1、Hefei University化工機械與設備課程設計題 目：浮頭式換熱器的機械設計系 別：化學材料與工程系班 級：姓 名：學 號：組 別：組 員：教 師：日 期：2017年1月化工設備機械課程設計任務書 1、 設計題目 浮頭式換熱器的設計2、 設計目的在給定工藝條件與化工原理設計的基礎上,把所學相關專業知識綜合運用,鞏固和強化有關機械課程的基本理論和基礎知識。3、 設計任務 參數名稱殼程管程設計壓力（MPa）1.81.0操作壓力（MPa）0.250.2設計溫度（）17090操作溫度（）125/70（進口/出口）25/40（進口/出口）流量（Kg/h）25000-物料（-）間二甲苯溶液水程數（

2、個）1自定4、 設計內容1.根據傳熱參數進行換熱器的選型和校核；2.對換熱器主要原件進行結構設計和強度和強度校核，包括筒體、前端封頭管箱、外頭蓋、封頭、法蘭、管板、支座；3.設計結果匯總；4.設計裝配圖和重要的零件圖5.設計評述5、 人員安排2-3人一組6、 進度安排 第1-2天內查找資料，完成概述等相關撰寫，第3-4天完成主體設計計算，第5-6天 提交文字說明并繪制。目錄第1章概述1第2章工藝計算32.1設計條件32.2核算換熱器傳熱面積32.2.1初算換熱器傳熱面積32.2.2校核平均溫差62.2.3校核換熱面積72.3壓力降的計算72.3.1管程壓力降72.3.2殼程的壓力降82.4換熱

3、器壁溫計算92.4.1換熱管壁溫計算92.4.2圓筒壁溫的計算102.5本章小結10第3章換熱器結構設計與強度計算113.1殼體與管箱厚度的確定113.1.1殼體和管箱材料的選擇113.1.2圓筒殼體厚度的計算113.1.3管箱厚度計算113.2開孔補強計算133.2.1殼體上開孔補強計算133.2.2外頭蓋開孔補強計算143.3換熱管163.3.1換熱管的排列方式163.3.2布管限定圓163.3.3排管163.3.4換熱管束的分程173.3.5換熱管與管板的連接173.4管板設計183.4.1管板與殼體的連接183.4.2管板計算183.4.3管板重量計算233.5折流板243.5.1折流

4、板的型式和尺寸243.5.2折流板排列243.5.3折流板的布置243.5.4折流板重量計算253.6法蘭與墊片253.6.1固定端法蘭與墊片263.6.2外頭蓋法蘭與浮頭墊片273.6.3接管法蘭型式與尺寸28第4章換熱器的安裝、試車與維修294.1安裝294.1.1場地和基礎294.1.2安裝前的準備294.1.3地腳螺栓和墊鐵294.1.4其他要求294.2試車294.3維護29總 結30參考文獻31合肥學院化學與材料工程系課程設計第1章 概述換熱器是國民經濟和工業生產領域中應用十分廣泛的熱量交換設備。 隨著現代新工藝、新技術、新材料的不斷開發和能源問題的日趨嚴重，世界各國已普遍 把石油

5、化工深度加工和能源綜合利用擺到十分重要的位置。換熱器因而面臨著新 的挑戰。換熱器的性能對產品質量、能量利用率以及系統運行的經濟性和可靠性 起著重要的作用，有時甚至是決定性的作用。目前在發達的工業國家熱回收率已 達 96%。換熱設備在現代裝置中約占設備總重的 30%左右，其中管殼式換熱器仍然占絕對的優勢，約 70%。其余 30%為各類高效緊湊式換熱器、新型熱管熱泵和蓄熱器等設備，其中板式、螺旋板式、板翅式以及各類高效傳熱元件的發展十分迅速。 在繼續提高設備熱效率的同時，促進換熱設備的結構緊湊性，產品系列化、標準化和專業化，并朝大型化的方向發展。浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種，換熱管束包括

6、換熱管、管板、折流板、支持板、拉桿、定距管等。換熱管可為普通光管，也可為帶翅片的翅片管，翅片管有單金屬整體軋制翅片管、雙金屬軋制翅片管、繞片式翅片管、疊片式翅片管等，材料有碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅材、鋁材、鈦材等。殼體一般為圓筒形，也可為方形。管箱有橢圓封頭管箱、球形封頭管箱和平蓋管箱等。分程隔板可將管程及殼程介質分成多程，以滿足工藝需要。管殼式換熱器主要有固定管板式，U型管式和浮頭式換熱器。針對固定管板式與U型管式的缺陷，浮頭式作了結構上的改進，兩端管板只有一端與外殼固定死，另一端可相對殼體滑移，稱為浮頭。浮頭式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束，因此不會因管束之間的差脹而產生溫差熱應力。

