【正文】 0iwt t t和 之 間 假 設 壁 溫，用來計算兩流體的對流傳熱系數 0i??和 ，根據式子00011w w iiit t t tRs Rs???????來計算換熱管壁溫 wt （0 147 98 ???℃ 110 42 762it ???℃） 帶入上式得出傳熱管的平均壁 溫 wt =℃ 。 第二章 管殼式換熱器零、部件的工藝結構設計 管殼式換熱器的設計 主要分結構設計和受力元件的應力計算和強度校核，在 本章中主要設計換熱器的殼程圓筒校核計算和前端管箱圓筒校核計算，前端 、后端 管箱封頭校核計算，后端管箱圓筒的計算，管箱法蘭校核計算， 以及管板校核計算。 根據標準 GB∕ T3274 查取鋼管的負偏差 C1=，對于不銹鋼材料由于殼程流體為處理后的工藝冷凝液而且已知為清潔具有極微腐蝕性物質，則取腐蝕裕量 C2=0。 根據規(guī)定管殼式換熱器的最小壁厚不能小于 6mm 名義厚度： n?? 1 0 . 5 7 0 . 6 0 +d C? ? ? ? ?圓 整 量 圓 整 量 圓整以后名義厚度為 6mm。 故 TP M pa? ? ? 應力校核 ： () 42 4( 26 1 ) 15 .582 2 i eT ePD M pa?? ? ? ?? ? ?? T? 應滿足下面的條件： ? ??? 前面已經查出來 177s Mpa? ? 則 ? ? 0 .9 1 7 7 1 5 9 .3T M pa? ? ? ? 根據校核條件 ? ?T T??? 顯然 ? ?1 5 . 5 8 1 5 9 . 3T TM p a M p a??? ? ? 即水壓試驗合格，則經過一系列 的計算校核，最終可以確定殼體的厚度為 6mm。管箱結構應便于裝拆，因為清洗、檢修管子時需要拆下管箱。 管箱的結構形式 根據工藝要求并綜合考慮經濟性與適用性選用 B 型封頭管箱，其特點是結構簡單，制造方便。所以在此設計溫度下，管箱短節(jié)的計算厚度為： ? ?2 Cit CPD P? ??? ?= 1. 8 26 1 11 8 1 1. 8 mm? ?? ? ? 第 15 頁 考慮到腐蝕裕量和最小厚度的要求，取名義厚度為 mm? ? 管箱的有效厚度 12 5 .4 0en C C m m??? ? ? ?。 管箱的結構尺寸 前后端管箱最小長度應一致，已知所選取接管公稱直徑為 50mm。實際的尺寸按圖紙上確定的最終長度。 封頭的公稱直徑 DN=273mm. 下圖是橢圓形封 頭的簡圖： 第 16 頁 橢圓形封頭 標準橢圓形封頭的曲面深度 hi(b)與封頭公稱直徑之比為 1:4， 當封頭的公稱直徑 DN? 2020mm 時， 取 h0=25mm,根據 JB∕ T47462020《 鋼制壓力容器用封頭 》 選用封頭的形式為 EBH273 6304L JB∕ T4746， 其具體參數見下表： 公稱直徑 總深度 內表 面積 封頭容積 封頭厚度 質 量 直邊高度 材 料 273mm 93mm ㎡ 3m 6mm 25mm 304L 材料 304L 是一種通用性的不銹鋼材料，主要成分有 Cr、 Ni、 Mn、 S、 Si等 。為考慮這種應力變化對橢圓封頭強度的影響，引入形狀系數 K，也稱為應力增強系數 。 受內壓（凹面受壓）的橢圓形封頭的計算厚度可按下式計算： ? ? ()2 0. 5cit cKp D mmp? ??? ? 式中， K= 21 262iiDh????????????? 其中封頭的曲面高度 hi=總深度 直邊高度 封頭厚度 即 hi=93256=62mm，則可以得到 K=，把 K 值代入到橢圓形封頭計算厚度的公式中： 17 261 118 1 mm? ????? ? ? ?。 法蘭的密封形式分為平面型、 凹面 型和 榫 槽型。本次設計換熱器筒體選用的是不銹鋼無縫鋼管，則管箱法蘭的選用應該屬于管法蘭的范疇，根據國標 HG20592206351997《鋼制管法蘭、墊片、 緊固件》的標準選用長 勁對焊法蘭（長勁）采用凸凹面連接， 長勁對焊法蘭是用根部增厚的勁取代了乙型平焊法蘭中的短節(jié)，從而更有效地增大了法蘭的整體剛度，由于去掉了乙型法蘭中法蘭盤與短節(jié)的焊縫，所以也消除了可能發(fā)生的焊接變形及可能存在的焊接殘余應力。