【正文】 安徽理工大學畢業(yè)設(shè)計 39 表 47 墊片選擇 介 質(zhì) 法蘭公稱壓力 /MP 工作溫度/℃ 密封面 墊 片 形式 材料 氫氣與油氣混合物 251～ 450 凹凸 纏繞墊、柔性石墨復合墊 0Cr18Ni19鋼帶 石墨帶 石墨0Cr18Ni19等骨架 墊片預緊時需要的壓緊力為： Fa = πDGby = 738 17 。 根據(jù)本設(shè)計要求 ,查 《過程設(shè)備設(shè)計》 表 411 得 ，選擇墊片如 表 47。 墊片的選擇要綜合考慮操作介質(zhì)的性質(zhì)、操作壓 力、操作溫度以及需要密封的程度；對墊片本身要考慮墊片性能，壓緊用的次數(shù)。 非金屬軟墊片厚度一般根據(jù)容器直徑選?。喝萜髦睆?DN≤ 450mm 時，厚度δ =2mm；容器直徑 DN＞ 450mm時 ,厚度δ =3mm。法蘭密封面形式為光滑密封面或凹凸密封面。 圖 411 榫 槽密封面 （ 圖片 來源于 JB/T47032021） 安徽理工大學畢業(yè)設(shè)計 38 查 JB/T47032021 表 1得，法蘭尺寸如 表 46。 表 45 支座尺寸 公稱直徑DN 允許載荷 Q kN 鞍座高度mm 底 板 腹板 筋板 墊板 螺栓間距 鞍座質(zhì)量kg 增加100mm高度增加的質(zhì)量mm l1 b1 δ1 δ2 l3 b3 δ3 弧長 b4 δ4 e 700 170 200 640 150 10 8 350 120 8 830 240 6 56 460 30 5 （ 表格 來源于 JB/T4712） 安徽理工大學畢業(yè)設(shè)計 37 圖 410 鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸圖 （ 圖片 來源于 JB/T4712） 法蘭 及螺柱 選擇 材料選用 16MnR 根據(jù) JB/T47032021 選用 DN900， 的榫槽密封面長頸對焊法蘭。則 安徽理工大學畢業(yè)設(shè)計 36 LB==3600mm； LC = LC1 = L? L 2 = 根據(jù) JB/，選擇鞍式支座型式特征如 表 44. 表 44 支座尺寸 型式 包角 墊板 筋板數(shù) 適用公稱直徑 重型 焊制 B 120o 有 2 500～ 900 （表格來源于 JB/T4712） 結(jié)構(gòu)尺寸如圖 410 所示 。 當 L＞ 3000mm 時，取 LB=(～ )L； 盡量使 Lc=L 1。 波形膨脹 根據(jù)設(shè)計原則，當冷熱流體平均溫差 ?tm 50℃ 時，可以不用考慮熱補償，由 得， ?tm = 45℃ 50℃ ，所以本設(shè)計所設(shè)計的換熱器不用考慮熱補償，即不用設(shè)置膨脹節(jié)。 圖 48 旁路擋板焊接結(jié)構(gòu)示意圖 （ 圖片 來源于 GB1512021） 擋管 根據(jù) GB1512021，擋管為兩端堵死的換熱管，擋管設(shè)置于分程隔板槽背面兩管板之安徽理工大學畢業(yè)設(shè)計 35 間，擋管與換熱管規(guī)格相同，可與折流板點焊固定，也可用拉桿（帶定矩管或不帶定距管）代替。因 500＜ DN＜ 1000，故取旁路擋板數(shù)為 2對。 殼程流體進入殼程是的流速為： 由給定參數(shù)知，殼程流體進出管直徑為 200mm，則 υ殼 = qvA = qmρA 則 ρυ2 = qm2ρA2 = = kg/(2) 因 υ 22230 kg/()， 所以殼程應(yīng)設(shè)置防沖板或?qū)Я魍病? （ 2） 有腐蝕或有磨蝕的氣體，蒸汽及汽液混合物，應(yīng)設(shè)置防沖板。 殼程設(shè)置防沖板或?qū)Я魍驳臈l件： （ 1） 當殼程流體的 υ 2值（ — 流體密度， kg/m3。 補強厚度為 δ’ = A4D2 ? D1= ? 216 = 考慮鋼板負偏差及便于制造時準備材料，補強圈名義厚度取為殼體厚度，取為 8mm 防沖與導流 由 GB1512021 得，當滿足下列條件時應(yīng)設(shè)置防沖板： 管程設(shè)置防沖板的條件： 當管程采用軸向入口接管或換熱管內(nèi)流體流速超過 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。 