【正文】 0? mmbDD il 4 8 01025 0 02 3 ?????? （ 4）管程分程：根據(jù)設計要求，采用 2管程結構，布置形式可參照圖 27，并應考慮：盡可能使各管程的換熱管數(shù)大致相等，分程隔板槽形狀簡單，密封面長度較短。 化工系畢業(yè)（論文）設計 20 圖 27 分程隔板的布置形式示意圖 殼程進出口處的布管，應考慮殼體內壁與管束之間的流通面積和介質進出口 管處的流通面積相當。 管孔：Ⅱ級換熱器的換熱管和管孔直徑允許偏差按表 29（ b）規(guī)定。 根據(jù)表中要求，取管孔直徑為， mmd ??? 。 表 29（ b） II級換熱器換熱管和管孔直徑允許偏差 mm （ 5）拉桿孔 拉桿與管板采用螺紋連接，螺紋結構見圖 28。 圖 28 拉桿與管板的螺紋連接示意圖 螺孔深度 l2為： mmdl ? 式中： dn—— 拉桿螺孔公稱直徑， mm。 （ 6）管板密封面 換熱管 外徑 10 14 19 25 32 38 45 57 允許偏差 管板 管孔直徑 允許偏差 + 0 + 0 + 0 + 0 化工系畢業(yè)（論文）設計 21 ① 管板與法蘭連接的結構尺寸及制造、檢驗要求等按 JB 1157116482《壓力容器法蘭》的規(guī)定。 ② 分程隔板槽：槽深一般不小于 4mm；分程隔板槽寬度為：取 12mm；分程隔板槽拐角處倒 角為 45176。，倒角寬度 b為分程墊片的圓角半徑 R 加 12mm。 換熱管 （ 1）換熱管長度 ① 換熱管采用 lCrl8Ni9Ti，外徑 mmdo 19? ，內徑 mmdi 15? ，管長 ml 6? ② 由 JB/T 4717 表 4 查得 U型管換熱器系列，由參數(shù)如下： 管數(shù)： 228?tN 中心管排數(shù)： 18 管程流通面積： 2m 根據(jù)以上條件，可布管如下： 管子布置間距 225mmPt ? 12621 ?? ww nn （折流板圓缺部分中的傳熱管 122 跟， 4 跟折流板固定桿） 7?wN 排， 0?sN （沒有旁通擋板） 流板數(shù)為： 291??? BPLn 塊 折流板為缺 25%的圓缺形折流板。 （ 2）換熱管的規(guī)格和尺寸偏差 換熱管的規(guī)格和尺寸偏差按 GB 816387《輸送流體用無縫鋼管》和 GB 227080《不銹鋼無縫鋼管》的規(guī)定，常用規(guī)格如表 210。 選用Ⅱ級換熱器標準， 219 ???? ，其中厚度偏差為 15%。 表 210 常用換熱管的規(guī)格和尺寸偏差 mm 材料 鋼管標準 外徑179。厚度 mm Ⅰ 級換熱管 Ⅱ 級換熱管 外徑偏差mm 厚度偏差 外徑偏差mm 厚度偏差 不 銹 鋼 GB 227080 10179。 ? +12% 10% ? 15% 14179。 3 19179。 2 25179。 2 ? ? 32179。 2 38179。 45179。 ? ? 化工系畢業(yè)（論文）設計 22 57179。 % 1% 表 210 彎管最小彎曲半徑 minR mm 換熱管外徑 10 14 19 25 32 38 45 57 minR 20 30 40 50 65 75 90 115 圖 29 U 型半最小半徑示意圖 U形彎曲管段彎曲的最小厚度按下式計算 mmmmRdo )404 191(2)41(1 ??????? ?? （ 27） 式中： d—— 換熱管外徑， mm； R—— 彎曲管的彎曲半徑， mm； δ o—— 彎曲錢管子的最小壁厚， mm； δ 1—— 直管段的計算壁厚， mm。 殼體與管板、管板與法蘭及換熱管的連接 管板與殼體連接形式分為兩類，一是不可拆卸，如固定管板，管板與殼體使用焊接連接。一是可拆卸式，如 U 型管、浮頭及填料函是滑動管板式換熱器。 因為本設計目的是設計 U 型管換熱器，故選擇可拆式換熱器，對于可拆卸式換熱器，管板本身不直接與殼體相連，而通過殼體上法蘭或夾持在法蘭之間固定。 殼體與管板的連接 因為選擇的是可拆式連接，管板夾持在法蘭之間，因此管板 不與殼體相連。 