【導(dǎo)讀】計(jì)算、換熱器的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的后半部分則是關(guān)于結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)已經(jīng)選定的換熱器型式進(jìn)。開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算等。最后設(shè)計(jì)結(jié)果可通過(guò)6張圖表現(xiàn)出來(lái)。

　　

【正文】 fmm? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ??； 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 154hd mm? mm? 6et mm? ? mm? 27 ①有效寬度： 2 2 1 5 4 2 0 8m a x 3 0 82 2 1 5 4 2 1 0 2 8 1 9 0hh h n n td m mB m md m m??? ? ???????? ? ? ? ? ? ? ???②有效高度： （ a）外側(cè)有效高度 1h 為： 1154 8 i n 200h n thd mmh mmmm???? ? ??????????實(shí) 際 外 伸 長(zhǎng) 度； （ b）內(nèi)側(cè)有效高度 2h 為： 21 5 4 8 3 5 .1m i n 00h n thd mmh mmmm???? ? ??????????實(shí) 際 內(nèi) 伸 長(zhǎng) 度； 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 ① 管箱 多余金屬面積： 管箱有效 厚度： 10 2 8 。he hn C mm??? ? ? ? ? 則多余的金屬面積 1A 為： 1 ( ) ( ) 2 ( ) ( 1 )( 308 154) ( 8 ) 2 6 ( 8 ) ( 1 )296h h h he h e t he h r hA B d fmm? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ??； ②接管多余金屬面積： 接管計(jì)算厚度： ? ? 2 . 5 1 5 0 2 . 22 8 6 1 2 . 52 cit t d mm? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?； 接管多余金屬面積 2A ： 2 1 2 222 ( ) 2 ( )2 35. 1 ( 6 ) 88 0h h e t t r h h e t r hA h f h C fmm? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ??； ③接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為 6mm）： 3 12 6 6 3 62hA m m? ? ? ? ?； ④有效補(bǔ)強(qiáng)面積： 308hB mm? 1 mm? 2 0hh mm? 8he mm? ? 1 296hA mm? mm? ? 22 mm? 3 36hA mm? 28 1 2 3 2 8 5 .5 1 7 8 .2 3 6 5 1 0 .2he h h hA A A A m m? ? ? ? ? ? ?； 另需補(bǔ)強(qiáng)面積 24 1 2 3( ) 95 1. 2 51 0. 2 44 1h h h h hA A A A A m m? ? ? ? ? ? ? 擬采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng) 根據(jù)接管公稱(chēng)直徑 DN150，參照 JB/T47362021 補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)選取補(bǔ)強(qiáng)圈的外徑 2 300D mm? ，內(nèi)徑 1 164D mm? （選用 E型坡口）。因?yàn)?2308BD??，則補(bǔ)強(qiáng)圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。 補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度為： 39。 421441 3 .2 43 0 0 1 6 4hh A mmDD? ? ? ???； 考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整，取殼體和管箱上補(bǔ)強(qiáng)圈的名義厚度為 6mm，即 39。 6hn mm? ? 。 mm? 24 441hA mm? 2 300D mm? 1 164D mm? 39。 mm? ? 39。 6hn mm? ? 外頭蓋開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 外頭蓋上的排污口與排氣口接管材料也為 20 號(hào)鋼，選用規(guī)格為 32 8??，主要是通過(guò)采用厚壁接管進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 其開(kāi)孔直徑 39。 2 16 2 2 20hid d C m m? ? ? ? ? ?