可修改精品文檔武漢工程大學郵電與信息工程學院畢業(yè)設(shè)計(論文)說明書BES00-1.0-165-4.5/25-2Ⅱ浮頭式換熱器設(shè)計1002050314劉成級10過程裝備與控制工程03班劉麗芳2014年6月1日可修改精品文檔 2.2管箱、殼體、頭蓋的制造工藝 41 3.2安裝 433.3使用 443.4維護 44 可修改精品文檔要。換熱器的應用廣泛，它的主要功能是保證工藝過程對介質(zhì)所要求的特定溫度，同時也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。換熱器既可是一種單獨的設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的熱交換器。本設(shè)計說明書是關(guān)于浮頭式換熱器的設(shè)計，主要是進行了換熱器的結(jié)構(gòu)和強度設(shè)計。這部分主要是根據(jù)設(shè)計課題和課題給定條件進行設(shè)備內(nèi)各零部件(如管箱、浮頭鉤圈、管板、接管、折流板、隔板、定距管等)的設(shè)計，包括：材料的選擇、具體尺的計算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計算、開孔補強QR為材料。由于介質(zhì)是空氣和水，所以選用20鋼為換熱管的材料。材料的選用和制造成本緊密相連，所以應該在保證設(shè)計浮頭法蘭可修改精品文檔AbstractHeatexchangerispartofthethermalfluidheattransfertocoldfluidequipment,alsocalledheatexchanger.Heatexchangerisusedwidely,itsmainfunctionistoensurethatrequiredbythespecificprocessofmediumtemperature,andisalsooneofthemainequipmentofenergyefficiency.Heatexchangerisbutasingledevice,suchasheater,coolerandsteamcondenser,etc.;Butalsoapartoftheprocessequipment,suchasammoniasynthetictower'sheatexchanger.Thisdesignmanualisaboutthedesignoffloatingheadheatexchanger,mainlyonthestructureandintensityoftheheatexchangerdesign.Thispartmainlyaccordingtothedesigntaskandtaskwithinthegivenconditionsofequipmentparts,suchaspipeboxes,floatingheadhookring,tubeplate,takeover,baffle,baffleplateandspacerpipe,etc.)design,including:thechoiceofmaterials,thedeterminationofthespecificsize,determinethespecificlocation,thethicknessofthetubesheetcalculation,calculationoffloatingheadcoverandfloatingheadflangethickness,openingreinforcementcalculation,etc.Aspects:materialselectionfortheselectionofmainpressureelementsQ345Rformaterial.Sincethemediumiswaterandair,sochoosematerialof20steelforheatexchangetube.Theselectionofmaterialsandmanufacturingcostiscloselylinked,soshouldasfarascriptionKeywords:heatexchanger;Tubeplate;Baffleplate;Floatingheadflange可修改精品文檔換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，以實現(xiàn)不同溫度流體間的熱能傳遞，又稱熱交換器。換熱器是實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)在換熱器中，至少有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。在工程實踐中有時也會存在兩種以上的流體參加換熱，但它的基本原理與前一種情形并無本質(zhì)上的區(qū)別。