管板與法蘭的連接 可拆式換熱器的管板，因管束經常抽出清洗、維修，所以管板與殼體不采用焊接形式，而故做成可拆式，固定在殼體法蘭與管箱法蘭之間，采用夾持形式。此情形適應于材料為不銹鋼或有色金屬制的管板，這種結構省材，且質量輕。 換熱器與管板的連接 （ 1）根據(jù)設計要求，換熱管與管板的連接采用焊接。 化工系畢業(yè)（論文）設計 23 （ 2）結構尺寸 結構型式及尺寸按表 212和圖 210 的規(guī)定 表 212 換熱管外徑 mm 換熱管外徑 d 14 19 25 32 38 45 57 伸出長度 l 1177。 177。 177。 3177。 圖 210 換熱管伸出長度示意圖 其他各部件結構 折流板和支持板 常用的折流板和支持板的形式有弓形和圓盤和圓環(huán)形兩種，本設計中采用25%Di的單弓形折流板，如圖 211。 圖 211 折流板示意圖 （ 1）折流板尺寸 弓形折流板缺口高度： 7 36 9 %25 ???? iDh mm 折流板的最小厚度按表 213 規(guī)定 取管板厚度為 5mm。 （ 2）折流板管孔 Ⅱ級換熱器折流板管 孔尺寸及允許偏差按表 214（ b）規(guī)定定，取化工系畢業(yè)（論文）設計 24 mmd ?? 。 表 213折流板的最小厚度 mm 公稱直徑 DN 換熱管無支撐跨距 l 300 300600 600900 9001200 12001500 1500 折流板最小厚度 mm 400 2 4 5 8 10 10 400700 4 5 6 10 10 12 700900 5 6 8 10 12 16 9001500 6 8 10 12 16 16 15002021 8 10 12 16 20 20 表 214（ b）Ⅱ級換熱器折流板管孔尺寸及允許偏差 mm 換熱管外徑 d 10 14 19 25 32 38 45 47 折流板管孔直徑 管孔直徑允許偏差 + + + （ 3）折流板外直徑按表 215規(guī)定，取外直徑為 mmDN 0 6 9 5)( ?? ?? 。 （ 4）折流板的布置 一 般應使管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進出口接管，其余折流板按等 距布置?？拷馨宓恼哿靼迮c管板間的距離如圖所示，其尺寸可按下式計算： 101)440()225012()4()2( 21 ????????? bBLl （ 28） 式中： L1—— 殼程接管的最小尺寸， mm； B2—— 防沖板長度， mm。 表 215 折流板外直徑 mm 公稱直徑 DN 400 400500 500900 9001300 13001700 17002021 折流板外直徑 DN6 DN8 DN10 折流板外直徑允許偏差 177。 177。 177。 當殼程為單相清潔流體時，折流板缺口應水平上下布置。 折流板按等間距布置，取 l=200mm，管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進、化工系畢業(yè)（論文）設計 25 出口接管，因換熱器殼程為純凈的氣體，因此折流板不需開通液口。 （ 5）折流板質量按下式計算： 1805)]()[()]44()4[(222222121??????????????????????????? ndndADQ fa（ 29）式中： Q—— 折流板質量， kg； Da—— 折流板外直徑， mm； fA —— 折流板切去部分弓形面積， CDA af ?? 2 ， mm； C—— 系數(shù)由 aa Dh 查表求得，查得， C=； ho—— 折流板切去部分的弓形高度， mm； 1d —— 管孔直徑， mm； 2d —— 拉桿孔直徑， mm； 1n —— 管孔數(shù)量； 2n —— 拉桿孔數(shù)量； ? —— 折流板厚度， mm。 （ 6） U 形管的尾部支撐 U形管換熱器中，靠近彎管段起支撐作用的折流板，如圖 214所示，應布置成 A+B+C 之和不大于表 216中最大無支撐跨距，超過彎管部 分時應加特殊支撐。 