【導(dǎo)讀】本次設(shè)計(jì)是水解塔第一預(yù)熱器，是屬于換熱器中的一種。換熱器的主要作用是使。熱量在高溫流體與低溫流體之間進(jìn)行傳遞。從而使流體溫度達(dá)到工藝過程規(guī)定的指。標(biāo)，以滿足工藝上的需要。它在石油、化工、食品、動(dòng)力以及其它許多部門都有著。目前應(yīng)用最為廣泛的是管殼式換熱器，本課題詳細(xì)介紹了固定管板式。它以流體的物性參數(shù)和生產(chǎn)量及工藝要求為基礎(chǔ)，通過。計(jì)算和依據(jù)相應(yīng)的系列標(biāo)準(zhǔn)確定了固定管板式換熱器的基本型式。固定管板式換熱器主要由外殼、封頭、管板、拉桿、定距桿、折流。板、法蘭等部件組成。在加工制造方面，對(duì)各部件的加工，對(duì)管子與管板的連接、此外，還涉及到了固定管板式換熱器的檢驗(yàn)、安裝、使用和維修方面的內(nèi)容。

　　

【正文】 外徑 厚度 內(nèi)環(huán) 厚度 比壓力 系數(shù) PN= DN= 250mm D1= D2= D3= T= T1= Y=69Mpa M= 墊片基本密封寬度00 3 1( ) 4 ( 3 2 3 . 9 2 8 5 . 7 4 = 9 . 5 5 m m b 6 . 4 ,b D D m m? ? ? ? ?） ， 因 為 則墊片有效密封寬度 b= 02 . 5 3 2 . 5 3 9 . 5 5 7 . 8 2b m m? ? ?,墊片的壓緊力作用中心圓直徑： 3 2 3 2 3 . 9 2 7 . 8 2 3 0 8 . 3GD D b m m? ? ? ? ? ? 螺栓載荷及法蘭力矩的計(jì)算 ① 螺栓載荷：預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 Wa按 GB1501998 式 94計(jì)算， 第 19 頁 則 3 . 1 4 3 0 8 . 3 7 . 8 2 6 9 5 2 2 3 4 6 . 9aaW F N? ? ? ? ? ? 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓 載荷 Wp 為： 22W p 0 . 7 8 5 6 . 2 8 0 . 7 8 5 3 0 8 . 3 1 . 8 6 . 2 8 3 0 8 . 3 7 . 8 2 3 1 . 8 2 1 6 0 6 2 . 7GGD P c D b m P c N? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ②螺栓面積：預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓 面積? ? 252 23 46 .9 229122 p m m?? ? ? 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積? ? 22 1 6 0 6 2 .7 9 8 0 .32 2 0 .4tbWpA p m m?? ? ? 則所需螺栓總截面積 2 2 23. 1416 23 .8 71 14 .544bA n dl m m?? ? ? ? ? ③螺栓的設(shè)計(jì)載荷：預(yù)緊狀態(tài)螺栓設(shè)計(jì)載荷 W按 GB1501998 式 98計(jì)算，即 ? ? 222 91 71 14 .5 23 .8 10 72 22 722G bA m A bW F N???? ? ? ? ? 操作狀態(tài)螺栓設(shè)計(jì)載荷按式 99計(jì)算，即 W=Wp= ④法蘭力矩計(jì)算 受力計(jì)算： 22220 .7 8 5 0 .7 8 5 2 6 1 1 .8 9 6 2 5 56 .2 8 6 .2 8 3 0 8 .3 7 .8 2 3 1 .8 8 1 7 5 8 .60 .7 8 5 0 .7 8 5 3 8 0 4 9 .1D i cG P G cT D G c i cF D p NF F D b m p NF F F D p D p N? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? 力臂計(jì)算： 10 . 5 3 8 0 . 5 3 0 5 3DAL L m m?? ? ? ? ? ? 10 . 5 ( ) 0 . 5 ( 3 8 7 . 5 3 0 8 . 3 ) 3 9 . 60 . 5 ( ) 0 . 5 ( 3 8 3 0 3 9 . 6 ) 5 3 . 8G b GT A GL D D m mL L L m m?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? 力矩計(jì)算： 9 6 2 5 5 5 3 5 1 0 1 5 1 5 . 0D D DM F L N m m? ? ? ? 8 1 7 5 8 . 6 3 9 . 6 3 2 3 7 6 4 0 . 6G G GM F L N m m? ? ? ? 3 8 0 4 9 . 1 5 3 . 8 2 0 4 7 0 4 1 . 6T T TM F L N m m? ? ? ? 