【正文】 要考慮材料的經濟合理性。 由于所設計的換熱器屬于常規(guī)容器，并且在工廠中多采用低碳低合金鋼制造，故在此綜合成本、使用條件等的考慮，根據GB 7132008《鍋爐和壓力容器用鋼板》選擇Q345R為殼體的材料。 Q345R是低碳低合金鋼，具有優(yōu)良的綜合力學性能和制造工藝性能，其強度、韌性、耐腐蝕性、低溫和高溫性能均優(yōu)于相同含碳量的碳素鋼，同時采用低合金鋼可以減少容器的厚度，減輕重量，節(jié)約鋼材。 筒體厚度（1） 確定計算參數 由前面計算可知，殼體內徑=400，計算壓力。 假設厚度為，設計溫度取為，查GB 1502011《壓力容器》知Q345R的許用應力。焊接方式：選為雙面焊對接接頭，局部無損探傷，故焊接系數； 根據GB 7132008《鍋爐和壓力容器用鋼板》和GB 3531《低溫壓力容器用低合金鋼板》規(guī)定可知對Q345R鋼板其厚度負偏差，取腐蝕裕量。（2） 確定筒體厚度 由GB 1502011《壓力容器》標準中，當時，可用 計算。 則筒體計算厚度== GB 1502011《壓力容器》中規(guī)定碳鋼、低合金鋼加工成形后不計腐蝕裕度的最小厚度不小于；高合金鋼制圓筒不小于。因為，取，則筒體名義厚度，考慮鋼板常用規(guī)格厚度GB 1511999《管殼式換熱器》中有最小厚度要求，取筒體名義厚度。（3） 校核水壓試驗壓力 查GB 1502011《壓力容器》， 采用液壓試驗，試驗應力 現校核試驗壓力，筒體 試驗壓力 ==101M ，所以水壓試驗壓力校核合格。（4） 最大允許工作壓力及應力計算 最大允許工作壓力 == 設計溫度下計算的應力== ，筒體名義厚度合格。 計算管箱短節(jié)、封頭厚度管箱主要由圓筒殼和法蘭等組成。管箱的作用是把從管道輸送來的管程流體均勻分布到各換熱管和把管內流 體匯集在一起送出換熱器。在多管程換熱器中，管箱還起到改變流體流向的作用，且管箱內設置分程隔板。分程隔板材料與圓筒短接相同，焊于管箱內表面上。隔板端部與管板密封槽相配，系壓緊密封面。無論采用哪種管箱，其管箱的最小內側深度應當滿足這樣的要求：使連接雙程間流體流動的橫截面至少大于或等于單管程通過的截面。 管箱結構形式 管箱有不同的結構形式，結構形式主要以換熱器是否需要清洗或管束是否需要分程等因素來決定。（1） 封頭管箱型，如圖41所示，單程或多程管箱，優(yōu)點是結構簡單，便于 制造，具有不可拆管內的薄殼封頭，壁薄省材料，適用于管程較清潔介質， 因檢查或清洗時，必須拆下接管連接，不太方便。（2） 平蓋管箱，如圖41所示，裝有管箱平蓋（或稱盲板），檢查清洗管內 時不必拆下整個管箱和與管箱相連的管路 ，僅將平蓋拆下即可，缺點是盲 板結構用材多，尺寸較大，得用鍛件，耗費大量機加工時，提高制造成 本， 并增加一道密封的泄漏可能。一般用于的浮頭式換熱器中。（3）如圖41所示，將管箱與管板焊成一體，從結構上看，可以避免在管板 密封處的泄漏，但管箱不能單獨拆下，檢修、清洗不方便，所以實際使用中很少采用。（4）如圖41所示，為一種多程隔板的安置形式。 圖41 管箱的結構形式 在本設計中為多程管箱，選擇圖41(a)的結構形式。 管箱結構尺寸（1）管箱長度管箱所要確定的尺寸主要是管箱長度，管箱采用徑向接管，左端管箱開設地下水進、出口管。管箱直徑是由殼程直徑決定。由GB 1511999《管殼式換熱器》，對于管箱的最小內側深度有：① 軸向開口的單管程管箱，開口中心處的最小深度應不小于按管內直徑的；② 多程管箱的內側深度應保證兩程之間的最小流通面積不小于每程換熱管流通 面積的倍；當操作允許時，也可等于每程換熱管的流通面積。本設計中，為多程管程，每程換熱管的流通面積為=㎡對于下管箱，考慮地下水進、出口，取管箱短節(jié)長度為。對于上管箱，無接管，查GB/T 251982010《壓力容器封頭》，封頭的內表面積，所以下管箱可不設短節(jié)，只需要一個封頭即可。（2）分程隔板分程隔板位置尺寸是由排管圖確定。 根據GB 1511999《管殼式換熱器》，分程隔板的厚度取。 