【正文】 式中： cp — 殼程操作壓力， MPa； 茂名 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計 )論文 ： 100 萬噸 /年 延遲焦化裝置蠟油 軟化水換熱器設(shè)計 36 iD — 殼體內(nèi)徑 ,mm； ??t? —。 有效厚度 12( ) 16 ( 2 0) 14en C C m m??? ? ? ? ? ? ?。 殼體厚度 根據(jù) GB1501998， 公式 51： ? ?cit cPD2P? ??? ? 有： 因所選用材料為低合金鋼 16MnR，在設(shè)計溫度 200℃下的應(yīng)用應(yīng)力 ? ? 170t MPa? ? ，焊接接頭系數(shù)取 ?? ， cP 為計算壓力為 4MPa，則： 由公式 62 得： 4 8 0 0 1 1 . 2 3 m m2 1 7 0 0 . 8 5 4? ???? ? ? 則 由公式 63 得 設(shè)計厚度 ： 2 2 C m m??? ? ? ? ? 對于管箱用材 16nMR，鋼板負(fù)偏差 1C =0，名義厚度 n? 圓整 后取 16㎜。 殼體設(shè)計 殼體內(nèi)徑 ? ? ? ?1 2 ~ 3i c oD S n d? ? ? （ 65） ? ? ? ?3 2 2 3 1 2 ~ 3 2 57 5 4 ~ 7 7 9 mm? ? ? ? ?? 圓整到 800 ㎜ 。 第六章 設(shè)計計算 35 假設(shè)材料的許用應(yīng)力 ??t? =170 aMP （厚度為 6～ 16㎜時 ）， 由公式 64 得：? ? 4 8 0 0 9 . 4 62 1 7 0 1 . 0 0 0 . 5 42 0 . 5cit cPD mmP? ?? ?? ? ?? ? ? ?? 由公式 63 設(shè)計厚度 2 6 2 11. 46d C m m??? ? ? ? ?，名義厚度向上圓整 n? =12㎜。 前端管箱封頭強度計算 ? 根據(jù)設(shè)計壓 力和液柱 靜壓力確定計算壓力 由公式 61 得 液柱 靜壓力 9 8 9 .5 4 1 0 0 .8 7 9 1 6 .3 1 0 .0 0 7 9 2aag h P M P? ? ? ? ? ?少于設(shè)計壓力的 5%（ 5% 4 aMP?? ），故 液柱 靜壓力可忽略不計，則 4cap p MP?? 。見圖 517： 圖 517 鞍式支座 查 JB/T471292， DN500~900 鞍座尺寸 ： 表 57 鞍座尺寸 公稱直徑 DN 允許載荷 Qkw 鞍座高度 h 底板 腹板 筋板 墊板 螺栓間距 2l 鞍座質(zhì)量 kg 增加100mm 高度增加的質(zhì)量 kg 1l 1b 1? 2? 3l 3b 3? 弧長 4b 4? e 800 220 200 720 150 10 10 400 120 10 940 200 6 36 530 35 7 茂名 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計 )論文 ： 100 萬噸 /年 延遲焦化裝置蠟油 軟化水換熱器設(shè)計 34 第 六 章 設(shè)計 計算 管箱及管箱端蓋設(shè)計 前端管箱筒體計算 ? 根據(jù)設(shè)計壓力和液柱 靜壓力確定計算壓力 液柱 靜壓力 9 8 9 .5 4 1 0 0 .8 7 9 1 6 .3 1 0 .0 0 7 9 2aag h P M P? ? ? ? ? ? （ 61） 少于 設(shè)計壓力的 5%（ 5% 4 aMP?? ），故 液柱 靜壓力可忽略不計，則 4cap p MP?? 。 第五章 選擇并設(shè)計換熱器的各部結(jié)構(gòu) 33 按 JB/T471292《鞍式支座》 ， 鞍座的型式中可以選該換熱器的鞍座型式為 BIV，其結(jié)構(gòu)特征是彎制、 120176。對于同一個公稱直分輕、重型兩種結(jié)構(gòu)型式。這是因為設(shè)備隨著溫度的變化會產(chǎn)生熱脹冷縮，如果不讓設(shè)備有自由伸縮的可能性，則在器壁中將產(chǎn)生熱應(yīng)力。另一種為滑動鞍座，鞍座底板上開長圓形螺栓孔（代號為 S 型）。兩種，鞍座寬度則隨著筒體直徑的增大而加大。標(biāo)準(zhǔn) JB/T471292《鞍式支座》中鞍座的包角有 120186。因此，腹板和肋板的厚度與鞍座的高度 H 直接決定著鞍座允許負(fù)荷 的大小。通過墊板，鞍座接受容器載荷。鞍座是由墊板（又叫加強板）、腹板、肋板和底板構(gòu)成。 鞍式支座是臥式容器廣泛應(yīng)用的一種支座。 對于臥式換熱器的殼體排液口、排 氣口，設(shè)置的位置分別在筒體的上部和底部。 為了高傳熱效率，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)壁平齊。 選擇對焊長頸法蘭，這種法蘭的優(yōu)點是頸的根部較厚，而且與法蘭盤圓滑過渡，從而更有效地增加了法蘭的整體強度和剛度，另一方面，除去了平焊法蘭中短節(jié)與法蘭盤的連接焊縫，從而消除了存在焊接殘余應(yīng)力的可能性。