固定管板式換熱器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) TOC o 1-3 h z u 緒論目前壓縮機(jī)被廣泛應(yīng)用在空分、冶金、化肥、化工、制藥、動(dòng)力站等領(lǐng)域 。壓縮機(jī)要實(shí)現(xiàn)等溫壓縮，效率優(yōu)化，保證出口壓力和溫度指標(biāo)，在壓縮機(jī)出口處要配置壓縮機(jī)出口冷卻器。由于壓縮機(jī)對各段間允許的壓力損失和進(jìn)口溫度的嚴(yán)格要求，決定了壓縮機(jī)出口冷卻器設(shè)計(jì)選型的特殊性。壓縮機(jī)出口冷卻器幾乎涵蓋了所有管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)形式。這正體現(xiàn)了它集各種形式換熱器優(yōu)點(diǎn)于一身的設(shè)計(jì)理念。由于其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，使用彈性大，適應(yīng)性強(qiáng)，近些年來又對結(jié)構(gòu)、工藝和材料等方面作了

2、大量改進(jìn)，使它的技術(shù)性能更趨于合理成為了應(yīng)對多種機(jī)型，大跨度工況范圍的必然選擇壓縮機(jī)出口冷卻器是換熱設(shè)備的一類，用以冷卻壓縮機(jī)出口的熱流體。通常用水或空氣為冷卻劑以除去熱量。使流體溫度達(dá)到流程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足過程工藝條件的需要，同時(shí)也提高能源利用率的主要設(shè)備之一。中國在“十二五”期間加大了對能源戰(zhàn)略的調(diào)控力度，加快節(jié)能減排技術(shù)創(chuàng)新，大幅度提高了能源利用效率，增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展能力，確保實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)。作為一種節(jié)能設(shè)備，壓縮機(jī)出口冷卻器實(shí)現(xiàn)了熱能的回收、轉(zhuǎn)化利用，是工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在現(xiàn)代壓縮機(jī)行業(yè)中所用冷卻器的投資大約占設(shè)備總投資的絕大部分，在工藝設(shè)備部分更是被重

3、點(diǎn)研究，并且壓縮機(jī)出口冷卻器具有壓縮機(jī)之肺的形象比喻，它的冷卻效果和可靠性直接影響壓縮機(jī)的氣動(dòng)性能和整機(jī)效率。隨著為壓縮機(jī)配套的冷卻器的增多，一個(gè)適應(yīng)各種工況和不同機(jī)型的冷卻器系列也自然形成。近年來國內(nèi)冷卻器行業(yè)在節(jié)能增效、提高傳熱效率、減少傳熱面積、降低壓降、提高裝置熱強(qiáng)度等方面的研究取得了顯著成績?；谑?、化工、電力、冶金、船舶、機(jī)械、食品、制藥等行業(yè)對壓縮機(jī)出口冷卻器穩(wěn)定的需求增長，我國冷卻器行業(yè)在未來一段時(shí)期內(nèi)將保持穩(wěn)定增長，前瞻網(wǎng)預(yù)計(jì)2020年至2030年期間，我國冷卻器產(chǎn)業(yè)將保持年均10-15%左右的速度增長，到2030年我國冷卻器行業(yè)規(guī)模有望達(dá)到1500億元。（1）壓縮機(jī)出口冷

4、卻器傳熱原理分類1.直接接觸式換熱器直接接觸式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動(dòng)，通過壁面的導(dǎo)熱和流體在壁表面對流，兩種流體之間進(jìn)行換熱。表面式換熱器有管殼式、套管式和其他型式的換熱器。2.蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器通過固體物質(zhì)構(gòu)成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體，熱介質(zhì)先通過加熱固體物質(zhì)達(dá)到一定溫度后，冷介質(zhì)再通過固體物質(zhì)被加熱，使之達(dá)到熱量傳遞的目的。蓄熱式換熱器有旋轉(zhuǎn)式、閥門切換式等。3.間壁式換熱器間壁式換熱器是把兩個(gè)表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來的換熱器，熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循環(huán)，在高溫流體接受熱量，在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體

5、。4.直接接觸式換熱器直接接觸式換熱器是兩種流體直接接觸進(jìn)行換熱的設(shè)備，例如，冷水塔、氣體冷凝器等。（2）壓縮機(jī)出口冷卻器按結(jié)構(gòu)分類1.浮頭式換熱器新型浮頭式換熱器浮頭端結(jié)構(gòu)，它包括圓筒、外頭蓋側(cè)法蘭、浮頭管板、鉤圈、浮頭蓋、外頭蓋及絲孔、鋼圈等組成，其特征是：在外頭蓋側(cè)法蘭內(nèi)側(cè)面設(shè)凹型或梯型密封面，并在靠近密封面外側(cè)鉆孔并套絲或焊設(shè)多個(gè)螺桿均布，浮頭處取消鉤圈及相關(guān)零部件，浮頭管板密封槽為原凹型槽并另在同一端面開一個(gè)以該管板中心為圓心，半徑稍大于管束外徑的梯型凹槽，且管板分程凹槽只與梯型凹槽相連通，而不與凹型槽相連通。浮頭式換熱器的一端管板與殼體固定，而另一端的管板可在殼體內(nèi)自由浮動(dòng)，殼體和

6、管束對膨脹是自由的，故當(dāng)兩張介質(zhì)的溫差較大時(shí)，管束和殼體之間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭端設(shè)計(jì)成可拆結(jié)構(gòu)，使管束能容易的插入或抽出殼體。（也可設(shè)計(jì)成不可拆的）。這樣為檢修、清洗提供了方便。但該換熱器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而且浮動(dòng)端小蓋在操作時(shí)無法知道泄露情況。因此在安裝時(shí)要特別注意其密封。浮頭換熱器的浮頭部分結(jié)構(gòu)，按不同的要求可設(shè)計(jì)成各種形式，除必須考慮管束能在設(shè)備內(nèi)自由移動(dòng)外，還必須考慮到浮頭部分的檢修、安裝和清洗的方便。在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮浮頭管板的外徑Do。該外徑應(yīng)小于殼體內(nèi)徑Di，一般推薦浮頭管板與殼體內(nèi)壁的間隙b1=35mm。這樣，當(dāng)浮頭出的鉤圈拆除后，即可將管束從殼體內(nèi)抽出。以便于進(jìn)行檢修、清洗。浮頭蓋

