固定管板式換熱器設(shè)計(jì)本科課程設(shè)計(jì)第1章設(shè)計(jì)任務(wù)、思想本設(shè)計(jì)的課題為固定管板式冷卻器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)。其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要選擇既合理又經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)又可以滿足制造、檢修、裝配、運(yùn)輸和維修等要求；而強(qiáng)度計(jì)算的內(nèi)容則應(yīng)包括換熱器材料，確定主要結(jié)構(gòu)尺寸，滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等要求，再根據(jù)設(shè)計(jì)壓力確定壁厚，使換熱器能有足夠的腐蝕強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)盡可能采用先進(jìn)的技術(shù)、國家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使生產(chǎn)既能達(dá)到技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理的要求，又能符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則，具體有以下幾點(diǎn)：(1)根據(jù)GB150—2011《鋼制壓力容器》和GB151—2014《管殼式換熱器》以及JB/T4715—1992等國家標(biāo)準(zhǔn)作為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。(2)應(yīng)滿足工藝還有操作要求，所設(shè)計(jì)出來的流程和設(shè)備能可以保證得到質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)的流程與設(shè)備需要一定操作彈性，可方便進(jìn)行流量和傳熱的調(diào)節(jié)。(3)應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)上的要求，設(shè)計(jì)應(yīng)節(jié)省然熱能和電能的消耗、減少設(shè)備與基礎(chǔ)的費(fèi)用，選擇比較合理的回流比，節(jié)省水蒸氣，設(shè)計(jì)應(yīng)要全面考慮，力求總費(fèi)用盡可能的低一些。(4)應(yīng)保證生產(chǎn)安全，保證換熱器具有一定剛度還有強(qiáng)度。根據(jù)設(shè)計(jì)壓力確定壁厚，再校核其他零部件的強(qiáng)度，進(jìn)行水壓試驗(yàn)，確定容器是否有足夠的腐蝕裕度。第2章?lián)Q熱器的工藝設(shè)計(jì)殼程（進(jìn)/出）管程（進(jìn)/出）物料名稱泵用冷卻水循環(huán)水物料狀態(tài)液/液液/液設(shè)計(jì)壓力MPa1.10.6最高工作壓力MPa1.00.5設(shè)計(jì)溫度℃15060工作溫度℃63/5228/38以下為參考數(shù)據(jù)換熱面積m2400換熱管規(guī)格及管束級別φ25×2.5×6000；Ⅰ類程數(shù)14標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范GB150-2011;GB151-2014本設(shè)計(jì)擬用傳熱管規(guī)格為φ25×2.5，管長為6m，傳熱管數(shù)NT為NT850根公式中符號：d0—換熱管外徑。mmAP—所需換熱面積。M2L—換熱管長。MNT—換熱管總數(shù)。根根據(jù)GB151-2014的規(guī)定，管心距定為32mm橫過管束中心線的管數(shù)本設(shè)計(jì)采用四管程結(jié)構(gòu)，則殼程內(nèi)徑為圓整得D=1100mm第3章?lián)Q熱器零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除光管外，換熱器還可采用各種各樣的強(qiáng)化傳熱管，如翅片管、螺紋管、螺旋槽管等。當(dāng)管內(nèi)直徑兩側(cè)給熱系數(shù)相差較大時(shí)，翅片管的翅片應(yīng)布置在給熱系數(shù)低的一側(cè)。