固定管板式換熱器設(shè)計(jì)-過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

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1、目錄 1.換熱器選型和工藝設(shè)計(jì) 3 1.1設(shè)計(jì)條件 3 1.2換熱器選型 3 1.3工藝設(shè)計(jì) 3 1.3.1傳熱管根數(shù)的確定 4 1.3.2傳熱管排列和分程方法 4 1.3.3殼體內(nèi)徑 4 2 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 4 2.1 管板設(shè)計(jì) 4 2.1.1管板材料和選型 5 2.1.2管板結(jié)構(gòu)尺寸 5 2.1.3管板質(zhì)量計(jì)算 6 2.2法蘭與墊片 6 2.2.1管箱法蘭與管箱墊片 7 2.3 接管 8 2.3.1接管的外伸長(zhǎng)度 9 2.3.2 接管位置設(shè)計(jì) 9 2.3.3 接管法蘭 10 2.4管箱設(shè)計(jì) 12 2.4.1管箱結(jié)構(gòu)形式選擇 12 2.4.

2、2管箱最小長(zhǎng)度 12 2.5 換熱管 13 2.5.1 布管限定圓 13 2.5.2 換熱管與管板的連接 13 2.6 拉桿與定距管 14 2.6.1 拉桿的結(jié)構(gòu)形式 14 2.6.2 拉桿的直徑、數(shù)量及布置 14 2.6.3 定距管 15 2.7防沖板 15 2.7.1防沖板選型 15 2.7.2防沖板尺寸 16 2.8 折流板 16 2.8.1 折流板的型式和尺寸 16 2.8.2 折流板的布置 17 2.8.3 折流板重量計(jì)算 17 3.強(qiáng)度計(jì)算 18 3.1殼體和管箱厚度計(jì)算 18 3.1.1 殼體、管箱和換熱管材料的選擇 18 3.1.2 圓筒殼體

3、厚度的計(jì)算 18 3.1.3 管箱厚度計(jì)算 19 3.2 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 20 3.2.1 殼體上開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 20 3.3 水壓試驗(yàn) 21 3.4支座 21 3.4.1支反力計(jì)算如下： 21 3.4.2 鞍座的型號(hào)及尺寸 23 4焊接工藝設(shè)計(jì) 23 4.1.殼體與焊接 23 4.1 .1殼體焊接順序 23 4.1.2 殼體的縱環(huán)焊縫 24 4.2 換熱管與管板的焊接 24 4.2.1 焊接工藝 25 4.2.2 法蘭與短節(jié)的焊接 25 4.2.3管板與殼體、封頭的焊接 26 4.2.4接管與殼體焊接 27 總結(jié) 28 參考文獻(xiàn) 28 1.換熱器選型和

4、工藝設(shè)計(jì) 1.1設(shè)計(jì)條件 項(xiàng)目 管程 殼程 工作壓力（MPa） 1.7 0.7 工作溫度（℃） 40~150 170~90 介質(zhì) 凈化煤氣 水蒸氣/冷凝水 換熱管尺寸（mm） φ252.5 換熱面積（m2） 90 換熱管長(zhǎng)度（m） 自選 管程數(shù) 2 結(jié)構(gòu)型式 臥式 使用壽命 10年 1.2換熱器選型 管程定性溫度 t=40+1502=95℃ 殼程定性溫度T=170+902=130℃ 管殼程溫差 ?t=T-t=130-95=35℃＜

5、50℃ 故初步選擇不帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器（雙管程）。 根據(jù)介質(zhì)特性初步選擇換熱管材料為20號(hào)碳鋼，殼體材料為Q245R 1.3工藝設(shè)計(jì) 1.3.1傳熱管根數(shù)的確定 已知換熱管外徑do=0.025m，內(nèi)徑di=0.02m，換熱面積S=90m2,管程數(shù)為2。 取換熱管長(zhǎng)l=6m，由S=πdolN得 換熱管數(shù)N=Sπdol=903.14x0.025x6=191 取N=192（根） 1.3.2傳熱管排列和分程方法 由于設(shè)計(jì)要求為雙管程換熱器，故采用組合排列方法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距a=1.25do(焊接) 則 a=1.25x25=

