摘要本課題研究的目的主要是針對給定的固定管板式換熱器設計要求，通過查閱資料、分析設計條件，以及換熱器的傳熱計算、壁厚設計和強度校核等設計，基本確定固定管板式換熱器的結構。通過分析固定管板式換熱器的設計條件，確定設計步驟。對固定管板式換熱器筒體、封頭、管板等部件的材料選擇、壁厚計算和強度校核。對固定管板式換熱器前端管箱、后端管箱、傳熱管和管板等結構進行設計，對換熱器進行開孔補強校核。繪制符合設計要求的固定管板式換熱器的圖紙，給出相關的技術要求；在固定管板換熱器的結構設計過程中，要參考相關的標準進行設計，比如GB150、GB151，使設計能夠符合相關標準。同時要是設計的結構滿足生產的需要，達到安全生產的要求。通過設計過程達到熟悉了解換熱器各部分結構特點及工作原理的目的。關鍵詞換熱器；固定管板；設計；強度目錄摘要I1緒論112固定管板換熱器介紹213本課題的研究目的和意義314換熱器的發展歷史42產品冷卻器結構設計的總體計算621產品冷卻器設計條件622前端管箱計算8221前端管箱筒體計算8222前端管箱封頭計算1023后端管箱計算11231后端管箱筒體計算11232后端管箱封頭計算1324殼程圓筒計算133各部分強度校核1531開孔補強計算1532殼程圓筒校核1833管箱圓筒校核194換熱管及法蘭的設計2041換熱管設計2042管板設計2143管箱法蘭設計2244殼體法蘭設計2445各項系數計算275產品冷卻器制造過程簡介3451總則3452零部件的制造34結論43參考文獻44致謝441緒論11換熱器的作用及分類在工業生產中，換熱設備的主要作用是使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到工藝過程規定的指標，以滿足工藝過程上的需要。此外，換熱設備也是回收余熱、廢熱特別是低位熱能的有效裝置。例如，煙道氣、高爐爐氣、需要冷卻的化學反應工藝氣等余熱，通過余熱鍋爐可生產壓力蒸汽，作為供熱、供氣、發電和動力的輔助能源，從而提高熱能的總利用率，降低燃料消耗和電耗，提高工業生產經濟效益。換熱器還廣泛應用于化工、石油、動力和原子能等工業部門。它的主要功能是保證工藝過程對介質所要求的特定溫度，同時也是提高能源利用率的主要設備之一,應用甚為廣泛。按換熱設備熱傳遞原理或換熱方式分類，可分為以下幾種主要形式。（1）直接接觸式換熱器這類換熱器又稱混合式換熱器。這類換熱器具有傳熱效率高、單位容積提供的傳熱面積大、設備結構簡單、價格便宜等優點，但僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場合。（2）蓄熱式換熱器這類換熱器又稱為回熱式換熱器。蓄熱式換熱器結構緊湊、價格便宜、單位體積傳熱面大，故較適用于氣氣熱交換的場合。如回轉式空氣預熱器就是一種蓄熱式換熱器。、（3）間壁式換熱器這類換熱器又稱表面式換熱器。間壁式換熱器式工業生產中應用較為廣泛的換熱器，其形式多種多樣，如常見的管殼式換熱器和板式換熱器都屬于間壁式換熱器。（4）中間載熱體式換熱器這類換熱器是把兩個間壁式換熱器由在其中循環的載熱體連接起來的換熱器。載熱體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器之間循環，在高溫流體換熱器中吸收熱量，在低溫流體換熱器中把熱量釋放給低溫流體，如熱管式換熱器。按傳熱表面結構特點分類（1）管式套管式、殼管式、蛇管式（2）板式（3）擴展表面式板翅式、翅片管式及管帶式（4）蓄熱式按流程又可以分為單流程和多流程。12固定管板換熱器介紹固定管板式換熱器的兩端管板采用焊接方法與殼體連接固定。換熱管可為光管或低翅管。其結構簡單，制造成本低，能得到較小的殼體內徑，管程可分成多樣，殼程也可用縱向隔板分成多程，規格范圍廣，故在工程中廣泛應用。固定管板式換熱器主要特點固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、頂蓋（又稱封頭）等部件構成。在圓形外殼內，裝入平行管束，管束兩端用焊接或脹接的方法固定在管板上，兩塊管板與外管直接焊接，裝有進口或出口管的頂蓋用螺栓與外殼兩端法蘭相連。它的特點是結構簡單，沒有殼側密封連接，相同的殼體內徑排管最多，在有折流板的流動中旁路最小，管程可以分成任何管程數，因兩個管板由管子互相支撐，故在各種管殼式換熱器中它的管板最薄，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。