7、在管束裝入后才能進(jìn)行裝配，所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮保證浮頭蓋在裝配時(shí)的必要空間。鉤圈對保證浮頭端的密封、防止介質(zhì)間的串漏起著重要作用。隨著浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的發(fā)展，以及長期以來使用經(jīng)驗(yàn)的積累，鉤圈的結(jié)構(gòu)形式也得到了不段的改進(jìn)和完善。鉤圈一般都為對開式結(jié)構(gòu)，要求密封可靠，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、便于制造和拆裝方便。浮頭式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應(yīng)性，在長期使用過程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，不斷促進(jìn)了自身的發(fā)展。故迄今為止在各種換熱器中仍占主導(dǎo)地位。2.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(yùn)用比較廣泛。固定管板式換熱器是一種實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，是在石油、

8、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(kuò)大，利用換熱器進(jìn)行高溫和低溫?zé)崮芑厥諑砹孙@著的經(jīng)濟(jì)效益。固定管板式換熱器由管箱、殼體、管板、管子等零部件組成，其結(jié)構(gòu)較緊湊，排管較多，在相同直徑下面積較大，制造較簡單。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在殼體中設(shè)置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進(jìn)出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進(jìn)出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長度設(shè)置了若干

9、塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，殼程也可以分成雙程，規(guī)格范圍廣，故在工程上廣泛應(yīng)用。殼程清洗困難，對于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不宜采用。當(dāng)膨脹之差較大時(shí)，可在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，以減少因管、殼程溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。固定管板式換熱器的特點(diǎn)是：旁路滲流較小；鍛件使用較少，造價(jià)低；無內(nèi)漏；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(diǎn)是：殼體和管壁的溫差較大，殼體和管子壁溫差t50,當(dāng)t50時(shí)必須在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)；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；殼程無法機(jī)械清洗；管子腐蝕后連同殼體報(bào)廢，

10、設(shè)備壽命較低。3. U形管式換熱器U形管式換熱器每根管子均彎成U形，流體進(jìn)、出口分別安裝在同一端的兩側(cè)，封頭內(nèi)用隔板分成兩室，每根管子可自由伸縮，來解決熱補(bǔ)償問題。結(jié)構(gòu)簡單，只有一個(gè)管板，密封面少，運(yùn)行可靠，造價(jià)低；管束可抽出，管間（殼程）清洗方便。質(zhì)量輕，適用于高溫和高壓的場合。管程清洗困難，管程流體必須是潔凈和不易結(jié)垢的物料，由于管子需要一定的彎曲半徑，故管板利用率低；管束最內(nèi)層間距大，殼程易短路；內(nèi)層管子不能更換，因而抱人率高。U形管式換熱器適用于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢，而管程介質(zhì)清潔不易結(jié)垢以及高溫、高壓、腐蝕性強(qiáng)的場合。一般高溫、高壓、腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)走管內(nèi)，可是高壓空間減小

11、，密封易解決，并可節(jié)約材料和減少熱損失。4.板式換熱器板式換熱器（Plate Type Heat Exchanger），本成套設(shè)備由板式換熱器、平衡槽、離心式衛(wèi)生泵、熱水裝置（包括蒸汽管路、熱水噴入器）、支架以及儀表箱等組成。用于牛奶或其它熱敏感性液體之殺菌冷卻。欲處理的物料先進(jìn)入平衡槽，經(jīng)離心式衛(wèi)生泵送入換熱器、經(jīng)過預(yù)熱、殺菌、保溫、冷卻各段，凡未達(dá)到殺菌溫度的物料，由儀表控制氣動(dòng)回流閥換向、再回到平衡槽重新處理。物料殺菌溫度由儀表控制箱進(jìn)行自動(dòng)控制和連續(xù)記錄，以便對殺菌過程進(jìn)行監(jiān)視和檢查。此設(shè)備適用于對牛奶預(yù)殺菌、巴式殺菌。板式換熱器的型式主要有框架式（可拆卸式）和釬焊式兩大類，板片形式主

12、要有人字形波紋板、水平平直波紋板和瘤形板片三種。第一章 工藝計(jì)算已知工藝設(shè)計(jì)參數(shù)列表1-1表1-1 工藝設(shè)計(jì)參數(shù)表殼程管程工作介質(zhì)氮?dú)馑髁?4877入口溫度10832出口溫度4040工作壓力1.00.41.1初步估算傳熱面積1.1.1熱流量計(jì)算由，1.1.2冷卻水用量計(jì)算1.1.3平均傳熱溫差計(jì)算按逆流算1.1.4初算傳熱面積 根據(jù)表1-2先假設(shè)則估算的傳熱面積為表1-2列管式換熱器中K值大致范圍熱流體冷流體傳熱系數(shù) K/(WmK-1)水輕油重油氣體水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝低沸點(diǎn)烴類蒸汽冷凝高沸點(diǎn)烴類蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝水水水水水氣體水水水沸騰輕油沸騰重油沸騰850170034

13、0910602801728014204250303004551140601702000425045510201404251.2工藝結(jié)構(gòu)及尺寸計(jì)算1.2.1換熱管參數(shù)計(jì)算（1）管子的選用 換熱管的外表面積決定換熱器傳熱面積的大小。在換熱器中采用小直徑管子可以使換熱器的傳熱面積大，設(shè)備緊湊；但同時(shí)會(huì)使流體阻力大，易結(jié)垢，管內(nèi)不易清洗。故一般處理臟、粘介質(zhì)的換熱器應(yīng)選用較大的管徑。本次設(shè)計(jì)考慮到苯為有毒液體，冷卻水較硬易結(jié)垢，由于管徑的大小影響管內(nèi)流速的的大小和管內(nèi)的壓強(qiáng)降，因此選用管規(guī)格為252.5mm。（2）管內(nèi)流速選擇 為了提高管程增加流體在換熱器中的流速，將加大對流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表

14、面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從而可減小換熱器的傳熱面積。但是流速增加，又使流體阻力增大，動(dòng)力消耗就增多。因此，應(yīng)選擇適當(dāng)流速。下表列出工業(yè)一般采用的流體流速范圍。表1-3工業(yè)一般流體流速液體的種類一般液體易結(jié)垢液體氣體流速ms管程0.531530殼程0.21.50.5315故先取管內(nèi)流速為（3）管程數(shù)和傳熱管數(shù)計(jì)算 單程傳熱管數(shù)為 取所需傳熱管總長度為 確定管子長度時(shí)應(yīng)該考慮兩個(gè)因素，一個(gè)是換熱器的長徑比；一個(gè)是管子的長度規(guī)格，管子的長度規(guī)格從1.512有多種，臥式換熱器。綜上考慮取傳熱管長。則管程數(shù) ， 取六管程傳熱管總根數(shù)根（4）傳熱管排列和分程方法換熱管管板上的

