【正文】 mm 焊接接頭系數(shù) f mm 筒體計(jì)算 筒體厚度計(jì)算。第3章U形管式換熱器的強(qiáng)度計(jì)算與校核 換壓力熱器的計(jì)算殼程設(shè)計(jì)壓力: . 管程設(shè)計(jì)壓力： 殼程設(shè)計(jì)溫度： 80℃ 管程設(shè)計(jì)溫度： 200℃換熱面積： ㎡鋼制壓力容器的計(jì)算壓力等于其設(shè)計(jì)壓力加上液柱靜壓力。因此，只需校核危險(xiǎn)截面的最大軸向壓縮應(yīng)力。本設(shè)計(jì)采用20鋼。 裙座由裙座筒體、基礎(chǔ)環(huán)、地腳螺栓座、人孔、排氣孔、引出管通道、保溫支承圈等組成。本U形管換熱器采用圓筒形，圓筒形裙座經(jīng)濟(jì)上合理，故應(yīng)用廣泛。 裙座的設(shè)計(jì)立式化工裝備常采用裙座支承。 定距管 定距管的作用是將折流板之間的距離固定下來，定距管的規(guī)格同換熱管，其長(zhǎng)度同實(shí)際需要確定。表24 拉桿參數(shù) 換熱管外徑d 10≤d≤14 14≤d≤ 25 25≤d≤57 拉桿直徑dn 10 12 16 表25 拉桿參數(shù)公稱直徑DN，mm ＜400 ≥400 ≥700 ≥900 ≥1300 ≥1500 ≥1800 ≥2000 ≥2300拉桿直徑dn，mm ≤700 ≤900 ≤1300 ≤1500 ≤1800 ≤2000 ≤2300 ≤2600 10 4 6 10 12 16 18 24 28 32 12 4 4 8 10 12 14 18 20 24 16 4 4 6 6 8 10 12 14 16拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。還應(yīng)滿足GB1511999《管殼式換熱器》中規(guī)定。 圖215拉桿結(jié)構(gòu)尺寸 按GB1511999《管殼式換熱器》中規(guī)定拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。本次設(shè)計(jì)換熱管的外徑為14mm，拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，材料為Q235A。拉桿形式如圖213。因此拉桿的布置既要合理，數(shù)量又不能太多。為了使各塊折流板間距符合設(shè)計(jì)要求，均勻受力，保證折流板與換熱管垂直，就需要在一個(gè)管束中布置一定數(shù)量的拉桿。拉桿的一端靠螺扣旋入管板中固定，它從數(shù)塊折流板中間的拉桿孔中穿過，另一端用螺母固定在支持板上。為了保證順利穿管，必須是折流板的管孔與管板中心在同一直線上，可以將管板當(dāng)作鉆模放在折流板上，壓緊后進(jìn)行引孔，即以管板危機(jī)出現(xiàn)在折流板上鉆出和管板孔距一致的定位孔，然后取下管板，將折流板壓緊，并換上合適的鉆頭[14]。該臺(tái)換熱器折流板排列如下圖213所示。圖212 折流板形式 折流板的形式選用單弓形折流板，上下方向排列，這樣可造成液體的劇烈擾動(dòng)，增大傳熱膜系數(shù)。本次設(shè)計(jì)選用弓形折流板。折流板被設(shè)置在殼程，它既可以提高傳熱效果，還起到支撐管束的作用。 （3）組裝狀態(tài)下管板和折流板的同一位置的管孔和拉桿用孔的中心應(yīng)在同 一直線上。管孔加工：管孔加工必須滿足下列要求： （1）保證孔的位置及尺寸精度，如管孔不圓度、同心度及孔壁的光潔度。本設(shè)備利用墊片夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間。由于流體只具有輕微的腐蝕性，故采用工程上常用的Q345R整體管板。本設(shè)計(jì)采用強(qiáng)度焊加貼賬的形式。除了有較大振動(dòng)及有縫隙腐蝕的場(chǎng)合，強(qiáng)度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何場(chǎng)合。但無論采用何種連接型式，都必須保證連接處能滿足設(shè)計(jì)所需的密封性和具有足夠的抗拉脫強(qiáng)度。對(duì)于管子與管板的連接結(jié)構(gòu)型式，主要有以下幾種：（1） 脹接； （2）焊接； （3）脹焊結(jié)合。 換熱管與管板的連接管子與管板的連接，在管殼式換熱器換熱的設(shè)計(jì)中，是一個(gè)比較重要的結(jié)構(gòu)部分，它不僅加工工作量大，而且必須使每個(gè)連接處在設(shè)備的運(yùn)行中，保證介質(zhì)無泄漏且具有承受介質(zhì)壓力的能力[12]。 換熱管組裝要求兩管板相互平行，允許誤差不得大于1mm，兩管板間長(zhǎng)度誤差為177。U形管彎管段的圓度偏差，應(yīng)不大于換熱管名義外徑的10%；%驗(yàn)收。同一根換熱管的對(duì)接焊縫，直管不得超過一條；U形管不得超過二條；最短管長(zhǎng)不應(yīng)小于300mm；包括至少50mm直管段范圍內(nèi)不得有拼接焊縫。除銹長(zhǎng)度不小于兩倍管板厚度。圖210 換熱管簡(jiǎn)圖直管一律采用整根管子而不允許有接縫。表23 GB1511999《管殼式換熱器》 換熱管外徑d 10 12 14 16 19 20 22 25 30 32 35 38 45 50 55 57 換熱管中心距離1314 16 19 22 25 26 28 32 38 40 44 48 57 64 70 72 分程隔板槽兩 28 30 32 35 38 40 42 44 50 52 56 60 68 76 78 80 本設(shè)計(jì)換熱管的中心距是19mm。