摘要換熱器種類很多，根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多，管殼式換熱器是間壁式換熱器的主要類型。首先是根據(jù)給定的工藝參數(shù)進行前期的工藝計算，這部分的主要目的是確定浮頭式換熱器的具體型號，以及一些對接下來的結(jié)構(gòu)設(shè)計有影響的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。工藝計算的大體內(nèi)容為傳熱面積計算、初步選型、有效平均溫度差、校核傳熱面積、壁溫計算。其次是結(jié)構(gòu)計算。這部分是對管板、接管、法蘭等具體零件的設(shè)計和選用。關(guān)鍵詞浮頭式換熱器，結(jié)構(gòu)設(shè)計，強度計算ABSTRACTMANYTYPESOFHEATEXCHANGERS,ACCORDINGTOTHECOLD,THETHERMALFLUIDHEATEXCHANGEPRINCIPLESANDMETHODSAREBASICALLYDIVIDEDINTOTHREEMAINCATEGORIESNAMELYPARTITIONSTYPE,HYBRIDANDREGENERATIVEINTHETHREETYPESOFHEATEXCHANGERS,THEPARTITIONSHEATEXCHANGERSMOSTWIDELYUSEDSHELLANDTUBEHEATEXCHANGERISTHEPARTITIONSOFTHEMAINTYPESOFHEATEXCHANGERSFIRST,ACCORDINGTOTHEGIVENPROCESSPARAMETERSPREPROCESSCALCULATION,THEMAINPURPOSEOFTHISSECTIONISTODETERMINETHESPECIFICFLOATINGHEADHEATEXCHANGERMODELS,ANDSOMEIMPACTONTHESTRUCTURALDESIGNOFTHENEXTKEYDATAPROCESSINGENERALTERMSTHECONTENTSOFTHEHEATTRANSFERAREACALCULATION,THEINITIALSELECTION,CHECKINGTHEHEATTRANSFERCOEFFICIENT,CHECKTHEHEATTRANSFERAREA,THEWALLTEMPERATURECALCULATIONFOLLOWEDBYINCALCULATIONSTHISPARTISTHEMANAGEMENTBOARDTOTAKEOVER,FLANGESANDOTHERSPECIFICPARTSOFTHEDESIGNANDSELECTIONKEYWORDSFLOATINGHEADHEATEXCHANGER，STRUCTURALDESIGN，STRENGTHCALCULATION1前言使熱量從熱流體傳遞到冷流體的設(shè)備稱為換熱設(shè)備。換熱器是許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的通用工藝設(shè)備。通常，在化工廠的建設(shè)中，換熱器約占總投資的11。在現(xiàn)代石油煉廠中，換熱器約占全部工藝設(shè)備投資的40左右。它的先進性、合理性和運轉(zhuǎn)可靠性將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、數(shù)量和成本。根據(jù)不同的墓地，換熱器可以是熱交換器、加熱器、冷卻器、蒸發(fā)器、冷凝器等。猶豫使用條件的不同，可以有各種各樣的型式和結(jié)構(gòu)。在生產(chǎn)中換熱器有時是一個單獨的設(shè)備，有時則是某一工藝設(shè)備的組成部分。衡量一臺換熱器好壞的標(biāo)準是傳熱效率高，流體阻力小，強度足夠，結(jié)構(gòu)合理，安全可靠，節(jié)省材料；成本低；制造、安裝、檢修方便。任何一種換熱器總不可能十全十美。例如板式換熱器傳熱效率高、金屬消耗量低，但流體阻力大、強度和剛度差，制造、維修困難；而列管換熱器雖然在傳熱效率、緊湊性、金屬消耗量等方面均不如板式換熱器，但其結(jié)構(gòu)堅固、可靠程度高、適應(yīng)性強、材料范圍廣，因而目前仍是石油、化工生產(chǎn)中，尤其是高溫、高壓和大型換熱器的主要結(jié)構(gòu)形式。列管式換熱器是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結(jié)構(gòu)較簡單，操作可靠，可用各種結(jié)構(gòu)材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應(yīng)用最廣的類型。由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列則管外清洗方便，適用于易結(jié)垢的流體。浮頭式換熱器屬于管殼式換熱器的一種，這種換熱器的一端管板是固定的，另一端管板可在殼體內(nèi)移動，因而管、殼間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力。管束可以抽出，便于清洗。但這類換熱器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，金屬耗量較大。浮頭處如發(fā)生內(nèi)漏時不便檢查。管束與殼體間隙較大，影響傳熱。浮頭式換熱器的特點是管間和管內(nèi)清洗方便，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力；但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價比固定管板式話人呢其高，設(shè)備笨重，材料消耗量大，且浮頭端小蓋在操作中無法檢查，制造時對密封要求較高。適用于殼體和管束之間壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場合。