1、化工原理課程設計換熱器設計【畢業(yè)設計（論文）】-好 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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shù)要求在固定管板換熱器的結(jié)構(gòu)設計過程中要參考相關的標準進行設計比如GB-150GB151使設計能夠符合相關標準同時要是設計的結(jié)構(gòu)滿足生產(chǎn)的需要達

2、到安全生產(chǎn)的要求通過設計過程達到熟悉了解換熱器各部分結(jié)構(gòu)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(fā)展歷史42產(chǎn)品冷卻器結(jié)構(gòu)設計的總體計算621 產(chǎn)品冷卻器設計條件622前端管箱計算8com箱筒體計算8com箱封頭計算1023后端管箱計算11com箱筒體計算11com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(shù)計算275 產(chǎn)品冷卻

3、器制造過程簡介3451 總則3452零部件的制造34結(jié)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(yè)生產(chǎn)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(guī)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(chǎn)壓力蒸汽作為供熱供氣發(fā)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(yè)生產(chǎn)經(jīng)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(yè)部門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備之一應用甚為廣泛按

4、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(jié)構(gòu)簡單價格便宜等優(yōu)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(yè)生產(chǎn)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(huán)的載熱體連接起來的換熱器載熱

5、體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器之間循環(huán)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)簡單制造成本低能得到較小的殼體內(nèi)徑管程可分成多樣殼程也可用縱向隔板分成多程規(guī)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(gòu)成在圓形外殼內(nèi)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

6、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(jié)構(gòu)簡單沒有殼側(cè)密封連接相同的殼體內(nèi)徑排管最多在有折流板的流動中旁路最小管程可以分成任何管程數(shù)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(shù)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(jié)由于膨脹節(jié)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(zhì)溫差不大或溫差較大但殼程壓力不高及殼程介質(zhì)清潔不易結(jié)垢的場合特點結(jié)構(gòu)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(jié)垢的物料 固定管板式換熱

7、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(jié)構(gòu)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(nèi)根據(jù)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(shù)固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)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(guī)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(zhì)不宜采用當膨脹之差較大時可在殼體上設置膨脹節(jié)以減少因管殼程溫差而產(chǎn)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(shù)

8、按照相關規(guī)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(chǎn)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(guī)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(fā)展歷史二十世紀20年代出現(xiàn)板式換熱器并應用于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)和尖端科學的迅速發(fā)展迫切

9、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(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70年代中期為了強化傳熱在研究和發(fā)展熱管的基礎上又創(chuàng)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(fā)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

10、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(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(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)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

11、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(zhuǎn)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(jié)省設備費后者可節(jié)省操作費故在設計或生產(chǎn)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

12、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(shù)是一個重要的問題熱阻主要來源于間壁兩側(cè)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(cè)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(shù)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(xié)調(diào)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

13、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圖2-1 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(chǎn)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(zhì)均為烴介質(zhì)

14、特性輕毒易燃易爆易揮發(fā)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55540冬季555404夏季管程-14174冬季28245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(shù)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(jù)上述已知條件設計出符合要求的換熱器以滿足生產(chǎn)需要22前端管箱

15、計算com箱筒體計算圖2-2-1 前端管箱筒體選用材料20R20號壓力容器用鋼材這種鋼材一方面在國家規(guī)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1326 Mpa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133 MPa參見過程設備設計399頁表D1 鋼板許用應力常溫下屈服點245 MPa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191650 MPa平均溫度下線脹系數(shù)111100 1制定板材負偏差為零設定值 式21計算厚度766mm見式21有效厚度 e n - C1- C2 850mm名義厚度 n 1000mm重量m 6288密度為7850Kg

16、m3壓力試驗液壓試驗PT 125P 式22試驗壓力值50000Mpa見式22壓力試驗允許通過的應力水平 T 090 s 22050Mpa T 式23試驗壓力下圓筒的應力14956Mpa見式23校核條件 T T 校核結(jié)果合格壓力及應力計算Pw 式24最大允許工作壓力 443304Mpa見式24 t 式25設計溫度下計算應力11965Mpa見式25 t 1326Mpa校核條件 t t結(jié)論合格com箱封頭計算 圖2-2-2 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(shù)為K 1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1326

