【正文】 程流體的平均溫度： 200st ? ℃。 表 23與表 24附于下 面 ： 表 23 所選浮頭式換熱器規(guī)格 DN PN 管長(zhǎng) 管程數(shù) 換熱管規(guī)格 計(jì)算傳熱面積㎡ 規(guī)格型號(hào) 管程出入口公稱直徑，㎜ 殼程出入口公稱直徑，㎜ 設(shè)備凈 重 充水水 重 mm Mpa m ㎏ ㎏ 600 6 4 150 150 4327 1980 表 24 工藝計(jì)算常用參數(shù) 公稱直徑ＤＮ（ mm） 管程Ｎ 中心排管數(shù) 換熱管數(shù) 管程平均通道面積（ c㎡） 弓形折流板缺口弓高（㎜） 600 4 10 188 148 150 25 ??B E S 2 .5 8 5 6 /2 5 4 ?? 21 第三章 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算 在確定換熱器的換熱面積后，應(yīng)進(jìn)行換熱器主體結(jié)構(gòu)以及零部件的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算，主要包括殼體和封頭的厚度計(jì)算、 材料的選擇、管板厚度的計(jì)算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計(jì)算、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 ，還有主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)（如管箱、殼體 、折流板、拉桿等）和主要連接（包括管板與管箱的連接、管子與管板的連接、殼體與管板的連接等），具體計(jì)算如下。 22 殼體和管箱材料的選擇 由于所設(shè)計(jì)的換熱器屬于常規(guī)容器，并且在工廠中多采用低碳低合金鋼制造，故在此綜合成本、使用條件等的考慮，選擇 16MnR為殼體與管箱的材料。 圓筒殼體厚度的 計(jì)算 焊接方式：選為雙面焊對(duì)接接頭， 100%無(wú)損探傷，故焊接系數(shù) 1?? ； 根據(jù) GB6654《壓力容器用鋼板》和 GB3531《低溫壓力容 器 用 低 合 金 鋼 板 》 規(guī) 定 可 知 對(duì) 16MnR 鋼板其120。 假設(shè)材料的許用應(yīng)力 ? ? 125t? ? Mpa（厚度為 6～ 16mm時(shí)），殼體計(jì)算厚度按下式計(jì)算為： ? ? 2 . 5 6 0 0 6 . 12 1 2 5 1 2 . 52 cit cD mm? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?； 設(shè)計(jì)厚度 2 2 C mm??? ? ? ? ?； 名義厚度 1 0 10nd C m m??? ? ? ? ? ? ?（其中 為向上圓整量）； 查其最小厚度為 8mm，則此時(shí)厚度滿足要求，且經(jīng)檢查， ??t?沒(méi)有變化，故合適。 2C C mm?? ?? mm? ? 10n mm? ? 管箱厚度計(jì)算 管箱由兩部分組成：短節(jié)與封頭 ；且由于前端管箱與后端管箱的形式不同，故此時(shí)將前端管箱和后端管箱的厚度計(jì)算分開(kāi)計(jì)算。 23 此時(shí)選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故 1?? ，且同上120。 2C C mm?? mm? ? mm? ? 10nh mm? ? 查 JB/T4746— 2022《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號(hào)參數(shù)如下： 表 31 DN600標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù) DN(mm) 總深度 H(mm) 內(nèi)表面積 A(㎡ ) 容積 (m3) 封頭質(zhì)量（㎏） 600 175 短節(jié)部分的 厚度同封頭處厚度，為 10mm。外頭蓋的內(nèi)直徑為 700mm，這可在“浮頭蓋計(jì)算”部分看到。 2C C mm??， 則計(jì)算厚度為： ? ?39。 2 4 2 4d h h C m m??? ? ? ? ?； 名義厚度 39。 1 9 .0 4 0 1 0n h d h C m m??? ? ? ? ? ? ?（ 為向上圓整量）； 經(jīng)檢查， ??t? 沒(méi)有變化，故合適。 2C C mm?? 39。 mm? ? 39。 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 在該臺(tái)浮頭式換熱器上，殼程流體的進(jìn)出管口在殼體上，管程流體則從前端管箱進(jìn)入，而后端管箱上則有排污口和排氣口，因此不可避免地要在換熱器上開(kāi)孔。因此此時(shí)應(yīng)進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算。 殼體上開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別： ①補(bǔ)強(qiáng)判別：根據(jù) GB150 表 81，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是 89mm? ，本開(kāi)孔外徑為 159mm， 因此 需 要 另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算： 強(qiáng)度削弱系數(shù) ? ?? ? 