目錄1緒論11課題背景112研究的目的和意義413該設(shè)備的作用及再生產(chǎn)中的應(yīng)用42換熱器工藝計算21各組分參數(shù)計算622平均溫差計算623換熱器初步選型73換熱器機構(gòu)設(shè)計31壁厚計算8311筒體厚度計算8312封頭壁厚8313無折邊球形封頭壁厚計算832分程隔板槽厚度933管板計算331管板厚度計算9332換熱管與管板拉脫力計算1034法蘭設(shè)計341標(biāo)準法蘭設(shè)計11342浮頭端非標(biāo)法蘭設(shè)計11343浮頭法蘭及勾圈設(shè)計1435接管、接管法蘭設(shè)計及補強計算351管程接管、接管法蘭及補強設(shè)計18352殼程接管、接管法蘭及補強設(shè)計1936折流板、拉桿、定距管、螺栓、螺母等設(shè)計361折流板選擇20362拉桿及定距管選擇22363換熱管選擇23364滑板選擇24365螺栓、螺母選擇2537鞍座設(shè)計371換熱器總質(zhì)量計算26372鞍座設(shè)計2738壓力試驗314參考文獻335致謝341緒論11課題背景我國換熱器發(fā)展前景換熱器（熱交換器）是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式（混合式換熱器是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器）、蓄熱式（蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體（填料）表面，從而進行熱量交換的換熱器）和間壁式（隨間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣）三類。在我國換熱器的制造技術(shù)遠落后于外國，由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，早期的換熱器只能采用簡單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成一種管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長期以來在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。在我國隨著經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快，新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。為了適應(yīng)發(fā)展的需要，我國對某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標(biāo)準，形成了系列。完善的換熱器在設(shè)計或選型時應(yīng)滿足以下基本要求合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件；結(jié)構(gòu)安全可靠；便于制造、安裝、操作和維修；經(jīng)濟上合理。70年代的世界能源危機，有力促進了換熱強化技術(shù)的發(fā)展。為了節(jié)能將耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效益，要求開發(fā)適用于不同工業(yè)過程要求的高效換熱設(shè)備。所以這些年來，換熱器的開發(fā)和研究成了人們關(guān)注的課題。當(dāng)今換熱器技術(shù)的發(fā)展以CFD（計算流體力學(xué)技術(shù)）、模型化技術(shù)、強化傳熱技術(shù)等形成一個高技術(shù)體系。所謂提高換熱器性能，就是提高其傳熱性能。狹義的強化傳熱系數(shù)指提高流體和傳熱之間的傳熱系數(shù)。其主要方法歸結(jié)為下述兩個原理溫度邊界層減勃和調(diào)換傳熱面附近的流體。因此最近十幾年來，強化傳熱技術(shù)受到了工業(yè)界的廣泛重視，得到了十分迅速的發(fā)展，凝結(jié)是工業(yè)中普遍遇到的另一種相變換熱過程，凝結(jié)換熱系數(shù)很高，但經(jīng)過強化措施還可以進一步提升換熱效率。管外凝結(jié)換熱的強化對冷卻表面的特殊處理，主要是為了在冷卻表面上產(chǎn)生珠狀凝結(jié)。珠狀凝結(jié)的換熱系數(shù)可比通常的膜狀凝結(jié)高510倍，由于水和有機液體能潤濕大部分的金屬壁面，所以應(yīng)采用特殊的表面處理方法（化學(xué)覆蓋法、聚合物涂層法和電鍍法等），使冷凝液不能潤濕壁面，從而形成珠狀凝結(jié)。用電鍍法在表面涂一層貴金屬，如金、鉑、鈀等效果很好，缺點是價格昂貴。冷卻表面的粗糙化粗糙表面可增加凝結(jié)液膜的湍流度，亦可強化凝結(jié)換熱。實驗證明，當(dāng)粗糙高度為05MM時，水蒸氣的凝結(jié)換熱系數(shù)可提高90。值得注意的是，當(dāng)凝結(jié)液膜增厚到可將粗糙壁面淹沒時，粗糙度對增強凝結(jié)換熱不起作用。有時當(dāng)液膜流速較低時，粗糙壁面還會滯留液膜，對換熱反而不利。采用擴展表面在管外膜狀凝結(jié)中常常采用低肋管，低肋管不但增加換熱面積，而且由于冷凝流體的表面張力，肋片上形成的液膜較薄，因此其凝結(jié)換熱系數(shù)可比光管高75100。應(yīng)用螺旋槽管和管外加螺旋線圈。螺旋槽管，管子內(nèi)外壁均有螺紋槽，既可強化冷凝換熱，又可強化冷卻側(cè)的單相對流換熱，與光管相比其凝結(jié)強度可提高3550。在管外加螺旋線圈，由于表面張力使凝結(jié)液流到金屬螺旋線圈的底部而排出，上部及四周液膜變薄，從而凝結(jié)換熱系數(shù)有時甚至可提高2倍。管內(nèi)凝結(jié)換熱的強化擴展表面法采用內(nèi)肋管是強化管內(nèi)凝結(jié)的最有效的方法，試驗表明，其換熱系數(shù)比光管高20至40。按光面計算則換熱系數(shù)可高12倍。采用流體旋轉(zhuǎn)法采用螺旋槽管等流體旋轉(zhuǎn)法可以強化凝結(jié)換熱。