列管式煤油冷卻器的設(shè)計說明書

1、合肥工業(yè)大學(xué)化工原理課程設(shè)計說明書設(shè)計題目 列管式煤油冷卻器的設(shè)計 學(xué)生姓名 謝繼強 學(xué)生學(xué)號 同組學(xué)生 祝尚 宋響亮 鄧威 指導(dǎo)老師 陳亞中 學(xué) 院 醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 專業(yè)班級 制藥工程12-2班 完成時間 2014年3月27日 設(shè)計任務(wù)書一 設(shè)計題目：列管式煤油冷卻器的設(shè)計二 設(shè)計任務(wù)及操作條件1. 處理能力：10萬噸/年煤油2. 設(shè)備形式：列管式換熱器3. 操作條件 （1）煤油：入口溫度140.出口溫度40 （2）冷卻介質(zhì)：自來水.入口溫度30.出口溫度40 （3）允許壓強降：不大于1000kPa （4）煤油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度 825kg/m3.黏度 7.15*10-4Pa.s .比

2、熱容 2.22kJ/(kg.) .導(dǎo)熱系數(shù) 0.14W/（m.） （5）每年按330天計.每天按24小時連續(xù)運行4. 提交文件 （1）設(shè)計說明書一份 （2）A3工藝流程圖一張 （3）A1換熱器裝配圖一張化工原理課程設(shè)計成績評定表評定基元評審要素評審內(nèi)涵滿 分指導(dǎo)教師實評分評閱教師實評分設(shè)計說明書40%格式規(guī)范設(shè)計說明書是否符合規(guī)定的格式要求5內(nèi)容完整設(shè)計說明書是否包含所有規(guī)定的內(nèi)容5設(shè)計方案方案是否合理及符合選定題目的要求10工藝計算過 程工藝計算過程是否正確、完整和規(guī)范20設(shè)計圖紙40%圖紙規(guī)范圖紙是否符合規(guī)范5標注清晰標注是否清晰明了5與設(shè)計吻合圖紙是否與設(shè)計計算的結(jié)果完全一致10圖紙質(zhì)量

3、設(shè)計圖紙的整體質(zhì)量的全面評價20平時成績10%上課出勤上課出勤考核5制圖出勤制圖出勤考核5答辯成績10%內(nèi)容表述答辯表述是否清楚5回答問題回答問題是否正確5合計100綜合成績 成績等級 指導(dǎo)教師 評閱教師 答辯小組負責(zé)人(簽 名) (簽 名) (簽 名)年 月 日 年 月 日 年 月 日說明: 評定成績分為優(yōu)秀(90-100).良好(80-89).中等(70-79).及格（60-69）和不及格(<60)。第一章 緒論1.1 換熱器的概述換熱器是許多工業(yè)生產(chǎn)中常用的設(shè)備.尤其是石油、化工、制藥生產(chǎn)應(yīng)用更為廣泛。在化工廠中換熱器可用做加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、和再沸器等。換熱器類型眾多

4、.性能各異.各具特點.可以適應(yīng)絕大多數(shù)工藝過程對換熱器的要求。進行換熱器的設(shè)計.首先是根據(jù)工藝要求選用適當(dāng)?shù)念愋?同時計算完成給定生產(chǎn)任務(wù)所需的傳熱面積.并確定換熱器的工藝尺寸。1.2 換熱器的分類換熱器的類型按傳熱方式的不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。其中間壁式換熱器應(yīng)用最廣泛.其中管殼式換熱器的分類見表1-11。表1-1 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)分類類型特點間璧式換熱器管殼式列管式固定管板式剛性結(jié)構(gòu)用于管殼溫差較小的情況（一般50）.管間不能清洗帶膨脹節(jié)有一定的溫度補償能力.殼程只能承受低壓力浮頭式管內(nèi)外均能承受高壓.可用于高溫高壓場合U型管式管內(nèi)外均能承受高壓.管內(nèi)清洗及檢修困難填料函式外

5、填料函管間容易泄露.不宜處理易揮發(fā)、易爆炸及壓力較高的介質(zhì)內(nèi)填料函密封性能差.只能用于壓差較小的場合釜式殼體上部有個蒸發(fā)空間用于再沸、蒸煮雙套管式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜.主要用于高溫高壓場合和固定床反應(yīng)器中套管式能逆流操作.用于傳熱面積較小的冷卻器、冷凝器或預(yù)熱器螺旋管式沉浸式用于管內(nèi)流體的冷卻、冷凝或管外流體的加熱噴淋式只用于管內(nèi)流體的冷卻或冷凝1.3列管式換熱器列管式換熱器（tubular exchanger）是目前化工及酒精生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。所需材質(zhì) .可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。在進行換熱時.一種流體由封頭的連結(jié)管處進入.在

6、管流動.從封頭另一端的出口管流出.這稱之管程；另-種流體由殼體的接管進入.從殼體上的另一接管處流出.這稱為殼程列管式換熱器。1.4固定管板式換熱器固定管板式換熱器由兩端管板和殼體構(gòu)成。由于其結(jié)構(gòu)簡單.運用比較廣泛。固定管板式換熱器是一種實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備.是在石油、化工、石油化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)普遍應(yīng)用的一種工藝設(shè)備。在煉油、化工裝置中換熱器占總設(shè)備數(shù)量的40%左右.占總投資的30%-45%。隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展.應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大.利用換熱器進行高溫和低溫?zé)崮芑厥諑砹孙@著的經(jīng)濟效益。固定管板式換熱器的特點是：（1）旁路滲流較?。唬?）鍛件使用較少.造價低；（3）無內(nèi)；

