【正文】 3 計(jì)算部分 U 型管筒體和封頭厚度計(jì)算校核 設(shè)計(jì)條件 設(shè)計(jì)壓力：管程 aMP 殼程 aMP 設(shè)計(jì)溫 度：管程 200℃ 操作介質(zhì) 殼程 ：原油，管程；循環(huán)油 程數(shù) 管程 ： 2，殼程 1 換熱面積 3500 2mm 保溫材料 600mm 計(jì)算條件 iD =1000 mm 鋼板負(fù)偏差 1 0C? 腐蝕裕量 2C =2 mm 設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 ? ?2 170 aMP? ? 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 19 設(shè)計(jì) 溫度 下屈服點(diǎn) 275saMP? ? 焊接系數(shù) ?? 在 GB6654 《 壓 力 容 器 用 鋼 板 》 ， GB3531 《 低 溫 壓 力 容 器 用 低 合 金 鋼 板 》規(guī)定， 壓力容器專用鋼板偏 差不大于 ，因此使用標(biāo)準(zhǔn)厚底超過 5mm 是可取 2C =材料名稱 16 nMR 筒體和封頭厚度計(jì)算校核 （ 1） 厚度計(jì)算 根據(jù)操作介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)溫度等因素，選取筒體及封頭為 RMn16 ① 筒體壁厚計(jì)算 2[ ]cit cPDQP? ?? ? 式中： cP —— 設(shè)計(jì)壓力 M aP C—— 壁厚附加量 mm iD —— 設(shè)備內(nèi)徑 mm ? —— 焊縫系數(shù)，無量綱 []t? —— 設(shè)計(jì)溫度下材料的許用用力 M aP []s? —— 常溫下材料的許用應(yīng)力 M aP 計(jì)算厚度 ： 1 .3 * 7 0 02 * 1 1 3 * 0 .8 5 1 .3? ? ?= 設(shè)計(jì)厚度 ： 2 C??? ? ? 名義厚度 ： 10n? ? 1C =0 2C =2 有效厚度 ： 12 C C m m??? ? ? ? ○ 2 封頭厚度 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 20 換熱器封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 2[ ] cKP D P? ??? ? 式中 K=封頭形狀系數(shù) 其他同上 21 [2 ( ) ]62iiDK h?? = 1(2 4)6 ? =1 計(jì)算厚度 1 1 .3 7 0 02 1 .3 0 .5 1 .3? ??? ? ? ?=4mm 名義厚度 n? =10mm 有效厚度 12enCC??? ? ? = 由壓力容器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)匯編選取 min? = （ 2） 筒體，封頭的周向水壓試驗(yàn)校核 內(nèi)壓容器 進(jìn)行 液壓 試驗(yàn) ： ()2T i eTepD ?? ???? = 25 (700 )2 113???? = aP [] []T tPP??? =? = M aP 壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 21 [ ] 211 .5sSS?? M aP []T sT? ? ∴ 筒體液壓試驗(yàn)滿足要求 （ 3）封頭的壓力校核 最大允許工作壓力 ： 2[ ][] evieP KD? ???? ? = 2 113 1 700 ? ? ?? ? ? = M aP [ ] [ ]twP ?? ∴ 合格 管板的計(jì)算 （ 1） 管子 數(shù) n 選 ? 25 ? 的無縫鋼管材質(zhì)為 18 9riDC N 管長(zhǎng) 4500mm 換熱面積 ： 39。另外 GB150 規(guī)定的所有材料都可用于常壓容器。另外， GB150 規(guī)定的所有材料都可以用于常壓容器。另外， GB150 規(guī)定的遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 18 所有材料都可以用于常壓容器。一 般要求鋼管有較高的強(qiáng)度、塑性和良好的焊接性能。 B．鋼管 壓力容器的接管、換熱管等常用無縫鋼管制造。