【正文】 件：對(duì)于固定管板式換熱器，用式（47）計(jì)算殼體和管子中的應(yīng)力： （47）若滿足下述條件之一者，必須設(shè)置膨脹節(jié)：式中F1是由殼體和管子之間的溫差所產(chǎn)生的軸向力，N； （48）F2是由于殼程和管程壓力作用于殼體上的軸向力，N； （49）其中F3是由于殼程和管程壓力作用于管子上的軸向力，N； （410）其中：At,As分別為管程、殼程的橫截面積，mm2； 分別為管子和殼體材料的溫度膨脹系數(shù)，； t0安裝時(shí)的溫度； tt,ts分別為操作狀態(tài)下管壁溫度和殼壁溫度。殼體物性常數(shù)如下：換熱管物性常數(shù)如下：則根據(jù)公式（48）、（49）、（410）有[σ]st=137MPa，[σ]tt=137MPa，Φ=。2[σ]stΦ=2137=2[σ]tt=274MPa由此可知此換熱器并不必設(shè)置膨脹節(jié)。 管板校核 結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)殼程圓筒內(nèi)直徑DN= 1000mm；厚度= 10mm；換熱管外徑d=25mm；管壁厚度=；根數(shù)n=754；管長(zhǎng)=7500mm；受壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度Lcr=；正三角形排列管間距S=32mm。換熱管與管板的連接形式：焊接；管箱法蘭采用JB47032000 ；法蘭外直徑Df=1140mm；螺栓中心圓直徑Db=1100mm；δ=10mm；筒節(jié)厚度取δh=10mm；與筒節(jié)連接的法蘭厚度=56mm；螺栓M20數(shù)目=40；有效承載面積=338mm2；墊片采用JB47201992，石棉橡膠板；墊片接觸面外徑；按GB150表91壓緊面形式1a；墊片基本密封寬度b0=；管板剛度度消弱系數(shù)η=；管板強(qiáng)度度消弱系數(shù)η=。 各元件材料及其設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 殼程圓筒材料（0Cr18Ni9）根據(jù)GB1501998表41，設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力[σ]tc=137MPa；圓筒壁溫下彈性模量Es=MPa；圓筒壁溫下線脹系數(shù)αs=106/℃。 換熱管材料（0Cr18Ni9）根據(jù)國(guó)標(biāo)1501998，設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力[σ]tt=137MPa；設(shè)計(jì)溫度下屈服點(diǎn)σts=；設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量Ett=193700MPa；管壁溫度下彈性模量Et=193700MPa；管壁溫度下線脹系數(shù)αs=106/℃。 管板材料（0Cr18Ni9）根據(jù)國(guó)標(biāo)1501998，表45，設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力[σ]tr=137MPa；設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量Ep=105MPa； 筒節(jié)相連法蘭材料（16MnR）根據(jù)GB1501998，表F5設(shè)計(jì)溫下管板法蘭材料=105MPa；管箱圓筒材料彈性模量按管箱長(zhǎng)頸法蘭材料的值Eh=105MPa 螺栓材料（40MnB）根據(jù)GB1501998，表47常溫下許用應(yīng)力[σ]b=195MPa；設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力[σ]tb=175MPa； 墊片材料（石棉橡膠板）根據(jù)GB1511999，表92墊片系數(shù)m=2；比壓y=11MPa。 管子許用應(yīng)力則 結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算 墊片壓緊力作用中心圓直徑因?yàn)?