F180填料函式柴油機(jī)冷卻器設(shè)計(jì)

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1、 F180填料函式柴油機(jī)冷卻器設(shè)計(jì) 摘 要 在工業(yè)中換熱器是必不可少的，特別在化工行業(yè)和石化行業(yè)中頻繁被應(yīng)用到。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)著十分重要的地位，尤其是在世界能源危機(jī)發(fā)生后，換熱器在緩和資源緊缺的應(yīng)用中顯得特別重要，因而國(guó)內(nèi)外各研究機(jī)構(gòu)、高等學(xué)府對(duì)換熱器的研究一向十分注重。 此次設(shè)計(jì)的是填料函式換熱器。依據(jù)換熱器的特性進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)主要依靠已查閱到的工藝條件和理論知識(shí)。 此文通過查閱有關(guān)于換熱器方面的書籍而得到了一些知識(shí)，對(duì)換熱器有了大致的了解。緊接著計(jì)算填料函式換熱器殼與管程的設(shè)計(jì)壓力還有校核其他元件。 根據(jù)要求和選擇合理的結(jié)構(gòu)形式下，繪制出標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)

2、計(jì)圖紙。技術(shù)要求要在圖紙上明確標(biāo)注。 此次設(shè)計(jì)的過程中，要在安全的前提下盡量保證其質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)的合理性、實(shí)用性。設(shè)計(jì)時(shí)必須要嚴(yán)格按照精確的設(shè)計(jì)步驟和方法，要符合國(guó)家的相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。 關(guān)鍵詞：節(jié)能；結(jié)構(gòu)；強(qiáng)度；管程 ABSTRACT In industry, heat exchangers are indispensable, especially in the chemical industry and petrochemical industry. Occupy a very important position in the

3、 national economy, especially in the world energy crisis, it is particularly important to ease the shortage in application in heat exchanger, the heat exchanger for research universities and research institutions, both inside and outside the country has always paid great attention to. The design is

4、 the stuffing box heat exchanger. According to the characteristics of the heat exchanger, the design depends mainly on the process conditions and theoretical knowledge. This article gets some knowledge of books about heat exchangers and has a broad understanding of heat exchangers. Then calculate t

5、he packing box heat exchanger shell and tube design pressure, as well as check other components. According to requirements and selection of reasonable structure form, draw standard design drawings. Technical requirements should be clearly marked on the drawings. In the process of design, we should

6、 ensure the quality and economic rationality and practicability in the premise of safety. Design must be in strict accordance with the precise design steps and methods, to comply with relevant state regulations and standards. Key words: energy conservation;structure;strength;management 

7、目 錄 1 概述 1 1.1 設(shè)備的簡(jiǎn)介 1 1.2 設(shè)備的基本結(jié)構(gòu) 1 1.3 設(shè)備的分類 1 1.3.3 蓄能式換熱器 2 1.3.4 板、管式換熱器 2 1.3.5 直接接觸式換熱器 2 1.4 填料函式換熱器 2 1.4.1 填料函式換熱器的概述 2 1.4.2 填料函式換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 2 1.5 設(shè)計(jì)的任務(wù)和思想 3 1.5.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 3 1.5.2 設(shè)計(jì)的思想 3 2 填料函式換熱器的主要部件與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 2.1 F180填料函式換熱器的工藝條件 4 2.2 選取換熱器尺寸 4 2.2.1 換熱管尺寸的選取 4 2.2.2 計(jì)算換熱管根

8、數(shù) 4 2.2.3 殼程直徑D的計(jì)算 4 2.3 進(jìn)出口的設(shè)計(jì) 5 2.3.1 接管外伸長(zhǎng)度 5 2.3.3 排氣、排液管 5 2.4 接管最小位置 6 2.4.1 殼程接管位置的最小尺寸 6 2.4.2 管箱接管位置最小尺寸 6 2.5 管板 7 2.5.1 最小厚度 8 2.6 管箱 8 2.6.1 管箱結(jié)構(gòu)形式 8 2.6.2 管箱材料的選擇 9 2.7 換熱管 9 2.7.1 換熱管的形式和尺寸 9 2.7.2 換熱管的材料 9 2.7.3 換熱管的排列形式 10 2.7.4 換熱管的管心距 10 2.8 管板與殼體的連接 10 2.9 管板與管箱

9、的連接 11 3 管子和管板的連接 12 3.1 脹接 12 3.2 脹焊結(jié)合 12 4 F180填料函式式換熱器其他各部件結(jié)構(gòu) 12 4.1 折流板 12 4.1.1 折流板的主要幾何參數(shù) 13 4.1.2 折流板的最小厚度 13 4.1.3 折流板的管孔 13 4.1.4 折流板外直徑及允許偏差 14 4.1.5 折流板間距 14 4.2 防沖與導(dǎo)流 15 4.2.1 防沖板的型式 15 4.2.2 防沖板的位置和尺寸 16 4.3 拉桿與定距管 16 4.3.1 拉桿的結(jié)構(gòu)和尺寸 16 4.3.2 拉桿的布置 18 4.3.3 定距管尺寸 18 4