15、排列方式有正方形直列、正三角形排列、同心圓排列。正三角形排列比較緊湊，管板利用率高，管外流體湍動(dòng)程度高，對流傳熱系數(shù)大，但管外清洗較困難；正方形排列便于機(jī)械清洗；同心圓排列用于小殼徑換熱器，外圓管布管均勻，結(jié)構(gòu)更為緊湊。本次設(shè)計(jì)內(nèi)傳熱管按正三角形排列。表1-4常用管心距（mm）管外徑管心距各程相鄰管的管心距管外徑管心距各程相鄰管的管心距192538324052253244384860圖1-1換熱管排列方式1.2.2殼程參數(shù)計(jì)算（1）殼程數(shù)確定 平均傳熱溫差校正系數(shù)如下： 平均傳熱溫差：由于平均溫差校正系數(shù)大于0.8，同時(shí)殼程流體流量較大，故采用單殼程。（2）殼體直徑計(jì)算采用六管程結(jié)構(gòu)，取管板利

16、用率，則殼體直徑按卷制殼體的進(jìn)級(jí)檔取。 1.2.3折流板選擇及參數(shù)計(jì)算設(shè)置折流板的目的是為了提高殼程流體的流速，增加湍動(dòng)程度，并使管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，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(huán)形兩種，其中弓形折流板有單弓形和雙弓形，如下圖所示： 圖1-2折流板結(jié)構(gòu)折流板材質(zhì)和形式的選擇 根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，綜合考慮材料的性能及經(jīng)濟(jì)性要求選用的材料為 Q235-B。選用單弓形折流板。折流板的排列布置一般應(yīng)使管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進(jìn)、出口管，其余折流板按等距離布置，對于臥式換熱器，殼程為單相清潔液體時(shí)，折流板缺口

17、應(yīng)水平上下放置。排列形式如下所示：圖1-3折流板排列方式采用弓形折流板，切去圓缺高度 折流板間距 圓整取。折流板數(shù)目 由參考文獻(xiàn)查得，內(nèi)徑為2000，間距為1500時(shí)，取折流板厚度為20mm。表1-5折流板參數(shù)表材質(zhì)形式高度/mm板間距/mm厚度/mmQ235-B單弓2.4接管參數(shù)計(jì)算接管的選擇與流體的流速和流量有關(guān)。冷凝器的管程進(jìn)出口接管直徑通常選用直徑較大、管壁較厚的熱軋無縫鋼管，殼程流體出口接管選擇冷軋無縫鋼管。本次設(shè)計(jì)選用材料為Q235-B的無縫鋼管。因考慮到氮?dú)饬髁窟^大采用兩個(gè)接管輸送氮?dú)?，取接管?nèi)流體流速，則接管內(nèi)徑：取標(biāo)準(zhǔn)管61010mm。管程流體進(jìn)出口

18、接管 取接管內(nèi)液體流速，則接管內(nèi)徑 取標(biāo)準(zhǔn)管4759mm。初步選定臥式固定管板式換熱器的規(guī)格如下：表1-6 換熱器的規(guī)格項(xiàng)目公稱直徑D管程數(shù)NP管數(shù)n管長L管子直徑管子排列方式數(shù)據(jù)626589000正三角形1.3換熱器核算1.3.1傳熱面積校核殼程傳熱膜系數(shù) 傳熱管按正三角形排列時(shí)傳熱當(dāng)量直徑管程流體流通截面積 管程流體流速和雷諾數(shù) 普朗特?cái)?shù) 黏度校正取傳熱膜系數(shù)1.3.2管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 管程流體流通截面積 管程流體流速和雷諾數(shù) 普朗特?cái)?shù) 傳熱膜系數(shù)污垢熱阻和管壁熱導(dǎo)率 污垢熱阻往往對換熱器的操作有很大影響，需要采取措施防止或減少污垢的積累或定期清洗。由表3-4查得管內(nèi)側(cè)污垢熱阻，管外側(cè)熱阻

19、。管壁厚度，碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率表1-7污垢熱阻Rd的大致范圍流體污垢熱阻Rd/(mkw-1）流體污垢熱阻Rd/(mkw-1）水（u1m/s,t47)蒸餾水海水清潔的水未處理的涼水塔用水已處理的涼水塔用水已處理的鍋爐用水硬水、井水水蒸汽優(yōu)質(zhì)不含油劣質(zhì)不含油0.090.090.210.580.260.260.580.0520.09水蒸汽優(yōu)質(zhì)不含油劣質(zhì)不含油往復(fù)機(jī)排出液體處理過的鹽水有機(jī)物燃料油焦油氣體空氣溶劑蒸汽0.0520.090.1760.2640.1761.0561.760.260.530.14總傳熱系數(shù)1.3.3傳熱面積校核 換熱器的實(shí)際傳熱面積 換熱器的面積裕度 所以該換熱器的傳熱面

20、積裕度符合要求。1.4換熱器內(nèi)壓降的核算換熱器管程及殼程的流動(dòng)阻力，常?？刂圃谝欢ㄔ试S范圍內(nèi)。若計(jì)算結(jié)果超過允許值時(shí)，則應(yīng)修改設(shè)計(jì)參數(shù)或重新選擇其他規(guī)格大換熱器。按一般經(jīng)驗(yàn)，對于液體常控制在104105Pa范圍內(nèi)，對于氣體則以103104Pa為宜。此外，也可依據(jù)操作壓力不同而有所差別，參考下表。表1-8換熱器操作允許壓降P換熱器操作壓力P(Pa)允許壓降P105 (表壓)0.1P0.5P5104 Pa1.4.1管程阻力計(jì)算 換熱管阻力 其中，。直管阻力 由，傳熱管相對粗糙度0.01查得摩擦系數(shù)。1.4.2殼程阻力筒體內(nèi)阻力 其中，。流體流經(jīng)管束的阻力 其中。流體流過折流板缺口的阻力 由計(jì)算結(jié)果

21、可知所選換熱器合適。1.5工藝計(jì)算結(jié)果匯總表1-9換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果參 數(shù)管 程殼 程流率m3/h54877溫度（進(jìn)/出)/32/40108/40物性參數(shù)定性溫度/3674密度/(kg/m3)994.311.55比熱容/kJ/kg/）4.1741.05黏度/mPas0.7420.0195熱導(dǎo)率/W/(m)0.6240.030普朗特?cái)?shù)0.68254.67結(jié)構(gòu)參數(shù)型式固定管板式臺(tái)數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm2000殼程數(shù)1管子規(guī)格25mm管心距/mm32管長/mm9000管子排列正三角形管子數(shù)目/根2658折流板數(shù)/塊6傳熱面積/m21857折流板距/mm1500管程數(shù)6材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼

22、程流速/(m/s)0.6718傳熱膜系數(shù)/W/ m2)391.73450.9污垢熱阻/(m2/W)0.00060.0004熱流量/KW12571傳熱溫差/23.61傳熱系數(shù)/W/(m2)306裕 度/%20第二章 強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)如下表：表2-1 強(qiáng)度設(shè)計(jì)參數(shù)表殼程管程工作壓力設(shè)計(jì)壓力腐蝕余量mm11.13.20.40.63.22.1換熱器壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算2.1.1殼程壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算（1）選材 由工藝設(shè)計(jì)給定的設(shè)計(jì)溫度74，設(shè)計(jì)壓力=1.1，選碳鋼鋼板Q245卷制。材料74時(shí)的許用應(yīng)力=147，取焊縫系數(shù)=0.85，腐蝕裕度C2=3.2。則（2）計(jì)算厚度 對于Q245，鋼板負(fù)偏差（3）名義厚度 因而

23、圓整取名義厚度（4）有效厚度 （5）殼程水壓試驗(yàn)壓力 所選材料的屈服應(yīng)力 （6）水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核通過計(jì)算水壓強(qiáng)度滿足要求。2.1.2管箱短節(jié)壁厚設(shè)計(jì)校核（1）選材由工藝設(shè)計(jì)給定設(shè)計(jì)參數(shù)為：設(shè)計(jì)溫度36，設(shè)計(jì)壓力=0.6，選用Q235-C鋼板,取焊縫系數(shù)，腐蝕裕度。（2）計(jì)算厚度 （3）名義厚度 （4）圓整取名義厚度 （5）有效厚度 （6）殼程水壓試驗(yàn)壓力 所選材料的屈服應(yīng)力 （7）水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核通過計(jì)算水壓強(qiáng)度滿足要求。 2.1.3封頭壁厚設(shè)計(jì)校核（1）選材封頭是壓力容器設(shè)備中不可缺少的重要部件,封頭的品質(zhì)直接關(guān)系到壓力容器的長期安全可靠運(yùn)行。封頭根據(jù)幾何形狀的不同，可分為球形、橢圓形、碟形

24、、球冠形、錐殼和平蓋等幾種，其中球形 、橢圓形、碟形、球冠型封頭又統(tǒng)稱為凸形封頭。在焊接上分為對焊封頭，承插焊封頭。用于各種容器設(shè)備，如儲(chǔ)罐，換熱器，塔，反應(yīng)釜和分離設(shè)備等。材質(zhì)有碳鋼（A3、20#、Q235、Q235B、16Mn等）、不銹鋼（304、321、304L、316、316L等）、合金鋼（15Mo3 15CrMoV 35CrMoV 45CrMo ）、鋁、鈦、銅、鎳及鎳合金等。本次設(shè)計(jì)我們選用最常見的橢圓形封頭，如圖9，材質(zhì)選擇Q235，并對其所需厚度進(jìn)行計(jì)算和校核。圖2-1橢圓形封頭（1）計(jì)算厚度 （2）名義厚度 為了減少焊接應(yīng)力，殼體封頭厚度取與短節(jié)厚度相同.（3）有效厚度 （4）

25、殼程水壓試驗(yàn)壓力 所選材料的屈服應(yīng)力 （5）水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核通過計(jì)算水壓強(qiáng)度滿足要求。 表2-2 DN2000標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭尺寸及質(zhì)量公稱直徑DN/mm曲面高度/mm直邊高度/mm內(nèi)表面積F/容 積V/厚 度/mm質(zhì) 量G/kg2000485404.49301.1257101282.1.4左端平蓋封頭的設(shè)計(jì)校核（1）計(jì)算厚度 （2）名義厚度 為了減少焊接應(yīng)力，殼體封頭厚度取與短節(jié)厚度相同。（3）有效厚度 （5）殼程水壓試驗(yàn)壓力 所選材料的屈服應(yīng)力 （6）水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核通過計(jì)算水壓強(qiáng)度滿足要求。 2.2換熱管失穩(wěn)應(yīng)力分析本次設(shè)計(jì)選用的是252.5的碳鋼管，材質(zhì)為20，MPa。（1）臨界長度所以判

26、定換熱管為長圓筒。（2）臨界壓力本次設(shè)計(jì)選用碳鋼管所以，綜上換熱管不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)。2.3補(bǔ)強(qiáng)判別當(dāng)設(shè)計(jì)壓力小于或等于的殼體開孔，兩相鄰開孔中心的間距大于孔直徑之和的兩倍，且接管公稱直徑小于或等于89mm時(shí)，只要接管最小厚度滿足下表，就可不另行補(bǔ)強(qiáng)。由于本次開孔公稱外徑為600mm和457mm,，故需另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。表2-3不另行補(bǔ)強(qiáng)的接管最小厚度接管公稱外徑253238454857657689最小厚度3.54.05.06.0壓力容器接管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)通常采用局部補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)主要有補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)厚壁管補(bǔ)強(qiáng)整鍛件補(bǔ)強(qiáng)三種形式。由于設(shè)計(jì)壓力在低壓范圍內(nèi)、工作溫度不高、介質(zhì)腐蝕性弱、材質(zhì)為 Q235-B、其標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)

27、度低于 540Mpa、殼體名義厚度不大于 38mm，以上均滿足補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)的條件，又因?yàn)檠a(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單、使用經(jīng)驗(yàn)豐富，所以采用補(bǔ)強(qiáng)圈。因?yàn)榈让娣e補(bǔ)強(qiáng)有長期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，簡單易行，當(dāng)開孔較大時(shí)，只要對其開孔尺寸和形狀等給與一定的配套限制，在一般壓力容 器使用條件下能夠保證安全。2.3.1開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法判別開孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法主要有等面積補(bǔ)強(qiáng)法和極限分析補(bǔ)強(qiáng)，又因?yàn)榈让娣e補(bǔ)強(qiáng)有長期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，簡單易行在一般壓力容器使用范圍下能夠保證安全所以采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算內(nèi)徑為 Di =2000mm 的圓柱形容器。本次設(shè)計(jì)封頭開孔直徑小于Di/2=1000mm,滿足等面積法補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件故可用等

