【導讀】務主要是根據(jù)已知條件選擇采用浮頭式換熱器機的設計。首先根據(jù)給出的設計溫。和傳熱面積來確定換熱管的材料，尺寸，根數(shù)。排列，并根據(jù)換熱管的排列和長度來確定筒體直徑以及折流板的選擇。器的內(nèi)徑和內(nèi)外壓的計算來確定殼體和封頭的厚度并進行強度校核。法蘭的設計計算與校核和管子拉脫力的計算。還包括管板的結構設計、防沖擋板、結構設計中的標準件可以參照國家標準根據(jù)設計。條件直接選取；非標準件，設計完結構后必須進行相應的應力校核。把壓縮機排出的高溫高壓制冷劑蒸。有蒸汽冷凝器，鍋爐用冷凝器等。冷凝器常被用于空調(diào)

　　

【正文】 （ 2104） 常溫下螺栓材料的許用應力 ? ? MPab 210?? 設計溫度下螺栓材料的許用應力 ? ? MPatb 187?? 預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積 ? ? 261822101298227 mmWA baa ??? ? （ 2105） 操作狀態(tài)所需的螺栓面積 ? ? 277371871446872 mmWA tbpp ??? ? （ 2106） 所需螺栓面積 mA 取 aA 與 pA 的大值，所以 mA =7737mm178。 查文獻 [5]得 M24 螺栓的小徑 1d =（ mm） 實際螺栓面積 mb AA ????? 2? （ 2107） 預緊狀態(tài)螺栓的設計載荷 ? ? NAAFW bbmG 21143852102 1240077372 ??????? ? （ 2108） 操作狀態(tài)下螺栓設計載荷 NWW p 1 4 4 6 8 7 2?? （ 2109） 確定法蘭材料，密封面型式及結構尺寸 法蘭材料選用 16MnⅡ，密封面型式采用凸面密封，與外頭蓋法蘭相匹配。 法蘭力臂 ??? AD LL 由外頭蓋設計中查標準長頸對焊 法蘭的螺栓分布圓直徑 D=840. 取法蘭頸部大端有效厚度 mm801 ?? 。螺栓中心至法蘭頸部與法蘭背面交點的徑向距離 mmL A 402/)280600840( ????? （ 2110） 螺栓中心至 DF 的作用位置處的徑向距離 mmL D ???? （ 2111） 螺栓中心至 GF 的作用位置處的徑向距離 mmDDL GbG 7498402 ????? （ 2112） . .. 螺栓中心至 TF 作用位置處的徑向距離 mmLLL GAT 1 ??????? ? （ 2113） 預緊狀態(tài)的法蘭力矩 mmNLFM GGa ????? （ 2114） 操作狀態(tài)的法蘭力矩 GGTTDDp LFLFLFM ??? NPDF ciD 22 ????? （ 2115） NDDP PDPDFFF iGc cicGDT 50 49 15)600749()( 222222??????? ???? （ 2116） mmNLFLFLFM GGTTDDp ???????? ??? 12 706 717 103 491 58090 432 0 （ 2117） 設計溫度下法蘭材料的許用應力 ? ? MPatf 144?? 常溫下法蘭材料的許用應力 ? ? MPaf 150?? 法蘭設計力矩 oM 取 ? ?? ? mmNMftfa ???? 5672 655 61501445906 932 9?? （ 2118） 和 NM p 127067173? 的大值 所以 oM 取 127067173N mm 側法蘭法蘭應力 取法蘭頸部小端有效厚度 o? =40mm 2408001 ???? （ 2119） 取法蘭頸部高度 h=50mm 5000????? ?iDhhh （ 2120） 查文獻 [2]圖 97得整體法蘭頸部應力校正系數(shù) f= 查文獻 [2]圖 93得整體法蘭系數(shù) ?IF 參數(shù) ??? hFe I （ 2121） 系數(shù) ?????? ef?? （ 2122） 式中 f? 