86 125tnr tf m m??? ? ?； 接管有效厚度 8 2 6et nt C m m??? ? ? ? ?； 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按下式計(jì)算： 22 (1 )154 2 6 (1 )962 .2e t rA d fmm? ??? ? ?? ? ? ? ? ? ??； 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 ① 有效寬度 B： 154d mm? mm? 6et mm? ? mm? 308B mm? 25 2 2 1 5 4 2 0 8m a x 3 0 82 2 1 5 4 2 1 0 2 8 1 9 0n n td m mB m md m m??? ? ???????? ? ? ? ? ? ? ???② 有效高度： （ a） 外側(cè)有效高度 1h 為： 1154 8 i n 200ntd mmh mmmm???? ? ??????????實(shí) 際 外 伸 長(zhǎng) 度； （ b） 內(nèi)側(cè)有效高度 2h 為 ： 21 5 4 4 .5 3 5 .1m i n 00ntd mmh mmmm???? ? ??????????實(shí) 際 內(nèi) 伸 長(zhǎng) 度； 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 ① 殼體 多余金屬面積： 殼體有效厚度： 10 2 8 。因?yàn)?2308BD??，則補(bǔ)強(qiáng)圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。 4214 6 2 .2 3 .43 0 0 1 6 4A mmDD? ? ? ??? ； 考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整，取殼體和管箱上補(bǔ)強(qiáng)圈的名義厚度為 6mm，即 39。 24 mm? 2 300D mm? 1 164D mm? 39。 6n mm? ? 前端管箱開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別： ①補(bǔ)強(qiáng)判別：根據(jù) GB150 表 81，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是 89mm? ，本開(kāi)孔外徑為 159mm，因此需要另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算： 強(qiáng)度削弱系 數(shù) ? ?? ? 86 0 .6 8 8125tnrh tf m m??? ? ?； 接管有效厚度 8 2 6et nt C m m??? ? ? ? ?； 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按下式計(jì)算： 22 (1 )1 5 4 6 .0 3 2 6 .0 3 6 (1 0 .6 8 8 )9 5 1 .2h h h h e t rA d fmm? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ??； 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 154hd mm? mm? 6et mm? ? mm? 27 ①有效寬度： 2 2 1 5 4 2 0 8m a x 3 0 82 2 1 5 4 2 1 0 2 8 1 9 0hh h n n td m mB m md m m??? ? ???????? ? ? ? ? ? ? ???②有效高度： （ a）外側(cè)有效高度 1h 為： 1154 8 i n 200h n thd mmh mmmm???? ? ??????????實(shí) 際 外 伸 長(zhǎng) 度； （ b）內(nèi)側(cè)有效高度 2h 為： 21 5 4 8 3 5 .1m i n 00h n thd mmh mmmm???? ? ??????????實(shí) 際 內(nèi) 伸 長(zhǎng) 度； 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 ① 管箱 多余金屬面積： 管箱有效 厚度： 10 2 8 。因?yàn)?2308BD??，則補(bǔ)強(qiáng)圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。 421441 3 .2 43 0 0 1 6 4hh A mmDD? ? ? ???； 考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整，取殼體和管箱上補(bǔ)強(qiáng)圈的名義厚度為 6mm，即 39。 mm? 24 441hA mm? 2 300D mm? 1 164D mm? 39。 6hn mm? ? 