28、面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。2.3.2開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積現(xiàn)對固定式管板式換熱器管箱短節(jié)的兩個(gè)接管開孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)校核。（1）接管外徑為457mm，壁厚。確定殼體和接管的計(jì)算厚度及開孔直徑已知?dú)んw的計(jì)算厚度接管的計(jì)算厚度，計(jì)算強(qiáng)度削弱系數(shù)，查得 ；接管有效厚度為，；開孔直徑為，；開孔所需最小面積為有效補(bǔ)強(qiáng)范圍有效寬度B，即： 取較大值：外側(cè)有效高度 取最小值內(nèi)側(cè)有效高度 取最小值有效補(bǔ)強(qiáng)面積殼體有效厚度減去計(jì)算厚度以外的多余面積；接管有效厚度減去計(jì)算厚度以外的多余面積接管區(qū)焊接面積（焊腳取 6.0）有效補(bǔ)強(qiáng)面積，所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)根據(jù)接管公稱直徑DN450選補(bǔ)強(qiáng)圈，參照J(rèn)B/T 4732取補(bǔ)強(qiáng)圈外

29、徑，內(nèi)徑。補(bǔ)強(qiáng)圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。補(bǔ)強(qiáng)厚度為為了方便制造時(shí)準(zhǔn)備材料，補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度可取管箱的厚度，即現(xiàn)對固定式管板式換熱器殼體的四個(gè)接管開孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)校核。（2）接管外徑為610mm，壁厚已知?dú)んw的計(jì)算厚度，。接管的計(jì)算厚度，計(jì)算強(qiáng)度削弱系數(shù)，查得 ；接管有效厚度為，；開孔直徑為，；開孔所需最小面積為有效補(bǔ)強(qiáng)范圍有效寬度B，即： 取較大值：外側(cè)有效高度 取最小值內(nèi)側(cè)有效高度 取最小值有效補(bǔ)強(qiáng)面積殼體有效厚度減去計(jì)算厚度以外的多余面積；接管有效厚度減去計(jì)算厚度以外的多余面積接管區(qū)焊接面積（焊腳取 6.0）有效補(bǔ)強(qiáng)面積，所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積因考慮到實(shí)際情況重疊補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)根據(jù)接管公稱直徑DN600選補(bǔ)

30、強(qiáng)圈，參照J(rèn)B/T 4732取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑，內(nèi)徑。補(bǔ)強(qiáng)圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。補(bǔ)強(qiáng)厚度為為了方便制造時(shí)準(zhǔn)備材料，補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度可取封頭的厚度，即。2.4密封裝置選型及設(shè)計(jì)2.4.1墊片選型與設(shè)計(jì)墊片是兩個(gè)物體之間的機(jī)械密封，通常用以防止兩個(gè)物體之間受到壓力、腐蝕、和管路自然地?zé)崦浝淇s泄漏。由于機(jī)械加工表面不可能完美，使用墊片即可填補(bǔ)不規(guī)則性。墊片通常由片狀材料制成，如墊紙，橡膠，硅橡膠，金屬，軟木，毛氈，氯丁橡膠，玻璃纖維或塑料聚合物（如聚四氟乙烯），特定應(yīng)用的墊片可能含有石棉。本次設(shè)計(jì)選用墊片橡膠石棉。查參考文獻(xiàn)得墊片的尺寸如下表表2-4 墊片參數(shù)表 (mm)公稱直徑 DN墊片內(nèi)徑墊片外徑墊片厚度

31、2000202720773圖2-1 墊片2.4.2壓力容器法蘭設(shè)計(jì)（1）選型法蘭聯(lián)接是作為容器的筒體與封頭、筒體與筒體、管道間、管道與閥門管件等的可拆性聯(lián)接。它是由一對法蘭、數(shù)個(gè)螺栓、螺母和一個(gè)墊片組成。由于強(qiáng)的密封性能和較好的強(qiáng)度，故應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是不能快速拆卸，制造成本較高。 常見的整體法蘭形式有兩種即平焊法蘭和對焊法蘭。平焊法蘭結(jié)構(gòu)能保證殼體與法蘭同時(shí)受力，使法蘭厚度可適量減薄，但會(huì)在殼體上產(chǎn)生較大應(yīng)力，適用于（PN4.0MPa） 的低壓容器。甲型平焊法蘭與乙型平焊法蘭的區(qū)別在于乙型平焊法蘭有一個(gè)壁厚不小于16mm 的圓筒形短節(jié)，因而乙型平焊法蘭的剛性比甲型平焊法蘭好，甲型法蘭在（PN0

32、.6MPa）時(shí)，適用的容器直徑范圍為（DN=3001200）。由于本次設(shè)計(jì)的換熱器壓力低，屬于一類容器DN=2000mm，所以選用已型平焊法蘭。如下圖圖2-2 法蘭（2）法蘭壓緊面的選擇壓緊面的形式主要由以下幾種即：全平面、凹凸面、榫漕面。1. 全平面：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，裝卸容易，且便于進(jìn)行防腐襯里。適用于 PN2.5MPa場合。2.凹凸面：安裝時(shí)易于對中，還能有效地防止墊片被擠出壓緊面，適用于 PN6.4MPa的容器法蘭和管法蘭。3.榫漕面：不會(huì)被擠出壓緊面，且少受介質(zhì)的沖刷和腐蝕，所需的螺栓力較小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，更換墊片較難，只適用于易燃、易爆和高度或極度毒性危害介質(zhì)等重要場合。圖2-3法

33、蘭全平面壓緊面綜上所述，選用全平面壓緊面。如圖2-3 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的筒體公稱直徑和設(shè)計(jì)壓力查參考文獻(xiàn)得法蘭的尺寸如下表：表2-5 法蘭尺寸表（mm）公稱直徑DN/mm法蘭螺柱規(guī)格數(shù)量2000216021152076205620538728516211827M2460(3)法蘭的校核法蘭材料選用Q235-A，許用應(yīng)力為：，。螺栓材料選用Q235-A，許用應(yīng)力為：，。其中：常溫下法蘭材料的許用應(yīng)力，MPa；設(shè)計(jì)溫度下法蘭材料的許用應(yīng)力，MPa。常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力，MPa；設(shè)計(jì)溫度下螺栓材料的許用應(yīng)力，MPa作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向應(yīng)力，流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內(nèi)徑截

