【正文】 浮頭式、 U 型管式及填料函式換熱器中，有一塊管板是剛性固定的，為了能讓管束能方便從殼體中抽出來進(jìn)行清洗和檢修，所以將一端管板做成可以拆卸的連接方式，即是把 固定端的管板夾在殼體法蘭和管箱法蘭之間。如使用中只需經(jīng)常卸下管箱，不必抽出管束、則可采用這種結(jié)構(gòu)。而本設(shè)計(jì)采用的是延長部分兼作法蘭的管板結(jié)構(gòu)，它的使用壓力和場合主要取決于焊縫是否焊透還有焊縫的受力情況。管板上開槽是讓殼體容易保證與管板對中，這可以讓焊接更加方便，當(dāng)然這種結(jié)構(gòu)只適合與殼體厚度在 10mm 之上的換熱器，而且不適用與易燃易爆易揮發(fā)和有毒介質(zhì)的換熱器。 管板與換熱管的連接 換熱管與管板的連接是列管式換熱器制作中最重要的問題之一，它不僅要耗費(fèi)大量的工作時間，更重要的是這個部位是換熱器中的 一個薄弱環(huán)節(jié)，它的主 21 要失效形式是連接處容易發(fā)生泄漏，在高溫和熱沖擊的情況下經(jīng)常發(fā)生管板和換熱管的連接處發(fā)生開裂而造成破壞的情況。 （ 2） 間隙腐蝕破壞，這種情況主要發(fā)生在焊接連接形式中，由于換熱管和管板間有間隙存在，這些間隙中的流體不流動久而久之就會在間隙中產(chǎn)生腐蝕破壞，還有在高溫高壓下，焊接處有焊接應(yīng)力的存在也會讓金屬晶格發(fā)生變化而產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕 破壞。 （ 4） 熱補(bǔ)償引起的破壞，主要是因?yàn)闇夭顟?yīng)力讓換熱管和管板的連接處承受了過大的應(yīng)力而產(chǎn)生破壞。 換熱管和管板的連接形式可以分為三種：強(qiáng)度脹接，強(qiáng)度焊接和脹焊接合的方式。 換熱管與管板強(qiáng)度脹接的方式：強(qiáng)度脹接是為了確保管子和管板連接的密封性和抗拉脫的方式，這種連接方式的優(yōu)點(diǎn)是制造簡單，換熱管的更換和修補(bǔ)比較方便。所以脹接的連接方式都要收到溫度和壓力的限制，在管板材料為碳素 鋼，低合金鋼，換熱管是碳鋼，設(shè)計(jì)壓力小于 的時候可以采用。 換熱管與管板的強(qiáng)度焊接連接方式：焊接連接方式是目前使用比較多的連接 22 方式，因?yàn)檫@種連接方式管孔不需要開槽，對管孔的粗糙度要求也不高，換熱管的端部不用退火處理和磨光，加工和制作都相對方便。再者，焊接連接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和抗拉脫能力都非常好，即使在高溫高壓下也能保證連接處的緊密性和抗拉脫性。當(dāng)換熱管有破漏的情況下還可以用專門的工具劃掉焊縫重新更換換熱管。 （ 2） 對于不銹鋼換熱管和管板的連接，不論壓力和溫度的大小，都應(yīng)該使用焊接連接方式。 （ 4） 要求接頭必須嚴(yán)密且不泄露的情況，比如易燃易爆有毒性的氣體的換熱器必須采用焊接連接方式。 換熱管與管板的脹焊接連接方式：隨著高溫高壓換熱器的誕生，讓接頭在操作中受到了反復(fù)的變形和熱沖擊、熱腐蝕和介質(zhì)壓力作用等等不利因素，這種極其惡劣的工作環(huán)境中，連接處產(chǎn)生破壞的幾率更大，雖然內(nèi)孔焊接比較理想地解決了部分問題，但是因?yàn)楹附拥墓ぞ邚?fù)雜，管板加工難度大，因此在石油化工行業(yè)中，對于這種情況通常使 用脹焊接合的連接方式。當(dāng)管子焊接處有滲漏可以補(bǔ)焊。是目前廣泛采用的連接方式。在設(shè)計(jì)中應(yīng)該合理的選用連接方式，減 少設(shè)備的制造成本，提高設(shè)備的運(yùn)行性能等。其中有三種常見的固定管板換熱器和管箱法蘭的連接形式：平面密封形式，適用管程壓力不大于 而且對氣密性的要求比較低的條件下；榫槽密封形式，一般使用在氣密性要求比較高的情況，但是這種形式的制作要求比較高，而且加工也不簡單，安裝困難，在中低壓中一般不使用；凹凸面密封形式，依據(jù)壓力的大小，法蘭的形 式可以用平焊法蘭也可以用長頸法蘭。它的常見形式是管箱的法蘭和殼體的法蘭一起把管板固定，因而成為固定端的管板，另一端不論有管板還是無管板都是自由伸縮的。根據(jù)《 NB/T470282020》螺母 選用 M30,螺柱 M30X300A。 （ 2）接管應(yīng)該盡量沿著徑向或者軸向布置，這樣在配管和檢修的時候會更方便。 （ 4）對于使用接管仍然不能排液體和放氣體的換熱器，應(yīng)該在管程和殼程的最高點(diǎn)設(shè)置放氣口，在最低點(diǎn)設(shè)置排液口。 （ 6）在有必要的時候要設(shè)置溫度計(jì)接口和壓力表接口等裝置。 接管管徑的確定取決于流速和處理量等，一般讓接管里面的流速為管、殼程內(nèi)介質(zhì)流速的 倍。 接管高度的確定，主要考慮的是法蘭的形式，焊接操作條件，螺栓拆裝和有沒有保溫層以及保溫層的厚度等因素來決定。 （ 2）接管的法蘭螺栓孔不應(yīng)該和殼體主軸的中心線重疊，應(yīng)該 對稱布置在主軸的中心線的兩側(cè)。接管法蘭按 SH/T34062020 選擇標(biāo)準(zhǔn)件法蘭DN125PN20WNSch8020。