常壓容器常用鋼板的標(biāo)準(zhǔn)，使用狀態(tài)及許用應(yīng)力按 JB/T4735 的規(guī)定。 焊接元件用鋼要求是焊接性能良好的鋼材。 使用的常壓容器用鋼，一般要求有平爐，電爐或氧化轉(zhuǎn)爐冶煉，并應(yīng)附有鋼材生產(chǎn)單位的鋼材質(zhì)量說明書，容器制造單位應(yīng)按質(zhì)量說明書對(duì)鋼材進(jìn)行驗(yàn)收。 考慮到常壓 容器的特點(diǎn)，對(duì)材料一般只要求符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，沒有無損檢測(cè)，復(fù)驗(yàn)符合要求；但同時(shí)考慮到常壓容器應(yīng)用范圍的廣泛性，又盛裝毒性介質(zhì)的場(chǎng)合，這類容器雖然在常壓下工作，但仍存在一定程度危及人身安全的問題，因此，對(duì)材料有特殊要求時(shí)，應(yīng)在圖樣或相關(guān)技術(shù)文件中注明。只有在一些特定條件下，主要指介質(zhì)條件，才選用銅、鋁、鈦及其合金材料制作壓力容器，但這類壓力容器應(yīng)用不多。 壓力容器使用的材料，取決于它的工作條件，主要指容器的工作壓力、 工作溫度及介質(zhì)特性等因素。 圖 設(shè)備材料選擇 一般換熱器都用金屬材料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的材料；銅、鋁及其合金多用于制造低溫?fù)Q熱器；鎳合金則用于高溫條件下；非金屬材料除制作墊片零件外，有些已開始用于制作非金屬材料的耐蝕換熱器，如石墨換熱器、氟塑料換熱器和玻璃換熱器等。 臥式換熱器的殼 程為單相清潔流體時(shí)，折流板缺口應(yīng)水平上下布置，若氣體中含有少量液體時(shí)，則應(yīng)在缺口朝上的折流板的最低處開通液口，如圖（ a）若液體中含有少量氣體時(shí)，則應(yīng)在缺口朝下的折流板最高處開通氣口，如圖（ b） 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 16 臥式換熱器，冷凝器和重沸器的殼程介質(zhì)為氣、液共存或液體中含有固體物時(shí)，折流板缺口應(yīng)垂直左右布置，并在折流板最低處開通液口，如圖（ c）。 （ a）正三角形 （ b）轉(zhuǎn)角正三角形 （ c）正方形 （ d）轉(zhuǎn)角正方形 圖 管束的排列 本設(shè)計(jì)中選用換熱管的排布方式為按 正三角形 排列 。正三角形排列形式可以再同樣的管板面積上排列最多的管數(shù)，故 用得最為普遍，但管外不易清洗。 表 換熱管外徑 mm 10 12 14 16 19 20 22 25 32 35 45 50 55 Rmin mm 20 24 30 32 40 45 50 60 66 70 76 90 100 布管 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 15 換熱管在管板上的排列形式主要有正三角形。奧氏體不銹鋼材質(zhì)的換熱器均采用高精度管，管束均為Ⅰ級(jí)。Ⅰ級(jí)管束采用較高級(jí)或高級(jí)精度冷拔鋼，Ⅱ級(jí)管束采用普通級(jí)冷拔鋼。 圖 U形管簡(jiǎn)圖 U 形管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 對(duì)換熱管的尺寸精度要求與一般的液體輸送管線用管不同，因?yàn)樵诮M裝管束時(shí)，換熱管必須穿過管板及折流板，所以對(duì)其外徑有一定尺寸精度要求，否則會(huì)給裝備工作帶來困難。短節(jié)材料： RMn16 。 圖 封頭結(jié)構(gòu)示意圖 封頭管箱的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中 封頭管箱為組合件，選取一個(gè)橢圓封 頭、短節(jié)、中間隔板以及接管法蘭組成。 4) 封頭直邊部分的縱向皺褶深度應(yīng)小于 。 2) 先拼板成形后的封頭拼接焊縫，在成形前應(yīng)打磨至母材齊平， 100%壓制成形后進(jìn)行射線檢測(cè)。 封頭的設(shè)計(jì) 1) 為了避免應(yīng)力集中，封頭各種不相交的拼接焊縫中心線 間距離 至少應(yīng)為鋼遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 13 板名義厚度的 3 倍，且不小于 100mm。 