【正文】 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(jìn)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(guó)外先進(jìn)水平相比較，我國(guó)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(duì)于流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、流動(dòng)狀態(tài)等工作原理研究不足。目前我國(guó)在換熱器設(shè)計(jì)過(guò)程中還不能實(shí)現(xiàn)虛擬制造、仿真制造，缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型專業(yè)計(jì)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(shì)頭，預(yù)計(jì) 2022 年鋼鐵工業(yè)總產(chǎn)值將超過(guò) 5000 億元，化工行業(yè)總產(chǎn)值將突破 4000 億元。國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的良好機(jī)遇，以及進(jìn)口產(chǎn)品巨大的可轉(zhuǎn)化性共同預(yù) 示著我國(guó)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(jìn)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(xué)院二〇一三屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁(yè) 共 32 頁(yè) 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?；旌鲜嚼淠骶哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，腐蝕性問(wèn)題也比較容易解決。使鍋爐運(yùn)行符合國(guó)家節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)?！秶?guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱 要》確立了單位國(guó)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(jì)社會(huì)發(fā)展的約束性指標(biāo)。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(bǔ)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(xiàn) [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(xué)院二〇一三屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁(yè) 共 32 頁(yè) 殼體的內(nèi)徑和厚度 筒體的內(nèi)徑 參考文獻(xiàn) ［ 3］ 筒體的內(nèi)徑可由下列公式計(jì)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(shí)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(guó)標(biāo) 1501998查得設(shè)計(jì)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(dāng)于雙面焊的全焊透對(duì)接接頭（局部無(wú)損檢測(cè) ），根據(jù)參考 文獻(xiàn) [2]， 取 焊縫系數(shù)為 ， 估計(jì)厚度在 8mm 到 25mm，取 厚度負(fù)偏差 mmC ? ，腐蝕裕量mmC ? ， mmCCC 421 ??? 。 ? ?? ? ???t?? ? ?? ? MP aPMP aPP Ctct ?????????? ?? （公式 25） 液壓試驗(yàn)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(qiáng)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(dāng)支持板，提高管子的穩(wěn)定性，防止換熱板產(chǎn)生過(guò)大的撓度 。則，切去的圓缺高度為 mmh 1 8 06 0 ??? （公式 28） 根據(jù) 文獻(xiàn) [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(xiàn) [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(jì)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(yàn) 設(shè)備用于非極度危害的介質(zhì)，所以不需要進(jìn)行氣壓試驗(yàn)，但需要做液壓試驗(yàn)。 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(duì)應(yīng)的墊片采用纏繞墊片 . 接管與管法蘭的設(shè)計(jì) 接管的設(shè)計(jì) 對(duì)于內(nèi)徑 mmDi 1500? 的圓筒，開(kāi)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(biāo)準(zhǔn) 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(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)條件以及接管尺寸，管法蘭選用帶頸對(duì)焊法蘭，材料使用 16MnⅡ ，密封面型式為凸面。很明顯，蒸汽進(jìn)出口，冷卻水出入口以及出液口需要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 強(qiáng)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(jì)算可知，開(kāi)孔殼體處的計(jì)算厚度 ?? 開(kāi)孔所需的補(bǔ)強(qiáng)面積 A )()1(2 mmfdA ret ???????? ??? ??? （公式 216） ② 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 有效寬度 B 的計(jì)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(jì)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(jì)算如下： 取小值???? ???? 0 22 h mmdh nt? （公式 219） 所以 2h 取 0 ③ 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 殼體有效厚度 mmCne 10414 ????? ?? （公式 220） 殼體多余金屬面積 1A 的計(jì)算如下： ? ?? ? ? ?? ?? ?? ? ? ?? ?2112mmfbBA reete??????????????? ????? （公式 221） 接管計(jì)算厚度 mmPdP ct ict ][2 ???? ???? ??? （公式 222） 接管多余金屬面積 2A 的計(jì)算如下： ? ?? ?2212 )(22 mmfChfhA retrtet ??????? ???? ??? （公式 223） 淮海工學(xué)院二〇一三屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) 共 32 頁(yè) 焊腳高度 h=6mm。因 B=D，補(bǔ)強(qiáng)圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。材料與殼體一樣用 Q345R。 （ 2） 管程冷卻水出入口的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算： 開(kāi)孔直徑 mmCdd i 0 042) 1 4(2 ???????? mmDd i ??? 滿足等面積開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行 ① 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)所需的補(bǔ)強(qiáng)面積 開(kāi)孔處殼體計(jì)算厚度 mmPDP ct ic ][2 ???? ???? ??? 查 文獻(xiàn) [2]接管材料使用 10 號(hào)鋼，在設(shè)計(jì)溫度 60℃下的許用應(yīng)力? ? MPat 112?? ，殼體材料 Q345R在設(shè)計(jì)溫度 60℃下的許用應(yīng)力 MPatp 170][ ?? 。 焊縫金屬截面積計(jì)算如下： 23 mmA ????? 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 2321 mmAAAA e ??????? AAe? 所以不需要補(bǔ)強(qiáng)。密封面形式選用凹面。對(duì)應(yīng)的螺柱為 22024?M ，數(shù)量為 32 個(gè)。因?yàn)楣馨寮孀龇ㄌm，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(lái)確定。且管板的金屬溫度很難計(jì)算 ,故一般取較高側(cè)的設(shè)計(jì)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(xiàn) [2]1998 表 F5 得換熱管設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量 MPaEt ?? 查 文獻(xiàn) [2]1998 表 43 得換熱管設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 ??tt? =105MPa 設(shè)計(jì)溫度下?lián)Q熱管材料的屈服點(diǎn) ??ts? =163MPa 管板的參數(shù)： 管板材料取 Q345R（正火） 查 文獻(xiàn) [2]1998 附表 F5 得： 設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量 pE = 105MPa 查 文獻(xiàn) [2]1998 表 41 得： 設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 ??tr? =154MPa 許用拉脫應(yīng)力 ??q = ??tt? = 105= 管板強(qiáng)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(zhǎng)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(xiàn) [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(dāng)量直徑 tD 淮海工學(xué)院二〇一三屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè) 共 32 頁(yè) 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(zhǎng)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(wú)量綱剛度 054 6~ 5 ????? ptt EKK ? （公式 238） （ 9）無(wú)量綱壓力 ][~ ????? trda PP ?? （公式 239） （ 10）布管區(qū)內(nèi)開(kāi)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(xiàn) [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(dāng)量長(zhǎng)度 crL 根據(jù) 文獻(xiàn) [1]圖 32 查得 mmL cr 5982250596 ???