【導(dǎo)讀】少的工藝設(shè)備之一。因此，換熱設(shè)備的研究受世界個國政府及研究機構(gòu)的高度重視。廣泛應(yīng)用的通用設(shè)備，對化工煉油工業(yè)尤為重要。物料的加熱、冷卻、蒸發(fā)、冷凝、蒸。餾等都要通過傳熱設(shè)備進(jìn)行熱交換，才能達(dá)到要求。例如常壓減壓蒸餾裝置中熱交換約。換器約占總投資的11%。部分，如氨合成塔內(nèi)的熱交換器等?；厥諑砹孙@著的經(jīng)濟效益。管殼式換熱器具有可靠性高，適應(yīng)性廣等優(yōu)點，在各工業(yè)。領(lǐng)域中得到最為廣泛地應(yīng)用。近年來，盡管受到了其他新型換熱器的挑戰(zhàn)，但反過來也。促進(jìn)了其自身的發(fā)展。本設(shè)計主要介紹管殼式換熱器的設(shè)計。策，為此一般應(yīng)遵守如下一些基本原則。制壓力容器》等有關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)。化或全自動生產(chǎn)，減小占地面積，縮短制造周期，降低制造成本。設(shè)計溫度不得低于元件金屬的這狀態(tài)可能達(dá)到的最高溫度。的允許使用溫度，因而管板和換熱管的設(shè)計溫度為200℃。管程的溫度作用大，故其設(shè)計溫度根據(jù)管程的設(shè)計溫度為200℃。

　　

【正文】 于管法蘭，由于被連接的對象是標(biāo)準(zhǔn)件（管子、管件和閥門），因此還應(yīng)該特別突出互換性的要求。 ⒉ 法蘭的 型 式 換熱器常采用的法蘭結(jié)構(gòu) 型 式 為：平焊法蘭及對焊法蘭。法蘭的密封面形式：平面、凸凹面和榫槽面。 接管法蘭 ⒈ 接管法蘭的要求 ①凹凸或榫槽密封面的法蘭，密封面向下，一般應(yīng)設(shè)計或凸面或榫面，其他朝 向的，則設(shè)計成凹面或槽面，且在同一設(shè)備上成對使用。 ②接管法蘭螺栓通孔不應(yīng)和殼體主軸中心線相重合，應(yīng)對稱地分布在主軸中心線兩側(cè)，也就是跨中布置法蘭螺栓孔。 ⒉ 接管法蘭類型的確定 茂名 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計 )論文 ： 100 萬噸 /年 延遲焦化裝置蠟油 軟化水換熱器設(shè)計 30 HG 管法蘭標(biāo)準(zhǔn)共規(guī)定了 8 種不同類型的管法蘭和兩種法蘭蓋、法蘭的名稱、代號及其所屬標(biāo)準(zhǔn)列于下表 52。 表 52 法蘭類型及類型代號、標(biāo)準(zhǔn)號 法蘭類型 法蘭類型代號 標(biāo)準(zhǔn)號 法蘭類型 法蘭類型代號 標(biāo)準(zhǔn)號 板式平焊法蘭 PL HG20593 螺紋法蘭 Th HG20598 帶頸平焊法蘭 SO HG20594 對焊環(huán)松套法蘭 PJ/SE HG20595 帶頸對焊法蘭 WN HG20595 平焊環(huán)松套法蘭 PJ/PR HG20600 整體法蘭 IF HG20596 法蘭蓋 BL HG20601 承插焊法蘭 SW HG20597 襯里法蘭蓋 BL（ S） HG20602 管、殼程壓力相同，管程的進(jìn)、出口接管，殼程的進(jìn)、出口接管、放凈口接管和液位進(jìn)口接管選擇帶頸對焊法蘭。如圖 515。 圖 515 法蘭形式 ⒊ 接管法蘭尺寸 查 文獻(xiàn) 7， 可得接管法蘭在設(shè)計壓力 下的尺寸，如下表 53 所示： 表 53 帶頸對焊法蘭尺寸 公稱直徑 DN 鋼管外徑 A1 連接尺寸 法蘭頸 法蘭高度 H 法蘭厚度 C 法蘭外徑 D 螺栓孔中心圓直徑 K 螺栓孔直徑 L 螺栓孔數(shù)量 頸根直徑 N 頸部過渡圓角半徑 R 200 219 375 320 30 12 244 8 88 34 ⒋ 管法蘭密封面型式的確定 法蘭的密封面型式其有 5 種。