換熱效率同比提升30，但此時流動阻力也會增加。改變傳熱面形狀改變傳熱面形狀的方法有多種，其中用于無相變強化傳熱的有橫波紋管、螺旋螺紋管和縮放管，還有螺旋扁管和偏置折邊翅片管。都是高效換熱元件。值得注意的是，在強化凝結(jié)換熱之前，應(yīng)首先保證凝結(jié)過程的正常進行。例如，排除不凝氣體的影響，順利地排除冷凝液等。改變實踐證明，在降低流體在殼程的阻力并保證流體在湍流狀態(tài)下流動，這樣才能充分的提高介質(zhì)的換熱系數(shù)，內(nèi)翅片管、橫螺紋管、螺旋螺紋管都一樣，不但可用于單相對流傳熱，也可以有效的用于管內(nèi)流動沸騰傳熱（螺紋管在湍流時可使對流傳熱系數(shù)增加一倍多）。當(dāng)然現(xiàn)在各式換熱器的設(shè)計各有新穎之處，結(jié)構(gòu)上各具特色。原有的換熱器廠家最近也研制出一種新型HYBRID換熱器，他克服了板式因密封問題而受到限制的弱點，很有發(fā)展前途。近年來，隨著制造技術(shù)的進步，強化換熱元件的開發(fā)，使得新型高效換熱器的研究有了較大的發(fā)展，根據(jù)不同的工藝條件與工況設(shè)計制造了不同結(jié)構(gòu)形式的新型換熱器，也取得了較大的經(jīng)濟效益。故我們在選擇換熱設(shè)備時一定要根據(jù)不同的工藝、工況要求選擇。換熱器的作用可以是以熱量交換為目的。在即定的流體之間，在一定時間內(nèi)交換一定數(shù)量的熱量；也可以是以回收熱量為目的，用于余熱利用；也可以是以保證安全為目的，即防止溫度升高而引起壓力升高造成某些設(shè)備被破壞。換熱器的作用不同，其設(shè)計、選型、運行工況也各不相同。對換熱器的基本要求是換熱器要滿足換熱要求，即達到需求的換熱量和熱媒溫度換熱器的熱損失要少，換熱效率要高流動阻力要小要有足夠的機械強度，抗腐蝕和抗損壞能力要強，維護工作量要少結(jié)構(gòu)要合理，工作要安全可靠，即零部件之間因為溫升而產(chǎn)生的熱應(yīng)力不會導(dǎo)致?lián)Q熱器破裂要便于制造、安裝和檢修經(jīng)濟上要合理，設(shè)奮全壽命期的總投資要少（總投資包括設(shè)備及附屬裝置初投資費用和運行維護管理費用）生活熱水系統(tǒng)的換熱器應(yīng)易于清除水垢，以上要求常常相互制約，難于同時滿定，因此應(yīng)視具體情況，在換熱器的選型和設(shè)計中有所側(cè)重，滿足工程對換熱器的主要要求。因為換熱器故障率較低，并且供暖為季節(jié)性負荷，有足夠的檢修時間，生活熱水系統(tǒng)暫停供熱也不會造成重大影響，所以可不設(shè)備用換熱器。換熱器臺數(shù)的選擇和單臺能力的確定應(yīng)適應(yīng)熱負荷的分期增長，并考慮供熱的可靠性。未來，國內(nèi)市場需求將呈現(xiàn)以下特點對產(chǎn)品質(zhì)量水平提出了更高的要求，如環(huán)保、節(jié)能型產(chǎn)品將是今后發(fā)展的重點；要求產(chǎn)品性價比提高；對產(chǎn)品的個性化、多樣化的需求趨勢強烈；逐漸注意品牌產(chǎn)品的選用；大工程項目青睞大企業(yè)或企業(yè)集團產(chǎn)品。國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展帶來的良好機遇，以及進口產(chǎn)品巨大的可轉(zhuǎn)化性共同預(yù)示著我國換熱器行業(yè)良好的發(fā)展前景。同時，行業(yè)發(fā)展必須要注重高端產(chǎn)品的研發(fā)。國外換熱器發(fā)展前景在國外二十世紀20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機發(fā)動機的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強腐蝕性介質(zhì)的換熱問題，人們對新型材料制成的換熱器開始注意。60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。此外，自60年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進一步的發(fā)展，這一類換熱器不但是從材料上有了較大的突破，而且采用新穎的理念，增加強化傳熱。70年代中期，為了進一步減小換熱器的體積，減輕重量和金屬消耗，減少換熱器消耗的功率，并使換熱器能夠在較低溫差下工作，人們更是采用各種科學(xué)的辦法來增強換熱器內(nèi)的傳熱。對國外換熱器市場的調(diào)查表明，管殼式換熱器占64。雖然各種板式換熱器的競爭力在上升，但管殼式換熱器仍將占主導(dǎo)地位。隨著動力、石油化工工業(yè)的發(fā)展，其設(shè)備也繼續(xù)向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。而換熱器在結(jié)構(gòu)方面也有不少新的發(fā)展。12研究的目的和意義換熱器是國民經(jīng)濟和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的熱量交換設(shè)備，隨著現(xiàn)代新工藝、新技術(shù)、新材料的不斷開發(fā)和能源問題的日趨嚴重，世界各國已普遍把石油化工深度加工和能源綜合利用擺到十分重要的位置。換熱器因而面臨著新的挑戰(zhàn)。換熱器的性能對產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性起著重要的作用，有時甚至是決定性的作用。目前在發(fā)達的工業(yè)國家熱回收率已達96。換熱設(shè)備在現(xiàn)代裝置中約占設(shè)備總重的30左右，其中管殼式換熱器仍然占絕對的優(yōu)勢，約70。其余30為各類高效緊湊式換熱器、新型熱管熱泵和蓄熱器等設(shè)備，其中板式、螺旋板式、板翅式以及各類高效傳熱元件的發(fā)展十分迅速。