畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)

隨著石油化行業(yè)的迅速發(fā)展，換熱器在石化行業(yè)設(shè)備中占著重要的部分和地位。換器是一種實(shí)現(xiàn)物料之間能量傳遞的設(shè)備，本設(shè)主要是針對(duì)的浮頭式換熱器，頭式換熱器屬于管殼式換熱器的一種，是利用壁使高溫流體和低溫流體進(jìn)行流傳熱從而實(shí)現(xiàn)物料間的熱量傳遞。在設(shè)計(jì)的整過程中，嚴(yán)格按照GB150-1998《制壓力容器》和GB151-1999《管殼式換器》等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。以及對(duì)換熱器的度，剛度和穩(wěn)定性的校核。本設(shè)計(jì)包括個(gè)部分：說明部分；計(jì)算部分；繪圖部分和翻部分。說明部分主要闡述浮頭式換熱器的工藝流程及其在煉油化工生產(chǎn)的地位，換熱器設(shè)備及其發(fā)展?fàn)詈蛧鴥?nèi)外換熱器的最新發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)介紹換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，換熱器主要部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及壓力容器常用材料等。最后壓力容器的制造，檢驗(yàn)和驗(yàn)收問題也作了簡單的介紹。計(jì)算部分主要針對(duì)筒，封頭，和法蘭進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行了水壓試驗(yàn)校核，還對(duì)換熱器的板，折流板，鞍座等進(jìn)行了相的設(shè)計(jì)計(jì)算。除此之外，還參閱相關(guān)的設(shè)計(jì)手及大量的文獻(xiàn)，完成了各個(gè)零圖的繪制，還對(duì)兩萬字符的外文進(jìn)行了翻譯等作。因此，這是份比較具有創(chuàng)性的畢業(yè)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：浮頭式熱器；筒體；壓力試驗(yàn)；校核1

AbstractWiththeoilofrapidofindustry,inpetrochemicalindustryanimportantpartexchangerbetweenofequipment,foroffloatingheadheatexchanger,headheatexchangersareheatuseofpartitionsthatfluidandfluidforconvectiveheattransferintoachieveheattransferbetweenIntheofwholeinstrictwithPressureandGB151-1999"shellandheatexchanger"andstandardsfordesigncalculation.welltheheatoftheincludesthatpartofit;part;mappingandofNoteonsomeofmainheadapplicationintheprocessofrefiningtheofchemicalexchangerandofandheatexchangersabroadtrends,attheintroducedthestructureofheatexchangerdesign,heatexchangerdesignoftheofthecomponentsandcommonlyusedmaterials.Finally,andacceptanceofissuesmadebriefintroduction.forofthecarriedadetailedcalculationflange,2

hydraulictestalsoontheheattubesheet,asdesigncalculation.Inaddition,relatedmanualsandlotofmappingofvariousparts,butalsoonthe20,000foreign-languagecharactersforwork.Therefore,itaofgraduateswithdesign.Keywords

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Floatingexchanger;3

1言..........................................................11.1管殼式換熱器的分類..........................................11.2管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)..........................................21.2.1管束....................................................21.2.2殼程....................................................31.2.3管子排列方式..........................................31.2.4管板....................................................31.2.5折流與折流桿..........................................31.3管殼式換熱器相關(guān)分析........................................1.3.1傳熱數(shù)................................................1.3.2平均差................................................1.3.3流體速................................................1.3.4流體降................................................1.3.5振動(dòng)....................................................41.3.6其他....................................................41.4提高管殼式換熱器傳熱能力措施..............................1.5管殼式換熱器工作原理........................................1.6管殼式換熱器的發(fā)展..........................................71.6.1板式承結(jié)構(gòu)的發(fā)展......................................71.6.2桿式承結(jié)構(gòu)的發(fā)展......................................74

1.6.3空心支承結(jié)構(gòu)..........................................81.6.4管式支承..............................................91.7管殼式換熱器特點(diǎn)...........................................101.8管殼式與其他換熱器的比較...................................111.9腐蝕與防護(hù).................................................1.9.1換熱腐蝕的原因.......................................141.9.2管殼換熱器的防腐措施...............................161.10換熱設(shè)計(jì)軟件簡介........................................191.10.1HTFS...................................................1.10.2HTRI..................................................211.10.3ASPENB—JAC.....................................221.11結(jié)語.....................................................232計(jì)部.....................................................242.1浮頭式換熱器筒體的計(jì)算：...................................242.1.1計(jì)算件242.1.2厚度計(jì)算242.2前后端管箱封頭的計(jì)算.......................................252.2.1設(shè)計(jì)件252.2.2厚度算252.2.3壓力驗(yàn)應(yīng)力校核.......................................262.2.4壓力驗(yàn)應(yīng)力校核.......................................275