在石油、化工、輕工、制藥、能源等工業(yè)生產(chǎn)中，常常用作把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻，把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。換熱器既可是一種單元設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的換熱器。換熱器是化工生產(chǎn)中重要的單元設(shè)備，根據(jù)統(tǒng)計，熱交換器的噸位約占在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱器的主要作用是將能量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，是流體溫度達到工藝流程規(guī)定的指標，以滿足工藝流程上的需要。此外，換熱器也是回收余熱、廢熱特別是低位熱能的有效裝置。例如，高爐爐氣(約1500℃)的余熱器的要求也日益加強。換熱器的設(shè)計、制造、結(jié)構(gòu)改進及傳熱極力的研究十分活可修改精品文檔根據(jù)管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)特點，可以將管殼式換熱器分為固定管板是換熱器、U型管式換熱器、浮頭式換熱器、填料函式換熱器、釜式重沸器五類。1.固定管板式換熱器：它的特點是結(jié)構(gòu)簡單，沒有殼側(cè)密封連接，相同的殼體內(nèi)徑排管最多，造價最低，因而得到廣泛應用。這種換熱器的缺點是：殼程清洗困難，有溫差應力存在，熱膨脹會引起管子拉彎。2.U形管式換熱器：結(jié)構(gòu)簡單，只有一個管板，密封面少，運行可靠，造價低；管束可抽出，管間(殼程)清洗方便。質(zhì)量輕，適用于高溫和高壓的場合。缺點是管程清3.浮頭式換熱器：其浮頭不與外殼相連。優(yōu)點是這種換熱器殼體和管束的熱膨脹是自由的，管束可以抽出，便于清洗管間和管內(nèi)。其缺點是結(jié)構(gòu)復雜，造價高(比固定管板高20%)，在運行中浮頭處發(fā)生泄漏，不易檢查處理。浮頭式換熱器適用于殼體和管程介質(zhì)易結(jié)垢的條件。4.填料函式換熱器：由于采用填料函式密封結(jié)構(gòu)，使得管束在殼體軸向可以自由伸壁熱變形差而引起的熱應力。其結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，加料，造價比較低廉，且管束從殼體內(nèi)可以抽出，管內(nèi)、管間都能物性限制。填料函式換熱器現(xiàn)在已很少采用。5.釜式重沸器：它具有浮頭式、U形管換熱器的特點。在結(jié)構(gòu)上與其他換熱器不同之處在于殼體上部設(shè)置一個蒸發(fā)空間，蒸發(fā)空間的大小由產(chǎn)氣量和所要求的蒸氣品質(zhì)所在工業(yè)生產(chǎn)中，為了實現(xiàn)物料之間熱量傳遞過程的一種設(shè)備，統(tǒng)稱為換熱器。它是可修改精品文檔迅速發(fā)展的化工、煉油等工業(yè)生產(chǎn)來說，換熱器尤為重要。通常在化工生產(chǎn)的建設(shè)中，換熱器約占總投資的10~20%。在化工生產(chǎn)中，為了工藝流程的需要，往往進行著各種不同的換熱過程：如加熱、冷卻、蒸發(fā)和冷凝等。換熱器就是用來進行這些傳遞過程的設(shè)備，通過這種設(shè)備，以便使熱量從溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，以滿足工藝上的需要。換熱器隨著使用目的的不同，可以把它分成為：熱交換器、加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。由于使用的條件不同，換熱設(shè)備又有各樣的形式和結(jié)構(gòu)。另外，在化工生產(chǎn)中有時換熱器作為一個單獨的化工設(shè)備，有時則把它作為某一工藝設(shè)備中的組成部分，如氨合成塔中的下部熱交換器、精餾塔底部的再沸器和頂部的回流冷凝器或分凝器等。其它如回收排放出去的高溫氣體中的廢熱所用的廢熱鍋爐，有時在生產(chǎn)中也是不可缺少的。總之，換熱器在化工生產(chǎn)中的應用是十分廣泛的，任何化工生產(chǎn)工藝幾乎都離不開它。在換熱設(shè)備中，應用最廣泛的是管殼式換熱器。目前這種換熱器被當作為一種傳統(tǒng)的標準換熱器，在許多工業(yè)部門中被大量地使用。尤其在化工生產(chǎn)中，無論是國內(nèi)還是國外，它在所有的換熱設(shè)備中，仍占主導地位。同時在近代的許多化工生產(chǎn)中，如裂解、合成及聚合等，大都要求在高溫和高壓下進行。如高壓聚乙烯要求操作壓力高MPa氫法要求操作溫度在750~1500范圍。