【正文】 4換熱管及法蘭的設(shè)計(jì) 20 20 21 22 24 275 產(chǎn)品冷卻器制造過(guò)程簡(jiǎn)介 34 總則 34 34結(jié)論 43參考文獻(xiàn): 44致謝 4444 / 481緒論在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱設(shè)備的主要作用是使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達(dá)到工藝過(guò)程規(guī)定的指標(biāo)，以滿(mǎn)足工藝過(guò)程上的需要。例如，煙道氣、高爐爐氣、需要冷卻的化學(xué)反應(yīng)工藝氣等余熱，通過(guò)余熱鍋爐可生產(chǎn)壓力蒸汽，作為供熱、供氣、發(fā)電和動(dòng)力的輔助能源，從而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)經(jīng)濟(jì)效益。它的主要功能是保證工藝過(guò)程對(duì)介質(zhì)所要求的特定溫度，同時(shí)也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一,應(yīng)用甚為廣泛。（1）直接接觸式換熱器這類(lèi)換熱器又稱(chēng)混合式換熱器。（2）蓄熱式換熱器這類(lèi)換熱器又稱(chēng)為回?zé)崾綋Q熱器。如回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器就是一種蓄熱式換熱器。間壁式換熱器式工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛的換熱器，其形式多種多樣，如常見(jiàn)的管殼式換熱器和板式換熱器都屬于間壁式換熱器。載熱體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器之間循環(huán)，在高溫流體換熱器中吸收熱量，在低溫流體換熱器中把熱量釋放給低溫流體，如熱管式換熱器。固定管板式換熱器的兩端管板采用焊接方法與殼體連接固定。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，能得到較小的殼體內(nèi)徑，管程可分成多樣，殼程也可用縱向隔板分成多程，規(guī)格范圍廣，故在工程中廣泛應(yīng)用。在圓形外殼內(nèi)，裝入平行管束，管束兩端用焊接或脹接的方法固定在管板上，兩塊管板與外管直接焊接，裝有進(jìn)口或出口管的頂蓋用螺栓與外殼兩端法蘭相連。這種換熱器的缺點(diǎn)是：殼程清洗困難，有溫差應(yīng)力存在。這種換熱器適用于兩種介質(zhì)溫差不大，或溫差較大但殼程壓力不高，及殼程介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢的場(chǎng)合。固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí)，在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個(gè)補(bǔ)償圈，（或膨脹節(jié)）?！　√攸c(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結(jié)垢的物料。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在殼體中設(shè)置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進(jìn)出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進(jìn)出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長(zhǎng)度設(shè)置了若干塊折流板。固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，殼程也可以分成雙程，規(guī)格范圍廣，故在工程上廣泛應(yīng)用。當(dāng)膨脹之差較大時(shí)，可在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，以減少因管、殼程溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。熟悉壓力容器設(shè)計(jì)的基本要求，掌握固定管板式換熱器的常規(guī)設(shè)計(jì)方法，把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中去，為以后的工作和學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。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。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。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問(wèn)題，人們對(duì)新型材料制成的換熱器開(kāi)始注意。此外，自60年代開(kāi)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。 　　換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類(lèi)。由于兩流體混合換熱后必須及時(shí)分離，這類(lèi)換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。 蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體(填料)表面，從而進(jìn)行熱量交換的換熱器，如煉焦?fàn)t下方預(yù)熱空氣的蓄熱室。以回收冷量為目的的同類(lèi)設(shè)備稱(chēng)蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。 間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面式和其他型式。 換熱器中流體的相對(duì)流向一般有順流和逆流兩種。逆流時(shí)，沿傳熱表面兩流體的溫差分布較均勻。 在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差增大，換熱器的傳熱面積減?。蝗魝鳠崦娣e不變，采用逆流時(shí)可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。 　　當(dāng)冷、熱流體兩者或其中一種有物相變化(沸騰或冷凝)時(shí)，由于相變時(shí)只放出或吸收汽化潛熱，流體本身的溫度并無(wú)變化，因此流體的進(jìn)出口溫度相等，這時(shí)兩流體的溫差就與流體的流向選擇無(wú)關(guān)了。 　　