操作狀態(tài)下的法蘭力矩 D G TM M M M N m m? ? ? ? 預(yù)緊狀態(tài)下的法蘭力矩 1 0 7 2 2 2 7 3 9 . 6 4 2 4 6 0 1 8 9 . 2aGM W L N m m? ? ? ? ⑤法蘭的設(shè)計(jì)力矩 第 20 頁 法蘭的設(shè)計(jì)力矩 0M 取 ? ? ? ?tpa ffMM ??和 之 間 的 大 值 ， 經(jīng) 計(jì) 算 0M 3 2 2 2 9 1 3 4 N m m? 法蘭應(yīng)力的計(jì)算 ① 計(jì)算條件的確定： 已知所設(shè)計(jì)的管箱法蘭為長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，可按 GB1501998中 章節(jié)的計(jì)算方法計(jì)算，對(duì)于整體法蘭、帶頸對(duì)焊法蘭以及按整體法蘭計(jì)算的任意式法蘭按下列公式計(jì)算： 軸向應(yīng)力計(jì)算： 021H ifMD? ??? （ 913） 徑向應(yīng)力計(jì)算： 02( 3 1)feR fe ie MD?? ?? ?? （ 914） 切向應(yīng)力計(jì)算： 02TRfeYM zDi????? （ 915） 形狀常數(shù)的確定： 00 2 6 1 6 3 9 . 5 7ih D m m?? ? ? ? h∕ 0 60h? ∕ = 0 4 4 5 2 6 1 1 .7 0 5iK D D? ? ? 10 30 6 5???? 換熱器所選的法蘭是整體法蘭，查 GB1501998 中圖 93 和圖 94 得出0 . 5 5 2 0 0 , 0 . 0 2 4 2 6IIFV??（整體式法蘭系數(shù)），由形狀系數(shù) K 查 GB1501998 得出系數(shù) 1 . 6 2 3 , 3 . 0 4 9 , 3 . 8 1 3 , 4 . 1 9 0 .T Z Y U? ? ? ?參數(shù) e按 GB1501998 表 96計(jì)算，即 e= 0 ? 。 由形狀系數(shù) 10??值查 GB1501998 圖 97 得整體式法蘭頸部應(yīng)力校正系數(shù) f（法蘭頸部小端應(yīng)力與大端應(yīng)力的比值），當(dāng) f1 時(shí)，取 f=。 對(duì)于整體式法蘭 ： 系數(shù) 221 0 01 39 .5 7 6 24 60 32 . ?? ? ? ? ? 系數(shù) 31(f fd????? 為成型法蘭厚度）； 系數(shù) 1 0 .6 7 1 1 .6 7fe??? ? ? ? ?(fe? 為法蘭最小端計(jì)算厚度等于筒體計(jì)算厚度）； 系數(shù) 。T???? 第 21 頁 系數(shù) 4 1 。3 fe??? ? ? 系數(shù) 。? ? ?? ? ? ②法蘭應(yīng)力計(jì)算： 將所有相關(guān)數(shù)值代入到上式 91 91 915 計(jì)算得： 軸向應(yīng)力： 0221 1 .0 3 2 2 2 9 1 3 4 9 2 .71 .4 8 3 0 2 6 1H ifM M p aD? ?? ?? ? ??? 徑 向 應(yīng) 力 ：022( 1. 33 1 ) ( 1. 33 48 0. 01 39 5 1 ) 32229134 . 48 48 26 1feR fe ie M M paD?? ?? ? ? ? ?? ? ? ??? 切向應(yīng)力： 022 3 . 8 1 3 3 2 2 2 9 1 3 4 2 . 0 4 9 6 8 . 4 6 6 4 . 14 8 2 6 1TRfeYM z M p aDi??? ?? ? ? ? ? ?? 綜合應(yīng)力： ? ?0 . 5 ( ) , 0 . 5 ( ) , 8 0 . 6 0H R H TM A X M p a? ? ? ? ? ?? ? ?取 經(jīng) 過 計(jì) 算 法蘭應(yīng)力校核 1．軸向應(yīng)力校核 ： ? ? ? ?H 1 .5 2 .5ttfn? ? ?? 與 之 小 值 ??tn? —— 筒體材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力， ? ? 118 。tn Mpa? ? ??tf? —— 法蘭材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力， ? ? 89 。tf Mpa? ? ? ?9 2 . 7 1 . 5 1 . 5 8 9 1 3 3 . 5tH fM p a M p a??? ? ? ? ? 滿足要求，校核合格。 2．徑向應(yīng)力校核： ? ?6 8 . 4 6 8 9tR fM p a M p a??? ? ? 滿足要求，校核合格。 3．環(huán)向應(yīng)力 校核 ? ?6 4 . 1 0 8 9tT fM p a M p a??? ? ? 滿足要求，校核合格。 4．綜合應(yīng)力校核： ? ?8 0 . 6 0 8 9tfM p a M p a??? ? ? 