2.3帶法蘭無折邊球形封頭及法計(jì)算.............................272.3.1設(shè)計(jì)件272.3.2厚度算282.4管子排列方式的設(shè)計(jì).........................................312.5開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算312.5.1筒體孔所需的補(bǔ)強(qiáng)積要求.............................322.5.2在有補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)作補(bǔ)強(qiáng)的截面積.......................2.5.3選擇強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng).........................................332.6外頭蓋法蘭厚度計(jì)算.........................................332.6.1設(shè)計(jì)件332.6.2厚度算342.7管板的厚度計(jì)算382.7.1設(shè)計(jì)件382.7.2計(jì)算參數(shù)392.7.3厚度算412.7.4校核熱管軸向力.......................................423致

謝......................................................454參考獻(xiàn)....................................................466

1前言換熱器是一實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，在石油、工、冶金、電力輕工食品等行業(yè)應(yīng)普遍在煉油化工裝置中換熱器占總設(shè)備數(shù)量的40％左右，占總資的0％～45％。尤其換熱器在化生產(chǎn)裝置中應(yīng)用十分廣，是化工操作元中的重要組成部分。隨著工業(yè)裝置的大型化高效率化，換熱器也趨于大型。目前在大型化工生產(chǎn)裝置中，各種換熱設(shè)備數(shù)量占工藝設(shè)備數(shù)量的30％以上。因此，了解換熱器各方知識(shí)是很有要的。換熱器種類多，形式各異，如管殼式、釜式、板式、板翅、螺旋板式、空冷器、套式、蛇管式、升降膜式等。由于管殼式換熱器于制造、適應(yīng)性強(qiáng)、處理量大、本較低以及可供選用的材料范圍廣泛，仍是當(dāng)應(yīng)用最廣，理論研究和設(shè)計(jì)技最完善，性能可靠的一類換熱器，所以這里我重點(diǎn)研究這它們。管式熱的類根據(jù)管殼式熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為固定管板式、浮頭式U形管式、填料函式及釜式沸器等五類，每種結(jié)構(gòu)形式各自發(fā)揮不同的作。固定管板式熱器它結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、造價(jià)低，往往是管板法蘭，適用于管、殼程溫不大或管、殼程溫差大，但壓力不高，殼程介干凈或雖結(jié)垢但通過化學(xué)清洗清除的場(chǎng)合。其主要缺點(diǎn)是當(dāng)殼體與管子的壁或材料的線膨脹系數(shù)相差較大，在殼體與管中將產(chǎn)生很大的溫差應(yīng)力。浮頭式換熱管束一端的管板可以自由移動(dòng)，不受溫差應(yīng)力影響，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)浮密封困難，鍛件多，造價(jià)高。維修時(shí)可拆卸浮，抽出管束進(jìn)行檢修或更換，用于管、殼程溫差大但工作壓力不超過10MPa的工況，缺點(diǎn)需要7

抽出管束。有一種浮頭式換熱器也稱為填料函式換熱器，管束可自由伸縮，殼程和管程可以拆開清洗，結(jié)構(gòu)簡單，適用管、殼程溫差工況，但其耐壓、耐溫及密封力差，目前只是在低壓與小直徑的場(chǎng)合下使用U形管式換熱器管束可自由伸縮只一塊管板密封面少管束與殼體分離，消除了溫差力，可抽芯檢修更換。適用場(chǎng)合為管、殼程溫大，高溫，高壓。殼程需抽芯洗，要求管內(nèi)介質(zhì)干凈或雖會(huì)結(jié)垢但通過化學(xué)洗能清除。其他類型就不予解。管式熱的構(gòu)圖1.管殼式熱器示意圖管束在管殼式換器中最簡單的是單管程的換熱器，如需增加傳面，一般采用增加管數(shù)的法，管數(shù)增加后可將管束分程，以防止管數(shù)增后引起管內(nèi)流速以8

及傳熱系數(shù)降低，從制造、安裝、操作的角度考慮，一般用偶數(shù)管程且程數(shù)不宜太多。殼程圖2.列出幾種代號(hào)的殼程型式。E型是最通的一種，殼是單程的，程可為單程也為多程；F型為二殼程的換熱，是在殼體中入了一塊平于管子軸線方向的向隔板；G型也為二殼程的換器，縱向隔板管板的一段開使殼程流得以分；H與型相，但進(jìn)出口接與向隔板均多倍圖2.換熱器殼程型式管子的列式管子在管板的排列方式最常見的有種：正三角排列、轉(zhuǎn)正三角形排、正方形排列轉(zhuǎn)角正方形排列。管板管板是換熱的重要部件之一，用來排布換熱管并起著分隔程、殼程空間的作用。薄板有著節(jié)省材料的優(yōu)點(diǎn)，是用于中、低壓換熱中；橢圓形管板與換熱器的殼接在一起，受力條件較好，適用于高壓、大直的換熱器。折流板折桿折流板體有于提高殼程的流速，增強(qiáng)湍動(dòng)，改善傳熱，在式換熱器中起支承管束的用。常用的折流板有單弓形、雙弓形、三重弓等。折流桿是一種9