7、（4）傳熱面積比浮頭式換熱器大20%30%。固定管板式換熱器的缺點是：（1）殼體和管壁的溫差較大.殼體和管子壁溫差t50,當(dāng)t50時必須在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)；（2）易產(chǎn)生溫差力.管板與管頭之間易產(chǎn)生溫差應(yīng)力而損壞；（3）殼程無法機械清洗；（4）管子腐蝕后連同殼體報廢.設(shè)備壽命較低。1.4設(shè)計要求 完善的換熱器在設(shè)計和選型時應(yīng)滿足以下各項基本要求4：（1）合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件：可以從：增大傳熱系數(shù)提高平均溫差妥善布置傳熱面等三個方面具體著手。（2）在進行強度、剛度、溫差應(yīng)力以及疲勞壽命計算時.應(yīng)遵循我國鋼制石油化工壓力容器設(shè)計規(guī)定和鋼制管殼式換熱器設(shè)計規(guī)定等有關(guān)規(guī)定與標準。根據(jù)需要可添置氣液

8、排放口.檢查孔與敷設(shè)保溫層。（3）經(jīng)濟合理評價換熱器的最終指標是：在一定時間內(nèi)（通常1年內(nèi)的）固定費用（設(shè)備的購置費、安裝費等）與操作費（動力費、清洗費、維修費）等的總和為最小。在設(shè)計或選型時.如果有幾種換熱器都能完成生產(chǎn)任務(wù)的需要.這一標準就尤為重要了。1.5 設(shè)計的目的和意義通過設(shè)計把在“過程設(shè)備”及其它相關(guān)課程(機械制圖、金屬材料、化工原理等)中所學(xué)的理論知識在具體工作中綜合地加以應(yīng)用.達到了理論知識和實踐密切結(jié)合的目的。其次.在設(shè)計過程中.我們可以接受到必備的基本工程技能系統(tǒng)訓(xùn)練.能夠熟練地應(yīng)用計算圖表、手冊、規(guī)范和AutoCAD制圖.能熟悉有關(guān)國家標準和部頒標準(如GB、HG等)等。

9、1.6設(shè)計的方法和步驟本次設(shè)計主要是進行換熱器的工藝計算.結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核.主要步驟有：（1）工藝計算；（2）估算傳熱面積；（3）工藝結(jié)構(gòu)尺寸；（4）換熱器熱量核算；（5）結(jié)構(gòu)設(shè)計；（6）確定筒體內(nèi)徑；（7）確定管箱結(jié)構(gòu)；（8）確定管板結(jié)構(gòu)；（9）選擇鞍座結(jié)構(gòu)；（10）強度校核；（11）給出制造安裝的原則和要求。第二章2.1 設(shè)計任務(wù)和操作條件1.處理能力：10萬噸/年煤油2.設(shè)備形式：列管式換熱器3.操作條件:(1) 煤油：入口溫度140.出口溫度40(2) 冷卻介質(zhì)：自來水.入口溫度30.出口溫度40(3) 允許壓強降：不大于100 kPa4) 煤油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度825kg/

10、m3.黏度7.15×10-4Pa.s.比熱容2.22kJ/(kg.).導(dǎo)熱系數(shù)0.14W/(m.)(5) 每年按330天計.每天24小時連續(xù)運行2.2 確定設(shè)計方案2.2.1 選擇換熱器的類型 兩流體溫的變化情況：熱流體進口溫度140.出口溫度40；冷流體進口溫度30.出口溫度為40.該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻.初步確定選用固定管板式換熱器。2.2.2 流程安排 由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢.若其流速太低.將會加快污垢增長速度.使換熱器的熱流量下降.并且粘度大的流體應(yīng)走殼程.因為殼程內(nèi)的流體在折流擋板的作用下.流通截面和方向都不斷變化.在較低的雷諾數(shù)下就可達湍流狀態(tài)。所以從總體考慮.應(yīng)使循環(huán)

11、水走管程.煤油走殼程。選用25mm×2.5mm的碳鋼管.管內(nèi)流速取u=1.25m/s2.3 確定物性數(shù)據(jù) 定性溫度：對于一般油類和水等低黏度流體.其定性溫度可取流體進出口溫度的平均值。故殼程煤油的定性溫度為 ： 管程流體的定性溫度為：溫差 故初步可取帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。根據(jù)定性溫度.分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。煤油在90下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下（來自生產(chǎn)中的實測值）： 密度 定壓比熱容 導(dǎo)熱系數(shù) 粘度 循環(huán)水在35 下的物性數(shù)據(jù)： 密度 定壓比熱容 熱導(dǎo)率 粘度 2.4計算總傳熱系數(shù) 我們的煤油為年產(chǎn)量10萬噸每年.則（1） 熱流量 （2） 平均傳熱溫差 （3） 冷卻水

12、用量（4） 總傳熱系數(shù)K管程傳熱系數(shù)殼程傳熱系數(shù)假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)污垢熱阻 所以管壁導(dǎo)熱系數(shù).2.5 計算傳熱面積考慮到15%的面積裕廢 2.6工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計算（1） 管徑和管內(nèi)流速選用25×2.5傳熱管（碳鋼）.取管內(nèi)流速ui=1.25m/s（2） 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 根按單程管計算.所需的傳熱管長度為按單程管計算.設(shè)計傳熱管過長.宜采用多管程結(jié)構(gòu).現(xiàn)取傳熱管長l=6m,則該換熱器管程數(shù)為管程。所以傳熱管總根數(shù)N=49×4=196根。（3） 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)：按單殼程.雙管程結(jié)構(gòu).溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖標.但R=10的點在圖上難以讀出.因而相應(yīng)