6、31.25 取a=32mm；各程相鄰管的管心距a1=2a2+6=44mm 橫過(guò)管束中心線管數(shù)（正三角形排列）nc=1.1N=1.1x192=15.2≈16 （根） 1.3.3殼體內(nèi)徑 多管程結(jié)構(gòu)取管板利用率η=0.7，則殼體內(nèi)徑為 D=1.05aNη=1.05x32x1920.7=556mm 取D=600mm 1.3.4折流板 由于殼程有水蒸氣冷凝，所以選用垂直切口的弓形（圓缺形）折流板。 a. 圓缺高度h=25%D=25%x600=150mm b. 折流板間距B=15~1D，取B=300mm c. 折流板數(shù)NB=傳熱管長(zhǎng)度/折流板間距-1=6000/300-1=19 塊

7、 2 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 2.1 管板設(shè)計(jì) 2.1.1管板材料和選型 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。管板的設(shè)計(jì)合理與否直接關(guān)系到換熱器的制造成本的高低及綜合性能的優(yōu)劣。由于本設(shè)計(jì)中的流體只具有輕微的腐蝕性，故采用工程上常用的Q2454R板材。固定管板式換熱器常采用管板兼作法蘭，故采用兼作法蘭的管板。 2.1.2管板結(jié)構(gòu)尺寸 由殼程設(shè)計(jì)壓力 ps=1.0MPa, 管程設(shè)計(jì)壓力 pt=2.5MPa；殼體公稱直徑DN=600 查<<換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)>>P155可得管板的

8、結(jié)果尺寸如下 管板尺寸 ps MPa pt MPa DN D D1 D2 D3 D4 D5 C d2 螺栓 b1 b 規(guī)格 數(shù)量n2 1.0 2.5 600 760 715 676 597 663 600 12.5 27 M24 24 38 48 圖2-1 管板結(jié)構(gòu) 2.1.3管板質(zhì)量計(jì)算 do——換熱管外徑25； N——換熱管根數(shù)192； γ——Q245R密度，γ=7850Kg/m3

9、 對(duì)上圖所示的管板結(jié)構(gòu)h取值為0。 其它字母含義和數(shù)值見(jiàn)上圖和管板尺寸表 Q=π4D2-d22xn2xbf+D42x6+D52x4+D32xh-do2xbxNxγ =π47602-272x24x38+6632x6+6002x4-252x48x192x10-9x7850=121Kg 2.2法蘭與墊片 2.2.1管箱法蘭與管箱墊片 （1） 查NB/T 47023-2012壓力容器法蘭可選管箱法蘭為長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，凹凸密封面，材料為鍛件Q245R，其具體尺寸如下：（單位為mm） 圖2-2 凹凸面法

10、蘭結(jié)構(gòu) DN600長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭尺寸 DN 法蘭 螺柱 對(duì)接筒體 最小厚度 D D1 D2 D3 D4 H h a a1 R d 規(guī)格 數(shù)量 600 760 715 676 666 663 42 110 35 21 18 16 26 12 27 M24 24 10 （2）此時(shí)查NB/T4702-2012壓力容器法蘭，根據(jù)設(shè)計(jì)溫度可選擇墊片型式為非金屬包墊片，材料為石棉橡膠板，其尺寸為： 圖2-3 墊片結(jié)構(gòu) 管箱墊片尺寸 PN(Mpa) DN(mm) 外徑D(mm) 內(nèi)徑d(mm

