【正文】 ?70 ~ 450℃ 。因此選擇凹凸密封面（MFM）形式的長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭為管箱法蘭。 其尺寸與結(jié)構(gòu)如下： 23 凸面 凹面 管箱法蘭尺寸 公稱直徑 DN / mm 1400 法 蘭/ mm D 1650 D1 1580 D2 1529 D3 109 D4 1506 ? 130 H 235 h 64 a 26 a1 23 法蘭 螺柱 ?1 28 ?2 42 R 18 d 39 規(guī)格 M36 數(shù)量 60 對(duì)接筒體 最小厚度 ? o / mm 22 法蘭質(zhì)量 / Kg 凹面 凸面 法蘭型式 根據(jù) ?6,18? ，對(duì) DN ? 1400mm, M 36的法蘭選擇 I 型。 法蘭墊片 根據(jù) ?6, 6? ，由法蘭、墊片、螺柱、螺母材料匹配表選取纏繞墊片，石棉填充帶， 使用溫度范圍為 ? ?70 ~ 450℃ 。 根據(jù) ?6, 63? ，由 DN ? 1400mm, PN ? ，選定墊片的尺寸和結(jié)構(gòu)圖如： 24 管箱墊片尺寸 公稱直徑DN DN / mm D4 1544 D3 1508 D2 1458 D1 1422 1400 墊片系數(shù)和墊片比壓力值由查的 m=,y=69 法蘭螺柱螺母 根據(jù) ?6, 6? ，由螺柱材料選用表，對(duì) PN ? 的應(yīng)當(dāng)選擇螺柱的材料為 35CrMoA ，對(duì)應(yīng)的螺母為 30CrMoA 。 根據(jù) ?6,81? ，對(duì) M 36 的等長(zhǎng)雙頭螺柱其尺寸和結(jié)構(gòu)圖如： 管箱法蘭螺栓尺寸 d / mm 36 L0 / mm 80 C / mm 5 r / mm 7 型式 A d 2 / mm 36 L / mm 250 極限 偏差 177。 單件質(zhì) 量 Kg 25  封頭的設(shè)計(jì) 封頭選材 封頭選材與管箱一致，選用 Q345R 鋼板。 封頭壁厚計(jì)算 由 ? 4, 43? ，對(duì) Q345R，設(shè)厚度在 16~36mm 之間，則 ? b ? 500MPa ， ? s ? 325MPa ， 在 335℃下 ?? ? ? 136 MPa ， 對(duì)焊縫系數(shù) ? ， 查 ?4 1 ,3 t 并進(jìn)行 100% ? 采用雙面焊雙面成型， 無(wú)損檢測(cè)。因此取 ?=1 。 計(jì)算厚度 ? ： Pc ? Di ?? 1 t 2 ? ?? ? ? ? Pc 2 式中， Pc 為計(jì)算壓力，其值為設(shè)計(jì)壓力 P 與液柱靜壓力之和。對(duì)粗煤氣 ? gh ? 0( MPa) 故可以忽略液柱靜壓力。 計(jì)算得： ?? Pc ? Di 1 2 ? ?? ? ? ? Pc 2 t ? ?1400 ? 1 2 ?136 ?1 ? ? 2 設(shè)計(jì)厚度 ? d ： ? d ? ? ? C 2 對(duì)腐蝕余量 C 2 ，由 ?3,12 ? ，為防止換熱器元件由于腐蝕機(jī)械磨損而導(dǎo)致厚度消減故腐 蝕余量不小于 1mm。暫取 C 2 ? 2 mm 。 ? d ? ? ? C 2 ? ? 2 ? 名義厚度 ? n ： ? n ? ? d ? C1 ? ? 對(duì)腐蝕余量 C 1 ，由 ?5,115? ，對(duì) Q245R、Q345R 和 16MnDR 等壓力容器常用鋼板的負(fù) 偏差均為 ? 。取 C1 ? 。 ? d ? C1 ? ? ? 圓整到 ? n ? 20mm 。但是因?yàn)榉ㄌm對(duì)筒體最小厚度的要求，應(yīng)當(dāng)取筒體厚度為 ? n ? 22mm 。 有效厚度 ? e ： ?e ? ? n ? C1 ? C 2 ? 22 ? 2 ? ? 26  封頭尺寸 根據(jù) ?9,18? ， 選擇以內(nèi)徑為基準(zhǔn)的橢圓型封頭， 代號(hào)為 EHA， 其尺寸和結(jié)構(gòu)圖如： 封頭尺寸 公稱直徑 DN / mm 總深度 H / mm 內(nèi)表面積 容積 厚度 直邊高度 A/m 2 V /m 3 ? n / mm 22 h / mm 25 質(zhì)量 / Kg 1400 375 462 液壓實(shí)驗(yàn) 根據(jù) ?3,14? ，先對(duì)殼程做液壓試驗(yàn)，再對(duì)管程做液壓試驗(yàn)。 