，所以DG=墊片接觸面外徑2b=1044210=1024mm 面積管板布管區(qū)三角排列面積殼程圓筒內(nèi)徑面積殼程圓筒金屬橫截面積查GB151附錄J得：一根換熱管金屬橫截面積則管板開孔后的面積 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑 系數(shù)計(jì)算按GB1501998第9章,則查表95得殼體法蘭應(yīng)力系數(shù) Y= 法蘭力矩 基本法蘭力矩 管程壓力操作工況下法蘭力矩Mp 換熱管與殼體圓筒的熱膨脹應(yīng)變形差 管箱圓筒與法蘭的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù) 法蘭寬度查GB1511999中的圖26得= 管子加強(qiáng)系數(shù) 管子厚度已知管板名義厚度 ，焊接結(jié)構(gòu)槽深為3mm則管板有效厚度δ==換熱管有效長(zhǎng)度 管子加強(qiáng)系數(shù) 管板周邊不布管區(qū)無(wú)量綱寬度 旋轉(zhuǎn)剛度無(wú)量綱參數(shù) 殼體法蘭與圓筒旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)已知?dú)んw法蘭（管板延長(zhǎng)部分）厚度 查GB1511999中的圖26得= 旋轉(zhuǎn)剛度無(wú)量綱參數(shù) 確定系數(shù)由K=，查圖GB1511999圖27管板第一彎矩系數(shù)=；圖29得=查圖GB1511999圖28管板第一彎矩系數(shù)=；圖30得=則確定的各系數(shù)如下： 設(shè)計(jì)條件不同危險(xiǎn)組合工況的應(yīng)力計(jì)算以第一組危險(xiǎn)組合工況為例，即只有殼程設(shè)計(jì)壓力，不計(jì)入膨脹變形差。；；=0；以下為各項(xiàng)應(yīng)力計(jì)算與校核令根據(jù)焊接長(zhǎng)度L=5mm同理根據(jù)上述步驟可計(jì)算第二組、第三組、第四組危險(xiǎn)組合工況。其計(jì)算結(jié)果列與表41中。 四種危險(xiǎn)工況的各種應(yīng)力計(jì)算與校核：表41 種危險(xiǎn)工況的各種應(yīng)力計(jì)算與校核Pt=0Ps=Pc=Ps=0Pt=不計(jì)膨脹差計(jì)膨脹差不計(jì)膨脹差計(jì)膨脹差0000令Z=λ/μPa││││q=在殼程壓力作用下:當(dāng)不計(jì)入膨脹變形差時(shí)，滿足下列式子： 當(dāng)計(jì)入膨脹變形差時(shí)，滿足下列式子： 在管程壓力作用下:當(dāng)不計(jì)入膨脹變形差時(shí)，滿足下列式子： 當(dāng)計(jì)入膨脹變形差時(shí)，滿足下列式子： 通過(guò)上面的計(jì)算結(jié)果表明：各個(gè)危險(xiǎn)組合工況下，各結(jié)構(gòu)元件的應(yīng)力和連接結(jié)構(gòu)中的載荷均小于該元件材料的許用應(yīng)力或許用承載能力。因此，本換熱器管板設(shè)計(jì)是安全的。 設(shè)計(jì)值總匯設(shè)計(jì)數(shù)總匯見表42。表42 設(shè)計(jì)值總匯名稱尺寸/mm材料名稱尺寸/mm材料筒體厚度100Cr18Ni9管程接管Φ37010管箱法蘭厚度110殼程接管Φ420100Cr18Ni9管箱短節(jié)厚10固定管板厚560Cr18Ni9管箱封頭厚10管箱分程隔板8折流板厚度80Cr18Ni9拉桿Φ160Cr18Ni9第5章 安裝使用及維修 安裝安裝換熱器的基礎(chǔ)必須足以使換熱器不發(fā)生下沉，或使管道把過(guò)大的變形傳到換熱器的接管上?；A(chǔ)一般分為兩種：一種為磚砌的鞍形基礎(chǔ)，換熱器上沒(méi)有鞍式支座而直接放在鞍形基礎(chǔ)上，換熱器與基礎(chǔ)不加固定，可以隨著熱膨脹的需要而自由移動(dòng)。另一種為混凝土基礎(chǔ)，換熱器通過(guò)鞍式支座由地腳螺栓將其與基礎(chǔ)牢固地連接起來(lái)[15]。在安裝換熱器之前應(yīng)嚴(yán)格地進(jìn)行基礎(chǔ)質(zhì)量的檢查和驗(yàn)收工作，主要項(xiàng)目如下:基礎(chǔ)表面概況、基礎(chǔ)標(biāo)高、平面位置、形狀和主要尺寸以及預(yù)留孔是否符合設(shè)計(jì)要求，地腳螺栓的位置是否正確，螺紋情況是否良好，螺帽和墊圈是否齊全，放置熱鐵的基礎(chǔ)表面是否平整等?