【正文】 （ a）強度不滿足要求 （ b）強度滿足要求 （ c）穩(wěn)定性不滿足要求 （ d）穩(wěn)定性滿足要求 16．某壓力容器殼體的計算厚度為 mm，腐蝕裕量 1 mm，厚度負偏差 mm，則該容器的 名義厚度可取為 （ a） 。 12．對壓力容器進行內(nèi)壓試驗是為了 檢驗壓力容器在超工作壓力下的宏觀強度以及焊縫和其他連接部位的致密性 。當(dāng)錐殼半頂角 α ＞ 30186。 8．名義厚度指設(shè)計厚度加上 鋼材厚度負偏差 后 向上圓整至 鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度。 5．根據(jù) GB150，設(shè)計溫度是指容器 在正常工作 情況下， 設(shè)定的 元件的金屬溫度。 3．根據(jù) GB150，計算壓力指在相應(yīng)設(shè)計溫度下，用以 確定元件厚度 的壓力，其中包括液 柱靜壓力。 2．計算介質(zhì)壓力引起的軸向力 Q Q= ? ? ])2([4 2222 sitt pndDPdn ????? ?? N (530) 2F = QEnaEA EAtssss ??? (531) 3F = QEnaEA Eantsst ????? (532) 式中： 2F ── Q 作用在殼壁上的軸向力， N； 3F ── Q 作用在管壁上的軸向力， N。 表 56 管板最小厚度（不含腐蝕裕量）查取表 (單位： mm) 換熱管外徑 d0≤ 25 25 d050 d0≥ 50 min? min? ≥ d0 min? ≥ d0 min? ≥ d0 2． U 形管式換熱器管板計算步驟 見 P127— 134 3．浮頭式與填料函式換熱器管板計算步驟 見 P135— 137 4．固定管板式換熱器管板計算 見 P137— 145 第六節(jié) 膨脹節(jié) 在固定管板式換熱器中，當(dāng)管程介質(zhì)存在較大溫差及壓差時，在筒體與管子之間就會引起較大熱膨脹差，在筒體、管子及管板中也會產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，正是 為了緩和這些應(yīng)力，可以在筒體上設(shè)置撓性元件──膨脹節(jié)，以補償筒體的軸向變形。 由于在力學(xué)上已導(dǎo)出彈性基礎(chǔ)圓板的分析解，因此，在 GB1511999 中將管板看作彈性基礎(chǔ)圓板，對不同類型的管殼式換熱器分別考慮管子的支撐作用及管孔的削弱作用，將換熱器假想地分解為若干個 單獨的部件，然后依靠變形協(xié)調(diào)及力的平衡建立以各部件之間作用力為未知量的方程組，并求出各部件之間的作用力，最后按彈性基礎(chǔ)圓板的分析解可求出管板內(nèi)危險截面上的應(yīng)力。 計算鉤圈厚度： 22][2 CDYM tffi ??? ?? 注：公式中尺寸如圖 510 所示 當(dāng)采用如圖 511 所示的 B 型鉤圈時，其設(shè)計厚度計算式為： 161???? 式中： 1? ──浮頭管板厚度， mm。比較按（ 1）和按（ 2）算出的名義厚度值，取大者作為浮頭蓋的實用名義厚度。 四、有一直徑為 mmDi 600? ，壁厚 mme 4?? ，計算長度 mmL 5000? 的容器，材質(zhì)為 Q235B，工作溫度為 200℃，試問該容器能否承受 的外壓力？ 第四節(jié) 鉤圈式浮頭 鉤圈式浮頭主要由浮頭管板、鉤圈、雙頭螺柱、螺母、浮頭端蓋（包括浮頭法蘭及無折邊球面封頭）等組成。端蓋為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，采用整板沖壓成形，容器的材料為 Q235B，已知常溫,3 7 0,2 3 5 ???? bsbs nnM P aM P a ?? ，容器的腐蝕裕度取 C2=2mm，試設(shè)計該容器筒體及封頭壁厚。 練習(xí)題 一、 DN20xxmm 的內(nèi)壓薄壁圓筒，壁厚 mmn 22?? ，承受的最大氣體壓力 MPap 2? ，焊接接 頭系數(shù)?? ，壁厚附加量為 mmC 2? ，試求筒體的最大工作應(yīng)力。為此，須將平蓋、法蘭、螺栓及墊片作為一個超靜定系統(tǒng)，象容器法蘭系統(tǒng)一樣，進行受力和變形分析，并導(dǎo)出整體分析計算方法。