； 強(qiáng)度削弱系數(shù) ? ?? ?39。 86 0 .6 8 8125tnrh tf m m??? ? ?； 接管有效厚度 39。39。 8 2 6et nt C m m??? ? ? ? ?； 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積： 39。 39。 39。 39。 39。 39。22 (1 )2 0 7 .0 4 2 7 .0 4 6 (1 0 .6 8 8 )139h h h h e t r hA d fmm? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ??； 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 ①有效寬度： 39。39。39。 39。 39。2 2 2 0 4 0m a x 5 62 2 2 0 2 1 0 2 8 5 6hh h n h n td m mB m md m m????? ? ???????? ? ? ? ? ? ? ??? 39。 20hd mm? 39。 mm? 39。 6et mm? ? 39。2139hA mm? 39。 56B mm? 29 ②有效高度： （ a）外側(cè)有效高度 39。1h 為： 39。39。39。120 8 i n 70h ntd mmh mmmm???? ? ??????????實(shí) 際 外 伸 長(zhǎng) 度； （ b）內(nèi)側(cè)有效高度 2h 為： 39。39。39。220 8 12 .6m i n 00h ntd mmh mmmm???? ? ??????????實(shí) 際 內(nèi) 伸 長(zhǎng) 度； 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 ①外頭蓋多余金屬面積： 外頭蓋有效厚度： 39。39。 8 2 6 。he hn C m m??? ? ? ? ? 則多余的金屬面積 1A 為： 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。1 ( ) ( ) 2 ( ) ( 1 )( 5 6 2 0 ) ( 8 7 .0 4 ) 2 6 ( 8 7 .0 4 ) ( 1 0 .6 8 8 )31h h he h e t he h r hA B d fmm? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ??； ②接管多余金屬面積： 接管計(jì)算厚度： ? ?39。 2 . 5 1 6 0 . 2 3 52 8 6 1 2 . 52 cit t d mm? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?； 接管多余金屬面積 2A ： 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。 39。2 1 2 222 ( ) 2 ( )2 12. 6 ( 6 35 ) 88 0h e t t r h e t r hA h f h C fmm? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ??； ③接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為 4mm）： 39。3 12 4 4 1 62hA m m? ? ? ? ?； ④有 效補(bǔ)強(qiáng)面積： 39。 39。 39。1 2 3 31 14 5. 3 16 17 6. 3he h h hA A A A m m A? ? ? ? ? ? ? ? 由此可知已經(jīng)達(dá)到了補(bǔ)強(qiáng)的目的。 39。1 mm? 39。2 0h mm? 39。 6。he mm? ? 39。1 31hA mm? 39。 mm? ? 39。22 mm? 39。3 16hA mm? mm? 30 水壓試驗(yàn) 設(shè) 試驗(yàn)溫度為常溫，則 有 ? ?? ? 1701 . 2 5 1 . 2 5 2 . 5 4 . 2 5125T tP P M p a??? ? ? ? ?； 則校核水壓試驗(yàn)時(shí)圓筒的薄膜壓力 T? ： () 5 ( 600 8 )2 8 2161 .5 1 345 310 .5T i eTesPD ?????? ?????? ? ? ? ? ? Mpa? 16 1. 5 0. 9Ts? ???? 換熱管 換熱管的規(guī)格為 25 ?? ，材料選為 20 號(hào)鋼。 換熱管的排列方式 換熱管在管板上的排列有正三角形排列、正方形排列和正方形錯(cuò)列三種排列方式。各種排列方式都有其各自的特點(diǎn)：①正三角形排列：排列緊湊，管外流體湍流 程度高；②正方形排列：易清洗，但給熱效果較差；③正方形錯(cuò)列：可以提高給熱系數(shù)。 在此，選擇正方形排列，主要是 考慮 這種排列便于進(jìn)行機(jī)械清洗。 查 GB1511999 可知 ， 換熱管的中心距 S=32mm，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管的中心距為44mm；同時(shí)，由于換熱管管間需要進(jìn)行機(jī)械清洗，故相鄰兩管間的凈空距離（ Sd）不宜小于 6mm。 布管限定圓 LD 布管限定圓 LD 為管束最外層換熱管中心圓直徑，其由下式確定： 12()LiD D b b b? ? ? ? 