；A(chǔ)驗(yàn)收完畢后，在安裝換熱器之前應(yīng)在基礎(chǔ)上放墊鐵，安放墊鐵處的基礎(chǔ)表面必須鏟平，使兩者能很好接觸。墊鐵厚度可以調(diào)整，使換熱器能達(dá)到設(shè)計(jì)的水平度和標(biāo)高。墊鐵放置后可增加換熱器在基礎(chǔ)上的穩(wěn)定性，并將其重量通過(guò)墊鐵均勻地傳遞到基礎(chǔ)上去。墊鐵可分為平墊鐵、斜墊鐵和開口墊鐵。其中，斜墊鐵必須成對(duì)使用。地腳螺栓兩側(cè)均應(yīng)有墊鐵，墊鐵的安裝不應(yīng)妨礙換熱器的熱膨脹。換熱器就位后需用水平儀對(duì)換熱器找平，這樣可使各接管都能在不受力的情況下連接管道。找平后，斜墊鐵可與支座焊牢，但不得與下面的平墊鐵或滑板焊死。當(dāng)兩個(gè)以上重疊式換熱器安裝時(shí)。應(yīng)在下部換熱器找正完畢，并用地腳螺栓充分固定后，再安裝上部換熱器?？沙楣苁鴵Q熱器安裝前應(yīng)抽芯檢查、清掃，抽管束時(shí)應(yīng)注意保護(hù)密封面和折流扳。移動(dòng)和起吊管束時(shí)應(yīng)將管束放置在專用的支承結(jié)構(gòu)上，以避免損傷換熱管。根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)在換熱器的兩端留有足夠的空間來(lái)滿足操作、清洗、維修的需要。浮頭式換熱器的固定頭蓋端應(yīng)留出足夠的空間以便能從殼體內(nèi)抽出管束。外頭蓋端必須也留出一米以上的位置以便裝拆外頭蓋和浮頭蓋。固定管板式換熱器的兩端應(yīng)留出足夠的空間以便能抽出和更換管子。并且，用機(jī)械法清洗管內(nèi)時(shí)，兩端都可對(duì)管子進(jìn)行刷洗操作。U形管式換熱器的固定頭蓋應(yīng)留出足夠的空間以便抽出管束。也可在其相對(duì)的一端留出足夠的空間以便能拆卸殼體。 維護(hù)和檢修為了保證換熱器長(zhǎng)久正常運(yùn)行，提高其生產(chǎn)率，必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)與檢修。應(yīng)以預(yù)防性維修擺在首位，強(qiáng)調(diào)安全預(yù)防，以保證換熱器連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，減少任何可能發(fā)生的事故。檢修應(yīng)注意合理施工，檢修之前需進(jìn)行檢查和清洗管子，并應(yīng)拆開管子與管箱的連接處，再將整個(gè)管箱全部拆開以確定清洗或檢修。應(yīng)把換熱器內(nèi)的介質(zhì)，特別是帶有腐蝕性或形成聚合物的液體排出。在直立的固定管板換熱器中，排液管接頭應(yīng)安裝在管板底部，否則不能把殼程的流體全部排出。依據(jù)應(yīng)排流體的性質(zhì)，流體可排向大氣或低壓系統(tǒng)。換熱器的排水應(yīng)單獨(dú)接出而不用支管排放。水平式換熱器排污或放空應(yīng)在折流板和管板底部開口，換熱器上應(yīng)安裝閥門以提供反向沖洗[16]。檢修換熱器時(shí)常常需要把換熱管從殼體中抽出。但由于腐蝕、結(jié)垢等原因，換熱管抽出比較用難。這就要求管束抽出裝置有足夠的抽出或推進(jìn)力，能適應(yīng)不同高度的位置變化，并能自動(dòng)對(duì)中，能適應(yīng)不同的換熱器直徑變化，機(jī)體輕、靈活方便、操作安全。其驅(qū)動(dòng)方式有液壓式和機(jī)械式。液壓式機(jī)構(gòu)體積小，拉或推力大，適合于管束開始抽出或推進(jìn)時(shí)的高負(fù)荷。而機(jī)械式驅(qū)動(dòng)速度快，適用于在管束抽出或推進(jìn)一段距離后的快速操作，所以以液壓和機(jī)械聯(lián)合驅(qū)動(dòng)為好。換熱器由于腐蝕、沖擊、振動(dòng)、應(yīng)力等原因會(huì)造成損壞，主要發(fā)生在換熱管上?；旧嫌幸韵聝煞N情況：（1）換熱管出丁外界因素而減薄或穿孔，當(dāng)出現(xiàn)泄漏劍就必須更換管子。把損壞的換熱管從管板上拆下來(lái)，一般可采用鉆削或銳削的方法進(jìn)行。注意不能損壞管板孔，否則，可能產(chǎn)生泄漏。因此，要采用比管孔直徑略小的鉆頭。如用銑削的方法，則不能將管壁銑穿，留下很簿的一層管廣外壁、不僅保護(hù)了管孔免受損傷，而且也便于將整恨管子抽出。