這些條件下，易的，尤其在有腐蝕存在的情況下，實現(xiàn)熱交換更是困難。而模日益增大，換熱設(shè)備也相應向大型化方向發(fā)展，以降低動力消耗，減少占地面積和還處于發(fā)展階段，但它在化工和石油化工生產(chǎn)中已推廣應用。它適用的介質(zhì)相當廣泛，從水到高粘度的非牛頓型液體，從含有小直徑固體顆粒的物料到含有纖維的物料，均可處理。從生產(chǎn)工藝上說，它可以用作液體的可修改精品文檔卻器、部分冷凝器、底部蒸發(fā)器和壓縮機的中間冷卻器等。其它在航空、車輛和船舶等方面亦已開始推廣應用。目前螺旋板換熱器在化工生產(chǎn)中的應用也日趨廣泛。在磷酸生產(chǎn)流程中，由于使用了這種形式的換熱器，在清洗時可不停車，每次清洗只需切換磷酸和水的通道即可。螺旋板換熱器在國內(nèi)首先較普遍地用在小化肥生產(chǎn)中半水煤氣的預熱器和氨合成塔下部的換熱器，目前已逐步推廣應用的到其它化工生產(chǎn)工藝中，在很多焦化廠中已經(jīng)開始普及用螺旋板式換熱器來作為貧富油換熱器了。在化工生產(chǎn)過程中，除了遇到高溫、高壓、高真空和深冷等一些操作條妥善地解在其它新型換熱器的應用中，值得提出的為熱管。它是一種新型的傳熱元件，在六十年代中才開始應用于宇宙航行，但目前它的發(fā)展已日趨完善，且逐步推廣應用于的表面積傳遞大的熱量，因此它能充分體現(xiàn)換熱器的一種優(yōu)良的設(shè)計。換熱設(shè)備有多種多樣的形式，每種結(jié)構(gòu)形式的換熱設(shè)備都有其本身的結(jié)構(gòu)特點和能進行合理的選型和正確的設(shè)計。換熱器選型時需要考慮的因素很多，主要包括流體的介質(zhì)、壓力、溫度、壓降及其可允許范圍；對清洗、維修的要求；材料價格及制造成本；動力消耗費；現(xiàn)場安裝要使一臺呼熱氣完全滿足上述全部條件是不可能的。一般情況下，在滿足生產(chǎn)工藝條件的前提下，僅考慮一個或幾個相對重要的影響因素就可以進行選型了。其基本的選擇標準為：1.所選換熱器必須滿足工藝過程要求，流體經(jīng)過換熱器換熱以后必須能夠以要求的參數(shù)進入下個工藝流程；2.換熱器本身必須能夠在所要求的工程實際環(huán)境下正常工作，換熱器需要能夠抗可修改精品文檔3.換熱器應容易維護，這就要求換熱器容易清理，對于容易腐蝕、振動等破壞的元件應易于更換，換熱器應滿足工程實際場地的要求；4.換熱器應盡可能的經(jīng)濟。選用時應綜合考慮換熱器的安裝費用、維護費用等，應使換熱器盡可能地經(jīng)濟；5.選用換熱器時要根據(jù)場地的限制考慮換熱器的直徑、長度、重量和換熱管的結(jié)流體的種類、熱導率、黏度等物理性質(zhì)，以及腐蝕性、熱敏性等化學性質(zhì)，對換熱器選型有很大的影響。例如冷卻濕氯氣時，濕氯氣的強腐蝕性決定了設(shè)備必須選用聚四氟乙烯等耐腐蝕材料，限制了可能采用的結(jié)構(gòu)范圍。對于處理熱敏性流體的換熱器，要求能有效地控制加熱過程中的溫度和停留時間。對于一結(jié)構(gòu)的流體，應選用易溫度等參數(shù)對選型也有影響。如在高溫和高壓條件下操作的大，處理的物料具有腐蝕性、可選用板面式換熱器。因為板面式換熱器具有傳熱效率高，結(jié)構(gòu)緊湊和金屬材料消耗低等優(yōu)點。在換熱器選型時，還應考慮材料的價格、制造技術(shù)、動力消耗費和使用壽命等因第一章結(jié)構(gòu)及強度計算換熱器主體結(jié)構(gòu)以及零部件的設(shè)計和強度計算，主要包括殼體和封頭的厚度計還有主要構(gòu)件的設(shè)計(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)，具體計算如下。1.1筒體的計算可修改c筒體材料選用Q345R,由GB150-2011壓力容器第二部分材料查表2許用應力MPaMPabs510345設(shè)計溫度下許用應力[]ta(2)筒體厚度的計算2[]tP218911CP----設(shè)計壓力.MPacD----殼體內(nèi)徑.mmi計算厚度.mm[]t----材料在設(shè)計溫度的許用應力.MPa根據(jù)GB6654《壓力容器用鋼板》規(guī)定：對于Q345R鋼板可取厚度負偏差C=0,在1無特殊腐蝕情況下，對于碳素鋼和低合金鋼，腐蝕裕量C不小于1mm，取腐蝕裕量22設(shè)計厚度δ的確定,根據(jù)GB151-1999的規(guī)定,d可修改d12向上圓整且滿足于GB151-1999中浮頭式換熱器對于材料為低碳鋼和低合金鋼的最小en12eW(D+6)900+10ie筒體水壓試驗校核sse1.2管箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計管箱封頭的材料擇用20MnMo，封頭選用標準橢圓形封頭，這是因為橢圓形封頭的應力分布比較均勻，且其深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型。