換熱器的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、1. 緒論換熱設(shè)備是化工、煉油、食品、輕工、能源、制藥機(jī)械及其他許多工業(yè)部門廣泛使用的通用設(shè)備。隨著工業(yè)的發(fā)展，換熱設(shè)備在能量?jī)?chǔ)存、轉(zhuǎn)化、余熱回收以及新能源利用和污染治理中得到廣泛應(yīng)用。1.1 換熱器的分類 1.1.1 換熱器的分類及特點(diǎn)按照傳熱方式的不同，換熱器可分為三類：1.直接接觸式換熱器；2.蓄熱式換熱器；3.間壁式換熱器.1.2 管殼式換熱器的分類及特點(diǎn)管殼式換熱器可分為五類：1.固定管板式換熱器；2.浮頭式換熱器3.U形管式換熱器；4.填料函式換熱器；5重沸器。浮頭式換熱器的特點(diǎn)浮頭式換熱器兩端管板中只有一端與殼體固定，另一端可相對(duì)殼體自由移動(dòng)，成為浮頭。浮頭部分是由浮頭管板，鉤圈

2、與浮頭端蓋組成的可拆聯(lián)接，因此可以容易抽出管束，故管內(nèi)管外都能進(jìn)行清洗，也便于檢修。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是管間和管內(nèi)清洗方便，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力；但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)比固定管板式換熱器高，設(shè)備笨重，材料消耗量大，且浮頭端小蓋在操作中無(wú)法檢查，制造時(shí)對(duì)密封要求高。適用于殼體和管束之間壁溫差較大的或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場(chǎng)合。2. 換熱器的工藝條件與選型2.1 換熱器的工藝條件設(shè)計(jì)條件 殼程 管程工作介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力工作壓力設(shè)計(jì)溫度介質(zhì)特性換熱面積 烴 循環(huán)水 -0.0781MPa 0.495MPa-0.071MPa 0.45MPa80 60易爆 /782.2 換熱器的選型根據(jù)換熱器流體的性質(zhì)和各種管殼式換熱器的特

3、點(diǎn)，本回收塔冷卻器選用浮頭式換熱器。3. 換熱器的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1換熱管3.1.1 換熱管的材料、形式及尺寸.回收塔冷卻器采用光管，因?yàn)楣夤芗庸し奖?、價(jià)格便宜。根據(jù)換熱流體的性質(zhì)選用25mm×2.5mm長(zhǎng)度L=60000mm的20號(hào)無(wú)縫鋼管作為換熱管的材料。根據(jù)GB151-89表3-11（a）I級(jí)換熱器換熱管外徑允許的偏差是25±0.20管板管孔允許的偏差是。3.1.2 換熱管的排列方式及管心距如圖所示，換熱管在管板上的排列形式主要有正三角形、正方形和轉(zhuǎn)角正三角形、轉(zhuǎn)角正方形。本換熱器殼程流體的性質(zhì)屬于易結(jié)垢，因此采用轉(zhuǎn)角正方形排列。根據(jù)GB151-1989表3-7 規(guī)

4、定管心距為S=32mm分程隔板兩側(cè)相鄰管中心距Sn=44mm。3.1.3 換熱管根數(shù)根據(jù)流體性質(zhì)選用規(guī)格為25mmx2.5mm長(zhǎng)L=6m的換熱管，換熱面積F=78m2則換熱管根數(shù) （3-1）考慮到換熱過(guò)程中有熱量的損失和拉桿的布置，實(shí)際管數(shù)取176根。3.1.4 換熱管布管限定圓布管限定圓根據(jù)GB151表3-8確定。=6001000，b3,取b=4，取b1=3, b2=bn+1.5=13.5且=6.25,bn10, b2=13.5=600-2×（3+13.5+4）=559mm3.1.5 管程數(shù)和殼程數(shù)及形式管程數(shù)有18程幾種，常用的為1、2或4管程。本回收塔冷卻器采用2管程。殼程一般

