【導讀】的工藝計算、換熱器的結構和強度設計。設計的前半部分是工藝計算部分，主要是根據(jù)給定的設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。最后設計結果可通過6張

　　

【正文】 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）外側有效高度 1h 為： 1154 8 i n 200h n thd mmh mmmm???? ? ??????????實 際 外 伸 長 度； （ b）內側有效高度 2h 為： 21 5 4 8 3 5 .1m i n 00h n thd mmh mmmm???? ? ??????????實 際 內 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 補強圈標準選取補強圈的外徑 2 300D mm? ，內徑 1 164D mm? （選用 E型坡口）。因為 2308BD??，則補強圈在有效補強范圍內。 補強圈的厚度為： 39。 421441 3 .2 43 0 0 1 6 4hh A mmDD? ? ? ???； 考慮鋼板負偏差并經(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）內側有效高度 2h 為： 39。39。39。220 8 12 .6m i n 00h ntd mmh mmmm???? ? ??????????實 際 內 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 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，分程隔板槽兩側相鄰管的中心距為 44mm；同時，由于換熱管管間需要進行機械清洗，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盡量控制在換熱管中心距的（ ～ ） 3 范圍內。 多管程 換熱器其 各程管數(shù)應盡量相等，其相對誤差應控制在 10%以內，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計壓力小≤ ；設計溫度≤ 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；需采用復合管板等的場合。 在此 ，根據(jù)設計壓力、設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、焊接結構強度高，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，因設置隔板槽和拉桿結構的需要，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 —— 隔板槽一側的排管根數(shù)； S —— 換熱管中心距； nS —— 隔板槽兩側鄰管的中心距； 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?? ? ? ?；則 02 .5 3 2 .5 3 1 0 8 6 .4b b m m m m? ? ? ? ?，故 665 2 8 649GD m m? ?