新型支承管的結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)：在傳熱量相同的情況下，其力降比弓形折流板的換熱器降50％以上沒有傳熱死區(qū)垢速率慢防止了橫向流誘發(fā)的振動(dòng)。管式熱相分傳熱系在管側(cè)熱阻殼側(cè)熱阻、污垢熱阻和管壁熱阻中分析導(dǎo)致熱的主要原因。一般管殼式熱器的管壁熱阻在總熱阻中只占很小的比例，傳熱系數(shù)影響不大。如是管側(cè)熱或殼側(cè)熱阻起決定作用，應(yīng)該采取措施有效地強(qiáng)湍動(dòng)效果以提高傳熱系數(shù)，是污垢熱阻起決定作用，應(yīng)該采取措施使換熱有效除垢以提高傳熱系數(shù)。平均溫平均溫差是數(shù)平均溫差，但當(dāng)多管程或多殼程時(shí)，需要修平均溫差。流體流一般流體流都有合理的范圍，特別是對(duì)于甲類和乙類流體有安全流速，因此要分析速是否合理，操作安全性是否可靠。流體壓其實(shí)流體壓與流速有密切關(guān)聯(lián)，要分析壓降是否合理，是滿足工藝要求。振動(dòng)振動(dòng)對(duì)于操的安全性十分重要，因此對(duì)振動(dòng)的分析也必不少。其他換熱器的長比、介質(zhì)走向、防沖板的設(shè)置、折流板間距、熱器清洗等問題也要在設(shè)中加以注意。10

經(jīng)過結(jié)果分后，一切參數(shù)均能滿足工藝要求，換熱器的工設(shè)計(jì)才能完成。提管殼式熱傳能的施管殼式換熱的傳熱能力是由殼程換熱系數(shù)、管程換熱系數(shù)換熱器冷、熱介質(zhì)的對(duì)數(shù)均溫差決定的，因此，提高管殼式換熱器傳熱力的措施包括以下幾點(diǎn)。a.高管殼式換器冷、熱介質(zhì)的平對(duì)數(shù)溫差。、熱介質(zhì)平均對(duì)數(shù)溫差除直接受冷熱介質(zhì)進(jìn)出口溫度影響外，還受到冷、熱介質(zhì)流動(dòng)方向和換熱流程的影響。換熱器冷、熱流體的溫度沿傳熱面變化時(shí)，兩流體逆流平均溫差最大，順流均溫差最小，在實(shí)際換熱器設(shè)計(jì)中，冷、熱流多采用交錯(cuò)流方式，其平均對(duì)數(shù)差介于逆流和順流之間。因此，應(yīng)盡量增加換器冷、熱流體的逆流比例，提冷、熱流體的對(duì)數(shù)平均溫差，提高換熱器的傳能力。b.理確定管程殼程介質(zhì)。在換熱設(shè)計(jì)中，對(duì)殼程安裝折流板的換熱器來說，Re>100，殼程介質(zhì)即達(dá)湍，因此，對(duì)流量小或粘度大的介質(zhì)先考慮作為殼換熱介質(zhì)；由于管程清洗相對(duì)于殼程清洗要容，因此對(duì)于易結(jié)垢、有沉淀及雜的介質(zhì)宜走管程；從經(jīng)濟(jì)性考慮，對(duì)于高溫、壓或腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)，作為管換熱介質(zhì)更加合理；對(duì)于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，冷、熱介質(zhì)溫差大，因壁面溫度換熱系數(shù)大的介質(zhì)溫度接近，為減小管束與殼的膨脹差，換熱系數(shù)大的介質(zhì)殼程更加合理，而冷、熱介質(zhì)溫差小，兩介質(zhì)熱系數(shù)相差大，換熱系數(shù)大的質(zhì)走管程更加合理。c.用強(qiáng)化管殼換熱器傳熱的結(jié)構(gòu)施。在換熱設(shè)計(jì)中，通常采用強(qiáng)化傳熱的措施提高換熱器的傳熱能力。強(qiáng)化傳熱的常用措施：采用高效能傳熱11

