【正文】 194換熱管及法蘭的設計 20 20 21 22 24 275 產品冷卻器制造過程簡介 34 總則 34 34結論 43參考文獻: 44致謝 441緒論在工業(yè)生產中，換熱設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，使流體溫度達到工藝過程規(guī)定的指標，以滿足工藝過程上的需要。例如，煙道氣、高爐爐氣、需要冷卻的化學反應工藝氣等余熱，通過余熱鍋爐可生產壓力蒸汽，作為供熱、供氣、發(fā)電和動力的輔助能源，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)生產經濟效益。它的主要功能是保證工藝過程對介質所要求的特定溫度，同時也是提高能源利用率的主要設備之一,應用甚為廣泛。（1）直接接觸式換熱器這類換熱器又稱混合式換熱器。（2）蓄熱式換熱器這類換熱器又稱為回熱式換熱器。如回轉式空氣預熱器就是一種蓄熱式換熱器。間壁式換熱器式工業(yè)生產中應用較為廣泛的換熱器，其形式多種多樣，如常見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。其結構簡單，制造成本低，能得到較小的殼體內徑，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，故在工程中廣泛應用。在圓形外殼內，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。這種換熱器的缺點是：殼程清洗困難，有溫差應力存在。這種換熱器適用于兩種介質溫差不大，或溫差較大但殼程壓力不高，及殼程介質清潔，不易結垢的場合。固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當兩流體的溫度差較大時，在外殼的適當位置上焊上一個補償圈，（或膨脹節(jié)）。　　特點：結構簡單，造價低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結垢的物料。固定管板式換熱器的結構特點是在殼體中設置有管束，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，管程的進出口管直接和封頭焊在一起，管束內根據(jù)換熱管的長度設置了若干塊折流板。固定管板式換熱器結構簡單，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，故在工程上廣泛應用。當膨脹之差較大時，可在殼體上設置膨脹節(jié)，以減少因管、殼程溫差而產生的熱應力。熟悉壓力容器設計的基本要求，掌握固定管板式換熱器的常規(guī)設計方法，把所學的知識應用到實際的工程設計中去，為以后的工作和學習打下扎實的基礎。以板代管制成的換熱器，結構緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。接著英國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，用于飛機發(fā)動機的散熱。在此期間，為了解決強腐蝕性介質的換熱問題，人們對新型材料制成的換熱器開始注意。此外，自60年代開始，為了適應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。由于兩流體混合換熱后必須及時分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。 蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經蓄熱室中的蓄熱體(填料)表面，從而進行熱量交換的換熱器，如煉焦爐下方預熱空氣的蓄熱室。以回收冷量為目的的同類設備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。 間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結構不同可分為管式、板面式和其他型式。 換熱器中流體的相對流向一般有順流和逆流兩種。逆流時，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，采用逆流時可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。 　　當冷、熱流體兩者或其中一種有物相變化(沸騰或冷凝)時，由于相變時只放出或吸收汽化潛熱，流體本身的溫度并無變化，因此流體的進出口溫度相等，這時兩流體的溫差就與流體的流向選擇無關了。 　　在傳熱過程中，降低間壁式換熱器中的熱阻，以提高傳熱系數(shù)是一個重要的問題。 增加流體的流速和擾動性，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，可設法延緩污垢的形成，并定期清洗傳熱面。2產品冷卻器結構設計的總體計算 產品冷卻器設計條件圖21 冷卻器見圖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殼程筒體開孔法蘭 9管箱筒體開孔法蘭 10后端管箱筒體 11后端管箱封頭 產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備。壓力容器類別為二類容器；管、殼程介質均為烴；介質特性：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；進行100%無損檢測；管子與管板連接形式：強度焊+貼脹；，（冬季）/（夏季）。設計溫度：殼程120/45℃；管程120/45℃。最小設計金屬溫度：殼程45℃＠，管程45℃＠。焊接接頭系數(shù)：。管板切割率：%根據(jù)上述已知條件設計出符合要求的換熱器，以滿足生產需要。設計溫度下許用應力： Mpa（參見過程設備設計399頁表D1 鋼板許用應力）常溫下許用應力：133 MPa（參見過程設備設計399頁表D1 鋼板許用應力）常溫下屈服點：245 MPa（參見過程設備設計399頁表D1 鋼板許用應力）平均溫度下彈性模量：191650 MPa平均溫度下線脹系數(shù)：111100 1/制定板材負偏差為零（設定值）d = 計算厚度：（）有效厚度：de =dn C1 C2= 名義厚度：dn = 重量：m=密度為7850Kg/m179。 ss = sT = 試驗壓力下圓筒的應力：（）校核條件：sT163。壓力試驗：液壓試驗試驗壓力值：PT = （）壓力試驗允許通過的應力水平：[s]T163。 [s]T 校核結果：合格壓力及應力計算：最大允許工作壓力：[Pw] （）設計溫度下計算應力：st =（）[s]tf=校核條件：[s]tf ≥st結論：合格 圖232后端管箱封頭封頭材料類型：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試驗溫度許用應力：133Mpa設計溫度許用應力：形狀系數(shù)：K = （）計算厚度：d = （）最小厚度：dmin = 名義厚度：dn = 結論：滿足最小厚度要求重量：=Kg最大允許工作壓力：[Pw]= （）結論：合格 圖23 殼程管筒材料類型：板材材料：20R筒體內徑：500mm筒體長度：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指定板材負偏差為零計算厚度：d= （）有效厚度：de =dn C1 C2= 名義厚度：dn = 重量：壓力試驗類型：液壓試驗試驗壓力值：PT = （）壓力試驗允許通過的應力水平：[s]T163。 [s]T 校核結果：合格壓力及應力計算最大允許工作壓力：[Pw]= （）設計溫度下計算應力：st = （）[s]tf=校核條件：[s]tf ≥st 結論：,合格3各部分強度校核圖31 設備上的開孔及接管對筒體上接管為φ8910的開孔進行補強補強設計方法：單孔補強開孔處殼體材料類型：板材殼體材料：20R殼體材料在設計溫度下的許用應力：接管腐蝕裕量：接管實際外伸高度：150mm接管實際內伸高度：150mm接管材料：管材接管材料：20（GB8163）接管材料在設計溫度下的許用應力：130Mpa接管材料在常溫下的許用應力：130Mpa接管焊接接頭系數(shù)：1補強結構：無補強結構接管和殼體連接結構形式：插入式接管焊縫金屬截面積：32mm計 算 方 法 : GB1501998 等 面 積 補 強 法, 單 孔 開孔直徑 d：補強區(qū)有效寬度 B：149mm接管材料強度削弱系數(shù) fr ：接管有效外伸長度 h1: . mm接管有效內伸長度 h2：開孔削弱所需的補強面積A：殼體多余金屬面積 A1