當冷熱兩種流體的平均溫差較大，或殼體和傳熱管材料膨脹系數相差較大，熱應力超過材料的許用應力時，在殼體上需設膨脹節，由于膨脹節強度的限制，殼程壓力不能太高。這種換熱器適用于兩種介質溫差不大，或溫差較大但殼程壓力不高，及殼程介質清潔，不易結垢的場合。13本課題的研究目的和意義換熱器的基建投資在一般化工、石化企業中約占設備總投資的20,其中固定管板式換熱器約占換熱器的70。固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當兩流體的溫度差較大時，在外殼的適當位置上焊上一個補償圈，（或膨脹節）。當殼體和管束熱膨脹不同時，補償圈發生緩慢的彈性變形來補償因溫差應力引起的熱膨脹。特點結構簡單，造價低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結垢的物料。固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成。固定管板式換熱器的結構特點是在殼體中設置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進出口管直接和封頭焊在一起，管束內根據換熱管的長度設置了若干塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數。固定管板式換熱器結構簡單，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，殼程也可以分成雙程，規格范圍廣，故在工程上廣泛應用。殼程清洗困難，對于較臟或有腐蝕性的介質不宜采用。當膨脹之差較大時，可在殼體上設置膨脹節，以減少因管、殼程溫差而產生的熱應力。本課題所設計的冷卻器屬于固定管板換熱器，是針對給定的設計參數，按照相關規定的要求，通過壁厚計算和強度校核等，設計固定管板式換熱器產品。熟悉壓力容器設計的基本要求，掌握固定管板式換熱器的常規設計方法，把所學的知識應用到實際的工程設計中去，為以后的工作和學習打下扎實的基礎。14換熱器的發展歷史二十世紀20年代出現板式換熱器，并應用于食品工業。以板代管制成的換熱器，結構緊湊，傳熱效果好，因此陸續發展為多種形式。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，由于空間技術和尖端科學的迅速發展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術的發展，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展和廣泛應用。此外，自60年代開始，為了適應高溫和高壓條件下的換熱和節能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進一步的發展。70年代中期，為了強化傳熱，在研究和發展熱管的基礎上又創制出熱管式換熱器。換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類。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。由于兩流體混合換熱后必須及時分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，化工廠和發電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠兩流體本身的密度差得以及時分離。蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經蓄熱室中的蓄熱體填料表面，從而進行熱量交換的換熱器，如煉焦爐下方預熱空氣的蓄熱室。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。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，這類換熱器應用最廣。間壁式換熱器根據傳熱面的結構不同可分為管式、板面式和其他型式。