5、可分為單殼程換熱器、分流式換熱器和雙分流式換熱器，本回收塔冷卻器采用1殼程。3.1.6 換熱管與管板的連接換熱管與管板的連接方法主要有強(qiáng)度脹接、強(qiáng)度焊接和脹焊并用。由于回收塔冷卻器殼程介質(zhì)易爆要求密封性能較高所以采用脹焊并用的連接方法。3.2折流板與支持板設(shè)置折流板的目的是為了提高殼程流體流速，增加湍動(dòng)程度，并使殼程流體垂直沖刷管束，以改善傳熱，增大殼程流體的傳熱系數(shù)，同時(shí)減少結(jié)垢。根據(jù)本回收塔冷卻器的工藝條件和流體性質(zhì)采用單弓形折流板。3.2.1 折流板的材料的選取殼程設(shè)計(jì)溫度80設(shè)計(jì)壓力Pc-0.0781MPa,根據(jù)GB150-1998選取Q235-B鋼板為折流板材料。3.2.2 折流板的

6、布置本回收塔冷卻器殼程介質(zhì)為烴，含有少量液體，則在缺口朝上的折流板最低處開(kāi)設(shè)通液口，結(jié)構(gòu)如圖3-2a所示。圖3-2單弓形折流板缺口弦高h(yuǎn)一般取0.200.45倍的圓筒內(nèi)直徑，h=（0.200.45）Di=（0.200.45）×600=120170=150.3.2.3 折流板的間距折流板的最小間距應(yīng)不小于圓筒內(nèi)直徑的五分之一即0.2Di=0.2×600=120mm最大間距l(xiāng)不大于圓筒的內(nèi)直徑即Di=600mm，且滿足GB151-1989表3-22折流板的最大無(wú)支承跨距的要求即折流板的最大無(wú)支承跨距是1900mm。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取折流板數(shù)量是8塊，間距=450。3.2.4 折流板的厚

7、度折流板厚度與殼體直徑、換熱管無(wú)支承長(zhǎng)度有關(guān)，根據(jù)GB151-1989表3-19折流板的最小厚度是5mm取厚度8mm。3.2.5 折流板管孔根據(jù)GB151-1989表3-20（a）查的折流板管孔外直徑是25.08管孔直徑允許的偏差是。3.2.6 折流板與殼體間隙根據(jù)GB151-89表3-21選取折流板名義外直徑D=DN-4.5=600-4.5=595.5mm折流板外直徑允許偏差是-0.8。3.2.7 支持板浮頭式換熱器的浮頭端必須設(shè)置支持板，用來(lái)支持換熱管管束以防止管束產(chǎn)生過(guò)大的撓度發(fā)生變形。3.3 拉桿、定距桿、拉桿孔3.3.1 拉桿的結(jié)構(gòu)形式折流板與支持板一般均采用拉桿與定距管等元件與管板

8、固定，其固定形式有如下幾種：采用全焊接方式；采用拉桿定距管結(jié)構(gòu)；螺紋與焊接相結(jié)合；定距螺栓拉桿圖3-3 拉桿的結(jié)構(gòu)形式拉桿的參數(shù)表拉桿的直徑d拉桿螺紋公稱直徑dn LaLbb拉桿的數(shù)量16162060243.3.2 拉桿直徑、數(shù)量和尺寸拉桿直徑和數(shù)量：根據(jù)GB15189表3-23和表3-24規(guī)定，拉桿直徑d16mm，拉桿數(shù)量最少為4根取5根。拉桿尺寸：拉桿的鏈接尺寸按GB151-89圖3-30和表3-23確定。 拉桿的長(zhǎng)度L按需要確定。具體見(jiàn)零件圖。3.3.3 拉桿布置拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，對(duì)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(dāng)數(shù)量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于3個(gè)