17、MpaK 式26形狀系數(shù) 10000見式26 式27計算厚度760mm見式27最小厚度 min 075mm名義厚度 n 1000mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量2474 KgPw 式28最大允許工作壓力 447040Mpa見式28結(jié)論合格23后端管箱計算com箱筒體計算圖2-3-1 后端管箱筒體選用材料20R設計溫度下許用應力1326 MPa常溫下許用應力133 MPa MPa常溫下屈服點245平均溫度下彈性模量191650 MPa平均溫度下線脹系數(shù)111100 1指定板材負偏差為零計算厚度 766mm見式21有效厚度 e n - C1- C2 850mm名義厚度 n 1000mm重量m 6288

18、密度為7850Kgm3壓力試驗液壓試驗試驗壓力值PT 50000Mpa見式22壓力試驗允許通過的應力水平 T 090 s 22050Mpa試驗壓力下圓筒的應力 T 14956Mpa見式23校核條件 T T 校核結(jié)果合格壓力及應力計算最大允許工作壓力Pw 443304Mpa見式24設計溫度下計算應力 t 11965Mpa見式25 t 1326Mpa校核條件 t t結(jié)論合格com箱封頭計算 圖2-3-2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(shù)為K 1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(shù)K 1000

19、0見式26計算厚度 760mm見式27最小厚度 min 075mm名義厚度 n 1000mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量2474 Kg最大允許工作壓力Pw 447040Mpa見式28結(jié)論合格 24殼程圓筒計算圖2-3 殼程管筒材料類型板材材料20R筒體內(nèi)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(shù)1環(huán)向焊縫焊接接頭系數(shù)1指定板材負偏差為零計算厚度 766mm見式21有效厚度 e n - C1- C2 850mm名義厚度 n 1000mm重量55339Kg壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值PT 50000Mpa見式22壓力試驗允許通過的應力水平 T 090 s

20、22050Mpa壓力試驗下圓筒的應力 T 14956Mpa見式23校核條件 T T 校核結(jié)果合格壓力及應力計算最大允許工作壓力Pw 443304Mpa見式24設計溫度下計算應力 t 11965Mpa見式25 t 1326Mpa校核條件 t t 結(jié)論筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度650mm合格3各部分強度校核圖3-1 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(nèi)伸高度150mm接管材料管材接管材料2

21、0GB8163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(shù)1補強結(jié)構(gòu)無補強結(jié)構(gòu)接管和殼體連接結(jié)構(gòu)形式插入式接管焊縫金屬截面積32mm計 算 方 法 GB150-1998 等 面 積 補 強 法 單 孔 開孔直徑 d745mm補強區(qū)有效寬度 B149mm接管材料強度削弱系數(shù) fr 098接管有效外伸長度 h1 2729 mm接管有效內(nèi)伸長度 h22729mm開孔削弱所需的補強面積A5726mm殼體多余金屬面積 A1 6257mm接管多余金屬面積 A2 638mm補強區(qū)內(nèi)的焊接面積A3 32mmA1A2A3 7326 mm2 大于A不需另加補強

22、結(jié)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(nèi)伸高度150mm接管材料管材接管材料20GB8163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(shù)1補強結(jié)構(gòu)無補強結(jié)構(gòu)接管和殼體連接結(jié)構(gòu)形式插入式接管焊縫金屬截面積32mm 計 算 方 法 GB150-1998 等 面 積 補 強 法 單 孔 開孔直徑 d21mm補強區(qū)有效寬度 B57mm接管材料強度削弱系數(shù) fr 098接管

23、有效外伸長度 h1 1296mm接管有效內(nèi)伸長度 h21296mm開孔削弱所需的補強面積A1624mm殼體多余金屬面積 A1 3017mm接管多余金屬面積 A2 2351mm補強區(qū)內(nèi)的焊接面積A3 32mmA1A2A3 2973mm2大于A不需另加補強 結(jié)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(nèi)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