根據設計壓力是 ，DN=273mm，根據國標 HG20615 選用管法蘭型號為 。 管箱法蘭的具體數值見下表： 公稱直徑 DN 鋼管外徑 Ai 法蘭外徑 D 法蘭內徑 B 螺栓數量 螺栓孔徑 螺栓間距 K 250mm 273mm 445mm 16 法蘭徑 N 法蘭高度 H 突臺內徑 d 突臺外徑 Y 突臺內高 f3 突臺外高 f2 法蘭厚度 C 321mm 117mm 335mm 5mm 48mm 第 18 頁 法蘭頸最大厚度 1? =? ?N Di? \2=(321261)\2=30mm 法蘭密封面尺寸與法蘭的類型是沒有無關的。 ② 螺栓的選用：已知設計條件為公稱通 徑為 273mm，公稱壓力為 ，查取標準 HG206341997，選用材料為 35CrMoA 尺寸為 M27 180 的雙頭螺柱。螺栓根頸為 ，數量 n 為 16 個。 ③墊片的選用：查取墊片標準 HG2063197，選用纏繞墊 。 墊片的參數 如下表 ： 公稱 壓力 公稱 通徑 內環(huán) 直徑 內徑 外徑 厚度 內環(huán) 厚度 比壓力 系數 PN= DN= 250mm D1= D2= D3= T= T1= Y=69Mpa M= 墊片基本密封寬度00 3 1( ) 4 ( 3 2 3 . 9 2 8 5 . 7 4 = 9 . 5 5 m m b 6 . 4 ,b D D m m? ? ? ? ?） ， 因 為 則墊片有效密封寬度 b= 02 . 5 3 2 . 5 3 9 . 5 5 7 . 8 2b m m? ? ?,墊片的壓緊力作用中心圓直徑： 3 2 3 2 3 . 9 2 7 . 8 2 3 0 8 . 3GD D b m m? ? ? ? ? ? 螺栓載荷及法蘭力矩的計算 ① 螺栓載荷：預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 Wa按 GB1501998 式 94計算， 第 19 頁 則 3 . 1 4 3 0 8 . 3 7 . 8 2 6 9 5 2 2 3 4 6 . 9aaW F N? ? ? ? ? ? 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓 載荷 Wp 為： 22W p 0 . 7 8 5 6 . 2 8 0 . 7 8 5 3 0 8 . 3 1 . 8 6 . 2 8 3 0 8 . 3 7 . 8 2 3 1 . 8 2 1 6 0 6 2 . 7GGD P c D b m P c N? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ②螺栓面積：預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓 面積? ? 252 23 46 .9 229122 p m m?? ? ? 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積? ? 22 1 6 0 6 2 .7 9 8 0 .32 2 0 .4tbWpA p m m?? ? ? 則所需螺栓總截面積 2 2 23. 1416 23 .8 71 14 .544bA n dl m m?? ? ? ? ? ③螺栓的設計載荷：預緊狀態(tài)螺栓設計載荷 W按 GB1501998 式 98計算，即 ? ? 222 91 71 14 .5 23 .8 10 72 22 722G bA m A bW F N???? ? ? ? ? 操作狀態(tài)螺栓設計載荷按式 99計算，即 W=Wp= ④法蘭力矩計算 受力計算： 22220 .7 8 5 0 .7 8 5 2 6 1 1 .8 9 6 2 5 56 .2 8 6 .2 8 3 0 8 .3 7 .8 2 3 1 .8 8 1 7 5 8 .60 .7 8 5 0 .7 8 5 3 8 0 4 9 .1D i cG P G cT D G c i cF D p NF F D b m p NF F F D p D p N? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? 力臂計算： 10 . 5 3 8 0 . 5 3 0 5 3DAL L m m?? ? ? ? ? ? 10 . 5 ( ) 0 . 5 ( 3 8 7 . 5 3 0 8 . 3 ) 3 9 . 60 . 5 ( ) 0 . 5 ( 3 8 3 0 3 9 . 6 ) 5 3 . 8G b GT A GL D D m mL L L m m?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? 力矩計算： 9 6 2 5 5 5 3 5 1 0 1 5 1 5 . 0D D DM F L N m m? ? ? ? 8 1 7 5 8 . 6 3 9 . 6 3 2 3 7 6 4 0 . 6G G GM F L N m m? ? ? ? 3 8 0 4 9 . 1 5 3 . 8 2 0 4 7 0 4 1 . 6T T TM F L N m m? ? ? ? 操作狀態(tài)下的法蘭力矩 D G TM M M M N m m? ? ? ? 預緊狀態(tài)下的法蘭力矩 1 0 7 2 2 2 7 3 9 . 6 4 2 4 6 0 1 8 9 . 2aGM W L N m m? ? ? ? ⑤法蘭的設計力矩 第 20 頁 法蘭的設計力矩 0M 取 ? ? ? ?tpa ffMM ??和 之 間 的 大 值 ， 經 計 算 0M 3 2 2 2 9 1 3 4 N m m? 法蘭應力的計算 ① 計算條件的確定： 已知所設計的管箱法蘭為長頸對焊法蘭，可按 GB1501998中 章節(jié)的計算方法計算，對于整體法蘭、帶頸對焊法蘭以及按整體法蘭計算的任意式法蘭按下列公式計算： 軸向應力計算： 021H ifMD? ??? （ 913） 徑向應力計算： 02( 3 1)feR fe ie MD?? ?? ?? （ 914） 切向應力計算： 02TRfeYM zDi????? （ 915） 形狀常數的確定： 00 2 6 1 6 3 9 . 5 7ih D m m?? ? ? ? h∕ 0 60h? ∕ = 0 4 4 5 2 6 1 1 .7 0 5iK D D? ? ? 10 30 6 5???? 換熱器所選的法蘭是整體法蘭，查 GB1501998 中圖 93 和圖 94 得出0 . 5 5 2 0 0 , 0 . 0 2 4 2 6IIFV??（整體式法蘭系數），由形狀系數 K 查 GB1501998 得出系數 1 . 6 2 3 , 3 . 0 4 9 , 3 . 8 1 3 , 4 . 1 9 0 .T Z Y U? ? ? ?參數 e按 GB1501998 表 96計算，即 e= 0 ? 。 對于整體式法蘭 ： 系數 221 0 01 39 .5 7 6 24 60 32 . ?? ? ? ? ? 系數 31(f fd????? 為成型法蘭厚度）； 系數 1 0 .6 7 1 1 .6 7fe??? ? ? ? ?(fe? 為法蘭最小端計算厚度等于筒體計算厚度）； 系數 。3 fe??? ? ? 系數 。tn Mpa? ? ??tf? —— 法蘭材料在設計溫度下的許用應力， ? ? 89 。 2．徑向應力校核： ? ?6 8 . 4 6 8 9tR fM p a M p a??? ? ? 滿足要求，校核合格。 4．綜合應力校核： ? ?8 0 . 6 0 8 9tfM p a M p a??? ? ? 滿足要求，校核合格。 管板的設計 管板是管殼式換熱器的主要部件，管板的設計是否合理 對確保換熱器的安全運行、節(jié)約金屬材料，降低制造成本是至關重要的。首先在設 第 22 頁 計管板時先選定合適的結構形式再進行結構尺寸和強度尺寸的確定?？紤]到法蘭力矩 的作用對管板應力的影響。 固定管板的結構圖如下： 由結構圖可以看出管板與法蘭連接的密封面為凸