圖2—9換熱管的排列形式在此，換熱管排列方式要用正三角形排列。為便于管外清洗，可以采用正方形或轉(zhuǎn)角正方形排列的管束。 布管 換熱管的排列方式換熱管在管板上的排列形式主要有正三角形、正方形和轉(zhuǎn)角正三角形、轉(zhuǎn)角正方形。分程隔板兩側(cè)全長(zhǎng)均應(yīng)焊接，并應(yīng)具有全焊透的焊縫。即如下表22：表22 GB1511999《管殼式換熱器》 公稱直徑 隔板最小厚度 碳素鋼及低合金鋼 高合金鋼≤600 8 6 600～≤1200 10 8 1200～≤2000 14 10 2000～≤2600 14 10 本設(shè)計(jì)分程隔板厚度為10mm。本設(shè)計(jì)中的短節(jié)厚度應(yīng)增加,以使開孔補(bǔ)強(qiáng)達(dá)到強(qiáng)度要求。選取橢球形封頭可節(jié)省材料且其強(qiáng)度好。由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭、短節(jié)、中間隔板、接管法蘭以及管箱法蘭組成。前后管箱中隔板形式和介質(zhì)的流通順序如圖28。 管程分程隔板是用來將管內(nèi)流體分程，“一個(gè)管程”意味著流體在管內(nèi)走一次，分程隔板裝置在管箱內(nèi)，根據(jù)所需分的程數(shù)的不同而有不同的組合，但無論怎樣分，都應(yīng)盡量使各程管子數(shù)目大致相等，隔板形式要簡(jiǎn)單，焊縫盡量少，密封長(zhǎng)度要短，程與程之間面積差不宜過大，溫差以不超過28℃左右為宜。圖27 本次設(shè)計(jì)采用B型（二）分程隔板在換熱器中，不論是管外還是管內(nèi)的流體，要提高它們的給熱系數(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(shí)現(xiàn)其目的。(4)多管程換熱器的介質(zhì)返回管箱見圖27中后端結(jié)構(gòu)形式所列的形式或圖 (c)。一般用得較少，只在高壓情況下采用。但這種形式用得最多。 (2)B型（封頭管箱） 見圖3 1中B的形式，用于單程或多程管箱，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造，適于高壓、清潔介質(zhì)，可省掉一塊造價(jià)高的盲板、法蘭和幾十對(duì)螺栓，且橢圓封頭受力情況要比平端蓋好得多。（一）管箱結(jié)構(gòu)形式(1)A型（平蓋管箱） 這種管箱如圖31中前端管箱形式中A，裝有管箱平蓋（或稱盲板），清洗管程時(shí)只要拆開盲板即可，而不必拆卸整個(gè)管箱和與管箱相連的管路，缺點(diǎn)是盲板結(jié)構(gòu)用材多，且尺寸較大時(shí)得用鍛件，耗費(fèi)大量機(jī)加工工時(shí)，提高制造成本，并增加一道密封的泄漏可能。無論哪種管箱，其管箱的最小內(nèi)側(cè)深度應(yīng)當(dāng)滿足這樣的要求：使連接雙程間流體流動(dòng)的橫截面至少大于或等于單管程通過的截面。圖26 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭示意圖 管箱設(shè)計(jì)管箱的作用是把由管道來的管程流體均勻分布到各傳熱管和把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器。參照《壓力容器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)匯編》選取標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。連接處總應(yīng)力的大小與封頭的幾何形狀和尺寸封頭與圓筒厚度的比值大小有關(guān)。如圖25。 圖24 碟形封頭 （4）錐形封頭廣泛應(yīng)用于許多化工設(shè)備(如蒸發(fā)器、噴霧干燥器、結(jié)晶器及沉降器等)的底蓋，它的優(yōu)點(diǎn)是便于收集與卸除這些設(shè)備中的固體物料。但當(dāng)橢圓形封頭的模具加工有困難時(shí)，則用碟形封頭代替。彎曲應(yīng)力和拉伸應(yīng)力疊加的結(jié)果，使這部分的應(yīng)力突出于其他部分。由一個(gè)球面、一個(gè)某一高度的圓筒直邊和連接以上兩個(gè)部分的曲率半徑大小小于球面半徑的過渡部分組成?！E圓封頭因綜合性能較好，被廣泛用于中低壓容器。由于橢圓封頭的深度介于半球形和碟形封頭之間，對(duì)沖壓設(shè)備及模具的要求、制造難度亦介于兩者之間，即比半球封頭容易，比碟形封頭困難。旋轉(zhuǎn)橢圓球面母線的長(zhǎng)、習(xí)慣上稱為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。但在實(shí)際工作中，為了焊接方便以及降低邊界處的邊緣壓力，半球形封頭常和筒體取相同的厚度。 （1）球形封頭是由半個(gè)球殼構(gòu)成的。用于各種容器設(shè)備，如儲(chǔ)罐、換熱器、塔、反應(yīng)釜、鍋爐和分離設(shè)備等。 封頭設(shè)計(jì)封頭是容器的一個(gè)部件（如下圖）根據(jù)幾何形狀的不同，可分為球形、橢圓形、碟形、球冠形、錐殼和平蓋等幾種，其中球形 、橢圓形、碟形、球冠型封頭又統(tǒng)稱為凸形封頭。