滿足要求，校核合格。 綜 上所述 ，法蘭校核結(jié)果合格（整體式法蘭，不考慮剪應(yīng)力的計(jì)算與校核），故所選用的管箱法蘭滿足要求。 管板的設(shè)計(jì) 管板是管殼式換熱器的主要部件，管板的設(shè)計(jì)是否合理 對(duì)確保換熱器的安全運(yùn)行、節(jié)約金屬材料，降低制造成本是至關(guān)重要的。 而管板的結(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜的，換熱器設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度及以后使用的可靠性都與管板的設(shè)計(jì)有關(guān)。首先在設(shè) 第 22 頁 計(jì)管板時(shí)先選定合適的結(jié)構(gòu)形式再進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸和強(qiáng)度尺寸的確定。根據(jù)本次設(shè)計(jì)管板優(yōu)先選用管板兼做法蘭，管板形式為整體管板，而管板與殼程圓筒 、管箱圓筒之間的連接方式有六種管板結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，我們 選用其中的（ e）型連接方式如下圖所示： 即管板與殼程圓筒連為整體，其延長(zhǎng)部分兼做法蘭 ，并且與管箱法蘭用螺栓、墊片連接 ?？紤]到法蘭力矩 的作用對(duì)管板應(yīng)力的影響。法蘭必須有足夠的剛度，保證密封要求。 固定管板的結(jié)構(gòu)圖如下： 由結(jié)構(gòu)圖可以看出管板與法蘭連接的密封面為凸面。 Ps∕ Mpa Pt∕ Mpa DN D D1 D4 D5 d 2 螺栓（柱） b fb 規(guī)格 數(shù)量 273 445 257256 27 M27 16 42 24 第三章 管殼式換熱器的強(qiáng)度計(jì)算 設(shè)計(jì)計(jì)算條件的確定 殼程圓筒 殼程設(shè)計(jì)壓力 Mpa? 殼程設(shè)計(jì)溫度 170ST? ℃ 平均金屬溫度 ts=℃ 裝配溫度 0 15t ? ℃ 第 23 頁 殼體圓筒內(nèi)直徑橫截面積 ： A= 2 2 20 .2 5 3 .1 4 2 6 1 5 3 4 7 5iD m m? ? ? ? ? 殼程圓筒金屬橫截面積： 2( ) 3 . 1 4 6 ( 2 6 1 6 ) 5 0 3 0 . 3s s i sA D m m? ? ?? ? ? ? ? ? 殼體法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量： 1 .8 5 8 0 .5fE e M pa? ?? 平均金屬溫度下 彈性模量： 1 .8 9 1 0 .5sE e M pa?? 平均金屬溫度下的熱膨脹： 21. 69 4 05s e m m m m? ?? 設(shè)計(jì)溫 度下的許用應(yīng)力： ? ? 11 Mpa? ? 管箱圓筒法蘭 設(shè)計(jì)壓力： Pt= 設(shè)計(jì)溫度 Tt=140℃ 材料名稱： 00Cr19Ni10 管箱圓筒有效厚度 mm? ? 設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量： Gpa? 管箱圓筒名義厚度（管箱為高頸法蘭取法蘭頸部大小端厚度平均值） 18h mm? ? 管箱法蘭設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量： 05tE e M pa?? ?? 換熱管 材料名稱： 00Cr19Ni10 管子平均溫度： ? ℃ 管子外徑 d=19mm 管子壁厚 2t mm? ? 管子根數(shù) n=65 換熱管長(zhǎng)度 L=6000mm 換熱管中心距 S=25mm 管子金屬橫截面積 2( ) 1 0 6 .7 6tta d m m?? ?? ? ? 設(shè)計(jì)溫度下管子材料的許用應(yīng)力 ? ? 11 Mpa? ? 設(shè)計(jì)溫度下管子材料的屈服應(yīng)力 ： 127ts Mpa? ? 設(shè)計(jì)溫度下管子材料的彈性模量： Gpa? 平均金屬溫度下管子材料的彈性模量： Gpa? 平均金屬溫度下管子材料熱膨脹系數(shù)： 51. 68 8 10t mm? ??? ∕ mm℃ 換熱管回轉(zhuǎn)半徑 2210 . 2 5 ( 2 ) 6 . 2 1i d d m m?? ? ? ? 換熱管受壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度按 GB1511999 圖 32 確定 Lcr=300mm 系數(shù) 2 1 6 9 .7tttsC r E???? 比值 Lcr∕ i=300∕ = 第 24 頁 由上可知： CrLcr∕ i 則管子許用壓應(yīng)力 ? ? 1 5 4 . 6 322tscr lc r i M p aCr?? ??? ? ????? 管板 材料名稱： 00Cr19Ni10