管束的分程方法為，每程各有換熱管32根，其下管箱中隔板設置和介質流通。 管箱短節(jié)及封頭厚度（1） 確定計算參數 管箱與殼體材料相同，為Q345R。由前面計算可知，管箱短節(jié)內徑=400mm，計算壓力， 假設厚度為，由設計溫度為，查GB 1502011《壓力容器》知Q345R的許用應力。 焊接方式：選為雙面焊對接接頭，局部無損探傷，故焊接系數； 根據GB 7132008《鍋爐和壓力容器用鋼板》和GB 3531《低溫壓力容器用低合金鋼板》規(guī)定可知對Q345R鋼板其厚度負偏差，取腐蝕裕量。 （2）確定管箱短節(jié)厚度 由GB 1502011《壓力容器》標準中，當時，可用 計算。 ，則筒體計算厚度==GB 1502011《壓力容器》中規(guī)定碳鋼、低合金鋼加工成形后不計腐蝕裕度的最小厚度不小于；高合金鋼制圓筒不小于。因為，取，則筒體名義厚度，由JB/T 47004703,法蘭所對接筒體最小厚度為，取管箱短節(jié)名義厚度。則管箱短節(jié)有效厚度 最大允許工作壓力 ==設計溫度下計算的應力 == ，管箱短節(jié)名義厚度合格。（3）封頭厚度的計算 對受均勻內壓封頭的強度計算，由于封頭和圓筒相連接，所以不僅需要考慮封頭本身因內壓引起的薄膜應力，還要考慮與圓筒連接除的不連續(xù)應力。連接處總應力的大少與封頭的幾何形狀和尺寸，封頭與圓筒厚度的比值大少有關。封頭設計時，一般應優(yōu)先選用封頭標準中推薦的型式與參數，然后根據受壓情況進行強度或穩(wěn)定性計算，確定合適的厚度。 在本設計中選用標準橢圓形封頭，其形狀系數,材料與管箱短節(jié)相同。 故封頭計算厚度 == 因為，取，則封頭名義厚度，為了備料和焊接上的方便，在計算值差別不大及耗材不多時，可取封頭與管箱短節(jié)壁厚相同?，F進行穩(wěn)定性校核，封頭有效厚度 =400%=，符合。 最大允許工作壓力 ==，合格（4）校核水壓試驗壓力 查GB 1502011《壓力容器》， 采用液壓試驗，試驗應力 現校核試驗壓力，筒體 試驗壓力==， 而，所以水壓試驗壓力校核合格。 開孔補強的校核 在該臺固定管板式換熱器上，殼程流體的進出管口在殼體上，管程流體的進出口在前端管箱短節(jié)上，因此不可避免地要在換熱器上開孔。開孔之后，除削弱器壁的強度外，在殼體和接管的連接處，因結構的連接性被破壞，會產生很高的局部應力，會給換熱器的安全操作帶來隱患。因此此時應進行開孔補強的計算。 管箱短節(jié)開孔補強的校核 管箱短節(jié)地下水進出口接管由工藝設計所得的接管尺寸為，考慮實際情況，選20號熱軋?zhí)妓劁摴?，鋼管許用應力，腐蝕裕量，接管焊接接頭系數。（1） 補強及補強方法判別： ① 補強判別：根據GB 1502011《壓力容器》第三部分表61，允許不另行 補強的最大接管外徑是，本開孔最大外徑剛好為，因此不需要另行考慮其補強。 筒體開孔補強的校核 殼程正戊烷蒸汽進口接管為，殼程正戊烷飽和液體出口接管為，考慮實際情況，選20號熱軋?zhí)妓劁摴?，鋼管許用應力，腐蝕裕量，接管焊接接頭系數。（2） 補強及補強方法判別： ① 補強判別：根據GB 1502011《壓力容器》第三部分表61，允許不另行 補強的最大接管外徑是，故殼程正戊烷蒸汽進口開孔需要另行考慮其補強。 ② 補強計算方法判別 開孔直徑，滿足等面積法開孔補的計算的使用條件。（2）開孔削弱所需要的補強截面積 強度削弱系數 接管有效厚度 開孔所需補強面積按下式計算： （3）有效補強范圍 ① 有效寬度 ② 有效高度 1）外側有效高度 2）內側有效高度 （接管實際內伸長度為0）（4）有效補強范圍 ① 管箱多余金屬面積 管箱有效厚度： 則管箱多余金屬面積為 ② 接管多余金屬面積 接管計算厚度 則接管多余金屬面積為 ③ 接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為）： ④ 有效補強面積 （5）另需補強面積 擬采用補強圈補強： 根據接管公稱直徑DN219，參照JB/T 47362002《補強圈》標準選取補強圈的外徑，內徑（選用D型坡口）。