根據(jù)管、殼程的壓力和接管公稱直徑，前面所選管法蘭密封面型式選擇突面型式。 管箱法蘭 ⒈ 管箱法蘭的結(jié)構(gòu)與類型的確定 就法蘭的承載能力而言，法蘭 有 3 種類型，即甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭和長第五章 選擇并設(shè)計換熱器的各部結(jié)構(gòu) 31 頸對焊法蘭。 選擇對焊長頸法蘭，這種法蘭的優(yōu)點是頸的根部較厚，而且與法蘭盤圓滑過渡，從而更有效地增加了法蘭的整體強度和剛度，另一方面，除去了平焊法蘭中短節(jié)與法蘭盤的連接焊縫，從而消除了存在焊接殘余應(yīng)力的可能性。 其結(jié)果形式如下圖 516： 圖 516 長頸對焊法蘭 ⒉管箱法蘭尺寸的確定 查 JB/T47032021《 長頸對焊法蘭 》， 可得管箱法蘭 在設(shè)計壓力 下 的尺寸，如下表 54 所示： 表 54 管箱法蘭尺寸 公稱直徑 DN mm 法蘭， mm D D1 D2 D3 δ H h a a1 δ 1 δ 2 R d 800 995 940 898 888 70 156 42 21 18 22 44 15 30 對接筒體最小厚度 0 16mm? ? 、螺柱：規(guī)格： M30 數(shù)量： 40 外頭蓋法蘭 依工藝條件：殼側(cè)壓力為 ，設(shè)計溫度為 200℃，公稱直徑 為 900 ㎜， 按 文獻(xiàn)10 初步確定使用凹密封面長頸對焊法蘭， 法蘭尺寸如下表 55： 表 55 外頭蓋 法蘭尺寸 公稱直徑 DN mm 法蘭， mm D D1 D2 D3 δ H h a a1 δ 1 δ 2 R d 900 1115 1055 1010 1000 86 170 42 26 23 24 36 15 33 對接筒體最小厚度 0 16mm? ? 、螺柱：規(guī)格： M30 數(shù)量： 40 外頭蓋 側(cè) 法蘭 殼側(cè)壓力為 ，設(shè)計溫度為 200℃，公稱直徑 為 800 ㎜， 按 JB472192《 外頭蓋側(cè)法蘭 》 確定使用凹密封面長頸對焊法蘭， 法蘭尺寸如下表 56： 茂名 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計 )論文 ： 100 萬噸 /年 延遲焦化裝置蠟油 軟化水換熱器設(shè)計 32 表 56 外頭蓋側(cè) 法蘭尺寸 公稱直徑 DN mm 法蘭， mm D D1 D2 δ H h δ 1 δ 2 R d 800 1115 1055 997 86 190 78 20 46 15 33 對接筒體最小厚度 0 16mm? ? 、螺柱：規(guī)格： M33 數(shù)量： 40 氣口的選擇 在換熱器的管程與殼程，為了回收或排除 介質(zhì)、空氣幾凝液，在管板或靠近管板的殼體上設(shè)置排液口和排 氣口。 為了高傳熱效率，排除或回收工作殘液（氣），凡不能借助其他接管排氣，排液的換熱器應(yīng)在其殼程的最高，最低點分別設(shè)置排氣、排液接管，排氣、 排液接管的端部必須與殼體或管箱殼體內(nèi)壁平齊。排氣口和排液口的大小一般不小于φ 15mm。 對于臥式換熱器的殼體排液口、排 氣口，設(shè)置的位置分別在筒體的上部和底部。 其結(jié)構(gòu)形式見圖紙。 鞍式支座是臥式容器廣泛應(yīng)用的一種支座。通常由數(shù)塊鋼板焊接制成。鞍座是由墊板（又叫加強板）、腹板、肋板和底板構(gòu)成。墊板的作用是改善殼體局部受力情況。通過墊板，鞍座接受容器載荷。