標準橢圓形封頭是由半個橢球面和短圓筒組成，斷面形狀選以內(nèi)徑為基準的類型代號EHA，其型式參數(shù)關(guān)系為Di=2，DN=D。如圖1-1所示：2(H-h)i可修改精品文檔6=PDci=1900=2.39mm12[]tP218911C同樣，考慮腐蝕裕和最小厚度要求，取厚度負偏差C=0，腐蝕裕量C=2mm，12名義厚度6=6+C+C=4.39mm，圓整后取6=12mm。n12n16=KPDcinB封頭質(zhì)量M (mm) (mm) (㎡) (m3) (kg)000.948712c查JB4700-2000壓力容器法蘭可選固定端的殼體法蘭和管箱法蘭為長頸對焊法蘭，HG構(gòu)采用凹凸密封面連M精品文檔可修改法蘭數(shù)據(jù)(單位：mm)DDhD1aD2a1D462D361Hd6R0法蘭-FM900-1.0/54-110JB/T4703-2000d定管箱短節(jié)長度既要保證換熱器組裝尺寸的要求，又要保證使開孔不受影響，根據(jù)組裝尺寸和法蘭厚度。取管箱短節(jié)長度為L=300mm。1查JB/T4706-2000，圖1，P，墊片的厚度為4.5mm，見下圖：70精品文檔寸外外徑D(mm)內(nèi)徑d(mm)DN(mm)PN(MPa)1用螺柱選用等長雙頭螺柱,查JB/T4700-2000，表2,螺柱材料選用40Cr，螺母材料選用45鋼。查JB/T4707-2000，表1，選用B型螺柱M20,d=20,d=20，L=50,C=2.5,20P=1.0MPa，設(shè)計溫度t=80℃(1)墊片計算(參見GB150-1998,P)22N16022可修改冗 冗 精品文檔0B力作用中心圓直徑0Ga要的墊片壓緊力GaGGpGcA.螺栓載荷aaG (3.3) (3.3)ppGcGcB.螺栓面積查GB150-1998表4-7，螺栓材料選用40MnVB，鋼材標準為GB3077，使用狀態(tài)為bbb栓面積W9.46〉105b b的最小螺栓面積b (c)需要的螺栓面積mapb44mC可修改精品文檔(a)預緊狀態(tài)下螺栓設(shè)計載荷G2b2 (b)操作狀態(tài)下螺栓設(shè)計載荷p (3)受內(nèi)壓管箱法蘭計算及校核GbG=D=1000=D=1000mm1baGG2bG. (3.4)(b)操作狀態(tài)下的法蘭力矩M=FL+FL+F (3.4)pDDTTGG由GB150-1998,表9-4,P,得DA1T2A1GAAbi1DA1TA1GDiiTDGcicpDDGGTT.pDDGGTT.可修改精品文檔1.3浮頭蓋的計算12n23iin1in1in1nmmcmm；fifii1nD----浮頭法蘭和鉤圈外直徑,D=D+80=900+80=980mmf0fiiD----換熱器圓筒內(nèi)直徑,D=900mmiiD----布管限定圓直徑,查GB151-19995.6.3.3表13，對于浮頭式有：Li123i精品文檔00iJBTHG998附錄A，浮頭墊片選用纏繞墊查JB/T4705-2002，浮頭選用材料0Cr13鋼帶+特制石棉，凸密封面應帶內(nèi)加強ddd1D圖1-8纏繞墊片(帶內(nèi)加強環(huán))查GB150-1998，表7-2，對于內(nèi)填石棉纏繞式金屬，墊片系數(shù)m=3，比壓力y=69MP.aT墊片外徑/內(nèi)徑/厚度為0892/0864/4.5，按GB150-1998P表9-1壓緊面型式1a則910220G可修改精品文檔GaGbGpGcJBT00-2000表2選用螺栓材料為40Cr，螺母材料為aaGppGcGc查GB150-1998表4-7，對于螺栓材料40Cr，其常溫下的螺栓材料的許用應力[]=196MPa；b設(shè)計溫度80℃下螺栓材料的許用應力[]t=180MPa，b小螺栓面積W1.27106Aa=[a]=196=6479.59mm2bmapb44mG2b2可修改精品文檔pD----法蘭外直徑,f0D----螺栓中心圓直徑.bD----墊片壓緊力作用中心圓直徑.GD----法蘭內(nèi)直徑.fiDF----作用在法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)封頭載荷引起的徑向分力.rctsP----計算壓力.MPa分別取管程壓力PctsR----球形封頭內(nèi)半徑.iL----螺栓中心至法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)的徑向距.DL----F對法蘭環(huán)截面形心的力臂.rr----封頭邊緣處球殼中面切線與法蘭環(huán)的夾角.1冠形封頭計算厚度.26----浮頭法蘭有效厚度.f[]t----封頭材料在設(shè)計溫度下的許用應力.--焊接接頭系數(shù).d----螺栓直徑.BN----墊片寬度.y----墊片密封比壓力.