以半球形封頭為例，其計算步驟為：（側(cè)重于外壓圓筒） （ 1） 先假設(shè)壁厚為 n? ，則 e ???? ； （ 2） 計算系數(shù) A 值：eiR ??A ； （ 3） 根據(jù)材料厚度計算圖 (圖 54～圖 58)由系數(shù) A值查取 B 值； （ 4） 計算許用外壓力： ?][PeiRB? ； （ 5） 比較設(shè)計壓力 tP 與 ][P ，若 ][P tP ，則重新設(shè)定 n? ，重復(fù)上述步驟直至 ][P ≥tP 。 * 比較各種封頭的受力情況，以球形封頭最好，而平板封頭受力最差。）。 對標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭， 4ii Dh ? ，故得 K=1。 ?? ?? tPtK ][ mm (52) 式中 ： K1──結(jié)構(gòu)特征系數(shù)，取下列兩 式中的較大值 : 操作時 : 31 Gt GDP SWK ? ??? 預(yù)緊時： 31 Gt GDP SWK ? ?? W──預(yù)緊狀態(tài)或操作狀態(tài)時的螺栓設(shè)計載荷， N； SG──墊片壓緊的力臂，等于螺栓中心圓直徑與 DG 之差的一半 ,mm。對螺栓連接的平蓋封頭和平蓋法蘭還需進行剛度計算，以校核其密封性能。 （ 3）確定最高允許工作壓力： M P aDp eo et ][2][ ?? ?????? ???? 故該殼體的最大安全使用壓力為 。 ?????? ??? （ GB150） 則： )( 1 03 4 )( 9 ) 0 0( M P aM P asT ??????? ??? ?? 所以水壓試驗強度滿足要求。 （ 2）確定參數(shù)： ???????? 。 例題講解 [例 1]內(nèi)壓容器壁厚的確定 某化工廠欲設(shè)計一臺固定管板式換熱器。 一、 內(nèi)壓圓筒 其計算公式為： 計算厚度： )][2( PDP ti ???? ??? mm (515) *（要求掌握） 名義厚度： ???? ?? mm (516) 式中： P──設(shè)計壓力，計算短節(jié)厚度時 P=Pt； 計算筒體厚度時 P=Ps； t][? ──材料在設(shè)計溫度下許用應(yīng)用， MPa ； 二、 外壓圓筒 其計算步驟為： 1．當(dāng) 20/ ?eoD ? 時 （ 1）設(shè) n? ，令 e ???? ，定出 L/ oD 和 eoD?/ （ L 為圓筒計算長度）； （ 2）由 L/ oD 及 eoD?/ 的值在幾何圖上查得系數(shù) A； （ 3）用 A在厚度算圖上查得系數(shù) B； 若 A 值落在設(shè)計溫度下材料線的右方，則過此點垂直上移，與設(shè)計溫度下的材料線相交（遇中間溫度值用內(nèi)插法），再過此交點水平方向右移，在圖的右方得到系數(shù) B，并按式（ 517）計算許用外壓力 [P]： eoDBP ??][ (517) 若所得 A 值落在設(shè)計溫度下材料線的左方，則用式（ 518）計算許用外壓力 [P]： )(3 2][ eoDAEP ?? (518) （ 4） [P]應(yīng)大于或等于 Pt，否則須再假設(shè)名義厚度，重復(fù)上述計算，直到 [P]大于且接近于 Pt為止。 六、內(nèi)壓圓筒的薄膜應(yīng)力理論 薄膜應(yīng)力理論又稱為無力矩理論。氣密性試驗的壓力可取為 dp ，介質(zhì)一般為 NH3等滲透力強的氣體。 四、耐壓試驗及氣密性試驗 耐壓試驗?zāi)康?—— 檢驗容器在超設(shè)計壓力情況下的宏觀強度以 及焊縫和其它連接部位的致密性。 3．名義厚度 n? —— 設(shè)計厚度 d? +鋼材厚度負偏差 C1+向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格厚度的差 ? ,即： ????????? 211 CCC cdn ??? 。 設(shè)計溫度 —— 容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件的金屬溫度。一般在裝有安全閥時， wd Pp )~(? ，當(dāng)無安全閥時， wd Pp )~(? 計算壓力 Pc—— 在相應(yīng)設(shè)計溫度下，用以確定元件厚度的壓力，包括液柱的靜壓力。 （簡單介紹公式的意義） 第五章 管殼式換熱器的強度設(shè)計 第一節(jié) 壓力容器強度設(shè)計的基本概念 一、壓力 P—— 除注明外，壓力均指表壓力 ，單位用 Mpa 表示。分為內(nèi)外導(dǎo)流筒兩種形式。 2．