【正文】 ； A1 —— 管板布管區(qū)內(nèi)開孔后的面積， mm2； At —— 管板布管區(qū)面積，㎡； 對于單管程換熱器， 正方形排列： 2nSAt ? 對于多管程換熱器， tA 應(yīng)取上式計(jì)算值與 dA 之和； a —— 換熱管管壁金屬的橫截面積， mm2； C —— 系數(shù)，按 ~ 2/1~ 3/1 / at PK 和 t?/1 查圖 23； DG —— 墊片壓緊力作用中 心圓直徑，按 GB1502021《壓力容器》 第 9章， mm； Dt —— 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑， mm；?tt AD 4?； d —— 換熱管外徑， mm。 外頭蓋封頭計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計(jì)算厚度按下式 ， 其中 P Mpa?? ， 1000tD mm? ，185t Mpa?????? ， ? =, 0 . 5 8 1 0 0 0 1 8 5 0 . 8 5 0 . 5 0 . 5 82 0 . 5cit cpD mmp? ?? ?? ? ?? ? ? ??? ??? 計(jì)算厚度： δ = 設(shè)計(jì)厚度： 2 c Mp a??? ? ? 名義厚度： 1 c mm??? ? ?，經(jīng)圓整取 n? =10mm, 考慮外頭蓋圓筒短節(jié)厚度為 14mm，故取 ?n = 14mm 有效厚度： 21 14 4 0. 3 9. 7en c c mm??? ? ? ? ? ? ? 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的有效厚度應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的 ％，但當(dāng)確定封頭厚度時(shí)已考慮了內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)問題，可不受此限制。 管箱封頭厚度計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的厚度計(jì)算如下 ,其中 P Mpa?? ， 1000iD mm? ，185t Mpa?????? ， ? = ： 0 . 5 8 1 0 0 0 1 8 5 0 . 8 5 0 . 5 0 . 5 82 0 . 5cit cpD mmp? ?? ?? ? ?? ? ? ??? ??? （ ） 計(jì)算厚度： δ = 設(shè)計(jì) 厚度： 2 c mm??? ? ? 名義厚度： 1 c mm??? ? ?，圓整取 n? =10mm, 考慮到管箱圓筒厚度為 14mm，故取 ?n = 14mm 有效厚度： 21 14 4 0. 3 9. 7en c c mm??? ? ? ? ? ? ? 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的有效 厚度應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的 ％，但當(dāng)確定封頭厚度時(shí)，已考慮了內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)問題，可不受此限制。直邊段的作用是避免封頭和圓筒的連接焊縫出現(xiàn)經(jīng)向曲率半 徑突變，以改善焊縫的受力狀況。 外頭蓋圓筒壁厚計(jì)算和校驗(yàn) 外頭蓋圓筒設(shè)計(jì)條件如表 所示： 表 外頭蓋圓筒短節(jié)設(shè)計(jì)條件 部件 材料 設(shè)計(jì)溫度℃ 設(shè)計(jì)壓力 Mpa 許用應(yīng)力 ??t? Mpa 焊縫系數(shù) ? C1 mm C2 mm 外頭蓋圓筒短節(jié) Q345R 83 156 4 設(shè)計(jì)溫度 下 外封頭 圓筒短 節(jié) 的計(jì) 算厚度如 下， 其中 M papp sc ?? ；1000iD mm? ； 185t Mpa?????? ； ? = ： 8 100 0 185 5 82 cit cpD mmp? ?? ?? ? ?? ? ??? ??? 計(jì)算厚度： δ = 設(shè)計(jì)厚度： 2 c Mp a??? ? ? 名義厚度： 1 c mm??? ? ?,經(jīng)圓整取 n? =10mm, 圓筒的最小厚度應(yīng)不小于表 ，取 ?n = 14mm 有效厚度： 21 14 4 0. 3 9. 7en c c mm??? ? ? ? ? ? ? 設(shè)計(jì)溫度下圓筒的計(jì)算應(yīng)力按公式 ： ? ?0 . 5 8 1 0 0 0 9 . 7() 2 2 9 . 7t c i eePD Mpa?? ? ???? ? ?? 1 8 5 0 . 8 5 1 5 7 . 3tt Mpa? ? ???? ? ? ??? 設(shè)計(jì)溫度下圓筒的最大允許工作壓力按公式 ： 第五章 設(shè)計(jì)計(jì)算與強(qiáng)度校核 23 2. 2 185 1000 tew ieP MpaD? ? ???? ? ? ????? ? ? ??? ?? 則有： P Mpa?????? 滿足強(qiáng)度和壓力要求，故取 ?n = 14mm合適。 