24、應力163Mpa接管焊接接頭系數(shù)1補強結(jié)構(gòu)無補強結(jié)構(gòu)接管和殼體連接結(jié)構(gòu)形式插入式接管焊縫金屬截面積32mm 計 算 方 法 GB150-1998 等 面 積 補 強 法 單 孔 開孔直徑 d1358mm補強區(qū)有效寬度 B2715mm接管材料強度削弱系數(shù) fr 1接管有效外伸長度 h1 4512mm接管有效內(nèi)伸長度 h24512mm開孔削弱所需的補強面積A1039mm殼體多余金屬面積 A1 1144mm接管多余金屬面積 A2 1818mm補強區(qū)內(nèi)的焊接面積A3 32mmA1A2A3 1965 mm2大于A不需另加補強 結(jié)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

25、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(nèi)伸高度150mm接管材料管材接管材料20GB8163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(shù)1補強結(jié)構(gòu)無補強結(jié)構(gòu)接管和殼體連接結(jié)構(gòu)形式插入式接管焊縫金屬截面積32mm 計 算 方 法 GB150-1998 等 面 積 補 強 法 單 孔 開孔直徑 d14mm補強區(qū)有效寬度 B50mm接管材料強度削弱系數(shù) fr 098接管有效外伸長度 h1 1058mm接管有效內(nèi)伸長度 h21058mm開孔

26、削弱所需的補強面積A1088mm殼體多余金屬面積 A1 3017mm接管多余金屬面積 A2 1942mm補強區(qū)內(nèi)的焊接面積A3 32mmA1A2A3 2564 mm2大于A不需另加補強 結(jié)論 補強滿足要求不需另加補強 32殼程圓筒校核圖3-2 殼程圓筒 平均金屬溫度ts48 C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(shù) s111100A 025 Di2 式31殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積196300 mm2 見式31As s Di s 式32殼程圓筒金屬界面積135800 mm2 見式3233管箱圓筒校核設計壓力4Mpa設計溫度120材料名稱20R設計溫度下彈性模

27、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4-1 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(wěn)當量長度332mm換熱管根數(shù)248換熱管外徑19mm換熱管壁厚2換熱管材料20GB8163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

28、在平均溫度下線脹系數(shù)110000管子有效長度兩管板內(nèi)側(cè)間距4400mm管束模數(shù) 2329Mpa 式41管子回轉(zhuǎn)半徑6052mm見式41管子受壓失穩(wěn)當量長度332mm系數(shù)Cr 1318比值 5486 式42管子穩(wěn)定許用壓應力8553Mpa 見式4242管板設計管板與殼體管箱的連接方式e型 圖4-2 管板與殼體管箱連接方式隔板槽面積7766mm殼程側(cè)結(jié)構(gòu)開槽深度6mm管程側(cè)分程隔板槽深度6mm管板名義厚度50mm介質(zhì)性質(zhì)清毒易燃易爆易揮發(fā)殼程側(cè)管板腐蝕裕量15mm管程側(cè)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2

29、01800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 C2 3mm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(qū)面積 Ad7766mm2管板強度削弱系數(shù) 04管板剛度削弱系數(shù) 04 式43管子加強系數(shù) 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 q65MPa 43管箱法蘭設計圖4-3-1管箱法蘭一圖4-3-2管箱法蘭二法蘭為標準法蘭JBT 4702 2000法蘭材料類型板材法蘭材料16MnR熱軋法

30、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(nèi)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4-3-3密封面及螺栓布局螺栓及墊片的結(jié)構(gòu)參數(shù)螺栓圓直徑615mm密封面形式平面墊片與密封面接觸內(nèi)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(shù)275螺栓個數(shù)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