肋板的作用是將墊板、腹板和底板連成一體，加大剛性，有效地傳遞壓縮力和抵抗外彎矩。因此，腹板和肋板的厚度與鞍座的高度 H 直接決定著鞍座允許負(fù)荷 的大小。鞍座包角 2α和寬度 m， b1 的大小直接影響著支座處筒壁應(yīng)力值的高低。標(biāo)準(zhǔn) JB/T471292《鞍式支座》中鞍座的包角有 120186。和 150186。兩種，鞍座寬度則隨著筒體直徑的增大而加大。 根據(jù)底板上螺栓孔形狀的不同，鞍座分成兩種型式，一種為固定鞍座，鞍座底板上開圓形螺栓孔（代號為 F 型）。另一種為滑動鞍座，鞍座底板上開長圓形螺栓孔（代號為 S 型）。每臺設(shè)備一般均用兩個鞍座支承，并且采和一個固定鞍座和一個滑動鞍座。這是因為設(shè)備隨著溫度的變化會產(chǎn)生熱脹冷縮，如果不讓設(shè)備有自由伸縮的可能性，則在器壁中將產(chǎn)生熱應(yīng)力。 JB/T471292 鞍式支座，其直徑范圍為 DN159～ 4000。對于同一個公稱直分輕、重型兩種結(jié)構(gòu)型式。輕型可以滿足一般容器的使用要求；重型可以滿足換熱器、介質(zhì)比重較大的設(shè)備或長徑比較大的設(shè)備的使用要求。 第五章 選擇并設(shè)計換熱器的各部結(jié)構(gòu) 33 按 JB/T471292《鞍式支座》 ， 鞍座的型式中可以選該換熱器的鞍座型式為 BIV，其結(jié)構(gòu)特征是彎制、 120176。包角、帶墊板、單至二塊筋板。見圖 517： 圖 517 鞍式支座 查 JB/T471292， DN500~900 鞍座尺寸 ： 表 57 鞍座尺寸 公稱直徑 DN 允許載荷 Qkw 鞍座高度 h 底板 腹板 筋板 墊板 螺栓間距 2l 鞍座質(zhì)量 kg 增加100mm 高度增加的質(zhì)量 kg 1l 1b 1? 2? 3l 3b 3? 弧長 4b 4? e 800 220 200 720 150 10 10 400 120 10 940 200 6 36 530 35 7 茂名 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計 )論文 ： 100 萬噸 /年 延遲焦化裝置蠟油 軟化水換熱器設(shè)計 34 第 六 章 設(shè)計 計算 管箱及管箱端蓋設(shè)計 前端管箱筒體計算 ? 根據(jù)設(shè)計壓力和液柱 靜壓力確定計算壓力 液柱 靜壓力 9 8 9 .5 4 1 0 0 .8 7 9 1 6 .3 1 0 .0 0 7 9 2aag h P M P? ? ? ? ? ? （ 61） 少于 設(shè)計壓力的 5%（ 5% 4 aMP?? ），故 液柱 靜壓力可忽略不計，則 4cap p MP?? 。 ? 設(shè)計厚度 查表得 材料的許用壓力 ? ? 170t aMP? ? ， 筒體計算厚度按 GB150— 1998 式 51 計算 ? ?2 cit cPD P? ??? ? （ 62） 式中： cP — 計算壓力， aMP ； iD — 筒 體 的內(nèi)直徑，㎜； ??t? — 設(shè)計溫度下 筒體 材料的許用應(yīng)力（按 GB150— 1998 第四章）， aMP ； ?— 焊接接頭系數(shù)（按 GB150— 1998 第三章）；取 ? =； 由公式 51 得： ? ? 4 8 0 0 1 1 . 2 32 1 7 0 0 . 8 5 42 cit cPD mmP? ?? ?? ? ?? ? ?? 設(shè)計厚度 2 2 C m m??? ? ? ? ? （ 63） 對于管箱用材 16nMR， 鋼板負(fù)偏差 1C =0， 考慮開孔補強及與法蘭連接的結(jié)構(gòu)需要，名義厚度向上圓整 n? =24 ㎜。 前端管箱封頭強度計算 ? 