在繼續(xù)提高設(shè)備熱效率的同時，促進換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊性，產(chǎn)品系列化、標(biāo)準化和專業(yè)化，并朝大型化的方向研究發(fā)展。13本次設(shè)計簡介浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種，管殼式換熱器以其對溫度、壓力、介質(zhì)的適應(yīng)性，耐用性及經(jīng)濟性，在換熱設(shè)備中始終占有約70的主導(dǎo)地位。因此管殼式換熱器的標(biāo)準化工作為世界各工業(yè)發(fā)達國家所重視，也為ISO國際標(biāo)準化組織的所重視。因此出現(xiàn)了TEMA、API660、JISB8249等一批管殼式換熱器標(biāo)準，ISO目前也正在與API聯(lián)手并會同有關(guān)國家編ISO管殼式換熱器標(biāo)準。總的來說管殼式換熱器主要由換熱管束、殼體、管箱、分程隔板、支座等組成。換熱管束包括換熱管、管板、折流板、支持板、拉桿、定距管等。換熱管可為普通光管，也可為帶翅片的翅片管，翅片管有單金屬整體軋制翅片管、雙金屬軋制翅片管、繞片式翅片管、疊片式翅片管等，材料有碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅材、鋁材、鈦材等。殼體一般為圓筒形，也可為方形。管箱有橢圓封頭管箱、球形封頭管箱和平蓋管箱等。分程隔板可將管程及殼程介質(zhì)分成多程，以滿足工藝需要。管殼式換熱器主要有固定管板式，U型管式和浮頭式換熱器。針對固定管板式與U型管式的缺陷，浮頭式作了結(jié)構(gòu)上的改進，兩端管板只有一端與外殼固定死，另一端可相對殼體滑移，稱為浮頭。浮頭式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束，因此不會因管束之間的差脹而產(chǎn)生溫差熱應(yīng)力。浮頭式換熱器的優(yōu)點還在于方便拆卸，清洗方便，對于管子和殼體間溫差大、殼程介質(zhì)腐蝕性強、易結(jié)垢的情況很能適應(yīng)。其缺點在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、填塞式滑動面處在高壓時易泄露，這使其應(yīng)用受到限制，適用壓力為10MPA64MPA。按照設(shè)計要求，在結(jié)構(gòu)的選取上，為了增大溫差校正系數(shù)，采用了12型，即殼側(cè)一程管側(cè)二程。首先，通過換熱計算確定換熱面積與管子的根數(shù)初步選定結(jié)構(gòu)。然后按照設(shè)計的要求以及一系列國際標(biāo)準進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要考慮許多因素，例如傳熱條件、材料、介質(zhì)壓力、溫度、流體性質(zhì)以及便于拆卸等等。由于時間和資料有限，本人的認識也不夠全面，在設(shè)計過程中可能還存在許多問題，望老師們給予批評和指正。2換熱器工藝設(shè)計21各組分參數(shù)計算本設(shè)計選冷卻水走管程，混合氣走殼程150T35228T134T2管程水平均溫度T31在P04MP壓力下/G9K3M殼程混合氣密度標(biāo)況下查表/251N3/G0892KH3M/G97612KCO3M標(biāo)況下混合氣密度為087276130703/K在工況下混合氣密度（3655K，075MP）42815混M3M/KG042TP8105367953/22兩流體平均溫差163450TT21T7822316LNLT12MT049281532TTP17T12R87011/2LNL22TRPRCTMMO3870T23理論計算，換熱器基本選型計算總傳熱量及質(zhì)量流量由設(shè)計條件已知標(biāo)況下氣體流量V48/MIN3所以工況下氣體質(zhì)量流量S/KG6970M/KG85418720V3HW在工況下各組分比熱KMOL/4328531253966PH2JC7909610237N2L/06485423PCO2JKG61KOL/831279HJW72506121PTWQ設(shè)23MM870TK查化工原理上冊得3換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計本次設(shè)計管程水設(shè)計溫度T307K設(shè)計壓力P033MPA殼程設(shè)計溫度T423K設(shè)計壓力P0715MPA焊縫系數(shù)取08（單面焊對接接頭）31壁厚計算311筒體壁厚計算材料選Q235A111MPATM917508122CTIPD30C1取M取39C21N由于根據(jù)GB15189碳鋼最小厚度為8MM5ID故取8312封頭厚度計算標(biāo)準橢圓形封頭厚度計算材料為Q235AK12H/IID公稱直徑MM500管子尺寸MM52公稱壓力MPA157管子數(shù)124管長M6管程數(shù)2換熱面積2574管子排列方式正方形斜轉(zhuǎn)450M80312502CTIPDK481N考慮筒體厚度M取313無折邊球形封頭厚度計算此封頭按外壓環(huán)境計算設(shè)M40M53IR查得1/402T/1IRA根據(jù)化工設(shè)備設(shè)計查得B85A7453/8T/IMPBP符合要求,A7150根據(jù)壓力容器制造標(biāo)準，無折邊球形封頭壁厚最小6MM所以M632分程隔板槽厚度材料選Q235A根據(jù)GB15189當(dāng)時，對于碳鋼，分程隔板槽厚度取8MMM60ID33管板厚度計算331管板厚度計算材料選Q235AM54131297443297NSM592506250501506ARCSIN201TT2D2TDAD管板法蘭選Q235A，光滑密封面，墊片采用石棉橡膠墊片查得A0714501TCMPP40取根據(jù)GB15189中查得C052M25CM15201NTCD332換熱管與管板拉脫力計算管子殼體操作壓力/MPA0330715材質(zhì)20號鋼Q235A線膨脹系數(shù)/（1/）61086108彈性模量/MPA22許用應(yīng)力/MPA103111尺寸/MM605850管子數(shù)124管間距/MM32管殼壁溫差/338管子與管板連接方式脹接脹接長度/MM15許用拉脫力/MPA2M3965143860D4A860F22A905241LD4Q3518081TA0254396LDFQ202ITTS222I0T6SST0CPMPDAEMPP中其中）（QA3TPMP故拉脫力在允許范圍之內(nèi)34法蘭設(shè)計341標(biāo)準法蘭設(shè)計根據(jù)材料與零部件中標(biāo)準選擇甲型平焊法蘭，光滑密封面密封，石棉橡膠墊片，厚度3MM，M2，Y11MPA，公稱直徑500MM，600MM，公稱壓力16MPA。