【導(dǎo)讀】換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。在化工生產(chǎn)中其可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器。換熱器的種類很多，但是根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式上的不同基。本可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。本設(shè)計(jì)綜合考慮了給定介質(zhì)的性質(zhì)、溫度、壓強(qiáng)等因素，最終選定了管殼式換熱器中的浮頭式換熱器。要的部件包括了筒體、封頭、管箱、鉤圈式浮頭以及鞍座等。的分析了其危險(xiǎn)截面的應(yīng)力并進(jìn)行了計(jì)算與校核，保證其在實(shí)際生產(chǎn)中的安全。同時(shí)結(jié)合所選定的材料和工作環(huán)境制定相應(yīng)的焊接工藝。

　　

【正文】 4 0 . 3 9 0 . 5 44 8 8 0 0TRfiMY Z M P aD??? ?? ? ? ? ? ?? ④ 應(yīng)力校核 a． 軸向應(yīng)力 ? ? ? ?? ?m in 1 .5 , 2 .5ttH fn? ? ? ? 其中： ??tn?—— 設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料許用應(yīng)力 =170Mpa。 則 : 170 255H a M P a? ? ??? ??? ? ? ? ? ?，符合設(shè)計(jì)要求。 b． 徑向應(yīng)力 14 0. 3 [ ] 17 0tRfM P a M P a??? ? ?，符合設(shè)計(jì)要求。 c． 切向應(yīng)力 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 32 ? ?9 0 .5 4 1 7 0tT fM P a M P a??? ? ?，符合設(shè)計(jì)要求 d． 組合應(yīng)力 ? ?1 2 6 .7 5 1 7 02 tHR fM P a M P a? ? ? ? ? ? ? ? ?1 0 1 .8 7 1 7 02 tHT fM P a M P a? ? ? ? ? ? ? 符合選用要求。 綜上所述，管箱法蘭設(shè)計(jì)符合要求。 鉤圈式浮頭的尺寸計(jì)算 浮頭蓋的計(jì)算包括球冠形封頭、浮頭法蘭的計(jì)算，且應(yīng)分別按管程壓力 Pt作用和殼程壓力 Ps 作用下進(jìn)行內(nèi)壓和外壓的設(shè)計(jì)計(jì)算，取其大者為計(jì)算厚度，在浮頭式換熱器中的浮頭，一般采用鉤圈式浮頭，浮頭鉤圈采用剖開型式，這樣便于裝拆，在設(shè)計(jì)浮頭蓋前，我們應(yīng)詳細(xì)了解和計(jì)算鉤圈式浮頭的結(jié)構(gòu)和尺寸，詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖 37 所示 圖 35 B型鉤圈式浮頭的 圖 35 B 型鉤圈式浮頭 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 33 nbbbb , 21 按 GB1511998 的規(guī)定見 圖 38 查 23P ，表 14，取 b=4mm； 查表 15，取墊片寬度 13nb mm? ， 1 5b mm? ； 則 2 b mm? ? ? ； C安裝及擰緊浮頭螺母所需空間尺寸，應(yīng)考慮在各種情況熱膨脹量， 宜不小于 60mm。 c=80mm fiD 浮頭法蘭和鉤圈的內(nèi)直徑 Dfi=Di2(b1+bn)=8002（ 5+13） =764mm 0fD 浮頭法蘭和鉤圈的外直徑 , Df0=Di+80=800+80=880 mm lD 布管限定圓直徑 , 按 GB1511998 確定 23P 表 13， 對于浮頭式有： Dl=Di2(b1+b2+b)=8002（ 5++4） =753mm D 外頭蓋內(nèi)直徑 D=Di+100=800+100=900mm 0D 浮動(dòng)管板外直徑 D0=Di21b =8002 5=790mm 浮頭蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算與應(yīng)力校核 各符號及取值 bD 螺栓中心圓直徑 .mm 查 GB1501998 表 93 Db= 0 0 0( ) 79 0 ( 88 0 79 0) / 2 83 5fD D D m m? ? ? ? ? ? 0fD 法蘭外直徑 ,為 880mm GD 墊片壓緊力作用中心圓直徑 fiD 法蘭內(nèi)直徑 ,為 764mm 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 34 DF 作用在法蘭環(huán)側(cè)封頭壓力載荷引起的軸向分力 rF 作用在法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)封頭載荷引起的徑向分力 cP 計(jì)算壓力 .MPa 分別取管程壓力 Pt(內(nèi)壓 )和殼程壓力 Ps(外壓 ) iR 封頭球面內(nèi)半徑，查 81P ，表 46， iR =600mm LD螺栓中心至法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)的徑向距離 Lr Fr對法蘭環(huán)截面形心的力臂 1? 