[]----常溫下法蘭材料的許用應力.f[]t----設(shè)計溫度下法蘭材料的許用應力.fF----操作狀態(tài)下,需要的最小墊片壓緊力.pF----流體壓力引起的總軸向力.W----預緊狀態(tài)下,需要的最小螺栓載荷(預緊狀態(tài)下,需要的最小墊片壓緊力).a[]----常溫下螺栓材料的許用應力.b[]t----設(shè)計溫度下螺栓材料的許用應力.bA----需要的螺栓總截面積,取A與A之大者.map可修改精品文檔A----預緊狀態(tài)下,需要的最小螺栓總截面積,以螺紋小徑或無螺紋部分的最小a直徑計算.A----操作狀態(tài)下,需要的螺栓總面積,以螺紋小徑或無螺紋部分最小直徑計算.pW----操作狀態(tài)下,需要的最小螺栓載荷.pA----實際使用的螺栓總截面積,以螺紋小徑或無螺紋部分的最小直算,A應不小于需bb要的螺栓面積A.mF----窄面法蘭墊片壓緊力,包括F,F,W三種情況.GaPF----流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體引起的軸向力之差.TLG----螺栓中心至FG作用位置的徑向距離.LT----螺栓中心至FT作用位置處的徑向距離.M----法蘭預緊力矩.aM----操作情況下法蘭力矩.P查JB/T4700-2000表7法蘭材料選用Q345R時，其在1.0MPa800C時的最大允許GBQR應力[]f=178MPaf螺栓材料為40Cr，常溫下螺栓材料的許用應力[]=196MPa設(shè)計溫度下螺栓材料的許用應力[]t=180MPabb1.3.4管程壓力P作用下(內(nèi)壓)浮頭蓋的計算t參看GB151-1999查JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭，選擇要100%射線探傷，根據(jù)GB6654《壓力容器用鋼板》規(guī)定：對于Q345R的鋼板取厚度負偏差C=0mm；在無特殊腐蝕情況下，對于碳素鋼和低合金鋼，腐蝕裕量C不小于1mm,2取腐蝕裕量C=2mm；厚度附加量。2可修改精品文檔d212 (a)預緊狀態(tài)下的法蘭力矩G2aGG2bG. (b)操作狀態(tài)下的法蘭力矩M=FL+FL+FL一FLpDDTTGGrrD22T22查JB/T4721-92表1浮頭法蘭的厚度6=60mm，因浮頭法蘭的計算厚度尚為計算ffRi66523.091那么作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力DfiTDGcfic1GpGcpDGTrDDGGTTrr可修改精品文檔ff0fi預緊狀態(tài)下法蘭厚度faafpp法蘭厚度6取6與6之大者，且不小于球冠心封頭名義厚度6的兩倍，則ffafpnffaf1.3.5殼程壓力Ps作用下(外壓)浮頭蓋的計算參看[2]GB151-1999P查JB/T4767-2002鋼制壓力容器用封頭P要100%射線探8133傷，取Φ=1.0a.球冠形封頭計算厚度選用材料Q345R，則在設(shè)計溫度下的許用應力為[o]t=189Mpa查GB150-98P52T圖7-5得：Ri700Di900根據(jù)GB6654《壓力容器用鋼板》規(guī)定：對于Q345R鋼板可取厚度負偏差C=0mm；在無特殊腐蝕情況下，對于碳素鋼和低合金鋼，腐蝕裕量C不小于1mm,12212可修改2222精品文檔nen02264e0e許用外壓力[P]=B=142=1.23MPa，大于且接近P=1.0MPa，R/6115.5c0enb=arcsin0.5Dfi=arcsin0.5根858=37.6。iF5.78根105F=D=1f66525.73l=f--l1①法蘭力矩A．預緊狀態(tài)下的法蘭力矩aGG2bG.aGG2bG.B態(tài)下的法蘭力矩M=F(L-L)+F(L-L)+FLpDDGTTGrrff0fiMMffi可修改精品文檔預緊狀態(tài)下法蘭厚度6fa操作狀態(tài)下法蘭厚度6fp法蘭厚度6取6與6ffafpap之大者，且不小于球冠心封頭名義厚度6的兩倍，則nffaf綜合上述兩種情況，根據(jù)GB151-1999，浮頭法蘭應分別在管程壓力Pt作用下和球冠形封頭厚度6=12mm；浮頭法蘭厚度6=70mm；nf為PSH，型式參數(shù)關(guān)系為R=1.0D,DN=D,查附錄B可得封頭的型號參數(shù)如下：ii0封頭質(zhì)量M (mm) (mm) (㎡) (m3) (kg)00可修改精品文檔000i0ffD1040D858i00查GB150-1998,圖9-3，得：整體法蘭系數(shù)F=0.881，Io查GB150-1998，圖9-4,得整體法蘭系數(shù)V=0.352，I1V000.352163703d465747.31f(a)軸向應力fifi可修改精品文檔TDRfi (d)剪應力計算1G2pTfiW1742791.82T=1==64.69MPaTW105T=2==26.61MPaA26941.2Tσ≤1.5δ[σ]t與1.5[σ]t之小值Hf[σ]t——法蘭材料在設(shè)設(shè)計溫度下的許用應力，[σ]t＝178MPa；ffσ=13.71MPa＜1.5[σ]t=1.5×178=267MPa滿足要求Hfb力σ≤[σ]tRfTfd.