圖 46 補強圈結(jié)構(gòu)圖 （ 圖片 于 JB/T4736） 安徽理工大學畢業(yè)設(shè)計 33 圖 47 補強圈坡口型式 （ 圖片 來源于 JB/T4736） 取補強圈外徑 D2=400mm，內(nèi)徑如圖 取 D1 =216mm。 所需另行補強面積為 A4 = A ?（ A1 + A2 + A3） = ? = mm2 根據(jù)接管公稱直徑 DN=200 選補強圈，參照 JB/T4736，選取補強圈的坡口型式為 D型 — 適用于殼體為內(nèi)坡口的全焊透結(jié)構(gòu)。 安徽理工大學畢業(yè)設(shè)計 31 則開孔所需補強面積 A = dδ+ 2δδ (1? ) = 204 +0 = 有效補強范圍 a 有效寬度 B B = 2d = 2 204 = 408mm B = d+ 2δn +2δn = 204 +2 8 +2 = 229mm 取大值 B=308mm。故需另行考慮其補強， 開孔直徑 d = d +2C = 200 + 2 2 = 204mm 本凸形封頭開孔直徑 d=204＜ Di/2=350mm，滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。 由給定設(shè)計參數(shù)得，設(shè)計溫度 425℃，因介質(zhì)為氣體，無靜壓力，所以計算壓力等于設(shè)計壓力，即管程流體的操作壓力 = MP 查《過程設(shè)備設(shè)計》〔 12〕表 D1得 在設(shè)計溫度 425℃時假設(shè)材料的許用應(yīng)力為[?] =93MP 根據(jù) 《過程設(shè)備設(shè)計》表 415，允許不另行補強的最大接管外徑為 89mm。如 圖 45所示。由=2021 查得，管子厚度為 Q345D。 b 有效高度 外側(cè)有效高度 h1為 1 = √δn d = √154 = 1 = 150mm（實際外伸高度） 取小值 1 = 內(nèi)側(cè)有效高度 h2為 2 = √δn d = √154 = 2 = 0mm（實際外伸高度） 取小值 2 = 0mm 封頭有效厚度 δ = 6mm 安徽理工大學畢業(yè)設(shè)計 29 封頭多余金屬面積 A1 = (B ?d)(δ ? δ)?2δ (δ ?δ)（ 1 ? ） =(308154)() = 接管計算厚度 δ = Di2[?]n ? = 1502 125 1 ? = 接管多余金屬面積 A2 = 2 1(δ ?δ ) + 2 2(δ ? C2) = 2 ( ?) 1 +0 = 接管區(qū)焊縫面積（焊腳取 ） A3 = 2 = 有效補強面積 A = A1 + A2 + A3 = + + = 因 A ，所以開孔后不需要另行開孔補強。 封頭計算厚度為 δ = 安徽理工大學畢業(yè)設(shè)計 28 對于 Q345D，在 420℃ 時的許用應(yīng)力 δ n = 125M ,因此，強度削弱系數(shù) = [?] δ n = 1 接管有效厚度為 δ = δn ? C = ?2 = 。 故需另行考慮其補強。 根據(jù) 《過程設(shè)備設(shè)計》表 415，允許不另行補強的最大接管外徑為 89mm。 由給定設(shè)計參數(shù)得，設(shè)計溫度 400℃，因介質(zhì)為氣體，無靜壓力，所以計算壓力等于設(shè)計壓力，即管程流體的操作壓力 = MP。如 圖 44所示 。 由 查得，管子厚度為 Q345D。則拉桿布置如 圖 43。 安徽理工大學畢業(yè)設(shè)計 26 圖 42 連接尺寸圖 （ 圖片 來源于 GB1512021） 查 GB1512021 表 45得： 表 43 拉桿尺寸 拉桿直徑 d 拉桿螺紋公稱直徑 dn La Lb b 16 16 20 ≥ 60 （表格來源于 GB1512021） 拉桿的布置 由 GB1512021 得，拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。 殼體公稱直徑 700≤ DN＜ 900，拉桿直徑 dn=16mm， 由 GB1512021 表 44查得 ：拉桿數(shù)量為 6根。其結(jié)構(gòu)如 圖 41。 