【正文】 流板的。 折流板與支持板一般用拉桿和定距管連接在一起，在大直徑的換熱器中，如折流板的間距較大，流體繞道折流板背后接近殼體處，會(huì)有一部分流體停滯起來(lái)，形成了對(duì)傳熱不利的死去。如雙弓形折 流板，因流體分為兩股流動(dòng)，在折流板之間的流速相同時(shí)，其間距只有單弓形的一半。 折流桿 傳統(tǒng)的裝有折流板的管殼式換熱器存在著影響傳熱的死區(qū)，流體阻力大，且易發(fā)生換熱管振動(dòng)與破壞。該支撐結(jié)構(gòu)有折流圈和焊在折流圈上的支承桿所組成。一半 4塊折流圈為一組，也可采用 2 塊折 流圈為一組。因而能牢固地將換熱管支承住，提高管束的剛性。常用的放短路結(jié)構(gòu)主要有旁路擋板，擋板，中間擋板。旁路擋板可用鋼板或扁鋼制成，其厚度一般與折流板相同。 （ 2） 擋管 當(dāng)換熱器采用多管程時(shí)，為了安排管箱分程隔板，在管中心不排列換熱管，導(dǎo)致管間短路，影響傳熱效率。擋管一般與換熱管的規(guī)格相同，可與折流板電焊固定，也可用拉桿代替。擋管伸出第一塊及最近一塊折流板或支持板的長(zhǎng)度應(yīng)不大于 50mm。為此在 U形管束的中間通道處設(shè)置中間擋板。通常當(dāng)殼體公稱直徑 DN≤ 500mm 時(shí)，設(shè)置一塊擋板； 500mm≤ DN≤ 1000mm時(shí)，設(shè)置兩塊擋板； DN≥ 500mm 時(shí)，設(shè)置不少于三塊擋板。 開(kāi)孔和開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) 由于各種工藝和結(jié)構(gòu)上的要求，不可避免的要在容器上開(kāi)孔并安裝接管。 補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu) 壓力容器接管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)通常采用局部補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)主要有補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)和整鍛件補(bǔ)強(qiáng)三種形式。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，使用經(jīng)驗(yàn)豐富，但補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體金屬之間不能完全貼合，傳熱結(jié)果差，在中溫以上使用時(shí)，二者存在較大的熱膨脹差，因而使補(bǔ)強(qiáng)局部區(qū)域產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力；另外，補(bǔ)強(qiáng)圈去殼體采用搭接連接，難以與殼體形成整體，所以抗疲勞性能差。 （ 2） 厚壁接管補(bǔ)強(qiáng) 即在開(kāi)孔處焊上一段厚壁接管。接管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，焊縫少，焊接質(zhì)量容易檢查，因此補(bǔ)強(qiáng)效果較好。 （ 3） 整鍛件補(bǔ)強(qiáng) 該補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)是將接管和部分殼體連同補(bǔ)強(qiáng)部分金屬集中開(kāi)孔應(yīng)力最大部位，能有效地降低應(yīng)力集中系數(shù)；可采用對(duì)焊焊縫，并使焊縫極其熱影響區(qū)離開(kāi)最大應(yīng)力點(diǎn)，抗疲勞性能好，疲勞壽命只降低 10%15%。 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)就是指采取適當(dāng)增加殼體或接管厚度的方法將應(yīng)力集中系數(shù)減少到某一允許值。但隨著各國(guó)對(duì)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)研究的深入，出現(xiàn)了許多新的設(shè)計(jì)思想，形成了新的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，如建立了以塑性失效準(zhǔn)則為基礎(chǔ)的極限分析方法。