外頭蓋開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 外頭蓋上的排污口與排氣口接管材料 也為 20 號(hào)鋼，選用規(guī)格為 32 8??，主要是通過(guò)采用厚壁接管進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。 2 16 2 2 20hid d C m m? ? ? ? ? ?； 強(qiáng)度削弱系數(shù) ? ?? ?39。39。 39。 39。 39。39。 39。2 2 2 0 4 0m a x 5 62 2 2 0 2 1 0 2 8 5 6hh h n h n td m mB m md m m????? ? ???????? ? ? ? ? ? ? ??? 39。 mm? 39。2139hA mm? 39。1h 為： 39。39。39。220 8 12 .6m i n 00h ntd mmh mmmm???? ? ??????????實(shí) 際 內(nèi) 伸 長(zhǎng) 度； 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 ①外頭蓋多余金屬面積： 外頭蓋有效厚度： 39。 8 2 6 。 39。 39。 39。 39。1 ( ) ( ) 2 ( ) ( 1 )( 5 6 2 0 ) ( 8 7 .0 4 ) 2 6 ( 8 7 .0 4 ) ( 1 0 .6 8 8 )31h h he h e t he h r hA B d fmm? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ??； ②接管多余金屬面積： 接管計(jì)算厚度： ? ?39。 39。 39。 39。 39。3 12 4 4 1 62hA m m? ? ? ? ?； ④有效補(bǔ)強(qiáng)面積： 39。 39。 39。2 0h mm? 39。he mm? ? 39。 mm? ? 39。3 16hA mm? mm? 30 水壓試驗(yàn) 設(shè) 試驗(yàn)溫度為常溫，則 有 ? ?? ? 1701 . 2 5 1 . 2 5 2 . 5 4 . 2 5125T tP P M p a??? ? ? ? ?； 則校核水壓試驗(yàn)時(shí)圓筒的薄膜壓力 T? ： () 5 ( 600 8 )2 8 2161 .5 1 345 310 .5T i eTesPD ?????? ?????? ? ? ? ? ? Mpa? 16 1. 5 0. 9Ts? ???? 換熱管 換熱管的規(guī)格為 25 ?? ，材料選為 20號(hào)鋼。各種排列方式都有其各自的特點(diǎn)：①正三角形排列：排列緊湊，管外流體湍流程度高；②正方形排列：易清洗，但給熱效果較差；③正方形錯(cuò)列：可以提高 給熱系數(shù)。 查 GB1511999 可知 ， 換熱管的中心距 S=32mm，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管的中心距為44mm；同時(shí)，由于換熱管管間需要進(jìn)行機(jī)械清洗，故相鄰兩管間的凈空距離（ Sd）不宜小于 6mm。 排管 排管時(shí)須注意：拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，在靠近折流板缺邊位置處布置拉桿，其間距小于或等于 700mm。 多管程 換熱器其 各程管數(shù)應(yīng)盡量相等，其相對(duì)誤差應(yīng)控制在 10%以內(nèi)，最大不能超過(guò) 20%。 實(shí)際排管如下所示 ： 由上圖可知，經(jīng)過(guò)實(shí)際排管后發(fā)現(xiàn)，每個(gè)管程的布管數(shù)目分別是 38， 56， 56， 38，而各管程的平均管數(shù)為 47，因此可知各程管數(shù)的相對(duì)誤差是： m i n ( m a x ) 4 7 3 8 5 2 4 71 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 9 % 2 0 %4 7 4 7cpcpNNN N? ??? ? ? ? ? ? ? ? 換熱管束的分程 在這里首先要先提到管箱 。 由于 所選擇的換熱器 是 4管程，故管箱選擇為多程隔板的安置形式。 換熱管與管板的連接 32 換熱管與管板的連接方式有強(qiáng)度焊、強(qiáng)度脹以及脹焊并用。 除了有較大振動(dòng)及有縫隙腐蝕的場(chǎng)合，強(qiáng)度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何場(chǎng)合。 在此 ，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度及操作狀況選擇 換熱管 與管板的連接方式為強(qiáng)度焊。 管板設(shè)計(jì) 管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一，用來(lái)排布換熱管，將管程和殼程的流體分隔開(kāi)來(lái)，避免冷、熱流體混合，并同時(shí)受管程、殼程壓力和溫度的作用。 管板與殼體的連接 由于浮頭式換熱器要求管束能夠方便地從殼體中抽出進(jìn)行清洗和維修，因而換熱器固定端的管板采用可拆式連接方式，即把管板 利用墊片 夾 持 在殼體法蘭與管箱法蘭之間。 ()dnA n S S S??；