34、面上的流體壓力引起的軸向力之差，窄面法蘭墊片壓緊力，墊片壓緊力作用中心圓直徑，螺栓中心至作用位置的徑向距離，螺栓中心至作用位置處的徑向距離，螺栓中心至作用位置處的徑向距離，預(yù)緊狀態(tài)下，需要的最小螺栓載荷，操作狀態(tài)下，需要的最小螺栓載荷，預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積，操作狀態(tài)下，需要的螺栓總截面積，實(shí)際使用的螺栓總面積，螺栓設(shè)計(jì)載荷法蘭操作力矩操作狀態(tài)下的剪應(yīng)力，預(yù)緊狀態(tài)下的剪應(yīng)力，2.4.3管法蘭設(shè)計(jì) 接管法蘭材料選用Q235-A，類型選擇板式平焊法蘭，密封面形式選擇全平面。其結(jié)構(gòu)尺寸和焊接尺寸根據(jù)接管的公稱直徑，公稱壓力可查HG20592206352009鋼制管法蘭標(biāo)準(zhǔn)選擇。其具體尺寸如下

35、表所示： 表3-6 接管法蘭尺寸 （）公稱直徑DN鋼管外徑Al連接尺寸法蘭厚度C密封面法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓空數(shù)量n螺栓ThABdf4504574805955502216M202051826006106307807253620M243066722.5管板設(shè)計(jì)及校核管板是管殼式換熱器最重要的受壓元件之一，管板的合理設(shè)計(jì)對降低設(shè)備費(fèi)用和保證設(shè)備安全運(yùn)行是至關(guān)重要的。管板的強(qiáng)度計(jì)算又是管板合理設(shè)計(jì)中很關(guān)鍵的一步。為此，許多國家的有關(guān)部門對管板強(qiáng)度計(jì)算的方法作了許多研究工作，并提出了不同的計(jì)算方法。2.5.1管板計(jì)算的有關(guān)參數(shù)的確定（1）根據(jù)管板的最小厚度或計(jì)算者的經(jīng)驗(yàn)確定管板的

36、有效厚度。管箱法蘭厚度為94mm，換熱管與管板連接采用焊接，管板的最小厚度不小于12mm，假設(shè)管板的有效厚度。（2）根據(jù)管板的有效厚度和管板的結(jié)構(gòu)要求，以及管板的腐蝕裕量，確定管板的公稱厚度，用管板的公稱厚度和管板的設(shè)計(jì)溫度確定管板的許用應(yīng)力。管板設(shè)計(jì)溫度，Q245鍛件，管板的許用應(yīng)力。2.5.2計(jì)算各參數(shù)和系數(shù)（1）法蘭力矩1.墊片墊片外徑，墊片內(nèi)徑墊片系數(shù)，墊片比壓力墊片基本密封寬度墊片有效密封寬度墊片壓緊力作用中心圓直徑2.螺栓載荷螺栓材料選用Q235-A，常溫下的許用應(yīng)力為工作溫度下的許用應(yīng)力為。預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷3.螺栓面積預(yù)緊狀態(tài)下所需螺栓面積

37、操作狀態(tài)下所需螺栓面積實(shí)際螺栓面積4.螺栓設(shè)計(jì)載荷預(yù)緊狀態(tài)下螺栓設(shè)計(jì)載荷操作狀態(tài)下螺栓設(shè)計(jì)載荷5.法蘭力矩管程壓力操作工況下法蘭力矩基本法蘭力矩殼體法蘭應(yīng)力系數(shù)（按查圖） （2）換熱管穩(wěn)定許用壓力換熱管受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度 換熱管材料在設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn)換熱管材料在換熱管平均金屬溫度下的彈性模量系數(shù)換熱管穩(wěn)定許用壓力（3）參數(shù)和系數(shù)計(jì)算殼體圓筒內(nèi)徑面積殼體圓筒金屬橫截面積換熱管金屬橫截面積換熱管有效長度換熱管材料在換熱管金屬溫度下的彈性模量管束模數(shù)管板材料在管板設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量管板強(qiáng)度削弱系數(shù)沿隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)，隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距布管區(qū)內(nèi)未被換熱管支撐的面積，對于三角形排列管板布管區(qū)面

38、積管板布管區(qū)當(dāng)量直徑系數(shù)管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度法蘭外徑法蘭寬度管箱法蘭厚度，法蘭頸部大端厚度，法蘭頸部小端厚度管箱圓筒厚度取管箱法蘭頸部大小端厚度的平均值，管箱法蘭材料在管程設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量，得管箱旋轉(zhuǎn)剛度取殼體法蘭厚度殼體厚度殼體材料在平均金屬溫度下的彈性模量，得殼體旋轉(zhuǎn)剛度旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù)管板開孔后面積按，查得，按，查得，2.5.3管板的應(yīng)力校核及評(píng)定（殼程壓力作用下有溫差工況），計(jì)入熱膨脹差。設(shè)定換熱器的組裝溫度為20。換熱管在金屬溫度下的熱膨脹系數(shù)殼體在金屬溫度下的熱膨脹系數(shù)換熱管與殼程殼體的熱膨脹變形差當(dāng)量組合壓力有效壓力組合基本法蘭力矩系數(shù)管板邊緣力矩系數(shù)管板邊緣剪切系數(shù)

39、管板總彎矩系數(shù)，管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)管板徑向應(yīng)力系數(shù)管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)殼體法蘭力矩系數(shù)管板徑向應(yīng)力管板材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 合格管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力殼體法蘭應(yīng)力殼體圓筒軸向應(yīng)力換熱管軸向應(yīng)力綜上所述該固定管板符合設(shè)計(jì)要求，管板采用延長部分兼作法蘭的管板形式。2.6 接管（1）選材本次設(shè)計(jì)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。（2）接管尺寸規(guī)格對于臥式換熱器，如殼側(cè)介質(zhì)進(jìn)出口接管分別設(shè)在殼體正上方或正下方，通常不設(shè)排液口。本次設(shè)計(jì)共有6個(gè)接管，分別是管程進(jìn)出口、殼程進(jìn)出口。根據(jù)工

40、藝計(jì)算其尺寸如下表：表2-6接管尺寸規(guī)格序號(hào)公稱直徑DN/mm外徑/mm壁厚/mm用途a4504579冷卻水進(jìn)口b60061010氮?dú)膺M(jìn)口c60061010氮?dú)膺M(jìn)口d4504579冷卻水出口e60061010氮?dú)獬隹趂60061010氮?dú)獬隹冢?）接管外伸長度對于接管的伸出長度指接管法蘭面到殼體（管箱殼體）外壁的長度，根據(jù)換熱器設(shè)計(jì)手冊表3-7得各部分的接管外伸長度為300。表2-7 PN1.0MPa 的接管伸出長度DN(050）450300600300(4)接管位置分布1.殼體上接管的位置分布?xì)こ探庸芪恢檬侵附庸苤行牡焦馨迕芊饷婢嚯x如圖2-3：圖2-3 DN450接管的位置冷卻水進(jìn)出口DN4

