【正文】 PE —— 設(shè)計溫度時， 管板材料的彈性模量 ,MPa； fE —— 設(shè)計溫度時，換熱管 材料的彈性模量 ,MPa； weG —— 系數(shù)，按 ~ 2/1~ 3/1 / at PK 和 t?/1 查圖 24； tK —— 管束模數(shù)， Mpa，ttt LDnaEK ? ； 第。 設(shè)計溫度下封頭的計算應(yīng)力按公式 ： ? ? ? ?2 0 . 5 8 2 1 0 0 0 9 . 4 4 9 . 7 0 . 8 5c t eePD Mpa?? ?? ? ? ? ?? ? ??? 則有： 1 8 5 0 . 8 5 1 5 7 . 3t Mpa? ? ???? ? ? ? ??? 該封頭滿足強度要求，故取 n? = 14mm 符合設(shè)計要求 管板計算與校核 管板的厚度計算 符號規(guī)定： Ad —— 在布管區(qū)范圍內(nèi)，因設(shè)置隔板槽和拉桿結(jié)構(gòu)的需要，而未能被換熱管支承的面積， 2mm ；例如多管程管板， 對于正方形排列 : ? ?SSSnA nd ?? 39。 000. 15 0. 15 10 00 1. 5et D mm? ? ? ? ? 故該標準橢圓形封頭的名義厚度 ?n = 14mm合適。 設(shè)計溫度下封頭的計算應(yīng)力按下式 ： ? ? ? ?2 0 . 5 8 2 1 0 0 0 1 4 4 1 4 0 . 8 5c t eePD Mpa?? ?? ? ? ? ?? ? ??? （ ） 則有： 1 8 5 0 . 8 5 1 5 7 . 3t Mpa? ? ???? ? ? ? ??? 該封頭滿足強度要求，故取 ?n = 14mm符合設(shè)計要求 。 0 . 1 5 % 0 . 1 5 % 1 0 0 0 1 . 5tD m m? ? ? 故該標準橢圓形封頭的名義厚度 n? = 14mm合適。 表 管箱封頭設(shè)計條件 部件 材料 設(shè)計 溫度℃ 設(shè)計 壓力 Mpa 許用應(yīng)力??t? Mpa 焊縫 系數(shù) ? C1 mm C2 mm 管箱 封頭 Q345R 83 185 4 表 蓋封頭設(shè)計條件 部件 材料 設(shè)計 溫度℃ 設(shè)計 壓力 Mpa 許用應(yīng)力??t? Mpa 焊縫系數(shù) ? C1 mm C2 mm 外頭蓋封頭 Q345R 83 185 4 符號規(guī)定 ： Di—— 封頭內(nèi)直徑， mm； 廣東石油化工學院?？飘厴I(yè)設(shè)計：蒸餾塔冷凝器的機械設(shè)計 24 D0—— 封頭外直徑（ 2o i nDD??? ),mm； h1—— 封頭曲面深度， mm； h2—— 封頭質(zhì)變高度， mm； A—— 封頭內(nèi)表面積， ㎡ ； V —— 封頭容積， m3； m —— 封頭質(zhì)量，㎏； cp —— 計算壓力 ， MPa； ? ?WP —— 最大允許工作壓力， MPa； ? —— 封頭計算厚度， mm； e? —— 封頭有效厚度， mm； n? —— 封頭名義厚度， mm； ? —— 設(shè)計溫度下封頭材料的計算應(yīng)力， MPa； ??t? —— 設(shè)計溫度下封頭材料的許用應(yīng)力 ,MPa； ? —— 焊接接頭系數(shù)。橢圓形封頭應(yīng)力分布比較均勻，且深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中、低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。 圖 標準橢圓封頭 此次設(shè)計采用標準橢圓形封頭，它由半個橢球面和圓筒短節(jié)組成，如圖 所示。 浮頭蓋封頭和管箱封頭厚度計算 壓力容器封頭的種類較多，分為凸形封頭、錐殼、變徑段、平蓋及緊縮口等，其中凸形封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭和球冠形封頭。 