面、靜電場(chǎng)化傳熱、粗糙壁面、攪拌等。管式換熱工原圖3為固定管板式換熱器的構(gòu)造。A流體從接管流入殼體內(nèi)，通管間從接管2流出。B流從接管3流,過管內(nèi)從接4流。如果A體的溫度高B流體,熱量便通過壁由A體傳遞給體；反之，通過管壁由B體傳遞給體。殼體以內(nèi)、子和管箱以外的區(qū)域稱為殼程，通過殼程的流稱為殼程流體(A流體)。管子和管箱以內(nèi)的區(qū)域稱為管程,通過管程的體稱為管程流體(B流體)。管殼式換熱器要由管箱、管板、管子、殼體和折流板等構(gòu)成通常殼體為圓筒形;管子為直管U形管。為提高換熱的傳熱效能，也可采用紋管、翅片等。管子的布置正上面所提到的有等邊三角形、正方形、正方形轉(zhuǎn)度同心圓形等多種形式前3種為常見。按角形布置時(shí)，在相同直的殼體內(nèi)可列較多的管子，以加傳熱面積，但管間難以用機(jī)械方法清洗，流阻力也較大。管板和管子的總稱為管束。管子端部與管板的連接有焊接和脹兩種。在管束中橫向設(shè)置一些流板，引導(dǎo)殼程流體多次改變流動(dòng)方向，有效沖刷管子，以提高傳熱效能，時(shí)對(duì)管子起支承作用。折流板的形狀有弓形、形和矩形等。為減小殼程和管流體的流通截面、加快流速，以提高傳熱效能可在管箱和殼體內(nèi)縱向設(shè)置分隔板，將殼程分為程和將管程分為程、程、程和8等。管殼式換熱器的傳系數(shù)水水換熱時(shí)為400～2850瓦每方米每攝氏W/(m(℃)用水冷卻氣時(shí),為10～280W/(m(℃)；用冷凝水蒸汽,為570～)。12

管式熱的展板式支結(jié)的發(fā)展傳統(tǒng)的管殼換熱器采用單弓形折流板支承，由于殼程流體轉(zhuǎn)折和進(jìn)出口兩端渦流的留區(qū)易產(chǎn)生傳熱死區(qū)，傳熱面積無法得到充分用，并且當(dāng)流體橫向流過管束，流體在管子后方形成的卡門旋渦產(chǎn)生周期性變應(yīng)力，使管子發(fā)生流體誘導(dǎo)動(dòng)。為了使折流板性能得到改進(jìn)，人們又出了多弓形流板、整圓形折流、異形孔折流板、網(wǎng)狀板，偏心孔折流板。這新型折流板支承結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)主是為了使流體由橫向流動(dòng)變?yōu)榭v向流動(dòng)，從而可能消除死區(qū)，使得傳熱綜合能得到提高，也使得管束的抗振性能得到增強(qiáng)桿式支結(jié)的發(fā)展美國菲利浦油公司于2O世紀(jì)O年代，為了改進(jìn)板式熱器中管子與流板的切割破壞流體誘導(dǎo)作用，開發(fā)了殼程流體縱流折流桿式熱器，即在管子中插入網(wǎng)桿，僅解決了誘導(dǎo)振動(dòng)問題，也使傳熱效率得到了高。這種殼程流體13

縱流折流桿換熱器與傳統(tǒng)的板換熱器相比，具有傳熱率高、流體力小、有效消除流誘導(dǎo)振動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，且不易結(jié)垢、質(zhì)量輕、使用命長、設(shè)備投資及操作費(fèi)用低優(yōu)點(diǎn)。因此世界各對(duì)該類型的換器進(jìn)行了深入的研，出現(xiàn)了一種新的振結(jié)構(gòu)的直扁鋼條；后來又有一些單位把圓桿成波形扁鋼；由于圓桿在安裝比較閑難，又有一些單位提出了把圓桿變?yōu)闄E截面的桿?？窄h(huán)支承構(gòu)空心環(huán)支承(圖4)是華南理工大化學(xué)工程研究所鄧先和首先研究的它是由直徑較的鋼管截成短節(jié)，均勻分布在換熱管之間的同截面上，呈線性接觸，在緊固置螺栓力的作用下，使管束對(duì)緊密固定。由于體縱向沖刷管束，因此殼程具流體阻力小、傳熱性能好及抗振能力強(qiáng)等特點(diǎn)研究表明，當(dāng)支承同樣的強(qiáng)化束橫紋管束)，空心環(huán)支結(jié)構(gòu)更能使粗糙管束獲得更好的強(qiáng)化效果，在等殼程條件下給熱系數(shù)高50％上，并且殼程壓力更小?？招沫h(huán)支承的繞流作不如折流桿支承，而且管束固定工藝相對(duì)較復(fù)。圖4.空心環(huán)撐結(jié)構(gòu)14