9、支承點(diǎn)。3.3.4 拉桿孔拉桿孔深度等于拉桿孔直徑，拉桿孔直徑按下式確定： =16+1=17mm式中：拉桿直徑，mm； 拉桿孔直徑，mm。拉桿與管板螺紋連接的拉桿螺紋結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖見(jiàn)下圖 , 螺紋深度按下式確定： 式中：螺孔深度，mm； 拉桿螺孔公稱直徑，mm。圖3-4 螺紋連接的拉桿孔3.4 防沖板與導(dǎo)流筒3.4.1 防沖板為了防止殼程物料進(jìn)口處水蒸氣對(duì)換熱管表面的直接沖刷，引起侵蝕及振動(dòng)，在流體入口處裝置防沖板，以保護(hù)換熱管。根據(jù)GB151-89規(guī)定，防沖板在殼體內(nèi)的位置，應(yīng)使防沖板周邊與殼體內(nèi)壁所形成的流通面積為殼程進(jìn)口接管截面積的11.25倍。3.4.2 導(dǎo)流筒導(dǎo)流筒作用是增加換熱管的有效換

10、熱長(zhǎng)度，提高換熱效率，在換熱器殼程進(jìn)出料口距管板較遠(yuǎn)時(shí)，流體在管板附近易產(chǎn)生死區(qū)，影響傳熱，為減少流體的停滯區(qū)可設(shè)置導(dǎo)流筒來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般分為內(nèi)導(dǎo)流筒和外導(dǎo)流筒：根據(jù)換熱器流體的流速和性質(zhì)，需要設(shè)置導(dǎo)流筒，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)零件圖。3.5 接管3.5.1 接管外伸長(zhǎng)度接管外伸長(zhǎng)度也叫接管伸出長(zhǎng)度，是指接管法蘭面到殼體外壁的長(zhǎng)度?？砂聪率接?jì)算：式中：接管外伸長(zhǎng)度，mm 接管法蘭厚度，mm 接管法蘭的螺母厚度，mm 保溫層厚度，mm除按上式計(jì)算外，接管外伸長(zhǎng)度也可按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)選擇，取為150mm。3.5.2 接管與筒體、管箱殼體的連接（1）結(jié)構(gòu)型式：接管與殼體、管箱殼體（包括封頭）連接的形式，可采用插入式

11、焊接結(jié)構(gòu)，一般接管不能凸出與殼體內(nèi)表面。（2）開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：具體過(guò)程見(jiàn)強(qiáng)度計(jì)算。3.6 管箱3.6.1 管箱結(jié)構(gòu)形式管箱分為A型、B型和C型，由于B型用于單程或多程管箱，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造，適于高壓，清潔介質(zhì)，且橢圓封頭受力情況要比平端蓋好的多，缺點(diǎn)是檢查管子和清洗管程時(shí)必須拆下連接管道和管箱。本換熱器由于壓力不高，所以采用B型管箱。3.6.2 分程隔板根據(jù)GB151-89表3-1規(guī)定，PN600時(shí)，碳素鋼和低合金鋼材料的隔板厚度不小于8mm，高合金鋼材料的隔板厚度不小于6mm，本裝置采用Q235-B，厚度取8mm。3.7 管板結(jié)構(gòu)尺寸3.7.1 管板厚度計(jì)算 符號(hào)說(shuō)明：在布管區(qū)范圍內(nèi)，

12、因設(shè)置隔板槽和拉桿結(jié)構(gòu)的需要，而未能被換熱管支承的面積，對(duì)正方形排列，;隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)；換熱管中心距；隔板槽兩側(cè)鄰管的中心距；管板布管區(qū)面積，；對(duì)多管程正方形排列換熱器，;管板布管區(qū)內(nèi)開(kāi)孔后的面積，；;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(jù)所選的墊片的尺寸，且選擇其壓緊面型式為GB150表9-1的1a，可知密封面寬度管板布管區(qū)當(dāng)量直徑，；換熱管外徑，設(shè)計(jì)溫度時(shí)，管板材料的彈性模量，；設(shè)計(jì)溫度時(shí)，換熱管材料的彈性模量，；系數(shù)，按和查GB151圖24；管束模數(shù)，； 管束無(wú)量綱剛度，Mpa；換熱管有效長(zhǎng)度（兩管板內(nèi)側(cè)間距），；換熱管與管板脹接長(zhǎng)度或焊腳高度，；換