防沖板和導(dǎo)流筒 （ 1）設(shè)置防沖板的條件： 管程軸向接管或管內(nèi)流速大于 3m/s 時，管程設(shè)置防沖板；殼程進口管流體的 ρν2超過一定值時，在殼程進口管處設(shè)置防沖板或?qū)Я魍?；對有腐蝕或磨蝕的氣體、蒸汽及氣液混合物應(yīng)設(shè)置防沖板。 （ 2）拉桿的直徑和數(shù)量： （由筒體公稱直徑和換熱管直徑確定） 由表 42 425 選取。（與圖 448對應(yīng)介紹） 5．分程隔板 設(shè)計要求 ：承受脈動流體或隔板兩側(cè)壓差很大時，隔板的厚度應(yīng)適當(dāng)增厚，或改變隔板結(jié)構(gòu)；大直徑換熱器隔板設(shè)計成雙層結(jié)構(gòu)；分程隔板上可設(shè)排凈孔；厚度大于 10mm 的分程隔板，密封面處應(yīng)削邊至 10mm。（僅管板滑動） 3．浮頭管箱 浮頭管箱指浮頭式換熱器浮頭端管箱。（整 個管箱滑動） （ 2）單填料函滑動管板式： 如圖 445 所示。分為外填料函浮頭式、單填料函滑動管板式和 雙填料函滑動管板式三種。 冷凝液的排出 一般冷凝液的堆積會降低傳熱效率并可能會形成腐蝕，應(yīng)盡快排出，在排除過程中要 注意防止帶走蒸汽（圖 442 a、 b 結(jié)構(gòu)）和排凈（圖 442 c 結(jié)構(gòu)） 第五節(jié) 管箱及其它結(jié)構(gòu) 一、 管箱 管箱按其結(jié)構(gòu)可分為固定端管箱、 滑動管箱、浮頭管箱。 排除不凝性氣體 不凝性氣體的存在對傳熱效果影響很大，故應(yīng)在上部死角處設(shè)置排氣口以排除不凝性 氣體。 普朗特準(zhǔn)數(shù) Pr高的介質(zhì) 即冷凝負 荷大時，在厚液膜上形成滯流，有較高的傳熱系數(shù)。因為如果冷凝液膜在換熱管表面積累變厚，將對傳熱效果有較大的影響，為防止此種情況故一般采用臥式結(jié)構(gòu)。 因為管子的承壓能力強；腐蝕性介質(zhì)走管程可避免殼程筒體采用耐腐蝕材料，降低冷凝器的成本。（按圖 440 簡單介紹） 第四節(jié) 冷凝器結(jié)構(gòu) 冷凝器是換熱器的一種，但因在傳熱過程中發(fā)生相變，故傳熱效果與結(jié)構(gòu)有較大的關(guān)系，因此單獨介紹一些應(yīng)注意的 地方。支持板與折流板外形一樣，支持板也起折流板作用，折流板也起支持板作用只是設(shè)置的原始目的不同而已。一般折流板應(yīng)在換熱管的有效長度上等間距布置。 （ 3）間隙：指折流板外徑與殼體內(nèi)徑之間的間隙。最小厚度由筒體公稱直徑和換熱管無支撐跨距按表 413選取。如圖 435 所示。 （ 1）弓形：分為單弓和多弓， 如圖 433所示。 ⅱ 焊接 方法 焊接節(jié)點形式 如圖 42 428 所示。強調(diào)管子發(fā)生塑性變形而管板發(fā)生彈性變形，故不能用于高溫，其他方法一帶而過，用制造方法回應(yīng)適用范圍） 機械滾脹法優(yōu)點 ：耐反復(fù)熱循環(huán)、抗熱沖擊及軸向力、更換修補容易、無縫有縫均適用、操作簡單成本低。常用的連接方法有三種：脹接、焊接、脹焊并用。 一般長度限制在 6m 一下，以 ~4m 最為常見。對于 U形管存在最小彎曲半徑問題，一般 Rmin 不小于 2d0，一般采用對稱于分程隔板布置，但有時為了增加布管數(shù) U形管與分程隔板成一定的傾斜角度，如圖 420所示布置。如圖 418所示。 四、管板與殼體、管箱的連接（按圖 41 417 介紹各種結(jié)構(gòu)） 1．焊接結(jié)構(gòu) ：兼作法蘭和不兼作法蘭兩種 2．不兼作法蘭 ：安圖 416 介紹各種連接結(jié)構(gòu)，注意焊接開坡口。 分程隔板槽的布置 管程 ：分程數(shù)量為偶數(shù)，分程時應(yīng)注意使各管程的換熱管數(shù)大致相等，隔板槽形狀簡單、 密封面長度較短，程數(shù)不宜過多。其偏差級別不允許超過表中規(guī)定） 布管范圍 ：應(yīng)排布在布管限定園內(nèi)，即最外層換熱管表面至管板中心距不得超過布管限定園半徑。 開孔位置 開孔種類：換熱管孔、拉桿孔、螺栓孔（兼作法蘭） Ⅰ 換熱管孔布置： 常見的四種排列方式 ：三角形排列、轉(zhuǎn)角三角形排列、正方形排列、轉(zhuǎn)角正方形排列。 雙管板 應(yīng)用于工藝條件要求絕對不允許冷熱流體互相接觸，普通管板難以滿足這一條件的場合。是在薄管板基 礎(chǔ)上研發(fā) 的新型管板。（以較薄的復(fù)合層抵抗腐蝕，一般為不銹鋼、 Ni、 Ti 等；以較厚的普通鋼板承受介質(zhì)壓力） 復(fù)合