厚度：由GB1511999《管殼式換熱器》，即碳素鋼和低合金鋼圓筒的最小厚度應(yīng)不小于下表21中的規(guī)定[7]。 筒體設(shè)計(jì)選材：按GB1511999《管殼式換熱器》。此外，為了彌補(bǔ)彎管后管壁的減薄，直管部分需用壁較厚的管子。U形管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是管束可以自由伸縮，不會(huì)因管殼之間的溫差而產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱補(bǔ)償性能好；管程為雙管程，流程較長(zhǎng)，流速較高，傳熱性能較好；承壓能力強(qiáng)；管束可從殼體內(nèi)抽出，便于檢修和清洗，U形管式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜。第二章 U形管式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)U形管式換熱器的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖21 本次設(shè)計(jì)設(shè)備簡(jiǎn)圖 U形管式換熱器結(jié)構(gòu)介紹U形管式換熱器由管箱、殼體及管束等主要部件組成，因其換熱管成U形而得名。通過余熱可生產(chǎn)壓力蒸汽，作為供熱、供氣、發(fā)電和動(dòng)力的主要輔助能源，從而能提高熱能的總利用率，降低燃料消耗和電耗，提高工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。世界先進(jìn)國(guó)家的油化工企業(yè)的換熱設(shè)備正處在更新?lián)Q代時(shí)期,朝著新型降耗高效換熱器方向發(fā)展。雖然各種板式換熱器的競(jìng)爭(zhēng)力在上升，但管殼式換熱器仍將占主導(dǎo)地位。提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低制造成本仍是基本發(fā)展目標(biāo)。加工中向“多軸化”及“數(shù)值控制化”發(fā)展。保證互換性及擴(kuò)大容量的靈活性，通過減少堵塞和便于除垢以減少操作事故，從選用材料，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及運(yùn)行操作等各方面增長(zhǎng)使用壽命并在廣泛的范圍內(nèi)向大型化發(fā)展。隨著工業(yè)的高速發(fā)展，換熱器技術(shù)將迅速發(fā)展。在換熱器設(shè)計(jì)中采用了電子計(jì)算機(jī)，不僅可以縮短計(jì)算時(shí)間，減少人為的差錯(cuò)，而且有可能進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)。 在生產(chǎn)中存在的熱交換條件千變?nèi)f化，所需要的換熱器必須各式各樣，為了符合使用要求，國(guó)內(nèi)、外對(duì)換熱器技術(shù)的開發(fā)從傳熱機(jī)理的研究、設(shè)備的結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，設(shè)計(jì)計(jì)算的方法改進(jìn)以及制造工藝水平的提高等方面都進(jìn)行了長(zhǎng)期而大量的工作。是目前回收高溫?zé)煔庥酂岬淖罴蜒b置。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：導(dǎo)熱性能好，高溫強(qiáng)度高，抗氧化、抗熱震性能好。 　　陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的發(fā)展，因?yàn)樗^好地解決了耐腐蝕，耐高溫等課題，成為了回收高溫余熱的最佳換熱器。(7)陶瓷換熱器 陶瓷換熱器的生產(chǎn)工藝與窯具的生產(chǎn)工藝基本相同，導(dǎo)熱性與抗氧化性能是材料的主要應(yīng)用性能。同時(shí)這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、防結(jié)垢功能。(6)渦流熱膜換熱器 渦流熱膜換熱器采用最新的渦流熱膜傳熱技術(shù)，通過改變流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來增加傳熱效果，當(dāng)介質(zhì)經(jīng)過渦流管表面時(shí)，強(qiáng)力沖刷管子表面，從而提高換熱效率。延長(zhǎng)維修周期，減少維修費(fèi)用。采用與殼體軸線成某一角度狀排列的螺旋板作為折流板，使介質(zhì)在殼體內(nèi)螺旋推進(jìn)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了在較小泵功能消耗條件下較高的傳熱效果。我們?cè)诳諝鈸Q熱器、熱管換熱器及鍋爐上，采用了這類換熱器，取得了明顯的強(qiáng)化換熱效果。實(shí)驗(yàn)證明，小管徑翅片管束的傳熱性能優(yōu)于大管徑管束，適當(dāng)增加翅片高度和翅片間距對(duì)傳熱有利，適當(dāng)密排對(duì)傳熱有利。(4)螺旋翅片管和縱向翅片管換熱器