因，則補強圈在有效補強范圍內。 補強圈的厚度為： 考慮腐蝕裕量和鋼板負偏差并經圓整，取管箱上補強圈的名義厚度為，即。 補強圈標記為： 排氣口、排液口開孔補強的校核 （1）排氣管、排液管 在換熱器的管程與殼程，為提高傳熱效率，排除或回收工作殘液（氣），凡不能借助其他接管排氣、排液的換熱器應在其殼程和管程的最高、最低點，分別設置排氣、排液接管，排氣、排液接管的端部必須與殼體或管箱殼體內壁齊平。排氣口和排液口的大小，一般不小于。在本設計中，在筒體下部開設的排液口。（2）排液口開孔補強的校核 補強方法判別：根據GB 1502011《壓力容器》第三部分表61，允許不另 行補強的最大接管外徑是，本開孔外徑為，因此不需要另行考慮其補強。 管板設計管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一，用來排布換熱管，將管程和殼程流體分隔開來，避免冷、熱流體混合，并同時受管程、殼程壓力和溫度的作用。管板在換熱器的制造成本中占有相當大的比重，管板設計與管板上的孔數、孔徑、孔間距、開孔方式以及管子的連接方式有關。本設計選用固定管板兼作法蘭型式的管板，是整體法蘭的一種。 換熱管與管板的連接 管子與管板的連接，在管殼式換熱器的設計中，是一個比較重要的結構部分。它不僅加工工作量大，而且必須使每個連接處在設備的運行中，保證介質無泄漏及承受介質壓力的能力。 管子與管板的連接形式有強度脹接、強度焊接和脹焊并用。無論采用何種連接形式，都必須滿足一下兩種條件：連接處保證介質無泄漏的充分氣密性；承受介質壓力的充分結合力。 如圖43所示，強度脹接是指保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強度的脹接。常用的脹接有非均勻脹接（機械滾珠脹接）和均勻脹接（液壓脹接、液袋脹接、橡膠脹接和爆炸脹接等）兩大類。結構簡單，換熱管修補容易，但受到壓力和溫度的限制。主要適用于設計壓力小于等于；設計溫度小于等于程分程隔板；操作中無劇烈振動、無過大溫度波動及無明顯應力腐蝕等場合。 如圖44所示，強度焊是指保證換熱管與管板連接密封性能及抗拉脫強度的焊接。制造加工簡單，焊接強度高，抗拉脫力強，在高溫高壓下也能保證連接處的密封性能和抗拉脫能力。一般強度焊適用壓力和溫度無限制，但不適用于有較大振動及有間隙腐蝕的場合。脹焊并用有強度脹加密封焊與強度焊加貼脹兩種方式。前者是管子與管板連接的密封性及抗拉脫強度主要由脹接來保證，輔之以焊接使密封性更好；后者則相反，密封性及抗拉脫強度主要由焊接來保證，輔之以脹接。適合工況為：承受振動、疲勞及交變載荷；有間隙腐蝕或密封性要求較高；復合管板等。 圖43 強度脹接結構形式 圖44 強度焊接結構形式本設計換熱管與管板的連接采用強度焊接結構圖44。由GB 1511999《管殼式換熱器》，強度焊接尺寸：換熱管最小伸出長度為，最小坡口深度為。 管程分程隔板的連接：分程隔板槽結構如圖45所示，管板上的隔板槽深度為，槽寬為，槽的拐角出的倒角為，倒角寬度為。 圖45 分程隔板槽結構 管板與殼體的連接 管板與殼體的連接依換熱器的結構形式分為可拆連接及不可拆連接。可拆連接主要用于浮頭式，U型管式和填料函式換熱器的固定端管板，不可拆連接在剛性結構換熱器中采用，其兩端管板的內側面直接焊在殼體上，而根據兩端管板的外測面連接形式又分為管板兼法蘭和不兼作法蘭。前者用于管側介質壓力及密封性能要求不高的場合即通常稱為固定管板式換熱器；后者多見于管側壓力很高或密封性能要求也高的高壓高溫換熱器中，如合成氨系統(tǒng)中的廢熱鍋爐及合成換熱器中。由前面知道本設計選取了延長部分兼作法蘭的管板。如圖46所示為常見的兼作法蘭的管板與殼體連接結構，根據具體情況也可選用其他形式的結構。其使用壓力及場合主要依據焊縫是否焊透及焊縫受力情況?？珊竿附Y構及對接焊縫使用壓力則較高，反之則較低。 圖46為角焊縫，無論殼體其他環(huán)焊縫質量多高，