為法蘭有效厚度 0 08 9 5 ??? iO DDK （ 2123） . .. 由 K= 查文獻 [2]表 9— 5 得 T=， Z=， Y=， U= 系數(shù) ??? T?? （ 2124） 查文獻 [2]圖 9— 4 得 ?V 參數(shù) 594 34 4840155 220211 ????? ?hVUd （ 2125） 參數(shù) ? ? 13 ????d? （ 2126） ????? ??? （ 2127） （ 1） 軸向應力 MP aDfM iH 12 7067 17 32 221 0 ?????? ??? （ 2128） （ 2） 徑向應力 ? ?M P aMDeiffR531 2 7 0 6 7 1 7 202???? ?????????? （ 2129） （ 3） 環(huán)向 應力 MP aZDYM RifOT 22 ??????? ??? （ 2130） （ 4） 剪切力 預緊狀態(tài)的剪切載荷 W=2114385N 操作狀態(tài)的剪切載荷 W=1446872N 剪切面積 22 0 4 8 2 mmlDA ????? ?? （ 2131） 式中 ??D 剪切面計算直徑 ?l 剪切面計算高度 預緊狀態(tài)剪應力 MP aAW ??? ?? （ 3132） 操作狀態(tài)剪應力 MP aAW p 712048 81446 872 ??? ?? （ 3133） 應力校核 ? ? M P atf ???? 設計溫度下圓筒材料的許用應力 ? ? MPatn 170?? . .. ? ? M P atn ???? （ 1）允許軸向應力取 ? ? Htf M P a ?? ???? （ 2）環(huán)向 應力 M P aM P a tfT 144][18 ??? ?? （ 3）徑向應力 M P aM P a tfR 144][53 ??? ?? （ 4）組合應力 ? ? MP aMP a tfRH ?????? ??? （ 3134） ? ? MP aMP a tfTH ?????? ??? （ 3135） （ 5）剪應力 預緊狀態(tài)下，許用的剪應力為 [ ] 170 136n M Pa? ? ? ? 由前面的計算得 ? ?tnM P a ?? ??? 操作狀態(tài)下，許用的剪應力為 [ ] 170 136n M Pa? ? ? ? 由前面的計算得 ? ?tnM Pa ?? ??? 結論：設計的法蘭在軸向應力，徑向應力，環(huán)向應力，組合應力及剪應力均滿足要求，所假設的法蘭名義厚度 n? =85mm 合理。因此，取側法蘭的名義厚度為 85mm。 支座的設計與選擇 支座的選擇 根據(jù)設計溫度和設計載荷以及臥式容器的特點選用鞍式支座，材料為Q235B，墊板的材料選用與筒體相同的 Q345R。 根據(jù)筒體內(nèi)徑，按文獻 [4]，對于 mmDN 900? 選用重型鞍座，帶墊板，因為筒體內(nèi)徑為 600mm，所以采用 BI 焊制， 120176。 包角，采用兩個鞍座，一個為固定鞍座 BI600F，一個為滑動鞍座 BI600S。 h=300mm，質(zhì)量為 29KG，允許載荷為 165kN。 經(jīng)計算，得到設備的充水質(zhì)量為 3710KG，即 37100N= 遠小于鞍座的允許載荷 165kN，所以滿足要求。 支座的布置 根據(jù)文獻 [1]中的 對于 mmL 3000? ，兩支座的間距 LLB )~(? 所以選用 mmLL B 1 5 0 03 0 0 ???? ，支座到筒體兩端的距離盡量等距。 吊環(huán)螺釘?shù)脑O計 為了便于裝拆管束，應在浮頭式換熱器的固定管板上設置吊環(huán)螺釘，根據(jù)筒體身本的結構和尺寸，采用一個 M20， L=180mm的螺釘，材料選用 20 號鋼。 . .. 圖 6 吊環(huán)螺釘管板連接圖 防沖板的設計 在殼程的進口處設置一個防沖板，材料用 Q235A，防沖板的邊長應大于接管外徑 50mm 以上，所以取防沖板的邊長為 200mm。 