7、浮頭式換熱器的優點還在于方便拆卸，清洗方便，對于管子和殼體間溫差大、殼程介質腐蝕性強、易結垢的情況很能適應。其缺點在于結構復雜、填塞式滑動面處在高壓時易泄露，這使其應用受到限制，適用壓力為：1.0Mpa6.4Mpa。 換熱器（熱交換器）是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式（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）、蓄熱式（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）和間壁式（隨間壁式換熱器的冷、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

8、器，這類換熱器應用最廣）三類。在我國換熱器的制造技術遠落后于外國，由于制造工藝和科學水平的限制，早期的換熱器只能采用簡單的結構，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的發展，逐步形成一種管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長期以來在工業生產中成為一種典型的換熱器。 在我國隨著經濟快速發展的同時，各種不同型式和種類的換熱器發展很快，新結構、新材料的換熱器不斷涌現。為了適應發展的需要，我國對某些種類的換熱器已經建立了標準，形成了系列。完善的換熱器在設計或選型時應滿足以下基本要求：（1） 合理地實現所規定的工藝條件；（2） 結構安全可靠；（3）

9、便于制造、安裝、操作和維修；（4） 經濟上合理。所謂提高換熱器性能，就是提高其傳熱性能。狹義的強化傳熱系數指提高流體和傳熱之間的傳熱系數。其主要方法歸結為下述兩個原理：溫度邊界層減勃和調換傳熱面附近的流體。因此最近十幾年來，強化傳熱技術受到了工業界的廣泛重視，得到了十分迅速的發展，凝結是工業中普遍遇到的另一種相變換熱過程，凝結換熱系數很高，但經過強化措施還可以進一步提升換熱效率。1. 管外凝結換熱的強化（1）冷卻表面的特殊處理（2）冷卻表面的粗糙化（3）采用擴展表面2. 管內凝結換熱的強化（1）擴展表面法（2）采用流體旋轉法（3）改變傳熱面形狀按照設計要求，在結構的選取上，為了增大溫差校正系數

10、，采用了1-4型，即一個殼程兩個管程。首先，通過換熱計算確定換熱面積與管子的根數初步選定結構。然后按照設計的要求以及一系列國際標準進行結構設計，在結構設計時，要考慮許多因素，例如傳熱條件、材料、介質壓力、溫度、流體性質以及便于拆卸等等。之后對有些部件用ANSYS進行了強度校核并進行對其優化設計。由于時間和資料有限，本人的認識也不夠全面，在設計過程中可能還存在許多問題，望老師們給予批評和指正。第2章 工藝計算 在換熱器設計中，首先應根據工藝要求選擇適用的類型，然后計算換熱所需要的傳熱面積。工藝設計中包括了熱力設計以及流動設計，其具體運算如下所述：2.1 設計條件介質水間二甲苯溶液入口溫度（）25

11、125出口溫度（）4070質量流量（Kg/h）-25000密度(kg/)998864比熱容kj/(kg)4.1831.70導熱系數W/（m）0.5990.167黏度mPas1.0050.611壓力（MPa）1.81.02.2 核算換熱器傳熱面積 2.2.1 初算換熱器傳熱面積2.2.1.1 傳熱計算（熱負荷計算）熱負荷： 式中：冷熱流體的質量流量，J/(kgk)；冷熱流體的定壓比熱，J/(kgk)；冷流體的進、出口溫度，k；熱流體的進、出口溫度，k。理論上，=，實際上由于熱量損失，通常熱負荷應該取max（，）。這里按理論設計計算。 故。2.2.1.2 有效平均溫差的計算選取逆流流向，這是因為逆

