【正文】 。 符號規(guī)定： d 換熱管外徑，mm； δ 換熱管厚度，mm； R 彎管段彎曲半徑，mm； 彎曲前換熱管的最小壁厚，mm； 直管段的計算厚度，mm； （3）管子的排列型式換熱管的排列主要有以下圖59四種方式：圖59正三角形排列用得最普遍，因為管子間距都相等，所以在同一管板面積上可排列最多的管子數(shù)，而且便于管板的劃線與鉆孔。但管間不易清洗，TEMA標準規(guī)定，殼程需用機械清洗時，不得采用三角形排列型式。在殼程需要機械清洗時，一般采用正方形排列，管間通道沿整個管束應該是連續(xù)的，且要保證6mm的清洗通道。圖中a和d兩種排列方式，在折流板間距相同的情況下，其流通截面要比b、c兩種的小，有利于提高流速，故更合理些。本次設計殼程為空氣，不易結(jié)垢，故采用正三角形排列。（4）換熱管中心距，根據(jù)GB1511999表12，取換熱管中心距為S = 32mm，取分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距 = 44mm。（5）布管限定圓 根據(jù)GB151規(guī)定，各尺寸由以下確定：符號：b 見下圖510，其值按表55選取，4mm； 見下圖510，其值按表56選取，5mm； 見下表57，=； 固定管板式換熱器或U型管式換熱器管束最外層換熱管外表面至殼體內(nèi)壁的最短距離，見下圖510， = = 25= ，一般不小于8mm，取= 10mm； 墊片寬度，其值按表56選取，13mm； 布管限定圓直徑，mm； 圓筒內(nèi)直徑，800mm； 換熱管外徑，25mm；圖510表55Dib100031000~26004表56Dibnb1≤700≥103700≥135表57換熱器型式固定管板式、U型管式浮頭式布管限定圓直徑D1D12b3D12（b1+b2+b）（5）換熱管的排列原則①換熱管的排列應使整個管束完全對稱；②在滿足布管限定圓直徑和換熱管與防沖板間的距離規(guī)定的范圍內(nèi)，應全部布滿換熱管；③拉桿應盡量均勻布置在管束的外邊緣在靠近折流板缺邊位置處應布置拉桿，其間距小于或等于700mm，拉桿中心至折流板缺邊的距離應盡量控制在換熱管中心距地（～）范圍內(nèi)；④多管程的各管程數(shù)應盡量相等，其相對誤差應控制在10%以內(nèi)，最大不得超過20%。 各構(gòu)件連接形式 壓力容器連接形式分類 壓力容器的焊接接頭形式分為A、B、C、D四類，如下圖511。 圓筒部分的縱向接頭、球形封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭、各類凸型封頭中的所有拼焊接頭以及嵌入式接管與殼體對接連接的接頭，均屬于A類焊接接頭。 殼體部分的環(huán)向接頭、錐形封頭小端與接管連接的接頭、長頸法蘭與接管連接的接頭，均屬于B類焊接接頭。 平蓋、管板與圓筒非對接連接接頭，法蘭與殼體、接管連接的接頭，內(nèi)封頭與圓筒的搭接接頭以及多層包扎容器層板層縱向接頭，均屬于C類焊接接頭。 接管、人孔、凸緣、補強圈等與殼體連接的接頭，均屬于D類焊接接頭。圖511 橢圓封頭和殼體的連接 此焊接接頭接頭屬于B類焊接接頭，殼體和封頭的厚度均為，根據(jù)相關(guān)原則必須采用對接接頭，雙面全熔透，局部無損檢測。根據(jù)GB1502011附錄D規(guī)定如下圖512： 圖512 殼程接管和殼體的連接 此類焊接接頭形式為D類焊接接頭形式，由于本次設計換熱器屬于低壓容器，且所用接管無需另行補強，故可以采用用的最多的插入式接管焊接全熔透結(jié)構(gòu)形式，接管插入處與殼體的間隙小于3mm。 根據(jù)GB1502011附錄D規(guī)定如下圖513：圖513 管程接管與殼體的連接 此類焊接接頭形式為D類焊接接頭形式，由于本次設計換熱器屬于低壓容器，接管規(guī)格為，管徑小于600mm，厚度小于6mm，且盛裝的介質(zhì)為無腐蝕，常壓的水蒸氣，故可以采用插入式接管單面焊焊接結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)GB1502011附錄D規(guī)定如下圖514。 圖514 管束和管板的連接對于換熱管與管板的連接結(jié)構(gòu)形式，主要有以下三種：①脹接；②焊接；③脹焊并用，但也可采用其他可靠的連接形式。 （1）強度脹接 用于管殼之間介質(zhì)滲漏不會引起不良后果的情況下，脹接結(jié)構(gòu)簡單，管子修不容易。由于脹接管端處在脹接時產(chǎn)生塑性變形，存在著殘余應力，隨著溫度的上升，殘余應力逐漸消失，這樣使管端處降低密封和結(jié)合力的作用。 一般適用設計壓力≤4MPa；設計溫度≤300℃；操作中無劇烈的振動，無過大的溫度變化及明顯的應力腐蝕場合。一般要求： ①換熱管材料的硬度值一般需低于管板材料的硬度值； ②有應力腐蝕時，不應采用管端局部退火的方式來降低換熱管的硬度。 （2）強度焊 是指保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強度的焊接。管子與管板的焊接，目前應用較為廣泛，由于管孔不需開槽，而且管孔的粗糙度要求不高，管子端部不需退火和磨光，因此制造加工簡單。焊接結(jié)構(gòu)強度高，抗拉脫力強，當焊接部分滲漏時，可以補焊，如須調(diào)換管子，可采甩專用刀具拆卸焊接破漏管子，反而比拆卸脹管方便。不適用于有較大振動和有間隙腐蝕的場合。 本次設計，換熱管材料為20鋼，管板材料為Q245R，兩種材料在設計溫度下的許用應力幾乎相等為147MPa；殼程流體為干凈的介質(zhì)，不易結(jié)垢、堵塞和產(chǎn)生腐蝕，綜上所述：管板和換熱管之間采用強度焊，結(jié)構(gòu)形式及尺寸如下圖515：圖515結(jié) 論U形管換熱器是化工、煉油工業(yè)中普遍應用的典型工藝設備。其可靠性高、適用性廣等優(yōu)點，使之在各工業(yè)領(lǐng)域中得到最為廣泛的應用。換熱器的合理設計與開發(fā)，直接關(guān)系到能源的合理應用與可持續(xù)發(fā)展道路。本次設計任務是設計一臺年處理量為12000Nm3，水蒸汽加熱空氣的U形管式換熱器，根據(jù)介質(zhì)特性以及工藝計算，選擇流程為：空氣走殼程，水蒸汽走管程。選擇換熱管材為新標準規(guī)定的20無縫鋼管（GB9948），單管長為3m。選擇殼體材料為Q245R，依據(jù)計算采用臥式U形管換熱器。通過強度校核，充分理解到強度設計計算是保證設備安全運行的基本條件。~、GB151199TSG R00042009以及相關(guān)法律法規(guī)的指導下完成的。本次設計內(nèi)容主要是：工藝計算，包括確定出換熱面積、換熱器筒體的內(nèi)徑等；結(jié)構(gòu)設計，包括封頭、管板支座等部件的設計選擇；強度校核計算，包括殼體厚度、耐壓試驗、開孔補強等；設備制造、檢測與驗收條款的編寫。其中以強度校核計算為設計的重點和難點。致 謝本次畢業(yè)設計共用時三個月,包括畢業(yè)實習和畢業(yè)設計兩個部分。在畢業(yè)實習過程中，通過到西南科技大學校內(nèi)實訓基地、四川科新機電股份有限公司和綿陽卷煙廠的實地考察，了解參觀了一系列的換熱設備，著重對U形管式換熱器進行了深入了解。結(jié)合在校內(nèi)的資料查閱，歷經(jīng)三個月，在指導教師的悉心指導下，通過個人的不懈努力，順利完成了本次畢業(yè)設計任務。在畢業(yè)設計過程中，楊玉民老師對我的畢業(yè)實習、設計內(nèi)容、設計說明書規(guī)范以及設計圖紙給予很大幫助與指導，王建高級顧問對我的畢業(yè)實習、設計標準、圖紙材料等基礎規(guī)范給予了很多指導與支持。在過程中，兩位老師給予的不僅僅是教學上的指導，更重要的是學習思想、做人理念的傳授。在這里特向高級工程師楊玉民副教授、高級工程師王建教授兩位指導教師表示感謝。本次畢業(yè)設計使我學到了很多知識，理論與實際的結(jié)合，讓我們在即將走向工作崗位時，對于如何做好一個課題提供了良好的鍛煉機會。在這一個完整的設計過程中，有很多我們需要學習的知識，有很多需要我們從生活中來積累，需要時刻保持一顆謙虛、謹慎的態(tài)度。但是，由于時間和自己掌握的知識有限，在設計的過程中難免有錯誤，衷心希望老師指正。參考文獻[1] 賈紹義,柴誠敬. 化工單元操作課程設計[M]. 天津: 天津大學出版社,2011.[2] 劉舜堯, 管文華．管殼式換熱器紐帶強化傳熱實驗研究[J]．廣東化工, 2009, 36(10): 175177.[3] 李云花. U型管式換熱器的研究與優(yōu)化設計[D]. 青島科技大學, 2006.[4] Ramesh (沙拉), Dusan (塞庫利克). Fundamentals of Heat Exchanger Design( 換熱器設計技術(shù)) [M]北京：機械工業(yè)出版社，2010.[5] . 壓力容器[S]. 北京: 中國標準出版社, 2011.[6] James , Maan . ISBN 7502543538/TH108. 壓力容器設計指南[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2002.[7] 鄭津洋, 董其伍, 桑芝富. 過程設備設計[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2010.[8] 錢頌德. 換熱器設計手冊[M]..北京：化學工業(yè)出版，[9] GB 1502011 《鋼制壓力容器》[10] GB 1511999 《鋼制管殼式換熱器》[11] HG 20592～2063597 .鋼制管法蘭、墊片、緊固件[12]JB/T 470992 《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》43