【正文】 37 參考文獻(xiàn) [1]秦叔經(jīng)，葉文邦 .化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書 .換熱器設(shè)計(jì) .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， ~200 [2]錢頌文 . 換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè) . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， ~190 [3]余建祖 . 換熱器原理與設(shè)計(jì) . 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， ~90 [4]錢頌文 . 管式換熱器強(qiáng)化傳熱技術(shù) . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社工業(yè)裝備與信息工程出版中心， ~89 [5] 劉巍等著 .冷換設(shè)備工藝計(jì)算手 冊(cè) .北京：中國石化出版社， ~165 [6] 匡國柱等著 .化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì) .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， ~246 [7]潘永亮著 .化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，北京：科學(xué)出版社， ~68 [8]楊啟明 , 饒霽陽 著 .石油化工過程設(shè)備設(shè)計(jì)，北京：石油工業(yè)出版社， ~89 38 固定管板換熱器設(shè)計(jì)計(jì) 算 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 條 件 殼 程 管 程 設(shè)計(jì)壓力 ps MPa 設(shè)計(jì)壓力 pt MPa 設(shè)計(jì)溫度 ts 74 ?C 設(shè)計(jì)溫度 t 62 ?C 殼程圓筒內(nèi)徑 Di 600 mm 管箱圓筒內(nèi)徑 Di 600 mm 材料名稱 20 材料名稱 20 簡(jiǎn) 圖 計(jì) 算 內(nèi) 容 殼程圓筒校核計(jì)算 前端管箱圓筒校核計(jì)算 前端管箱封頭 (平蓋 )校核計(jì)算 后端管箱圓筒設(shè)計(jì)計(jì)算 后端管箱封頭 (平蓋 )設(shè)計(jì)計(jì)算 管箱法蘭校核計(jì)算 管板設(shè)計(jì)計(jì)算 39 前端管箱筒體計(jì)算 計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn) GB 計(jì)算條件 筒體簡(jiǎn)圖 計(jì)算壓力 Pc MPa 設(shè)計(jì)溫度 t ? C 內(nèi)徑 Di mm 材料 20 ( 鍛材 ) 試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 ??? MPa 設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 ???t MPa 試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ?s MPa 鋼板負(fù)偏差 C1 mm 腐蝕裕量 C2 mm 焊接接頭系數(shù) ? 厚度及重量計(jì)算 計(jì)算厚度 ? = PDPc it c2[ ]? ?? = mm 有效厚度 ?e =?n C1 C2= mm 名義厚度 ?n = mm 重量 Kg 壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核 壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn) 試驗(yàn)壓力值 PT = [][]??t = (或由用戶輸入 ) MPa 壓力試驗(yàn)允許通過 的應(yīng)力水平 ???T ???T? ?s = MPa 試驗(yàn)壓力下 圓筒的應(yīng)力 ?T = p DT i ee.( ).??? ?2 = MPa 校核條件 ?T? ???T 校核結(jié)果 合格 壓力及應(yīng)力計(jì)算 最大允許工作壓力 [Pw]= 2? ? ??e ti e[ ]( )D?= MPa 設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 ?t = P Dc i ee( )???2 = MPa ???t? MPa 校核條件 ???t? ≥ ?t 結(jié)論 筒體名義厚度大于或等于 GB151 中規(guī)定的最小厚度 ,合格 40 前端管箱封頭計(jì)算 計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn) GB 計(jì)算條件 橢圓封頭簡(jiǎn)圖 計(jì)算壓力 Pc MPa 設(shè)計(jì)溫度 t ? C 內(nèi)徑 Di mm 曲面。將理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，為以后的工作和學(xué)習(xí)打下了很好的基礎(chǔ)。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：通過在設(shè)計(jì)中經(jīng)常查資料提高了我們檢索和查閱資料的能力；進(jìn)一步扎實(shí)了所學(xué)的理論知識(shí)，對(duì)所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)進(jìn)行了一次綜合應(yīng)用和系統(tǒng)復(fù)習(xí)；思維方式和設(shè)計(jì)思想更加全面化和系統(tǒng)化。