12、流比并流的傳熱效率高。其中為較小的溫度差，為較大的溫度差。 因為 ，故采用對數平均溫度差，則 （2-3）2.2.1.3 按經驗值初選總傳熱系數 查表選得=490W/（）；2.2.1.4 初算出所需的傳熱面積 （2-4） 考慮到所用傳熱計算式的準確程度及其他未可預料的因素，應使所選用的換熱器具有換熱面積留有裕度10%-25%，故有：2.2.1.5 總傳熱系數K的校驗管殼式換熱換熱器面積是以傳熱管外表面為基準，則在利用關聯式計算總傳熱系數也應以管外表面積為基準，因此總傳熱系數K的計算公式如下： （2-5） 式中：K總傳熱系數，W/（K）； 、分別為管程和殼程流體的傳熱膜系數，W/（K）； 、分別為

13、管程和殼程的污垢熱阻，K/w； 、分別是傳熱管內徑、外徑及平均直徑，m； 傳熱管壁材料導熱系數，W/（K）； 傳熱管壁厚，m。2.2.1.6 管程流體傳熱系數其計算過程如下：初選管內流體（冷卻水）的流速 ，可知流體處于湍流狀態； 當流體在管內流動為過渡流的時候，對流傳熱系數可先按湍流的公式計算， W/（K）；2.2.1.7 殼程流體傳熱系數其計算過程如下：換熱器內需裝弓形折流板，根據GB151-1999可知，折流板最小的間距一般不小于圓筒內直徑的1/5，且不小于，故根據浮頭式換熱器折流板間距的系列標準，可取折流板間距。因為殼體選擇為卷制圓筒，根據GB150-1999可知殼體內徑。管間流速是根據

14、流體流過管間最大截面積計算：其中：管外徑，即25， 為換熱管中心距，此時選擇換熱管在管板上的排列方式為正方形排列，因為這樣便于機械清洗，查GB151-1999得。 當換熱管呈正方形排列時，其當量直徑為 ；同時： 故可用Kern法求，即： 與都已經算出，而，同時查鋼管壁熱導率為，則有故，合適。2.2.2 校核平均溫差與平均溫差有關參數的計算如下：；根據R、P值，查溫度校正系數圖可得溫度校正系數，因此有效平均溫度差為： 2.2.3 校核換熱面積實際傳熱面積： 校核： 為了保證換熱器的可靠性，一般應使換熱器的實際面積，由上可知所選換熱器面積滿足要求。2.3 壓力降的計算 流體流經換熱器因流動引起的壓

15、力降，可按管程壓降和殼程壓降分別計算。2.3.1 管程壓力降 管程壓力降有三部分組成，可按下式進行計算： 其中：流體流過直管因摩擦阻力引起的壓力降，Pa； 流體流經回彎管中因摩擦阻力引起的壓力降，Pa； 流體流經管箱進出口的壓力降，Pa； 結構校正因數，無因次，對的管子，取為1.4；對的管子，取為1.5； 管程數； 串聯的殼程數。其中，、的計算式如下：；式中：管內流速，；管內徑，；管長，；摩擦系數，無量綱，可由下式求取；管內流體密度，。由于，在范圍內，故可采用下面公式求取： 所以 pa pa pa 經查，可知每臺換熱器合理的壓力降為Pa，由此可知上述壓力降符合要求。2.3.2 殼程的壓力降當殼

16、程裝上折流板后，流體在管外流動為平行流和錯流的耦合。盡管管束為直管，但流動卻變得復雜化。由于制造安裝公差不可避免地存在間隙，因而會產生泄漏和旁流，而流體橫向沖刷換熱管引起的旋渦，也使流動變得更加復雜。由于流動的復雜性，要準確地分析影響這種復雜流動的各種因素，精確地計算壓力降是相當的困難。下面通過埃索法來計算： 式中：流體橫過管束的壓力降，Pa； 流體通過折流板缺口的壓力降，Pa； 殼程壓力降的結垢修正系數，無因次，對液體可取1.15；對氣體可取1.0。其中：；式中：管子排列方法對壓力降的修正系數，對三角形排列。對正方形排列，對轉置正方形排列；殼程流體摩擦系數，當時，； 橫過管束中心線的管子數，

17、對三角形排列；對正方形排列； 按殼程流通截面計算的流速，；其中： 因此 ，取整為19。則有： Pa Pa 可知此時的壓力降在合理范圍之類。2.4 換熱器壁溫計算2.4.1 換熱管壁溫計算符號說明：以換熱管外表面積為基準計算的總傳熱系數，W/（m）； 污垢熱阻，/w； 分別為熱、冷流體的的平均溫度，； 分別為熱流體的進、出口溫度，； 分別為冷流體的進、出口溫度，； 流體的有效平均溫差，；以換熱管外表面積為基準計算的給熱系數， W/（m）。熱流體側的壁溫： 冷流體側的壁溫： 所以 2.4.2 圓筒壁溫的計算 由于圓筒外部有良好的保溫層，故殼體壁溫取殼程流體的平均溫度：。2.5 本章小結 熱力計算最