10、.4 封頭、法蘭以及鞍座的選擇 18 4.4.1 封頭的選用 18 4.4.2 法蘭結(jié)構(gòu)類型 18 4.4.3 鞍座的選擇 18 5 填料函式換熱器的強(qiáng)度設(shè)計(jì)及校核 19 5.1 殼體 19 5.2 管箱 21 5.3 法蘭的強(qiáng)度校核 21 5.3.1 墊片 21 5.3.2 螺栓 22 5.3.3 法蘭 23 5.3.4 法蘭設(shè)計(jì)力矩 23 5.4 管板厚度計(jì)算 24 5.4.1 管板參數(shù)計(jì)算 24 5.4.2 結(jié)構(gòu)尺寸 24 5.4.3 管板應(yīng)力計(jì)算 25 5.4.4 操作力力矩 26 5.4.5 法蘭預(yù)緊力 26 5.4.6 計(jì)算徑向應(yīng)力 2

11、7 5.4.7 計(jì)算設(shè)計(jì)力矩M和管板延長(zhǎng)部分的法蘭應(yīng)力 27 5.4.8 應(yīng)力校核 28 5.5 管子與管板連接拉脫力的校核 29 5.5.1 換熱管軸向應(yīng)力 29 5.5.2 換熱管與管板連接拉脫力 30 5.6 開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算 30 5.6.1 概述 30 5.6.2 殼體開孔補(bǔ)強(qiáng) 30 5.7 壓力試驗(yàn) 30 5.7.1 管程圓筒 31 5.7.2 殼程圓筒 31 6 填料函式換熱器的制造、安裝、檢驗(yàn)、清洗和維修 31 6.1 概述 31 6.2 材料驗(yàn)收 32 6.3 填料函式換熱器的制造 32 6.3.1 殼體圓筒 32 6.3.2 管箱 32

12、6.3.3 管板 32 6.3.4 管孔加工 32 6.3.5 管束的組裝 32 6.4 安裝 32 6.5 清洗 33 6.6 填料函式換熱器的日常維護(hù)和故障處理 33 6.7 容器的銘牌要求 33 6.8 壓力容器的油漆、包裝、運(yùn)輸 33 結(jié) 論 35 致 謝 37 參考文獻(xiàn) 38 VI 1 概述 1.1 設(shè)備的簡(jiǎn)介 換熱器是一種當(dāng)下工業(yè)中大量應(yīng)用的常用設(shè)備。它在化工、制油、重輕工、制藥、機(jī)械等方面同樣大量采用。在當(dāng)下的化工生產(chǎn)中，換熱設(shè)備的投進(jìn)金額約占總資金的10%-20%；在煉油廠中，占總共資金的35%-40%

13、。 換熱器是一種將換熱器內(nèi)介質(zhì)彼此轉(zhuǎn)換熱量的設(shè)備，從而使介質(zhì)達(dá)到需求溫度，讓溫度要求達(dá)到預(yù)設(shè)參數(shù)的一種交換設(shè)備。別名為熱交換器。其中填料函式換熱器因含有簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)捷的制造工藝，而在各大工業(yè)中獲得了多量的應(yīng)用。 1.2 設(shè)備的基本結(jié)構(gòu) BES和AES是浮頭式換熱器的兩種型號(hào)，它的主要零件構(gòu)成是殼體、浮動(dòng)管箱、管束等。此中，管箱則是由封頭、管箱法蘭、接管法蘭等組成，管束則是由換熱管、折流板、拉桿、管板等零部件組成。浮頭換熱器的浮頭部分結(jié)構(gòu)，可以按不同的要求策畫成各種各樣的樣式，當(dāng)然除必須思慮管束允許在設(shè)備內(nèi)自由移動(dòng)外，同時(shí)必須思慮到浮頭部分的檢測(cè)修理、裝配和洗滌的便利。 1.3 設(shè)備的

14、分類 1.3.1 管殼式換熱器 本實(shí)用新型可靠性高，適應(yīng)性廣，被多量應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。近些年來(lái)，雖然遭遇到了其余新型換熱器的挑戰(zhàn)，但反之也促成了其本身的發(fā)展。在換熱器高參數(shù)、大尺度的發(fā)展中，換熱器依舊居于主導(dǎo)地位。 1.3.2 浮頭式換熱器有以下優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： （1）可以掏出管束，能方便管殼清潔； （2）介質(zhì)間溫差不會(huì)碰到任何的限制； （3）處于高溫、高壓下依舊可以正常應(yīng)用，日常工作溫度會(huì)小于等于攝氏度，壓力則小于等于6.4兆帕； （4）能應(yīng)用于嚴(yán)重結(jié)垢的狀況； （5）能應(yīng)用于管程易腐蝕情況。 缺點(diǎn)： （1）小浮頭易發(fā)生內(nèi)漏狀況； （2）對(duì)