管自支承管子自支承共同特點(diǎn)是靠管子自身變形的突出部位相互支，無需其它支承物。因此管子排列緊湊，單位體積內(nèi)的換熱面積增大，子間距小，可提高殼程流速，承點(diǎn)干擾流體并分割流體邊界層，從而增強(qiáng)湍度，使傳熱邊界層減薄。傳熱的截面形狀的變化對(duì)管內(nèi)、外流體的傳熱都具強(qiáng)化作用。管式自支承結(jié)構(gòu)主有三種形式：刺孔膜片式，螺旋扁管式和變截管式。(1)刺孔膜片式(圖5a)在每根換熱管兩側(cè)相距180開溝槽，溝槽嵌焊沖有孔和毛刺膜片。膜片上的毛刺具有擾流作用，增大了流湍流程度；同時(shí)，使得流體通i實(shí)現(xiàn)了合。由于刺膜片嵌焊在管壁上，是管壁延伸，增大了單位積的有效傳熱面積。刺和孔不斷使換熱表面上邊界層更新，使層流厚度減薄提高傳熱系數(shù)，殼程流體完全縱向流動(dòng)，阻力要是液體的粘性力，因此殼程壓變得很低。(2)螺旋扁管式(5b)。把圓管軋制或圓管扭曲成一定導(dǎo)的螺旋扁管靠相鄰的管長處的點(diǎn)接觸支承管子。殼程流體大體上呈縱向動(dòng)，同時(shí)伴隨有橫向螺旋運(yùn)動(dòng)這種流速和流向的周期性改變加強(qiáng)了流體的軸混合和湍流度。同時(shí)，流體流相鄰管子的螺旋線接觸點(diǎn)后形成脫離管壁的尾，增加了流體自身的湍流度，壞了流體在管壁上的傳熱邊界層，從而強(qiáng)化了熱。(3)變截面管式(5c)。變截面管是普?qǐng)A管壓制而成的，隔一定間距子被壓制成互0度三角形布管0度正方形布管扁圓形截面。這種管通過變徑部分的接觸支承管子，同時(shí)組成殼程的繞流元件。因，管子排列緊湊，單位體積內(nèi)換熱面積增大。由于管問距小，使得殼程流速以提高，從而增強(qiáng)15

湍流度，使管壁上的傳熱邊界層減薄。同時(shí)，換熱管的截形狀的變化對(duì)管內(nèi)、外流體的傳都具有強(qiáng)化作用。圖5.自支承及其自支承結(jié)構(gòu)總體來說，殼式換熱器的發(fā)展總體上是支承形式的發(fā)展，板式支承到折流桿式支承再到空心環(huán)支承，最后到管子的自支承當(dāng)然其也有交錯(cuò)發(fā)展的情況。隨著支形式的發(fā)展，管殼式換熱器的殼程給熱系數(shù)呈不斷提高的趨勢(shì)，壓降呈現(xiàn)不下降的趨勢(shì)，換熱器的傳熱綜合性能得到很大提高。從管殼式換熱器的發(fā)展知，新的支承結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，絕大多數(shù)是為了使體的流動(dòng)方式盡可能變?yōu)榭v向，這樣有利于管程和殼程的熱交換，從而提高熱系數(shù)，同時(shí)伴隨著壓降的降，使得傳熱綜合性能得到很大的提高。管式換熱特16

管殼式換熱是換熱器的基本類型之一，19世紀(jì)80代開始就已應(yīng)用在工業(yè)上。這種換器結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,處能力大、選材范圍廣適應(yīng)性強(qiáng)，于制造,產(chǎn)成本較低，洗較方便，在高溫高壓下也能適用。但在傳熱能、緊湊性和金屬消耗量方面及板式換熱器、板翅式換熱器和板殼式換熱器高效能換熱器先進(jìn)。管式與其換器比這里我們主研究管殼式與板式換熱器的不同點(diǎn)。（1)流動(dòng)熱設(shè)計(jì)比較管殼式換熱的管子是換熱器的基本構(gòu)件，它為在管內(nèi)流過種流體和穿越管外的另一流體之間提供傳熱面。根據(jù)兩側(cè)流體的性質(zhì)決管子材料，將具有腐蝕性，水差的介質(zhì)放在管內(nèi)流動(dòng)，水質(zhì)較好的介質(zhì)放在子外殼側(cè)，這樣管子只需采用海水腐蝕的銅官或鈦管，同時(shí)清洗污垢較為方，管徑從傳熱流體力學(xué)角度考，在給定殼體內(nèi)使用小直徑管子，可以得到更的表面密度，但大多數(shù)流體會(huì)管子表面上沉積污垢層，尤其管內(nèi)水質(zhì)較差，能會(huì)在管壁上形成沉積物，將熱惡化并使定期的清洗工作成為必要，管子清限制管徑最小約為Φ17mm對(duì)給定的流體，污垢形成主要受管壁溫度和流速的響，為得到合的維修周期，內(nèi)側(cè)水的流速應(yīng)在左右。對(duì)管殼式熱器，應(yīng)根據(jù)質(zhì)含雜量情況需設(shè)置球清洗裝置進(jìn)行定期清洗。板式換熱器兩種熱交換介質(zhì)分別在波紋板的兩側(cè)對(duì)流，波采用人字形波紋，這樣既強(qiáng)了剛度以防止板片受壓變形，同時(shí)也增強(qiáng)了體的湍流程度，并加大了傳熱積。這些傳熱板的波紋斜交，即在相鄰的傳熱上具有傾斜角相同而方向不同波紋。沿流動(dòng)方向橫截面積是恒定的，但是由流動(dòng)方向不斷變化17