41、50 式中：接管外徑，457； 管板厚度，150： C4S(S為殼體厚度，）且30。取600。2.管程接管位置分布管層接管位置是指接管中心到法蘭密封面的距離如圖3-7所示：氮?dú)膺M(jìn)出口DN600 式中：設(shè)備法蘭與殼體焊縫與法蘭密封面距離（因?yàn)闆]有設(shè)備法蘭，所以=0） 考慮補(bǔ)強(qiáng)圈外徑為980mm所以取800mm圖2-4 DN600接管位置2.7支座的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核2.7.1選型臥式換熱器的支座有鞍式支座、圈式支座和支腿式支座，本次臥式固定管板換熱器選用焊制鞍式支座。對于鞍式支座一般可按標(biāo)準(zhǔn)（JB1167-81）進(jìn)行選擇。鞍座的公稱直徑即為設(shè)備的公稱直徑。按照公稱直徑的不同分為四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系列（Dg15

42、9500、Dg6001200、Dg13002000、Dg21004000）。同一公稱直徑的鞍座又分為 A 型（輕型）和 B型（重型）。每一種形式又分為固定式（型）和移動(dòng)式（型）兩種。A 型和 B 型的區(qū)別是軸向腹板的數(shù)量和尺寸及底板的寬度不同，而型和型的區(qū)別僅僅在于底板上地腳螺栓孔的形狀不同，型為長圓孔，安裝地腳螺栓時(shí)采用雙螺母，第一個(gè)螺母擰緊后倒退一圈，再用第二個(gè)螺母鎖緊，使鞍座能在基礎(chǔ)上自由滑動(dòng)。、型的尺寸除螺栓孔不同，其余均相同。在同一臺(tái)臥式容器上，、型要配對使用。在標(biāo)準(zhǔn)系列中，鞍座的高度H有200、300、400、500 四種規(guī)格，但可根據(jù)要求改變。必要時(shí)要對根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選好的鞍座進(jìn)行支座

43、寬度b和基礎(chǔ)支承面進(jìn)行強(qiáng)度校核，對支座處筒體的局部應(yīng)力也要校核。本次設(shè)計(jì)按照換熱器的公稱直徑DN2000選用BI型（重型）帶加強(qiáng)墊板與一個(gè)筋板的鞍座一對（其中F型S型各一個(gè)），材料選用Q235-B，支座高度H=600。 F型 S型圖2-5支座2.7.2支座安裝位置的確定放在鞍座上的圓筒形設(shè)備，其情況和梁相似。從受力分析來看，承受同樣載荷且具有同樣幾何尺寸的梁采用多支座比采用兩個(gè)支座梁內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力小，但實(shí)際上應(yīng)看情況而定，對于大型容器，因制造誤差所造成的支座標(biāo)高不一致，或因地基沉降不均勻，所以造成的支承點(diǎn)水平高度不一致，都使支承反力不均勻，在設(shè)備內(nèi)造成較大附加應(yīng)力。同時(shí)為了避免溫度應(yīng)力，多支座的

44、情況，也不便于采取措施。所以一般采取雙支座。為了避免產(chǎn)生溫差應(yīng)力，有一個(gè)支座的地腳螺栓孔做成長圓形，安裝時(shí)不擰死螺母，以便使其能有自由滑動(dòng)的可能。最好的辦法是一端采用移動(dòng)式支座。圖2-6 支座位置尺寸鞍座布置原則:當(dāng)L3000時(shí)，取Lb=(0.40.6)L當(dāng)L3000時(shí)，取Lb=(0.50.7)L盡量使Lc和Ld相近取Lb=0.6L，即 2.7.3鞍座主要尺寸的確定（1）鞍座寬度b的確定支座b的大小一方面決定設(shè)備所給支座的載荷的大小，另一方面要考慮支座處筒壁環(huán)向應(yīng)力不超過許用值。鋼制鞍座的寬度不應(yīng)小于10S（S是筒體計(jì)算壁厚）所以本設(shè)計(jì)取b=120。（2）鞍座其他結(jié)構(gòu)尺寸的確定根據(jù)重型鞍座承載

45、筒體公稱直徑DN2000查參考文獻(xiàn)得鞍座基本尺寸如下表：表2-7 鞍座尺寸公稱直徑允許載荷/底板 腹板 筋板墊板螺栓間距 鞍座 質(zhì)量（kg）增加100mm高度增加的質(zhì)量（kg）弧長2000300142022012101903608233043010801260160172.7.4鞍式支座的計(jì)算及校核臥式容器的載荷有：（1） 壓力，可以是內(nèi)壓或外壓（真空）（2） 容器的重量，包括圓筒、封頭及其它附件等的重量（3） 物料的重量（4） 其它載荷假設(shè)容器的總重為3F，橢圓形封頭折算成直徑等于容器直徑，長度為4/3H的圓筒（H為封頭的曲面深度）。所以該容器總重作用的長度為：式中： L該容器總作用下的長度

46、， H為封頭的曲面深度，所以 該容器總重沿長度方向均勻分布，則作用在總長度上的單位長度均布載荷為：式中： q作用在總長度上的單位長度均布載荷， F設(shè)備總重，假設(shè)容器內(nèi)介質(zhì)全是冷卻水，則容器內(nèi)介質(zhì)的密度為1000kg/m3，殼體和封頭材質(zhì)的密度為7860kg/m3 ： 式中： 圓筒內(nèi)徑，所以 工程上將雙鞍式支座臥式容器化為長度為L，受均布載荷作用的外伸簡支梁。 封頭本身的重量和封頭中物料的重量為：此重力作用下在封頭（含物料）的重心上。對于橢圓形封頭，它的重心位置 e0.375H=197mm按力平衡原理，此重力可用在梁端點(diǎn)的剪力和力偶代替。剪力 0.667Hq=43102N力偶 N/m此外，當(dāng)封頭