Pr ? ? P ? ?? ? t ?? ? 193 ? 。 149 189 ? 。 對(duì)管程： Pr ? ? ? 146 189 ? 對(duì)封頭： Pr ? ? ? 146 對(duì)殼程： Pr ? ? ? 在試驗(yàn)壓力下對(duì)應(yīng)的壓力 ? T PT ? ( Di ? ? e) 2? e ? (1400? ) ? MPa 對(duì)殼程： ? T ? 2 ? ? (1400? ) ? 對(duì)管程： ? T ? 2 ? ?T ? 27 對(duì)封頭： ? T ? ? (1400? ) ? 2 ? 各自對(duì)應(yīng)的 ? T 應(yīng)當(dāng)滿足 ? T ? ?? s 對(duì)殼程： ?? s ? ? ? 310 ? 279? 對(duì)管程： ?? s ? ? ? 345 ? ? 對(duì)封頭： ?? s ? ? ? 345 ? ? 拉桿設(shè)計(jì) 拉桿選材 選擇 Q235A 為拉桿材料，選擇 20 號(hào)鋼作為定距管的材料。拉桿在滿足腐蝕和強(qiáng) 度的情況下，盡量選用低等的材質(zhì)，因?yàn)槔瓧U只是起到支撐和定距作用，沒(méi)有必要采 用太高級(jí)別的材質(zhì)的。 拉桿參數(shù) 根據(jù) ?3, 74? ， 對(duì)換熱管外徑大于或等于 19mm 的管束， 可以采用拉桿定距管的型式， L 2 ? La 。對(duì)換熱管外徑 25mm ? d ? 57mm 拉桿直徑為 dn ? 16mm 。 根據(jù) ?3, 75? ，由 DN ? 1400mm, dn ? 16mm，選定拉桿數(shù)量為 10 根，其尺寸和結(jié)構(gòu) 圖如： 拉桿尺寸 拉桿直徑 d 16 拉桿螺紋直徑 dn 16 La 20 Lb b ? 60 拉桿的布置 拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，對(duì)于大直徑的換熱管，在布管區(qū)內(nèi)或靠近 折流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于三個(gè)支撐點(diǎn)。 28  管板設(shè)計(jì) 材料的選擇 由 ?3,15? ，管板本身具有凸肩并與圓筒（或封頭）對(duì)接連接時(shí)，且厚度大于 60mm 時(shí)應(yīng)采用鍛件，殼程設(shè)計(jì)溫度為 445℃根據(jù) ? 4, 45? 選擇 12C r2Mo1R 為管板材料。 管板結(jié)構(gòu) 由 ?3,142? ，選擇 e 型的連接方式即：管板與殼程圓筒連接為整體，其延伸部分兼 作法蘭，與管箱用螺柱墊片連接。 管板布管 中心距的求取 由 ?3, 22? ，本次設(shè)計(jì)采用正三角形排列。換熱管尺寸為 ? 25mm ? ，因此取 換熱管中心距 S 為 S ? 32mm 。 布管限定圓 由 ?3, 23? ，對(duì)固定管板式換熱器，布管限定圓的直徑 DL 為 式中 DL ? Di ? 2b 3 Di ————圓筒內(nèi)徑， mm ； b3 ————固定管板換熱器或 U 型管換熱器管束最外層換熱管外表面至殼體 內(nèi)表面的最短距離， b3 ? ，一般不小于 8mm 。 d 為換熱管外 徑。 mm ，取 本次采用的換熱管外徑為 ? 25mm ，因此 b3 ? ? ? 25 ? b3 ? 10mm 。 因此得到的布管限定圓直徑 DL ? Di ? 2b3 ? 1400 ? 2 ?10 ? 1380mm 。 管孔設(shè)計(jì) 根據(jù) ?3, 24? ，由于管程、殼程都是無(wú)相變湍流換熱工作，條件較為惡劣，為了防 止管束震動(dòng)，因此選擇 I 級(jí)管束，其管板直徑及允許偏差為：管孔直徑 ，允 許偏差 ? ~ 0 。 拉桿孔設(shè)計(jì) 29 拉桿與管板采用螺紋連接。由 ?3, 25? ，螺紋深度 l2 ? 