13、熱管根數(shù)；無(wú)量綱壓力；當(dāng)量壓力組合,；管板設(shè)計(jì)壓力，；殼程設(shè)計(jì)壓力，；管程設(shè)計(jì)壓力，；換熱管與管板連接拉脫力,；許用拉脫力，查GB151，；系數(shù)，；管板計(jì)算厚度，；換熱管管壁厚度，；管板剛度削弱系數(shù)，一般可取值；管板強(qiáng)度削弱系數(shù)，一般?。幌禂?shù)；換熱管軸向應(yīng)力，；換熱管穩(wěn)定許用壓應(yīng)力，；設(shè)計(jì)溫度時(shí)，管板材料的許用應(yīng)力，；設(shè)計(jì)溫度時(shí)，換熱管材料的許用應(yīng)力；管板名義厚度計(jì)算：； ； ； ； ； ； ； ； 查GB150可知， 則 ；式中L應(yīng)為換熱管的有效長(zhǎng)度，但由于管板厚度尚未計(jì)算出，暫估算管板厚度為40mm進(jìn)行試算，待管板厚度算出再用有效長(zhǎng)度核算，。；當(dāng)中的的計(jì)算如下： ； ；查GB151-199

14、9可知，則，同時(shí)由于前面換熱管的材料選為20號(hào)鋼，故, ；由于此時(shí)不能保證與在任何時(shí)候都同時(shí)作用，則?。还?，故；根據(jù)=4.32和查GB151圖可知，則管板計(jì)算厚度為： ；根據(jù)GB151-89表3-6管板的最小厚度，取管板的名義厚度應(yīng)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(cè)管板結(jié)構(gòu)槽深，為0；h2是指管程隔板槽深，為4mm。此時(shí)應(yīng)根據(jù)得到的管板名義厚度，重復(fù)以上步驟，使得管子有效長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于管板厚度。重復(fù)以上步驟的管板的名義厚度是。3.7.2 換熱管的軸向應(yīng)力 換熱管的軸向應(yīng)力在一般情況下，應(yīng)按下列三種工況分別計(jì)算：殼程設(shè)計(jì)壓力，管程設(shè)計(jì)壓力： ；明顯地

15、，；管程設(shè)計(jì)壓力，殼程設(shè)計(jì)壓力： ；明顯地，；殼程設(shè)計(jì)壓力與管程設(shè)計(jì)壓力同時(shí)作用：；明顯地，。由以上三種情況可知，換熱管的軸向應(yīng)力符合要求。3.7.3 換熱管與管板連接拉脫力；式中，其中：換熱管最小伸出長(zhǎng)度，查GB151-1999可知 ； 最小坡口深度，； 許用拉脫力；明顯地，。3.7.4 管板重量計(jì)算管板有固定管板以及活動(dòng)管板，兩者的重量計(jì)算分別如下所示：a 固定管板重量計(jì)算b 活動(dòng)管板重量計(jì)算：3.8 法蘭及墊片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(cè)法蘭，浮頭法蘭以及接管法蘭、其中，浮頭法蘭將在4.5中討論。墊片則包括了管箱墊片和外頭蓋墊片。3.9 吊耳根據(jù)GB151第

16、五章規(guī)定，質(zhì)量大于30kg的管箱及管板宜設(shè)置吊耳。本裝置在前、后端管箱上各設(shè)置兩個(gè)吊耳。前端管箱法蘭與殼體連接處的管板上設(shè)置兩個(gè)吊耳。 P>Pc=-0.0781所以假設(shè)名義厚度有效厚度合理。后端管箱短節(jié)水壓試驗(yàn)時(shí)溫度為常溫，對(duì)外壓圓筒由于是以內(nèi)壓代替外壓試驗(yàn)，已經(jīng)工作時(shí)趨于閉合狀態(tài)的器壁和焊縫中缺陷改以“張開(kāi)”狀態(tài)接受檢驗(yàn)，因而無(wú)需考慮溫度修正，其試驗(yàn)壓力按下式確定： 水壓試驗(yàn)壓力 耐壓試驗(yàn)壓力系數(shù)；對(duì)于鋼和有色金屬液壓試驗(yàn)=1.25；氣壓和液壓組合試驗(yàn)=1.10； p壓力容器的設(shè)計(jì)壓力或者是壓力容器的最大容許工作壓力耐壓試驗(yàn)時(shí)筒體的薄膜應(yīng)力 耐壓試驗(yàn)時(shí)圓筒的薄膜應(yīng)力； 短節(jié)材料的屈服強(qiáng)