342浮頭端非標(biāo)法蘭厚度計算設(shè)計壓力0715MPA設(shè)計溫度150腐蝕余量10MM螺栓材料40MN法蘭材料Q235A螺栓許用應(yīng)力設(shè)計溫度A185TMP常溫法蘭許用應(yīng)力設(shè)計溫度ATMGD1M2D34BA1D重量50063059055554554336151323265常溫A1MP非標(biāo)法蘭選擇任意式法蘭，其另一側(cè)是公稱直徑為600MM的標(biāo)準法蘭，光滑密封面，根據(jù)GB15089標(biāo)準M2065NB0當(dāng)時46003815B30694825墊片接觸面外徑GD螺栓中心圓直徑可由標(biāo)準查得MBD螺栓中心至法蘭頸部與法蘭背面交點的徑向距離87M506921S螺栓載荷預(yù)緊時NDWG79123532946813BY1操作時NPG972513946827150946381BM2422螺栓面積預(yù)緊時21M9578723WA操作時2T263145取中較大者，故0A21,220M87A實際面積O51094CS4螺栓設(shè)計載荷NWNA97251256108234021操作時預(yù)緊時預(yù)緊時法蘭力矩NDSMG815796463890526102GB1操作時TCD2GSFS2250780B2IGDGPSF253875140329794680462M86N法蘭設(shè)計力矩取M819276002T1NMM，故中較大者為，與法蘭應(yīng)力形狀常數(shù)1/46150/73288H/M60I0I0DK查系數(shù)根據(jù)GB15089表95T173Z277Y53U538查圖9390821F查圖9453V查圖971F8429076535018HD42639E10IIVUF計算非標(biāo)法蘭厚度（試算法）假設(shè)M6F則52746D/124810534E936I3FFFTTI2F0TTIFRI10FA854Y7351A8MPD切向應(yīng)力徑向應(yīng)力軸向應(yīng)力取TFFA526011PRT中較大者與故取合適65FMGD1M2D34BA1D重量60073069065564564340151323351343浮頭法蘭及勾圈設(shè)計浮頭法蘭設(shè)計設(shè)計壓力0715MPA設(shè)計溫度150腐蝕余量10MM螺栓材料40MN法蘭材料Q235A螺栓許用應(yīng)力設(shè)計溫度A185TMP常溫法蘭許用應(yīng)力設(shè)計溫度AT常溫1P浮頭法蘭選擇是光滑密封面形式，墊片選石棉橡膠,墊片內(nèi)徑外徑厚度4704943Y11MPAM2根據(jù)GB15089標(biāo)準查得N10M52B0N4DM480GDM40IROIFITIC8350ARSNM6216475RDP計算1WFPNDNNGPG829651403YB72587317096250M122計算WABM212122T148596M58170/AFP2M1M21A中較大者，故與取22B75364034DNNAW751388150BM操作情況下法蘭力矩RMMTGDPM439635705212161298870FIB22FINSFND37195683022BSMGM21739526GIDNSFMTTM52649M41583COS2701LCOS1870TGRRFRFRNSFMD，取設(shè)預(yù)緊時法蘭力矩M523174M30ANSFWGGM523174AT0AT0NMMP中較大者，故與取M70462032M423842F2FIF0ITFIF0T2IIJLDJRL故合理取7F鉤圈設(shè)計選取B型鉤圈設(shè)計厚度M416I35接管及接管法蘭設(shè)計351管程接管及法蘭已知水的經(jīng)濟流速053M/S取3M/S3M/KG25CW3M/KG95水64739512U4DUI2IA根據(jù)HG205921997鋼制管法蘭、墊片、緊固件選取的接管537材料20號鋼0GD此時水的實際流速M/S7210954132U6AW選擇150MM的接管0GD根據(jù)HG205921997鋼制管法蘭、墊片、緊固件選取法蘭型號HG50105816GP5根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，對厚度小于等于12MM的接管，公稱直徑小于等于500MM的接管不需補強352殼程接管及法蘭根據(jù)HG205921997鋼制管法蘭、墊片、緊固件選取選擇150MM的接管50GD根據(jù)HG205921997鋼制管法蘭、墊片、緊固件選取法蘭型號平焊法蘭HG50105816GP50D補強（等面積補強法）開孔不在焊縫上，所以不考慮焊縫系數(shù)殼體接管壁厚161MM殼體名義厚度8MM接管計算厚度M470132570DTICP接管名義厚度4NT接管壁厚附加量50C2殼體壁厚附加量M18補強區(qū)范圍B取中較大值，M1762CD30NT2M302B取中較小者，1H15064DNT接管實際外伸長度2H1取中較小者，2M2NT接管內(nèi)伸長度0積（所需補強面積）補強范圍內(nèi)補強金屬面0A其中2RET143615F2D1FR多余金屬面積12EM793BA接管多余面積22R2ET0RTE1M5618347056FCHFH焊縫金屬面積3A2OM615SIN62不需補強031A36折流板、拉桿、定距管、螺栓、螺母等設(shè)計361折流板的選擇折流板的型式由弓形折流板、圓盤圓環(huán)形（也稱盤環(huán)形）折流板和矩形折流板。