15、金屬材料的耗量大，成本高百分之二十； （3）結(jié)構(gòu)也很繁復(fù)。 1.3.3 蓄能式換熱器 蓄熱式換熱器的基礎(chǔ)原理是利用固體物質(zhì)當(dāng)作中介來(lái)傳遞熱量。通俗的來(lái)說，就是熱介質(zhì)必須先讓它本身的熱量轉(zhuǎn)換給中介物質(zhì)使中介物質(zhì)達(dá)到一定溫度后，此時(shí)中介物質(zhì)的熱量就可以被冷介質(zhì)開始吸收，因而達(dá)到換熱的目的。此種換熱器結(jié)構(gòu)緊密，傳熱面積較大，具有廉價(jià)的制造成本。最為重要的是它是唯一能夠在超過1300攝氏度的場(chǎng)合下依舊可以正常使用的換熱器。 1.3.4 板、管式換熱器 板、管式換熱器在絕大多數(shù)領(lǐng)域中都能看見其使用。其原理是利用冷、熱介質(zhì)通過金屬材料還有非金屬材料來(lái)相傳熱量。此類型的換熱器具備

16、著很高的傳熱效率、較小的體積、總重量輕、能夠同時(shí)處理兩種以上介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。 1.3.5 直接接觸式換熱器 其工作原理是經(jīng)過介質(zhì)之間的直接接觸來(lái)完成一個(gè)熱量的傳遞過程。其熱量傳遞的大小是由介質(zhì)接觸面積的大小決定的，因而此類換熱器又被稱之為混合式換熱器。直接接觸式換熱器的介質(zhì)一般是氣、液兩種，其主要是以塔設(shè)備為主體的傳熱設(shè)備。這類型的換熱器具備非常簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)，所以價(jià)錢也會(huì)比其他換熱器更加低廉，維護(hù)上也會(huì)更為方便，使用周期更加長(zhǎng)。 1.4 填料函式換熱器 1.4.1 填料函式換熱器的概述 填料函式換熱器是由管板、管束、殼體、管箱等零部件組成的，填料函式換熱器的浮頭和殼體連接的

17、滑動(dòng)接觸面處是利用填料函式作為密封結(jié)構(gòu)。它的管束是可以掏出來(lái)的，這樣會(huì)便于清洗和維修?？墒且⒅氐牡胤骄褪侨菀装l(fā)生內(nèi)漏，在安裝過程中要小心細(xì)致。 1.4.2 填料函式換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn) （1）構(gòu)造簡(jiǎn)易。 （2）耐污濁。 （3）清潔簡(jiǎn)易。 （4）介質(zhì)溫差基本不會(huì)遇到限制。 （5）防腐性高。 1.5 設(shè)計(jì)的任務(wù)和思想 1.5.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 現(xiàn)如今，我們一直都秉承著可持續(xù)性發(fā)展的理念，而可持續(xù)性發(fā)展的社會(huì)需要我們每個(gè)人去節(jié)能環(huán)保。當(dāng)今世界能源危機(jī)愈演愈烈，節(jié)能設(shè)備顯得尤其重要。為了能做到可持續(xù)性發(fā)展我們需要節(jié)減能源，提升資源利用率，做好資源的回收工作。當(dāng)然為了可以更合理的

18、應(yīng)用好我們有限的資源，我們應(yīng)當(dāng)盡快研究發(fā)明出新的節(jié)能設(shè)備。 1.5.2 設(shè)計(jì)的思想 設(shè)計(jì)換熱器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零部件的強(qiáng)度運(yùn)算等。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要在保證制造成本和加工合理的前提下，選取契合的零件材料和結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)進(jìn)程要考慮能否便于生產(chǎn)、裝配和檢修、清潔還有維修等；其強(qiáng)度校核運(yùn)算著重是針對(duì)管殼式換熱器管，封頭壁厚，支架厚度和強(qiáng)度的運(yùn)算，以及其他零部件，確保依據(jù)生產(chǎn)需求的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使換熱器達(dá)到需求。 2 填料函式換熱器的主要部件與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖1 填料函式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖 2.1 F180填料函式換熱器的工藝條件 工藝條件參考表1 表1 填

