【導(dǎo)讀】的工藝計算、換熱器的結(jié)構(gòu)和強度設(shè)計。設(shè)計的前半部分是工藝計算部分，主要是根據(jù)給定的設(shè)計條件估算換熱面積，降和壁溫的計算。算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計算、開孔補強計算等。最后設(shè)計結(jié)果可通過6張

　　

【正文】 積按下式計算： 22 (1 )1 5 4 6 .0 3 2 6 .0 3 6 (1 0 .6 8 8 )9 5 1 .2h h h h e t rA d fmm? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ??； 有效補強范圍 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 際 外 伸 長 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 際 內(nèi) 伸 長 度； 有效補強面積 ① 管箱 多余金屬面積： 154hd mm? mm? 6et mm? ? mm? 308hB mm? 1 mm? 2 0hh mm? 28 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 有效補強面積： 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? ? ? ? ? ? ?； 另需補強面積 24 1 2 3( ) 95 1. 2 51 0. 2 44 1h h h h hA A A A A m m? ? ? ? ? ? ? 擬采用補強圈補強 根據(jù)接管公稱直徑 DN150，參照 JB/T47362021 補強圈標(biāo)準(zhǔn)選取補強圈的外徑 2 300D mm? ，內(nèi)徑 1 164D mm? （選用 E型坡口）。因為 2308BD??，則補強圈在有效補強范圍內(nèi)。 補強圈的厚度為： 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，取殼體和管箱上補強圈的名義厚8he mm? ? 1 296hA mm? mm? ? 2 mm? 3 36hA mm? mm? 24 441hA mm? 2 300D mm? 1 164D mm? 39。 mm? ? 29 度為 6mm，即 39。 6hn mm? ? 。 39。 6hn mm? ? 外頭蓋開孔補強計算 外頭蓋上的排污口與排氣口接管材料也為 20 號鋼，選用規(guī)格為 32 8??，主要是通過采用厚壁接管進(jìn)行補強。 開孔所需補強面積 其 開孔直徑 39。 2 16 2 2 20hid d C m m? ? ? ? ? ?； 強度削弱系數(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??? ? ? ? ?； 開孔所需補強面積： 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? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ??； 有效補強范圍 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????? ? ???????? ? ? ? ? ? ? ???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 際 外 伸 長 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 際 內(nèi) 伸 長 度； 有效補強面積 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??? ? ? ? ? 39。 20hd mm? 39。 mm? 39。 6et mm? ? 39。2139hA mm? 39。 56B mm? 39。1 mm? 39。2 0h mm? 39。 6。he mm? ? 30 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 效補強面積： 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)到了補強的目的。 39。1 31hA mm? 39。 mm? ? 39。22 mm? 39。3 16hA mm? mm? 水壓試驗 設(shè) 試驗溫度為常溫，則 有 ? ?? ? 1701 . 2 5 1 . 2 5 2 . 5 4 . 2 5125T tP P M p a??? ? ? ? ?； 則校核水壓試驗時圓筒的薄膜壓力 T? ： () 5 ( 600 8 )2 8 2161 .5 1 345 310 .5T i eTesPD ?????? ?????? ? ? ? ? ? Mpa? 16 1. 5 0. 9Ts? ???? 31 換熱管 換熱管的規(guī)格為 25 ?? ，材料選為 20 號鋼。 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列三種排列方式。各種排列方式都有其各自的特點：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，由于換熱管管間需要進(jìn)行機械清洗，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 600 ( 3 5 ) 578 .5LD mm? ? ? ? ?。 排管 排管時須注意：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，其相對誤差應(yīng)控制在 10%以內(nèi)，最大不能超過 20%。 32 相對誤差計算： 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)。 實際排管 如下所示 ： 由上圖可知，經(jīng)過實際排管后發(fā)現(xiàn)，每個管程的布管數(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 換熱管與管板的連接方式有強度焊、強度脹以及脹焊并用。 強度脹接主要適用于設(shè)計壓力小≤ ；設(shè)計溫度≤ 300℃；操作中無劇烈振動、無過大的溫度波動及 無明顯應(yīng)力腐蝕等場合。 除了有較大振動及有縫隙腐蝕的場合，強度焊接只要材料可焊性好，它可用于 33 其它任何場合。 脹焊并用主要用于密封性能要求較高；承受振動和疲勞載荷；有縫隙腐蝕；需采用復(fù)合管板等的場合。 在此 ，根據(jù)設(shè)計壓力、設(shè)計溫度及操作狀況選擇 換熱管 與管板的連接方式為強度焊。 這是因為強度焊加工簡單、焊接結(jié)構(gòu)強度高，抗拉脫力強，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 管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一，用來排布換熱管，將管程和殼程的流體分 隔開來，避免冷、熱流體混合，并同時受管程、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。 管板計算 符號說明： 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)開孔后的面積， 2mm ； 24lt dA A n ??? ； 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， 34 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 5 1 0 6 . 422Nb m m m m?? ?