如果是脹接則應(yīng)先鉆孔，除掉脹管頭，拔出壞管，然后插土新管再進(jìn)行脹接。操作中要注愈不能讓異物嵌人管孔槽中，以免影響隨后的脹接、在脹管時(shí)，對(duì)周圍不需更換的管子的脹管處會(huì)有影響，聽以對(duì)周圍的管子可輕脹一下。如果是焊接則需先用專用刀具將焊縫刮下，然后拔出壞管。新管的兩端應(yīng)事先退火打磨，管子兩端連接部位的內(nèi)外表面均應(yīng)清洗干凈，管板孔的表面上也應(yīng)保持干凈，換上新管后即可進(jìn)行脹接或焊接。更換管子是較麻煩的，尤其是開槽的脹管在更換管子時(shí)更是麻煩，因此當(dāng)泄漏的管子不多，而且堵住這些管子對(duì)換熱器的操作影響不大時(shí)?？梢圆捎枚鹿艿姆椒?。最簡(jiǎn)單的堵管方法是將堵頭焊接在泄漏的管子端部。管堵材料的硬度應(yīng)低丁或等于管子的硬度。管堵的錐度在3一5之間，堵死的管于數(shù)量不得超過(guò)換熱器管程管數(shù)的10%。除此之外還有一些更有效的堵管方法。例如，爆炸堵管就是利用炸藥爆炸產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊波，使堵塞與管子熔融在一起，達(dá)到堵死管子的目的；液壓堵管的原理是堵頭中心孔有充填介質(zhì)的孔，采用一種特殊的槍對(duì)準(zhǔn)堵頭中心的孔發(fā)射一顆子彈。堵頭中心的鉆孔比子彈略小，當(dāng)子彈射到孔中時(shí)，因?yàn)橐后w不可壓縮，從而產(chǎn)生很高的液體靜壓，將堵頭牢牢脹接在管子內(nèi)壁上。而子彈則因失去能量而自動(dòng)掉出來(lái)。堵頭外表面加工有若干環(huán)形溝槽。有助于堵頭與管子的固定，而且可以消除管子內(nèi)表而可能腐蝕而產(chǎn)生的滲漏通道。(2)由于溫度變化產(chǎn)生膨脹、收縮，換熱管人口端介質(zhì)的渦流磨損及由于管束振動(dòng)等原因使管子與管板連接處松弛而泄漏。，故對(duì)其附近的管子也要輕脹一下。如果是焊接則需對(duì)泄漏處進(jìn)行補(bǔ)焊。第6章 結(jié) 論所設(shè)計(jì)的固定管板換熱器完全滿足預(yù)先給定的主體材料及各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)與指標(biāo)的要求，可保證其在給定的工作介質(zhì)的條件下正常工作，且有一定的裕度。經(jīng)工藝計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并考慮了上述標(biāo)準(zhǔn)中推薦的各管件、標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格，最終確定各主要零部件的規(guī)格尺寸如下：換熱管規(guī)格為Φ2換熱管總計(jì)754根；殼體和管箱的內(nèi)徑和壁厚均相同，分別為1000mm和10mm；管板厚度為56mm；采用了EHA 1000的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，圓缺高度為200 mm的弓形折流板； 選用了BI型鞍形支座；冷、熱流體進(jìn)出口接管直徑分別為Φ37010mm和Φ4206mm。總體結(jié)構(gòu)匯總與裝配圖上，某些細(xì)部尺寸標(biāo)識(shí)于相應(yīng)零部件圖中。由于接管選用的厚度較大，避免了開孔補(bǔ)強(qiáng)。但鑒于給定的工作介質(zhì)屬易燃易爆物質(zhì)，故建議在水壓試驗(yàn)合格的基礎(chǔ)上，尚需通過(guò)氣密性試驗(yàn)。所設(shè)計(jì)的固定管板換熱器系的工作條件受限于給定的主體材料、工作介質(zhì)及相應(yīng)技術(shù)參數(shù)與指標(biāo)，因此如變換使用條件，必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的論證和驗(yàn)證，特別應(yīng)注意其管內(nèi)清洗比較困難的特點(diǎn)。為保證所設(shè)計(jì)的換熱器安全、正常地工作，除設(shè)計(jì)合理外，還必須嚴(yán)格遵循對(duì)管殼式換熱器提出的有關(guān)制造、檢驗(yàn)、安裝與維修的具體要求。參考文獻(xiàn)[1] 朱聘冠. 換熱器原