最終設(shè)計(jì)的透平油吸收器具體尺寸如下：殼體采用 Q245R，筒體直徑為 700mm，管箱直徑為 700mm，長6262mm，選用 ?? 的換熱管， 換熱管采用正三角形排列，經(jīng)過強(qiáng)度校核和水壓試驗(yàn)等計(jì)算和測(cè)試，該換熱器能滿足工藝流程要求。 《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》指出，臥式換熱器，采用固定 F 型和滑動(dòng) S型鞍式支座各一個(gè)，一般靠近管箱側(cè)為固定鞍座。它的承載能力一般不用進(jìn)行驗(yàn)算。 34 （ 1） 臥式支座 對(duì)于臥式換熱器，通常采用的是固定 F 型和滑動(dòng) S 型鞍座各一個(gè)，一般來說，靠近管箱的一側(cè)采用固定支座。 鞍座 在換熱器上的具體位置，應(yīng)該根據(jù)工藝的安裝要求來確定。按照 GB/： D=644mm， d=604mm. 支座的設(shè)計(jì) （ 1）立式支座 對(duì)于公稱直徑 DN 小于 800mm 的立式換熱器，應(yīng)該至少使用兩個(gè)鞍座。對(duì)于高溫高壓下的情況一般都使用金屬墊片，中溫中壓 的情況可以采用金屬和非金屬結(jié)構(gòu)的組合，而中、低壓的時(shí)候多采用非金屬墊片，在高真空或者深冷的溫度下應(yīng)該使用金屬墊片。也可以按照所選用的法蘭密封面的形式和尺寸來選擇。 換熱器中經(jīng)常使用的墊片結(jié)構(gòu)圖如下，對(duì)不同管程數(shù)的換熱器，墊片的結(jié)合組合形式也不同，在使用過程中應(yīng)該合理地選取。金屬包墊片的使用范圍是乙型平焊法蘭和長頸對(duì)焊法蘭。法蘭的密封面是光滑的密封面或者是凹凸形式的密封。 確定殼體和接管的計(jì)算厚度及開孔直徑 殼體計(jì)算厚度 S= 殼體接管直徑 D0= 接管計(jì)算厚度為 接管有效厚度為 = 開孔直徑為： 確定開孔有效補(bǔ)強(qiáng)面積及外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度 h 接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度為 B=2D=2x171=342mm 接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度 計(jì)算需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積和可以作為補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積 mm 31 . 0 49 . 0 85 . 0 130 2 141 49 . 0 ] [ 2 0 ? ? ? ? ? ? ? ? c t c t p D p S ? ? mm 171 1 2 168 2 i ? ? ? ? ? ? C D D 7 . 38 6 171 ? ? ? ? n DS h mm 32 需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積 為： 可以作為補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積為： ?A ?????????? mm 2321 mm2 3 4 21 2 5 0 93 9 8 ??????? AAAA ? 比較A與e， AA ?? ,所以無需另外補(bǔ)強(qiáng) 。 。 冷卻水出口接管 根據(jù)《 SH/T34052020》選取，取 管程接管： ?? 接管高度，按設(shè)計(jì) 壓力查《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》表 412 得： 冷卻水接管伸出長度 mml 200? 。接管法蘭按SH/T34062020 選擇標(biāo)準(zhǔn)件法蘭 DN25PN20WNSch8020?？紤]使用 20 號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴堋? 殼體排氣接管設(shè)計(jì) 排氣、排液管是為了提高傳熱效率，排除或者回收工作的殘留液體或者氣體，凡是不能借助其他接管進(jìn)行排氣、排液體的換熱器都應(yīng)該在殼程和管程的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)設(shè)置排氣、排液接管。 管箱接管開口補(bǔ)強(qiáng) 開孔補(bǔ)強(qiáng)采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法，接管材 料選用 20 號(hào)鋼的無縫鋼管， ， MPaMPaMPa tsb 130][245390 ??? ??? mmCMpaP 1, 2c ??? ?。 殼體接管開孔補(bǔ)強(qiáng) 開孔補(bǔ)強(qiáng)采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法，接管材料選用 20 號(hào)鋼的無縫鋼管， ， MPaMPaMPa tsb 130][245390 ??? ??? mmCMpaP 1, 2c ??? ?。補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)屬非整 體受力結(jié)構(gòu)，其抗疲勞性能較差。 