管式換熱器以管子表面作為傳熱面，包括蛇管式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器等；板面式換熱器以板面作為傳熱面，包括板式換熱器、螺旋板換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等；其他型式換熱器是為滿足某些特殊要求而設計的換熱器，如刮面式換熱器、轉盤式換熱器和空氣冷卻器等。換熱器中流體的相對流向一般有順流和逆流兩種。順流時，入口處兩流體的溫差最大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為最小。逆流時，沿傳熱表面兩流體的溫差分布較均勻。在冷、熱流體的進出口溫度一定的條件下，當兩種流體都無相變時，以逆流的平均溫差最大順流最小。在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差增大，換熱器的傳熱面積減小；若傳熱面積不變，采用逆流時可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。前者可節省設備費，后者可節省操作費，故在設計或生產使用中應盡量采用逆流換熱。當冷、熱流體兩者或其中一種有物相變化沸騰或冷凝時，由于相變時只放出或吸收汽化潛熱，流體本身的溫度并無變化，因此流體的進出口溫度相等，這時兩流體的溫差就與流體的流向選擇無關了。除順流和逆流這兩種流向外，還有錯流和折流等流向。在傳熱過程中，降低間壁式換熱器中的熱阻，以提高傳熱系數是一個重要的問題。熱阻主要來源于間壁兩側粘滯于傳熱面上的流體薄層稱為邊界層，和換熱器使用中在壁兩側形成的污垢層，金屬壁的熱阻相對較小。增加流體的流速和擾動性，可減薄邊界層，降低熱阻提高給熱系數。但增加流體流速會使能量消耗增加，故設計時應在減小熱阻和降低能耗之間作合理的協調。為了降低污垢的熱阻，可設法延緩污垢的形成，并定期清洗傳熱面。一般換熱器都用金屬材料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的材料；銅、鋁及其合金多用于制造低溫換熱器；鎳合金則用于高溫條件下；非金屬材料除制作換熱器等。2產品冷卻器結構設計的總體計算21產品冷卻器設計條件圖21冷卻器見圖1前端管箱封頭2前端管箱筒體3管板4管箱法蘭5殼體法蘭6殼程筒體7換熱管8殼程筒體開孔法蘭9管箱筒體開孔法蘭10后端管箱筒體11后端管箱封頭產品冷卻器屬于固定管板換熱器，是利用冷卻水將熱流體冷卻的設備。臥式固定管板式換熱器封頭管箱，公稱直徑500MM，管程設計壓力4MPA，殼程設計壓力4MPA，公稱換熱面積788，級管束為碳素鋼較高冷拔換熱管，換熱管外徑19MM,管長45M，兩管程，兩殼程。壓力容器類別為二類容器；管、殼程介質均為烴；介質特性輕毒、易燃、易爆、易揮發；左管箱需要做焊后熱處理，右管箱不需要做焊后熱處理；進行100無損檢測；管子與管板連接形式強度焊貼脹；殼程工作壓力221MPA，管程工作壓力231MPA（冬季）/226MPA（夏季）。進/出口工作溫度殼程555/40（冬季），555/404（夏季）；管程141/74（冬季），282/45（夏季）。設計溫度殼程120/45；管程120/45。金屬壁溫殼程4775（冬季），4795（夏季）；管程28（冬季），44（夏季）。最小設計金屬溫度殼程45400MPA，管程45400MPA。腐蝕裕量殼程15MM，管程15MM。焊接接頭系數殼程10，管程10。水壓試驗壓力殼程50MPA，管程50MPA。管板切割率325根據上述已知條件設計出符合要求的換熱器，以滿足生產需要。22前端管箱計算221前端管箱筒體計算圖221前端管箱筒體選用材料20R（20號壓力容器用鋼材，這種鋼材一方面在國家規范上滿足要求，一方面有害元素較少，綜合性能好些。