【正文】 可焊透結(jié)構(gòu)及對接焊縫使用壓力則較高，反之則較低。如圖46所示為常見的兼作法蘭的管板與殼體連接結(jié)構(gòu)，根據(jù)具體情況也可選用其他形式的結(jié)構(gòu)。前者用于管側(cè)介質(zhì)壓力及密封性能要求不高的場合即通常稱為固定管板式換熱器；后者多見于管側(cè)壓力很高或密封性能要求也高的高壓高溫?fù)Q熱器中，如合成氨系統(tǒng)中的廢熱鍋爐及合成換熱器中。 圖45 分程隔板槽結(jié)構(gòu) 管板與殼體的連接 管板與殼體的連接依換熱器的結(jié)構(gòu)形式分為可拆連接及不可拆連接。由GB 1511999《管殼式換熱器》，強度焊接尺寸：換熱管最小伸出長度為，最小坡口深度為。適合工況為：承受振動、疲勞及交變載荷；有間隙腐蝕或密封性要求較高；復(fù)合管板等。脹焊并用有強度脹加密封焊與強度焊加貼脹兩種方式。制造加工簡單，焊接強度高，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。主要適用于設(shè)計壓力小于等于；設(shè)計溫度小于等于程分程隔板；操作中無劇烈振動、無過大溫度波動及無明顯應(yīng)力腐蝕等場合。常用的脹接有非均勻脹接（機械滾珠脹接）和均勻脹接（液壓脹接、液袋脹接、橡膠脹接和爆炸脹接等）兩大類。無論采用何種連接形式，都必須滿足一下兩種條件：連接處保證介質(zhì)無泄漏的充分氣密性；承受介質(zhì)壓力的充分結(jié)合力。它不僅加工工作量大，而且必須使每個連接處在設(shè)備的運行中，保證介質(zhì)無泄漏及承受介質(zhì)壓力的能力。本設(shè)計選用固定管板兼作法蘭型式的管板，是整體法蘭的一種。 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。在本設(shè)計中，在筒體下部開設(shè)的排液口。 補強圈標(biāo)記為： 排氣口、排液口開孔補強的校核 （1）排氣管、排液管 在換熱器的管程與殼程，為提高傳熱效率，排除或回收工作殘液（氣），凡不能借助其他接管排氣、排液的換熱器應(yīng)在其殼程和管程的最高、最低點，分別設(shè)置排氣、排液接管，排氣、排液接管的端部必須與殼體或管箱殼體內(nèi)壁齊平。因，則補強圈在有效補強范圍內(nèi)。 ② 補強計算方法判別 開孔直徑，滿足等面積法開孔補的計算的使用條件。 筒體開孔補強的校核 殼程正戊烷蒸汽進(jìn)口接管為，殼程正戊烷飽和液體出口接管為，考慮實際情況，選20號熱軋?zhí)妓劁摴?，鋼管許用應(yīng)力，腐蝕裕量，接管焊接接頭系數(shù)。 管箱短節(jié)開孔補強的校核 管箱短節(jié)地下水進(jìn)出口接管由工藝設(shè)計所得的接管尺寸為，考慮實際情況，選20號熱軋?zhí)妓劁摴?，鋼管許用應(yīng)力，腐蝕裕量，接管焊接接頭系數(shù)。開孔之后，除削弱器壁的強度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連接性被破壞，會產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，會給換熱器的安全操作帶來隱患。 最大允許工作壓力 ==，合格（4）校核水壓試驗壓力 查GB 1502011《壓力容器》， 采用液壓試驗，試驗應(yīng)力 現(xiàn)校核試驗壓力，筒體 試驗壓力==， 而，所以水壓試驗壓力校核合格。 故封頭計算厚度 == 因為，取，則封頭名義厚度，為了備料和焊接上的方便，在計算值差別不大及耗材不多時，可取封頭與管箱短節(jié)壁厚相同。封頭設(shè)計時，一般應(yīng)優(yōu)先選用封頭標(biāo)準(zhǔn)中推薦的型式與參數(shù)，然后根據(jù)受壓情況進(jìn)行強度或穩(wěn)定性計算，確定合適的厚度。（3）封頭厚度的計算 對受均勻內(nèi)壓封頭的強度計算，由于封頭和圓筒相連接，所以不僅需要考慮封頭本身因內(nèi)壓引起的薄膜應(yīng)力，還要考慮與圓筒連接除的不連續(xù)應(yīng)力。因為，取，則筒體名義厚度，由JB/T 47004703,法蘭所對接筒體最小厚度為，取管箱短節(jié)名義厚度。 （2）確定管箱短節(jié)厚度 由GB 1502011《壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)中，當(dāng)時，可用 計算。由前面計算可知，管箱短節(jié)內(nèi)徑=400mm，計算壓力， 假設(shè)厚度為，由設(shè)計溫度為，查GB 1502011《壓力容器》知Q345R的許用應(yīng)力。 管束的分程方法為，每程各有換熱管32根，其下管箱中隔板設(shè)置和介質(zhì)流通。（2）分程隔板分程隔板位置尺寸是由排管圖確定。本設(shè)計中，為多程管程，每程換熱管的流通面積為=㎡對于下管箱，考慮地下水進(jìn)、出口，取管箱短節(jié)長度為。管箱直徑是由殼程直徑?jīng)Q定。 圖41 管箱的結(jié)構(gòu)形式 在本設(shè)計中為多程管箱，選擇圖41(a)的結(jié)構(gòu)形式。（3）如圖41所示，將管箱與管板焊成一體，從結(jié)構(gòu)上看，可以避免在管板 密封處的泄漏，但管箱不能單獨拆下，檢修、清洗不方便，所以實際使用中很少采用。（2） 平蓋管箱，如圖41所示，裝有管箱平蓋（或稱盲板），檢查清洗管內(nèi) 時不必拆下整個管箱和與管箱相連的管路 ，僅將平蓋拆下即可，缺點是盲 板結(jié)構(gòu)用材多，尺寸較大，得用鍛件，耗費大量機加工時，提高制造成 本， 并增加一道密封的泄漏可能。 管箱結(jié)構(gòu)形式 管箱有不同的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)形式主要以換熱器是否需要清洗或管束是否需要分程等因素來決定。隔板端部與管板密封槽相配，系壓緊密封面。在多管程換熱器中，管箱還起到改變流體流向的作用，且管箱內(nèi)設(shè)置分程隔板。 計算管箱短節(jié)、封頭厚度管箱主要由圓筒殼和法蘭等組成。（3） 校核水壓試驗壓力 查GB 1502011《壓力容器》， 采用液壓試驗，試驗應(yīng)力 現(xiàn)校核試驗壓力，筒體 試驗壓力 ==101M ，所以水壓試驗壓力校核合格。 則筒體計算厚度== GB 1502011《壓力容器》中規(guī)定碳鋼、低合金鋼加工成形后不計腐蝕裕度的最小厚度不小于；高合金鋼制圓筒不小于。焊接方式：選為雙面焊對接接頭，局部無損探傷，故焊接系數(shù)； 根據(jù)GB 7132008《鍋爐和壓力容器用鋼板》和GB 3531《低溫壓力容器用低合金鋼板》規(guī)定可知對Q345R鋼板其厚度負(fù)偏差，取腐蝕裕量。 筒體厚度（1） 確定計算參數(shù) 由前面計算可知，殼體內(nèi)徑=400，計算壓力。 由于所設(shè)計的換熱器屬于常規(guī)容器，并且在工廠中多采用低碳低合金鋼制造，故在此綜合成本、使用條件等的考慮，根據(jù)GB 7132008《鍋爐和壓力容器用鋼板》選擇Q345R為殼體的材料。 筒體材料的選擇 在進(jìn)行換熱器設(shè)計時，換熱器各種零、部件的材料，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的操作壓力、操作溫度、流體的腐蝕性能以及對材料的制造工藝性能等的要求來選取。 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果表37 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果 換熱器形式：立式固定管板式 換熱面積/：名稱物料名稱操作溫度/流量 管程 地下水 25/ 80000 殼程 正戊烷 流體密度 596流速 傳熱量 總傳熱系數(shù) 傳熱系數(shù) 污垢系數(shù) 阻力降 程數(shù) 4 1管子規(guī)格材質(zhì)碳鋼 管數(shù)32管長9000管間距 32 排列方式 正三角形折流板形式 上下間距 120切口高度25%折流板數(shù) 71 殼體內(nèi)徑 400管程進(jìn)出口接管 殼程進(jìn)口接管 殼程出口接管 4 換熱器的機械設(shè)計 計算筒體厚度由工藝條件給定的進(jìn)出口溫度，選擇設(shè)計溫度為,設(shè)計壓力。 