封頭邊緣處球殼中面切線與法蘭環(huán)的夾角 1 0 .5 0 .5a r c s in a r c s in 3 4 .60 .5 6 0 0 0 .5fii DR ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ?176。 ? 球冠形封頭計(jì)算厚度 .mm n? 球冠形封頭名義厚度 .mm f? 浮頭法蘭計(jì)算厚度 .mm t][? 封頭材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 .MPa ? 焊接接頭系數(shù) . 1. 浮頭墊片及螺栓計(jì)算 （ 1） 浮頭墊片的選用及計(jì)算 由 JB/T47002021,表 2， 6P ，根據(jù)匹配要求，結(jié)合 HG20580～ 205851998363P 附錄 A，故浮頭墊片選用纏繞墊片；由 JB/T47191992，選用 0Cr13 鋼帶 +特制石棉，凸密封面應(yīng)帶內(nèi)加強(qiáng)環(huán)；由 JB/T47191992，表 4 ， 71P ，當(dāng) DN=800，PN= 查得如下結(jié)構(gòu)尺寸（單位： mm）： 內(nèi)徑： 1D =760 外徑： 2D =764 由 JB/T47052021，圖 1， 70P ，墊片的金屬板材厚度為 ，結(jié)構(gòu)如下： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 35 圖 36 纏繞墊片（帶內(nèi)加強(qiáng)環(huán)） 查 GB1501998，表 92， 93P ，對于內(nèi)填石面纏繞式金屬，有：墊片系數(shù) m=3，比壓力 y=69MPa. 標(biāo)記：墊片 B JB/T47191992 A墊片有效密封寬度： 墊片外徑 /內(nèi)徑 /厚度 792/ 760/?? ，按 GB1501998，表 91， 91P 壓緊面形式 1a，則0 7 9 2 7 6 4b 7 6 .424N m m m m?? ? ? ?，那么有效密封寬度 0b 3 9b m m?? B墊片壓緊力作用中心圓直徑： 因 0b ? ，則 GD 取墊片接觸外徑減去 2b ， GD = 2 2Db? =7922 = C 墊片壓緊力 ① 預(yù)緊狀態(tài)需要的最小墊片壓： 53. 14 3. 14 77 8. 62 6. 69 69 16 .2 10G a GF F D by N? ? ? ? ? ? ? ? ② 操作狀態(tài)需要的最小墊片壓緊力： 56. 28 6. 28 77 8. 62 6. 69 3 1. 6 1. 57 10G p G CF F D bm P N? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 2）螺栓計(jì)算（參見 GB1501998， 94P ， 95P ） 選用等長雙頭螺栓，查 JB/T47002021,表 2， 6P ，根據(jù)螺栓材料 40Cr 選螺母材料為 45； 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 36 A螺栓載荷 a. 預(yù)緊狀態(tài)需要的最小螺栓載荷： 4 2 10a a GW F D by N? ? ? ? b．操作狀態(tài)需要的最小螺栓載荷： 2 2 6 60 .7 8 5 6 .2 8 0 .7 8 5 7 7 8 .6 2 1 .6 0 .1 5 7 1 0 0 .9 1 7 1 0p G G CW D D b m P N? ? ? ? ? ? ? ? ? B螺栓面積 a． 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小面積： ??b?—— 常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力， ??b?=212Mpa； 設(shè)計(jì)溫度 150℃下螺栓材料 的許用應(yīng)力 ??tb?=171Mpa，則預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小面積： ? ? 6 21 .6 2 1 0 7 6 4 1 .5212aa bWA m m? ?? ? ?， b．操作狀態(tài)下需要的最小面積： ? ? 6 20 .9 1 7 1 0 5 0 1 0 .9183Pp tbWA m m? ?? ? ? c．需要的螺栓面積： ? ? 2m a x , 7 6 4 1 .5m a PA A A m?? d．實(shí)際的螺栓面積： 2 222 2 4 2 8 1 2 6 6 0 .4 844bmdnA m m A? ?? ? ? ? ? ? 故滿足設(shè)計(jì)要求。 C．螺栓設(shè)計(jì)載荷 a．預(yù)緊狀態(tài)螺栓設(shè)計(jì)載荷： ? ? 