19、料函式換熱器的工藝條件 設(shè) 計(jì) 條 件： 殼 程 管 程 工 作 介 質(zhì)： 水 柴油 設(shè) 計(jì) 溫 度： 80℃ 185℃ 設(shè) 計(jì) 壓 力： 1.25MPa 1.55MPa 腐 蝕 余 量： 自定 換 熱 面 積： 180m2 2.2 選取換熱器尺寸 2.2.1 換熱管尺寸的選取 依照已知給出的參數(shù)，參照《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》填料函式換熱器基礎(chǔ)參數(shù)的選取。選用了換熱管子外徑為m，厚度則為m。 2.2.2 計(jì)算換熱管根數(shù) 已知換熱面積的大小，依照《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》第18頁(yè)的表1-2-7，選取管長(zhǎng)mm。再參照《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》第頁(yè)的公

20、式1-2-2的換熱面積公式求得管根數(shù)：換熱管規(guī)格為φ，傳熱管數(shù)為 =≈（根） 式子中的符號(hào)按從左至右的順序分別代表的是：換熱管的總數(shù)，換熱器的換熱面積，換熱管的外徑，換熱管的長(zhǎng)度。 2.2.3 殼程直徑D的計(jì)算 通過《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》里換熱管的排列方式可得知：管間距能夠加大到1.4倍管外徑。即

21、 通過瀏覽資料可以得知換熱管中心距取mm 橫著通過管束中心線的換熱管數(shù)量：由《化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)》（1-14）可知 （根） ：?jiǎn)纬坦軘?shù) : 程數(shù) 由于設(shè)計(jì)的是雙管程結(jié)構(gòu)，因而殼程內(nèi)徑為 =mm 所以取整得=mm 2.3 進(jìn)出口的設(shè)計(jì) 接管地方最大的直徑應(yīng)不大于三分之一到四分之一的殼體直徑。當(dāng)然同時(shí)還應(yīng)該思慮到

22、進(jìn)出口壓強(qiáng)的狀況。 2.3.1 接管外伸長(zhǎng)度 接管法蘭面至殼體（管箱殼體）外壁距離是接管外伸長(zhǎng)度。瀏覽《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》第頁(yè)，可得知接管其長(zhǎng)度運(yùn)算公式是： 2.3.2 接管與筒體、管箱殼體的連接 結(jié)構(gòu)型式通常采取插入式焊接法并且接管不能高過殼體內(nèi)部。通常按照中有開孔的標(biāo)準(zhǔn)范圍選定。 2.3.3 排氣、排液管 在換熱器的殼程以及管程處設(shè)計(jì)了排氣排液口，是為了充足利用傳熱面積，提高效率。此中口的尺寸通常大于。 如圖2所示為臥式換熱器的排氣液口，它通常都

23、是安裝在封頭的頂部或者底部。 圖2 用于臥式換熱器之排氣（液）管 2.4 接管最小位置 在換熱器中為了充分利用其換熱面積，進(jìn)出口管殼應(yīng)盡最大可能靠近管板兩端，而進(jìn)出口管應(yīng)盡可能靠近管道法蘭。 2.4.1 殼程接管位置的最小尺寸 依照《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》第頁(yè)的圖，如下圖所示： 圖3 運(yùn)算此下公式： 帶補(bǔ)強(qiáng)圈： 無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈： 2.4.2 管箱接管位置最小尺寸

24、 換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》第頁(yè)圖，如下圖示： 圖4 帶補(bǔ)強(qiáng)圈： 無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈： 因?yàn)榇嬖诤缚p的原因，通常要求mm。 依據(jù)公式運(yùn)算可得到水進(jìn)、出口高度=mm, 柴油進(jìn)、出口高度=mm。 管箱壓力接管高度=mm,管箱排污口接管高度=mm，殼程排水口接管高度=mm。 2.5 管板 管板只是換熱器其中的一小部分，管板的設(shè)計(jì)需要考慮強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)固定管板式的換熱器而言，通常情況下會(huì)將它管板兼做法蘭的管板，如下

25、 圖5所示。需要在分程隔板的彎曲部位，選取倒角的數(shù)據(jù)為。 圖5 固定端管板 查閱《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》第頁(yè)表（A）和（B）得管板尺寸： mm mm mm mm 2.5.1 最小厚度 管板最小厚度min根據(jù)《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》第頁(yè)的表，見表2。 表2 管板開孔尺寸 （mm） 管子外徑d 管孔名義直徑d’ 最小脹接長(zhǎng)度l 管子外伸長(zhǎng)度l1 槽深度K 19 19.4 δ≤50 δ＞50 3+2

26、 0.5 25 25.4 32 32.4 δ-3 4+2 0.6 38 38.5 δ-3 50 三者中最小值 45 45.5 2d 5+2 0.8 57 57.7 所以最小厚度min為mm 2.6 管箱 管箱裝配在固定管板式換熱器的兩側(cè)