13、以代替R.PR代替P.查同一圖線.可得t=0.82,平均傳熱溫差（4） 傳熱管排列和分程方法采用組合排列方法.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=1.25d。則a=1.25×25=31.2532（mm)橫過管束中心線的管數(shù)（5） 殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu).取管板利用率=0.7.則殼體內(nèi)徑為 圓整可取D=600mm.（6） 折流板采用弓形折流板.取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%.則切去的圓缺高度為h=0.25×600=150mm取折流板間距B=0.3D=0.3×600=180mm。可取折流板間距B=200mm折流板數(shù)NB=傳熱管長/折

14、流板間距=(6000/200)-1=29塊折流板圓缺面水平配置。（7） 接管殼程流體進.出口接管：取接管內(nèi)油品流速為u=1.0m/s。則接管內(nèi)徑為取標準管徑為78mm×2mm管程流體進出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速u=1.5m/s,則接管內(nèi)徑為：取標準管徑為132mm×2.0mm2.7 換熱器核算（1） 熱量核算殼程對流傳熱系數(shù)。對圓缺形折流板.采用凱恩公式當(dāng)量直徑.由正三角形排列得殼程流通截面積：殼程流體流速極其雷諾數(shù)分別為：普蘭特準數(shù)：所以黏度校正 管程對流傳熱系數(shù) 管程流通截面積：管程流體流速及其雷諾數(shù)和普蘭特準數(shù)：傳熱系數(shù)K傳熱面積S該換熱器的實際傳熱面積Sp傳熱面積

15、裕度合適.該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。（2） 換熱器內(nèi)流體的流動阻力管程流動阻力由Re=17001.傳熱管相對粗糙度0.01/20=0.005.查莫狄圖得i=0.036流速ui=0.62m/s 密度=994kg/m3 。所以.管程流動阻力在允許范圍內(nèi)殼程阻力 Ns=1 , Ft=1.15流體流經(jīng)管束的阻力為F=0.5,f0=5×3738-0.228=0.7663nc=17根 ,NB=29塊, u0=0.162m/s流體流過折流板缺口的阻力：B=0.2m,D=0.6m殼程流動阻力也比較適宜。2.8壁溫計算由于該換熱器用循環(huán)水冷卻.進口溫度30.出口溫度為40計算傳熱管壁溫。另外.由于傳熱

16、管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大.會使傳熱管壁溫升高.降低了殼體和傳熱管壁溫之差。但在操作初期.污垢熱阻較小.殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計算中.應(yīng)按最不利的操作條件考慮。因此.取兩側(cè)污垢熱阻為零計算傳熱管壁溫.于是T=(140+40)×1/2=90t=(40+30)×1/2=350=495.9w/(m2·k)i=3248w/(m2·k)Q=42.29殼體壁溫和傳熱壁溫之差為t=90-42.29=47.7150一般在管壁與殼壁溫度相差50以上時.為了克服溫差應(yīng)為必須有溫差補償裝置.故不需要設(shè)溫度補償裝置。2.9換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果各主要結(jié)構(gòu)和尺寸的計算結(jié)果見

17、表2-1。 表2-1 結(jié)構(gòu)和尺寸的計算結(jié)果表參數(shù)管程殼程流率/(Kg/h)68700.312626進（出）口溫度/30.40140.40物 性定性溫度/3590密度/（Kg/）994825定壓比熱容/KJ/(Kg·)4.082.22粘度/Pa·s0.0.熱導(dǎo)率/W/(m·)0.6260.140普朗特數(shù)4.7311.34設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)型號殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm600臺數(shù)1規(guī)格25×2.5管心距/mm32管長/mm6000管子排列組合排列管數(shù)目/根196折流板數(shù)/個29傳熱面積/86.3折流板間距/mm180管程數(shù)4材質(zhì)碳鋼主要計算結(jié)果管程殼程流速/(m/s)

18、0.620.162表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/W/(·)3248495.9污垢熱阻/(·/W)3.4394×10-41.72×10-4阻力/Pa3455熱流量/KW778.6傳熱溫差/K39傳熱系數(shù)/W/(·)326面積裕度/%12.6% 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計與選用3.1管箱法蘭的選用法蘭的形式法蘭的結(jié)構(gòu)形式：分平焊法蘭和對焊法蘭。法蘭的密封面形式：分平面、凹凸面和榫槽面。法蘭的結(jié)構(gòu)形式和密封面形式.應(yīng)根據(jù)使用介質(zhì)、設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、公稱直徑等因素來確定。標準法蘭的選用法蘭標準有：管法蘭：HG50015028-58和JB74-90-59.設(shè)備法蘭：JB1157

19、1164-82。接管法蘭.本手冊規(guī)定只按HG50015028-58選用。對法蘭的結(jié)構(gòu)形式和密封面形式.未作具體規(guī)定.由設(shè)計者根據(jù)使用條件確定。管箱上的設(shè)備法蘭.本手冊規(guī)定：公稱直徑Dg325mm.按HG5012-58平焊法蘭和HG5016-58對焊法蘭選用；公稱直徑Dg400mm.按JB1158-82甲型平焊法蘭。JB1159-82乙型平焊法蘭和JB1160-82長頸對焊法蘭選用。法蘭的密封面采用凹面。接管法蘭的要求1.凹凸或榫槽密封面的法蘭.密封面向下的.一般應(yīng)設(shè)計成凸面或榫面.其他朝向的.則設(shè)計成凹面或槽面。2.重疊式換熱器中間接管的法蘭密封面.在保證密封的前提下.可采用平面 依工藝條件：

