【導(dǎo)讀】本文介紹了U型管換熱器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。U型管換熱器僅有一個(gè)管板，管。用雙管程，流程較長，流速較高，傳熱性能較好，承壓能力強(qiáng)，管束可從殼體內(nèi)抽出，便于檢修和清洗，且結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)便宜。U型管式換熱器的主要結(jié)構(gòu)包括管箱、筒。本次設(shè)計(jì)為二類壓力容器，設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力都較高，因而設(shè)計(jì)要求高。器采用雙管程，不銹鋼換熱管制造。以及零部件的選型和工藝設(shè)計(jì)。

　　

【正文】 B/T471292 鞍式支座的選擇重型 BI 型焊制鞍式支座（表 7） 當(dāng) DN=1200mm 取鞍式支座的相關(guān)尺寸如下： 序號 項(xiàng)目 符號 單位 數(shù)值 1 公稱直徑 DN mm 1200 2 允許載荷 Q KN 562 3 鞍座高度 h mm 200 4 底板 mm 880 mm 170 mm 12 5 腹板 mm 10 6 筋板 mm 200 mm 140 mm 180 mm 10 7 墊板 弧長 mm 1410 29 mm 270 mm 8 e mm 40 8 螺栓間距 mm 720 9 帶墊板鞍座質(zhì)量 M Kg 80 10 包角 ? 120 11 型號 BI 重型 F,S各一 、鞍座的應(yīng)力校核 （ 1） 原始數(shù)據(jù)表 序號 項(xiàng)目 符號 單位 數(shù)值 1 設(shè)計(jì)壓力 MPa 2 設(shè)計(jì)溫度 t 186。C 180 3 物料密度 4 筒體內(nèi)徑 mm 1200 5 筒體長度 L m 6530 6 公稱厚度 mm 12 7 厚度附加量 C mm 2 8 鞍座型號 BI 9 鞍座中心線離封頭切線的距離 H mm 300 10 鞍座腹寬 B mm 170 30 11 腹板厚度 mm 10 12 鞍座包角 ? 120 13 容器與封頭 的材料 16MnR 14 容器與封頭的許用應(yīng)力 MPa 170 15 鞍座材料 16MnR 16 鞍座材料許 用應(yīng)力 MPa 170 17 容器自重 m kg 11526 18 物料重量 Kg 7368 19 總重量 M kg 18894 （ 2） 校核計(jì)算 序號 項(xiàng)目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源及計(jì)算公式 數(shù)值 1 支座反力 F N 2 系數(shù) C1 3 系數(shù) C2 4 系數(shù) C3 5 筒體在支座跨中截面處的彎矩 M1 Nmm 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 6 筒的支座截 面的彎矩 M2 Nmm 7 跨中截面處的軸向應(yīng)力（最高點(diǎn)） MPa 31 8 跨中截面處的軸向應(yīng)力（最低點(diǎn)） MPa 9 系數(shù) A 10 系數(shù) B MPa GB1501998 圖 63 148 11 軸向許用壓 縮應(yīng)力 MPa B=148 MPa 148 12 比較 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =128 MPa 驗(yàn)算合格 筒體和封頭中的切向剪應(yīng)力 13 系數(shù) 《過程裝備設(shè)計(jì)》表 52 14 切向剪應(yīng)力 max? =iei RHLALR FK 34 23 ? ??? 15 橢圓形封頭的形狀系數(shù) K 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 K= 16 封頭內(nèi)壓引 起應(yīng)力 126 17 比較 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ,錯(cuò)誤 !未找到引用源。 驗(yàn)算合格 筒體的周向應(yīng)力 18 鞍座截面筒體最低 處的周向應(yīng)力 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 19 系數(shù) K5 《過程裝備設(shè)計(jì)》表 53 20 筒體有效寬度 mm 21 鞍座邊角處筒體的 周向應(yīng)力 MPa 22 系數(shù) K6 《過程裝備設(shè)計(jì)》表 53 23 比較 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ,錯(cuò)誤 !未找到引用源。 