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　　1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄 1.換熱器選型和工藝設(shè)計1.1設(shè)計條件 項目管程殼程工作壓力（MPa）1.70.7工作溫度（）介質(zhì)凈化煤氣水蒸氣/冷凝水換熱管尺寸（mm）25×2.5換熱面積（m2）90換熱管長度（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=3550 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號碳鋼，殼體材料為Q245R1.3工藝設(shè)計1.3.1傳熱管根數(shù)的確定已知換熱管外徑do=

　　2、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l=6m，由S=dolN得換熱管數(shù)N=Sdol=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=31.25 取a=32mm；各程相鄰管的管心距a1=2a2+6=44mm橫過管束中心線管數(shù)（正三角形排列）nc=1.1N=1.1x192=15.216 （根）1.3.3殼體內(nèi)徑多管程結(jié)構(gòu)取管板利用率=0.7，則殼體內(nèi)徑為D=1.05a

　　3、N=1.05x32x1920.7=556mm取D=600mm1.3.4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=150mmb. 折流板間距B=151D，取B=300mmc. 折流板數(shù)NB=傳熱管長度/折流板間距-1=6000/300-1=19 塊2 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度校核2.1 管板設(shè)計2.1.1管板材料和選型 管板是管殼式換熱器*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。管板的設(shè)計合理與否直接關(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)

　　4、計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)計壓力 ps=1.0MPa, 管程設(shè)計壓力 pt=2.5MPa；殼體公稱直徑DN=600查<>P155可得管板的結(jié)果尺寸如下管板尺寸psMPaptMPaDNDD1D2D3D4D5Cd2螺栓b1b規(guī)格數(shù)量n21.02..527M 圖2-1 管板結(jié)構(gòu) 2.1.3管板質(zhì)量計算do換熱管外徑25；N換熱管根數(shù)192；Q245R密度，=7850Kg

　　5、/m3對上圖所示的管板結(jié)構(gòu)h取值為0。其它字母含義和數(shù)值見上圖和管板尺寸表Q=4D2-d22xn2xbf+D42x6+D52x4+D32xh-do2xbxNx=-272x24x38+6632x6+6002x4-252x48x192x10-9x7850=121Kg2.2法蘭與墊片 2.2.1管箱法蘭與管箱墊片 （1） 查NB/T -2012壓力容器法蘭可選管箱法蘭為長頸對焊法蘭，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 凹凸面法蘭結(jié)構(gòu)DN600長頸對焊法蘭尺寸DN法蘭螺柱對接筒體*小厚度DD1D2D3D4Hhaa1Rd規(guī)格數(shù)量

　　6、M（2）此時查NB/T4702-2012壓力容器法蘭，根據(jù)設(shè)計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)墊片厚度2..3 接管（1）選材本次設(shè)計壓力在低壓范圍內(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號鋼。（2）接管尺寸規(guī)格本次設(shè)計共有8個接管，由管口公稱直徑，查得接管的外徑和厚度如下符號公稱尺寸用途外徑 mm厚度mm(sch20)A80氣體進口89

　　7、4.6B80氣體出口894.6C80蒸氣進口894.6D50冷凝水出口603.5E25排污口343.5F25排污口343.5G25排氣口343.5H25排氣口343.52.3.1接管的外伸長度根據(jù)接管公稱直徑和厚度查換熱器設(shè)計手冊P142表1-6-6可得，接管A、B、C、D、E、F、G、H伸出長度都可以取150mm。2.3.2 接管位置設(shè)計 在換熱器設(shè)計中，為了使傳熱面積得以充分利用，殼程流體進、出口接管應(yīng)盡量接近兩端管板，而管箱進、出口接管盡量靠近管箱法蘭，可縮短管箱、殼體長度，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*小位置的限制。（1） 殼程接管位