20、按管側(cè)壓力和殼側(cè)壓力中的較大值.設(shè)計溫度和公稱直徑600mm.按JB/T 4701-2000標準選取甲型平焊凹凸面法蘭；并確定各結(jié)構(gòu)尺寸見表3-1.結(jié)構(gòu)見圖3-1。 表3-1 甲型平焊凹凸面法蘭尺寸JB/T 4701-2000 單位：mm名稱公稱直徑DNDD1D2D3D4d螺柱數(shù)量法蘭質(zhì)量/kg材質(zhì)容器法蘭6007306906556456425423M2040凸面凹面16Mn鍛54.252.7 圖3-1 甲型平焊凹凸面法蘭結(jié)構(gòu)尺寸3.2管箱結(jié)構(gòu)的設(shè)計 管箱的作用是把管道中來的流體均勻分布到各傳熱管中和把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器。在多程換熱器中.管箱還起著改變流體流向的作用。管箱側(cè)或管箱頂部

21、有介質(zhì)流體的出、入口接管。管箱也有許多種結(jié)構(gòu)形式:A型：用于單程和多程管箱。其優(yōu)點是便于清洗換熱器的管程.缺點是管箱蓋結(jié)構(gòu)用材較多.尺寸較大時.需要鍛件。因此.國內(nèi)目前所使用的范圍較小。本手冊規(guī)定用于Dg900mmB型：用于單程和多程管箱。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單.便于制造；缺點是檢修和清洗換熱器的管程時.需將管程上的接管法蘭都拆開.并取下整個管箱。國內(nèi)目前采用最多。C型：用于多管程換熱器的介質(zhì)返回管箱。D型：用于單管程換熱器的管箱。選用的標準換熱器代號是BEM.表示前端管箱為B型標準橢圓封頭管箱.后端管箱為M型標準橢圓封頭管箱.管板延長部分兼作法蘭的固定管板式釜式重沸器.支座為鞍式支座；選材為20號

22、碳鋼。圖3-2 B型標準橢圓封頭管箱M型標準橢圓封頭管箱是和B型標準橢圓封頭管箱相似的固定管板結(jié)構(gòu)。 選用B型封頭管箱（見圖3-3）.因換熱器直徑較小.且為四管程.管箱的最小長度：圖3-3 B型封頭管箱3.2.1前端管箱（1） 按流通面積計算：（2）按相鄰焊縫間距離計算： 管箱最小長度取兩者中的較大值. 取管箱內(nèi)分程隔板厚度取 15mm。3.2.2后端管箱 后端管箱沒有接管.其最小長度：（1）按流通面積計算為：（2） 按相鄰焊縫間距離計算：取管箱最小長度取兩者中的較大值.取3.3折流板結(jié)構(gòu)設(shè)計折流板或支撐板的形式 折流板或支撐板（以下簡稱折流板）有圓缺形.圓盤圓環(huán)形。其中以圓缺形用的較多。圓缺

23、形折流板.按缺邊的位置分為上、下和左、右缺邊折流板（對立式換熱器.上、下是指殼程物料進口管與折流板缺邊垂直者.左、右是指平行者）。左、右缺邊折流板有單缺邊和雙缺邊.本手冊中采用圓缺形.單缺邊折流板。 臥式換熱器.當(dāng)殼程全是氣相或全是液相的清潔物料時.宜用上、下缺邊折流板。若氣體中有少量液體.則應(yīng)在上缺邊折流板的下部最低處開小槽.如圖4-5（a）；若液體中有少量氣體.則應(yīng)在下缺邊折流板的上部最高處開小槽.如圖4-5（b）。臥式換熱器.冷凝器和再沸器.當(dāng)殼程是氣、液相共存或液體中帶有固體的物料時.宜用左、右缺邊折流板。為了排除殼體下部的液體.在折流板下部最低處應(yīng)開小槽.如圖4-6 由于本次設(shè)計殼體

24、直徑較大.宜采用多弓形折流板.缺口高度一般取0.20.45倍的殼體內(nèi)直徑.本次設(shè)計取常用值0.25倍。選材為A3F。 折流板與管板間距圖見圖3-5圖3-5 折流板與管板間距圖3.3.1殼程.管程接管的選用由上面工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計算.可以得到殼程時取煤油的流速.,所以按HG/T20592-2009標準中取管徑。管程走循環(huán)水.取循環(huán)水的流速為.所以按HG/T20592-2009標準中取。3.3.2折流板根據(jù)折流板數(shù)目（29）和管長（6000mm）.確定前后端折流板距離管板200mm。通過計算折流板間距取折流板的間距為200mm.DN=600mm時.折流板外徑D=DN-3=597mm的鋼管.換熱管無支

25、撐跨距L=1900mm。L>1900mm時.折流板厚度d取12mm。折流板的數(shù)目為29塊。 表3-3 折流板參數(shù) 單位：mm容器公稱直徑DN折流板直徑D0管程d1孔數(shù)n1d2孔數(shù)n2600597425.8184115厚度dhb折流板間距數(shù)量折流板與管板間距L折流板材料12143.620029200A3F 圖3-6 折流板標準尺寸圖3.4管板結(jié)構(gòu)的設(shè)計選材為16Mn鍛。依據(jù)所選用的管箱法蘭.管箱側(cè)法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸.確定固定端管板最大外徑為D=730mm.固定管板最大布管圓直徑：DL=Di-2f=600-2×5=590mm。管板結(jié)構(gòu)尺寸見圖3-4和表3-2。 圖3-4 管板結(jié)構(gòu)表3-