組合應力2f6+6 HT[6]t2f50.66＜178MPa滿足要求22在預緊和操作兩種狀態(tài)下的剪應力應分別小于或等于翻邊(或筒體)材料在常溫可修改精品文檔預緊：τ=64.69MPa＜0.8×178=142.4MPa符合要求12GB比較清晰明了，c法材料16Mnfff螺材料:40Crb栓栓b=arcsinfi=37.7oi操作情況下法蘭的受力DficGPTDF1MPMP墊片螺dBFp材料:不銹鋼包石棉外徑x內(nèi)徑x厚度892x864x4.5栓直徑GcGcaGpbA=Wbmmm1m2m2bmbbD2bfiG2bGT2DG66r22cosb1rrr.rrr.GDTrGDT厚厚精品文檔G2bGff0fifpPfaa度法蘭厚度6f取6fp與6fa之大者,且不小于球冠形封頭fG1.4管板的計算 (1)選材25×2.5mm。查GB151—1999，表33，得換熱管最小伸出長度l=2.5mm；最小坡口深度1ll3可修改精品文檔常溫強度指標設(shè)計溫度下許壁厚鋼號鋼板標準用應力[]tmmMPaMPabsMPa20GB81633410245148GBF0C的彈性模量為Et=203103MPa (2)換熱管的排列方式換熱管在管板上的排列有正三角形排列、正方形排列和正方形錯列三種排列方式。各種排列方式都有其各自的特點：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正方形錯列：可以提高給熱系在此，選擇正三角形排列，主要是考慮這種排列在于在相同的管板面積上排列的 (3)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)及設(shè)計數(shù)據(jù)dmm管子壁厚6=2.5mm管子根數(shù)n=472t0查GB151-1999，在布管區(qū)范圍內(nèi)，因設(shè)置隔板槽和拉桿結(jié)構(gòu)的需要，而未能被換熱管支撐的面積dnnnnttLLl×1.5=4421mm0n0l為管端伸出長度，查GB151-1999表33l=1.5mm01t下的許用應力[]t=148MPa的屈服點t查GB150-1998表F2t=220MPass可修改精品文檔4t4管子受壓失穩(wěn)當量長度L查GB151-1999圖32crs當Lcr=500=61.27C，則換熱管穩(wěn)定許用壓力i8.16r (4)接管法蘭形式與尺寸根據(jù)接管的公稱直徑，公稱壓力可以查HG20635-97中的表3-1鋼制管法蘭、墊片、緊固件，選擇帶頸對焊鋼制管法蘭，選用凹凸密封面，其具體形式以及尺寸如圖A，鋼管外徑為114.3mm，A，鋼管外徑為139.7mm，精品文檔B鋼管外徑為133mm。管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一，用來排布換熱管，將管程和殼程的流體分隔開來，避免冷、熱流體混合，并同時受管程、殼程壓力和溫度的作用。由于流體只具有輕微的腐蝕性，故采用工程上常用的Q345R整體管板。 (1)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行清洗和維修，查GB151-1999，換熱器固定端的管板與殼體的連接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。其管板與殼體、管箱的連接具體下圖所示。圖1-12管板與殼體的連接形式查GB151-1999,表16,,管孔直徑為25.25mm,允許偏差為 (2)換熱管與管板的連接Mpa中無劇烈振可修改精品文檔在此，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強度焊。這是因為強度焊加工簡單、焊接結(jié)構(gòu)強度高，抗拉脫力強，在高溫高壓下也能保證連接處的密封性能和抗拉脫能力。 (3)換熱器管板的設(shè)計參數(shù)a計條件殼程設(shè)計壓力p=1.0MPa;s管程設(shè)計壓力p=1.0MPat殼程腐蝕裕量C=2mm;s管程腐蝕裕量C=0mmtb構(gòu)尺寸參數(shù)4；殼程側(cè)管板結(jié)構(gòu)槽深h=0mm；管板側(cè)隔板槽深h=4mm；2夾持管板的殼程法蘭和管箱法蘭采用JB/T4703-2002法蘭—M900-1.0即PN=1.0墊片選用纏繞墊片0954/0922(帶內(nèi)加強環(huán))，按GB150-1998表9-1壓緊面型式選044c料及其設(shè)計數(shù)據(jù)管板材料在設(shè)計溫度(80oC)下許用應力[]t=189MPa，tp許用拉脫應力按GB151表26，得[q]=0.5[]t=0.5×189=94.5MPat (4)換熱器管板設(shè)計計算A．