根據(jù)設(shè)計壓 力和液柱 靜壓力確定計算壓力 由公式 61 得 液柱 靜壓力 9 8 9 .5 4 1 0 0 .8 7 9 1 6 .3 1 0 .0 0 7 9 2aag h P M P? ? ? ? ? ?少于設(shè)計壓力的 5%（ 5% 4 aMP?? ），故 液柱 靜壓力可忽略不計，則 4cap p MP?? 。 ? 設(shè)計厚度 本設(shè)計 前端管箱封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù) GB150— 1998 式 71，計算? ?2 cPD P? ??? ? （ 64） 式 中： cP — 計算壓力， aMP ； iD — 管箱 的內(nèi)直徑，㎜； ??t? — 設(shè)計溫度下 管箱 的許用應(yīng)力（按 GB150— 1998 第四章）， aMP ； ?— 焊接接頭系數(shù)（按 GB150— 1998 第三章）。 第六章 設(shè)計計算 35 假設(shè)材料的許用應(yīng)力 ??t? =170 aMP （厚度為 6～ 16㎜時 ）， 由公式 64 得：? ? 4 8 0 0 9 . 4 62 1 7 0 1 . 0 0 0 . 5 42 0 . 5cit cPD mmP? ?? ?? ? ?? ? ? ?? 由公式 63 設(shè)計厚度 2 6 2 11. 46d C m m??? ? ? ? ?，名義厚度向上圓整 n? =12㎜。 ? 檢查 n? =12 ㎜， ??t? 沒有變化，故取名義厚度為 12㎜合適。 殼體設(shè)計 殼體內(nèi)徑 ? ? ? ?1 2 ~ 3i c oD S n d? ? ? （ 65） ? ? ? ?3 2 2 3 1 2 ~ 3 2 57 5 4 ~ 7 7 9 mm? ? ? ? ?? 圓整到 800 ㎜ 。 S—— 換熱管中心距，取 S=32 ㎜； —— 管束中心排上一排的管子數(shù)， 1. 19 1. 19 35 2 23n? ? ? ?； od —— 換熱管內(nèi)徑，取 od =25 ㎜。 殼體厚度 根據(jù) GB1501998， 公式 51： ? ?cit cPD2P? ??? ? 有： 因所選用材料為低合金鋼 16MnR，在設(shè)計溫度 200℃下的應(yīng)用應(yīng)力 ? ? 170t MPa? ? ，焊接接頭系數(shù)取 ?? ， cP 為計算壓力為 4MPa，則： 由公式 62 得： 4 8 0 0 1 1 . 2 3 m m2 1 7 0 0 . 8 5 4? ???? ? ? 則 由公式 63 得 設(shè)計厚度 ： 2 2 C m m??? ? ? ? ? 對于管箱用材 16nMR，鋼板負(fù)偏差 1C =0，名義厚度 n? 圓整 后取 16㎜。又根據(jù) GB151— 1999《管殼式換熱器》 表 8 取圓筒厚度為 16 ㎜。 有效厚度 12( ) 16 ( 2 0) 14en C C m m??? ? ? ? ? ? ?。 （ 66） 設(shè)計溫度下圓筒的計算壓力： () 4 ( 8 0 0 1 4 ) 1 1 6 . 32 2 1 4t c i e aepD MP?? ? ? ??? ? ?? （ 67） ? ?1 1 6 .3 1 7 0 0 .8 5 1 4 4 .5tt aaM P M P? ? ?? ? ? ? ?，所以符合要求。 式中： cp — 殼程操作壓力， MPa； 茂名 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計 )論文 ： 100 萬噸 /年 延遲焦化裝置蠟油 軟化水換熱器設(shè)計 36 iD — 殼體內(nèi)徑 ,mm； ??