57 6 4 1 . 5 1 2 6 6 0 . 4 8 2 1 2 2 1 5 2 0 0 9 . 8 8 2 1 . 5 2 1 022mbG bAAW F N N?? ?? ? ? ? ? ? ?內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 37 b．操作狀態(tài)螺栓設(shè)計(jì)載荷： 60 .9 1 7 1 0pW W N? ? ? 2．浮頭法蘭的設(shè)計(jì)計(jì)算 參看 [7]壓力容器法蘭 JB/T47002021,表 1， 5P ，選用長頸對焊法蘭，密封面型式為凸面。 查 JB/T47002021,表 7， 11P ，法蘭材料選用鍛件 16Mn 時(shí)，其在 150℃時(shí)的最大允許工作壓力為 ，其它設(shè)計(jì)條件： 計(jì)算壓力 Pc=；設(shè)計(jì)溫度 t=150℃； 法蘭材料為鍛件 16Mn 常溫下法蘭材料的許用應(yīng)力 [ ] 150f MPa?? 設(shè)計(jì)溫度下法蘭材料的許用應(yīng)力 [ ] 147tf MPa?? 螺栓材料為 40Cr，常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力 [ ] 212b MPa?? 設(shè)計(jì)溫度下螺栓材料的許用應(yīng)力 [ ] 183tb MPa?? 鉤圈式浮頭換熱器的浮頭宜采用球冠形封頭。球冠形封頭，浮頭法蘭應(yīng)分別在管程壓力 Pt 作用下和殼程壓力 Ps 作用下進(jìn)行內(nèi)壓和外壓的設(shè)計(jì)計(jì)算，取其大者為計(jì)算厚度。 （ 1）管程壓力 Pt作用下 (內(nèi)壓 )浮頭蓋的計(jì)算 參看 GB1511999 81P ，查 JB/T47672021 鋼制壓力容器用封頭 33P 要 100%射線探傷取 ? =. A球冠形封頭計(jì)算厚度（材料 16MnR） ? ? 170t MPa?? ? = mmRPt it ][65 ??? ????? （取 ct PP? ） 根據(jù) GB6654《壓力容器用鋼板》規(guī)定：對于 16MnR 鋼板可取厚度負(fù)偏差1 0C mm? ，取腐蝕裕量 2 2C mm? ，厚度附加量 12 0 2 2C C C m m? ? ? ? ?。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 38 設(shè)計(jì)厚度 2 1 2 1d C m m??? ? ? ? ? 名義厚度圓整后可取 8n mm? ? 檢查： 8n mm? ? 時(shí)， ??t? 、 1C 無變化且滿足封頭選型時(shí)的假設(shè)，故取封頭的名義厚度 8n mm? ? 合適。 筒體的有效厚度 12( ) 8 ( 0 2 ) 6en C C m m??? ? ? ? ? ? ? B受內(nèi)壓浮頭法蘭厚度計(jì)算 GB1511999 82P 表 47 ①法蘭力矩 a 預(yù)緊狀態(tài)下的法蘭力矩 力臂 ? ? mmDDLGbG )( ?????? 則 ? ? mNLAALFMGtbmGGG ???????? ? 3? b 操作狀態(tài)下的法蘭力矩 p D D T T G G r rM F L F L F L F L? ? ? ? ? ? mmDDLfibD )764835( ?????? ? ? mmLLLGDT )( ?????? 查 JB/T472192 表 1 浮頭法蘭的厚度 52mm?? ，因浮頭法蘭的計(jì)算厚度尚未計(jì)算出，先取 52f mm???? ，計(jì)算出再進(jìn)行校核。 查 GB1501998 圖 91， 88P ，取焊角底高 l=10mm，則 152 1 10 12. 952 2 c os 2 2 c os 39. 4frl l m m? ??? ? ? ? ? ? ?? 那么作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力 NPDF cfiD 5622 6 8 8 ??????? 流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 39 之差 NPDPDFFF cficGDT 8 4 4 87 8 8 22 ????? 5 517 .3 3 1 0 8 .9 2 1 0ta n ta n 3 9 .4Dr FFN? ?? ? ? ? ????????? cGPG b m PDFF 則 ????? rTGDP MMMMM D D T T G G r rF L F L F L F L? ? ? =（ + + ） 210 =? m ②法蘭厚度計(jì)算 ? ? ? ? mmDDDRDPLfiftffiific )764880(1478 4 22022 ???? ????????? 預(yù)緊狀態(tài) ? ? 764880 764880764150 mmDD DDDMJ fifo fifofif aa ??????? ????????????? ??? ? 操作狀 態(tài) ? ? 764880 764880764147 mmDD DDDMJ fifo fifofitf PP ????