在傳熱過(guò)程中，降低間壁式換熱器中的熱阻，以提高傳熱系數(shù)是一個(gè)重要的問(wèn)題。 增加流體的流速和擾動(dòng)性，可減薄邊界層，降低熱阻提高給熱系數(shù)。為了降低污垢的熱阻，可設(shè)法延緩污垢的形成，并定期清洗傳熱面。2產(chǎn)品冷卻器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體計(jì)算 產(chǎn)品冷卻器設(shè)計(jì)條件圖21 冷卻器見(jiàn)圖1前端管箱封頭 2前端管箱筒體 3管板 4管箱法蘭 5殼體法蘭 6殼程筒體 7換熱管 8殼程筒體開(kāi)孔法蘭 9管箱筒體開(kāi)孔法蘭 10后端管箱筒體 11后端管箱封頭 產(chǎn)品冷卻器屬于固定管板換熱器，是利用冷卻水將熱流體冷卻的設(shè)備。壓力容器類(lèi)別為二類(lèi)容器；管、殼程介質(zhì)均為烴；介質(zhì)特性：輕毒、易燃、易爆、易揮發(fā)；左管箱需要做焊后熱處理，右管箱不需要做焊后熱處理；進(jìn)行100%無(wú)損檢測(cè)；管子與管板連接形式：強(qiáng)度焊+貼脹；，（冬季）/（夏季）。設(shè)計(jì)溫度：殼程120/45℃；管程120/45℃。最小設(shè)計(jì)金屬溫度：殼程45℃＠，管程45℃＠。焊接接頭系數(shù)：。管板切割率：%根據(jù)上述已知條件設(shè)計(jì)出符合要求的換熱器，以滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力： Mpa（參見(jiàn)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)399頁(yè)表D1 鋼板許用應(yīng)力）常溫下許用應(yīng)力：133 MPa（參見(jiàn)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)399頁(yè)表D1 鋼板許用應(yīng)力）常溫下屈服點(diǎn)：245 MPa（參見(jiàn)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)399頁(yè)表D1 鋼板許用應(yīng)力）平均溫度下彈性模量：191650 MPa平均溫度下線脹系數(shù)：111100 1/制定板材負(fù)偏差為零（設(shè)定值）d = 計(jì)算厚度：（）有效厚度：de =dn C1 C2= 名義厚度：dn = 重量：m=密度為7850Kg/m179。 ss = sT = 試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力：（）校核條件：sT163。壓力試驗(yàn)：液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值：PT = （）壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平：[s]T163。 [s]T 校核結(jié)果：合格壓力及應(yīng)力計(jì)算：最大允許工作壓力：[Pw] （）設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力：st =（）[s]tf=校核條件：[s]tf ≥st結(jié)論：合格 圖232后端管箱封頭封頭材料類(lèi)型：板材選用材料：20R封頭形式：橢圓封頭選形狀系數(shù)為K=1封頭曲面高度h：125mm封頭直邊高度：25mm試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力：133Mpa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力：形狀系數(shù)：K = （）計(jì)算厚度：d = （）最小厚度：dmin = 名義厚度：dn = 結(jié)論：滿(mǎn)足最小厚度要求重量：=Kg最大允許工作壓力：[Pw]= （）結(jié)論：合格 圖23 殼程管筒材料類(lèi)型：板材材料：20R筒體內(nèi)徑：500mm筒體長(zhǎng)度：4400mm腐蝕裕量：筒體名義厚度：10mm縱向焊縫焊接接系數(shù)：1環(huán)向焊縫焊接接頭系數(shù)：1指定板材負(fù)偏差為零計(jì)算厚度：d= （）有效厚度：de =dn C1 C2= 名義厚度：dn = 重量：壓力試驗(yàn)類(lèi)型：液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值：PT = （）壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平：[s]T163。 [s]T 校核結(jié)果：合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力：[Pw]= （）設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力：st = （）[s]tf=校核條件：[s]tf ≥st 結(jié)論：,合格3各部分強(qiáng)度校核圖31 設(shè)備上的開(kāi)孔及接管對(duì)筒體上接管為φ8910的開(kāi)孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法：?jiǎn)慰籽a(bǔ)強(qiáng)開(kāi)孔處殼體材料類(lèi)型：板材殼體材料：20R殼體材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力：接管腐蝕裕量：接管實(shí)際外伸高度：150mm接管實(shí)際內(nèi)伸高度：150mm接管材料：管材接管材料：20（GB8163）接管材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力：130Mpa接管材料在常溫下的許用應(yīng)力：130Mpa接管焊接接頭系數(shù)：1補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：無(wú)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)接管和殼體連接結(jié)構(gòu)形式：插入式接管焊縫金屬截面積：32mm計(jì) 算 方 法 : GB1501998 等 面 積 補(bǔ) 強(qiáng) 法, 單 孔 開(kāi)孔直徑 d：補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度 B：149mm接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù) fr ：接管有效外伸長(zhǎng)度 h1: . mm接管有效內(nèi)伸長(zhǎng)度 h2：開(kāi)孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A：殼體多余金屬面積 A1 ：