長(zhǎng)度：由換熱管長(zhǎng)度而定。碳鋼和低合金鋼作為筒體必須是無縫鋼管，奧氏體不銹鋼管作為筒體可以使用無縫鋼管，也可以是符合要求的有縫鋼管。 換熱器的筒體可以用鋼板卷制，也可以用無縫鋼管制作，通常以 400mm 為界。由于補(bǔ)強(qiáng)圈遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 12 的焊接結(jié)構(gòu)會(huì)引起較大局部應(yīng)力，同時(shí)高強(qiáng)度鋼容易產(chǎn)生焊接裂紋，故超越標(biāo)準(zhǔn)范圍時(shí)采用補(bǔ)強(qiáng)管結(jié)構(gòu)，即在開孔處焊一厚壁短管，在采用全焊透結(jié)構(gòu) 筒體的設(shè)計(jì) 筒體的作用是提供工藝所需的承壓空間，是壓力容器最主要的受壓元件之一，器內(nèi)直徑和容積往往需由工藝計(jì)算確定。扁鋼截面慣性距較大，力學(xué)性能較好。這種方法沿用已久，對(duì)于塑性比較好的材料也比較安 全可靠。 等面積補(bǔ)強(qiáng)法規(guī)定，在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)，補(bǔ)強(qiáng)的金屬截面積等于大于開孔的所削弱的殼體面積。 開孔應(yīng)力集中的程度與孔的形狀有關(guān)，圓孔應(yīng)力集中程度最低。 結(jié)構(gòu)的選擇與論證 由于各種工藝和結(jié)構(gòu)要求，不可避免地要在容器上開孔并 安裝接管，開孔后，除減小器壁的強(qiáng)度外，還會(huì)在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，給容器的安全操作帶來隱患。但也正因?yàn)?U 形管換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，管束的兩端固定在同一塊管板上，管束可自由伸縮與殼體之間不存在溫差應(yīng)力。由于換熱管的結(jié)構(gòu)形式關(guān)系，管子的更換除外側(cè)一層外，內(nèi)部管子大部分不能更換管束中心部分存在空隙，所以流體易走短路，影響傳熱效果。 因?yàn)?U 形管式換熱器僅有一塊管板，且無浮頭，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)也比其他換熱器便宜承壓能力強(qiáng)。 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 11 U 形管換熱器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，承壓能力強(qiáng)，適用于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢需要清洗，又不適宜采用浮頭式和固定管板式的場(chǎng)合。 由于受彎管曲率半徑的限制，其換熱管排布較少，管束最內(nèi)層管間距較大 ，管板的利用率較低，殼程流體易形成短路，對(duì)傳熱不利。因此，它適用于溫差很大的兩流體換熱。其特點(diǎn)是內(nèi)插管與外套管之間沒有約束，可自由伸縮。相同直徑的殼體內(nèi)， U 形管的排列數(shù)目較直管少，相應(yīng)的傳熱面積也較校雙重管式換熱器將一組管子插入另一組相應(yīng)的管子中而構(gòu)成的換熱器。拆下管箱即可直接將管束抽出，便于清洗管間。遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 10 2 U 形管換熱器各部分的設(shè)計(jì)說明 U 形 管換熱器的介紹 圖 .U 形管式換熱器 U 形管式換熱器的換熱管呈“ U”形。此外，自 60 年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問題，人們對(duì)新型材料制成的換熱器開始注意。接著英國(guó)用釬焊法制 造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成一種管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長(zhǎng)期以來在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。它的主要 功能是保證工藝過程