本設(shè)計(jì)選用光管。換熱管常用的尺寸（外徑x壁厚）主要為Φ19mmx2mm、Φ25mmx2.5mm和Φ38mmx2.5mm的無縫鋼管以及Φ25mmx2mm和Φ38mmx2.5mm的不銹鋼管。選用管徑時(shí)，本設(shè)計(jì)給出換熱管規(guī)格φ25×2.5規(guī)格。常用材料有碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅、銅鎳合金、鋁合金、鈦等。此外還有一些非金屬材料，如石墨、陶瓷、聚四氟乙烯等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該根據(jù)工作壓力、溫度和介質(zhì)腐蝕性等選用合適的材料。根據(jù)鋼材標(biāo)準(zhǔn)GB/T700-2006中20號鋼完全可以滿足要求，因此本設(shè)計(jì)換熱器可以選用材料為20號鋼。管子在管板上的排列有正三角形、正方形和正方形錯(cuò)列三種，如圖所示。傳熱管的排列應(yīng)使其在整個(gè)換熱器圓截面上均勻分布，同時(shí)還要考慮流體的性質(zhì)，管箱結(jié)構(gòu)及加工制造等方面的問題。正三角形排列的優(yōu)點(diǎn)：管板的強(qiáng)度高；流體走短路的機(jī)會(huì)少，但是管外流體擾動(dòng)較大，因而對流傳熱系數(shù)較高；相同的殼徑內(nèi)可排列更多的管子；但是正三角形排列管外不易清洗。正方形排列的優(yōu)點(diǎn)是便于清洗列管的外壁，適用于殼程流體易產(chǎn)生污垢的場合；但是在同樣的管板面積上可排列的管子數(shù)量較少。同心圓排列方式優(yōu)點(diǎn)靠近殼體的地方管子分布較均勻，，在殼體直徑較小的換熱管可以排列的傳熱管數(shù)比正三角形排列還多[2]。由于本換熱器流體性質(zhì)屬于比較結(jié)晶和不易結(jié)垢，因此可以采用正三角形排列，如圖（a）所示：圖3-1管子排列形式管板上兩傳熱管的中心距為管心距，管心距的大小主要與傳熱管和管板的連接方式有關(guān)，此外還應(yīng)該考慮管板強(qiáng)度和清洗管外表面時(shí)所需的空間。根據(jù)GB151-2014規(guī)定，管心距定為32mm。折流板顧名思義是用來改變流體流向的板，常用于管殼式換熱器設(shè)計(jì)殼程介質(zhì)流道，根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)和流量以及換熱器大小確定折流板的多少。折流板被設(shè)置在殼程，它既可以提高傳熱效果，還起到支撐管束的作用。常用的折流板和支持板的形式有弓形和圓盤-圓環(huán)形兩種。弓形折流板有單弓形、雙弓形和三弓形三種。在弓形折流板中，流體在板間錯(cuò)流沖刷管子，而流經(jīng)折流板弓形缺口時(shí)是順溜經(jīng)過管子后進(jìn)入下一板間，改變方向，流動(dòng)中死區(qū)較少，比較優(yōu)越，結(jié)構(gòu)較簡單，一般標(biāo)準(zhǔn)換熱器中只采用這種。盤環(huán)形折流板制造不方便，流體在管束中為軸向流動(dòng)，效率較低。而且要求介質(zhì)必須是清潔的，否則沉積物將會(huì)沉積在圓環(huán)的后面，導(dǎo)致傳熱面積失效，一般用于壓力比較高而又清潔的介質(zhì)。因此，本設(shè)計(jì)采用單弓形折流板。弓形折流板缺口高度應(yīng)該使流體通過缺口時(shí)與橫過管束時(shí)的流速相近。缺口大小用切去的弓形弦高占筒體內(nèi)直徑的百分比來確定[1]，單弓形折流板缺口見圖，根據(jù)GB151-2014缺口弦高h(yuǎn)值，宜取0.20～0.45倍的圓筒內(nèi)直徑，取系數(shù)為0.25，切去圓缺高度h=0.25×1100=275mm。圖3-2單弓形折流板折流板外周與殼體內(nèi)徑之間的間隙越小，則殼體流體介質(zhì)在此外的泄漏越小，使傳熱效率提高，但同時(shí)間隙越小，又給制造、安裝帶來困難。根據(jù)GB151-2014選取折流板的名義直徑D＝DN-4.5＝1095.5mm折流板的厚度與殼體直徑、換熱管無支撐長度有關(guān)，根據(jù)GB151-2014折流板最小厚度δ＝4㎜，可選擇δ＝8㎜①折流板的管孔直徑和公差：按照GB151-2014規(guī)定，Ⅰ級管束換熱器折流板管孔直徑d＋0.7＝25+0.7＝25.7㎜及允許偏差+0.30②管孔中心距：折流板上管孔中心距t＝32mm，公差為相鄰兩孔+0.30，任意兩孔為+1.0③管孔加工：折流板上管孔加工后兩段必須倒角0.5×45°。