根據(jù)管、殼程的壓力和接管公稱直徑，前面所選管法蘭密封面型式選擇突面型式。如圖 515。 ⒉ 接管法蘭類型的確定 茂名 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計 )論文 ： 100 萬噸 /年 延遲焦化裝置蠟油 軟化水換熱器設(shè)計 30 HG 管法蘭標(biāo)準(zhǔn)共規(guī)定了 8 種不同類型的管法蘭和兩種法蘭蓋、法蘭的名稱、代號及其所屬標(biāo)準(zhǔn)列于下表 52。 接管法蘭 ⒈ 接管法蘭的要求 ①凹凸或榫槽密封面的法蘭，密封面向下，一般應(yīng)設(shè)計或凸面或榫面，其他朝 向的，則設(shè)計成凹面或槽面，且在同一設(shè)備上成對使用。 ⒉ 法蘭的 型 式 換熱器常采用的法蘭結(jié)構(gòu) 型 式 為：平焊法蘭及對焊法蘭。 其形式是用管箱法蘭、殼體法蘭將管板夾持固定。 考慮到本設(shè)計的換熱器的管束要拆卸進(jìn)行清洗，使用可拆式管板， 選用 a 形連接方式。脹接一般用在換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計壓力不超過 4MPa,設(shè)計溫度在 300℃以下，且無特殊要求的場合。 脹接是利用脹管器，使伸到管板孔中的管子端部直徑擴大產(chǎn)生塑性變形，而管板只是彈性變形。換熱管與管板的 主要連接形式有：強度 脹接 、 強度焊接與脹焊接混合結(jié)構(gòu)。 ⒊ 定距管 定距管根據(jù)具體情況初步選用Φ 25? 管徑的管子，各根管子的長度根據(jù)折流板布置的具體情況確定。 ⒉ 拉桿的布置 拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的邊緣。如下圖 513 所示： 茂名 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計 )論文 ： 100 萬噸 /年 延遲焦化裝置蠟油 軟化水換熱器設(shè)計 28 圖 513 拉桿定距管結(jié)構(gòu) b 45176。本設(shè)計的換熱管外徑為 25 ㎜，所以采用拉桿定距管結(jié)構(gòu)形式。 拉桿 與定距管 ⒈ 拉桿的形式選擇 折流板、支持板的固定一般均采用拉桿與定距管等元件與管板固定。 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 50 ㎜， 特殊情況下也可取較小的間距。其中弓形折流板有單弓形、雙弓形第五章 選擇并設(shè)計換熱器的各部結(jié)構(gòu) 27 和三弓形的折流板， 現(xiàn)根據(jù)需要初步選用單弓形 ， 豎直缺口 。在臥式換熱器中，還可以起到支撐管束的作用。 （ 2） 布管限定圓 查 GB1511999 表 13，布管限定圓直徑 ? ? ? ?122 8 0 0 2 5 1 8 .5 9 7 3 5LiD D b b b m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 54） LD —— 布管限定圓直徑，㎜ B —— 見圖 13，其值按 GB151— 1999 表 14 選取，取 b=4 ㎜ 1b —— 見圖 13，其值按 GB151— 1999 表 15 選取，取 1b =5 ㎜ nb —— 墊片寬度，其值按 GB151— 1999 表 15 選取，取 nb =17 ㎜ 2b —— 見圖 13， 2 17 18. 5nb b m m? ? ? ? ? 根據(jù) 布管限定圓直徑為 735 ㎜，且由 GB151— 1999 表 12 查得分程隔板槽兩側(cè)相鄰管心距 ca 為 44 ㎜，換熱管中心距 a 為 32 ㎜， 根據(jù)以上數(shù)據(jù)布管 ，由 布管 圖得 排管數(shù)為352 根。 圖 511 轉(zhuǎn)角正方形排列 換熱器中心距要保證管子與管板連接時，管橋（相鄰兩管的清空距離）有足夠強度和寬度，管間需要清洗時還要留有進(jìn)行清洗的通道。正方形排列法在一定的管板面積上可排列的管茂名 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計 )論文 ： 100 萬噸 /年 延遲焦化裝置蠟油 軟化水換熱器設(shè)計 26 子數(shù)最少。 轉(zhuǎn)置正方形排列 ， 便于清洗管子外面的污垢常用于石油化工與乳品工業(yè)。 ，壁厚偏差 ： +12%、 10%，選擇管子最小管間距為 32mm。大直徑的管子用于粘性大或污濁的流體，小直徑的管子用于清潔的流體。 其它有關(guān)尺寸如圖 59 中結(jié)構(gòu)（ a）。 分程隔板厚度及有關(guān)尺寸 分程隔板的最小厚度不得小于表 51 的數(shù)值。 在管板上的分程隔板槽濃度一般不少于 4mm,槽寬為：碳鋼 12mm，不銹鋼 11mm。