【導(dǎo)讀】工藝計算，結(jié)構(gòu)計算和強度計算。選型，校核傳熱系數(shù)，計算出實際的換熱面積，最后進行壓力降和壁溫的計算。定具體位置、管板的計算、法蘭的計算、開孔補強計算等。裝配圖零件圖等表現(xiàn)出來。關(guān)于臥式殼程冷凝器設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，設(shè)計說明書中都有詳細的說明。在蒸餾過程中，把蒸氣轉(zhuǎn)變成液態(tài)的裝置稱為冷凝器[1]。是把氣體或蒸氣的熱量帶走而運轉(zhuǎn)過程設(shè)備在生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，統(tǒng)部門所必需的關(guān)鍵設(shè)備，而換熱設(shè)備則是廣泛使用的一種通用的過程設(shè)備。冷凝器來冷凝氨和氟利昂之類的致冷蒸氣[6]。接式冷凝器一類是直接式冷凝器。間接式冷凝器也叫表面式冷凝器，包括列管式。冷凝器,盤管式冷凝器及板式冷凝器。目前國內(nèi)外的蒸發(fā)設(shè)備采用列管式冷凝器。這主要是因為列管式冷凝器有以下幾方面的優(yōu)點。冷卻水不受二次蒸。蒸發(fā)設(shè)備中被廣泛采用[7-8]。的標(biāo)準的換熱設(shè)備在很多工業(yè)部門中大量使用。尤其在化工、石油、能源設(shè)備等。式處理過的強化表面。

　　

【正文】 計算如下： （ 44） 接管的有效厚度為： 開孔處所需的最小補強面積 （ 45）式中： A――開孔處所需的最小補強面積， mm2； d――開孔直徑， mm； δ――圓筒開孔處的計算厚度， mm； δ et――接管的有效厚度， mm； ――強度削弱系數(shù)，當(dāng)接管材料與殼體一樣時，取 。 開口直徑 ,且小于 520mm，故可以用等面積補強法進行補強。由式（ 31）計算可知，δ ，則根據(jù)公式（ 41），有 有效補強范圍的確定 A．有效補強范圍的確定 取其中較大值 故取 B B．有效補強范圍的高度 接管外側(cè)的有效高度： 取其中較小值 故可取。 接管內(nèi)側(cè)有效高度： 取其中較小值 故可取。 有效補強面積 （ 42）式中： A――有效補強面積， mm2； A1――管箱有效厚度減去計算厚度之外的多余面積， mm2； A2――接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積， mm2； A3――有效范圍內(nèi)焊縫面積， mm2。 （ 43） （ 44） 焊腳取 （ 45） （ 46） 因為故蒸汽進出口接管不需要補強 . 管箱冷卻水接管補強的校核 冷卻水進出口的接管有關(guān)參數(shù)的選定 初步選定的管子，根據(jù)進口流體的物性，接管材料取 0Cr18Ni9。材料的許用應(yīng)力 [σ ] 137MPa，腐蝕裕量可取 1mm，則接管的計算厚度可計算如下： 接管的有效厚度為： 開孔處所需的最小補強面積 開口直徑 ,且小于 520mm，故可以用等面積補強法進行補強。由 計算可知，δ 有效補強范圍的確定 A．有效補強范圍的確定 取其中較大值 故取 B B．有效補強范圍的高度 接管外側(cè)的有效高度： 取其中較小值 故可取。 接管內(nèi)側(cè)有效高度： 取其中較小值 故可取。 有效補強面積 焊腳取 因為故冷卻水進出口接管不需要補強。 膨脹節(jié) 固定管板式換熱器換熱過程中，管束和殼體有一定得溫差存在，而管板、管束與殼體之間是剛性地連接在一起的，當(dāng)溫差 達到某一個溫度值時，由于過大的溫差應(yīng)力往往會引起殼體的破壞或造成管束彎曲。若管間不需要清洗時，采用固定管板式換熱器，但需要設(shè)置溫差補償裝置，如膨脹節(jié)。 膨脹節(jié) 膨脹節(jié)計算 [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 1200mm； 厚度 12mm； 換熱管外徑 d 25mm； 管壁厚 度 ； 根數(shù) n 980； 管長 L0 7500mm； 受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度 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 JB47032020 長頸對焊法蘭 ； 法蘭外直徑 Df 1340mm； 螺栓中心圓直徑 Db 1300mm； δ 10mm； 筒節(jié)厚度取δ h 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 ； 管板強度度消弱系數(shù)η 。 各元件材料及其設(shè)計數(shù)據(jù) 殼程圓筒材料（ 0Cr18Ni9） 根據(jù) GB1501998 表 41， 設(shè)計溫度下許用應(yīng)力 [σ ]tc 137MPa； 圓筒壁溫下彈性模量 Es 193700MPa； 圓筒壁溫下線脹系數(shù)α t 106/℃。 換熱管材料（ 0Cr18Ni9） 根據(jù)國標(biāo) 1501998， 設(shè)計溫度下許用應(yīng)力 [σ ]tt 137MPa； 設(shè)計溫度下屈服點σ ts 205MPa； 設(shè)計溫度下的彈性模量 Ett 193700MPa； 管壁溫度下彈性模量 Et 193700MPa； 管壁溫度下線脹系數(shù)α s 106/℃。 