27、。管箱半徑?jīng)Q定隔板的厚度，進(jìn)而需要確保剛性以及密封面的厚度要求。 2.6.1管箱結(jié)構(gòu)形式 管箱結(jié)構(gòu)如圖6所示： 圖6 管箱結(jié)構(gòu)形 分程隔板的最小厚度如下表3示： 表3 分程隔板的最小厚度 （mm） 公稱直徑DN 碳素鋼及低合金鋼 高合金鋼 DN≤600 8 8 600＜DN≤1200

28、 10 8 DN＞1200 14 10 按照《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇圖 2.6.2 管箱材料的選擇 已經(jīng)得知設(shè)計(jì)溫度、壓力分別為℃、。根據(jù)，管箱材料選取。 2.7 換熱管 2.7.1 換熱管的形式和尺寸 依照已知的數(shù)據(jù)，換熱管的長(zhǎng)度，換熱管外徑，以及換熱管的壁厚。查閱《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》第頁(yè)的表，得到下面表數(shù)據(jù)如下： 表4 常用換熱管的規(guī)格和尺寸偏差

29、 （mm） 材料 鋼管標(biāo)準(zhǔn) 外徑X壁厚 外徑偏差 壁厚偏差 19 X 2 0.20 25 X 2.5 0.20 +12% 碳鋼 GB/T8163 32 X 3 0.30

30、 -10% 38 X 3 0.30 45 X 3 0.30 57 X 3.5 0.8% 10% 19 X 2 0.20 252 0.20 不

31、銹鋼 GB/T2270 32 X 2 0.30 +12% 38 X 2.5 0.30 -10% 45 X 2.5 0.30 57 X 2.5 0.8%

32、 2.7.2 換熱管的材料 管子除了要求具備足夠的強(qiáng)度外，由于此次設(shè)計(jì)有采用焊脹結(jié)合，因而換熱管也必定要擁有優(yōu)良的可塑性。在這樣的情形下通常要去采用優(yōu)質(zhì)碳鋼，用此來(lái)保障管子的質(zhì)量。按照本設(shè)計(jì)的要求，它的介質(zhì)是水和油，其腐蝕性并不是很大。所以初步選中采用20鋼當(dāng)作換熱管的材質(zhì)。 2.7.3 換熱管的排列形式 換熱管的幾種標(biāo)準(zhǔn)排列方式如圖7所示。 就目前而言正三角形排是換熱器管子排列方式中最普及的一種。既能便于介質(zhì)的流動(dòng)同時(shí)又能夠布置最多數(shù)量的管束。 圖7 管子的排列方式 因此為了擁有更高能的效率，而去選

33、取正三角形的排列。 2.7.4 換熱管的管心距 換熱器中心距如表5中所示： 表5 換熱管中心距 （mm） 換熱管外徑 換熱管中心距 分程隔板槽兩側(cè)管子中心距 19 25 38 25 32 44 32

34、 40 52 38 48 60 45 57 68 57 72 80 依據(jù)表5得到其中心距為mm。 2.8 管板與殼體的連接

35、 填料函式換熱器管必要對(duì)其進(jìn)行清潔，因此管板肯定要從本體上取下，所以固定管板的連接必定能被可拆卸連接的，如圖8所示，管板在中殼法蘭和蓋板法蘭之間，拆卸出管板端蓋就可以連接管束從殼體中取出。 圖8 管板與殼體可拆聯(lián)接 2.9 管板與管箱的連接 管板與管箱的連接是用法蘭來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這樣殼程側(cè)的法蘭就可以去作為管板的延伸。依據(jù)查閱的性能來(lái)設(shè)計(jì)的溫度、壓強(qiáng)和介質(zhì)并選取法蘭和密封性的樣式。圖9為管板可拆式連接。為了更便利于清洗和維修，固定管板應(yīng)該裝配于管箱法蘭和殼體法蘭之間。 圖9 管板與管箱的連接結(jié)構(gòu) 3 管子和管板的連接

36、3.1 脹接 為了讓兩者更好的吻合，脹接需要采用脹管器插入管板孔的管子端頭之中。 表6 管板開孔尺寸 （mm） 管子外徑D 管孔名義直徑D’ 最小脹接長(zhǎng)度L 管子外伸長(zhǎng)度L1 槽深度K 19 19.4 δ≤50 δ＞50 3+2 0.5 25 25.4 32 32.4 δ-3

37、 4+2 0.6 38 38.5 δ-3 50 三者中最小值 45 45.5 2d 5+2 0.8 57 57.7 在使用脹接時(shí)應(yīng)該要充分考慮工作環(huán)境如何，通常工作時(shí)期的壓力要小于，溫度應(yīng)低至300攝氏度以下。 由于本次設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)能吻合脹接的條件，所以此次設(shè)計(jì)能夠?qū)⑺鼞?yīng)用在其中。 3.2 脹焊結(jié)合 為了保障質(zhì)量和壽命，應(yīng)該要同時(shí)采取焊接和脹接。