11、) 墊片厚度 2.5 600 665 615 3 2.3 接管 （1）選材 本次設(shè)計(jì)壓力在低壓范圍內(nèi)、工作溫度不高、介質(zhì)腐蝕性弱、接管與殼體焊接連接，為了減少焊接應(yīng)力集中選擇接管材料選用20號(hào)鋼。 （2）接管尺寸規(guī)格 本次設(shè)計(jì)共有8個(gè)接管，由管口公稱直徑，查得接管的外徑和厚度如下 符號(hào) 公稱尺寸 用途 外徑 mm 厚度mm(sch20) A 80 氣體進(jìn)口 89 4.6 B 80 氣體出口 89 4.6 C 80 蒸氣進(jìn)口 89 4.6 D 50 冷凝水出口 60 3.5 E 25 排污口 34 3.5 F

12、 25 排污口 34 3.5 G 25 排氣口 34 3.5 H 25 排氣口 34 3.5 2.3.1接管的外伸長(zhǎng)度 根據(jù)接管公稱直徑和厚度查《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》P142表1-6-6可得，接管A、B、C、D、E、F、G、H伸出長(zhǎng)度都可以取150mm。 2.3.2 接管位置設(shè)計(jì) 在換熱器設(shè)計(jì)中，為了使傳熱面積得以充分利用，殼程流體進(jìn)、出口接管應(yīng)盡量接近兩端管板，而管箱進(jìn)、出口接管盡量靠近管箱法蘭，可縮短管箱、殼體長(zhǎng)度，減輕設(shè)備重量。然而，為了保證設(shè)備的制造安裝，管口距地的距離也不能靠得太近，它受到最小位置的限制。 （1） 殼程接管位置的最小尺寸 殼程

13、接管位置最小尺寸即接管中心線到管板密封面的距離如圖2-3所示. 圖2-4 殼體接管的位置 對(duì)接管C(蒸汽進(jìn)口),由于是無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu),可以按照下面的公式計(jì)算 L1≥dh2+b-4+C=892+48-4+30=118.5mm 取L1=120mm。 由于殼體接管F,H外徑都小于89,其相應(yīng)的L1小于118.5mm,故取接管C、接管F、接管H的L1=120 dh=89mm，為接管外徑； b為管板厚度； C——管外壁至管板（或法蘭）與殼體連接焊縫之間的距離，計(jì)算中 取C≥4S（S為殼體厚度，mm），且； (2)管箱接管位置的最小尺寸 管層接管位置是指接管中心到法蘭密封面的

14、距離如圖3-4所示 圖2-5 管箱接位置 無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈按下面公式計(jì)算 L2≥dh2+hf+C=892+110+30=184.5mm ；取L2=185mm； 同理，對(duì)管程接管Ｂ、E、G，取L2=185mm hf為法蘭高度,由前可知hf=H=110mm 2.3.3 接管法蘭 （1）接管法蘭的材料 為取材方便，選接管法蘭材料為Q245R （2） 法蘭類型和密封面形式 由HG/T20592~20653-2009鋼制管法蘭、墊片和緊固件可知，PN≤2.5MPa，可以選用板式平焊法蘭（PL ）、密封面形式選用全平面（FF）如圖2-6 圖2-6 全

15、平面管法蘭 （3） 法蘭結(jié)構(gòu)尺寸 法蘭結(jié)構(gòu)圖如圖2-7所示 圖2-7 板式平焊管制法蘭 A1為接管外徑 查得法蘭的尺寸如下表 公稱尺寸 DN 連接尺寸 法蘭 厚度 C 法蘭 內(nèi)徑B1 （B） 法蘭 外徑 D 螺栓孔中心圓直徑K 螺栓孔 直徑 L 螺栓 Th 螺栓孔 數(shù)量 N（個(gè)） 25 100 75 11 M10 4 14 33 50 140 110 14 M12 4 16 59 80 190 150 18 M16 4 18 91 2.4管箱設(shè)計(jì)