26、2 管板尺寸表 單位：mmDNDD1D2D3D4D5Cd260073069065560764261012.523螺柱（栓）bfb材料質(zhì)量/kg規(guī)格數(shù)量M2040505416Mn鍛139.5須用鍛件的場合 a. 板厚大于60 mm。當(dāng)厚度大于60 mm時.鋼板質(zhì)量降低(分層、夾雜無法避免.各頂指標波動大)。 b. 形狀復(fù)雜的管板。此時若用板材則即費料又費時. c. 以凸肩直接與殼體相焊的管板。此時一般管板過厚且對夾雜、分層要求更高。 在下列條件下可以選用16Mn結(jié)構(gòu)鋼板座管板 符合GB 3274-88碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋厚鋼板和鋼帶標準: 按GB 1591-79低合金結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件復(fù)驗化

27、學(xué)成分和機械性能; 設(shè)計壓力.p1.6MPa；設(shè)計溫度.0-350度。3.5換熱管采用JB/T4714、4715-92標準.換熱管選用.材料采用20號碳鋼 .選擇正三角形排列.主要是考慮這種排列布管比較緊湊.傳熱系數(shù)較高.傳熱效果好.便于管板劃線及鉆孔。換熱管的管心距a=32mm.分程隔板槽兩側(cè)相鄰管的中心距為37mm；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。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。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。管子數(shù)為196根.管長為6

28、000mm.管中心距32mm。3.6拉桿和定距管設(shè)計拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。若對于殼體內(nèi)徑大于或等于400mm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4個支承點。拉桿直徑取 10. 數(shù)量取6根。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。拉桿的尺寸見表3-5.結(jié)構(gòu)簡圖見圖3-7.拉桿與定距管結(jié)構(gòu)見圖3-8。 表3-5 拉桿尺寸 單位：mm容器DN拉桿直徑d 拉桿螺紋公稱直徑dnLa LbM600101212.56010管板上拉桿孔深Ld 拉桿數(shù)量拉桿重量kg材料1860.617A3結(jié)構(gòu)簡圖3-7 38拉桿與定

29、距管結(jié)構(gòu)圖3.7分程隔板 由于是多管程換熱器.故此處需要用到分程隔板。 查GB151-1999可知：分程隔板槽槽深.取4mm.槽寬為12mm.且分程隔板的最小厚度為8mm.取厚度為11mm。選材為A3。3-4 分程隔板參數(shù)表槽深槽寬厚度個數(shù)材料4mm12mm11mm3A33.8接管設(shè)計選材20號碳鋼。在換熱器的設(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)盡量靠近兩端管板.而管箱進、出口接管應(yīng)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.管口距管板或管箱法蘭的距離也不能靠得太近.它受到最小位置的限制。圖3-9殼程接管位置3.8.1殼程接管位置

30、殼程接管位置的最小尺寸.見圖3-5.可按下式進行計算：帶補強圈接管 mm不帶補強圈接管 mm以上兩式中取C4S（S為管箱殼體厚度.mm）.且30mm。我們采用的是不加補強圈接管.所以我們用的公式是mm。殼程接管DN=74mm,。殼程接管位置.其最小尺寸為：mm取。 3.8.2管箱接管位置 圖3-68 管箱接管位置管箱接管位置的最小尺寸.見圖3-6.可按下式進行計算：帶補強圈接管 mm不帶補強圈接管 mm以上兩式中取C4S（S為管箱殼體厚度.mm）.且30mm。以上四式中b.hf管板厚度.mm； L1/L2殼程/管箱接管位置最小尺寸.mm； C補強圈外緣（無補強圈時.為管外壁）至管板（或法蘭）與

31、殼體連接焊縫之間的距離.mm； DH補強圈外圓直徑.mm； dH接管外徑.mm。通過計算我們選用的不用加補強圈故我們的公式選用。管箱接管DN=128mm.。管箱接管位置.其最小尺寸為：mm。取。 3.8.3接管最小高度 表3-48 PN<4.0MPa的接管外伸長度 D05051757610010112512615015117517620080150150200200250250300150200200200200250250300由于是冷卻器.不需要設(shè)置保溫層故=0mm。因此殼程接管外伸長度為150mm.管程接管外伸長度為200mm。3.9防沖板設(shè)計為了防止殼程物料進口處.流體對換熱管表

32、面的直接沖刷.應(yīng)在殼程物料進口管處設(shè)置防沖板。其設(shè)置條件為：對于氣體和蒸汽（包括飽和蒸汽或者氣液混合物料）應(yīng)設(shè)置防沖板。對于液體物料.當(dāng)其v2值超過下列數(shù)值時.應(yīng)設(shè)置防沖板：（1）非腐蝕.非磨損性的單相液體.其v2>2230kg/m·s2；（2）其它各種液體.其v2>740kg/m·s2。防沖板的形式防沖板的形式.推薦以下四種喇叭管.D273mm的換熱器。圖中a15=15mm.a2d4.d42di.=6mm。防沖板焊在殼體上.用于D325mm左、右缺邊折流板和D600mm上、下缺邊折流板的換熱器。防沖板焊在定距管上.用于D700mm上、下缺邊折流板的換熱器。防沖