查 GB1511999 可知， b=5， b1=3， bn=12，故 b2= bn+=，則 31 600 ( 3 5 ) 578 .5LD mm? ? ? ? ?。 排管 排管時(shí)須注意：拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，在靠近折流板缺邊位置處布置拉桿，其間距小于或等于 700mm。拉桿中心至折流板缺邊的距離應(yīng)盡量控制在換熱管中心距的（ ～ ） 3 范圍內(nèi)。 多管程 換熱器其 各程管數(shù)應(yīng)盡量相等，其相對(duì)誤差應(yīng)控制在 10%以?xún)?nèi)，最大不能超過(guò) 20%。 相對(duì)誤差計(jì)算： m in ( m a x ) 100%cpcpNNN N???； 其中： cpN —— 各程的平均管數(shù)； min(max)N —— 各程中最小或最大的管數(shù)。 實(shí)際排管 如下所示 ： 由上圖可知，經(jīng)過(guò)實(shí)際排管后發(fā)現(xiàn)，每個(gè)管程的布管數(shù)目分別是 38， 56， 56， 38，而各管程的平均管數(shù)為 47，因此可知各程管數(shù)的相對(duì)誤差是： m i n ( m a x ) 4 7 3 8 5 2 4 71 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 9 % 2 0 %4 7 4 7cpcpNNN N? ??? ? ? ? ? ? ? ? 換熱管束的分程 在這里首先要先提到管箱 。 管箱 作用是把從管道輸送來(lái)的流體均勻地分布到換熱管和把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器，在多管程換熱器中管箱還起改變流體流向的作用。 由于 所選擇的換熱器 是 4管程，故管箱選擇為多程隔板的安 置形式。 而對(duì)于換熱管束的分程， 為了接管方便，采用平行分法較合適，且平行分法亦可使管箱內(nèi)殘液放盡。 換熱管與管板的連接 32 換熱管與管板的連接方式有強(qiáng)度焊、強(qiáng)度脹以及脹焊并用。 強(qiáng)度脹接主要適用于設(shè)計(jì)壓力小≤ ；設(shè)計(jì)溫度≤ 300℃；操作中無(wú)劇烈振動(dòng)、無(wú)過(guò)大的溫度波動(dòng)及 無(wú)明顯應(yīng)力腐蝕等場(chǎng)合。 除了有較大振動(dòng)及有縫隙腐蝕的場(chǎng)合，強(qiáng)度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何場(chǎng)合。 脹焊并用主要用于密封性能要求較高；承受振動(dòng)和疲勞載荷；有縫隙腐蝕；需采用復(fù)合管板等的場(chǎng)合。 在此 ，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度及操作狀況選擇 換熱管 與管板的連接方式為強(qiáng)度焊。這是因?yàn)閺?qiáng)度焊加工簡(jiǎn)單、焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)，在高溫高壓下也能保證連接處的密封性能和抗拉脫能力。 管板設(shè)計(jì) 管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一，用來(lái)排布換熱管，將管程和殼程的流體分隔開(kāi)來(lái)，避免冷、熱流體混合，并同時(shí)受管程、殼程壓力和溫度的作用。由于流體只具有輕微的腐蝕性，故采用工程上常用的 16MnR 整體管板。 管板與殼體的連接 由于浮頭式換熱器要求管束能夠方便地從殼體中抽出進(jìn)行清洗和維修，因而換熱器固定端 的管板采用可拆式連接方式，即把管板 利用墊片 夾 持 在殼體法蘭與管箱法蘭之間。 管板計(jì)算 符號(hào)說(shuō)明： dA —— 在布管區(qū)范圍內(nèi)，因設(shè)置隔板槽和拉桿結(jié)構(gòu)的需要，而未能被換熱管支承的面積， 2mm ，對(duì)正方形排列， 39。 ()dnA n S S S??； 39。n —— 隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)； S —— 換熱管中心距； nS —— 隔板槽兩側(cè)鄰管的中心距； tA —— 管板布管區(qū)面積， 2mm ；對(duì)多管程正方形排列換熱器， 2tdA n S A??； lA —— 管板布管區(qū)內(nèi)開(kāi)孔后的面積， 2mm ； 24lt dA A n ??? ； 33 a —— 一根換熱管管壁金屬的橫截面積， 2mm ； GD —— 固定端管板墊片壓緊力作用中心圓直徑， mm ；根據(jù)所選的墊片的尺寸，且選擇其壓緊面型式為 GB150 表 91 的 1a ，可知密封面寬度0 6 6 5 6 2 51 0 6 . 422Nb m m m m?? ? ? ?；則 3 2 .5 3 1 0 8 6 .4b b m m m m? ? ? ?，故665 2 8 649GD m m? ? ? ?； tD —— 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑， mm ， 4 tt AD ?? ； d —— 換熱管外徑， mm