設計溫度下許用應力1326MPA（參見過程設備設計399頁表D1鋼板許用應力）常溫下許用應力133MPA（參見過程設備設計399頁表D1鋼板許用應力）常溫下屈服點245MPA（參見過程設備設計399頁表D1鋼板許用應力）平均溫度下彈性模量191650MPA平均溫度下線脹系數1111001/C制定板材負偏差為零（設定值）式21PDCIT2計算厚度766MM（見式21）有效厚度ENC1C2850MM名義厚度N1000MM重量M6288密度為7850KG/M壓力試驗液壓試驗PT125P式22T試驗壓力值50000MPA（見式22）壓力試驗允許通過的應力水平T090S22050MPAT式23PDIE2試驗壓力下圓筒的應力14956MPA（見式23）校核條件TT校核結果合格壓力及應力計算PW式242ETID最大允許工作壓力443304MPA（見式24）T式25CIE2設計溫度下計算應力11965MPA（見式25）T1326MPA校核條件TT結論合格222前端管箱封頭計算圖222前端管箱封頭封頭材料類型板材選用材料20R封頭形式標準橢圓封頭選形狀系數為K1封頭曲面高度H125MM封頭直邊高度C25MM試驗溫度許用應力133MPA設計溫度許用應力1326MPAK式262I61HD形狀系數10000（見式26）式27KPDCITC205計算厚度760MM（見式27）最小厚度MIN075MM名義厚度N1000MM結論滿足最小厚度要求重量2474KGPW式28205TEIKD最大允許工作壓力447040MPA（見式28）結論合格23后端管箱計算231后端管箱筒體計算圖231后端管箱筒體選用材料20R設計溫度下許用應力1326MPA常溫下許用應力133MPAMPA常溫下屈服點245平均溫度下彈性模量191650MPA平均溫度下線脹系數1111001/C指定板材負偏差為零計算厚度766MM（見式21）有效厚度ENC1C2850MM名義厚度N1000MM重量M6288密度為7850KG/M壓力試驗液壓試驗試驗壓力值PT50000MPA（見式22）壓力試驗允許通過的應力水平T090S22050MPA試驗壓力下圓筒的應力T14956MPA（見式23）校核條件TT校核結果合格壓力及應力計算最大允許工作壓力PW443304MPA（見式24）設計溫度下計算應力T11965MPA（見式25）T1326MPA校核條件TT結論合格232后端管箱封頭計算圖232后端管箱封頭封頭材料類型板材選用材料20R封頭形式橢圓封頭選形狀系數為K1封頭曲面高度H125MM封頭直邊高度25MM試驗溫度許用應力133MPA設計溫度許用應力1326MPA形狀系數K10000（見式26）計算厚度760MM（見式27）最小厚度MIN075MM名義厚度N1000MM結論滿足最小厚度要求重量2474KG最大允許工作壓力PW447040MPA（見式28）結論合格24殼程圓筒計算圖23殼程管筒材料類型板材材料20R筒體內徑500MM筒體長度4400MM腐蝕裕量15MM筒體名義厚度10MM縱向焊縫焊接接系數1環向焊縫焊接接頭系數1指定板材負偏差為零計算厚度766MM（見式21）有效厚度ENC1C2850MM名義厚度N1000MM重量55339KG壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值PT50000MPA（見式22）壓力試驗允許通過的應力水平T090S22050MPA壓力試驗下圓筒的應力T14956MPA（見式23）校核條件TT校核結果合格壓力及應力計算最大允許工作壓力PW443304MPA（見式24）設計溫度下計算應力T11965MPA（見式25）T1326MPA校核條件TT結論筒體名義厚度大于或等于GB151中規定的最小厚度650MM,合格3各部分強度校核圖31設備上的開孔及接管31開孔補強計算對筒體上接管為8910的開孔進行補強補強設計方法單孔補強開孔處殼體材料類型板材殼體材料20R殼體材料在設計溫度下的許用應力1326MPA接管腐蝕裕量15MM接管實際外伸高度150MM接管實際內伸高度150MM接管材料管材接管材料20（GB8163）接管材料在設計溫度下的許用應力130MPA接管材料在常溫下的許用應力130MPA接管焊接接頭系數1補強結構無補強結構接管和殼體連接結構形式插入式接管焊縫金屬截面積32MM計算方法GB1501998等面積補強法,單孔開孔直徑D745MM補強區有效寬度B149MM接管材料強度削弱系數FR098接管有效外伸長度H12729MM接管有效內伸長度H22729MM開孔削弱所需的補強面積A5726MM殼體多余金屬面積A16257MM接管多余金屬面積A2638MM補強區內的焊接面積A332MMA1A2A37326MM2，大于A，不需另加補強。結論補強滿足要求,不需另加補強。