31、蘭厚度 68mm法蘭外徑 660mm 式44法蘭寬度 80mm見式44比值0017比值0136系數(shù) 按hDi fDi 查 GB151-1999 圖25 000系數(shù) 按hDi fDi 查 GB151-1999 圖 26 0002827 式45旋轉(zhuǎn)剛度1386MPa見式4544殼體法蘭設計圖4-4-1殼體法蘭一圖4-4-2殼體法蘭二法蘭為標準法蘭JBT 4702 2000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(nèi)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16m

32、m剪切面高度78mm圖4-4-3密封面及螺栓布局螺栓及墊片的結(jié)構(gòu)參數(shù)螺栓圓直徑615mm密封面形式平面墊片與密封面接觸內(nèi)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(shù)275螺栓個數(shù)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 0017比值 01系數(shù) 按hDi fDi 查 GB151-1999 圖25 000系數(shù) 按hDi fDi 查 GB151-1

33、999 圖26 0002027旋轉(zhuǎn)剛度6949MPa見式4545各項系數(shù)計算管板第一彎矩系數(shù) 按查 GB151-1999 圖 27 0363 式46系數(shù) 4764見式46系數(shù) 按查 GB15198 圖 29 1883 式47換熱管束與不帶膨脹節(jié)殼體剛度之比 1968見式47管板第二彎矩系數(shù) 按KQ或查 GB151-1999 圖28 a 或 b 270 式48系數(shù)帶膨脹節(jié)時代替Q 00145見式48系數(shù) 按KQ或Qex 查圖30 002487 式49法蘭力矩折減系數(shù) 04851見式49管板邊緣力矩變化系數(shù) 1014法蘭力矩變化系數(shù) 05082管板開孔后面積 A - 025 n d 2125500

34、mm2管板布管區(qū)面積 三角形布管 142100mm2 管板布管區(qū)當量直徑 4268mm系數(shù) 0639系數(shù) 02128系數(shù) 3187系數(shù) 帶膨脹節(jié)時代替Q 4505管板布管區(qū)當量直徑與殼體內(nèi)徑之比 08536管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度 k K 04758僅有殼程壓力Ps作用下的危險組合工況 Pt 0 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 t-t - t-t 00-00001685 當量壓力組合 4MPa4Mpa 有效壓力組合 12755868MPa基本法蘭力矩系數(shù) 00管板邊緣力矩系數(shù)001469001469管板邊緣剪力系數(shù) 007007管板總彎矩系數(shù) 0516205162系數(shù)僅

35、用于 時0190601906系數(shù) 當 時按K和m 查圖31 a 實線當 時按K和m 查圖31b0294102941系數(shù) 0 0 0289502895管板徑向應力系數(shù)帶膨脹節(jié)Q為Q 002011002011管板布管區(qū)周邊處徑向應力系數(shù) 003309003309管板布管區(qū)周邊處剪切應力系數(shù) 006946006946殼體法蘭力矩系數(shù)-0007368-0007368表4-5-1計算值許用值 計算值許用值管板徑向應力 709115 23553264MPa3 471 管板布管區(qū)周邊處徑向應力321115 23551478MPa3 471 管板布管區(qū)周邊剪切應力158905 7857314MPa15 235

36、5殼體法蘭應力 -336815 2355-155MPa3 471 換熱管軸向應力 -834613085536302MPa3 3908553殼程圓筒軸向應力 327313261507MPa3978換熱管與管板連接拉脫應力 q 4978q653759MPa3q焊接 q脹接195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 t-t - t-t 00-00001685 當量壓力組合 -4851MPa-4851MPa 有效壓力組合 -1802MPa-249MPa操作情況下法蘭力矩系數(shù)-0-0管板邊緣力矩系數(shù) -0-0管板邊緣剪力系數(shù) -0-0管板總彎矩系數(shù) 03630363系數(shù)僅用于 時013

