【正文】 用于紙漿工廠； 60 年代左右，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一步的發(fā)展； 70 年代中期，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。與國外先進水平相比較，我國換熱器產(chǎn)業(yè)最大的技術(shù)差距在于換熱器產(chǎn)品的基礎(chǔ)研究和原理研究，尤其是缺乏介質(zhì)物性數(shù)據(jù)，對于流場、溫度場、流動狀態(tài)等工作原理研究不足。目前我國在換熱器設(shè)計過程中還不能實現(xiàn)虛擬制造、仿真制造，缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)的大型專業(yè)計算軟件。而石化及鋼鐵作為支柱型產(chǎn)業(yè)，將繼續(xù)保持快速發(fā)展的勢頭，預計 2021 年鋼鐵工業(yè)總產(chǎn)值將超過 5000 億元，化工行業(yè)總產(chǎn)值將突破 4000 億元。國內(nèi)經(jīng)濟 發(fā)展帶來的良好機遇，以及進口產(chǎn)品巨大的可轉(zhuǎn)化性共同預示著我國換熱器行業(yè)良好的發(fā)展前景。 蒸汽冷凝器這種冷凝常應(yīng)用于多效蒸發(fā)器末效二次蒸汽的冷凝，保證末效蒸發(fā)器的 真空度。 充填式冷凝器，蒸汽從側(cè)管進入后一上面噴下的冷水相接觸冷凝器里面裝了滿了瓷環(huán)填料，填料被水淋濕后，增大了冷水與蒸汽的接觸面積，蒸汽冷凝成水淮海工學院二〇一三屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 頁 共 32 頁 后沿下部 管路 流出 ，不凝氣體同上部管路被 真空泵 抽出，以保證冷凝器內(nèi)一定的真空度。混合式冷凝器具有結(jié)構(gòu)簡單，傳熱效率高等優(yōu)點，腐蝕性問題也比較容易解決。使鍋爐運行符合國家節(jié)能減排標準?！秶窠?jīng)濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》確立了單位國內(nèi)生產(chǎn)總能源消耗降低 20%左右，主要污染物排放總量減少 10%為經(jīng)濟社會發(fā)展的約束性指標。高效能特種設(shè)備主要是指鍋爐、壓力容器中的換熱設(shè)備等 。 兩流體的溫差為 110 C? ＞ 50 C? .所以需要熱補償，可采用浮頭式換熱器。 由換熱面積 )(00 ??? LdnA ? 得： 283)( 49)(0 0 ???????? Ld An ? （公式 21） 取管子數(shù) n 為 286 根 換熱管一般不小于 倍的換熱管外徑，參照 文獻 [1]取中心距 a 為 25mm. 管子采用正方形排列具體方式如下圖 正方 形排列 圖 1 管子的排列 淮海工學院二〇一三屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁 共 32 頁 殼體的內(nèi)徑和厚度 筒體的內(nèi)徑 參考文獻 ［ 3］ 筒體的內(nèi)徑可由下列公式計算 lbaDi 2)1( ??? （公式 22） 式中 a 為換熱管間距， b 位于管束中心線上的管束管子按正方形排列時nb ? ， l 為最外層管子的中心到殼壁的距離一般取 2 倍的管子外徑。根據(jù)國標 1501998查得設(shè)計壓力下許用 Q345R 許用應(yīng)力 ??t? 為 170MPa。 筒體上的焊接均采用相當于雙面焊的全焊透對接接頭（局部無損檢測），根據(jù)參考 文獻 [2]， 取 焊縫系數(shù)為 ， 估計厚度在 8mm 到 25mm，取 厚度負偏差 mmC ? ，腐蝕裕量mmC ? ， mmCCC 421 ??? 。 ? ?? ? ???t?? ? ?? ? MP aPMP aPP Ctct ?????????? ?? （公式 25） 液壓試驗產(chǎn)生的應(yīng)力 ? ? ? ?? ? MP aDPeeitt 41460042 ??? ?????? ? ?? （公式 26） ? ? M P aM P at ????? （公式 27） 因此所選封頭的強度足夠。 