對筒體上接管為328的開孔進行補強補強設計方法單孔補強開孔處殼體材料類型板材殼體材料20R殼體材料在設計溫度下的許用應力1326MPA接管腐蝕裕量15MM接管實際外伸高度150MM接管實際內伸高度150MM接管材料管材接管材料20（GB8163）接管材料在設計溫度下的許用應力130MPA接管材料在常溫下的許用應力130MPA接管焊接接頭系數1補強結構無補強結構接管和殼體連接結構形式插入式接管焊縫金屬截面積32MM計算方法GB1501998等面積補強法,單孔開孔直徑D21MM補強區有效寬度B57MM接管材料強度削弱系數FR098接管有效外伸長度H11296MM接管有效內伸長度H21296MM開孔削弱所需的補強面積A1624MM殼體多余金屬面積A13017MM接管多余金屬面積A22351MM補強區內的焊接面積A332MMA1A2A32973MM，大于A，不需另加補強。結論補強滿足要求,不需另加補強。對前端管箱筒體上接管為15915的開孔進行補強補強設計方法單孔補強開孔處殼體材料類型板材殼體材料20R殼體材料在設計溫度下的許用應力1326MPA接管腐蝕裕量15MM接管實際外伸高度150MM接管實際內伸高度150MM接管材料管材接管材料16MN（熱軋）接管材料在設計溫度下的許用應力163MPA接管材料在常溫下的許用應力163MPA接管焊接接頭系數1補強結構無補強結構接管和殼體連接結構形式插入式接管焊縫金屬截面積32MM計算方法GB1501998等面積補強法,單孔開孔直徑D1358MM補強區有效寬度B2715MM接管材料強度削弱系數FR1接管有效外伸長度H14512MM接管有效內伸長度H24512MM開孔削弱所需的補強面積A1039MM殼體多余金屬面積A11144MM接管多余金屬面積A21818MM補強區內的焊接面積A332MMA1A2A31965MM2大于A，不需另加補強。結論補強滿足要求,不需另加補強。對后端管箱筒體上接管為258的開孔進行補強補強設計方法單孔補強開孔處殼體材料類型板材殼體材料20R殼體材料在設計溫度下的許用應力1326MPA接管腐蝕裕量15MM接管實際外伸高度150MM接管實際內伸高度150MM接管材料管材接管材料20（GB8163）接管材料在設計溫度下的許用應力130MPA接管材料在常溫下的許用應力130MPA接管焊接接頭系數1補強結構無補強結構接管和殼體連接結構形式插入式接管焊縫金屬截面積32MM計算方法GB1501998等面積補強法,單孔開孔直徑D14MM補強區有效寬度B50MM接管材料強度削弱系數FR098接管有效外伸長度H11058MM接管有效內伸長度H21058MM開孔削弱所需的補強面積A1088MM殼體多余金屬面積A13017MM接管多余金屬面積A21942MM補強區內的焊接面積A332MMA1A2A32564MM2，大于A，不需另加補強。結論補強滿足要求,不需另加補強。32殼程圓筒校核圖32殼程圓筒平均金屬溫度TS48C裝配溫度TS15平均金屬溫度下彈性模量ES191600平均金屬溫度下熱膨脹系數S111100A025DI2式31殼程圓筒內直徑橫截面積196300MM2（見式31）ASSDIS式32殼程圓筒金屬界面積135800MM2（見式32）33管箱圓筒校核設計壓力4MPA設計溫度120C材料名稱20R設計溫度下彈性模量192000MPA管箱圓筒名義厚度（管箱為高徑法蘭取法蘭頸部大小端平均值）16MM管箱圓筒有效厚度85MM管箱法蘭設計溫度下彈性模量201800MPA4換熱管及法蘭的設計41換熱管設計圖41換熱管及其布局換熱管與管板連接形式強度焊貼脹換熱管排列方式三角形排列管間距25MM換熱管長度4500MM換熱管受壓失穩當量長度332MM換熱管根數248換熱管外徑19MM換熱管壁厚2換熱管材料20（GB8163）換熱管材料在設計溫度下的許用應力130MPA換熱管材料在設計溫度下的屈服點216MPA換熱管材料在設計溫度下的彈性模量190200MPA換熱管材料在平均溫度下的彈性模量1918375MPA換熱管材料在平均溫度下線脹系數110000管子有效長度（兩管板內側間距）4400MM管束模數2329MPATK式412T250DI管子回轉半徑6052MM（見式41）管子受壓失穩當量長度332MM系數CR1318TSTE/2比值5486LICR式42CLICRCRRCTS21CIL管子穩定許用壓應力8553MPA（見