16、2.4.1管箱結(jié)構(gòu)形式選擇 B型封頭管箱型,用于單程或多程管箱,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便與制造,適于高壓清潔的介質(zhì),可省掉一塊造價(jià)高的盲板、法蘭和幾十對(duì)螺栓，橢圓型封頭受力情況比平端蓋好得多。故選用此結(jié)構(gòu)管箱。 管箱結(jié)構(gòu)尺寸確定 2.4.2管箱最小長(zhǎng)度 前端管箱 由于換熱器為二管程，其最小管箱長(zhǎng)度可按相鄰焊縫間距計(jì)算 Lg min≥L2+L3+L4=185+100+183=468mm L2 在管箱接管最小位置一節(jié)已算出為185mm； L3為接管軸線到殼體與封頭焊縫間距離，這里取L3=100mm； L4為封頭高度，根據(jù)DN=600，查GB/T25198-2010 《壓力容器封頭》可得=h1

17、+h2175mm 考慮封頭厚度L4=h1+h2+Sp=150+25+8=183mm h1為封頭曲面高度，h2為封頭直邊高度，Sp為封頭厚度（第三節(jié)強(qiáng)度計(jì)算中得出） 取管箱長(zhǎng)度為470mm；（后端管箱長(zhǎng)度同前端管箱，見(jiàn)裝配圖） 則L3取102mm； 管箱短節(jié)長(zhǎng)度ld=L2+L3=185+102=287mm。 由于是多管程換熱器，故此處需要用到分程隔板。 查GB151-2014可知：分程隔板槽槽深，槽寬為12mm，且分程隔板的最小厚度為10mm 2.5 換熱管 換熱管的規(guī)格為?252.5，材料選為20號(hào)碳鋼。 2.5.1 布管限定圓 布管限定圓DL為管束最外層換熱管

18、中心圓直徑，其由下式確定： DL=Di-2b3 查GB151-2014可知，d3?0.25d=6.25,且b3?8mm 取b3=10mm,則 DL=600-2x10=580mm 。 2.5.2 換熱管與管板的連接 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。 強(qiáng)度脹接主要適用于設(shè)計(jì)壓力小≤2.5Mpa；設(shè)計(jì)溫度≤200℃；操作中無(wú)劇烈振動(dòng)、無(wú)過(guò)大的溫度波動(dòng)及無(wú)明顯應(yīng)力腐蝕等場(chǎng)合。 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。脹焊并用主要用于密封

19、性能要求較高；承受振動(dòng)和疲勞載荷；有縫隙腐蝕；需采用復(fù)合管板等的場(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。這是因?yàn)閺?qiáng)度焊加工簡(jiǎn)單、焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)，在高溫高壓下也能保證連接處的密封性能和抗拉脫能力。 2.6 拉桿與定距管 2.6.1 拉桿的結(jié)構(gòu)形式 常用拉桿的形式有三種： 1) 拉桿定距管結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑大于或等于19mm的管束， （按 GB151-2014規(guī)定）； 2) 拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑小于或等于14mm的管束，； 3) 當(dāng)管板比較薄時(shí)，也可采用其他的連接結(jié)構(gòu)。

20、 由于此時(shí)換熱管的外徑為25mm，因此選用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)拉桿一端用螺紋擰入管板，每?jī)蓧K折流板之間的距離用定居管固定，最后一塊折流板用兩個(gè)螺母擰緊固定。 2.6.2 拉桿的直徑、數(shù)量及布置 其具體尺寸如下所示： 表2-1 拉桿的參數(shù) 拉桿的直徑d 拉桿螺紋公稱直徑dn Ｌa Ｌb b 拉桿的數(shù)量 16 16 20 ≥60 2 4 其中拉桿的長(zhǎng)度L按需要確定。 拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。若對(duì)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，任何折流板應(yīng)不少于3個(gè)支承點(diǎn)。 對(duì)于本臺(tái)換熱器拉桿的布置可參照零件圖。 2.6