結(jié)構(gòu)參數(shù)計算tdA=A一nd2=489856一472252=258281mm21t44可修改精品文檔D=tA幾=幾0220GtD939.68G1tL〉D4500〉789.95tpstdst~P1.0 (4.4)~P1.0 (4.4)tntaGB151規(guī)定，用于易燃易爆介質(zhì)場合，管板的最小厚度應不小于換熱管外徑6=[max(δ，6)+max(Ch)+max(Ch)](4.5)nmins,1t,2=[max(31.12,19)+max(2,0)+max(2,4)]=[31.12+2+4]=37.12mm可修改精品文檔主要包括外頭蓋封頭的選取，外頭蓋短接的計算，外頭蓋法蘭的選取和外頭蓋側(cè)外頭蓋側(cè)法蘭選用根據(jù)JB4721-92選取外頭蓋側(cè)法蘭，代號：側(cè)法蘭；密封面形式：凸密封面，代13外頭蓋側(cè)法蘭外頭蓋側(cè)法蘭具體結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：表1-9外頭蓋側(cè)法蘭數(shù)據(jù)(單位：mm)DD11DhD362D261D4R6dH05]i為與外頭蓋側(cè)法蘭配對，按JB4703—2000選用凹面法蘭(長頸對焊法蘭)，其結(jié)構(gòu)表1-10外頭蓋法蘭數(shù)據(jù)(單位：mm)可修改精品文檔DhD11D261D362D4R6dHa0墊W7—900—1.0—2JB/T4720表1-11外頭蓋墊片結(jié)構(gòu)尺寸(單位：mm)DDd63墊片、螺母材料匹配表件16Mn1.6開孔補強設(shè)計在該臺浮頭式換熱器上，殼程流體的進出管口在殼體上，管程流體則從前端管箱進入，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孔。開孔之后，出削弱器壁的強度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連接性被破壞，會產(chǎn)生很高的局部應力，會給換熱器的安全操作帶來隱患。因此此時應進行開孔補強的計補強材料在離孔邊一定的距離范圍內(nèi)予以等面積補償。mm系列，可選接管的規(guī)格1)筒體上接管的補強計算方法判別i2可修改精品文檔時，滿足等面積開孔補強計算的適用條件，且因接管(選20號鋼無縫鋼管)已定，故2)開孔所需補強面積強度削弱系數(shù)fr=0.76etnt開孔所需補強面積etr3)有效補強范圍A．有效寬度Bnntnt112nt22 (4)有效補強面積en12 (4.6) (4.6)1eeter可修改精品文檔nc (4.7)A=2h(6_6)f_2h(6_6 (4.7)21ettr2ettr132e123e1.6.2封頭開孔補強計算因為封頭上接管的公稱直徑以及選用材料和筒體上接管一樣，并且封頭的計算厚度與筒體計算厚度也相差不多，故取其補強計算與結(jié)果筒體補強相同。接管位置的選擇在換熱器設(shè)計中，為了使傳熱面積得以充分利用，殼程流體進出口接管應盡量先靠近兩端管板，而管箱進出口接管應盡量靠近管箱法蘭，可縮短管箱殼體長度，減輕設(shè)備重量。然而，為了保證設(shè)備的制造、安裝，管口據(jù)地的距離也不能太靠近，他受最小位置的限制。L1>D/2+(b-4)+C=162/2+50+(40-4)=167mmH可修改精品文檔L2D/2+h+C=156/2+50+200=328mmHf1.7其他零部件設(shè)計設(shè)置折流板的目的是為了提高殼程流體的流速，增加湍動程度，并使管程流體垂直沖刷管束，以改善傳熱，增大殼程流體的傳熱系數(shù)，同時減少結(jié)構(gòu)，而且在臥式換熱器中還起支撐管束的作用。折流板有弓形折流板和環(huán)形折流板兩種形式，其中以弓形擋板應用最多。擋板的形狀和間距對殼程流體的流動和傳熱有重要的作用。弓形擋板的弓形缺口過大或過小都不利于傳熱，還往往會增加流動阻力。通常切去的弓形高度為外殼內(nèi)徑的10—40％，通常用的為20％和25％兩種。擋板應按等間距布置，擋 (1)折流板的選取端選用環(huán)形折流板，中間選用單弓形折流板，上下方向排列，這樣可造成液體的劇烈擾動，增大傳熱膜系數(shù)。流板的最大間距不大于筒體內(nèi)徑，最小間距不小于筒體內(nèi)經(jīng)的1/5，且不小于50mm。取間 (3)折流板的管孔查GB-151表36，折流板和支撐板管孔直徑為25.8mm。對于Ⅱ級換熱管折流板管孔尺 (2)折流板排列可修改精品文檔圖1-15折流板排列示意圖 (3)折流板的布置能靠近殼程進、出口管，其余折流板按等距離布m (12)(2)12定距管的作用是將折流板之間的距離固定下來，并保持它與換熱管垂直。