17、度；所以，圓筒殼體材料的厚度滿足強(qiáng)度要求，即殼體材料的名義厚度mm，有效厚度=6.7mm。外頭蓋厚度計(jì)算和水壓試驗(yàn)由于殼體的最高工作壓力是Pm=-0.071MPa，所以殼體屬于外壓封頭，按外壓封頭設(shè)計(jì)。殼體的設(shè)計(jì)壓力Pc=1.1Pm=-0.0781MPa。Q345R材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力。選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故，且同上后端管箱短節(jié)按外壓圓筒設(shè)計(jì)，假設(shè)殼體的名義厚度，則殼體的有效厚度。橢圓封頭的當(dāng)量球殼外半徑；查GB150圖6-5得B=145MPa封頭的許用外壓力P: P>Pc=-0.0781所以假設(shè)名義厚度有效厚度合理。表4-2 DN700標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù)DN(mm)總深度H(mm

18、)內(nèi)表面積A()容積(m3) 封頭質(zhì)量（）7002000.58610.054541.34.4 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算由于回收塔有流體的進(jìn)出，需要在殼體和管箱上開(kāi)孔接管。開(kāi)孔之后，出削弱器壁的強(qiáng)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(huì)產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，會(huì)給換熱器的安全操作帶來(lái)隱患。因此此時(shí)應(yīng)進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算。 由于管程與殼程出入口公稱直徑分別250mm為150mm，按照厚度系列，可選接管的規(guī)格分別為和，接管的材料選為20號(hào)無(wú)縫鋼管。4.4.1 殼體上開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算4.4.1 1補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別補(bǔ)強(qiáng)判別：根據(jù)GB150表8-1，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是，本開(kāi)孔外徑為273mm，因此需要

19、另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。開(kāi)孔直徑，4.4.1 2開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算： 強(qiáng)度削弱系數(shù)； 設(shè)計(jì)溫度下接管材料的許用應(yīng)力； 設(shè)計(jì)溫度下殼體材料的許用應(yīng)力 接管有效厚度；開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按下式計(jì)算：；4.4.1.3 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍有效寬度B：有效高度：（a）外側(cè)有效高度為：；（b）內(nèi)側(cè)有效高度為： ；4.4.1.4 有效補(bǔ)強(qiáng)面積殼體多余金屬面積： 殼體有效厚度：根據(jù)外壓圓筒穩(wěn)定性計(jì)算方法試算得到接管計(jì)算厚度；則多余的金屬面積為：； 接管多余金屬面積：由于殼程接管工作壓力是-0.071屬于外壓圓筒顧，所以按外壓圓筒設(shè)計(jì)：假設(shè)接管的名義厚度，則殼體的有效厚度。有接管的長(zhǎng)度L和外徑得：查GB150圖6-2得A=0.

20、0067，B=140E是殼體材料在設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量。殼體材料的許用外壓力P: P>Pc=-0.0781所以假設(shè)名義厚度合理即有效厚度合理。根據(jù)外壓圓筒穩(wěn)定性計(jì)算方法試算得到接管計(jì)算厚度； 接管多余金屬面積：；接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為6mm）：；有效補(bǔ)強(qiáng)面積：；4.4.1.5 另需補(bǔ)強(qiáng)面積； 擬采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)根據(jù)接管公稱直徑DN150，參照J(rèn)B/T4736-2002補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)選取補(bǔ)強(qiáng)圈的外徑，內(nèi)徑（選用E型坡口）。因?yàn)?，則補(bǔ)強(qiáng)圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度為： ；考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整，取殼體和管箱上補(bǔ)強(qiáng)圈的名義厚度為6mm，即。4.4.2 前端管箱開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算4.4.2.1 補(bǔ)強(qiáng)及