管板材料（ 16MnR） 根據(jù)國標(biāo) 1501998，表 45，表 F5 設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力 [σ ]tr 150MPa； 設(shè)計溫度下的彈性模量 Ep 105MPa； 筒節(jié)相連法蘭材料（ 16MnR） 根據(jù) GB1501998，表 F5 設(shè)計溫下管板法蘭材料 105MPa； 管箱圓筒材料彈性模量按管箱長頸法蘭材料的值 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)計算 墊片壓緊力作用中心圓直徑 因為 ，所以 DG 墊片接觸面 外徑 2b 1244210 1224mm 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 管子加強系數(shù) 管子厚度 已知管板名義厚度 管殼兩側(cè)腐蝕裕度為 ，焊接結(jié)構(gòu)槽深為 3mm 則管板有效厚度δ 51mm 換熱管有效長度 管子加強系數(shù) 管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度 旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù) 殼體法蘭與圓筒旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù) 已知殼體法蘭（管板延長部分）厚度 查 GB1511999 中的圖 26 得 旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(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) 47；圖 30 得 則確定的各系數(shù)如下： 設(shè)計條件不同危險組合工況的應(yīng)力計算 以第一組危險組合工況為例，即只有殼程設(shè)計壓力，不計入膨脹變形差。 ；； 0； 以下為各項應(yīng)力計算與校核令 根據(jù)焊接長度 L 5mm 同理根據(jù)上述步驟可計算第二組、第三組、第四組危險組合工況。其計算結(jié)果列與表 41 中 。 四種危險工況的各種應(yīng)力計算與校核： 表 41 種危險工況的各種應(yīng)力計算與校核 Pt 0 Ps Pc Ps 0 Pt 不計膨脹差 計膨脹差 不計膨脹差 計膨脹差 0 0 0 0 續(xù)表 41 種危險工況的各種應(yīng)力計算與校核 令 Z λ /μ Pa ││ ││ q 在殼程壓力作用下 : 當(dāng)不計入膨脹變形差時，滿足下列式子： 當(dāng)計入膨脹變形差時，滿足下列式子： 在管程壓力作用下 : 當(dāng)不計入膨脹變形差時，滿足下列式子： 當(dāng)計入膨脹變形差時，滿足下列式子： 通過上面的計算結(jié)果表明：各個危險組合工況下，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)計是安全的。 設(shè)計值總匯 設(shè)計數(shù)總匯見表 42。 表 42 設(shè)計值總匯 名稱 尺寸 /mm 材料 名稱 尺寸 /mm 材料 筒體厚度 10 管程接管 Φ 370 10 管箱法蘭厚度 110 殼程接管 Φ420 10 管箱短節(jié)厚 10 固定管板厚 56 管箱封頭厚 10 管箱分程隔板 8 折流板厚度 8 拉桿 Φ 16 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 把過大的變形傳到換熱器的接管上。基礎(chǔ)一般分為兩種：一種為磚砌的鞍形基礎(chǔ)，換熱器上沒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。另一種為混凝土基礎(chǔ)，換熱器通過鞍式支座由地腳螺栓將其與基礎(chǔ)牢固地連接起來 [15]。 在安裝換熱器之前應(yīng)嚴格地進行基礎(chǔ)質(zhì)量的檢查和驗收工作，主要項目如下 :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。 基礎(chǔ)驗收完畢后，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，使換熱器能達到設(shè)計的水平度和標(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)兩個以上重疊式換熱器安裝時。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。可抽管束換熱器安裝前應(yīng)抽芯檢查、清掃，抽管束時應(yīng)注意保護密封面和折流扳。移動和起吊管束時應(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，用機械法清洗管內(nèi)時，兩端都可對管子進行刷洗操作。 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。也可在其相對的一端留出足夠的空間以便能拆卸殼體。 維護和檢修 為了保證換熱器長久正常運行，提高其生產(chǎn)率，必須對設(shè)備進行維護與檢修。應(yīng)以預(yù)防性維修擺在首位，強調(diào)安全預(yù)防，以保證換熱器連續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，減少任何可能發(fā)生的