。式中 dn 為拉桿孔直徑。 l2 ? 1 . 5 d n ? 1 .? 5 1? 6 m 2m 4 拉桿孔結(jié)構(gòu)圖 管板尺寸 根據(jù) ?10,132? ，由 Dg ? 1400mm ,查得管板尺寸和結(jié)構(gòu)為： 管板尺寸 Ps Kgf / cm2 Pi / kgf Dg / mm D / mm D1 / mm D2 / mm D3 / mm D4 / mm D5 / mm 1400 1650 1580 30 1529 1509 1506 1400 d 2 / mm 螺柱 M36?60 C / mm bf / mm b / mm 39 5 122 182 管板結(jié)構(gòu)圖 實(shí)際布管 根據(jù)以上的尺寸設(shè)計(jì)，進(jìn)行實(shí)際的布管，得到的實(shí)際管子數(shù)為 1200 根。 換熱管設(shè)計(jì) 之前已經(jīng)選定換熱管的尺寸為 ? 25mm ? ，長(zhǎng)度為 6000mm 。換熱管的材料 根據(jù) ? 4, 43? ，應(yīng)當(dāng)選擇 16Mn 作為換熱管材料。 換熱管與管板的連接采用強(qiáng)度焊接，根據(jù) ?3,69? ，尺寸為 換熱管尺寸及安裝尺寸圖 換熱管最小伸出長(zhǎng)度 mm 最小坡口深度 L3 L1 L2 2 換熱管規(guī)格 ? 25 ? 2 31  接管設(shè)計(jì) 由之前的工藝計(jì)算得出管程接管的流速為 u1 ? 2m / s ，殼程接管流速為 u1 ? / s 。 接管設(shè)計(jì) 管程接管設(shè)計(jì) 根據(jù) ? 4, 45? 取管程材料為 16Mn，? b ? 520MPa ，? s ? 315MPa ，? t ? 133MPa 接管 內(nèi)液體流速為 u1 ? 2m / s ，則接管內(nèi)徑為 D1 ? 4qv 4 ? 228564 / (3600 ?) ? ? (m) ?u ? 根據(jù) ?8, 289? ，可以選取管程接管尺寸為： 管程接管尺寸 外徑 mm 426 壁厚 mm 9 有效內(nèi)截面積 cm 2 1310 每米管子重量 Kg / m 殼程接管設(shè)計(jì) 殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液體流速為 u2 ? / s ，則接管內(nèi)徑為 D2 ? 4qv 4 ? / (3600 ?) ? ? (m) ?u ? 根據(jù) ?8, 289? ，可以選取殼程接管尺寸為： 殼程接管尺寸 32 外徑 mm 壁厚 mm 有效內(nèi)截面積 cm 2 每米管子重量 Kg / m 426 9 1310 排氣管與降液管設(shè)計(jì) 考慮到對(duì)殼程的接管都安裝在最高處或最低處，在最高點(diǎn)設(shè)置排氣孔，在最低點(diǎn) 設(shè)置降液管。根據(jù) ?3,19? ，對(duì)放氣口和降液口，其最小公稱直徑為 ? 20mm 。 根據(jù) ?8, 289? ，可以去排氣管和降液管的尺寸為： 排氣管和降液管尺寸 外徑 /mm 壁厚 /mm 有效內(nèi)截面積 / cm 2 每米管子重量 Kg / m 25 3 各接管法蘭和墊片的設(shè)計(jì) 已知管程接管外徑 d ? 426mm ；殼程接管外徑 d ? 426mm ；排氣管和降液管外徑 d ? 25mm 。根據(jù) ?9,5? ，各接管對(duì)應(yīng)的公稱通徑為：管程接管 DN ? 400mm ；殼程接管 DN ? 400mm ；排氣管和降液管 DN ? 20mm 。 法蘭材料選擇 由 ?9,19? ，選擇 16Mn 鍛件為法蘭材料，鍛件級(jí)別為Ⅱ級(jí)，選擇 16Mn 鍛件為接管 材料。對(duì)于公稱壓力為 ，選擇法蘭密封面形式為凹凸面形式。 