接管法蘭按 SH/T34062020 選擇標(biāo)準(zhǔn)件法蘭DN150PN20WNSch8020。 容器在 開孔后因承載面積減小 或者 應(yīng)力集中 而致使 開孔邊緣應(yīng)力增大且強(qiáng)度受到削弱，為了讓開 孔邊 的 應(yīng)力下降 到 允許 承受 范圍 之內(nèi) ， 則 可 使用 增加殼體厚度的整體式補(bǔ)強(qiáng)或 者 在開孔 的 附近區(qū)域內(nèi)增加補(bǔ)強(qiáng)元件金屬的局部補(bǔ)強(qiáng)。在中低壓容器中應(yīng)用最為廣泛的 方式 是補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)。但是整體 補(bǔ)強(qiáng) 的 效率 低 ， 成本高 ， 所以常常只 在為保證剛度需 要 增加殼體厚度 的 時 候使用 。補(bǔ)強(qiáng)元件與殼體金屬熔焊成一體的可作為整體受力結(jié)構(gòu)，其抗疲勞性能好，如接管補(bǔ)強(qiáng)、整鍛件補(bǔ)強(qiáng)和加厚殼體補(bǔ)強(qiáng)。制造時如必須在主要焊縫上開孔，則應(yīng)對開孔邊緣的焊縫作 100％無損探傷。 確定殼體和接管的計(jì)算厚度及開孔直徑 殼體計(jì)算厚度 S= 殼體接管直徑 D0= 接管計(jì)算厚度為 接管有效厚度為 mm 31 . 0 49 . 0 85 . 0 130 2 141 49 . 0 ] [ 2 0 ? ? ? ? ? ? ? ? c t c t p D p S ? ? 28 = 開孔直徑為： 確定開孔有效補(bǔ)強(qiáng)面積及外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度 h 接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度為 B=2D=2x143=286mm 接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度 計(jì)算需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積和可以作為補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積 需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積為： 可以作為補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積為： ?A ?????????? mm 2321 mm2 0 3 51 2 5 0 93 9 8 ??????? AAAA ? 比較A與e， AA ?? ,所以無需另外補(bǔ)強(qiáng) 。 mm 143 1 2 141 2 i ? ? ? ? ? ? C D D 7 . 30 6 143 ? ? ? ? n DS h ? ? 2 mm 1229 . 143 ? ? ? ? DS A 1 . . 398 ) )( ( mm2 ? ? ? ? S S D B A e 1 2 2 170 130 ) 09 . 3 . ( 7 . 30 2 ) ( 2 ? ? ? ? ? ? ? ? r t f S Se h A mm 29 確定殼體和接管的計(jì)算厚度及開孔直徑 殼體計(jì)算厚度 S= 殼體接管直徑 D0= 接管計(jì)算厚度為 接管有效厚度為 = 開孔直徑為： 確定開孔有效補(bǔ)強(qiáng)面積及外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度 h 接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度為 B=2D=2x171=342mm 接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度 計(jì)算需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積和可以作為補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積 需要補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積為： 可以作為補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積為： mm 31 . 0 49 . 0 85 . 0 130 2 141 49 . 0 ] [ 2 0 ? ? ? ? ? ? ? ? c t c t p D p S ? ? mm 171 1 2 168 2 i ? ? ? ? ? ? C D D 7 . 38 6 171 ? ? ? ? n DS h ? ? 2 mm 1229 . 171 ? ? ? ? DS A mm 30 ?A ?????????? mm 2321 mm2 3 4 21 2 5 0 93 9 8 ??????? AAAA ? 比較A與e， AA ?? ,所以無需另外補(bǔ)強(qiáng) 。