38、 4 F180填料函式式換熱器其他各部件結(jié)構(gòu) 4.1 折流板 折流板的構(gòu)造設(shè)計(jì)根據(jù)工藝來(lái)選定的，相對(duì)換熱器來(lái)說設(shè)計(jì)折流板主要產(chǎn)生的作用是為了提升傳熱效果以及對(duì)管子支撐力度。 折流板的分類主要是三種，它分別是弓形、圓盤-圓環(huán)形、矩形。其中弓形折流板又是為三大類分別是單弓形、雙弓形、以及三弓形。而此次設(shè)計(jì)采用的是單弓形折流板。 4.1.1 折流板的主要幾何參數(shù) 單弓形折流板缺口高度通常大概是殼體內(nèi)徑的百分之十五至百分之四十五。 缺口高度： (10) 折流間距：

39、 (11) 折流板數(shù)： （12） 4.1.2 折流板的最小厚度 瀏覽《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》第頁(yè)的表，正如下表示 表7 折流板或支撐板的最小厚度 （mm） 工程直徑DN l≤300 300＜l≤600 600＜l≤900 900＜l≤1200 1200＜l≤1500 l＞1500 DN≤400 3

40、 4 5 8 10 10 400＜DN≤700 4 5 6 10 10 12 700＜DN≤900 5 6 8 10 12 16 900＜DN≤1500 6 8 10 12 16 1

41、6 1500＜DN≤2000 - 10 12 16 20 20 2000＜DN≤2600 - 12 14 18 20 22 已經(jīng)知道殼徑，瀏覽《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》第頁(yè)的表，采用跨距，然后折流板最小厚度為。 4.1.3 折流板的管孔 因?yàn)楣芸走x中的材料是鋼，所以管束管孔直徑和偏差如下表所示： 表8 折流板管孔直徑和允許偏差

42、（Ⅱ級(jí)換熱管） （mm） D為25mm，因此管孔直徑是。在管孔的擋板處進(jìn)行處理，對(duì)管孔兩側(cè)進(jìn)行倒角。 4.1.4 折流板外直徑及允許偏差 依據(jù)《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》第頁(yè)的表，獲取到表9參數(shù)： 表9 板外直徑及允許偏差 （mm） DN≤400 DN-2.5 0 400＜DN≤500 DN-3.5

43、 -0.5 500＜DN≤900 DN-4.5 0 900＜DN≤1300 DN-6 -0.8 1300＜DN≤1700 DN-8 0 1700＜DN≤2000 DN-10

44、 -1.2 2000＜DN≤2300 DN-12 0 - - -1.4 2300＜DN≤2600 DN-14 0 - -

45、-1.6 依照已知，所得折流板的外直徑是 （13） 4.1.5 折流板間距 最小間距則肯定是大于圓筒直接的零點(diǎn)二倍，最大間距如表10所示： 表10 最大無(wú)支撐跨距 （mm） 已得取管子外徑為二十五，材質(zhì)是鋼，而跨距會(huì)是。 4.2 防沖與導(dǎo)流 此次設(shè)計(jì)的為臥式換熱器，設(shè)計(jì)防沖板的重要目的是為了預(yù)防介質(zhì)會(huì)從殼口流入時(shí)，進(jìn)而對(duì)管子的接觸面產(chǎn)生直接沖擊。 當(dāng)遇到以下幾種情形時(shí)應(yīng)該要設(shè)置防沖板： （1）流體介質(zhì)具有腐蝕性; （2）當(dāng)流體是腐蝕以及非磨蝕性的單向流體時(shí)

46、； （3）對(duì)于沸點(diǎn)下的流體以及其他液體。 4.2.1 防沖板的型式 瀏覽《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》第的四類防沖板型式，如圖所示： 用于換熱器； 用于左、右缺邊折流板以及上、下缺邊折流板的換熱器； 用于上、下缺邊折流板的換熱器； 用于上、下缺邊折流板的換熱器。 依照此設(shè)計(jì)條件，可以選取的防沖板型式是。 4.2.2 防沖板的位置和尺寸 殼體的內(nèi)設(shè)有防沖壓板，由兩部分的位置組成的面積是殼體的倍。但最小是不可小于接管外徑的四分之一。防沖板的表面至圓筒內(nèi)壁間的距離運(yùn)算公式按照《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》第頁(yè)的。 此下公式是計(jì)算防沖板的表面至圓筒內(nèi)壁之間的距離。

47、 （14） 算得碳鋼、低碳合金鋼最小厚度是，不銹鋼最小厚度是。 4.3 拉桿與定距管 4.3.1 拉桿的結(jié)構(gòu)和尺寸 （1）拉桿的結(jié)構(gòu)型式 查詢《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》第頁(yè)，得到拉桿具有2種結(jié)構(gòu)；拉桿定距管和拉桿以及折流板點(diǎn)焊，如圖。前者適用于，后者用于。除此以外，如果管板的厚度很小時(shí)，只可以選取其他的結(jié)構(gòu)。 圖12 選取拉桿定距管結(jié)構(gòu)。 （2）拉桿的尺寸、直徑與數(shù)量 長(zhǎng)度按需求來(lái)選擇，根據(jù)《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》第頁(yè)的連接尺寸圖，如圖13和第189頁(yè)表1-6-36拉桿尺寸