致使流道形改變，而引起湍流。板片是傳熱元件，一般由0.6～0.8mm的屬板壓制成波紋，傳熱板的波紋深度為3～湍流區(qū)流速約為3～0.8m/s，相鄰板間要有多接觸點(diǎn)，以承受正常的工作壓力，相鄰的板相反方向的人字形溝槽，兩種槽的交叉點(diǎn)就形成接觸點(diǎn)，這樣還可消除振動(dòng)并且在促進(jìn)湍流和熱交換的同，消除了由于疲勞裂縫引起的內(nèi)部泄漏。人字波紋板湍流度較高，高湍流還能分發(fā)揮清洗作用，可以特別有效的將沉積污垢至最小，但是波紋板的接觸點(diǎn)多，當(dāng)液體水質(zhì)差，含有懸浮的固體顆粒、雜和水草等時(shí)，由于板間隙很窄所以要盡可能地保證將所有mm以上顆粒在進(jìn)人換熱以前，都要過濾掉,假如濾網(wǎng)不能有效地發(fā)揮作用，容易發(fā)生堵塞。(2)傳熱系數(shù)的比較管殼式換熱中，一種流體橫向掠過管子通過管壁與管內(nèi)流的另一種流體彼此垂直交流動(dòng)其傳熱系數(shù)k值一般為1000～3000w／(mk)板式換熱器中，冷卻水側(cè)與冷卻水側(cè)流動(dòng)均勻湍流，兩種流體逆向流動(dòng)，于波紋的作用引起湍流，從而生高傳熱率，并抑制了污垢在傳熱面上形成。傳熱系數(shù)一般為3500w／(m2．k)，故傳熱系數(shù)高，阻力損失并不大。此外，污垢熱阻也較小。(3)占地面積比較用于同一工的板式換熱器的占地面積，約為管殼式換熱器五分之一左右，這是因?yàn)榘鍝Q熱器的總傳熱系數(shù)高，減少了換熱面積，并板式換熱器本身結(jié)構(gòu)緊湊，單體積內(nèi)的換熱面積，約為管殼式換熱器的2倍又不需附加檢修場(chǎng)地。18

(4)多種介質(zhì)換熱管殼式換熱不能進(jìn)行多種介質(zhì)操作。在一臺(tái)板式熱器中，只要設(shè)置中間隔板，就可以進(jìn)行多種質(zhì)的換熱，這一特點(diǎn)是管式換熱器難以達(dá)到的。乳品、飲料行業(yè)中，利板式換熱器這一優(yōu)點(diǎn)，可用同臺(tái)板式換熱器來實(shí)現(xiàn)加熱、殺菌、熱回收等幾操作。另外，可根據(jù)需要用調(diào)板片數(shù)目的辦法來增減傳熱面積，或利用板片列方式不同來調(diào)節(jié)流道長短的法，來適應(yīng)冷熱流體流量和溫度變化的要求。(5)對(duì)數(shù)平均溫差△t

1m冷、熱流體板式換熱器的板間流動(dòng)，是平行的流動(dòng)，且一可以設(shè)計(jì)成逆流的方式，此溫差修正系數(shù)高于管殼式換熱器以錯(cuò)流為主流動(dòng)方式的溫差修正系數(shù)，其果是板式換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差大于管殼式換器。(6)末端溫差的比較末端溫差是一流體人口溫度與另一流體出口溫度之差。管式換熱器傳熱末端差難以到5℃以下。板式換熱器流道是相互平行的，一程內(nèi)的流體(程有多個(gè)流道)雖流量分配并不十均勻，但程與程之間不會(huì)有短路、旁路等現(xiàn)象流體在流道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)不會(huì)有任影響末端溫差的現(xiàn)象。由于它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以濟(jì)地做到低至l的端差。(7)水量比較管殼式換熱一般冷卻水量和被冷卻水量之比為1.2～2.5:1。板式換熱器由于種介質(zhì)流基本相同且傳熱效率高，因板式換熱器大19

大降低冷卻量，一般冷卻水量和被冷卻水量之比為～1.1:1，這樣可以降低管道閥門和的安裝運(yùn)行費(fèi)用。(8)安裝檢修的比較管殼式換熱是由管束組成，自身重量體積都較大，在檢修管時(shí)需要留出管束一樣長距離，故占地較多，還需配備必要的起吊檢修施。管殼式換熱器的設(shè)計(jì)壽命般為30年，大修周期4年當(dāng)換熱器發(fā)泄漏時(shí)，(可是管子與管板間的泄漏是管子破裂引起的泄漏)以采用堵管辦法在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)工性能，管殼換熱器允許有％的堵管裕。對(duì)于管內(nèi)的清洗可以根據(jù)需要采用膠球清洗裝置行定期的機(jī)械清洗。板式換熱器有體積小，重量輕的特點(diǎn)，檢修方便，不需設(shè)修起吊設(shè)施，故安裝占地少。板式換熱器的人工維護(hù)包括將整機(jī)折開，噴水槍和刷子清洗板和墊片，查板片和墊片，如有必要，更換板片和墊片。式換熱器一般每年要清洗1次，并且無論是否實(shí)際需要都要。當(dāng)應(yīng)用河水、海水等水質(zhì)較差的冷水時(shí)，由于沙和污物的存在，以及微生物的快速生長有引表面污染和堵塞的危險(xiǎn)。在國，應(yīng)用河水作冷卻水時(shí)，清洗頻率很高，平均年3.3次。腐與護(hù)換熱器蝕原因管殼式換熱和板式換熱器腐蝕的類型基本相同,如表1所列。由表可見換熱器中最嚴(yán)重腐蝕隱患之一是孔蝕,在換熱管內(nèi)常會(huì)產(chǎn)生由于污垢附著而引起的孔蝕?？桩a(chǎn)生的原因多與鹵素有,特別是Cl-和含l的離子,其以CuFe、等金屬的氯物危害最為嚴(yán)重。介質(zhì)的流動(dòng)條件和管子的表狀況也影響孔蝕的20