37、40134系數(shù) 當 時按K和m 查圖31a實線當 時按K和m 查31b 0319703197系數(shù) 0 0 0315903159管板徑向應力系數(shù)帶膨脹節(jié)Q為Q 0020500205管板布管區(qū)周邊處徑向應力系數(shù) 002174002174管板布管區(qū)周邊處剪切應力系數(shù) 006492006492殼體法蘭力矩系數(shù) -00145-00145表4-5-2計算值許用值計算值許用值管板徑向應力 1022 MPa15 23551412MPa3 471 管板布管區(qū)周邊處徑向應力 -1834 MPa152355-2535MPa3471 管板布管區(qū)周邊剪切應力-2099 MPa05 785-29 MPa15 2355殼體

38、法蘭應力9366 MPa15 23551294MPa3 471 換熱管軸向應力 1859 MPa1308553344 MPa3 3908553殼 程圓筒軸向應力 1461 MPa1326-19033978換熱管與管板連接拉脫應力 q 1109 MPaq652052MPa3q焊接q脹接195計算結(jié)果管板名義厚度 50mm表4-5-3管板通過校核5 產(chǎn)品冷卻器制造過程簡介51 總則依據(jù)GB150-98鋼制壓力容器和GB151-1999管殼式換熱器等標準規(guī)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(shù)監(jiān)察規(guī)程的規(guī)定進行制造52零部件的制造1 殼體1 庫房備有材質(zhì)證明書檢驗合格的1

39、0mm16MnR鋼板要求材料表面不得有裂紋結(jié)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5000mm3 按工藝規(guī)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150200mm4 按焊接工藝要求加工坡口坡口兩側(cè)30mm范圍內(nèi)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(zhì)量5 按探傷工藝對縱焊縫進行20RT檢測按JBT4730247303-2005標準級合格6 筒體校圓要求最大最小直徑差e7mm棱角度E3m7 焊接

40、試板進行機械性能試驗拉伸1件彎曲4件沖擊6件88 按筒體布板圖要求組對各筒節(jié)定位焊要求同4筒體B類環(huán)縫組對錯邊量b22 mm棱角度E32 mm筒體直線度H1000即0012mm9 按探傷工藝對B類環(huán)焊縫進行20RT檢測按JBT4730247303標準級合格2 換熱管1 庫房備有材質(zhì)證明書檢驗合格的25mmL 6000mm鋼管要求材料表面不得裂紋結(jié)疤分層等缺陷核對材料規(guī)格和尺實測鋼管厚度2對管子總數(shù)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(jié)果應符合有關相應的標準要求3 根據(jù)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151000

41、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05 mm5 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25 mm3 管板見圖5-1圖5-1管板1 庫房備有材質(zhì)證明書檢驗合格的50mm16MnII 鋼板要求材料表面無可見缺陷經(jīng)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(nèi)外徑預留4550 mm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GBT1801的規(guī)定孔為H12軸為h125 螺柱孔中心圓直徑和相

42、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5-2的規(guī)定 表5-2公稱直徑Dg600600-12001200極限偏差1015206 以上規(guī)定外的加工面未注公差尺寸的公差等級按GBT1804中m級的規(guī)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3-4規(guī)定鉆孔后應抽查不小于6管板中心角區(qū)域內(nèi)的管孔在這一區(qū)域允許4的管孔上偏com表5-3換熱管外徑1416192532384557管孔直徑14251625192525253235384045405755允許偏差9 鉆孔后應抽查不小于60管板中心角區(qū)域內(nèi)的孔橋?qū)挾绕渲档暮细衤蕬?/p>

43、小于96最小孔橋?qū)挾菳min的數(shù)量應控制在4以內(nèi)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(huán)形密封槽齊平或略低于環(huán)形密封面 控制在05mm以內(nèi) 4 折流板支持板見圖5-2圖5-2 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(shù)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5-4外圓表面粗糙度Ra值不大于25um外圓面兩側(cè)尖角需倒鈍表5-4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(nèi)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(nèi)導流結(jié)構(gòu)時支持板與圓筒內(nèi)徑的間隙應比表中值小3折流板支持板加工按Qcom63規(guī)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L 450mm固定結(jié)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