　　8、置的*小尺寸殼程接管位置*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 殼體接管的位置對接管C(蒸汽進口),由于是無補強圈結(jié)構(gòu),可以按照下面的公式計算L1dh2+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=120dh=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，計算中 取C4S（S為殼體厚度，mm），且；(2)管箱接管位置的*小尺寸管層接管位置是指接管中心到法蘭密封面的距離如圖3-4所示圖2-5 管箱接位置無補強

　　9、圈按下面公式計算L2dh2+hf+C=892+110+30=184.5mm ；取L2=185mm；同理，對管程接管、E、G，取L2=185mmhf為法蘭高度,由前可知hf=H=110mm2.3.3 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/T-2009鋼制管法蘭、墊片和緊固件可知，PN2.5MPa，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

　　10、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）MMM.4管箱設(shè)計 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)簡單,便與制造,適于高壓清潔的介質(zhì),可省掉一塊造價高的盲板、法蘭和幾十對螺栓，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*小長度前端管箱由于換熱器為二管程，其*小管箱長度可按相鄰焊縫間距計算Lg minL2+L3+L4=185+100+183=468mmL2 在管箱接管*小位置

　　11、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/T-2010 壓力容器封頭可得=h1+h2175mm考慮封頭厚度L4=h1+h2+Sp=150+25+8=183mmh1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)強度計算中得出）取管箱長度為470mm；（后端管箱長度同前端管箱，見裝配圖）則L3取102mm；管箱短節(jié)長度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*小厚度為10

　　12、mm2.5 換熱管 換熱管的規(guī)格為25×2.5，材料選為20號碳鋼。2.5.1 布管限定圓布管限定圓DL為管束*外層換熱管中心圓直徑，其由下式確定：DL=Di-2b3 查GB151-2014可知，d30.25d=6.25,且b38mm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度焊、強度脹以及脹焊并用。 強度脹接主要適用于設(shè)計壓力小2.5Mpa；設(shè)計溫度200；操作中無劇烈振動、無過大的溫度波動及無明顯應(yīng)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

　　13、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(fù)合管板等的場合。在此，根據(jù)設(shè)計壓力、設(shè)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。這是因為強度焊加工簡單、焊接結(jié)構(gòu)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。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) 拉桿與折流板點焊結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑小于或等于14mm的管束，3) 當管板比較薄時，也可采用其他的連接結(jié)構(gòu)。由于此時換熱管的外徑為25mm，因此選用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。此

　　14、結(jié)構(gòu)拉桿一端用螺紋擰入管板，每兩塊折流板之間的距離用定居管固定，*后一塊折流板用兩個螺母擰緊固定。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 abb拉桿的數(shù)量其中拉桿的長度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)布置適當數(shù)量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于3個支承點。對于本臺換熱器拉桿的布置可參照零件圖。2.6.3 定距管定距管的規(guī)格同換熱管，其長度同實際需要確定。本臺換熱器定距管的布置可以參照部件圖。2.7防沖板由于殼程進入介質(zhì)為水蒸氣，會對入口出的換熱器

　　15、表面進行沖擊，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時的折流板左、右缺口和殼體內(nèi)徑小于600mm時的折流板上、下缺口的換熱器。本次設(shè)計殼體內(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口接管處，即接管C處。對接管C，DN=80；查的外徑Do=89mm則H1=1413Do=（22.2529.67）mm ,取H1=25mm。防沖板邊長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*小厚度Do<300; 碳鋼,低合金鋼為4.5mm。

　　16、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*小厚度為4mm，故此時可選其厚度為6mm。同時查GB151-2014表6-20可知折流板名義外直徑為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、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)按下式計算：l=L1+B22-b-4=150+1602-48-4=1

　　17、86mm；其中：L1殼程接管位置的*小尺寸，mm； b管板的名義厚度，mm； B2為防沖板長度，由前可知其值為160mm2.8.3 折流板重量計算 符號說明如下：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， 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；折流板厚度，mm； Q245R密度，=7850Kg/m3。計算過程如下haDa=.5=0.252，查得C=0. ； Af=Da2C=595.52×0.=mm2 ； Q=4