防沖板的最小厚度，對于碳鋼，不得小于 ， 因此取 ? =6mm。防沖板焊接在定距管上 圖 7 防沖板布置簡圖 滑道的設計 滑道焊在折流板或支持板的槽內(nèi)，在直徑方向高出折流板 ，并與管束成一體。滑板的尺寸可根據(jù)換熱器直徑、長度和管束重量確定。具體數(shù)據(jù)如下圖 圖 8 滑道示意圖 . .. 3 設備的維護與檢修 設備的檢查 打開換熱器，拆去兩端封頭，裝上試驗環(huán)，然后向殼體內(nèi)打水壓。根據(jù)漏水情況即可檢查管子穿孔、波裂以及管子和管板泄露的位置，需要注意的是，試壓用水應使用常溫。 換熱器的 清理和維護 換熱器長期工作后換熱管的內(nèi)外都會有不同程度的污垢，甚至是阻塞。因此必須在停工維修時對其進行清掃。冷凝器的結垢中含有大量的鈣、鎂物質(zhì)。用一般的簡單方法很難完全把它清洗掉，所以要用酸洗的方法。酸洗結束后進行檢查，如果合格可再次循環(huán)清洗酸洗用的酸。各廠應根據(jù)需要可設置機動式酸洗設備輪流到各車間進行清洗。 換熱器的運轉周期應和裝置的生產(chǎn)周期一致。但有時因為換熱器積垢滿足不了生產(chǎn)周期要求，或操作不當引起不正常運轉，還有由于墊片質(zhì)量不好和螺栓緊固不好。所以換熱器要時常進行維護，保證生產(chǎn)正常進行。日常維護要保 證壓力穩(wěn)定，絕不超壓運行。換熱器的檢修要按照正規(guī)步驟進行，對于損壞的管子要就地更換。 . .. 結 論 通過一個多月的努力，我終于在張志文老師和同學的幫助下完成了本次畢業(yè)設計 —— 蒸汽冷凝器的設計。通過對已知條件的分析，采用了浮頭式換熱器的結構。本次蒸汽冷凝器是利用冷卻水對氫氣進行冷凝。換熱器通過換熱管使管內(nèi)外介質(zhì)進行熱力交換達到冷凝效果。由換熱管數(shù)量和排布通過計算確定了換熱器的筒體內(nèi)徑選取 600mm。由筒體內(nèi)徑和材料得出筒體的厚度 14mm。通過對筒體和封頭的校核來保證換熱器的安全性。由 于需要介質(zhì)的進出，所以殼體上有很多開孔，必須對開孔進行補強計算，通過計算確定筒體上的開孔需要另行補強，選擇了補強圈補強法。換熱管需要利用折流板和支撐板對其起支撐作用，我確定了間隔250mm 的弓形折流板。本次的換熱器設計主要的難點在于浮頭蓋那邊的浮頭法蘭的設計以及與浮頭外頭蓋連接的側法蘭的設計，兩個非標法蘭的設計與校核對我是很大的考驗。 這次設計，用到了大學四年來所學的很多知識，幾乎是把大學所學復習了一遍。通過這次設計，我提高了分析查閱的技巧，提高了理論計算和繪圖能力。由于畢業(yè)設計比較重要和嚴格。培養(yǎng)了我嚴肅認 真的科學態(tài)度和嚴謹?shù)膶W風作風。今后我會繼續(xù)努力，為我們這個換熱器行業(yè)貢獻自己的一份力量。 . .. 致 謝 本次設計我得到了很多同學和老師的幫助，特別是張志文老師。作為我的畢業(yè)設計的指導老師，在各方面給我提供了很大的幫助，讓我克服了很多困難，順利的完成了本次畢業(yè)設計。同時我也要感謝在本次設計中對我提供幫助的其他裝備系的老師和我的同學們，最后要感謝關心和幫助我們畢業(yè)設計的院系領導們。 . .. 參考文獻 [1] 國家技術監(jiān)督局 .GB1511999 管殼式換熱器 .北京：中國標準出版社， 1999 [2] 國家技術監(jiān)督局 .GB1502021 鋼制壓力容器 .北京：中國標準出版社， 2021 [3] 柴誠敬，王軍，張纓 .化工原理課程設計 .天津大學化工學院， 2021 [4]曲文海，董大勤，袁鳳隱 . 壓力容器與化工設備實用手冊（上、下冊） .北京：化學工業(yè)出版社， 2021， 3 [5]楊可楨，程光蘊，李仲生 .機械設計基礎 .北京：高等教育出版社 [6]國家技術監(jiān)督局 .容器支座壓力容器法蘭 .北京：中國標準出版社， 1998， 5 [7] 鄭津洋 .過程設備設計 .北京： 化學工業(yè) 出版社， 2021