2?b 。 確定折流板 折流板采用單弓形折流板和環(huán)形折流板，環(huán)形折流板充當支持板，提高管子的穩(wěn)定性， 防止換熱板產(chǎn)生過大的撓度 。則，切去的圓缺高度為 mmh ??? （公式 28） 根據(jù) 文獻 [1]折流板的名義外直徑 D=DN— =600— = （公式 29） 弓形折流板的間距取 250mm。 在左側(cè)第一塊折流板與左側(cè)管板之間設(shè)置一塊環(huán)形折流板。 根據(jù) 文獻 [1]表 35 管空直徑取 。 分程隔板槽的槽深一般不小于 4mm，因此，取分程隔板槽的槽深為 5mm，寬度為 12mm。設(shè)計壓力下許用應(yīng)力 170MPa 承受內(nèi)壓 ，公稱直徑為 600mm。容積 179。 封頭的壓力試驗 設(shè)備用于非極度危害的介質(zhì)，所以不需要進行氣壓試驗，但需要做液壓試驗。 管箱短節(jié)取和封頭厚度等厚，材料采用 Q345R。有筒體內(nèi)徑DN=600mm，殼程壓力 ，管程壓力 。密封面形式選用凹面。對應(yīng)的墊片采用纏繞墊片 . 接管與管法蘭的設(shè)計 接管的設(shè)計 對于內(nèi)徑 mmDi 1500? 的圓筒，開孔的最大直徑 2/iDd? ，且 mmd 520? 。按照工藝，接管如下表： 表 2 管口表 名稱 公稱尺寸 公稱壓力 連接標準 法蘭型式 連接面型式 蒸汽入口 ?? HG2061597 WN RF 蒸汽出口 ?? HG2061597 WN RF 出液口 ?? HG2061597 WN RF 冷卻水入口 ?? HG2061597 WN RF 冷卻水出口 ?? HG2061597 WN RF 排凈口 焊接 放空口 焊接 接管法蘭的設(shè)計 根據(jù)設(shè)計條件以及接管尺寸，管法蘭選用帶頸對焊法蘭，材料使用 16MnⅡ ，密封面型式為凸面。很明顯，蒸汽進出口，冷卻水出入口以及出液口需要進行補強計算。 強度削弱系數(shù) 170104][ ][ ??? tptrf ?? （公式 214） 接管有效厚度 mmCntet 7411 ????? ?? （公式 215） 前面殼體計算可知，開孔殼體處的計 算厚度 ?? 開孔所需的補強面積 A )()1(2 mmfdA ret ???????? ??? ??? （公式 216） ② 有效補強范圍 有效寬度 B 的計算如下： 取大值???????????? ???? mmdB mmdBntn ?? （公式 217） 所以 B 取 外側(cè)有效高度 1h 的計算如下： 取小值?????? ???? mmh mmdh nt 10614120 11 ? （公式 218） 所以 1h 取 外側(cè)有效厚度 2h 的計算如下： 取小值???? ???? 0 22 h mmdh nt? （公式 219） 所以 2h 取 0 ③ 有效補強面積 殼體有效厚度 mmCne 10414 ????? ?? （公式 220） 殼體多余金屬面積 1A 的計算如下： ? ?? ? ? ?? ?? ?? ? ? ?? ?2112mmfbBA reete??????????????? ????? （公式 221） 接管計算厚度 mmPdP ct ict ][2 ???? ???? ??? （公式 222） 接管多余金屬面積 2A 的計算如下： ? ?? ?2212 )(22 mmfChfhA retrtet ??????? ???? ??? （公式 223） 淮海工學院二〇一三屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 共 32 頁 焊腳高度 h=6mm。因 B=D，補強圈在有效補強范圍內(nèi)。材料與殼體一樣用 Q345R。 （ 2） 管程冷卻水出入口的補強計算： 開孔直徑 mmCdd i 0 042) 1 4(2 ???????? mmDd i ??? 滿足等面積開孔補強的適用條件，故可用等面積法進行 ① 開孔補強所需的補強面積 開孔處殼體計算厚度 mmPDP ct ic ][2 ???? ???? ??? 