殼程的流通截面積： =()=㎡ u0=V0/A0=（3600596）= == =7（71+1）596 = ②對于的計算 (310) = = ③對于的計算 =（+）1 =計算表明：；。 ①對于的計算： 管程流通截面積 =32/4= 由管程流體流速有，= 由雷諾數(shù)有， ==10000 ，為湍流 設(shè)管壁粗糙度， 由《化工原理》關(guān)系圖查得，代入計算式 == ②對于的計算： =3 ③對于的計算： =(+)4=（2）殼程壓強降校核 (38) 其中：——流體橫過管束的壓力降，； ——流體橫過折流擋板缺口的壓力降， ； ——結(jié)垢校正因數(shù)，無因次，； ——殼程數(shù)，為1?！妫﹤鳠峁芷骄跍兀? ==℃ 殼體壁溫可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=℃殼體壁溫和換熱管壁溫之差為： ==℃由于換熱器殼程流體的溫差很小，殼程壓力不高，因此，選用固定管板式換熱器較為適宜。計算中應(yīng)按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計算傳熱管壁溫，有 （36） 其中： tm=（25+）/2 = ℃ Tm=℃ =（m2 壁溫核算 由于換熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會使換熱管壁溫升高，降低了換熱管和殼體的壁溫之差。 = = a 選用該換熱器時要求過程總傳熱系數(shù)=900，在換熱任務(wù)所規(guī)定的流動條件下計算K= =900/= 在之間，所以合理。 =()=㎡ 殼程流體流速u0=V0/A0=（3600596）= 換熱管呈正三角形排列，則當(dāng)量直徑： == 由雷諾數(shù)有， =596/=10000，為湍流 由普朗特數(shù)有， = 由于1800，查《化工原理》P137可以應(yīng)用殼程蒸汽在垂直管外膜狀冷凝時的對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式計算，即 （34）代入數(shù)據(jù)得： ==（m2 圖33 折流板結(jié)構(gòu)（7）接管 流速u的經(jīng)驗值可?。? 對液體：u= 對蒸氣：u=1050m/s 對氣體：u=（）m/s ①殼程進(jìn)口接管 取殼層進(jìn)口接管內(nèi)正戊烷蒸汽流速為u1=10m/s,正戊烷氣體密度為 == 取熱軋無縫鋼管 ② 殼程出口接管 取殼層出口接管內(nèi)正戊烷液體流速為u=,正戊烷液體密度為 ==取熱軋無縫鋼管 ③管程接管 取管程內(nèi)水的流速為u=，水密度為= == 取熱軋無縫鋼管 換熱器核算 傳熱能力核算（1）管程對流傳熱系數(shù) 由管程流通截面積有， （31） =32/4= 由管程流體流速有，= 由雷諾數(shù)有， ==10000 ，為湍流 由普朗特數(shù)有 = 查化工原理可知可應(yīng)用貝爾特關(guān)聯(lián)式計算，則 （32） ==（m2 取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的，則切去的圓缺高度為 h=400=100mm，折流板最小間距一般不小于圓筒內(nèi)直徑的1/5， 取折流板間距B=120mm 根據(jù)GB 1511999《管殼式換熱器》，換熱管最大無支撐跨距為，取第一塊折流板距管子左端，最后一塊折流板距管子右端，則折流板數(shù)+1=70塊，且折流板圓缺面水平裝配。而且要求介質(zhì)必須是清潔的，否則沉淀物將會沉積在圓環(huán)后面，使傳熱面積失效，此外，如有惰性氣體活溶解氣體放出，是不能有效地從圓環(huán)上部排出，所以一般用于壓力比較高而又清潔的介質(zhì)。在弓形折流板中，流體在板間錯流沖刷管子，而流經(jīng)折流板弓形缺口時是順流經(jīng)過管子后進(jìn)入下一板間，改變方向，流動中死區(qū)較少，比較優(yōu)越，結(jié)構(gòu)比較簡單，一般標(biāo)準(zhǔn)換熱器中只采用這種。4管程往上，D=32= 因為殼體內(nèi)徑從400mm開始取所以 取整D取400mm 管子規(guī)格： Φ25 筒體公稱直徑DN： 400mm