【正文】 容器，所以在上個世紀較長的時間里，換熱器各個部件的設(shè)計和計算都是由壓力容器標準，特別是ASME標準提供依據(jù)的，但其主要部件：管板，卻沒提供設(shè)計和計算的依據(jù)。參照TEMA和日本JISB8249標準，根據(jù)鋼制石油化工壓力容器相關(guān)設(shè)計規(guī)定和鋼制列管式換熱器相關(guān)技術(shù)條件和我國多年來在管殼式換熱器設(shè)計、制造、安裝、使用和維護等方面的經(jīng)驗，于1989年頒布文獻[11]的前版本：GBl51—1989。 確定設(shè)計方案兩流體溫度變化情況：熱流體是乙炔，進口溫度 oC，出口溫度40oC；冷流體（循環(huán)水）進口溫度 30 oC，出口溫度 ?；镜呐帕蟹绞接形宸N：等邊三角形。與正方形排列相比傳熱系數(shù)高，可節(jié)省 15%的管板面積。三角形的一邊與流向平行，其特點介于等邊三角行和正方形兩種排列之間，不宜用于臥式冷凝器，因下方管子形成的厚度越來越厚的凝膜會使傳熱削弱；正方形排列最不緊湊，但便于機械清掃，常用于殼程介質(zhì)易生污的浮頭式換熱器；對于多管程換熱器常采用組合排列法，每程均屬正三角形排列，而各層面間呈正方形排列，以便于安排分程隔板[5]。對清潔的流體，管徑可取小些，而對黏度較大或易結(jié)垢的流體，考慮管束的清洗方便或避免管子堵塞，管徑可取大些。在此選取的無縫鋼管 d0=作為換熱管。38nS?則管束中心換熱管數(shù)： 1..2145cN??7取 =54 根cN故殼體內(nèi)徑： ????39。b?，在此取 ，mm。 01~.5d?39。弓形折流板又可以分為單弓形、雙弓形、三弓形。折流板的作用是可以提高殼程流體的流速，增加湍動程度，并使殼程流體垂直沖刷管束，以改善傳熱，增大殼程流體的傳熱系數(shù)，同時減少結(jié)垢。即弓形折流板弓高： ???折流板的最小間距宜不小于殼體內(nèi)直徑的 ，且不小于 50mm；最大間距5應(yīng)不大于殼體內(nèi)直徑。乙炔流量 ??62 scT?????乙炔流速 ?管子正三角形排列時當量直徑 ??20224edtd?????????式中 t——相鄰兩管中心距，m； ——管外徑，m。由于換熱器尺寸較大，可以用一臺，未考慮采用多臺組合使用。殼體分程采用縱向隔板。焊接固定時，要求管子可焊性好，一般采用優(yōu)質(zhì)碳鋼，以保證管子質(zhì)量，一般對于無腐蝕性或腐蝕性不大的流體可采用10 號鋼和 20 號鋼管，在強腐蝕性流體的情況下，可采用不銹鋼（ 18 9 ） 、鋼、鋁等無縫管石墨管、聚四氟乙炔管等。根據(jù)設(shè)計要求采用 的無縫鋼管192??管子總數(shù)為 2114 根。11殼體內(nèi)徑 Ds=1600mm 殼體壁厚：（50）cpDtS??????][2為殼體工作溫度下的許用應(yīng)力，已知殼程設(shè)計溫度為 415℃，根據(jù)碳鋼t][?板許用應(yīng)力，表查得 =][?為焊縫系數(shù)，取 =1??，p 1 為工作壓力，p 1=?c=3mm則 .?????液壓試驗對于內(nèi)壓容器，耐壓試驗的的目的是：在超設(shè)計壓力下，考核缺陷是否會發(fā)生快速擴展造成破壞或開裂造成泄漏，檢驗密封結(jié)構(gòu)的密封性能。? ??的應(yīng)力水平 ???T? ?s =試驗壓力下圓筒的應(yīng)力? T = =.()???2由于? T? ???T所以滿足條件.由給定條件知、管程的設(shè)計壓力 ；焊接接頭系數(shù) ；??1 ???壓力試驗允許通過12設(shè)計溫度 ；腐蝕裕量 。實驗壓力值 ??.=??壓力試驗下允許通過的應(yīng)力水平 t??s= Mpa?實驗壓力下圓筒的應(yīng)力 T??????????????13校核 ??tT??所以、合格。標準橢圓封頭如圖圖 33 橢圓封頭簡圖橢圓形封頭是由半個橢球面和短圓筒組成。由于封頭的橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力分布比較均勻，且橢圓形封頭深度較半球形封頭小的多，易于沖壓成型，是目前中、低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之14一。實驗壓力值 ??.=.9TtpMpa??壓力試驗下允許通過的應(yīng)力水平 t??s= Mpa?實驗壓力下圓筒的應(yīng)力 T?????.?????????校核 ??tT??所以、合格。