21、.3 定距管 定距管的規(guī)格同換熱管，其長(zhǎng)度同實(shí)際需要確定。本臺(tái)換熱器定距管的布置可以參照部件圖。 2.7防沖板 由于殼程進(jìn)入介質(zhì)為水蒸氣，會(huì)對(duì)入口出的換熱器表面進(jìn)行沖擊，故應(yīng)在流體入口處裝置防沖板。 2.7.1防沖板選型 防沖板采用下圖（d）所示結(jié)構(gòu) 這種形式常用于殼體內(nèi)徑大于325mm時(shí)的折流板左、右缺口和殼體內(nèi)徑小于600mm時(shí)的折流板上、下缺口的換熱器。本次設(shè)計(jì)殼體內(nèi)徑為600mm,缺口為左右缺口，故選擇此結(jié)構(gòu)。 2.7.2防沖板尺寸 防沖板攝于蒸汽進(jìn)口接管處，即接管C處。對(duì)接管C，DN=80；查的外徑Do=89mm 則H1=14~13Do=

22、（22.25~29.67）mm ,取H1=25mm。 防沖板邊長(zhǎng)W、L（上圖（f））應(yīng)大于接管外徑50mm,即為139mm。取W=160mm,L=140mm。 防沖板最小厚度Do<300; 碳鋼,低合金鋼為4.5mm。為取材方便，取防沖擋板材料為Q245R。 取防沖板厚度為5mm。 2.8 折流板 2.8.1 折流板的型式和尺寸 為方便選材，可選折流板的材料選為Q245R，由前可知，弓形缺口高度為150mm，折流板間距為300mm，數(shù)量為19塊，查GB151-2014表6-21可知折流板的最小厚度為4mm，故此時(shí)可選其厚度為6mm。同時(shí)查GB151-2014表6-20可知折流板

23、名義外直徑為DN-4.5=595.5mm。 2.8.2 折流板的布置 一般應(yīng)使管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進(jìn)、出口管，其余折流板按等距離布置?？拷馨宓恼哿靼迮c管板間的距離l應(yīng)按下式計(jì)算： l=L1+B22-b-4=150+1602-48-4=186mm； 其中：L1——?dú)こ探庸芪恢玫淖钚〕叽纾琺m； b——管板的名義厚度，mm； B2——為防沖板長(zhǎng)度，由前可知其值為160mm 2.8.3 折流板重量計(jì)算 符號(hào)說(shuō)明如下： Q——折流板質(zhì)量，kg； Da——折流板外圓直徑，； Af——折流板切去部分的弓形面積，Af=Da2C，；

24、 C——系數(shù)，由haDa查表求?。? ha——折流板切去部分的弓形高度，mm； d1——管孔直徑，mm； d2——拉桿孔直徑，mm； n1——管孔數(shù)量； n2——拉桿孔數(shù)量； δ——折流板厚度，mm； γ——Q245R密度，γ=7850Kg/m3。 計(jì)算過(guò)程如下 haDa=150595.5=0.252，查得C=0.15528 ； Af=Da2C=595.520.15528=55065mm2 ； Q=[π4Da2-Af-π4d12.n1+π4d22.n2]δγ =π4595.52-55065-π4252192+π

25、41624x6x10-9x7850 =6.04kg 3.強(qiáng)度計(jì)算 3.1殼體和管箱厚度計(jì)算 3.1.1 殼體、管箱和換熱管材料的選擇 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Q245R為殼體與管箱的材料。 Q245R是低碳低合金鋼，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和制造工藝性能，其強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性、低溫和高溫性能均優(yōu)于相同含碳量的碳素鋼，同時(shí)采用低合金鋼可以減少容器的厚度，減輕重量，節(jié)約鋼材。 管程介質(zhì)為水煤氣輕微腐蝕，一般取換熱管材料為20號(hào)碳鋼。 3.1.2 圓筒殼體厚度的計(jì)算 焊接方式：選為雙面焊對(duì)接接