一般 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 按照 等面積補(bǔ)強(qiáng)和極限分析補(bǔ)強(qiáng)兩種。整體式補(bǔ)強(qiáng)的 優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便 。由于 殼體 開孔局部性，所以開孔 局部補(bǔ)強(qiáng)的效果 非常 顯著， 工程上 常用的補(bǔ)強(qiáng)元件有補(bǔ)強(qiáng)圈、接管和整鍛件。 C mm 36 ? ? ， b 200mm mmL 40017013722020 ???? 27 開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 壓力 容器為 了 彌補(bǔ)開孔 的 周圍區(qū)域 因?yàn)?強(qiáng)度 降低 而采取的加強(qiáng)措施。 管程接管設(shè)計(jì) 管程：管程流體進(jìn)出口接管，取管內(nèi)冷卻水流速為 ,則接管內(nèi)徑為 ?? ???? 99436002805 00442 vVD? 圓整后取管內(nèi)徑為 mm150 接管位置 mm32Cmm32 ?? ，fh 根據(jù)《 SH/T34052020》選取，取 管程接管 ： ?? 接管高度，按設(shè)計(jì)壓力查《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》表 412 得： 殼程接管伸出長度 mml 200? 。 殼程接管結(jié)構(gòu)位置形式如下所示 ： 管程接管結(jié)構(gòu)位置形式如下所示： 其中： 帶補(bǔ)強(qiáng)圈： CbBL ???? )4(21 無補(bǔ)強(qiáng)圈： CbdL ???? )4(201 管箱接管最小尺寸見圖 417 按下式估算： 帶補(bǔ)強(qiáng)圈 ChBLt ??? 22，無補(bǔ)強(qiáng)圈 ChdLf ??? 202 26 殼程接管設(shè)計(jì) 殼程：殼程流體進(jìn)出口接管：取管內(nèi)液體流速為 ，則接管內(nèi)徑為 ?? ???? 584360062648441 vVD? 圓整后取 125mm，根據(jù)《 SH/T34052020》選取，取 ?? 接管位置 mmL 3 5 02 0 044422 0 41 ???? ）（ 接管高度，查《化工單元過程 及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》表 412 得： 殼程接管伸出長度 mml 200? 。 接管法蘭的要求： 25 （ 1）凹凸密封面的法蘭，密封面往下面的，一般應(yīng)該設(shè)計(jì)成凸面，其他朝向的法蘭，則設(shè)計(jì)成凹面或者槽面，而且在同一個(gè)設(shè)備上要成對(duì)使用。由合理的流速選取管徑之后，還要考慮外形結(jié)構(gòu)的勻稱、合理協(xié)調(diào)和強(qiáng)度要求等。 接管的主要參數(shù)是接管 的直徑和接管的伸出長度。 （ 5）在操作條件允許時(shí)候，一般在高溫高壓或者不允許泄漏的場(chǎng)合，接管和外部的管線可以使用焊接。 （ 3）設(shè)計(jì)溫度如果大于 300℃時(shí)候，不能使用平焊法蘭，應(yīng)該使用整體法蘭。 24 5. 接管的設(shè)計(jì) 接管的一般要求如下： （ 1）接管（ 含內(nèi)焊縫）不應(yīng)凸出殼體內(nèi)表面，并在該部位打磨平滑，防止影響管束的拆卸和安裝。 本設(shè)計(jì)綜合考慮，采用下圖所示形式，法蘭的密封面采用凹凸面形式，按照壓力高低，法蘭形式可為對(duì)焊法蘭。 浮頭式、填料式和 U 型管以及釜式重沸器的管板與管箱的連接，一般使用的是可拆卸的管板，因?yàn)楣苁鴷?huì)經(jīng)常抽出來清洗和檢修。 固定管板式換熱器的管板與管箱的連接方式：固定管板式的換熱器管板與管箱法蘭的連接方式較為簡(jiǎn)單，除了滿足工藝上所需要的要求密封外，還應(yīng)該依照溫度和壓力來合理選用法蘭的形式。 其焊接結(jié)構(gòu)尺寸： 焊接形式如下： 23 管板與管箱的連接 管板和管箱的連接通常情況下是通過法蘭來連接，其連接的形式也多樣，根據(jù)不同的溫度、壓力和腐蝕情況的不同而有差別。管子破漏，可以用專門刀具劃掉焊縫，更換新管子。 本設(shè)計(jì)綜合考慮，選用焊接結(jié)構(gòu)，因?yàn)楹附庸芸撞恍枰_槽，對(duì)管孔粗糙度要求不高，管子端部不需要退火和磨光，加工制造方便，在高溫高壓下能保證連接處的緊密性和抗拉脫能力。 （ 5） 在管間距比較小或者換熱器的直徑比較小的時(shí)候難以脹接，考慮使用焊接連接方式。 （ 3） 對(duì)于薄管板中因?yàn)楣馨搴穸刃∮诿浗有?要的最小厚度的情況，應(yīng)該采用焊接連接方式。強(qiáng)度焊接的適用范圍如下： （ 1） 溫度和壓力在條件高的情況下：在碳素鋼和普通低鋼溫度在 300400℃的時(shí)候應(yīng)該采用焊接連接方式，在壓力超過了 的情況下也應(yīng)該采用焊接連接。在換熱管焊接處有滲漏的情況下還可以補(bǔ)焊。而且也不用像脹接連接那樣必須讓管子的端部 和管板要有一定的硬度差。換熱管的端部殘余應(yīng)力的消失根據(jù)溫度材料的不同而有差別，對(duì)于碳鋼來說，使用溫度應(yīng)該小于 300℃，為了保證脹管的質(zhì)量，管板的材料硬度必須要大于換熱管，管板開孔與管子的間隙大小，接合面的粗糙度，對(duì)脹接連接方式也有一定的影響。但是因?yàn)槊浗咏庸芏艘桩a(chǎn)生塑性變形，存在殘余應(yīng)力，在溫度上升的情況下，殘余應(yīng)力就會(huì)慢慢消除，這樣會(huì)讓端部失去密