本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)溫度150°和設(shè)計(jì)壓力P＝1.1Mpa，根據(jù)GB150-2011選取材料為Q235-B，其適用范圍：容器設(shè)計(jì)壓力P≤1.60；鋼板使用溫度為20°～300°；用于殼體時(shí)，鋼板的厚度不大于16mm，不得用于毒性程度為極度或高度危險(xiǎn)的介質(zhì)的壓力容器。從傳熱角度考慮，有些換熱器不需要設(shè)置折流板。但為了增加換熱管剛度，防止產(chǎn)生過大撓度或引起管子振動(dòng)，當(dāng)換熱器無支撐跨距超過標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值時(shí)，必須設(shè)置一定數(shù)量支撐板，其形狀與尺寸均按折流板的規(guī)定來處理[1]。常用的拉桿的形式有以下兩種，見下圖。拉桿定距管結(jié)構(gòu)，常適用于換熱管外徑大于或等于19mm的管束拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，其適用于換熱管外徑小于或等于14mm的管束當(dāng)管板較薄時(shí)，采用其他的連接結(jié)構(gòu)。[1]圖3-3拉桿形式本裝置的換熱管外管徑為25㎜，換熱管直徑為1100mm，根據(jù)上述規(guī)定可選用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。（1）拉桿直徑和數(shù)量根據(jù)GB151-2014規(guī)定，拉桿直徑d＝16mm，拉桿數(shù)量為6根。（2）拉桿尺寸拉桿盡量均勻布置在管束的外邊緣。對于大直徑換熱器，在布管區(qū)域內(nèi)或是靠近折流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿，任何折流板都應(yīng)不少于3個(gè)支撐點(diǎn)。防沖板是在換熱器中為了防止流體直接沖刷管子而引起管子振動(dòng)失穩(wěn)和腐蝕而設(shè)置的。防沖板在殼體內(nèi)的位置，應(yīng)使防沖板周邊與殼體內(nèi)壁所形成的流通面積為殼程進(jìn)口接管截面積的1～1.25倍。根據(jù)GB151-2014規(guī)定，防沖板的固定形式為：防沖板的兩側(cè)焊在定距管或拉桿上，也可同時(shí)焊在靠近管板的第一塊折流板上；防沖板焊在圓筒上；用U形螺栓將防沖板固定在換熱管上。根據(jù)GB151-2014規(guī)定，防沖板的最小厚度：當(dāng)殼程進(jìn)口接管直徑小于300㎜時(shí)，對碳鋼、低合金鋼取4.5mm；對不銹鋼取3mm。當(dāng)殼程進(jìn)口接管直徑大于300mm時(shí)，對碳鋼、低合金鋼取6mm；對不銹鋼取4mm。本裝置的殼程進(jìn)口接管直徑為1100mm大于300mm，防沖板的材料為Q235-A，它的厚度取6mm。a)接管宜與殼體內(nèi)表面平齊；b）接管應(yīng)盡量沿?fù)Q熱器的徑向或軸向設(shè)置；c）設(shè)計(jì)溫度高于或等于300°時(shí)，應(yīng)采用對焊法蘭；d）必要時(shí)應(yīng)設(shè)置溫度計(jì)接口，壓力表接口及液面計(jì)接口；e）對于不能利用接管（或接口）進(jìn)行放氣和排液的換熱器，應(yīng)在管程和殼程的最高點(diǎn)設(shè)置放棄口，最低點(diǎn)設(shè)置排液口，其最小公稱直徑為20mm；f）立式換熱器可設(shè)置溢流口。接管伸出殼體（或管箱殼體）外壁的長度，主要考慮法蘭形式，焊接操作條件，螺栓拆裝，有無保溫及保溫厚度等因素決定。一般最短應(yīng)符合下式計(jì)算值式中：h—接管法蘭厚度,mmh1—接管法蘭的螺母厚度,mmδ—保溫層厚度,mmI—接管安裝高度,mm根據(jù)上述要求,求接管高度為:循環(huán)水進(jìn)口接管高度I＝120mm,冷卻水進(jìn)口接管高度I＝120mm,循環(huán)水進(jìn)口接管高度為I＝120mm,循環(huán)水出口高度I＝120mm,管箱排氣口接管高度I＝76mm。管箱的作用是把由管道來的管程流體均勻到各傳熱管把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器。