18、主要的環節是冷、熱流體的熱流量計算以及換熱系數的校核和傳熱面積的核算。冷、熱流體的熱流量考慮外界因素實際上是不相同的，但本畢業設計只考慮理想狀態下的相同情況。首先根據已知冷、熱流體的狀態參數分別計算熱流量，然后再根據冷、熱流體的特性初選換熱系數，根據所選換熱系數來估算換熱面積。考慮到所用傳熱計算式的準確程度及其他未可預料的因素，應使所選用換熱器的換熱面積留有裕度，一般在10%-25%之間。最后再根據公式： 核算總傳熱系數。核算合適后再計算有效傳熱面積。 流體流經換熱器因流動會引起的壓力降。由于管程和殼程互不相連，可以分別計算壓強降。最后進行核算，所核算的壓強降必須在所設計換熱器所能承受最高工作

19、壓力范圍之內。第3章 換熱器結構設計與強度計算在確定換熱器的換熱面積后，應進行換熱器主體結構以及主要零部件的設計和強度計算，主要包括殼體和封頭的厚度計算、材料的選擇、管板厚度的計算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計算、開孔補強計算，還有主要構件的設計（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。3.1 殼體與管箱厚度的確定根據給定的流體的進出口溫度，選擇設計溫度為125；設計壓力為1.8Mpa。3.1.1 殼體和管箱材料的選擇由于所設計的換熱器屬于常規容器，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

20、擇16MnR為殼體與管箱的材料。16MnR是低碳低合金鋼，具有優良的綜合力學性能和制造工藝性能，其強度、韌性、耐腐蝕性、低溫和高溫性能均優于相同含碳量的碳素鋼，同時采用低合金鋼可以減少容器的厚度，減輕重量，節約鋼材。3.1.2 圓筒殼體厚度的計算焊接方式：選為雙面焊對接接頭，100%無損探傷，故焊接系數；根據GB6654壓力容器用鋼板和GB3531低溫壓力容器用低合金鋼板規定可知對16MnR鋼板其。假設材料的許用應力Mpa（厚度為616mm時），殼體計算厚度按下式計算為： 設計厚度；名義厚度查其最小厚度為8mm，則此時厚度滿足要求，且經檢查，沒有變化，故合適。3.1.3 管箱厚度計算管箱由兩部

21、分組成：短節與封頭；且由于前端管箱與后端管箱的形式不同，故此時將前端管箱和后端管箱的厚度計算分開計算。3.1.3.1 前端管箱厚度計算前端管箱為橢圓形管箱，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。此時選用標準橢圓形封頭，故，且同上，則封頭計算厚度為： 設計厚度；名義厚度經檢查，沒有變化，故合適。查JB/T47462002鋼制壓力容器用封頭可得封頭的型號參數如下：表格 31 DN600標準橢圓形封頭參數DN(mm)總深度H(mm)內表面積A()容積(m3) 封頭質量（）6001750.43740.035334.6短節部分的厚度同封頭處厚度，為10mm。3.

22、1.3.2 后端管箱厚度計算由于是浮頭式換熱器設計，因此其后端管箱是浮頭管箱，又可稱外頭蓋。外頭蓋的內直徑為700mm，這可在“浮頭蓋計算”部分看到。選用標準橢圓形封頭，故，且同上，則計算厚度為： 設計厚度；名義厚度經檢查，沒有變化，故合適。查JB/T47462002鋼制壓力容器用封頭可得封頭的型號參數如下：表3-2 DN700標準橢圓形封頭參數表格 32DN700標準橢圓形封頭參數DN(mm)總深度H(mm)內表面積A()容積(m3)封頭質量（）7002000.58610.054541.3短節部分的厚度同封頭處厚度，為10mm。3.2 開孔補強計算在該臺浮頭式換熱器上，殼程流體的進出管口在殼