26、頭，100%無(wú)損探傷，故焊接系數(shù)?=1.0； 根據(jù)《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》第三版P115可知Q245R鋼板負(fù)偏差C1=0.3mm，取腐蝕余量C2=2mm 殼程條件（厚度為6～16mm時(shí)） pc=1.1pw=1.1x0.7=0.77MPa 設(shè)計(jì)溫度 ts=170℃ 筒體材料Q245R 許用應(yīng)力 【σ】t=136.4MPa 屈服點(diǎn) σs=245MPa 常溫許用應(yīng)力 【σ】=148MPa 殼體計(jì)算厚度按下式計(jì)算為： δ=PcDi2[σ]t?-Pc=0.776002136.41-0.77=1.7mm；

27、 (3-1) 設(shè)計(jì)厚度為： δd=δ+C2=1.7+2=3.7mm ； (3-2) 名義厚度δn=δd+C1+?=6mm(其中?為向上圓整量) ； (3-3) 查其最小厚度為6mm，則此時(shí)厚度滿足要求，且經(jīng)檢查，沒(méi)有變化，故合適。 3.1.3 管箱厚度計(jì)算 管箱由兩部分組成：短節(jié)與封頭；由2.4管箱設(shè)計(jì)部分可知為管箱為B型封頭管箱型,取封頭管箱材料Q245R。 管程條件 pc=1.1pw=1.1*1.7=1.87MPa 設(shè)計(jì)溫度 tt=150℃ 封頭管箱材料Q245R 許用應(yīng)力 【σ】t=140MPa

28、 屈服點(diǎn) σs=245MPa 常溫許用應(yīng)力 【σ】=148MPa 此時(shí)選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故，且C1=0.3，C2=2mm，則封頭計(jì)算厚度為： δh=KPcDi2[σ]t?-0.5Pc=11.8760021401-0.51.87=4.02mm ； (3-4) 設(shè)計(jì)厚度 δdh=δh+C2=4.02+2=6.02mm ; (3-5) GB151中規(guī)定的最小厚度 7.00 mm， 故名義厚度 δnh=δdh+C1+?=8 mm （?為向上圓整量）； 經(jīng)檢查，沒(méi)有變化，故合適。 查GB/

29、T25198-2010 《壓力容器封頭》可得封頭的型號(hào)參數(shù)如下 EHA標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭參數(shù) DN(mm) 總深度H(mm) 內(nèi)表面積A(㎡) 容積(m3) 封頭質(zhì)量（㎏） 600 175 0.4374 0.0353 27.5 短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為8mm。 3.2 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 在該臺(tái)固定管板式換熱器上，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。開(kāi)孔之后，出削弱器壁的強(qiáng)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(huì)產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，會(huì)給換熱器的安全操作帶來(lái)隱患。因此此時(shí)應(yīng)進(jìn)行

30、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算。 由于管程入口和出口，殼程出入口公稱直徑均為80mm，按照厚度系列，可選接管的規(guī)格為?894.6，接管的材料選為20號(hào)鋼。 3.2.1 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： 補(bǔ)強(qiáng)判別：根據(jù)GB150表8-1，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是Φ89，本換熱器最大接管外徑為89mm，因此不需要另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。 3.3 水壓試驗(yàn) 對(duì)于壓力容器而言,水壓試驗(yàn)是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，其主要檢驗(yàn)壓力容器密封、承壓等性能。水壓試驗(yàn)壓力應(yīng)以能考核承壓部件的強(qiáng)度，暴露其缺陷，但又不損害承壓部件為佳。通常規(guī)定，承壓部件在水壓試驗(yàn)壓力下的薄膜應(yīng)力不得超過(guò)材料在試驗(yàn)

31、溫度下屈服極限的90％。壓力容器水壓試驗(yàn)后，無(wú)滲漏、無(wú)可見(jiàn)的異常變形，試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)異常的響聲，則認(rèn)為水壓試驗(yàn)合格。 對(duì)于本設(shè)計(jì)而言：設(shè)試驗(yàn)溫度為常溫，則有 pT=1.25pc[σ]σt=1.25x0.77x148136.4=1.04MPa 有效厚度δe=δn-C1-C2=6-2-0.3=3.7mm 則校核水壓試驗(yàn)時(shí)圓筒的薄膜壓力σT： σT=PT(Di+δe)2δe=1.04(600+3.7)23.7 =84.8<0.9?δs=0.91245=220.5MPa 則