在多管程換熱器中，管箱還起到改變流體流向的作用。無論哪種管箱，其管箱的最小內(nèi)側(cè)深度應(yīng)該滿足這樣的要求：使連接間流體流動(dòng)的橫截面積至少大于或等于單管程通過的截面。其結(jié)構(gòu)型式有以下幾種：⑴A型（平蓋管箱）如圖（a）裝有管箱平蓋（或稱盲板），清洗管程時(shí)只要拆開盲板即可，而不必拆卸整個(gè)管箱和與管箱相連的管路，缺點(diǎn)是盲板機(jī)構(gòu)用材多，且尺寸較大是得用鍛件，耗費(fèi)量大，機(jī)械加工時(shí)，提高了制造成本，并增加了一道密封的泄露的可能，一般多用DN＞900mm的浮頭式換熱器。⑵B型封頭管箱型如圖（b），用于單程或多程管箱，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，適于高壓，清潔介質(zhì)，可省掉一塊造價(jià)高的盲板、法蘭和幾十對螺栓，且橢圓封頭受力情況要比平端蓋好的多，缺點(diǎn)是檢查管子和清洗管程時(shí)必須拆下連接管道和管箱。⑶C型、D型管箱這種形式是管箱一端與殼體及管板連成一體，或是用于可拆管束與管板制成一體的管箱，另一端可采用A型結(jié)構(gòu)，減少了泄露的可能性。一般用的較少，只在高壓情況下使用。本換熱器由于壓力不高，而且管程為4程所以采用B型管箱。管板在換熱器的制造成本中占有相當(dāng)大的比重，管板設(shè)計(jì)與管板上的孔數(shù)、孔徑、孔間距、開孔方式以及管子的連接方式有關(guān)。1本換熱器采用的是選用固定管板兼作法蘭形式的管板。圖3-6管板結(jié)構(gòu)這種管板結(jié)構(gòu)尺寸，在依據(jù)確定的設(shè)計(jì)壓力，殼體內(nèi)徑來選擇或設(shè)計(jì)法蘭，然后根據(jù)法蘭相應(yīng)結(jié)構(gòu)尺寸來確定管板的最大直徑，密封面位置、寬度、螺栓直徑、位置、個(gè)數(shù)等等，根據(jù)上述確定的殼體內(nèi)徑D＝1100mm和設(shè)計(jì)壓力PN＝1.1Mpa，根據(jù)JB4707-2000確定法蘭D＝1260mmD1=1215mmD2=1176mmD3=1156mmD4=1153mmδ=76mmd=27mm。螺柱規(guī)格M24，數(shù)量n=362管板孔直徑和允許公差，由參考得管孔直徑為25.25mm，允許偏差為+0.1503管板材料在選擇管板材料時(shí)，除了考慮力學(xué)性能外，還應(yīng)考慮管程和殼程流體的腐蝕性能，以及管板和換熱管之間電位差對腐蝕的影響。本換熱器所采用的材料是16MnR。封頭屬壓力容器中鍋爐部件的一種。通常是在壓力容器的兩端使用的。再有就是在管道的末端做封堵之用的一種焊接管件產(chǎn)品。壓力容器封頭的種類很多，分為凸形封頭、錐殼、變徑短、平蓋及緊縮口等，其中凸形封頭包括半球形分頭、橢圓形封頭、蝶型風(fēng)頭和球冠形封頭。采用什么樣的封頭要根據(jù)工藝條件的要求、制造的難易程度和材料的消耗等情況來決定。半球形封頭，在均勻壓力作用下，薄壁球形容器的薄膜應(yīng)力分析為相同直徑圓筒的一半，故從受力分析來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但缺點(diǎn)是深度大，直徑小時(shí)，整體沖擊困難，大直徑采用分瓣壓其拼焊工作量較大。半球封頭常采用在高壓容器上。橢圓形封頭是由半個(gè)橢圓面和短圓筒組成的，由于封頭的橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力分布比較均勻，且橢圓形封頭深度較半球封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中、低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭。蝶型封頭是帶折邊的球面封頭，該邊緣彎曲應(yīng)力與薄膜應(yīng)力疊加，使該部分的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他部分，故應(yīng)力狀況不佳。但過度環(huán)殼的存在降低了封頭的深度，方便了成型加工，且壓制蝶型封頭的鋼模加工簡單，使蝶型封頭的應(yīng)用范圍較為廣泛。