設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于不同的使用場(chǎng)合和載荷性質(zhì)可采用不同設(shè)計(jì)方法。該方法時(shí)以雙向受拉伸的無(wú)限的大平板上開(kāi)有小孔時(shí)孔邊的應(yīng)力集中作為理論基礎(chǔ)的，即僅考慮殼體中存在的拉伸薄膜應(yīng)力，且以補(bǔ)強(qiáng)殼體的一次應(yīng)力強(qiáng)度作為 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，故對(duì)小直徑的開(kāi)孔安全可靠。 等面積補(bǔ)強(qiáng)準(zhǔn)則的優(yōu)點(diǎn)是有長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)單易行，當(dāng)開(kāi)孔較大時(shí)，只要對(duì)開(kāi)孔尺寸和形狀等予以一定的配套限制，在一般壓力容器使用條件下能夠保證安全，因此不少國(guó)家的容器設(shè)計(jì)規(guī)范主要采用該方法，如 ASMEⅧ 1 和 GB150 等。 允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開(kāi)孔直徑 壓力容器常常存在各種強(qiáng)度裕量，例如接管和殼體實(shí)際厚度往往大于強(qiáng)度需要的厚度；接管根部有填角焊縫；焊接接頭系數(shù)小于 1 但開(kāi)孔位置不再焊縫上。因此，對(duì)于滿足一定條件的開(kāi)孔接管，可以不予接管。 密封裝置設(shè)計(jì) 23 壓力容器的可拆密封裝置形式很多，如中低壓容器中的螺紋連接，承插式連接和螺栓法蘭連接等，其中以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝備比較方便的螺栓法蘭連接最為普通。墊片裝在兩個(gè)法蘭中間，作用是防止容器發(fā)生泄漏。螺栓力，墊片反力與作用在筒體中面上的壓力載荷不再同一直線上，法蘭受到彎矩的作用，會(huì)發(fā)生彎曲變形。 密封機(jī)理 流體在密封口泄漏有兩條途徑，一是滲透泄漏，即通過(guò)墊片材料本體毛細(xì)管的滲透泄漏，除了受介質(zhì)壓力，溫度，粘度，分子結(jié)構(gòu)等流體狀態(tài)性質(zhì)影響外，主要與墊片的結(jié)構(gòu)與材料性質(zhì)有關(guān)，可通過(guò)對(duì)滲透性墊片材料添加某些填充劑進(jìn)行改良，或與不透性材料組合成型來(lái)避免滲透泄漏；二十界面泄漏，即沿著墊片與壓緊面之間的泄漏，泄漏量大小主要與界面間隙尺寸有關(guān)。加工時(shí)壓緊面上凹凸不平的間隙及壓緊力不足時(shí)造成界面泄漏的直接原因。 防止流體泄漏的基本方法是密封口增加流體流動(dòng)的阻力，當(dāng)介質(zhì)通過(guò)密封口的阻力越大，約有利于密封。 焊接接頭結(jié)構(gòu) 壓力容器各受壓部件的組裝大多采用焊接方式，焊縫的接頭形式和坡口形式 24 的計(jì)算直接影響到焊接的質(zhì)量與容器的安全，因而必須對(duì)容器焊接接頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。焊接接頭形式一般由被焊接兩金屬件的相互結(jié)構(gòu)位置來(lái)決定，通常分為對(duì)接接頭，角接接頭及 T字接頭，搭接接頭。這種焊接接頭受熱均勻，受力對(duì)稱，便于無(wú)損檢測(cè)，焊接質(zhì)量容易得到保證，因此，是壓力容器中最常用的焊接結(jié)構(gòu)形式。兩構(gòu)件成 T 字形焊接在一起的接頭，叫 T型接頭。 角接接頭和 T 型接頭，在街頭處構(gòu)件結(jié)構(gòu)是不連續(xù)的，承載后受力狀態(tài)不如對(duì)連接頭，應(yīng)力集中比較嚴(yán)重，且焊接質(zhì)量也不易得到保證。 （ 3） 搭接接頭 系兩個(gè)相互連接零件在接頭處有部分重合在一起，中間相互平行，進(jìn)行焊接接頭。