23、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，因結構的連接性被破壞，會產生很高的局部應力，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算。由于管程與殼程出入口公稱直徑均為150mm，按照厚度系列，可選接管的規格為，接管的材料選為20號鋼。3.2.1 殼體上開孔補強計算3.2.1.1 補強及補強方法判別：1、補強判別：根據GB表8-1，允許不另行補強的最大接管外徑是89mm，本開孔外徑為159密碼，因此需要另行考慮其補強。2、開孔直徑d=di+2C=150+22=154mmDi/2=

24、300mm,滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。3.2.1.2 開孔所需補強面積計算：強度削弱系數接管有效厚度開孔所需補強面積按下式計算：3.2.1.3 有效補強范圍1、有效寬度B：2、有效高度：外側有效高度h1為：內側有效高度h2為：3.2.1.4 有效補強面積1、殼體多余金屬面積：殼體有效厚度：則多余的金屬面積A1為：2、接管多余金屬面積：接管計算厚度：接管多余金屬面積A2:3、接管區焊縫面積（焊腳取為6mm）4、有效補強面積：3.2.2 外頭蓋開孔補強計算外頭蓋上的排污口與排氣口接管材料也為20號鋼，選用規格為,主要是通過采用厚壁接管進行補強。3.2.2.

25、1 開孔所需補強面積其開孔直徑強度削弱系數接管有效厚度開孔所需補強面積：3.2.2.2 有效補強范圍1、有效寬度：2、有效高度：外側有效高度為：內側有效高度h2為：3.2.2.3 有效補強面積1、外頭蓋多余金屬面積：外頭蓋有效厚度：則多余的金屬面積A1為：2、接管多余金屬面積：接管計算厚度：接管多余金屬面積A2:3、接管區焊縫面積（焊腳取為4mm）有效補強面積：由此可知已經達到了補強的目的。3.3 換熱管換熱管的規格為，材料選為20號鋼。3.3.1 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。如圖3-1所示。各種排列方式都有其各自的特點：正三角形排列

26、：管外流體湍流程度高；正方形排列：易清洗；正方形錯列：可以提高給熱系數。圖表 1 換熱管排列方式在此，選擇正方形排列，主要是考慮這種排列便于進行機械清洗。查GB151-1999可知，換熱管的中心距S=32mm，分程隔板槽兩側相鄰管的中心距為44mm；同時，由于換熱管管間需要進行機械清洗，故相鄰兩管間的凈空距離（S-d）不宜小于6mm。3.3.2 布管限定圓布管限定圓為管束最外層換熱管中心圓直徑，其由下式確定： 查GB151-1999可知，b=5，b1=3，bn=12，故b2= bn+1.5=13.5，則。3.3.3 排管排管時須注意：拉桿應盡量均勻布置在管束的外邊緣，在靠近折流板缺邊位置處布置

27、拉桿，其間距小于或等于700mm。拉桿中心至折流板缺邊的距離應盡量控制在換熱管中心距的（0.51.5）范圍內。多管程換熱器其各程管數應盡量相等，其相對誤差應控制在10%以內，最大不能超過20%。相對誤差計算： 其中：各程的平均管數；各程中最小或最大的管數。 實際排管如下所示： 圖表 2管子排布由圖3-2可知，經過實際排管后發現，每個管程的布管數目分別是38，56，56，38，而各管程的平均管數為47，因此可知各程管數的相對誤差是：3.3.4 換熱管束的分程在這里首先要先提到管箱。管箱作用是把從管道輸送來的流體均勻地分布到換熱管和把管內流體匯集在一起送出換熱器，在多管程換熱器中管箱還起改變流體流

28、向的作用。由于所選擇的換熱器是4管程，故管箱選擇為多程隔板的安置形式。而對于換熱管束的分程，為了接管方便，采用平行分法較合適，且平行分法亦可使管箱內殘液放盡。3.3.5 換熱管與管板的連接換熱管與管板的連接方式有強度焊、強度脹以及脹焊并用。強度脹接主要適用于設計壓力小4.0Mpa；設計溫度300；操作中無劇烈振動、無過大的溫度波動及無明顯應力腐蝕等場合。除了有較大振動及有縫隙腐蝕的場合，強度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何場合。脹焊并用主要用于密封性能要求較高；承受振動和疲勞載荷；有縫隙腐蝕；需采用復合管板等的場合。在此，根據設計壓力、設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

29、。這是因為強度焊加工簡單、焊接結構強度高，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。3.4 管板設計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16MnR整體管板。3.4.1 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，因而換熱器固定端的管板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。3.4.2 管板計算符號說明：在布管區范圍內，因設置隔板槽和拉桿結構的需要，而未能被換熱管支承的面