驗(yàn)算合格 鞍座腹板應(yīng)力 24 系數(shù) K’ 《過程裝備設(shè)計(jì)》表 55 32 25 鞍座承受水平分力 Fs N SF = K′ F 26 鞍座計(jì)算高度 mm 取實(shí)際高度 200 27 取 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 中較小者為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 即 錯(cuò)誤 !未找到引用源 。 =100 28 鞍座有效斷面平均應(yīng)力 MPa 29 比較 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 驗(yàn)算合格 第三部分、換熱器的制造、檢驗(yàn)、安裝與維修 換熱器的制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收 換熱器的制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收，應(yīng)遵守 GB1511999 和 GB1501998 的有關(guān)規(guī)定。 筒體 a 圓筒內(nèi)直徑允許偏差：用板材卷制時(shí)，內(nèi)直徑允許偏差可通過外圓周長加以控制，其外圓周長允許上偏差為 10mm，下偏差為 0。 b 圓筒同一斷面上，最大直徑與最小直徑之差為 e≤ %DN， DN=% 1100= c 圓筒直線度偏差為 L/1000，且當(dāng) L≤ 6000mm 時(shí)，其值不大于 。 L=6000mm 所以直 線度允許偏差 。進(jìn)行檢查時(shí)，應(yīng)通過中心線和垂直面即沿圓周 0176。、 90176。、180176。、 270176。四個(gè)部位測量。 d 殼體內(nèi)壁凡有礙管束順利裝入或抽出的焊縫均應(yīng)磨至與母材表面齊平。 e 插入式接管不應(yīng)伸出管箱、殼體和頭蓋的內(nèi)表面。 33 換熱管 a 換熱管管端外表面應(yīng)除銹，用于焊接時(shí)，管端清理長度應(yīng)不小于管外徑，且不小于25mm。 b 管端坡口應(yīng)采用機(jī)械方法加工，焊前應(yīng)清洗干凈。 管板 a 管板由低合金鋼鍛件 16MnR 制成，加工前表面不平度不得大于 2mm，如超過此值，應(yīng)先進(jìn)行校平，然后進(jìn)行加工 。 b 拼接管板的對接接頭應(yīng)進(jìn)行 100%射線或超聲檢測，按 JB473094 進(jìn)行表面檢測，檢測結(jié)果不低于Ⅲ級，或超聲檢測中的Ⅰ級為合格。 c 換熱管與管板的連接：二者采用焊接的形式連接，連接部位的換熱管和管板孔表面，應(yīng)清理干凈，不得有毛刺、鐵屑、銹斑、油污等。焊渣及凸出于換熱器內(nèi)壁的焊瘤均應(yīng)清除。 d 管板與換熱管焊接時(shí)，管孔表面粗糙度 Ra 值≤ 25181。m。 折流板、支持板 a 折流板、支持板的管孔直徑及允許誤差按 GB1511999 中 的規(guī)定為： ，但允許超差 的管孔數(shù)不得超過 4%。 b 折流板、支持板外圓表面粗糙度 Ra值不得大于 25181。m，外圓面兩側(cè)的尖角應(yīng)倒鈍。還應(yīng)取出折流板、支持板上的任何毛刺。 管束的組裝 a 拉桿上的螺母應(yīng)擰緊，以免在裝入或抽出管束時(shí)，因折流板竄動而損傷換熱管。 b 穿管時(shí)不應(yīng)強(qiáng)行敲打，換熱管表面不應(yīng)出現(xiàn)凹癟或劃傷。 c 除換熱管與管板間以焊接連接外，其他任何零件均不準(zhǔn)與換熱管相焊。 d 管箱應(yīng)在補(bǔ)焊后作消除應(yīng)力的熱處理，設(shè)備法蘭應(yīng)在熱處理后加工。 e 換熱器的密封面應(yīng)予以保護(hù)，不得因磕碰劃傷 、電弧損傷、焊瘤、飛濺等二損壞密封面。 34 換熱器的組裝 a 換熱器零、部件在組裝前應(yīng)認(rèn)真檢查和清掃，不應(yīng)留有焊疤、焊接飛濺物、浮銹及其他雜物等。 b 吊裝管束時(shí)，應(yīng)防止管束變形和損傷換熱管。 c 螺栓的緊固至少應(yīng)分三遍進(jìn)行，每遍的起點(diǎn)應(yīng)相互錯(cuò)開 120176。角。 壓力試驗(yàn) 壓力試驗(yàn)的方法及要求應(yīng)符合 GB1501998《鋼制壓力容器》第十章 的規(guī)定。 U型管換熱氣的壓力試驗(yàn)的順序：先用試驗(yàn)壓環(huán)進(jìn)行殼程試驗(yàn)，同時(shí)檢查接頭，水壓試驗(yàn)壓力 1Mpa（表壓）在進(jìn)行殼程試驗(yàn)，合格后，再以 （ 表壓）進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。 換熱器的安裝與維護(hù) 安裝 ：根據(jù)該換熱器的結(jié)構(gòu)形式，在換熱器的兩端留有足夠的空間來滿足拆裝、維修的需要。 ：必須使換熱器不發(fā)生下沉。在活動支座的一端應(yīng)予埋滑板。 （ 1）活動支座的地腳螺栓應(yīng)裝有兩個(gè)緊鎖的螺母，螺母與底板間應(yīng)留有 1～ 3mm的間隙。 （ 2）地腳螺栓兩側(cè)均有墊鐵。設(shè)備找平后，斜墊鐵，可與設(shè)備支座底板焊牢，但不得與下面的平墊鐵或滑板焊死。 （ 3） 墊鐵的安裝不應(yīng)妨礙換熱器的熱膨脹。 維護(hù) 換熱器不得在超過銘牌規(guī)定的 條件下進(jìn)行。要經(jīng)常對管殼程介質(zhì)的溫度和壓降進(jìn)行監(jiān)督，分析換熱器的泄漏和結(jié)構(gòu)情況。在壓降增大和傳熱系數(shù)降低超過一定數(shù)值時(shí)，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)和換熱器的結(jié)構(gòu)，選擇有效的方法進(jìn)行清洗。應(yīng)經(jīng)常監(jiān)視管束的振動情況。 35 結(jié)束語 這次設(shè)計(jì)是在大學(xué)完成四年全部課程的基礎(chǔ)上，通過實(shí)習(xí)對 10 104 廠的實(shí)地考察，參觀了一系列的換熱設(shè)備，查閱了相關(guān)資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。是一次理論與實(shí)踐相結(jié)合的綜合性訓(xùn)練。兩個(gè)多星期以來，我們在指導(dǎo)教師的熱心指導(dǎo)下，經(jīng)過個(gè)人的努力，順利完成了本次設(shè)計(jì)任務(wù)。 本次設(shè)計(jì)大致分四個(gè)步驟，首先進(jìn) 行的是工藝部分的計(jì)算，確定出換熱面積、換熱管數(shù)、管長、管程及殼程流體的流速、換熱器筒體的內(nèi)徑等：然后就開始換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過已知條件及工藝計(jì)算部分的結(jié)果選定 U型管換熱器，其中涉及到了一系列零部件的設(shè)計(jì)和選擇，這步工作需要參照 GB151， GB150 等國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)；接著進(jìn)行各零部件的強(qiáng)度校核，用以保證各零部件的強(qiáng)度和剛度，這也是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。這三步工作完成以后，最后就是繪圖和論文的編排與打印。 設(shè)計(jì)是一個(gè)從無到有的過程，其中有很多因素都必須考慮到，因此需要一定的耐心和細(xì)心才能夠完得成。 在這次的課程 設(shè)計(jì)過程中，使我學(xué)到了很多知識，把以前的理論知識聯(lián)系到實(shí)際當(dāng)中，但是，由于時(shí)間和自己掌握的知識有限，在設(shè)計(jì)的過程中難免有錯(cuò)誤，衷心希望老師指正。 36 參考文獻(xiàn) [1] GB 1501998 《鋼制壓力容器》 [2] GB 1511999 《鋼制管殼式換熱器》 [3] JB/T 473795 《橢圓形封頭》 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1996 [4] JB/T 471792 《 U型管式換熱器型式與基本參數(shù)》 [5] JB/T 4737 《橢圓形封頭》 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1996 [6] GB 132962020 《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》 [7] HG 20592～ 2063597 .鋼制管法蘭、墊片、緊固件 [8] 錢頌德主編 .《換熱器設(shè)計(jì)手冊》 .北京：化學(xué)工業(yè)出版， [9] 化工部設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站 毛希瀾 .《化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書（換熱器設(shè)計(jì)）》 [10]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 .壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 .北京：中國勞動社會保障出版社， 1999 [11]蘭州石油機(jī)械研究所 .換熱器 .北京：烴加工出版社， 1998 [12]JB/T 470992 《鋼制壓力容器焊接規(guī)程 》 [13]《化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書》編輯委員會編，化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書 —— 換熱器，化學(xué)工業(yè)出版社， 2020 年 5月第一版