47、中充滿液體時(shí)，液體的靜壓力對封頭作用一水平方向的外推力，因?yàn)橐后w的壓力沿筒體高度按線性規(guī)律分布，頂部壓力為零，底部壓力為：P0=2gRi=210009.82=39200N所以水平推力向下偏移，偏離容器的軸線。水平推力和偏心距離為：式中：s水平推力，N.m所以 s=2=,式中：yc 偏心距離，當(dāng)為橢圓形封頭時(shí)m2=0.25qRi(1-H2/Ri)，為簡化計(jì)算常略去一些差異，取m2=0.25qRi=688.3，所以梁端點(diǎn)的力偶M為：2.7.5鞍座內(nèi)力的分析（1）圓筒在支座中截面處的彎矩查參考文獻(xiàn)得：式中： 故 = (0.2510 30.794)=為正值時(shí)，表示上半部分圓筒受壓縮，下半部分圓筒受拉伸

48、。b.圓筒在支座中截面處的彎矩式中： 故 為正值，表示圓筒的上半部分受壓縮，下半部分受拉伸。這里只討論支座截面處的剪力因?yàn)閷τ诔惺芫鶆蜉d荷的外伸簡支梁其跨距處截面的剪力等于零所以不用討論。當(dāng)支座距離封頭切線距離A0.5Ri 時(shí)，分重量的影響，在支座處截面上的剪力為：式中： V支座處截面上的剪力，N所以 2.8拉桿（1）結(jié)構(gòu)形式的選擇常用的拉桿結(jié)構(gòu)形式有拉桿定距管結(jié)構(gòu)和點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，拉桿定距管結(jié)構(gòu)適用于換熱管外徑大于或等于19的管束；點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)適用于換熱管外徑小于或等于14的管束，所以本次設(shè)計(jì)選用拉桿定距管結(jié)構(gòu)形式。（2）拉桿尺寸及數(shù)量的確定根據(jù)表2-8、2-9、2-10確定拉桿的相關(guān)參數(shù)表2-8拉桿

49、直徑（）換熱管外徑1014192532384557拉桿直徑1012121616161616表2-9拉桿數(shù)量 () 公稱直徑拉桿直徑40070070090090013001300150015001800180020001800405060161820圖2-7拉桿的連接尺寸本次設(shè)計(jì)選用的換熱管為252.5mm，所以根據(jù)表2-4確定拉桿的直徑為16mm，數(shù)量為14根，拉桿與管板采用螺紋連接。拉桿兩端螺紋為M12，拉桿孔深度為18mm。（3）拉桿的布置拉桿應(yīng)盡量布置在管束的外邊緣，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(dāng)?shù)睦瓧U，任何折流板應(yīng)不少于3個(gè)支撐點(diǎn)。2.9定距管當(dāng)換熱器外徑小

50、于或等于14mm時(shí)采用折流板與拉桿點(diǎn)焊在一起而不用定距管，但本設(shè)計(jì)選用的換熱管為mm，所以選用定距管和換熱管外徑相同，為mm。2.10焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.10.1焊接接頭選擇（1）焊接接頭的選擇原則為正確合理的選擇焊接接頭的類型、坡口形狀和尺寸，主要應(yīng)綜合考慮以下幾個(gè)方面：1.設(shè)計(jì)要求：保證接頭滿足使用要求； 2.焊接的難易與焊接變形：焊接容易實(shí)現(xiàn)，變形能夠控制； 3.焊接成本：接頭準(zhǔn)備和實(shí)際焊接所需費(fèi)用低； 4.施工條件：制造施工單位具備完成施工要求所需的技術(shù)、人員和設(shè)備條件。（2）確定焊接接頭類型 焊接接頭的基本類型按焊接方法不同，可以分為熔焊接頭、壓焊接頭和釬焊接頭三大類。其中熔焊接頭使用較

51、為普遍，所以本次設(shè)計(jì)選擇熔焊接頭。焊接接頭的基本類型可歸納為5種，即對接接頭、T形（十字）接頭、搭接接頭、角接接頭和端接接頭。上述五類接頭基本類型都適用于熔焊，一般壓焊（高頻電阻焊除外），都采用搭接接頭，個(gè)別情況才采用對接接頭；高頻電阻焊一般采用對接接頭，個(gè)別情況才采用搭接接頭。釬焊連接的接頭也有多種形式，一種分類方法將其分為四種，即搭接接頭，T形接頭，套接接頭，舌形與槽形接頭。其中對接接頭是熔焊中受力比較理想的接頭形式，為保證焊接質(zhì)量、減少焊接變形和焊接材料消耗，需把被焊工件的邊緣加工成各種形式的坡口，進(jìn)行坡口對焊。綜合上述條件，同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和強(qiáng)度，本次焊縫采用對接接頭和角接接頭兩種形

52、式。（3）熔焊接頭坡口的選擇熔焊接頭的坡口根據(jù)其形狀的不同，可分為基本型、混合型和特殊型三類?；拘推驴谥饕幸韵聨追N：I形坡口、V形坡口、單邊V形坡口、U形坡口、J形坡口等。特殊型坡口主要有卷邊坡口；帶墊板坡口；鎖邊坡口；塞槽焊坡口等。為了保證焊接效果需開坡口，本次設(shè)計(jì)坡口形式選為 V 型。如下圖所示： 圖2-8焊接形式2.10.2 焊接方法選擇焊接方法主要有氣焊、電弧焊、氣體保護(hù)焊、等離子弧焊接。手工電弧焊的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，可以焊接各種位置的焊縫以及可以進(jìn)行高空作業(yè)。其缺點(diǎn)是焊縫質(zhì)量不易保證，生產(chǎn)效率低。本次設(shè)計(jì)主要采用埋弧自動(dòng)焊。焊接輔助采用手工電弧焊。2.10.3主要焊接結(jié)構(gòu)（1）殼體

53、焊接1.殼體焊接順序焊接殼體時(shí)，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?yàn)槿粝葘h(huán)縫焊好再焊縱縫時(shí)筒體的膨脹和收縮都要受到環(huán)縫的限制，其結(jié)果會(huì)引起過大的應(yīng)力，甚至產(chǎn)生裂紋。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)。2.殼體的縱環(huán)焊縫殼體的材料為Q245，其可焊性較好。焊前不需要進(jìn)行預(yù)熱，采用埋弧自動(dòng)焊，開V型坡口，采用H08A焊絲和HJ431焊劑，殼體厚度只有12mm,所以焊完后不需要進(jìn)行焊后熱處理來消除殘余應(yīng)力。焊接結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖2-9（2）換熱管與管板的焊接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(hù)焊，在此選擇其焊接方式為手工電弧焊。管子的材料為20，而管板的材料也是Q245，兩者的焊接性能都較好而且焊接應(yīng)力不大，但由于管板厚度較大，此時(shí)應(yīng)進(jìn)行焊