33、板焊在定距管上.用于D1200mm上、下缺邊折流板的換熱器。防沖板選矩形防沖板.其與殼體內(nèi)壁的高度為H1=（1/41/3）接管外徑.取H1=25mm；防沖板邊長L大于接管外徑20mm.取為120mm；厚度取B=4.5mm；選材為A3F。圖3-11 防沖板安裝形式3.10接管法蘭的選取查HG20602-97中表 PN1.6MPa.選取接管法蘭為不銹鋼襯里法蘭.選取各管口公稱直徑.查得各法蘭的尺寸。根據(jù)標準中規(guī)定.法蘭的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。 將查得的各參數(shù)整理見表。選材16Mn鍛。表3-6 凸面平焊鋼制管法蘭  PN 1.6MPa(16bar) 

34、0; 單位：mm公稱通徑DN80125連接尺寸法蘭外徑D200250螺孔分布直徑K160210螺孔直徑L1818螺孔數(shù)量n88螺紋ThM16M16法蘭厚度C2022密封面尺寸d132184d175110X120175W106155f244.5襯里厚度凸面t32t122凸面榫度t1010理論重量kg7.3410.84 圖3-13 接管法蘭 3.11墊片 查BS EN 1514-1-1997 -中文版-法蘭及其連接件法蘭用墊片尺寸(米制).根據(jù)設(shè)計壓力.選取的法蘭結(jié)構(gòu)和尺寸.選擇各管口的密封墊片見（圖3-14）.各墊片的尺寸見表3-7。 墊片類型如下：A) FF型墊片.適用于A型（平面）或B型（凸

35、面）法蘭密封面B) IBC型墊片.適用于A型（平面）或B型（凸面）法蘭密封面C) TG型墊片.適用于C/D型（榫或槽）法蘭密封面D) SR型墊片.適用于E/F型（凸或凹）法蘭密封面 圖3-14（2）使用IBC型墊片的B型法蘭密封面表3-7 墊片尺寸表 （BS EN 1514-1-1997）管口名稱公稱直徑/mm內(nèi)徑D1/mm外徑D2/mm厚度材料管程進料口1251411821.5mmA3管程出料口125141182殼程進料口8089132殼程出料口8089132容器法蘭墊片600610679注：填充材料為石棉橡膠板。3.12螺柱（螺栓） 查HG/T 20592-2009.得螺柱的長度和平墊圈尺

36、寸見表3-8。表3-8螺栓及墊片尺寸HG/T 20592-2009 單位：mm 法蘭/DN螺栓規(guī)格（直徑×長度）每千個螺栓重量（帶螺母）kg數(shù)量材料平墊圈規(guī)格內(nèi)徑d1外徑d2公稱厚度h殼程進口法蘭/75M16×701388A317303殼程出口法蘭/75M16×70138817303管程進口法蘭/125M16×70138817303管程出口法蘭/125M16×70138817303容器法蘭/600M20×12035940213733.13鞍座3.13.1鞍座選用設(shè)備上的支座是支撐設(shè)備質(zhì)量和固定設(shè)備位置用的一種不可缺少的部件.支座的結(jié)構(gòu)

37、形式和尺寸往往決定于設(shè)備的形式、載荷情況及構(gòu)造材料。由于本次設(shè)計的換熱器為臥式設(shè)備.所以本次設(shè)計選用鞍式支座。目前常用的鞍式支座標準為JB/T4712-200713。鞍式支座材料一般為Q235B.加強墊板的材料則應(yīng)與筒體一致。按照JB/T 4712-92標準.選擇鞍座的型號為：DN600、120°包角BI重型帶墊板鞍式支座；選材為16Mn。具體尺寸見表3-9。 JB/T 4712-92 公稱直徑mmDN600腹板mm8墊板mm200636底板mm550筋板mm120螺栓間距mm4001508鞍座質(zhì)量（帶墊片）Kg2410墊板mm弧長710每增加100mm高度增加的質(zhì)量Kg5允許載荷Q

38、/KN165鞍座高度h200墊片數(shù)量23.13.2鞍座的安裝位置鞍座的安裝結(jié)構(gòu)見圖3-10和3-1113；由于換熱管束長度L>3000mm.所以選?。篖B=（0.50.7）L=；并且。需滿足殼程接管焊縫與支座焊縫間的距離要求.即：=105mm 查表得,;式中：取.且。B為補強圈的外徑.S為筒體壁厚。 鞍座安裝位置圖 鞍式支座結(jié)構(gòu)圖第四章、強度校核4.1筒體壁厚計算 由工藝設(shè)計給定設(shè)計溫度150 , 設(shè)計壓力 1.6MPa , 選16MnR鋼板卷制.材料150時.616mm時的16許用應(yīng)力為.取焊縫系數(shù)=0.7.腐蝕裕度C2=1.5mm.則：計算厚 設(shè)計厚度 取C1=0.675mm名義厚度

39、 .經(jīng)查閱文獻.?。挥行Ш穸?水壓試驗壓力 所選材料的屈服應(yīng)力 水壓試驗應(yīng)力校核由于故水壓強度滿足要求。4.2前端管箱短節(jié)和封頭厚度的計算 由工藝設(shè)計給定設(shè)計參數(shù)為：設(shè)計溫度150.設(shè)計壓力1.60MPa,選用碳鋼-20鋼板.材料許用應(yīng)力=130MPa,屈服強度.取焊縫系數(shù)0.70.腐蝕裕度 。計算厚度 設(shè)計厚度 名義厚度 結(jié)合考慮開孔補強及結(jié)構(gòu)需要取；有效厚度 壓力試驗在這種情況下一定滿足。管箱封頭厚度與短節(jié)相同.取.封頭尺寸17見表4-1.結(jié)構(gòu)見圖4-1。 表4-1 封頭尺寸表公稱直徑DN（mm）曲面高度（mm）直邊高度（mm）碳鋼厚度（mm）內(nèi)表面積 A 容積 V600150408046