安徽理工大學畢業(yè)設(shè)計 25 拉桿計算 拉管結(jié)構(gòu)形式選擇 由 GB1512021 得 常用拉桿的形式有兩種：（ 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。 表 41 I 級管束折流板或支持板管孔直徑即允許偏差 換熱管外徑 d或無支撐跨距 l d32 或 l≤900 l 900且 d≤ 32 管孔直徑 d+ d+ 允許偏差 + 0 （表格來源于 GB1502021） II 級管束（適用于碳鋼、 低合金鋼和不銹鋼換熱管）折流板或支持板管孔直徑即允許偏差應(yīng)符合 表 42規(guī)定。 根據(jù)鋼板尺寸， 取 折流板厚度為6mm。 安徽理工大學畢業(yè)設(shè)計 23 圖 34 脹焊并接結(jié)構(gòu)型式及尺寸 （圖片來源于 GB1512021） 安徽理工大學畢業(yè)設(shè)計 24 4 附件 選擇 折流板選擇 根 據(jù)給定設(shè)計參數(shù)，折流板采用圓形折流板，高度為 510mm，板間距為 400mm。 綜上所述，管板與換熱管間的連接方式選用脹、焊結(jié)合連接，且選用先脹后焊的方式。先焊后脹能避免脹接使用的潤滑油在焊接時受熱變?yōu)闅怏w時使焊縫產(chǎn)生氣孔。缺點是焊縫處的熱應(yīng)力可能引起應(yīng)力腐蝕，管子與 管板間的環(huán)隙處會引起間隙腐蝕 。當有要求時，管板的名義厚度減去 3 ㎜或 50 ㎜之間的差值可采用貼脹；或管板名義厚度減去 3㎜全長脹接。 脹接一般設(shè)計壓力不大于 4MP， 設(shè)計溫度不超過 300℃，用于無劇烈震動、無大溫差波動、無應(yīng)力腐蝕，且工作介質(zhì)費易燃易爆的場合。 表 32 管板厚度值 設(shè)計壓力 NP (MP) 殼體內(nèi)直徑 壁厚 Diδ (mm) 管板厚度 （ mm） ?t = 50℃ 計算值 設(shè)計值 700 8 52 （ 表格來源于《化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)》表 5— 1） 注：設(shè)計壓力大于 1MP小于 ，按 管板厚度為 52mm。 圖 33 管板結(jié)構(gòu) （圖片來源于 GB1512021） 安徽理工大學畢業(yè)設(shè)計 22 管板 材料及 厚度選擇 便于焊接以及操作要求，管板材料選擇與筒體一致，選用 Q345R。 管板計算 管板與殼體圓筒，管箱圓筒的連接方式選擇 根 據(jù) GB1511999，管板與殼體圓筒，管箱圓筒的連接方式選擇 e 型：管板與殼程圓筒 連為整體，其延長部分兼做法蘭，與管箱用螺柱墊片連接。但對低合金鋼制的容器，規(guī)定不包括腐蝕裕量的最小厚度應(yīng)不小于 3mm,因此，計算值符合規(guī)定，由鋼材的標準規(guī)格，名義厚度取 8mm。 由給定設(shè)計參數(shù)得，設(shè)計溫度 400℃ ， 因介質(zhì)為氣體，無靜壓力，所以計算壓力等于設(shè)計壓力，即管 程流體的操作壓力 = MP 查《過程設(shè)備設(shè)計》表 D1 得，在設(shè)計溫度 400℃時，假設(shè)材料的許用應(yīng)力為[?] =125MP（厚度為 3～ 16mm 時），封頭厚度為： 計算厚度：因 =[?] =75MP，計算厚度可按以下公式計算： δ = K Di2[?] ? （公式來源于《過程設(shè)備設(shè)計》 ） 對于標準橢球形封頭， K=1 安徽理工大學畢業(yè)設(shè)計 21 δ = K Di2[?] ? = 1 7002 125 1? = 對變換氣，起不具有強腐蝕特性，而且規(guī)定對于碳素鋼和低合金鋼，腐蝕裕量不小于 1mm。 根據(jù) GB/T251982021 附表 C得，對 DN=700 的封頭，總深度 H=200，內(nèi)表面積A=，容積 V=。 封頭 EHA 樣式如下圖 32。因此，根據(jù)給定參數(shù) 冷流體進出管直徑長度 ： Dg150 150，管箱圓筒長度取 300mm。 即，換熱器 管箱 圓筒內(nèi)徑為 700mm，筒壁厚度為 8mm。但對低合金鋼制的容器，規(guī)定不包括腐蝕裕量的最小厚度應(yīng)不小于 3mm,因此，計算值符合規(guī)定，由鋼材的標準規(guī)格，名義厚度取 8mm。 安徽理工大學畢業(yè)設(shè)計 19