管箱圓筒壁厚計算和校驗 管箱圓筒設(shè)計條件如表 所示： 表 管箱圓筒設(shè)計條件 部件 材料 設(shè)計溫 度℃ 設(shè)計壓力 Mpa 許用應(yīng)力??t? Mpa 焊縫 系數(shù) ? C1 mm C2 mm 管箱圓筒短節(jié) Q345R 83 185 4 設(shè)計溫度 243℃ 下 管箱圓筒短節(jié) 的計算厚度如下， 其中 mmDi 1100? ， p Mpa?? ， 185t Mpa?????? ， ? =， 帶入公式 ： 8 900 185 5 82 cit cpD mmp? ?? ?? ? ?? ? ??? ??? 計算厚度： δ = 設(shè)計厚度： 2 c Mp a??? ? ? 名義厚度： 1 6nd 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 廣東石油化工學院專科畢業(yè)設(shè)計：蒸餾塔冷凝器的機械設(shè)計 22 有效厚度： 21 14 4 0. 3 9. 7en c c mm??? ? ? ? ? ? ? 設(shè)計溫度下圓筒的計算應(yīng)力按公式 ： ? ?0 . 5 8 9 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)計溫度下圓筒的最大允許工作壓力按公式 ： 2 2 185 900 tew ieP MpaD? ? ???? ? ? ????? ? ? ??? ?? 則有： P Mpa?????? 滿足強度和壓力要求，故取 ?n = 14mm符合設(shè)計要求。 表 碳素鋼和低合金鋼圓筒的最小厚度 公稱直徑 400～ ≤ 700 ＞ 700～ ≤ 1000 ＞ 1000～ ≤ 1500 ＞ 1500～ ≤ 2021 ＞ 2021～ ≤ 2600 浮頭式， U形管式 8 10 12 14 16 殼體圓筒設(shè)計條件如表 。 ??t? —— 設(shè)計溫度下圓 筒或球殼材料的許用應(yīng)力 ,M Pa 。 n? —— 圓筒或球殼的名義厚度 ,mm。 e? —— 圓筒或球殼的有效厚度 ,mm。 cP —— 計算壓力 ,MPa。對熱套圓簡只考慮內(nèi)側(cè)第一層套合圓筒的 C iD —— 圓簡或球殼的內(nèi)直徑 ,mm。cL 相似。 圖 墊片基本結(jié)構(gòu)圖 公稱通徑 DN 法蘭外徑 D 螺栓孔中心圓直徑 K 螺栓孔直徑 L 螺栓孔數(shù)量 N 螺栓 Th 法蘭厚度 C N R 0S 1S 250 405 355 26 12 M24 26 292 12 11 17 廣東石油化工學院?？飘厴I(yè)設(shè)計：蒸餾塔冷凝器的機械設(shè)計 18 表 法蘭墊片主要尺寸 容器法蘭墊片型號 1D 2D 3D JB/T 40752021 912 940 990 支座的選擇 參照 GB1512021 支座選擇，鞍式支座如下 圖 所示。 根據(jù) HG205922021 選用的纏繞式墊片， 0Cr18Ni9 金屬帶和柔性石墨。變形能力大的密封墊易填滿壓緊面上的間隙，并使預(yù)緊力不致太大；回彈能力大的密封墊，能適應(yīng)操作壓力和溫度的波動。 圖 突面 (RF)法蘭密封面結(jié)構(gòu) 表 密封面尺寸 公稱通徑 DN 公稱壓力 PN 1f 2f 3f W X Y Z 250 275 290 308 320 335 345 2 292 312 313 291 表 接管法蘭尺寸 墊片 墊片裝在管板與法蘭之間，作用是防止容器發(fā)生泄漏。設(shè)計溫度 83℃，根據(jù)設(shè)計溫度選用壓力等級 PN16 的法蘭，公稱直徑為 250mm，如圖 所示。 接管法蘭 根據(jù) GB1501999 的規(guī)定，筒體開孔時，當其 iD ? 1500mm 時， 其最大直徑 d? ，且 d mm425? 。一般防沖板的邊長應(yīng)大于接管外徑 50mm，防沖板最小厚度：碳鋼為 ，不銹鋼為 3mm。 廣東石油化工學院?？