式42）42管板設計管板與殼體、管箱的連接方式E型圖42管板與殼體、管箱連接方式隔板槽面積7766MM殼程側結構開槽深度6MM管程側分程隔板槽深度6MM管板名義厚度50MM介質性質清毒、易燃、易爆、易揮發殼程側管板腐蝕裕量15MM管程側管板腐蝕裕量15MM管板材料類型板材管板材料16MN（熱軋）管板材料在設計溫度下的許用應力157MPA管板材料在設計溫度下的彈性模量201800管箱法蘭設計材料在設計溫度下彈性模量201800材料名稱16MNR熱軋設計溫度120設計溫度下許用應力157MPA設計溫度下彈性模量201800MPA管板腐蝕裕量C23MM管板輸入厚度N50MM管板計算厚度38MM隔板槽面積包括拉桿和假管區面積AD7766MM2管板強度削弱系數04管板剛度削弱系數04式43KDENAL2138/ITP管子加強系數K3251（見式43）管板和管子連接型式焊接管板和管子脹接焊接高度L3MM焊接許用拉脫應力Q65MPA43管箱法蘭設計圖431管箱法蘭一圖432管箱法蘭二法蘭為標準法蘭JB/T47022000法蘭材料類型板材法蘭材料16MNR（熱軋）法蘭材料在設計溫度下的許用應力1518MPA法蘭材料在常溫下的許用應力153MPA法蘭外徑660MM法蘭內徑500MM法蘭有效厚度68錐頸高度10頸部大端有效厚度26MM頸部小端有效厚度16MM剪切面高度78MM圖433密封面及螺栓布局螺栓及墊片的結構參數螺栓圓直徑615MM密封面形式平面墊片與密封面接觸內徑530MM墊片與密封面接觸外徑645MM墊片材料石棉橡膠板（厚度15MM）墊片比壓力255MPA墊片系數275螺栓個數24螺栓公稱直徑24MM螺栓根徑207MM螺栓材料40MNB螺栓材料在常溫下的許用應力212MPA螺栓材料在設計溫度下的許用應力1866MPA材料名稱16MNR熱軋管箱法蘭厚度68MM法蘭外徑660MM式442/IFDB法蘭寬度80MM（見式44）比值0017HI/D比值0136FI“系數按H/DI,F”/DI,查圖25000C系數”按H/DI,F”/DI,查圖260002827式4521“H3I“FI“F“FEDBEK旋轉剛度1386MPA（見式45）44殼體法蘭設計圖441殼體法蘭一圖442殼體法蘭二法蘭為標準法蘭JB/T47022000法蘭材料類型板材法蘭材料16MNR（熱軋）法蘭材料在設計溫度下的許用應力1518MPA法蘭材料在常溫下的許用應力153MPA法蘭外徑660MM法蘭內徑500MM法蘭有效厚度68錐頸高度10頸部大端有效厚度26MM頸部小端有效厚度16MM剪切面高度78MM圖443密封面及螺栓布局螺栓及墊片的結構參數螺栓圓直徑615MM密封面形式平面墊片與密封面接觸內徑530MM墊片與密封面接觸外徑645MM墊片材料石棉橡膠板（厚度15MM）墊片比壓力255MPA墊片系數275螺栓個數24螺栓公稱直徑24MM螺栓根徑207MM螺栓材料40MNB螺栓材料在常溫下的許用應力212MPA螺栓材料在設計溫度下的許用應力1866MPA材料名稱16MNR熱軋殼體法蘭厚度50MM法蘭外徑660MM法蘭寬度80MM（見式44）比值0017SI/D比值01FI系數,按H/DI,F”/DI,查圖25000C系數,按H/DI,F”/DI,查圖260002027旋轉剛度6949MPA（見式45）45各項系數計算管板第一彎矩系數按,查圖270363KFM1式46M1F系數4764（見式46）系數按查圖291883KTFG2式47QENAATS換熱管束與不帶膨脹節殼體剛度之比1968（見式47）管板第二彎矩系數按K,Q或查圖28A或B270EXM2式4821GQKMM系數（帶膨脹節時代替Q）00145（見式48）EX系數按K,Q或QEX查圖300024873式49FF3法蘭力矩折減系數04851（見式49）管板邊緣力矩變化系數1014TS/2TE法蘭力矩變化系數05082MK“FF管板開孔后面積A025ND2125500MM2L管板布管區面積三角形布管142100MM2SATD086管板布管區當量直徑4268MMDTT4/系數0639AL/系數02128NA系數3187S0461/Q系數帶膨脹節時代替Q4505EX/6014TQ管板布管區當量直徑與殼體內徑之比08536TTID管板周邊不布管區無量綱寬度KK04758僅有殼程壓力PS作用下的危險組合工況PT0不計