32、說(shuō)明，壓力容器承壓部件滿足設(shè)計(jì)壓力要求。 3.4支座 選擇鞍座應(yīng)首先計(jì)算支座反力，再根據(jù)支反力選擇合適的鞍座 3.4.1支反力計(jì)算如下： 管板的質(zhì)量：m1=121+121=242kg ； (3-72) 圓筒的質(zhì)量： m2=π4[Di+2δn2-Di2]Lγ (3-73) =π4 [600+2x62-6002]6287x10-97850 =563kg ； 式中：L——是指換熱器中相當(dāng)于圓筒的部分的總長(zhǎng)度，包括了殼體

33、的有效長(zhǎng)度與前后端管箱的短節(jié)部分（雖然短節(jié)部分厚度與筒體厚度相差2mm,為了簡(jiǎn)化問(wèn)題這里近似認(rèn)為短節(jié)部分和筒體厚度都為6mm）； γ——是指材料的密度，由于殼體與管箱的材料均選用Q245R，故γ=7850Kg/m3。 封頭的質(zhì)量：m3=27.5+27.5=55kg； 附件（如接管、法蘭等）質(zhì)量取為全部質(zhì)量的20%： m4=20%m1+m2+m3 =0.2242+563+55 =172kg （3-76）

34、圓筒的體積：V1=π4Di2L=π46002628010-9 =1.77m2； （3-77） 封頭的體積：V2=20.0353=0.0706m3； （3-78） 故總體積為：V=V1+V2=1.77+0.0706=1.8406m3； （3-79） 水壓試驗(yàn)時(shí)充液重量： m5=ρiV=9981.8406=1837kg； ρi為20℃時(shí)水的密度。 水壓試驗(yàn)時(shí)總質(zhì)量： m=m1+m2+m3+m4+m5 =2

35、42+563+55+172+1837 =2869kg； 水壓試驗(yàn)時(shí)單位長(zhǎng)度載荷： q=mgL+43H=28699.86287+17543=4.3N/mm； （3-82） 水壓試驗(yàn)時(shí)支座反力：F=12mg=1228699.8=14058N； 3.4.2 鞍座的型號(hào)及尺寸 （1）根據(jù)支反力查JB/T4712.1-2007選擇DN500mm～900mm、120包角重型帶墊板鞍式支座,鞍座高度 h=200mm 。 記為: JB/T4712.1-2007 鞍座 B Ⅰ600——Ｆ/S 表3-7 鞍座尺寸 公稱 直徑 ＤＮ 允許

36、 載荷 Q(KN) 底板 腹板 筋板 墊板 螺栓 間距l(xiāng)2 鞍座 質(zhì)量 （kg） 增加100mm 高度增加的 質(zhì)量（kg） l1 b1 l3 b3 弧 長(zhǎng) b4 e 600 165 550 150 10 8 300 120 8 710 240 6 56 400 25 5 （2）兩支座設(shè)置在換熱管束長(zhǎng)度范圍內(nèi)的適當(dāng)位置，當(dāng)L>3000mm時(shí)，取兩支座距離LB=（0.5~0.7）L 這里取LB=23L=4000mm 4焊接工藝設(shè)計(jì) 4.1.殼體與焊接 4.1 .1殼體焊接順序