飘厴I(yè)設(shè)計：蒸餾塔冷凝器的機械設(shè)計 16 圖 防沖與導流 當管程介質(zhì)從進口管以軸向流入時，或者換熱管中的介質(zhì)流速超過 3m/s 時，應(yīng)設(shè)置防沖板，以減少流體的不均勻分布和對換熱管端的沖蝕。 表 公稱 直徑 /拉桿 400 ≥ 400~ 700 ≥ 700~ 900 ≥ 900~ 1300 ≥ 1300~ 1500 ≥ 1500~ 1800 ≥ 1800~ 2021 ≥ 2021~ 2300 10 12 16 4 4 4 6 6 4 10 8 6 12 10 6 16 12 8 18 14 10 24 18 12 28 20 14 根據(jù)表 選取 aL =20mm、 bL =60mm。 根據(jù)表 所對應(yīng)的換熱管外徑Φ 25，確定拉桿直徑為 16mm。 拉桿和定距管 拉桿 有兩種主要形式： 1）拉桿定距管結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑大于或等于 19mm的管束； 2)拉桿與折流板點焊結(jié)構(gòu) ,適用于換熱管外徑小于或等于 14mm的管束。兩塊管板與端部折流板的距離通常大于中間折流板的距離，中間折流板一般在管子有效長度上等距離布置，本次設(shè)計選取折流板間距為 450mm。 圖 折流板 折流板厚度按 GB1512021 表 34 選取，公稱直徑為 900mm，換熱管無支撐跨距為第四章 換熱器結(jié)構(gòu)型式選擇 15 2200mm，折流板選用厚度為 10mm。 常用的折流板和支持板的形式有弓形和圓盤 圓環(huán)形兩種，弓形折流板有單弓形、雙弓形和三弓形三種，各種形式折流板見圖 。 折流板和支持板 折流板最小間距一般不小于圓筒內(nèi)直徑的五分之一，且不小于 50mm，在本設(shè)計中換熱管外徑為 25mm，據(jù)表 GB1512021表 42查得其最大無支撐跨距為 。 在本設(shè)計中采用脹焊并用的方法來作為換熱管與管板的連接方 式，此方法既保證換熱管與管板連接的密封形，又保證了換熱管與管孔之間縫隙的拉脫力。強度焊的結(jié)構(gòu)強度高，抗拉脫力強，在高溫高壓下能保證連接處的緊密性和抗拉脫能力。脹接結(jié)構(gòu)制造簡單，管 子的更換和修補容易，所以應(yīng)用較廣。換熱管與管板的連接方法主要有強度脹接、強度焊、脹焊并用。 管子與管板的連接 換熱管與管板連接是管殼式換熱器設(shè)計、制造最關(guān)鍵的技術(shù)之一，是換熱器事故率最多的部位。 根據(jù)任務(wù)書給的面積初算換熱管根數(shù)：0217 4700 . 0 2 5 6Sn dL??? ? ??? 因為換熱器管程為 2，故取 472n? 布管限定圓 符號： b —— 其值按表 ， mm； b1 —— 見圖 ，其值按表 ， mm； b2 —— 見圖 ， 2 ??， mm； bn —— 墊片寬度，其值按表 ， mm； DL —— 布管限定圓直徑， mm； Di —— 圓筒內(nèi)直徑， mm； d —— 換熱管外 徑， mm； 廣東石油化工學院專科畢業(yè)設(shè)計：蒸餾塔冷凝器的機械設(shè)計 12 圖 圖 表 表 Di= 900mm， 取 b=4mm， bn=， b1=5mm 則有 : mmbb n ????? 。 對于正方形排列，在一定的管板面積上可排列的管數(shù)最少，但它易于清掃，故在易于生成污垢，需將管束抽出清洗的場合得到一定的應(yīng)用，浮頭式和填料函換熱器中采用這種排列較多。其用于殼程介質(zhì)較清潔，換熱管外不需清洗。傳熱管在管板上的排列有四種基本形式，即正三角形，正四邊形，轉(zhuǎn)角正三角形、轉(zhuǎn)正四邊形。 布管 換熱管中心距一般不小于 倍的換熱管外徑，這是保證管間小橋在脹管時有足夠的強度。由于走管程的介質(zhì)是輕柴油，黏度較小，選用較小的管徑，故本換熱器中選擇 ? 25? 規(guī)格的換熱管，由表 查得， 換熱管中心距為 32，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距 44。本設(shè)計中選取換熱管長度為 。在設(shè)計時要求管箱隔板的密封面與