40、400396圖 4-1 標準橢圓形封頭結(jié)構(gòu)簡圖4.3后端管箱短節(jié)和封頭厚度的計算由工藝設(shè)計給定設(shè)計參數(shù)為：設(shè)計溫度150.設(shè)計壓力1.60MPa,選用碳鋼-20鋼板.材料許用應(yīng)力=170MPa,屈服強度.取焊縫系數(shù)0.70.腐蝕裕度 。后端管箱內(nèi)徑為.其余條件、參數(shù)同筒體。短節(jié)計算壁厚 短節(jié)設(shè)計壁厚 短節(jié)名義壁厚 有效厚度 水壓試驗應(yīng)力校核由于 故水壓強度滿足要求。管箱封頭也選用標準橢圓封頭：封頭計算壁厚： 封頭名義壁厚： .取名義壁厚與短節(jié)等厚 .封頭尺寸見表4-2.封頭結(jié)構(gòu)見圖4-2。 表4-2 封頭尺寸表公稱直徑DN（mm）曲面高度（mm）直邊高度（mm）碳鋼厚度（mm）內(nèi)表面積 A 容

41、積 V 60015025804360.0352圖 4-2 標準橢圓形封頭結(jié)構(gòu)簡圖4.4固定管板強度計算 固定管板厚度設(shè)計采用BS法。假定管板厚度 b=54總換熱管數(shù)量 n=196一根管壁金屬的橫截面積為：開孔強度削弱系數(shù)（四程） 兩管板間換熱管有效長度（除掉兩管板厚）L 取5892；計算系數(shù)K：故K=2.50；按管板簡支考慮.依K值查圖得G1=0.70.G2=1.65.G3=0.052筒體內(nèi)徑截面積 管板上管孔所占的總截面積： 系數(shù) 系數(shù) 管板選材為16Mn鍛。換熱管選材為20號碳鋼.在20300范圍.膨脹系數(shù)大約為13.09 。 系數(shù) 筒體殼壁的橫截面積:20號碳鋼彈性模量E=206Gpa系

42、數(shù) 殼程壓力 .管程壓力 當(dāng)量壓差 最大壓差管板最大應(yīng)力：管子最大應(yīng)力： 或管板和管子的強度校核管板計算厚度滿足強度要求。考慮管板雙面腐蝕取C2=3mm.隔板槽深取 4mm.實際管板厚為46mm。4.5管箱短節(jié)開孔補強校核 開孔補強采用等面積補強法.由工藝設(shè)計給定的接管尺寸為考慮實際情況選20號碳鋼鋼管=130 MPa, , C2=1.5mm。接管計算壁厚 接管有效壁厚 開孔直徑 接管有效補強寬度B=2d=2132.8=265.6mm 接管外側(cè)有效補強高度 需要補強面積 可以作為補強的面積為該接管補強的強度足夠.不需要另設(shè)補強結(jié)構(gòu)。4.6殼體接管開孔補強校核 選取20號碳鋼管 .鋼管許用應(yīng)力。

43、接管計算壁厚 接管有效壁厚 開孔直徑 接管有效補強寬度 接管外側(cè)有效補強高度 需要補強面積 可以作為補強的面積為 （4-30） (4-31) (4-32)故該開孔補強的強度足夠.不需另行補強。第五章、制造安裝清洗與維修5.1 換熱器的制造5.1.1 筒體換熱器筒體的圓度要求較高.必須保證殼體與折流板之間有合適的間隙。如太大就要影響換熱效果.太小就要增加裝配的難度。切割好的鋼板應(yīng)根據(jù)鋼板厚度、操作壓力高低選定破口形式進行邊緣加工。用鋼板卷制時.內(nèi)直徑允許偏差可通過外圓周長加以控制.其外周長允許上偏差10mm；下偏差為0。5.1.2 封頭和管箱 封頭和管箱的厚度一般不小于殼體的厚度。分程隔板兩側(cè)全

44、長均應(yīng)焊接.并應(yīng)具有全焊透的焊縫。由于焊接應(yīng)力較大.故管箱和封頭法蘭等焊接后.須進行消除應(yīng)力的熱處理.最后進行機械加工。5.1.3 換熱管 直管一律采用整根管子而不允許有接縫。管子應(yīng)該進行校直.管子兩端須用磨管機清除氧化皮、鐵銹、及污垢等雜質(zhì)直至露出金屬光澤。除銹長度不小于兩倍管板厚度。當(dāng)管子與管板的連接采用脹接工藝時.管端硬度應(yīng)低于管板硬度。同一根換熱管的對接焊縫.直管不得超過一條；U型管不得超過二條；最短管長不應(yīng)小于300mm；包括至少50mm直管段范圍內(nèi)不得有拼接焊縫。管端破口應(yīng)采用機械方法加工.焊前應(yīng)清洗干凈。 換熱管組裝要求兩管板相互平行.允許誤差不得大于1mm.兩管板間長度誤差為&