30、積，對正方形排列，；隔板槽一側的排管根數；換熱管中心距；隔板槽兩側鄰管的中心距；管板布管區面積，；對多管程正方形排列換熱器，；管板布管區內開孔后的面積，；一根換熱管管壁金屬的橫截面積，；固定端管板墊片壓緊力作用中心圓直徑，；根據所選的墊片的尺寸，且選擇其壓緊面型式為GB150表9-1的1a，可知密封面寬度；則，故；管板布管區當量直徑，；換熱管外徑，；設計溫度時，管板材料的彈性模量，Mpa；設計溫度時，換熱管材料的彈性模量，Mpa；系數，按和查GB151圖24；管束模數，Mpa； 管束無量綱剛度，Mpa；換熱管有效長度（兩管板內側間距），；換熱管與管板脹接長度或焊腳高度，；換熱管根數；無量綱壓力

31、，；當量壓力組合；Mpa；管板設計壓力，Mpa；殼程設計壓力，Mpa；管程設計壓力，Mpa；換熱管與管板連接拉脫力，Mpa；許用拉脫力，查GB151，Mpa；系數，；管板計算厚度，；換熱管管壁厚度，；管板剛度削弱系數，一般可取值；管板強度削弱系數，一般取；系數，；換熱管軸向應力，Mpa；換熱管穩定許用壓應力，Mpa；設計溫度時，管板材料的許用應力，Mpa；設計溫度時，換熱管材料的許用應力，Mpa；管板厚度計算過程如下：3.4.2.1 管板名義厚度計算 ； ；查GB150可知，； 式中L應為換熱管的有效長度，但由于管板厚度尚未計算出，暫估算管板厚度為50mm進行試算，待管板厚度算出再用有效長度核

32、算，。；當中的的計算如下： ；查GB151-1999可知，同時由于前面換熱管的材料選為20號鋼，故， 由于此時不能保證與在任何時候都同時作用，則取；故；根據=1.36和查GB151圖可知，則管板計算厚度為：；管板的名義厚度應不小于下列三部分之和，即式中Cs和Ct分別是指殼程、管程的腐蝕裕量；而h1是指殼程側管板結構槽深，為0；h2是指管程隔板槽深，為4mm。此時應根據得到的管板名義厚度，重復以上步驟，使得管子有效長度對應于管板厚度。 ；故=1.39，查圖可知，則，；3.4.2.2 換熱管的軸向應力換熱管的軸向應力在一般情況下，應按下列三種工況分別計算：1、殼程設計壓力，管程設計壓力： 明顯地，

33、；2、管程設計壓力，殼程設計壓力： 明顯地，；3、殼程設計壓力與管程設計壓力同時作用： 明顯地，。由以上三種情況可知，換熱管的軸向應力符合要求。3.4.2.3 換熱管與管板連接拉脫力 式中，其中：換熱管最小伸出長度，查GB151-1999可知 ； 最小坡口深度，； 許用拉脫力；明顯地，。3.4.3 管板重量計算管板有固定管板以及活動管板，兩者的重量計算分別如下所示：3.4.3.1 固定管板重量計算圖表 3固定管板 3.4.3.2 活動管板重量計算：圖表 4活動管板 （3-24）3.5 折流板設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

34、體的傳熱系數，同時減少結構，而且在臥式換熱器中還起支撐管束的作用。常見的折流板形式為弓形和圓盤圓環形兩種，其中弓形折流板有單弓形，雙弓形和三弓形三種，但是工程上使用較多的是單弓形折流板。在浮頭式換熱器中，其浮頭端宜設置加厚環板的支持板。3.5.1 折流板的型式和尺寸此時選用雙弓形折流板這樣可造成液體的劇烈擾動，增大傳熱膜系數。為方便選材，可選折流板的材料選為16MnR，由前可知，弓形缺口高度為150mm，折流板間距為300mm，數量為19塊，查GB151-1999可知折流板的最小厚度為5mm，故此時可選其厚度為6mm。同時查GB151-1999可知折流板名義外直徑為。3.5.2 折流板排列 該