溫差應力計溫差應力換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差0000001685TTTT0ST0當量壓力組合PCS4MPA4MPA有效壓力組合TSAEP12755868MPA基本法蘭力矩系數MDMIA4300管板邊緣力矩系數1001469001469管板邊緣剪力系數M007007管板總彎矩系數M120516205162系數僅用于時GE1M0K30190601906系數I1當時,按K和M查圖031A實線當時,按K和M查圖31（B）0294102941系數0,G1G1,AXEI0,G11,MAXIE0,1I0315903159管板徑向應力系數帶膨脹節Q為QEXR412G0020500205管板布管區周邊處徑向應力系數R3412MK002174002174管板布管區周邊處剪切應力系數P142QG006492006492殼體法蘭力矩系數1MPWS0014500145表452計算值許用值計算值許用值管板徑向應力RAIPD21022MPA15RT23551412MPA3RT471管板布管區周邊處徑向應力RARI21MK1834MPA15M1223552535MPA3RT471管板布管區周邊剪切應力TPADP2099MPA05RT78529MPA15RT2355殼體法蘭應力FWSAIFYM429366MPA15RT23551294MPA3RT471換熱管軸向應力TCAPGQ121859MPAT130CR8553344MPA3T390CR8553殼程圓筒軸向應力CSTAAPQG121461MPACT132619033CT3978換熱管與管板連接拉脫應力QDLAT1109MPAQ652052MPA3Q焊接Q脹接195計算結果管板名義厚度N50MM表453管板通過校核5產品冷卻器制造過程簡介51總則依據GB15098鋼制壓力容器和GB1511999管殼式換熱器等標準規定了用于一、二類壓力容器中換熱器制造的工藝要求，并遵守壓力容器安全技術監察規程的規定進行制造。52零部件的制造1殼體（1）庫房備有材質證明書、檢驗合格的10MM，16MNR鋼板，要求材料表面不得有裂紋、結疤、夾渣、分層等缺陷；核對材料標記，實測鋼板厚度。（2）按實測封頭外圓周長計算展開尺寸，按排板要求劃線，庫管員作好材料標記移植，檢驗員檢查確認后，按線下料。筒體理論下料尺寸為5000MM。（3）按工藝規程要求滾卷鋼板，筒體A類焊縫組對錯邊量B12MM，棱角度E25。筒體縱縫延長部位點固試板、引熄弧板，定位焊長度2050MM，間距150200MM。（4）按焊接工藝要求加工坡口，坡口兩側30MM范圍內清理污物，然后按焊接工藝施焊；填寫施焊記錄；檢驗員檢查外觀質量。（5）按探傷工藝對縱焊縫進行20RT檢測，按JB/T47302473032005標準級合格。（6）筒體校圓，要求最大最小直徑差E7MM，棱角度E3M。（7）焊接試板進行機械性能試驗，拉伸1件，彎曲4件，沖擊6件8。（8）按筒體布板圖要求組對各筒節，定位焊要求同4；筒體B類環縫組對錯邊量B22MM，棱角度E32MM；筒體直線度H/1000即0012MM。（9）按探傷工藝對B類環焊縫進行20RT檢測，按JB/T4730247303標準級合格。2換熱管（1）庫房備有材質證明書、檢驗合格的25MM，L6000MM鋼管，要求材料表面不得裂紋、結疤、分層等缺陷；核對材料規格和尺，實測鋼管厚度。（2）對管子總數的5且不少于2根作拉力、硬度、彎曲、擴口壓扁等抽樣檢驗或按圖樣要求，作其中一項或幾項檢驗。其結果應符合有關相應的標準要求。（3）根據圖樣或工藝長度要求，在砂輪切割機上定尺切割下料。（4）換熱管直線度不大于15/1000，管換熱管切口端面不應有毛刺其端面與中心線、垂直度F不大于05MM。（5）換熱管管端外表面應除銹。管端除銹長度應不小于管徑，且不小于25MM。3管板（見圖51）圖51管板（1）庫房備有材質證明書、檢驗合格的50MM，16MNII鋼板，要求材料表面無可見缺陷；經超聲波檢測無分層缺陷；核對材料標記，實測鋼板厚度。（2）按圖紙尺寸1030MM及排板要求劃線，內外徑預留4550MM機加余量；庫管員作好材料標記移植，檢驗員檢查確認后，按線下料。（3）管板毛坯氣割下料時，厚度方向的傾斜量應小于5。毛坯氣割后禁止水激冷卻。