產(chǎn)生,介質(zhì)流速高可以消除局部地方高度的Cl-從而降低腐蝕的傾,子表面光潔可增強(qiáng)耐孔蝕的能力。對(duì)于采用脹形式的接頭,由于脹過程中存在殘余應(yīng)力，已脹和未脹段間的過渡區(qū),管內(nèi)外壁都存拉應(yīng)力,應(yīng)力腐蝕非常敏感。一旦具備發(fā)生應(yīng)力腐蝕的溫度介質(zhì)條件,換熱器就會(huì)發(fā)生應(yīng)腐蝕破壞。應(yīng)腐蝕破裂是于腐蝕和拉應(yīng)力的同作用而造成的材料斷裂。只有當(dāng)拉應(yīng)力超過體系的臨界壓,才會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力蝕破裂。腐蝕介質(zhì)和循環(huán)應(yīng)力的共同作用也能成腐蝕疲勞。如果換熱器中的質(zhì)是電解質(zhì)溶液,氫以原子狀態(tài)在金屬表面析出,金屬內(nèi)部滲透,就會(huì)有氫破的可能,既可能產(chǎn)生鼓泡,又有可能導(dǎo)致氫。21

含固體懸浮的液體容易產(chǎn)生沖刷腐蝕,被沖刷腐蝕的部位常典型的溝狀、洼狀或紋狀等外觀特征。換熱器入口管端,就在沖刷腐蝕,發(fā)在管殼式換熱器管程體入口部分,距傳熱管管端3~4倍管徑長度處。我國換熱器接頭多采用焊接形式,管子與管板之間存在間隙程介質(zhì)進(jìn)入到間隙死角,就形成縫隙腐。在換熱器中,垢的附著部位也會(huì)產(chǎn)生縫隙腐蝕。縫隙腐與介質(zhì)在這些部位的滯流有關(guān)?？p隙腐蝕與孔的機(jī)理相似一般出現(xiàn)孔蝕的地也常有縫隙腐蝕發(fā)生?？p隙腐蝕和孔蝕都有一孕育期,一旦過了孕育期,速度就會(huì)逐步增加。換熱管若采奧氏體不銹鋼管,如果在450~850℃溫一定時(shí)間,造成敏化,使不銹鋼具有晶間腐蝕的傾向,這可能與晶間的“貧鉻”關(guān)。管式換熱的防腐措施（1）操作工藝控制換熱器開車,首先用噴管容器內(nèi)的氣體和冷凝水全排出,后將冷流體,關(guān)入口,后緩慢注流,注要使加熱速度超過0.06℃·s使長度方向溫度梯度不大于℃·m-1,總之,應(yīng)盡量使導(dǎo)入流體而形成的子與殼體之間的熱膨脹差為最小。停車時(shí),應(yīng)先熱流體流速漸減小至零,后快速停止流體流動(dòng),樣可使冷卻程中的不等量收縮至最小。停機(jī)后,干燥的壓縮氣將換熱器中的所有流體排出。樣的開停車序,以將拉應(yīng)力降最小,避免產(chǎn)生應(yīng)力蝕。在換熱器運(yùn)中嚴(yán)格控制操作條件,免驟冷驟熱導(dǎo)溫差應(yīng)力,生應(yīng)力腐蝕。采定期清洗的方法降低污垢腐蝕。在運(yùn)行中,可規(guī)定的時(shí)間內(nèi),瞬22