45、#177;2mm；管子與管板應(yīng)垂直；拉感應(yīng)牢靠固定；定距管兩端面要整齊；穿管時管子頭不能用鐵器直接敲打。5.1.4 折流板由于折流板很薄.鉆孔時鉆頭的推力使管板中心變形.故可將下料或圓整的折流板去掉毛刺并校平.重疊、壓緊后沿周邊點焊、然后一起鉆孔。 為了保證順利穿管.必須是折流板的管孔與管板中心在同一直線上.可以將管板當(dāng)作鉆模放在折流板上.壓緊后進行引孔.即以管板危機出現(xiàn)在折流板上鉆出和管板孔距一致的定位孔.然后取下管板.將折流板壓緊.并換上合適的鉆頭。5.1.5 管板 管板由低合金鋼鍛件Q345（16Mn）制成.加工前表面不平度不得大于2mm.如超過此值.應(yīng)先進行校平.然后進行加工。 拼接管

46、板的對接接頭應(yīng)進行100%射線或超聲檢測.按JB4730-94進行表面檢測.檢測結(jié)果不低于級.或超聲檢測中的級為合格20。換熱管與管板的連接：二者采用焊接的形式連接.連接部位的換熱管和管板孔表面.應(yīng)清理干凈.不得有毛刺、鐵屑、銹斑、油污等。焊渣及凸出于換熱器內(nèi)壁的焊瘤均應(yīng)清除。 管板與換熱管焊接時.管孔表面粗糙度Ra值25µm。根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)形式.應(yīng)在換熱器的兩端留有足夠的空間來滿足操作、清洗、維 修的需要.固定管板式換熱器的 兩端應(yīng)留出足夠的空間以便能抽出和更換管子。5.2 換熱器的安裝5.2.1安裝安裝位置：根據(jù)該換熱器的結(jié)構(gòu)形式.在換熱器的兩端留有足夠的空間來滿足拆裝、維修的

47、需要。安裝換熱器的基礎(chǔ)：必須足以使換熱器不發(fā)生下沉.或使管道把過大的變形傳到換 熱器的接管上。5.2.2 地腳螺栓和墊鐵（1）活動支座的地腳螺栓應(yīng)裝有兩個緊鎖的螺母.螺母與底板間應(yīng)留有13mm的間隙。（2）地腳螺栓兩側(cè)均有墊鐵.但不得與下面的平墊鐵或滑板焊死。（3）墊鐵的安裝不應(yīng)妨礙換熱器的熱膨脹。5.3 換熱器的焊接5.3.1 殼體焊接工藝焊接殼體時.應(yīng)先焊筒節(jié)縱縫.焊好后校圓.再組裝焊接環(huán)縫。要注意的是必須先焊縱縫后焊環(huán)縫.因為若先將環(huán)縫焊好再焊縱縫時筒體的膨脹和收縮都要受到環(huán)縫的限制.其結(jié)果會引起過大的應(yīng)力.甚至產(chǎn)生裂紋21。每條焊縫的焊接次序是先焊筒體里面.焊完后從外面用碳弧氣刨清理焊

48、根.將容易產(chǎn)生裂紋和氣孔的第一層焊縫基本刨掉.經(jīng)磁粉或著色探傷確信沒有缺陷存在后再焊外側(cè)。殼體的材料為20號碳鋼.其可焊性較好。焊前不需要進行預(yù)熱.采用埋弧自動焊.開V型坡口.采用H08Mn2焊絲和HJ431焊劑.焊完后需將其加熱到600650.要進行焊后熱處理以消除殘余應(yīng)力.而且也可軟化淬硬部位.提高韌性。5.3.2 換熱管與管板的焊接工藝換熱管與管板的焊接一般采用手工電弧焊.也廣泛采用惰性氣體保護焊.在此選擇其焊接方式為手工電弧焊。管子的材料為10號鋼.而管板的材料為鍛件16Mn.兩者的焊接性能都較好.由于管板厚度較大.此時應(yīng)進行焊前預(yù)熱.預(yù)熱溫度為100200.選用焊條J506.焊后熱處

49、理溫度為600650.以消除殘余應(yīng)力。管子與管板焊接最主要的問題是焊接缺陷.缺陷一般為氣孔或裂紋。它們直接關(guān)系到工程的質(zhì)量。產(chǎn)生氣孔的主要是附在管子和管板孔上的油脂、鐵銹、空氣和堆焊管板時復(fù)層中夾有的焊渣在受熱時分解而造成。因此在焊接前.要特別注意焊接部位的脫脂和除銹。另一個可能產(chǎn)生的缺陷是裂紋.如果接頭的化學(xué)成分控制不當(dāng).熱影響區(qū)過度硬化.結(jié)點處有油污及管子與管板孔配合間隙過大等.都易在焊縫處引起裂紋。5.3.3 法蘭與筒體的焊接工藝法蘭與筒體的焊接屬于C類接頭。法蘭的材料為鍛件20MnMo.筒體的材料為20號碳鋼.兩者都具有良好的綜合機械性能和焊接性能.此時可以采用埋弧自動焊.焊絲為H10MnSiA.焊劑為HJ250.焊后需要進行消除應(yīng)力熱處理.需要將熱處理溫度控制在550650。5.4換熱器結(jié)垢的清洗 5.4.1、 清洗劑的選擇 清洗劑的選擇.目前采用的是酸洗.它包括有機酸和無機酸。有機酸主要有：草酸、甲酸等。無機酸 主要有：鹽酸、硝酸等。根據(jù)換熱器結(jié)垢和工藝、材質(zhì)和水垢成分分析得出： 1)換熱器流通面積小.內(nèi)部結(jié)構(gòu)