48、表11，表拉桿直徑表12和表拉桿數(shù)量表。 圖13 拉桿連接尺寸 表11 拉桿數(shù)量 （mm） 拉桿直徑 拉桿數(shù)量 DN＜400 400≤DN＜700 700≤DN＜900 900≤DN＜1300 1300≤DN＜1500 1500≤DN＜1800 10 4 6 10 12 16 24 12

49、 4 4 8 10 12 18 16 4 4 6 6 8 12 表12 拉桿的直徑 （mm） 換熱管外徑 拉桿直徑 10

50、 10 14 12 19 12 25 16 32 16 38

51、 16 45 16 57 16 查表8與表9可以知道其直徑，根。 4.3.2 拉桿的布置 換熱器的運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)受到拉桿布置是否合理的影響，因此拉桿的布置特別重要，拉桿能影響到換熱器的傳熱效率，拉桿安裝好能提高換熱器的工作效率，拉桿布置應(yīng)要分布均勻。 4

52、.3.3 定距管尺寸 定距管的尺寸是和換熱器的換熱管規(guī)格相同的。因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)的換熱管采取的外徑是不銹鋼換熱管，所以此次采取的是碳鋼定距管。 4.4 封頭、法蘭以及鞍座的選擇 4.4.1 封頭的選用 按照壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范外，頭蓋應(yīng)采取材料是的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，它的厚度是。 名義厚度： （15） 有效厚度： （16） 得橢圓形封頭=25mm,=178mm 4.4.2 法蘭結(jié)構(gòu)類型 法蘭總共有三大類型；分別是整體法

53、蘭、活套法蘭以及任意形式法蘭。 4.4.3 鞍座的選擇 此次設(shè)計(jì)的是F180臥式換熱器，選用的就是鞍式支座。結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖15 鞍式支座結(jié)構(gòu)形式 依據(jù)《容器支座》 第14頁(yè)表7得到允許載荷，鞍座高度，底板，螺栓間距。 5 填料函式換熱器的強(qiáng)度設(shè)計(jì)及校核 5.1 殼體 殼程設(shè)計(jì)壓力、溫度分別是℃，《鋼制壓力容器》中的表4-1能夠采用殼體材料為可以選用殼體材質(zhì)是，查閱表可知[σ]，可以采取焊接接頭。在無(wú)損檢測(cè)下選定焊接接頭的系數(shù)是Φ＝1，，mm，。 參考《鋼制壓力容器》，第五章，得到圓筒在設(shè)計(jì)溫度下的厚度計(jì)算公式： 計(jì)算厚度：

54、 mm （17） 按式中符號(hào)意義從左到右的順序分別表示的是:管程設(shè)計(jì)壓力,公稱直徑,管程設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力,脹接系數(shù)。 設(shè)計(jì)厚度： mm （18） 名義厚度： mm （19） 圓整得mm 有效厚度： mm

55、 （20） 設(shè)計(jì)溫度下圓筒計(jì)算應(yīng)力： MPa （21） MPa （22） 設(shè)計(jì)溫度下圓筒最大工作應(yīng)力 MPa （23） （24） 管程設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)溫度，依據(jù)，采用,查表得到[σ] ，Φ＝1，,。 計(jì)算厚度： mm

56、 （25） 設(shè)計(jì)厚度： mm （26） 名義厚度： mm （27） 有效厚度： mm （28） 設(shè)計(jì)溫度下圓筒計(jì)算應(yīng)力： MPa （29） MPa

57、 （30） 設(shè)計(jì)溫度下圓筒最大允許工作應(yīng)力： MPa （31） 1.51MPa＞1.15MPa (32) 5.2 管箱 管箱是物料進(jìn)出的空間，流體從進(jìn)口流入管箱再流進(jìn)殼體或換熱管，所以管箱對(duì)于換熱器來(lái)說很重要，隔板的一邊有一條焊縫。管箱的直徑和隔板的厚度程正比。 5.3 法蘭的強(qiáng)度校核 5.3.1 墊片 在管板與法蘭之間設(shè)有墊片，以防止容器泄漏。 參考《化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書-化工容器》上的表7-1，憑據(jù)已知