在設(shè)計時要求管箱隔板的密封面與管箱法蘭密封面，管板密封面與分程槽面必須處于同一基面，如圖 59 所示。 分程隔板的 結(jié)構(gòu)型式 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)以提高流體流速實現(xiàn)其目的。隔板的密封長度應(yīng)短而形狀簡單，程與程之間溫度相等不宜過大，溫差不超過 20176。為改進(jìn)這種現(xiàn)象，在傳熱要求下，需保證流體在管束中保持較大流速，則可以將管束分成若干程數(shù)，使流體依次流過各程管子，以增加 流體流速，提高給熱 系數(shù)。 圖 58 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 橢圓形封頭尺寸：公稱直徑 DN=900 ㎜ （由第六部分計算） ，曲面高度 1h =225 ㎜，直邊高度 0h =25 ㎜ ， 厚度 P? =14㎜ 。且橢圓形封頭深度較半球表封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中、低壓容器應(yīng)用較多的封頭之一。 橢圓形封頭從薄膜應(yīng)力來分析，沿經(jīng)線各點的應(yīng)力是變化的，在以封頭中心為中心的 范圍外處應(yīng)力最大。 故取 外頭蓋的 長度 Lg = 677mm。 ② 最大長度 最大長度由《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》圖 438 中查得 Lg max=1000mm。綜上所述，采用 B 型鉤圈更能保證浮頭式換熱器的使用壽命，所以選用 B 型鉤圈。 ，鉤部厚度為 30 ㎜。B 型結(jié)構(gòu)由于在浮頭管板和鉤圈的斜槽均采用不同的斜角，管板斜槽斜角為 18176。 A 型鉤圈浮頭由于鉤圈底部距浮頭管板較遠(yuǎn)，使得浮頭端 殼程介質(zhì)的死角增大，減少了管束的有效傳熱面積。 圖 56 后端管箱結(jié)構(gòu) 本設(shè)計采用是浮頭式換熱器，所以對于后端管箱的結(jié)構(gòu)，選用鉤圈式浮頭，鉤圈對保證浮頭端的密封，防止介質(zhì)間的串漏起著很重要的作用。 茂名 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計 )論文 ： 100 萬噸 /年 延遲焦化裝置蠟油 軟化水換熱器設(shè)計 22 圖 55 換熱器的殼程結(jié)構(gòu)形式 后端管箱的結(jié)構(gòu)型式 ⒈ 后端管箱的結(jié)構(gòu)型式 本設(shè)計采用是浮頭式 后端管箱， 如下圖 56 所示 ，所以對于后端管箱的結(jié)構(gòu)，選用鉤圈式浮頭，鉤圈對保證浮頭端的密封，防止介質(zhì)間的串漏起著很重要的作用。 盡管在工業(yè)中已經(jīng)成功的制造出六殼程的列管式換熱器，但考慮到制造方面上的困難，對于一般的設(shè)計，若要增加殼勝數(shù)，通常是通過多太換熱器串聯(lián)來解決。圖 55（ d）為 H 型，與 G 型相似，同屬于二殼程的換熱器殼體，但進(jìn)、出口接管與縱向隔板均多一倍，故又稱雙分流殼體。為了增大平均溫度差，提高傳熱效率， 在殼程中裝入一塊平行于軸線的縱向隔板，偏成為二殼程的換熱器，如圖 55（ b） F 型，流體按逆流方式進(jìn)行熱交換。 殼程分程的結(jié)構(gòu)型式 GB1511999 圖 7 列出了 如下 圖 55 所示的 幾種 比較常見的 殼程結(jié)構(gòu)形式。 ? 管箱封頭 管箱封頭選取標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，幾何形狀和尺 寸如下。 第五章 選擇并設(shè)計換熱器的各部結(jié)構(gòu) 21 故管箱內(nèi)徑 ： 1 .0 5 / 1 .0 5 3 2 3 5 2 / 0 .7 7 5 3 .5iD a n m m?? ? ? ? ? （ 51） 取 iD =800 ㎜。 故取管箱長度 Lg = 910mm。 ? 管箱最大長度 管箱最大長度由《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》圖 438 中查得 Lg max=1000mm。 c、 管箱上各相鄰焊縫間之距離必須大于或等于 4S，且應(yīng)大于或等于 50mm，其中S 為管箱壁厚。 ? 管箱最小長度（管箱的最小內(nèi)側(cè)深度） ① 管箱最小長度的確定原則： a、 單程管箱采用軸向接管時，接管中心線上的管箱最小長度應(yīng)大于或 等于接管內(nèi)徑的 1/3。分程隔板位置尺寸是由排管圖確定，管箱直徑是由管束直徑?jīng)Q定。 綜上所述，根據(jù)本設(shè)計的特點， 封頭管箱 選擇用圖 52 所示 封頭管箱 這種結(jié)構(gòu)。 與管板制成一體的固定管板管箱 型式是將管箱與管板制成一體，從結(jié)構(gòu)上看，可以完全避免在管板密封處的泄漏，但管箱不能單獨拆