殼體壁厚計(jì)算和校驗(yàn) 殼體圓筒的厚度按 GB1502021《壓力容器》第 5 章計(jì)算，但碳素鋼和低合金鋼圓筒的最小厚度應(yīng)不小于表 的規(guī)定。 i? —— 多層包扎圓筒內(nèi)筒的名義厚度 ,mm 。 0D —— 圓筒或球殼的外直徑 ( niDD ?20 ?? ),mm。鞍式支座在換熱器上的布置應(yīng)按下列原則確定： δ 4Ⅰ型Ⅱ型 a） 當(dāng) mmL 3000? 時(shí)，取 ? ?LLB ~? b） 當(dāng) mmL 3000? 時(shí)，取 ? ?LLB ~? c） 盡量使 cL 和 39。又因墊片是與介質(zhì)直接接觸的，所以還應(yīng)具有能適應(yīng)介質(zhì)的溫度、壓力和腐蝕等性能。結(jié)構(gòu)形式選用突面法蘭密封面帶頸對焊法蘭，尺寸見表 、表 。 法蘭選擇 密封面型式 常見法蘭密封面主要有 突面、凹凸面、榫槽面、全平面、環(huán)連接面 5種型式，結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖 密封面型式 管箱法 蘭、殼體法蘭、外頭蓋側(cè)法蘭和外頭蓋法蘭 根據(jù)設(shè)計(jì)條件，本設(shè)備采用 a 型管板與殼體連接方式，設(shè)計(jì)壓力 ,公稱壓力PN=，查 HG20592~2063597《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》和 JB4700~4703200第四章 換熱器結(jié)構(gòu)型式選擇 17 《壓力容器法蘭》，外頭蓋法蘭、管箱法蘭和殼體法蘭都選用凹面密封面法蘭（代號 FM），外頭蓋側(cè)法蘭選用凸面密封面法蘭（代號 M）。 表 拉桿直徑 d 拉桿螺紋公稱直徑 nd aL bL b 10 12 16 10 12 16 13 15 20 ≥ 40 ≥ 50 ≥ 60 拉桿的連接尺寸 如圖 所示，拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，對于大直徑的換熱器，在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)?shù)睦瓧U，任 何折流板應(yīng)不少于 3個(gè)支承點(diǎn)。已知換熱管規(guī)格為 ?? ，故選用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。 折流板的間距一般不小于殼體內(nèi)徑的 1/5，且不小于 50mm，且不超過圓筒內(nèi)徑。同時(shí)支持板的形狀和尺寸與折流板一致，所以可根據(jù)折流板的種類選取。 隨著高溫、高壓換熱器的出現(xiàn)，使接頭在操作過程中，受到反復(fù)變形，熱沖擊，熱腐蝕及介質(zhì)壓力作用，工作環(huán)境極其苛刻，發(fā)生破壞的可能性很大，盡管內(nèi)孔焊較理想的解決了這些問題，但因焊接工具復(fù)雜，管板加工困難，因此工程上多數(shù)情況下還是采用脹焊結(jié)合的形式來解決上述問題。而其連接結(jié)構(gòu)如圖 ： Di b 1000 1000～ 2600 3 4 Di bn b1 ≤ 700 700 ≥ 10 ≥ 13 3 5 第四章 換熱器結(jié)構(gòu)型式選擇 13 圖 管子與管板的連接方式 強(qiáng)度脹接是為了保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度的脹接。 表 布管限定圓直徑 換熱器型式 固定管板式、 U形管式 浮頭式 布管限定圓直徑 LD 32iDb? ? ?122iD b b b? ? ? 布管限定圓為管束最外層換熱 管中心圓直徑，由表 計(jì)算得： ? ? ? ?122 9 0 0 2 5 1 5 4 8 5 7LiD D b b b m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。當(dāng)需對換熱管外清洗時(shí)，則需采用正方形排列，其最小清洗通道應(yīng)不小于 6 毫米。當(dāng)采用焊接方式時(shí)，管間距可以小一些。 規(guī)格及尺寸偏差 本設(shè)計(jì)中換熱管采用 10號鋼材料，根據(jù)《鋼制管殼式換熱器》 GB1512021 規(guī)定，換熱管外徑的規(guī)格有 14mm、 16mm、 19mm、 25mm、 32mm、 38mm、 45mm、 57mm。 分程隔板的布置 在換熱器中，不論是管外還是管內(nèi)的流體，要提高它們的傳熱系數(shù)，通常是采用設(shè)置隔板的方法來增加程數(shù)以提高流體流速實(shí)現(xiàn)其目的。分程時(shí)，應(yīng)使各程管子數(shù)目大致相等，隔板形式要簡單，密封長度要短。 2） B 型封頭管箱型。浮頭式換熱器整個(gè)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，金屬耗費(fèi)量大，造價(jià)比固定管板式高 20%左右。故選用低合金鋼 Q235B。本設(shè)計(jì)中殼程介質(zhì)原料油粘度大、具有易燃的特性，要求法蘭與墊片之間具有較好的密封性能。 法蘭材料的選取通常與換熱器殼體材料一致。 35CrMoA 也是中淬透性鋼的一種，常用于代替 40CrNi 制大截面齒輪與軸，汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子， 480℃以下工件的緊固件。 