查 文獻 [2]接管材料使用 10 號鋼，在設(shè)計溫度 60℃下的許用應(yīng)力? ? MPat 112?? ，殼體材料 Q345R在設(shè)計 溫度 60℃下的許用應(yīng)力 MPatp 170][ ?? 。 焊縫金屬截面積計算如下： 23 mmA ????? 有效補強面積 2321 mmAAAA e ??????? AAe? 所以不需要補強。密封面形式選用凹面。對應(yīng)的螺柱為 22024?M ，數(shù)量為 32 個。因為管板兼做法蘭，所以管板與密封面相配的尺寸應(yīng)按所選的法蘭的相應(yīng)的尺寸來確定。且管板的金屬溫度很難計算 ,故一般取較高側(cè)的設(shè)計 溫度，所以選 170℃。換熱管中心距 S=25mm，隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距 nS =38mm。 查 文獻 [2]1998 表 F5 得換熱管設(shè)計溫度下的彈性模量 MPaEt ?? 查 文獻 [2]1998 表 43 得換熱管設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力 ??tt? =105MPa 設(shè)計溫度下?lián)Q熱管材料的屈服點 ??ts? =163MPa 管板的參數(shù)： 管板材料取 Q345R（正火） 查 文獻 [2]1998 附表 F5 得： 設(shè)計溫度下的彈性模量 pE = 105MPa 查 文獻 [2]1998 表 41 得： 設(shè)計溫度下許用應(yīng)力 ??tr? =154MPa 許用拉脫應(yīng)力 ??q = ??tt? = 105= 管板強度削弱系數(shù) μ = 管板剛度削弱系數(shù) η = 換熱管與管板脹接長度或焊接高度 l=3mm 結(jié)構(gòu)參數(shù)及系數(shù)得確定 (1)墊片壓緊作用中心圓直徑 DG 查 文獻 [6]表得 GoD =665mm GiD =625mm ? ? mmmmNb 0 ??????? （公式 228） 所以 mmbb o ???? （公式 229） GD = GoD 2b=6652 8=649mm （公式 230） (2) dA 因設(shè)置隔板槽或拉桿而未能被換熱管支承得面積 ? ? ? ? 26 1 7 425382519 mmSSSnA nd ???????? （公式 231） (3)管板布管區(qū)面積 tA 222 1 8 4 9 2 56 1 7 4252 8 6 mmAnSA dt ?????? （公式 232） (4)管板布管區(qū)當量直徑 tD 淮海工學院二〇一三屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 共 32 頁 mmAD tt ???? ? （公式 233） (5)管子總截面積 na na= ? ?tt dn ??? ? = 0 5 3 3)219( mm????? （公式 234） mma ?? （公式 235） （ 6）換熱管有效長度 L，設(shè)管板的名義厚度為 50mm 289422 ???? lLL nt ? mm （公式 236） （ 7）管束模數(shù) 94 5 ?? ???? ttt LD naEK （公式 237） （ 8）管束無量綱剛度 054 6~ 5 ????? ptt EKK ? （公式 238） （ 9）無量綱壓力 ][~ ????? trda PP ?? （公式 239） （ 10）布管區(qū)內(nèi)開孔的面積 2221 mmdnAA t ??????? ? （公式 240） （ 11）系數(shù) ?? Ana? （公式 241） 4 9/ 8 5/ ??? Gtt DD? （公式 242） （ 12）系數(shù) C， weG 根據(jù) )()(~/~ 21312131 ??aPK 和 ??t? 在 文獻 [1]中查圖 23 和圖 24 得到 ?C ?weG (13)換熱管穩(wěn)定許用應(yīng)力 cr][? 系數(shù) 163 5 ?????ts tr EC ?? （公式 243） 換熱管受壓失穩(wěn)當量長度 crL 根據(jù) 文獻 [1]圖 32 查得 mmL cr 5982250596 ???