當換熱1.7.3拉桿設(shè)計因換熱管徑為Ф25X2mm，宜采用拉桿定距管結(jié)構(gòu)形式，拉桿和定距管同時起著固定折流板的作用，對于分程槽中心拉桿還可以起到擋管的作用.拉桿應盡量布置在管束的邊緣，對于大直徑的換熱器，不布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應布置適當數(shù)量的拉根據(jù)GB151-1999P，表43和44，應該布置6根拉桿，拉桿的直徑應為75d=16mm；其長度根據(jù)需要而定。拉桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)見下表所示。表1-13拉桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)拉桿拉桿螺紋公稱直徑dn16拉桿直徑d16Lbba20LdnmmL距桿配合圖如下：2精品文檔分程隔板一邊與管箱封頭進行配合，另一邊與固定管板的槽面進行連接。溝槽以安放墊片，保證密封要求。它起著改變介質(zhì)流向，縮小單程流通面積，延長流動距離，增加換熱時間的作用。查GB151-1999，隔板厚度δ=14mm；分層隔板的材料應與管箱材料一樣，采用Q345R，槽寬為12mm。槽深宜不小于4mm.可修可修改精品文檔當管程采用軸向入口或換熱管內(nèi)平均流速超過3m/s時，要設(shè)置防沖板，以減少流sms當殼程進口管流體的(流體密度，Kg/；v——流體速度，m/s)值為下列數(shù)值時，應在殼程進口管處設(shè)置防沖板或者導流筒:很明顯因為殼程走原油，應在殼程進口管處設(shè)置防沖板或者導流筒，查閱《換熱器手冊》第一百八十七頁，H=+i，24H為防沖板在殼體中的位置，單位mmm24用導流筒端至管板的距離應滿足使該處的環(huán)流流通面積不小于導流筒外側(cè)的流通截面積。內(nèi)導流筒外表面距圓筒內(nèi)表面的距離應大于1161=53.7mm，取為60mm；導3 (1)旁路擋板設(shè)計可修改精品文檔 (2)擋管的設(shè)計擋管規(guī)格與換熱管相同，在中間隔板槽設(shè)置3根，與折流板焊接固定；其伸出第一塊和最后一塊折流板的長度均取50mm。查JB/T4712-92選用1200包角重型(BⅠ)焊制、雙筋、帶墊板鞍式支座結(jié)構(gòu)。支座材采用固定F型和滑動S型鞍式支座各一個，靠近管箱側(cè)為固定型，兩支座應設(shè)置LmmLB4-0.6)L此換熱管為滿足殼程接管焊縫與支座焊縫間距的要求，法蘭端面到支座中心線的距離Lc應可修改精品文檔所以L=2250mm符合要求。B其中L1……接管距離尺寸B接管補強圈的外徑……C……接管補強圈外邊緣ba……鞍座墊板半寬鞍座標記為JB/T4712-200，7鞍座BI100F表1-14鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸公稱直徑DNδ2L3450bδL1bδ鞍座質(zhì)量43Kg4ebδ643311第二章浮頭式換熱器的制造工藝2.1總體制造工藝制造工藝：選取換熱設(shè)備的制造材料及牌號，進行材料的化學成分檢驗，機械性能合格后，對鋼板進行矯形，方法包括手工矯形、機械矯形及火焰矯形。具體過程為：備料——劃線——切割——邊緣加工(探傷)——成型——組對——焊接——焊接質(zhì)量檢驗——組裝焊接——壓力試驗m4.圓筒同一斷面上，最大直徑與最小直徑之差為e≤0.5%DN，且由于DN≤5.圓筒直線度允許偏差為L/1000(L為圓筒總長)，且由于此時L=6000mm，則其可修改精品文檔上設(shè)置接管或其他附件而導致殼體變形較大，影響管束順利安裝時，應采取防止變形8.由于焊接后殘余應力較大，因此管箱和封頭法蘭等焊接后，須進行消除應力熱處2.3換熱管的制造工藝1.加工步驟：下料——校直——除銹(清除氧化皮、鐵銹及污垢等雜質(zhì))；3.由于換熱管的材料選為20號鋼，則其管端外表面也應除銹，而且因為采用焊接長度應不小于管外徑，且不小于25mm。2.4管板與折流板的制造工藝傷檢查；管板管孔加工步驟：下料——校平——車削平面外圓及壓緊面——劃線——定位孔加工——鉆孔——倒角；4.管板鉆孔后應抽查不小于60°管板中心角區(qū)域內(nèi)的管孔，在這一區(qū)域內(nèi)允許有差比+0.20大0.15m；——鉆孔(必須使折流板的管孔與管板的管孔中心在同一直線上)——劃線——鉆拉的毛刺?？尚薷木肺臋n第三章浮頭式換熱器的檢驗、制造、安裝、使用和維護3.1換熱器的水壓試驗水壓試驗的目的是為了檢驗換熱器管束單管有否破損，脹口有否松動，所有法蘭接口是否嚴密，而不同管殼式換熱器的水壓試驗的順序不一樣，因此在此特別說明一下浮頭式換熱器的水壓試驗順序：試壓環(huán)，在管箱側(cè)裝試壓法蘭或?qū)⒐芟淦缴w卸下用管箱代替也可以，然后對殼程試壓，檢查脹口是否泄漏，如果從管板的某個管口滴水，則該管已經(jīng)破損，由現(xiàn)場技術(shù)人員決定更換新管或堵