21、補(bǔ)強(qiáng)方法判別：補(bǔ)強(qiáng)判別：根據(jù)GB150表8-1，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是，本開(kāi)孔外徑為159mm，因此需要另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。開(kāi)孔直徑，滿足等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。4.4.2.2 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算： 強(qiáng)度削弱系數(shù)； 設(shè)計(jì)溫度下接管材料的許用應(yīng)力； 設(shè)計(jì)溫度下殼體材料的許用應(yīng)力接管有效厚度；開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按下式計(jì)算： ；4.4.2.3 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍有效寬度：有效高度：（a）外側(cè)有效高度為：；（b）內(nèi)側(cè)有效高度為： ；4.4.2.4 有效補(bǔ)強(qiáng)面積管箱多余金屬面積： 管箱有效厚度：則多余的金屬面積為：；接管多余金屬面積： 接管計(jì)算厚度：； 接管多余金屬

22、面積：；接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為6mm）：；有效補(bǔ)強(qiáng)面積： ；由于所以不需要另需補(bǔ)強(qiáng)。4.5 法蘭與墊片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(cè)法蘭、浮頭蓋法蘭以及接管法蘭，另浮頭蓋法蘭將在下節(jié)進(jìn)行計(jì)算，在此不作討論。墊片則包括了管箱墊片和外頭蓋墊片。4.5.1固定端的殼體法蘭、管箱法蘭與管箱墊片 （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(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，凹凸密封面，材料為鍛件16Mn，其具體尺寸如下：（單位為mm） 表3-5 DN600長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭尺寸DN法蘭螺柱對(duì)接筒體最小厚度DD1D2D3D4Hhaa1Rd規(guī)格數(shù)量600740700665

23、6566524410025171412221223M20286（2）此時(shí)查JB4700-2000壓力容器法蘭，根據(jù)設(shè)計(jì)溫度可選擇墊片型式為金屬包墊片，材料為0Cr18Ni9，其尺寸為： 表3-6 管箱墊片尺寸PN(Mpa)DN(mm)外徑D(mm)內(nèi)徑d(mm)墊片厚度反包厚度1600654622344.5.2外頭蓋側(cè)法蘭、外頭蓋法蘭與外頭蓋墊片、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3-7 外頭蓋法蘭尺寸DN法蘭螺柱對(duì)接筒體最小厚度DD1D2D3D4Hhaa1Rd規(guī)格數(shù)量700840

24、8007667557524810025171412221227M20328（2） 外頭蓋側(cè)法蘭選用凸密封面，材料為鍛件16Mn，查JB/4721-92可知其具體尺寸如下表。（3） 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(nèi)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(nèi)徑d為568mm，兩者材料均為0Cr18Ni9 表3-8 外頭蓋側(cè)法蘭尺寸DN法蘭螺柱對(duì)接筒體最小厚度DD1D2D3D4Hha1Rd規(guī)格數(shù)量60084080077676675248150721816401227M203284.5.3 接管法

25、蘭型式與尺寸根據(jù)接管的公稱直徑，公稱壓力可查HG205922063597鋼制管法蘭、墊片、緊固件，選擇帶頸對(duì)焊鋼制管法蘭，選用凹凸密封面，其具體尺寸如下表所示： （單位為） 表3-12-5 帶頸對(duì)焊鋼制管法蘭尺寸 A1 連接尺寸 N DN A B D K L n Th C A B S H1 R H 重量150 159 273 285 240 22 8 M20x2 24 165.3 306 4.5 12 8 105 18.2表3-12-5 帶頸對(duì)焊鋼制管法蘭尺寸 A1 連接尺寸 N DN A B D K L n Th C A B S H1 R H 重量250 273 273 450 385 33