直邊段的作用是避免封頭和圓筒的連接焊縫處出現(xiàn)徑向曲率半徑突變，以改善焊縫的受力狀況。在此選擇標準橢圓形封頭。i?所以 170425iim??對于標準橢圓形封頭，形狀系數(shù) 1K封頭的材料仍選 Q345R。??假設(shè)材料的許用應(yīng)力 ，則封頭的計算厚度為：??9tMpa???????????所以封頭的有效厚度 e2=.C??考慮到封頭與管箱筒體焊接的整體強度，故將封頭的名義厚度也圓整為。??t?51nm??滿足最小厚度要求壓力試驗:最大允許工作壓力 ??? MpaKD?????????因為計算壓力小于最大允許工作壓力所以合格17 浮頭設(shè)計計算根據(jù) GB1511999《管殼式換熱器》[7]選用鉤圈式浮頭，浮頭端蓋選用球冠形封頭，根據(jù)換熱器筒體內(nèi)徑 查 GB1511999《管殼式換熱160iDm?器》表 46 可得封頭球面內(nèi)半徑 .3iR浮頭簡圖圖 34 浮頭簡圖布管限定圓參數(shù)表 31換熱器形式 固定管板式/U 形式 浮頭形式布管限定圓直徑 32biD???12iDb??[10].GB150《鋼制壓力容器設(shè)計標準》布管限定圓參數(shù)總表 32[10].GB150《鋼制壓力容器設(shè)計標準》選擇所用參數(shù)并繪制表格布管限定圓參數(shù)表 3318序號 項目 單位 數(shù)值 序號 項目 單位 數(shù)值1 bm8 5 布管限定圓直徑 LD1531 m2 15 6 墊片壓緊力作用中心圓直徑 c3 nb20 7 封頭球面內(nèi)半徑 iR13004 8 螺栓中心圓直徑 bDm[10].GB150《鋼制壓力容器設(shè)計標準》布管限定圓直徑 LDL????12==6025+=53mib??浮頭法蘭和鉤圈的內(nèi)直徑 fi????1 4fiinD??????浮頭法蘭和鉤圈的外直徑 806180foi m?外頭蓋內(nèi)直徑 D17iD??浮動管板外徑 00126519ibm?? 殼程外壓作用下浮頭蓋的計算用圖算法設(shè)計球冠形封頭:計算壓力 ，封頭的材料仍選擇 Q345R。23Cm??19假設(shè)浮頭蓋的名義厚度 ，則有效厚度51nsm??則 ??????計算系數(shù) ??.??由 ，設(shè)計溫度 用溫度內(nèi)插法查圖《過程設(shè)備設(shè)計》48 可得系數(shù) 1BMpa?則許用外壓力 ??????且兩者相差不多，所以名義厚度 合適。 管板的設(shè)計計算管板是管殼式換熱器的主要部件。由于管板受力情況復(fù)雜，影響管板強度因素很多，有管內(nèi)、外壓力，溫度產(chǎn)生的力，法蘭力矩和換熱管的支撐力等影響，因此正確地進行管板分析是比較復(fù)雜的。（1）結(jié)構(gòu)如圖所示，20圖 35 管板簡圖圖 46 布管簡圖本設(shè)計選擇不帶法蘭的管板，管板通過墊片與殼體法蘭和管箱法蘭連接。在布管區(qū)內(nèi)，因設(shè)置隔板槽和拉桿結(jié)構(gòu)的需要，而未能被換熱管支承的面dA?積， 。dnS?式中： 換熱管中心距, ；?2m21 隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距， ；nS?m 沿隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)。取 39。 2dA592385197nSm?????換熱管正方形排列的浮頭式換熱器，管板布管區(qū)的面積為: 22 21459173405tdAnS?????換熱管根數(shù)，根。t管板布管區(qū)當量直徑 ????換熱管的有效長度為： L2tnLl??式中 換熱管長，mm。2l?根據(jù)換熱管外徑 查《管殼式熱交換器設(shè)計手冊 GB151》知管板最019dm?小厚度 ，在這里取 。?換熱管最小伸出長度表 34資料來源：[11].GB151《管殼式熱交換器設(shè)計手冊》則 m???????管束模數(shù)為： ttEaKLD?式中 管束模數(shù)， ；t?Mp 設(shè)計溫度下?lián)Q熱管材料的彈性模量；tE管板布管區(qū)當量直徑，mm。查 GB1501998 表F5 得 1806tEMpa?則 ???管束無量綱剛度~tpKE???式中 管板剛度削弱系數(shù)，一般可取 （一般可取 ） ；????設(shè)計溫度時，管板材料的彈性模量， 。??tr?Mpa管程設(shè)計壓力 ，?065tC?殼程設(shè)計壓力 ，設(shè)計溫度5