維修 安裝換熱器得基礎必須足以使換熱器不發(fā)生下沉，安裝時采用混泥土基礎，換熱器通過鞍式支座由地腳螺栓將其與基礎牢固的連接起來。在裝燕山大學里仁學院畢業(yè)設計（論文） 30 換熱器之前應嚴格地進行基礎質(zhì)量的檢查和驗收工作，主要項目如下：基礎表面狀況；基礎標高、表面位置、形狀和主要尺寸以及預留孔是否符合設計要 求；地腳螺栓的位置是否正確，螺紋情況是否良好，螺帽和墊圈是否齊全；放置墊圈的表面是否平整等。 基礎驗收完后，需在安裝換熱器之前在基礎上放墊鐵，安放墊鐵處的基礎表面必須鏟平，以使兩者很好得接觸。 本章小結(jié) 本章主要介紹了筒體、法蘭、管束、管箱的組裝和焊接問題，另外稍微介紹了一點檢測和安裝、使用和維修時注意的問題。 結(jié)論 31 結(jié)論 這次畢業(yè)設計首先根據(jù)所給的任務書查閱相關書籍 、 了解換熱器的背景和現(xiàn)階段的主要成果。首先查閱相關書籍資料，確定兩介質(zhì)的物性數(shù)據(jù)，然后對管殼式換熱器進行工藝計算 。 確定固定管板式換熱器為 4 管程，以及換熱管 Φ192，傳熱面積 S=184 ㎡， DN800，換熱管長度 L=5500mm，初步定折流板間距為 320mm，管程接管尺寸為φ 194 9mm，殼程接管尺寸φ 194 6mm，固定管板厚為 44mm，外徑為 863mm，鉤圈厚為 44mm，外徑計算為 880mm，內(nèi)徑為 762mm。為通過壓強將校核和總傳熱系數(shù)校核確定所選換熱器型號符合要求。按標準選取 接管，封頭，法蘭，墊片，支座，折流板的形式和尺寸。最終確定了工藝結(jié)構(gòu)尺寸，在之后根據(jù) GB1519 GB15098等有關換熱器設計的書籍對換熱器的 結(jié)構(gòu)進行設 計和 強度進行了校核， 包括筒體壁厚和標準橢圓封頭壁厚的計算，得出壁厚均為 8mm；水壓試驗和殼體的強度校核，其都滿足要求；四種危險工況的校核，都滿足要求；開孔補強，經(jīng)過計算，接管不需補強。 并了解了一些管殼式換熱器的檢驗，安裝和維修知識。最后進行換熱器的繪圖 。 經(jīng)過計算和校核，選取此型號的固定管板式列管換熱器滿足工藝要求和強度要求，所以此換熱器合格。 燕山大學里仁學院畢業(yè)設計（論文） 32 主要參考文獻 [1]姚玉英，陳常貴，柴誠敬編著 .化工原理（第 2 版） [M].天津：天津大學出版社， [2]賈紹義，柴誠敬主編 .化工原理課程設計 [M].天津：天津大學出版社， [3]秦叔經(jīng)，葉文邦等編 .換熱器 [M].北京：化學工業(yè)出版社， [4]全國壓力容器標準化技術(shù)委員會編 .GB1511999《管殼式換熱》標準釋義[M].昆明：云南科技出版社， [5] 著 .換熱器設計手冊 [M].錢頌文等譯 .北京：中國石化出版社，2020 [6] 中國石化集團上海工程有限公司編 .化工工藝設計手冊（第四版） [M].北京：化學工業(yè)出版社， [7] 于風葉，史紅剛 . 管殼式換熱器的設計原則 [J].石油化工設計 ,2020,26(4):1921 [8]周蕾 .固定管板式換熱器的研究與優(yōu)化 [D].青島，青島科技大學化工過程機械專業(yè)， 2020. [9] 鄭津洋，董其伍，桑芝富主編 .過程設備設計（第 2版） [M]. 北京：化學工業(yè)出版社， [10].GB150《鋼制壓力容器設計標準》石油化工出版社 ,2020,26(4):1921 [11].GB151《管殼式熱交換器設計手冊》北京：化學工業(yè)出版社， [12].JB/ 標準北京：化學工業(yè)出版社， [13].JB/T470047072020壓力容器法蘭 石油化工設計2020,26(4):1921 致謝 33 致謝 在近 四 個月的畢業(yè)設計過程中，我的導師 和同學們 給予了我很多 的幫助和支持。 喬 老師積極地指導我們，努力引導我們搜集相關的資料和書籍解決我們畢業(yè)設計遇到得問題。 雖然我是這個組里唯一一個做設計的，但 在整個畢業(yè)設計過程中，導師既鼓勵我獨自思考問題和解決問題，又熱情幫助我解決所碰到的問題 ，幫我找其他老師一起輔導我。 此次設計中，我學到了很多東西。 我通過查閱大量相關資料，與同學交流經(jīng)驗，向老師請教等多種方式， 在設計中 才明白很多以前學過的東西是應該這樣應用的 ，還有以前不懂得知識問題這次也解決可 。 深深地知道做設計的不易，不僅要了解設備的結(jié)構(gòu)，還要了解各個部件的特殊設計，材料的選擇。此 次設計大大增強了我的 自 學以及接受新知識的能力，也補充了以前學習中的不足，增強了對所學專業(yè)知識的理解， 知道如何去設計它，如何組裝等等細節(jié)為問題 。由于經(jīng)驗以及所學知識的有限，對一些知識和問題理解不夠深刻，設計中有很多不足之處，這需要我更努力學習，積累經(jīng)驗，不斷提高自己的能力。 選擇做設計，提高了我的動手能力，也讓我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難 和樂趣。雖然這個設計做的不是很好，但是在設計過程中所學到的東西是我這次畢業(yè)設計的重大收獲和財富。 特別要感謝我的指導老師 們 ，孫老師傾心的指導，喬老師的尊尊教誨，郭老師的細心解答。 我 深深地 感受到老師 們 的兢兢業(yè)業(yè)的精神，以及 他們 平易近人的性格。最后還要感謝其他同學 ，沒有我們大家的努力和相互學習不可能完成設計，謝謝大家！ 給了我一溫馨圓滿的大學生活。再次真心的感謝。 燕山大學里仁學院畢業(yè)設計（論文） 34 附錄 1 燕山大學里仁學院 畢業(yè)設計（論文）開題報