在壓力容器中，搭接接頭主要用于加強(qiáng)圈與殼體，支座墊 板與器壁以及凸緣與容器的焊接。不同的焊接坡口，適用于不同的焊接方法和焊件厚度。 壓力容器用對(duì)接接頭，角接接頭和 T 型接頭，施焊前，一般應(yīng)開(kāi)設(shè)坡口，而搭接接頭無(wú)需開(kāi)坡口即可焊接。 圓筒部分的縱向接頭，球形封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭，各類凸形封頭中的所有焊接接頭以及嵌入式接管與殼體對(duì)接連接的接頭，均屬Ａ類接頭。 26 平蓋，管板與圓筒非對(duì)接連接的接頭，法蘭與殼體，接管連接的接頭，內(nèi)封頭與圓筒的搭接接頭以及多層包扎容器層板層縱向接頭。 接管，人孔，凸緣，補(bǔ)強(qiáng)圈等于殼體連接的接頭，均屬Ｄ類焊接接頭，但已規(guī)定為 A， B類的焊接接頭除外。 壓力及應(yīng)力計(jì)算 圓筒的最大許用壓力 ? ? ? ?M P aDPeietW1 1 6 5 0 0 6 1 . 3 222???????????? 因?yàn)?? ? cW PP ? = 所以合格。 前端管箱筒體計(jì)算 厚度計(jì)算 29 筒體材料 Q235B 設(shè)計(jì)壓力Ｐ c＝ 設(shè)計(jì)溫度 T s=℃ 殼程圓筒內(nèi)徑 Di= 鋼板負(fù)偏差 C1= 腐蝕裕量 C2= 焊接接頭系數(shù)φ = 設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 [σ ]t= 計(jì)算厚度 ? ?mmcPtiDcP0 .4 90 .1 0 7 .8 82 .1 02??????????? 設(shè)計(jì)厚度 δ d=δ + C2=+= 名義厚度 δ n=δ d + C1+△ =++△ = 由鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格可取δ n= 有效厚度 δ e=δ nC1C2= mm 液壓試驗(yàn)校核 30 內(nèi)徑 Di= 設(shè)計(jì)壓力 Ｐ c＝ 焊接接頭系數(shù)φ = 筒體有效厚度δ e= 設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 [σ ]t= 操作溫度下許 用應(yīng)力 [σ ]= 試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)σ s= 試驗(yàn)壓力值 ? ?? ?M P aPp tt0 .1 3 0 9.1 0 7 .8 81 1 3 .0 00 .1 ??????? 壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力 ? ? M P as . 0 ???? ?? 試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 ? ?1 2 . 9 1 MP a0 . 8 55 . 4 025 . 4 09 0 0 . 0 00 . 1 3 0 92)(P TT????????????eeiD 因?yàn)?? ?TT ??? 所以合格。 設(shè)計(jì) 溫度下計(jì)算應(yīng)力 M P aDpeeict)(2(?????????? ） ? ? M P at 6 9 0 7 .8 8 ????? 因?yàn)?? ???? t?t 所以合格。 壓力及應(yīng)力計(jì)算 圓筒的最大許用壓力 ? ? ? ?M P aDPeietW2 8 6 8 0 0 0 7 . 8 822???????????? 因?yàn)?? ? cW PP ? = 所以合格。 前端管箱封頭計(jì)算 計(jì)算壓力 Pc= 設(shè)計(jì)溫度 T=℃ 設(shè)備殼體內(nèi)徑 Di= 許用應(yīng)力 [σ ]t= 墊片 外徑 D外 = 內(nèi)徑 D內(nèi) = 墊片系數(shù) m=， 比壓力 y= 壓緊面形狀： 1a， 2b。 螺栓 載荷 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 NyDFW Gaa 8 0 1 6 4 6 5 ??????? 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 NmpDpDFFcGcGpW22p????????????? 