（4）凹凸密封面凹面和凸面的外徑，榫槽密封面榫面和槽面的外徑公差按GB/T1801的規定，孔為H12，軸為H12。（5）螺柱孔中心圓直徑和相鄰兩螺栓孔弦長的極限偏差為06MM9，任意兩螺柱孔弦長極限偏差按表52的規定表52公稱直徑DG60060012001200極限偏差101520（6）以上規定外的加工面未注公差尺寸的公差等級按GB/T1804中M級的規定。（7）管板鉆孔時，盡量采用鉆模孔。管板孔兩端按圖樣要求倒角，去掉管板孔周圍毛刺。（8）管板孔直徑及允許偏差按表34規定。鉆孔后應抽查不小于6管板中心角區域內的管孔，在這一區域允許4的管孔上偏差比表27中的數值大015毫米。表53換熱管外徑1416192532384557管孔直徑14251625192525253235384045405755允許偏差102020（9）鉆孔后應抽查不小于60管板中心角區域內的孔橋寬度，其值的合格率應不小于96，最小孔橋寬度BMIN的數量應控制在4以內，超過上述合格率時，則應全管板檢查。（10）管孔表面粗糙度RA值不大于25UM,管孔表面不得有影響脹接密性的缺陷，如貫通的縱向或螺旋狀刻痕等。（11）隔板槽密封應與環形密封槽齊平，或略低于環形密封面控制在05MM以內。4折流板、支持板（見圖52）圖52折流板（1）折流板、支持板下料時，除應留有車削加工外圓的余量外，還需將一組管束的折流板完全壓實對齊，在邊緣，相互點固成整體。用對應的管板作鉆模鉆出折流板的中心位置錐坑孔，拿掉管板，按圖紙要求加工所需的折流板孔。（2）在折流板對應的數個管孔分別穿入尺寸相近的螺栓，再用螺母擰緊后，方可車削外圓，其直徑及允許偏差見表54，外圓表面粗糙度RA值不大于25UM，外圓面兩側尖角需倒鈍。表54注用DN426MM無縫鋼管做圓筒時，折流板名義外徑為無縫鋼管實際內徑減2MM。對傳熱影響不大時，允許偏差可比上表中偏差值大一倍。換熱器采用內導流結構時，支持板與圓筒內徑的間隙應比表中值小。（3）折流板、支持板加工按Q/JJ040363規定，加工后按要求打標記。（4）外圓車削后，各流板須依圖樣要求依次對應剪切或刨削成弓形,并去除折流板上的所有毛刺。5組裝管束在專用的組裝胎具上安裝，將各個折流板以各個間距L450MM固定結實,依次穿入定距管，拉桿。拉桿裝入后，用螺栓適當固定。然后組裝管板和換熱管，在組裝時要注意以下幾點（1）穿管前應將換熱管及管板孔清理干凈，管孔不得有油污和銹蝕；（2）要保證管板與管束軸線垂直；（3）保證折流板組裝方向有鉆孔方向一致，且管孔同心；（4）嚴格按圖紙要求控制管束的尺寸和折流板的方向。6管板與管束的連接（1）根據實際情況和經驗的總結，本方案采用強度焊貼脹，即先焊后脹。焊前管板坡口容易清洗干凈，焊接時管子與管板間隙處的空氣可以從正、反兩側排除，對于防止焊縫產生氣孔及保證焊接接頭的質量十分有益。同時，后脹可以使脹口脹后的殘余應力不會松馳，避免了因焊接高溫的影響而發生松馳。（2）管與管板的接頭形式和坡口換熱管與管板連接部位的換熱管與管表面，應清理干凈，不應留有影響焊接連接質量的毛刺、鐵屑、銹斑、油污等,接頭形式及結構如圖53。（A）上管板與管子的連接（B）下管板與管子的連接圖53管板與管子連接（3）焊接工藝焊接方法常用并推薦的為鎢極氣體保護焊（GTAW）,用手工焊和機械焊均可,管與管板焊道應至少二道或二道以上。焊接位置采用立向上焊接。焊接材料牌號J427,規格4接頭形式按設計要求的有效焊縫厚度應不小于1的管壁厚度即大于等于08MM。為此按上述要求，管板不需要倒角。因管壁較薄，焊后無法保留管端，換熱管伸出管板長度為3MM。20焊接參數見表56表56層數電流（A）電壓（V）焊接速度（CM/MIN）1901101113582100120111358（4）焊接連接時，焊渣及凸出于換熱管內壁的焊瘤均須清除。焊縫缺陷的返修，應清除缺陷后焊補。（5）脹接時應注意以下幾點脹接施工前，應通過計算脹接壓力進行試脹，試脹的試樣不少于5個，測試脹接接頭的拉脫力Q，貼脹應達到1MPA，強度脹接應達到4MPA，脹接時可通過適當增加脹接壓力，使其達到規定的拉脫強度。管板孔的表面粗糙度RA值不得大于25UM，且不得有油污、鐵屑、毛刺及貫通的縱向或螺紋狀刻痕等缺陷。換熱管兩端的外圓表面應打磨光潔呈金屬光澤，其表面粗糙度RA值為碳鋼管不大于63UM，不銹鋼管不大于16UM，其長度不小于管板厚度的2倍；打磨后的表面不得有影