58、參數(shù)得出外徑D為765mm，內(nèi)徑d為725mm，厚度δ為6mm的石棉橡膠墊片。墊片系數(shù)m=2.0mm,預(yù)緊比壓力y=11MPa。 墊片的有效密封寬度 接觸寬度N＝10mm，基本密封寬度bo＝N/2=10/2=5mm 根據(jù)GB150－2011第9.5節(jié)，當(dāng)bo<6.4mm時(shí)， mm (33) 墊片壓緊力作用中心圓直徑 當(dāng)b0<6.4mm時(shí)，墊片壓緊力作用中心圓直徑

59、 (34) 最小墊片壓緊力 預(yù)緊狀態(tài)下壓緊力： N (35) 操作狀態(tài)下壓緊力： N (36) 5.3.2 螺栓 （1）根據(jù)公稱直徑來(lái)查取標(biāo)準(zhǔn)HG20634-1997，選取35CrMoA作為材料，大小是M20160的雙頭螺柱從GB150-2011表12，螺栓在常溫下[σ]b為835MPa，設(shè)計(jì)溫度下[σ]tb為191.25MPa，螺栓根頸為17.8mm，n為40個(gè)。法蘭徑向尺

60、寸LA＝24mm，Le＝20，螺栓最小間距 (2)最小螺栓載荷 預(yù)緊狀態(tài)下螺栓載荷： N (37) 操作狀態(tài)下螺栓最小載荷： N (38) 最小螺栓面積 預(yù)緊狀態(tài)下螺栓面積： (39) 操作狀態(tài)下螺栓面積： (40) 故最大值為Am=2901.19mm 實(shí)際螺栓面積： mm (41) Ab≥Am ,符合

61、 螺栓設(shè)計(jì)載荷 預(yù)緊狀態(tài)下螺栓設(shè)計(jì)載荷： =G =[σ]b = 536486248N (42) 操作狀態(tài)下螺栓設(shè)計(jì)載荷： N (43) 5.3.3 法蘭 法蘭厚度 （1）法蘭力距 mm (44) mm (45)

62、 mm (46) mm (47) N (48) N (49) N (50) （2）預(yù)緊狀態(tài)下法蘭力矩： N.mm (51) 操作狀態(tài)下法蘭力矩： (52)

63、=N.mm 5.3.4 法蘭設(shè)計(jì)力矩 法蘭材料選用Q235-B在設(shè)計(jì)溫度80℃下的許用應(yīng)力 MPa MPa 5.4 管板厚度計(jì)算 5.4.1 管板參數(shù)計(jì)算 沒有被換熱管支承的面積計(jì)算如下 (53) 管板布管區(qū)面積: t = 1.732 ns2 +d = (54) 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑： (55) 系數(shù)為 (56) 5.4.2 結(jié)構(gòu)尺寸 根據(jù)先面選用的尺寸大?。簩挾萣f=133mm, 厚度δfˊ=40mm， 厚度δ=5

64、0mm ==== = 由/Di=8/700=0.011和/Di=40/700=0.057,查圖26得=0.006； 由/Di=8/700=0.011和/Di=36/700=0.051,查圖26得=0.001. 管板開孔前的抗彎剛度： (57) 旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)： (58) （MPa） (59) 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑： (60) (61) 由GB151-1999的圖19、圖20和圖21，按

65、分別查得： CC=0.110, Ce= -0.085, CM=0.130 (62) 5.4.3 管板應(yīng)力計(jì)算 計(jì)算管板中心處（r=0），布管區(qū)周邊處（r=Rt）和邊緣處（r=R）d 的徑向應(yīng)力 以殼程設(shè)計(jì)壓力Ps=1.25MPa,Pt=0MPa： (63) (64) 以管程設(shè)計(jì)壓力 Pt=1.55MPa,Ps=0MPa： (65) 5.4.4 操作力力矩 計(jì)算基本法蘭力矩Mm，操作工況法蘭力矩Mp (66) 5

66、.4.5 法蘭預(yù)緊力 計(jì)算法蘭預(yù)緊力矩Mfo Ps作用下： (67) Pt作用下： (68) 5.4.6 計(jì)算徑向應(yīng)力 計(jì)算由法蘭預(yù)緊力矩Mfo所引起的在管板中心處（r=o），布管區(qū)周邊處(r=Rt)和邊緣處(r=R)的徑向應(yīng)力。 （1）以殼程設(shè)計(jì)壓力Ps=1.25MPa,Pt=0MPa： （69） （2）以管程設(shè)計(jì)壓力Pt=1..55MPa,Ps=0MPa： 5.4.7 計(jì)算設(shè)計(jì)力矩M和管板延長(zhǎng)部分的法蘭應(yīng)力 Ps=1.25MPa,Pt=0MP （70） 以管程設(shè)計(jì)壓力Pt=1.55MPa,Ps=0MPa： 5.4.8 應(yīng)力校核 管程設(shè)計(jì)壓力Pt = 1.55MPa，PS = 0mpa： 設(shè)計(jì)溫度下管板許用應(yīng)力