錐殼，軸對稱錐殼可以分為無折邊錐殼和折邊錐殼，由于結(jié)構(gòu)不連續(xù)，錐殼的應(yīng)力分布并不理想，但是其特殊的結(jié)構(gòu)形式有利于固體顆粒和懸浮或粘稠液體的排放，可作為不同直徑圓筒的中間過渡段，因而在中、低容器中使用較為普遍。對受均勻內(nèi)壓封的強(qiáng)度計(jì)算，由于封頭和圓筒相連接，所以不僅需要考慮封頭本身因內(nèi)壓引起的薄膜應(yīng)力，還考慮與圓筒連接處的不連續(xù)應(yīng)力。連接處總應(yīng)力的大小與封頭的幾何形狀和尺寸，封頭與圓筒厚度的比值大小有關(guān)。法蘭的基本結(jié)構(gòu)形式按組成法蘭的圓筒、法蘭環(huán)及錐頸三部分的整體性程度可分為松式法蘭、整體法蘭和任意式法蘭三種。松式法蘭：指法蘭不直接固定在殼體上或者雖固定而不能保證與殼體作為一個(gè)整體承受螺栓載荷的結(jié)構(gòu)。適用于有色金屬和不銹鋼制設(shè)備或管道上。且法蘭用碳素鋼制作，以節(jié)約貴重金屬。但法蘭剛度小，厚度較厚，一般只適用于壓力較低的場合。整體法蘭：將法蘭與殼體鍛或鑄成一體或經(jīng)全熔透的平焊法蘭，這種結(jié)構(gòu)能保證殼體與法蘭同時(shí)受力，使法蘭厚度可以適當(dāng)減薄，但會(huì)在殼體上產(chǎn)生較大應(yīng)力。其中的帶頸法蘭可以提高法蘭與殼體的連接剛度，適用于壓力、溫度較高的重要場合。任意法蘭：從結(jié)構(gòu)來看，這種法蘭與殼體連成一體，但剛性介于整體法蘭和松式法蘭之間，這類法蘭結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，故在低壓容器或管道中得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)JB/T4702-2000故選用整體式乙型平焊法蘭。設(shè)備墊片主要有：非金屬墊片、纏繞墊片和金屬包墊片。一般情況下，非金屬軟墊片適用于甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭、長頸對焊法蘭，法蘭密封面式為光滑密封或凹凸密封面。纏繞墊片適用于乙型平焊法蘭、長頸對焊法蘭，法蘭密封面式為光滑密封或凹凸密封面以及榫槽密封面。金屬包墊片適用于乙型平焊法蘭、長頸對焊法蘭，法蘭密封面式為光滑密封或凹凸密封面以及榫槽密封面。本換熱器殼程和管程介質(zhì)為泵用冷卻水和循環(huán)水，工作溫度與壓力不高，采用非金屬墊片，可以按照J(rèn)B/T4720進(jìn)行選用與驗(yàn)收。本換熱器是臥式換熱器，換熱器鞍式支座可按JB/T4712選用。鞍式支座在換熱器上的分布應(yīng)按下列原則確定：a）當(dāng)L≦300mm時(shí)，取Ls=（0.4～0.6）Lb)當(dāng)L>3000mm時(shí)取Ls=（0.5～0.7）Lc）盡量使Lc和Lc1相近圖3-7鞍座

第4章?lián)Q熱器的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管子與管板的連接，在管殼換熱器的設(shè)計(jì)中，是一個(gè)比較重要的結(jié)構(gòu)部分。它不僅加工工作量大，而且必須是每個(gè)連接處在設(shè)備的運(yùn)行中，保證介質(zhì)無法泄露及承受介質(zhì)壓力的能力。管子與管板的連接形式有強(qiáng)度脹接、強(qiáng)度焊接與脹焊接的混合結(jié)構(gòu)。無論采用何種連接方式，都必須滿足以下兩個(gè)條件:連接處保證介質(zhì)無泄漏的充分氣密性;承受介質(zhì)壓力的充分結(jié)合力。強(qiáng)度脹接結(jié)構(gòu)簡單，換熱管修補(bǔ)容易。由于脹接管端處在脹接使產(chǎn)生塑性變形，存在著殘余應(yīng)力。不銹鋼管與管板無論壓力大小，溫度高低，一般均采用焊接結(jié)構(gòu)，目的是消除換熱管與管板孔的間隙，從而消除間隙腐蝕。管板與殼體的連接依據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)形式分為可拆連接及不可拆連接。可拆連接主要用于浮頭式，U型管式和填料函式換熱器的固定端管板，不可拆連接在剛性結(jié)構(gòu)換熱器中采用，其兩端管板的內(nèi)側(cè)面直接焊在殼體上，而根據(jù)兩端管板的外側(cè)面連接形式又分為管板兼法蘭和不兼作法蘭。目前用于管側(cè)介質(zhì)壓力及密封性能要求不高的場合即通常稱為固定管板式換熱器；后者多見于管側(cè)壓力很高或密封性能要求也高的高溫高壓換熱器中。