表 216 最大無支撐跨距 mm 換熱管外徑 d 10 14 19 25 32 38 45 57 最大無支撐跨距 800 1100 1500 1900 2200 2500 2800 3200 拉桿、定距管 （ 1）拉桿的結構形式 常用的拉桿形式有兩種，由于換熱管的外徑等于 19 mm，本設計選用拉桿定距結構，如圖 213。 化工系畢業(yè)（論文）設計 26 圖 212 折流板布置示意圖 圖 213 拉桿定距管結構示意圖 （ 2）拉桿的直徑和數(shù)量 拉桿的直徑和數(shù)量一般可按表 21 218 選用，取拉桿直徑為 12mm，拉桿數(shù)量為 8根。 表 217 拉桿直徑 mm 換熱管外徑 l 10 14 19 25 32 38 45 57 直徑 10 12 12 16 16 16 16 16 表 218 拉桿數(shù)量 mm 公稱直徑DN 拉桿直徑 400 400700 700900 9001300 13001500 15001800 18002021 10 4 6 10 12 16 18 24 12 4 4 8 10 12 14 18 16 4 4 6 6 8 10 12 化工系畢業(yè)（論文）設計 27 （ 3） 拉桿尺寸 ① 拉桿尺寸按圖 214 和表 219 確定。 ② 拉桿的長度 L按換熱器管長需要設定。 ③ 拉桿應盡量均勻布置在管束的外邊緣。 圖 214 拉桿尺寸示意圖 表 219 拉桿尺寸 mm 拉桿直徑 d 拉桿螺紋工稱直徑 nd al bl 10 10 13 40 12 12 15 50 16 16 20 60 由上表選取 15?aL ， 60?bL 防沖板 根據(jù)設計要求，在殼程設置防沖板，以減少氣流的不均勻分布和對換熱管管端的沖蝕。 （ 1）防沖板表面到圓筒內壁的距離，一般為不小于接管外徑的 1/4~1/3，取距離為 50mm。 （ 2）防沖板的直徑或邊長，應大于接管外徑 50mm，取防沖板外徑為 250mm。 （ 3）防沖板最小厚度：碳鋼為 ；不銹鋼為 3mm；取厚度為 6mm。 （ 4）防沖板的固定形式為： ① 防沖板的兩側焊在定距管或拉桿上，也可以同時焊在靠經管板的第一塊化工系畢業(yè)（論文）設計 28 折流板上； ② 防沖板焊在圓筒上； ③ 用 U形螺栓將防沖板固定在換熱管上。 鞍座的設計 根據(jù)設計要求，根據(jù)壓力容器支座的國標。 具體選擇 選擇 DN500 到 900， 120 度的包角重型帶墊板支座： Q=170KN， h=200mm 底板的參數(shù) 4601?l ， 1501?b ， 101?? 腹板的參數(shù) 82?? 筋板的參數(shù) 2503?l ， 1203?b ， 83?? 墊板的參數(shù) 弧長 =590， 2021?b ， 64?? ， e=36 螺栓間距 3302?l 化工系畢業(yè)（論文）設計 29 3 強度設計 概述 [8] 換熱器是由筒體、管箱、封頭、法蘭、管板、換熱管、支座等受力元件組成。各受力元件都需注行強度計算，以確保在 運行中安全可靠。 管板屬于管殼式換熱器中的重要元件。它的合理設汁，對于節(jié)省材料、降低成本、減少加工時間都有重要意義。由于管板受力比較復雜，影響其強度和剛度的因素很多，正確進行強度分析比較困難。 在各國規(guī)范中，溫差應力均作為二次應力考慮，對于溫差應力和壓力應力制和滿足許用值。 鋼材的選擇 由于換熱器殼體的特殊要求，不是任一種鋼均可選用，一般要采用平爐、氧氣轉爐或電爐冶煉的鎮(zhèn)靜鋼。專門用的鋼必須機械性能項目不一般，結構鋼的相應項目為多，檢驗要求也更為合格，大致要求如下： （ 1）必須采用容器用鋼。它與普 通結構鋼相比采用的冶煉標準不同，常用的結構鋼為 16MnR 等。 （ 2）必須采用鎮(zhèn)靜鋼。這種鋼脫氧比較安全，鋼中雜質較少，所以，重要的承壓元件均采用此類鋼。 殼體、封頭、法蘭及開口補強 殼體的設計 （ 1）殼體的設計 表 31 設計條件 設計壓力 P（ MPa） 設計溫度 t（ C? ） 130 筒體內徑 iD （ mm） 500 腐蝕余量 2C （ mm） 筒體材料 Q235B 焊縫系數(shù) ? 在 GB 15198 中表 21，假設在設計溫度下 Q