35、臺換熱器折流板排列示意圖3-5所示：圖表 5折流板3.5.3 折流板的布置一般應使管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進、出口管，其余折流板按等距離布置。靠近管板的折流板與管板間的距離l應按下式計算： （3-25）其中：殼程接管位置的最小尺寸，mm； 管板的名義厚度，mm；為防沖板長度，若無防沖板時，應為接管的內徑，mm； 3.5.4 折流板重量計算符號說明如下：折流板質量，kg；折流板外圓直徑，；折流板切去部分的弓形面積，系數，由查表求取；折流板切去部分的弓形高度，mm；管孔直徑，mm；拉桿孔直徑，mm；管孔數量；拉桿孔數量；折流板厚度，mm。計算過程如下：，查得； （3-26）3.6 法蘭與墊片

36、換熱器中的法蘭包括管箱法蘭、殼體法蘭、外頭蓋法蘭、外頭蓋側法蘭、浮頭蓋法蘭以及接管法蘭，另浮頭蓋法蘭將在下節進行計算，在此不作討論。墊片則包括了管箱墊片和外頭蓋墊片。3.6.1 固定端法蘭與墊片1、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，凹凸密封面，材料為鍛件20MnMo，其具體尺寸如圖3-7所示：（單位為mm）圖表 6 法蘭表格 33 DN600長頸對焊法蘭尺寸DN法蘭螺柱對接筒體最小厚度DD1D2D3D4Hhaa1Rd規格數量6007607156766666634211035211816261227M2424102、此時查JB4700-2000壓力

37、容器法蘭，根據設計溫度可選擇墊片型式為金屬包墊片，材料為0Cr18Ni9，其尺寸為：圖表 7墊片 表格 34管箱墊片尺寸PN(Mpa)DN(mm)外徑D(mm)內徑d(mm)墊片厚度反包厚度2.5600665625343.6.2 外頭蓋法蘭與浮頭墊片1、外頭蓋法蘭的型式與尺寸、材料均同上殼體法蘭，凹密封面，查JB4700-2000壓力容器法蘭可知其具體尺寸如下所示：（單位為mm）。 表格 35外頭蓋法蘭尺寸DN法蘭螺柱對接筒體最小厚度DD1D2D3D4Hhaa1Rd規格數量7008608157767667635012035211816261227M2428102、外頭蓋側法蘭選用凸密封面，材料

38、為鍛件20MnMo，查JB/4721-92可知其具體尺寸如下表：圖表 8外頭蓋側法蘭表格 36外頭蓋側法蘭尺寸DN法蘭螺柱對接筒體最小厚度DD1D2D3D4Hha1Rd規格數量60086081577676676348150721816401227M2428103、查JB/T4718-92選外頭蓋墊片的型式為金屬包墊片，其外徑D為765mm，內徑d為725mm且查JB/T4718-92也選浮頭墊片的型式為金屬包墊片，則其外徑D為592mm，內徑d為568mm，兩者材料均為0Cr18Ni9。3.6.3 接管法蘭型式與尺寸根據接管的公稱直徑，公稱壓力可查HG205922063597鋼制管法蘭、墊片、

39、緊固件，選擇帶頸對焊鋼制管法蘭，選用凹凸密封面，其具體尺寸如圖3-10所示： （單位為）圖表 9 接管法蘭第4章 換熱器的安裝、試車與維修4.1 安裝4.1.1 場地和基礎應根據換熱器的結構形式，在換熱器的兩端留有足夠的空間來滿足拆裝、維修的需要。4.1.2 安裝前的準備1、可抽管束換熱器安裝前應抽芯檢查。清掃。抽管束時，應注意保護密封面和折流板。移動和起吊管束時，應將管束紡織在專業的支撐結構上，以避免損傷換熱管；2、安裝前一般應進行壓力試驗。當圖樣有要求是，應進行密封性試驗。4.1.3 地腳螺栓和墊鐵1、活動支座的地腳栓應裝有兩個鎖緊的螺母，螺母與地板間應留有1-3m的間隙；2、地腳螺栓兩側均應有墊鐵。設備找平后，斜墊鐵可與設備支座地板焊牢，但不得與下面的平墊鐵或滑板焊死；3、墊鐵的安裝不應妨礙換熱器的熱膨脹。4.1.4 其他要求1、應在不受力的狀態下連接管線，避免強力裝配；2、擰緊換熱器螺栓時，一般應按GB-151-1999表示的順序進行，并應涂抹適當的螺紋潤滑劑。4.2 試車1、試車前應查閱圖紙有無特殊的要求和說明，銘牌有無特殊標志，如管板是否按壓差設計，對試壓、試車程序有無特殊要求等；