對于臥式換熱器的殼 程排氣、排液接口多采用如下圖結(jié)構(gòu)： 設(shè)計(jì)管程接管內(nèi)徑為 ，用 的接管。 選用 20 號鋼的無縫鋼管， 殼程接管伸出長度 mml 150? 。接管位置見裝配圖 H1。接管法蘭按 SH/T34062020 選擇標(biāo)準(zhǔn)件法蘭 1 . . 398 ) )( ( mm2 ? ? ? ? S S D B A e 1 2 2 170 171 ) 09 . 3 . ( 7 . 30 2 ) ( 2 ? ? ? ? ? ? ? ? r t f S Se h A 31 DN150PN68WNSch16020。 開孔補(bǔ)強(qiáng)采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法，接管材料選用 20 號鋼的無縫鋼管， ， MPaMPaMPa tsb 130][245390 ??? ??? mmCMpaP 1, 2c ??? ?。 墊片的選取 設(shè)備的墊片標(biāo)準(zhǔn)主要有： JB 4704 非金屬軟墊片 JB 4705 纏繞墊片 JB 4706 金屬包墊片 一般情況下，非金屬軟墊片的適用范圍是甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭和長頸對焊法蘭。纏繞墊片的使用范圍是乙型平焊法蘭和長頸對焊法蘭，法蘭的密封面應(yīng)該為光滑、凹凸密封面以及榫槽密封面。法蘭的密封面 應(yīng)該為光滑密封面、凹凸密封面和榫槽密封面。墊片的尺寸包括外徑 D、內(nèi)徑 d，實(shí)際使用的時候應(yīng)該按照相應(yīng)的墊片標(biāo)準(zhǔn)來選擇。在工程中，墊片的使用往往要綜合考慮很多因素，比如介質(zhì)的性質(zhì)，壓力和溫度以及需要密封的程? ? 2 mm 1229 . 171 ? ? ? ? DS A 1 . . 398 ) )( ( mm2 ? ? ? ? S S D B A e 1 2 2 170 171 ) 09 . 3 . ( 7 . 30 2 ) ( 2 ? ? ? ? ? ? ? ? r t f S Se h A 33 度等等，而對于墊片本身需要考慮的是墊片的性能，壓緊面的結(jié)構(gòu)形式，螺栓力度的大小和拆裝后的使用次數(shù)。 管箱墊片： 根據(jù)管程操作條件（冷卻水操作壓力： ，溫度 42℃ ）選非金屬軟墊片，因?yàn)槭莾晒艹?，結(jié)構(gòu)尺寸如上圖（ b）。 對于公稱直徑 DN 大于 900mm 的立式換熱器，應(yīng)該采用四個鞍座。 立式鞍座的尺寸和要求，應(yīng)該依照 JB/T 4725 B 型、 BN 型懸掛式鞍座的規(guī)定來設(shè)計(jì)。 臥式鞍座的尺寸，應(yīng)該按照 JB/T 4712 鞍座的 A型和 B 型帶墊板，高度為 200mm的尺寸來選取。如果另外設(shè)計(jì)的鞍座或者在特殊環(huán)境下使用的鞍座要對它的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行核算的畫，可以按照有關(guān)的規(guī)定進(jìn)行載荷分析，筒體應(yīng)力計(jì)算等方式來進(jìn)行 核算。 按照 JB/T 4712 選擇輕型（ B型）鞍座選取，其結(jié)構(gòu)和具體參數(shù)如下： DN 允許載荷 Q（ kn） 鞍座高度h L1 B1 ? 1 ? 2 L3 B2 B3 ? 3 B4 ? 4 e 螺栓間距l(xiāng)2 鞍座質(zhì)量kg 35 700 165 200 550 150 10 8 300 120 180 8 240 6 56 400 25 鞍座的位置確定： 根據(jù)文獻(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，鞍座兩支鞍座應(yīng)設(shè)置在換熱器管束長度范圍內(nèi)的適當(dāng)位置，一般為： LLB ）（ ~? 而 Lc必須滿足殼程接管焊縫與支座焊縫劍之距離要求： CbBLL a ???? 2/1c mmL 5 9 0502 6 01 0 21 7 4c ????? 取總長為 mmL 5 1 6 0705 9 04 5 0 0 ???? mmL B 3 1 0 1 6 0 ??? 36 總 結(jié) 在本設(shè)計(jì)過程中，嚴(yán)格按照 GB1501998《鋼制壓力容器》和 GB1511999《管殼式換熱器》以及換熱器設(shè)計(jì)手冊等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。 作為大學(xué)四 年的最后一道大作業(yè) — 畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我在各個方面都有了很大的提高，收獲很大。養(yǎng)成了勤學(xué)好問的習(xí)慣，敢于面對困難，能夠獨(dú)立的查找和解決問題，也提高了自己的創(chuàng)新能力。 由于我們水平有限，在設(shè)計(jì)過程中指導(dǎo)老師以及學(xué)院的各位老師給了我們很多耐心的講解和許多幫 助，并給我們提供了很多有用的資料，使我們的設(shè)計(jì)能順利完成，在此感謝各位老