最常用的折流板是弓形折流板和圓盤圓環(huán)形折流板。此換熱器使用弓形折流板。而弓形折流板又分為單弓形、雙弓形和三弓形，大部分換熱器都采用單弓形折流板。其流體流動方式及結(jié)構(gòu)型式見下圖。弓形折流板介質(zhì)流動方式及結(jié)構(gòu)形式圖弓形折流板的缺口高度弓形板折流板的缺口高度應(yīng)使流體通過缺口時與橫過管束時的流速接近。缺口大小用切去的弓形高度占到圓筒直徑的百分比來確定單弓形折流板缺口見右圖。缺口弦高也可取020045倍的圓筒內(nèi)直徑。弓形折流板的缺口按右圖切在管排中心線以下，或切與兩排管孔的小橋。缺口弦高II31HDM50H折流板或支持板最小厚度折流板最小厚度折流板或支持板管孔剛換熱管級管束（適用于碳素鋼、低合金鋼和不銹鋼換熱器）折流板或支持板管孔直徑及允許偏差應(yīng)符合表452。表519級管束（適用于碳素鋼、低合金鋼）折流板或支持板管孔直徑及允許偏差應(yīng)符合表453表520換熱管外徑1416192532384557管孔直徑146166196258328388458580允許偏差0400045005004）折流板或支持板外直徑及允許偏差換熱管無支撐跨距L3003006006009009001200120015001500公稱直徑DN折流板或支持板最小厚度400700456101012換熱管外徑或無支撐跨距D32或L900L900且D32管孔直徑D08D04允許偏差040公稱直徑DNLA（LA按表455規(guī)定）B拉桿與折流板點焊結(jié)構(gòu)，見圖471（B）。此結(jié)構(gòu)適用于換熱管外徑D14MM的管束且L1D；C當(dāng)管板較薄時，也可采用其他的連接結(jié)構(gòu)。圖521拉桿結(jié)構(gòu)型式這里我們選用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。拉桿的尺寸拉桿的長度L按實際需要確定，拉桿的連接尺寸由圖472和表471確定。圖522拉桿連接尺寸表523拉桿的尺寸拉桿直徑D拉桿螺紋公稱直徑DNLALBB101013401512121550201616206020拉桿的直徑和數(shù)量拉桿直徑和數(shù)量按表472和表473選用。表524拉桿直徑選用表換熱管外徑D10D1414D2525D57拉桿直徑DN101216表525拉桿數(shù)量選用表殼體公稱直徑D，MM40040070070090090013001300150015001800180020002000230023002600拉桿直徑DN，MM拉桿數(shù)量10461012161824283212448101214182024164466810121216由于換熱管外徑為25MM，殼體公稱直徑為500MM，故選取直徑為16MM的拉桿，其數(shù)量為4。拉桿的位置拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，對于大直徑的換熱器，在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿，任何折流板不應(yīng)少于3個支承點。定距管尺寸定距管的尺寸，一般與所在換熱器的換熱管規(guī)格相同。對管程是不銹鋼，殼程是碳鋼或低合金鋼的換熱器，可選用與不銹鋼換熱管外徑相同的碳鋼管作定距管。定距管的長度，按實際需要確定。363換熱管的選擇換熱管與管板的連接方式有強度焊、強度脹以及脹焊并用。強度脹接主要適用于設(shè)計壓力小40MPA；設(shè)計溫度300；操作中無劇烈振動、無過大的溫度波動及無明顯應(yīng)力腐蝕等場合。除了有較大振動及有縫隙腐蝕的場合，強度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何場合。脹焊并用主要用于密封性能要求較高；承受振動和疲勞載荷；有縫隙腐蝕；需采用復(fù)合管板等的場合。在此，根據(jù)設(shè)計壓力、設(shè)計溫度及操作狀況選擇換熱管與管板的連接方式為脹接并用。尺寸材料20號鋼布置形式正方形斜轉(zhuǎn)45排列52與管板連接方式脹接364滑板的選擇尺寸30X12材料Q235F兩板夾角34略圖如下365螺栓、螺母的選擇管箱法蘭螺栓、螺母的選擇標(biāo)號JB115873螺母雙頭螺栓材料Q235A40MN尺寸標(biāo)號230M13524M數(shù)量4020進、出水管法蘭螺栓選擇標(biāo)號HG50105850GD材料40MN尺寸標(biāo)號M16數(shù)量8進、出氣管法蘭螺栓選擇標(biāo)號HG501058150GD材料40MN尺寸標(biāo)號M20數(shù)量16浮頭法蘭雙頭螺栓選擇材料40MN尺寸標(biāo)號M24數(shù)量2037鞍座設(shè)計371換熱器總質(zhì)量計算筒體質(zhì)量KG360145078521Q封頭質(zhì)量DN500的封頭質(zhì)量KG2DN600的封頭質(zhì)量813Q無折邊球形封頭質(zhì)量KG964法蘭質(zhì)量DN500的甲型平焊法蘭（雙）質(zhì)量52QDN600的甲型平焊法蘭（單）質(zhì)量KG136非標(biāo)法蘭質(zhì)量KG41378506507427Q浮頭法蘭質(zhì)量KG849750405828Q鉤圈質(zhì)量2129管板質(zhì)量標(biāo)準管板質(zhì)量KG3785024054210Q浮頭端管板質(zhì)量6219221換熱管質(zhì)量KG10367854054212Q折流板質(zhì)量N1813KG80478521051021ARCOS25022管箱質(zhì)量KG13078510350164321Q拉桿質(zhì)量9215物料質(zhì)量KG934010273054126042水QKG98422氣KG8349016氣水7251632QQ總372鞍座設(shè)計材料Q235A選用120包角輕型A類鞍座JB/T4712