26、 12 M30x2 38 306 306 10 18 10 105 34.64.5.4 前端管箱法蘭的強(qiáng)度校核符號(hào)說(shuō)明預(yù)緊狀態(tài)下，需要的最小螺栓總截面積；實(shí)際使用的螺栓總截面積；需要的螺栓總截面積，取和大者；操作狀態(tài)下，需要的螺栓總截面積； b墊片有效密封寬度；墊片基本密封寬度；螺栓中心圓直徑；法蘭內(nèi)直徑；法蘭外直徑；筒體端部密封面外徑；參數(shù)，；螺栓公稱直徑；整體法蘭頸部校正系數(shù)；整體法蘭系數(shù)；h法蘭頸部高度，對(duì)筒體端部結(jié)構(gòu)為端部圓柱端的高度；參數(shù)，；法蘭外徑與內(nèi)徑的比值；系數(shù)，查GB150-1998圖9-8或表9-5查的；系數(shù)，查GB150-1998圖9-8或表9-5查的；整體法蘭系數(shù)，查G

27、B150-1998圖9-4或表9-8查的；系數(shù)，系數(shù)，;法蘭有效厚度；法蘭頸部小端有效厚度；法蘭頸部大端有效厚度；系數(shù)；系數(shù)；法蘭頸部軸向應(yīng)力；法蘭頸部徑向應(yīng)力；法蘭頸部切向應(yīng)力；常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力；設(shè)計(jì)溫度下螺栓材料的許用應(yīng)力；常溫下法蘭材料的許用應(yīng)力；設(shè)計(jì)溫度下法蘭材料的許用應(yīng)力；常溫下圓筒材料的許用應(yīng)力；設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的許用應(yīng)力；（1）墊片采用D654mm，d=622mm,=3mm的金屬包墊片。由GB1501998 表92查得：墊片系數(shù)m=3.75mm,比壓力y=62.1MPa墊片的有效密封寬度基本密封寬度b0N/2=16mm 根據(jù)GB1501998，當(dāng)bO>6.4mm時(shí)

28、，墊片壓緊力作用中心圓直徑當(dāng)bO>6.4mm時(shí)，墊片壓緊力作用中心圓直徑DGD-2b=654-2x10.12=633.76mm墊片壓緊力預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FG=Fa=3.14DGby=3.14x633.76x10.12x62.1=1250000N操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FG=FP=6.28DGbmPC=6.28x633.76x10.12x3.75x0.495=74800N（2）螺栓螺栓的布置根據(jù)GB150-1998的表9-3，選取法蘭徑向尺寸，螺栓最小間距。螺栓載荷a預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WaFa=3.14DGby=3.14x633.76x10.12x62.1=1

29、250000Nb操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WP=F+FP=0.785DG2PC+6.28DGbmPC=0.785x633.762x0.495+6.28x633.76x10.15x3.75x0.495=230000N螺栓面積a預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積 b操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積 c需要的螺栓面積 取Aa和AP的最大值A(chǔ)m=5852.3mm2d實(shí)際螺栓面積AbAbAm ,符合要求螺栓設(shè)計(jì)載荷a預(yù)緊狀態(tài)下螺栓設(shè)計(jì)載荷b操作狀態(tài)下螺栓設(shè)計(jì)載荷（3）法蘭法蘭力矩 預(yù)緊狀態(tài)下的法蘭力矩 操作狀態(tài)下的法蘭力矩法蘭設(shè)計(jì)力矩法蘭材料16Mn在設(shè)計(jì)溫度80下的許用應(yīng)力，常溫下法蘭材料的許用應(yīng)力。法蘭設(shè)計(jì)

30、力矩取以下大值：所以，法蘭應(yīng)力 查GB150表9-5圖9-3，9-7，9-8得； T=1.83；Z=4.84；Y=9.39；U=10.321F1=0.852；V1=0.254；f=1.5假設(shè)=42mm，軸向應(yīng)力徑向應(yīng)力切向應(yīng)力組合應(yīng)力；所以，選用的前端管箱法蘭合格。4.5.5 后端管箱法蘭的強(qiáng)度校核（1）墊片采用D754mm，d=722mm,=3mm的金屬包墊片。由GB1501998 表92查得：墊片系數(shù)m=3.75mm,比壓力y=62.1MPa墊片的有效密封寬度基本密封寬度b0N/2=mm 根據(jù)GB1501998，當(dāng)bO>6.4mm時(shí)，墊片壓緊力作用中心圓直徑當(dāng)bO>6.4mm時(shí)