37、 焊接殼體時(shí)，應(yīng)先焊筒節(jié)縱縫，焊好后校圓，再組裝焊接環(huán)縫。要注意的是必須先焊縱縫后焊環(huán)縫，因?yàn)槿粝葘h(huán)縫焊好再焊縱縫時(shí)筒體的膨脹和收縮都要受到環(huán)縫的限制，其結(jié)果會(huì)引起過(guò)大的應(yīng)力，甚至產(chǎn)生裂紋。 每條焊縫的焊接次序是先焊筒體里面，焊完后從外面用碳弧氣刨清理焊根，將容易產(chǎn)生裂紋和氣孔的第一層焊縫基本刨掉，經(jīng)磁粉或著色探傷確信沒(méi)有缺陷存在后再焊外側(cè)。 圖4-1 4.1.2 殼體的縱環(huán)焊縫 殼體的材料為Q245R，其可焊性較好。焊前不需要進(jìn)行預(yù)熱，采用埋弧自動(dòng)焊，開(kāi)V型坡口，采用H08Mn2焊絲和HJ431焊劑，焊完后需將

38、其加熱到600～650℃，要進(jìn)行焊后熱處理，以消除殘余應(yīng)力，而且也可軟化淬硬部位，提高韌性。 4.2 換熱管與管板的焊接 4.2.1 焊接工藝 換熱管與管板的焊接一般采用手工電弧焊，也廣泛采用惰性氣體保護(hù)焊，在此選擇其焊接方式為手工電弧焊。管子的材料為20號(hào)鋼，而管板的材料為鍛件Q245R，兩者的焊接性能都較好，由于管板厚度較大，此時(shí)應(yīng)進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100～200℃，選用焊條J506，焊后熱處理溫度為600～650℃，以消除殘余應(yīng)力。 焊縫圖如下 圖4-2 4.2.2 法蘭與短節(jié)的焊接 法蘭與筒體的焊

39、接屬于C類接頭。法蘭的材料為鍛件Q245R，筒體的材料為Q245R，其具有良好的綜合機(jī)械性能和焊接性能，此時(shí)可以采用埋弧自動(dòng)焊，焊絲為H10MnSiA，焊劑為HJ250，焊后需要進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，需要將熱處理溫度控制在550～650℃。 圖4-3 4.2.3管板與殼體、封頭的焊接 管板、殼體、封頭三者材料全是Q245R，三者的焊接性能都較好而且焊接應(yīng)力不大，在此選擇其焊接方式為埋弧自動(dòng)焊。但由于管板厚度較大，此時(shí)應(yīng)進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100～200℃，選擇焊絲為HO8A，焊劑為HJ431，焊后熱處理溫度為600～640℃，以消除殘余應(yīng)力。其焊接結(jié)構(gòu)如下所示：

40、 圖4-4 4.2.4接管與殼體焊接 接管材料為20號(hào)鋼，,殼體的材料為Q245R，二者可焊性較好。焊前不需要進(jìn)行預(yù)熱，采用埋弧自動(dòng)焊，開(kāi)V型坡口，采用H08A焊絲和HJ431焊劑，接管和殼體厚度都只有10mm,所以焊完后不需要進(jìn)行焊后熱處理。接管采用插入式焊接如下： 圖4-5  總結(jié) 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)我更加深刻地了解了換熱器的結(jié)構(gòu)和部件,對(duì)國(guó)標(biāo)的查詢更加熟練,鍛煉了邏輯思維能力。 同時(shí)復(fù)習(xí)了法蘭、封頭、支座等部件的標(biāo)記格式，運(yùn)用了很多以前學(xué)過(guò)的知識(shí)，做到了學(xué)以致用。 通過(guò)用CAD畫裝備圖，提高了CAD的運(yùn)用能力。 參考文獻(xiàn) 【1】 王志魁，《化工原理》第四版，北京，2010，化學(xué)工業(yè)出版社 【2】 馬江權(quán)，《化工原理課程設(shè)計(jì)》第二版，北京，2011，中國(guó)石化出版社 【3】 林大鈞，《化工制圖》第二版，北京，2010，高等教育出版社 【4】錢頌文，《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》，北京，化學(xué)工業(yè)出版社， 【5】鄭津洋，《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》第三版，北京，2010，化學(xué)工業(yè)出版社 【6】匡國(guó)柱，《化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》，北京，2002，化學(xué)工業(yè)出版社