法蘭結(jié)構(gòu)和尺寸 法蘭接管尺寸 連接尺寸 /mm 公稱通徑 鋼管外徑 法 蘭 外 徑 螺栓孔中心 螺栓孔直徑 螺栓孔數(shù)量 DN / mm A1 / mm n 圓直徑 K D L 20 400 法蘭厚度 C /mm 18 50 25 426 105 660 75 585 14 39 4 16 螺紋 Th M12 M 36 法蘭頸 /mm N ( B) S 3 H1 6 20 R 4 12 法蘭理論重 法 蘭 高 度 H / mm 量 / Kg 40 135 1 98 40 482 根據(jù) ?9,17? ，查得法蘭的密封面尺寸列表如下： 法蘭密封面尺寸 33 公稱直徑 DN / mm 20 400 d PN ? f1 /mm 2 2 58 535 f2 f3 W /mm /mm /mm 36 447 X /mm 50 473 Y /mm 51 474 Z /mm 35 446 法蘭墊片選擇 根據(jù) ?6,122? ，選用柔性石墨型式的增強(qiáng)柔性石墨板作為法蘭墊片。該墊片公稱壓 力 ? PN10 ? PN 63 ，公稱尺寸 DN10 ~ DN 2000 ，最高使用溫度 650℃，適用于凹凸密 封型式。 根據(jù) ?6,128? ，查得墊片的尺寸為： 接管法蘭墊片尺寸 公 稱 通 DN / mm 20 400 徑 內(nèi)徑 D1 / mm 27 426 外徑 D 2 / mm 50 473 厚度 T / mm 3 螺栓螺母選擇 34 根據(jù) ?6,185? ，選擇雙頭螺柱商品等級(jí)為 。 根據(jù) ?6,199? ，查得螺栓的長(zhǎng)度為： 接管法蘭螺栓尺寸 公稱通徑 DN / mm 20 400 螺紋 數(shù)量 4 16 LZR / mm （每一千件） 重量 Kg M12 M 36? 75 190 60 1520 對(duì)螺母的重量根據(jù) ?9, 208? 查得： 規(guī)格 （每一千件） 重量 Kg 接管法蘭螺母尺寸 M 36? M12 317 保溫層的設(shè)計(jì) 根據(jù) ?9, 707? 殼體表面溫度超過(guò) 50 度時(shí)要加保溫層， 查的應(yīng)該選用超細(xì)玻璃棉為 保溫材料，計(jì)算得到保溫層的厚度為 145mm。 各接管尺寸設(shè)計(jì) 接管的外伸長(zhǎng)度 根據(jù) ?10, 33? 查表 45， 由P N ?4 0 K g f c m / 2 ， 保溫層厚度 ? ? 145mm ， 查得對(duì) DN20 的接管其外伸長(zhǎng)度為 l ? 200mm ； DN 400 的接管其外伸長(zhǎng)度均為 l ? 300mm 。 殼程接管位置 由 ?10,35? ，得到計(jì)算殼程接管位置最小尺寸的公式： 帶補(bǔ)強(qiáng)圈接管 無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈接管 式中： L1 ? DH ? (b ? 4) ? C 2 dH L1 ? ? (b ? 4) ? C 2 DH ————補(bǔ)強(qiáng)圈外徑， mm ； dH ————接管外徑， mm ； b ————管板厚度， mm ； C ———— C ? 4S ( S為殼體厚度)且C ? 100mm。 由于殼程接管無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈，所以采用無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈接管公式計(jì)算。 dH ? 426mm ， b ? 182mm ， S ? 18mm ， C ? 4S ? 4 ?18 ? 72mm ，取 C ? 90mm 。計(jì)算得： 35 680 ? (182 ? 4) ? 90 ? 608mm 2 2 故可以取 L1 ? 620mm ，其結(jié)構(gòu)圖為： L1 ? DH ? (b ? 4) ? C ? 殼程接管位置圖 管程接管位置 由 ?12,35? ，得到計(jì)算管程接管位置最小尺寸的公式： 帶補(bǔ)強(qiáng)圈接管 無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈接管 式中： L2 ? DH ? hf ? C 2 dH L2 ? ? hf ? C 2 DH ————補(bǔ)強(qiáng)圈外徑， mm ； dH ————接管外徑， mm ； hf ————管箱用對(duì)焊法蘭高度， mm ； C ——