但此鋼用不宜用于要求高強(qiáng)度的環(huán)境，只適用于 要求受力不大、韌性高的零件 中， 可用作冷軋、冷沖、冷鐓、冷彎、熱軋等工藝成形，也可用作心部強(qiáng)度不高的滲碳件、碳氮共滲件等。 Q235B 有一定的伸長率、強(qiáng)度，良好的韌性和鑄造性，易于沖壓和焊接，廣泛用于一般機(jī)械零件的 制造。磷、硫含量略低于低合金高強(qiáng)度鋼板 Q345 鋼，除抗拉強(qiáng)度、延伸率要求比 Q345R鋼有所提高外，還要求保證沖擊韌性 ，對鋼材的表面缺陷和內(nèi)部缺陷要求比較較高 。由于減少了殼體大蓋，它的結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，造價(jià)也較低，但填料處容易泄漏，工作 壓力與溫度受一定限制，直徑也不宜過大。 1盤環(huán)形折流板環(huán)板； 2盤環(huán)形折流板盤板； 3縱向隔板； 4換熱管； 5管箱； 6分程隔板； 7定距管； 8拉桿 圖 雙殼程 U型管殼式換熱器 ５）填料函式換熱器：圖 為填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)。 4）雙重管式換熱器：將一組管子插入另一組相應(yīng)的管子中而構(gòu)成的換熱器，其結(jié)構(gòu)如圖 所示。管程清洗困難，管程流體必須是潔凈和不易結(jié)垢的物料。 其結(jié)構(gòu)如圖 當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來補(bǔ)償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。 由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。為提高管內(nèi)流體速度，可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分為若干組。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。板面式換熱器采用板材制造，在大規(guī)模組織成產(chǎn)時(shí)，可降低設(shè)備成本，但其耐壓性能比管式換熱器差。間壁式換熱器是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的換熱器，其形式多種多樣可分為： a)管式換熱器 這類換熱器都是通過管子壁面進(jìn)行傳熱的換熱器。它是借助于由固體 (如固體調(diào)料或多孔性格子磚等 )構(gòu)成的蓄熱體與熱流體和冷流體交替接觸，把熱量從熱流體傳遞給冷流體的換熱器。 第二章 換熱器介紹 3 換熱器的主要分類 在工業(yè)生產(chǎn)中，由于用途、工作條件和物料特性的不同，出現(xiàn)了各種不同形式和結(jié)構(gòu)的換熱設(shè)備。特別是 20 世紀(jì) 70 年代的世界能源危機(jī)，加速了當(dāng)代先進(jìn)換熱技術(shù)和節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。 此外，自 60 年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)的散熱。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成 一種管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長期以來在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。 廣東石油化工學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)：蒸餾塔冷凝器的機(jī)械設(shè)計(jì) 2 第二章 換熱器介紹 換熱器的應(yīng)用及發(fā)展 換熱器是化工、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥、機(jī)械及其它許多工業(yè)部門廣 泛使用的一種通用設(shè)備。目前在發(fā)達(dá)的 工業(yè)國家熱回收率已達(dá) 96% 。弓形折流 板換熱器固然有其優(yōu)點(diǎn)，并在產(chǎn)業(yè)節(jié)能方面做出了巨大貢獻(xiàn)，但在新的節(jié)能減排形勢下，其缺點(diǎn) (壓降大、存在大量流動死區(qū)、振動大、傳熱效率低等 )嚴(yán)重限制了自身的生存和發(fā)展空間，同時(shí)也推進(jìn)了強(qiáng)化傳熱理論和換熱器的發(fā)展 。 關(guān)鍵詞： 浮頭式換熱器、 機(jī)械設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核 II 目錄 摘 要 ......................................................................................................................................... I 第一章 緒論 ........................................................