螺栓面積 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積 ? ? 2a 11 477 646 2A mmW ba ??? ? 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積 36 ? ? 2Pp 78 600 26 031WA mmtb ??? ? 因?yàn)?Aa＞ Ap 所以 需要的螺栓面積 Am=Aa= 實(shí)際的螺栓面積 Ab 222b244404Ammdn????????? 螺栓設(shè)計(jì)載荷 平蓋計(jì)算直徑 Dc=，螺栓中心圓直徑 Db=。 計(jì)算厚度 預(yù)緊時(shí)取常溫的許用應(yīng)力 ， [σ ]t= MPa。 38 ? ??????????? t ccp pKD 取其中較大值，故封頭的計(jì)算厚度δ p= 設(shè)計(jì)厚度 δ d=δ p + C2=+= 名義厚度 δ n=δ d + C1+△ =++△ = 由鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格可取δ n= 后端管箱封頭計(jì)算 計(jì)算壓力 Pc= 設(shè)計(jì)溫度 T=℃ 設(shè)備殼體內(nèi)徑 Di= 許用應(yīng)力 [σ ]t=。 39 墊片接觸寬度 N N=D外－ D內(nèi) == 基本密封 寬度 b0 b0=2N=223=＞ 墊片有效密封寬度 b b= 0b = = 對(duì)于筒體端部結(jié)構(gòu)，墊片壓緊力作用中心圓直徑 DG等于密封面平均直徑 DG= 2DD 內(nèi)外 ? = ?? 螺栓 中心圓直徑 Db= 公稱 直徑 dB= 數(shù)量 n=40 個(gè) 常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力 ? ? ?? 設(shè)計(jì)溫度下螺栓材料的許用應(yīng)力 ? ? MPtb ?? 。 螺栓中心至墊片壓緊力作用中心線的徑向距離 LG 22DDL cbG????? 41 ⑴ 預(yù)緊狀態(tài)螺栓設(shè)計(jì)載荷 ? ?Nb 1 7 6 2 7 9 8 0 8 61 1 4 7 7 6 2AAFW bmG??????? ? 結(jié)構(gòu)特征系數(shù) K 1 7 6 2 7 33G??????cc Dp ⑵ 操作狀態(tài)螺栓設(shè)計(jì)載荷 N2 6 6 7 5 0 3 1WW p ?? 結(jié)構(gòu)特征系數(shù) K 0 . 3 4 5 5 0 3 1 . 2 6 6 . 3 . 3K33G????????cc Dp 計(jì)算封頭厚度 焊接接頭系數(shù)φ = 鋼板負(fù)偏差 C1= 腐蝕裕量 C2= 計(jì)算厚度 預(yù)緊時(shí)取常溫的許用應(yīng)力， [σ ]t=。 ? ??????????? t ccp pKD 取其中較大值，故封頭的計(jì)算厚度δ p= 設(shè)計(jì)厚度 δ d=δ p + C2=+= 名義厚度 δ n=δ d + C1+△ =++△ = 由鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格可取δ n= 管板設(shè)計(jì)計(jì)算 結(jié)構(gòu)尺寸及材料選取 管束219?? 532根 材料 00Cr19Ni10 換熱管長(zhǎng) 6000mm 本設(shè)計(jì)中的固定管板的型式為 e型 換熱管與管板連接為 ：脹焊并用 強(qiáng)度焊 貼脹 換熱器按轉(zhuǎn)角正方形排列 管中心距 25mm 43 換熱管與管板連接焊縫高度 3mm， 1l=3mm 管箱 管箱法蘭選用 JB47032021FM DN=iD=800 D=960 1D=915 2=876 3D=866 ?=48 H=115 h=35 換熱管穩(wěn)定許用應(yīng)力 查 GB1511999附錄 1J得 i= 受壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度 5 ????? tsttr EC ?? 44 ??iLcr 因?yàn)閞cr CiL ?，故 ?? ??????? ?????