　　18、Da2-Af-4d12.n1+4d22.n2×× =4×595.52--4×252×192+4×162×4x6x10-9x7850 =6.04kg3.強度計算3.1殼體和管箱厚度計算3.1.1 殼體、管箱和換熱管材料的選擇 由于所設(shè)計的換熱器屬于常規(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，同時采用低合金鋼可以減少容器的厚

　　19、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號碳鋼。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(shù)=1.0；根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計第三版P115可知Q245R鋼板負偏差C1=0.3mm，取腐蝕余量C2=2mm殼程條件（厚度為616mm時） pc=1.1pw=1.1x0.7=0.77MPa設(shè)計溫度 ts=170筒體材料Q245R 許用應(yīng)力 【】t=136.4MPa 屈服點 s=245MPa 常溫許用應(yīng)力 【】=148MPa殼體計算厚度按下式計算為： =PcDi2t-Pc=0.77×6002×136.4×

　　20、1-0.77=1.7mm； (3-1)設(shè)計厚度為： d=+C2=1.7+2=3.7mm ； (3-2)名義厚度n=d+C1+=6mm(其中為向上圓整量) ； (3-3)查其*小厚度為6mm，則此時厚度滿足要求，且經(jīng)檢查，沒有變化，故合適。3.1.3 管箱厚度計算管箱由兩部分組成：短節(jié)與封頭；由2.4管箱設(shè)計部分可知為管箱為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)計溫度 tt=150封頭管箱材料Q245R 許用應(yīng)力 【】t=140MPa 屈服點 s=245MPa 常溫許用應(yīng)力 【】=148MPa此時選用標準橢圓形封頭，故，且C1=0.

　　21、3，C2=2mm，則封頭計算厚度為：h=KPcDi2t-0.5Pc=1×1.87×6002×140×1-0.5×1.87=4.02mm ； (3-4)設(shè)計厚度 dh=h+C2=4.02+2=6.02mm ; (3-5)GB151中規(guī)定的*小厚度 7.00 mm，故名義厚度 nh=dh+C1+=8 mm （為向上圓整量）；經(jīng)檢查，沒有變化，故合適。查GB/T-2010 壓力容器封頭可得封頭的型號參數(shù)如下EHA標準橢圓型封頭參數(shù)DN(mm)總深度H(mm)內(nèi)表面積A()容積(m3) 封頭質(zhì)量（）...5

　　22、短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為8mm。3.2 開孔補強計算在該臺固定管板式換熱器上，殼程流體的進出管口在殼體上，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(jié)構(gòu)的連接性被破壞，會產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，會給換熱器的安全操作帶來隱患。因此此時應(yīng)進行開孔補強的計算。 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89×4.6，接管的材料選為20號鋼。3.2.1 殼體上開孔補強計算 補強及補強方法判別：補強判別：根據(jù)GB150表8-1，允許不另行補強的*大接管

　　23、外徑是89，本換熱器*大接管外徑為89mm，因此不需要另行考慮其補強。3.3 水壓試驗對于壓力容器而言,水壓試驗是很重要的一個環(huán)節(jié)，其主要檢驗壓力容器密封、承壓等性能。水壓試驗壓力應(yīng)以能考核承壓部件的強度，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壓力下的薄膜應(yīng)力不得超過材料在試驗溫度下屈服極限的90。壓力容器水壓試驗后，無滲漏、無可見的異常變形，試驗過程中無異常的響聲，則認為水壓試驗合格。對于本設(shè)計而言：設(shè)試驗溫度為常溫，則有pT=1.25pct=1.25x0.77x.4=1.04MPa 有效厚度e=n-C1-C2=6-2-0.3=3.7mm 則校核水壓試驗時圓筒的薄膜

　　24、壓力T：T=PT(Di+e)2e=1.04×(600+3.7)2×3.7 =84.mm時

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