本設(shè)備選取了延長部分兼作法蘭的管板。如圖為常見的兼作法蘭的管板與殼體連接結(jié)構(gòu)，根據(jù)具體情況也可選用其他形式的結(jié)構(gòu)。其使用壓力及場合主要根據(jù)焊縫是否焊透及焊縫受力的情況。可焊透結(jié)構(gòu)及對接焊縫使用壓力則較高，反之則較低，如圖（a）為角焊縫，無論采用對接雙面焊，但是進(jìn)行殼程強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，只能依這里的焊縫為最薄弱環(huán)節(jié)取用適于殼體板厚大于10mm，殼程壓力Ps≦1MPa，不適用于易燃、易揮發(fā)及有毒介質(zhì)的場合。圖（b）、（c)形式的焊接質(zhì)量科大大提高，因此適適用在壓力較高（Ps≦4MPa），設(shè)備直徑較大，管板較厚的場合。圖（b）（e）形式的使用壓力更高，一般Ps<4MPa.此時(shí)管板帶有凸肩，其焊接結(jié)構(gòu)性能已由交接變?yōu)閷?，故承載能力更佳。在選定上述結(jié)構(gòu)形式時(shí)，要特別注意殼程介質(zhì)有無間隙腐蝕作用，則只能選擇圖（b）（d）兩種不帶墊板的結(jié)構(gòu)；若殼程節(jié)奏無間隙腐蝕的作用，應(yīng)盡量選擇帶有墊片的存在間隙的結(jié)構(gòu)形式，即圖（c）、（e），它可以保證對接焊縫焊透，焊接質(zhì)量更佳。至于管板上環(huán)形圓角則完全是為了減少應(yīng)力集中。圖4.2.1兼作法蘭的管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)管板與管箱連接多數(shù)是靠法蘭連接的，形式很多，隨著溫度，壓力及耐腐蝕情況下不同而異。在設(shè)計(jì)中應(yīng)合理選擇不同鏈接形式，對設(shè)備的制造，安全及節(jié)約材料有重要的意義。固定管板式換熱器的管板與管箱法蘭的連接形式比較簡單，除了滿足工藝上的要求選擇一定的密封形式外，按壓力、溫度來選擇法蘭的結(jié)構(gòu)形式。如圖所示為三種最常見的固定管板換熱器的管板與管箱法蘭連接形式。圖（a）的結(jié)構(gòu)采用平面密封形式，適用于管程操作壓力小于1.6MPa，且對氣密性要求不高的情況下。圖（b）采用榫槽密封面形式，適于氣密性要求較高的場合，但具有制造要求較高，加工比較困難，墊片窄，安裝不便等缺點(diǎn)，一般在中低壓較少采用，當(dāng)在較高壓下采用時(shí)，法蘭的形式應(yīng)該用長頸法蘭。圖（c）的形式時(shí)最常見，法蘭的密封面采用凹凸面形式，視壓力高低，法蘭形式可分為平焊法蘭，更過為長頸法蘭。根據(jù)本設(shè)備的氣密性要求和加工方便，安裝便利，采用下面的圖（c）連接方式。圖4-1固定管板換熱器的管板與管箱的連接

第5章?lián)Q熱器的強(qiáng)度設(shè)計(jì)與校核16MnR（熱軋），根據(jù)GB150-2011在設(shè)計(jì)壓力1.1MPa和設(shè)計(jì)溫度150℃下的許用力[б]t=170MPa,受壓元件的焊接接頭形式是雙面焊對接接頭或相當(dāng)于雙面焊的全焊透對接接頭，其100%無損檢測下的焊接接頭系數(shù)Φ=1.00，局部無損檢測Φ=0.85，取Φ=1.公稱直徑Di=1100mm，碳鋼的腐蝕余量C2=1mm,鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.8mm計(jì)算厚度δ===3.57mm≈4mm設(shè)計(jì)厚度δd=δ+C2=4+1=5mm名義厚度δn=δd+C1=5+0.8=6mm（根據(jù)GB151-2014規(guī)定低合金鋼圓筒最小厚度為8mm）有效厚度δe=δn-C2-C1=8-1-0.8=6.2mm設(shè)計(jì)溫度下的圓筒的計(jì)算應(yīng)力：бt===98.13MPa<[б]tΦ=170×1=170MPa設(shè)計(jì)溫度下的圓筒最大允許工作應(yīng)力[]===1.91MPa>1.1MPa采用16MnR(熱軋)，根據(jù)GB150-2011在設(shè)計(jì)壓力0.6MPa和設(shè)計(jì)溫度60℃下的許用力[б]t=170MPa,受壓元件的焊接接頭形式是雙面焊對接接頭或相當(dāng)于雙面焊的全焊透對接接頭，其100%無損檢測下的焊接接頭系數(shù)Φ=1.00，局部無損檢測Φ=0.85，取Φ=1.