31、，墊片壓緊力作用中心圓直徑DGD-2b=752-2x9.79=732.42mm墊片壓緊力預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FG=Fa=3.14DGby=3.14x732.42x9.79x62.1=N操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FG=FP=6.28DGbmPC=6.28x732.42x10.12x3.75x0.0781=N（2）螺栓螺栓的布置根據(jù)GB150-1998的表9-3，選取法蘭徑向尺寸，螺栓最小間距。螺栓載荷a預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WaFa=3.14DGby=3.14x732.42x9.79x62.1=Nb操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WP=F+FP=0.785DG2PC+6.28DG

32、bmPC=0.785x732.422x0.0781+6.28x732.42x9.79x3.75x0.0781=N螺栓面積a預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積 c需要的螺栓面積取和的最大值d實(shí)際螺栓面積AbAm ,符合要求螺栓設(shè)計(jì)載荷a預(yù)緊狀態(tài)下螺栓設(shè)計(jì)載荷 b操作狀態(tài)下螺栓設(shè)計(jì)載荷 （3）法蘭法蘭力矩 預(yù)緊狀態(tài)下的法蘭力矩 操作狀態(tài)下的法蘭力矩法蘭設(shè)計(jì)力矩法蘭材料16Mn16在設(shè)計(jì)溫度80下的許用應(yīng)力，常溫下法蘭材料的許用應(yīng)力。法蘭設(shè)計(jì)力矩取以下大值：所以，法蘭應(yīng)力 查GB150表9-5圖9-3，9-7，9-8得； T=1.84；Z=5.55；Y=10.75；U=12.03；F1=0.875；V1=

33、0.38；f=1.1假設(shè)=46mm，軸向應(yīng)力徑向應(yīng)力切向應(yīng)力組合應(yīng)力；所以，選用的前端管箱法蘭合格。4.6 鉤圈式浮頭 本浮頭式換熱器浮頭端采用B型鉤圈式浮頭，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)如下圖所示，而浮頭蓋采用了球冠形封頭。1-外頭蓋側(cè)法蘭；2-外頭蓋側(cè)墊片；3-外頭蓋法蘭；4-鉤圈；5-短節(jié)；6-排氣口或排液口；7-浮頭法蘭；8-雙頭螺柱；9-螺母；10-封頭；11-球冠形封頭；12-分程隔板；13-墊片；14-浮動(dòng)管板；15-檔管；16-換熱管4.6.1 浮頭蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算 球冠形封頭、浮頭法蘭應(yīng)分別按管程壓力作用下和殼程壓力作用下進(jìn)行內(nèi)壓和外壓的設(shè)計(jì)計(jì)算，取其大者為計(jì)算厚度。 符號(hào)說(shuō)明如下：換熱器圓筒內(nèi)直徑，mm；浮頭法蘭與鉤圈的內(nèi)直徑，mm；浮頭法蘭與鉤圈的外直徑，mm ，mm；外頭蓋內(nèi)直徑，mm， mm；浮頭管板外直徑，mm， mm；螺栓中心圓直徑，mm ，mm；墊片壓緊力作用中心圓直徑，；作用在法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)封頭壓力載荷引起的軸向分力，N；作用在法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)封頭壓力載荷引起的徑向分力，N；計(jì)算壓力，Mpa；分別取管程壓力（內(nèi)壓）和殼程壓力（外壓）；封頭球面內(nèi)半徑，mm；按GB151-89表3-26選取mm；螺栓中心至法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)的徑向距離，mm；對(duì)法蘭環(huán)截面形心的力臂，mm；封頭邊緣處球殼中面切線與法蘭環(huán)的夾角，（°）；球冠形封頭的計(jì)算厚度，mm；球冠形封頭的名義厚度，mm