鞍座A500FJB/T4712鞍座A500S由于浮頭端重，所以鞍座距離兩端不等長，其選擇按GB15089M1301066CCBLL支座反力NF128997250MG1HIM1HI圓筒中間界面彎矩LARFLM43H124I2I1M6197486034325160460289I1NM54867101635410246012892INMM8711NM取二者中較大值，故支座處截面彎矩LARFAM3H412IIM2M640560325141301289INMM628541760351421012892INM22NM，故取二者中絕對值較大者圓筒中間軸向應(yīng)力A7150M7EP最高點A5497214386721432E2ME1MPRMP最低點A165502E2M1E2圓筒鞍座處軸向應(yīng)力未被封頭加強，或2254103MMRAR鞍座包角120，1920721KA8397543865404322E2M1EM3MPRKMP61190722E2E4經(jīng)以上設(shè)計A251NT4T321MP，均符合要求38壓力試驗及其強度校核容器制成以后（或檢修后投入生產(chǎn)前），必須作壓力試驗或增加氣密性試驗，其目的在于檢驗容器的宏觀強度和有無滲漏現(xiàn)象，即考察容器的密封性，以確保設(shè)備的安全運行。對需要進行焊接后熱處理的容器，應(yīng)在全部焊接工作完成并經(jīng)熱處理之后，才能進行壓力實驗和氣密性試驗；對于分段交貨的壓力容器，可分段熱處理，在安裝工地組裝焊接，并對焊接的環(huán)焊縫進行局部熱處理之后，再進行壓力試驗。壓力實驗的種類、要求和試驗壓力值應(yīng)在圖樣上注明。壓力試驗一般采用液壓試驗，對于不適合作液壓試驗的容器，例如容器內(nèi)不允許有微量殘留液體，或由于結(jié)構(gòu)原因不能充滿液體的容器，可采用氣壓試驗。液壓試驗液壓試驗一般采用水，需要時也可采用不會導(dǎo)致發(fā)生危險的其他液體。試驗時液體的溫度應(yīng)低于其閃電或沸點。奧氏體不銹鋼制容器用水壓進行液壓試驗后，應(yīng)將水漬清除干凈。當(dāng)無法清除時，應(yīng)該控制水中氯離子含量不超過25MG/L。試驗溫度對碳鋼、16MNR、15MNNBR和正火的15MNVR鋼制容器液壓試驗時，液體溫度不得低于5；其他低合金鋼制容器液壓試驗時，液體溫度不得低于15。如果由于板厚等因素造成材料無塑性轉(zhuǎn)變溫度升高，則需相應(yīng)提高試驗液體的溫度。試驗方法試驗時容器頂部應(yīng)設(shè)排氣扣，充液時應(yīng)將容器內(nèi)的空氣排盡，試驗過程中應(yīng)保持容器觀察表面干燥；試驗時壓力應(yīng)緩緩上升至設(shè)計壓力無泄漏，再緩緩上升，達到規(guī)定的試驗壓力后，保壓時間一般不少于30MIN。然后將壓力降至規(guī)定試驗壓力的80，并保持足夠長的時間以對所有焊接接頭和連接部位進行檢查。如有滲漏，修補后重新試驗，直至合格。對于夾套容器，先進行內(nèi)筒液壓試驗，合格后再焊夾套，然后進行夾套內(nèi)的液壓試驗；液壓試驗完畢后，應(yīng)將液體排盡并用壓縮空氣將內(nèi)部吹干。本換熱器的設(shè)計采用水壓試驗來檢驗強度應(yīng)力的校核。試驗壓力內(nèi)壓容器的試驗壓力125TPCP57MMNE液壓試驗應(yīng)滿足下列條件T2IETPDSA6397250893MP09SA10,則水壓實驗時殼體，TS封頭內(nèi)應(yīng)力都小于，水壓試驗安全。9S參考文獻1刁玉瑋，王立業(yè)，化工設(shè)備機械基礎(chǔ)（第四版），大連理工大學(xué)出版社2賈紹義，柴誠敬，化工原理課程設(shè)計（化工傳遞與單元操作課程設(shè)計），天津大學(xué)出版社3姚玉英，化工原理上（第三版），天津大學(xué)出版社4婁愛娟，吳志泉，吳敘美，化工設(shè)計，華東理工大學(xué)出版社5中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準固定管板式換熱器型式與參數(shù)JB/T4715926錢頌文，換熱器手冊，化學(xué)工業(yè)出版社，北京，工業(yè)裝備與信息工程出版中心7中華人民共和國國家標(biāo)準GB1501998鋼制壓力容器8中華人民共和國國家標(biāo)準管殼式換熱器GB15119999容器、換熱器專業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)表的格式與編制說明HG/T207017200010中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準橢圓形封頭JB/T47379511中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準補強圈JB/T47462002鋼制壓力容器封頭JB/T4736200212HGJ5281990鋼制有縫對焊管件13GB/T169381997緊固件、螺栓、螺釘、螺柱和螺母通用技術(shù)條件翻譯JOURNALOFAPPLIEDSCIENCES108658663,2010ISIN181256542010ASIANNETWORKFORSCIENTIFICINFORMATIONGASPROTECTFLUXCOREDARCWELDINGPROCESSPARAMETERSOFLOWCARBONSTEELWELDWIDTHANDWELDMETALTENSILEPERFORMANCEINFLUENCEAUTHORHRGHAZVINLOOANDAHONARBAKHSHRAOUFABSTRACTGENERALLYSPEAKING,THEPROCESSOFWELDINGPROCESSPARAMETERSONTHEJOINTQUALITYHASVERYBIGEFFECTHIGHQUALITYWELDINGJOINTS,ANDTOENSURETHEPROPERWELDGEOMETRYSHAPEANDRELIABLEWELDINGMECHANICALPROPERTIESTHISEXPERIMENTWASGASPROTECTFLUXCOREDARCWELDINGPROCESSPARAMETERSOFLOWCARBONSTEELWELDWIDTHANDWELDMETALTENSILEPERFORMANCEINFLUENCEINDUSTRIALPRODUCTION,CHOOSELOWCARBONSTEEL,ASANEXPERIMENTALOBJECT,WELDINGCURRENTANDWELDINGVOLTAGEANDWELDINGSPEEDASTHEVARIABLEPARAMETERSWELDINGCURRENTAREFOR240280320A,ARCVOLTAGERESPECTIVELYFOR26,30AND34V,WELDINGSPEEDFOR40,50,RESPECTIVELY,AND60CM/MINTHERESULTSOFTHISSTUDYCANHELPPEOPLERIGHTANDTHECHOICEOFFASTWELDINGTECHNOLOGYPARAMETER,INORDERTOACHIEVETHEIDEALWELDGEOMETRYSHAPEANDMEETTHEREQUIREMENTSOFTHEWELDINGSEAMSTRETCHPROPERTIESKEYWORDSFLUXCOREDARCWELDING,WELDINGPARAMETERS,WELDWIDTH,THEYIELDSTRENGTH,TENSILESTRENGTH,HEATINPUTINTRODUCTIONTHEFCAWPROCESSISFULLYAUTOMATEDPROCESS,INWHICHTHEWELDINGELECTRODEANDFLUXCOREDWIRECONTACTWELDINGAREAFLUXMATERIALSINMEDICINEISTHECOREMEDICINESKINCONDUCTEDCURRENTFORMARC,BURNSUPCONSUMPTIONITISSHOWNASFILLERMETALTRANSITIONALORAIERETAL,2006RECENTRESEARCHHASSHOWNTHATIBRAHIMANDSHEHATA,1999,2000SADEKETAL,2001,THEFCAWWITHOTHERWELDINGTECHNOLOGYISACOMMONADVANTAGES,SUCHASTHEUSEOFMANUALMETALARCWELDINGMMAWANDACTIVE/INERTGASSHIELDEDWELDINGGMAWASTHERESEARCHDIFFERENTWELDINGMETHODANDPROCESSOFSEAMGEOMETRYSHAPEANDTHEINFLUENCEOFTHEQUALITY,THERESEARCHERSMADECORRESPONDINGEXPERIMENTALRESEARCHBENYOUNISETAL,2005A,B,XUEETAL,2005CORREIAETAL,KIMETAL,200220032005JUANGANDTARNG,2002XUEETAL2005ACCORDINGTOTHEROBOTARCWELDINGPROCESSWELDWIDTHPUTFORWARDTHEMETHODOFFUZZYREGRESSIONMODELMOSTAFAANDKHAJAVI2006PROPOSEOPTIMIZATIONHIGHSTRENGTHLOWALLOYSTEELLOWCARBONHIGHSTRENGTHOFWELDINGPARAMETERS,IMPROVINGWELDINGDEPOSITIONRATESTHERATEPALANIANDMURUGAN2007IMPROVETHEWELDINGPROCESSPARAMETERS,IMPROVEFLUXCOREDWIREOFMELTINGDROPSOFTRANSITIONPROCESS,CAUSESTHEWELDISMOREBEAUTIFULLEVELOFF,INADDITION,PARKETAL2008DISCUSSESTHEADJUSTMENTFLUXCOREDARCWELDINGHEATINPUTOFTHEHOTCRACKANDTOUGHNESSOFTHEWELDINGOFINFLUENCEBALASUBRAMANIANANDGUHA1999STUDIEDFLUXCOREDARCWELDINGTHEWELDYIELDLIMITANDFATIGUESTRENGTHDEPOSITIONRATESTHERATEINLATTICEARRANGEMENTWELDSMALLCLOSEENOUGH,EASYTOCRACKANDHYDROGENBRITTLENESSPHENOMENONMOREDETAILEDRESEARCHONLITERATUREFLUXCOREDARCWELDINGPROCESSPARAMETERSONTHEWELDGEOMETRYSHAPEANDTHEINFLUENCEOFTHETENSILEPROPERTIESTHEEXPERIMENTALRESEARCHTHEFLUXCOREDARCWELDINGROBOTGWELDINGSEAMUNDERDIFFERENTPROCESSPARAMETERSOFGEOMETRYSHAPEANDTHEINFLUENCEOFTHETENSILEPROPERTIESOFLOWCARBONSTEELMATERIALSANDMETHODSINDUSTRIALPRODUCTION,THEASSEMBLYWELDINGEXPERIMENTSIS017CAND121MNSLOWCARBONSTEEL,INORDERTORESEARCHTHEWELDINGPARAMETERSONTHEEFFECTOFWELDTHEFUSIONWIDTH,SAMPLETOMAKE75X60X10MM,WELDINGMETHODFORDOCKINGATTHESAMETIME,THESTUDYTENSILETESTSAMPLEMAKING25MMTHICK,CUTTINGGROOVEFORARTICLESOMEV,GROOVEANGLEFORTHE35DEGREESANDANGLEFOR60DEGREESDOCKINGSTEELPLA