公稱直徑Di=1100mm，碳鋼的腐蝕余量C2=1mm,鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.8mm計(jì)算厚度δ===2.64mm≈3mm設(shè)計(jì)厚度δd=δ+C2=3+1=4mm名義厚度δn=δd+C1=4+0.8=5mm（根據(jù)GB151-2014規(guī)定低合金鋼圓筒最小厚度為8mm）有效厚度δe=δn-C2-C1=8-1-0.8=6.2mm設(shè)計(jì)溫度下的圓筒的計(jì)算應(yīng)力：бt===53.52MPa<[б]tΦ=170×1=170MPa設(shè)計(jì)溫度下的圓筒最大允許工作應(yīng)力[]===1.91MPa>0.6MPa

第6章部分管件零部件的校核計(jì)算延長部分兼作法蘭固定式管板 設(shè)計(jì)計(jì)算條件： 設(shè)計(jì)壓力ps=1.1MPa 設(shè)計(jì)溫度Ts=150 平均金屬溫度ts=101裝配溫度t0=15 材料名稱16MnR(熱軋)設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力[]t =170Mpa 平均金屬溫度下彈性模量Es=1.9×105Mpa 平均金屬溫度下熱膨脹系數(shù)s=1.12×105mm/mm 殼程圓筒內(nèi)徑Di=1100mm殼程圓筒名義厚度=8mm殼程圓筒有效厚度=6.2mm殼體法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量=2.046×105MPa殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積A=0.25Di2=2.827×105mm2殼程圓筒金屬橫截面積As=s(Di+s)=1.528×104mm2設(shè)計(jì)壓力pt=0.6Mpa設(shè)計(jì)溫度Tt=60材料名稱16MnR(熱軋)設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Eh=2.045×105Mpa管箱圓筒名義厚度(管箱為高頸法蘭取法蘭頸部大小端平均值)h=23mm管箱圓筒有效厚度he=19mm管箱法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量=2.045×105Mpa料名稱20(GB8163)管子平均溫度Tt=33設(shè)計(jì)溫度下管子材料許用應(yīng)力=130MPa設(shè)計(jì)溫度下管子材料屈服應(yīng)力=226.2MPa設(shè)計(jì)溫度下管子材料彈性模量=1.912×105MPa平均金屬溫度下管子材料彈性模量=1.918×105MPa平均金屬溫度下管子材料熱膨脹系數(shù)=1.1×105mm/mm管子外徑d=25mm管子壁厚t=2.5mm管子根數(shù)n=850換熱管中心距S=32mm一根管子金屬橫截面積=176.7mm2換熱管長度L=6000mm管子有效長度(兩管板內(nèi)側(cè)間距)L=5920mm管束模數(shù)=4489Mpa管子回轉(zhuǎn)半徑=8.004mm管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度lcr=240mm系數(shù)Cr==129.2 比值=29.99 管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力()時(shí)，[]==32.59MPa管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力()時(shí)，[]==99.99Mpa材料名稱16Mn設(shè)計(jì)溫度=80設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力=150Mpa設(shè)計(jì)溫度下彈性模量=2.038×105MPa管板腐蝕裕量C2=1mm管板輸入厚度n=40mm管板計(jì)算厚度=36mm隔板槽面積(包括拉桿和假管區(qū)面積)Ad=1.68×104mm2 管板強(qiáng)度削弱系數(shù)μ=0.4管板剛度削弱系數(shù)η==0.4 管子加強(qiáng)系數(shù)K=4.898 管板和管子連接型式焊接管板和管子脹接(焊接)高度l=3.5mm脹接許用拉脫應(yīng)力[q]=4Mpa焊接許用拉脫應(yīng)力[q]=65Mpa材料名稱