時(shí)增加流速操作,或者采用流清洗的操作,可用化學(xué)清的方法;停工時(shí)可采用噴射洗、機(jī)械清洗和化學(xué)清洗的方法。（2）維修工藝控制在試壓或操中發(fā)現(xiàn)接頭泄漏時(shí),對(duì)接頭脹管修復(fù)慎重。脹管對(duì)周圍的管子也要行再次脹管,以形成間隙。管子泄漏采取堵管方也應(yīng)慎重可以更換管時(shí)盡量換管,以免造成很大的溫差應(yīng)力導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕。保溫層破損盡早使用防水分的施工方法修免殼體外積水分,腐蝕殼體。化學(xué)清洗清除換熱器污垢時(shí)清后需將殘留排出,因殘留液會(huì)腐蝕換熱器,換器長期不用也要在換熱器清洗后,將殘留液完排出。為避管端磨損沖,可用尼龍襯套防護(hù)（3）水處理工藝控制在循環(huán)冷卻水中,可添加緩蝕劑降低腐蝕。通常將阻垢散劑、殺菌藻劑與緩蝕劑用,稱水質(zhì)穩(wěn)定劑CrO2-4是種陽極抑制,與當(dāng)?shù)年帢O抑劑合用時(shí),可得到滿的防腐蝕效,因此,常在水系統(tǒng)中使。鉻酸鹽-鋅聚磷酸鹽處理冷卻,常于低碳鋼、銹鋼、海軍銅和銅鎳合金換熱器,但不能用鋁合金制換熱。水處理方法還有軟化、除氧、除銨、除磷酸及硫等,以控制水中的pH值和氧含量,以腐蝕。（4）電化學(xué)保護(hù)電化學(xué)保護(hù)為陽極保護(hù)和陰極保護(hù)。陽極保護(hù)多用于換熱中工藝物料一側(cè)。陽極保即通過外加電流使金屬電位向正向移動(dòng),促使金鈍化以進(jìn)入化區(qū),可以大大降腐蝕速度。硫酸工業(yè)中已廣泛使用配有陽極保的不銹鋼換熱器。23

在人造絲生中使用了陽極保護(hù)來防止鈦制換熱器的腐蝕。極保護(hù)常與保護(hù)性涂層聯(lián)合使,如用淡水的冷器采用富鋅涂料,與極保護(hù)聯(lián)合用,簡了輔助陽極的置,降所需的電流,得了很好的效果,認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)的防腐蝕方法。大型熱器常采用外加電流陰極保護(hù),小型海水換熱器多用犧牲陽的陰極保護(hù)。（5）設(shè)計(jì)、制造及安裝工藝控制設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將汽放在管程側(cè)并避免高速氣體流經(jīng)殼程。因?yàn)槠睦淠褐腥芙庥蠴2和CO2,具較強(qiáng)的腐蝕性。安制造時(shí)管排略微傾斜,以便冷凝液及時(shí)排出。1.9.3板式換器的防腐蝕施板式換熱器防腐蝕措施除可以采用以上方法外,還可采用以措施:(1)設(shè)計(jì)板片的成模時(shí),采用殘余應(yīng)小的結(jié)構(gòu)。板片的波紋斷面、波紋的高度節(jié)距要合理。所有斷面要圓弧過渡,欽圓角一般在R2~R2.5。為減小內(nèi)部殘余力,應(yīng)采用整體切邊高頻振蕩等措施。(2)為減輕對(duì)板片面的劃傷對(duì)模具表面行拋光。成形時(shí)要涂潤滑劑或加潤滑,以減輕對(duì)板片的劃。(3)板片與墊片的結(jié)劑,要采用過期和含有Cl-的結(jié)劑,防析出Cl-而引發(fā)腐蝕。(4)選擇正確合理的板片結(jié)構(gòu)正常速一般板平均流速為0.2~0.8m·s-1(主流線上的流速要比均值高倍)。流速低于0-1時(shí)流體達(dá)不到湍狀態(tài)且會(huì)形成較大的死角區(qū)。正確合理選用流,也可減輕入口的板片腐蝕。24

(5)增加板片觸點(diǎn)接觸率,減磨振對(duì)觸點(diǎn)破壞。人字形波紋板片的兩相鄰板片相倒置組合后紋相互接觸在1~1.6cm2的積內(nèi)(視波紋節(jié)距而定)就有一個(gè)支,且分布均勻,所以板片觸點(diǎn)觸率較高。水直波紋的支點(diǎn)較稀。日阪制作的X型板片,為了增支點(diǎn),研制出格子狀的平平直波紋板片。(6)板片換熱器的封墊片也是鍵的零部件。取密封周邊的長度(m)是熱面積(m)的6~8倍。于在板片和密封壓板的邊緣,墊片溝槽和墊片之間存在縫隙造成缺氧形陽極而發(fā)生腐蝕破壞。所以墊片槽和墊片形狀設(shè)計(jì)要合理密封墊片的截面必與板片溝槽截面吻合。目前密墊片廣泛采彈性橡膠材料,對(duì)其力學(xué)性能和腐蝕性能有一定的要求,永久壓縮變量控制在<20%,并熱時(shí)效。墊片和板片夾后要盡量減少縫隙。這類墊片槽一般采用“粘型”密封結(jié)構(gòu)。目前還發(fā)展易裝卸的“按扣”和“搭扣”密封結(jié)構(gòu),可直接扣在板上,定位正確、牢,無需粘結(jié)劑此密封結(jié)構(gòu)借助彈性材料的過盈量將其壓緊總之設(shè)計(jì)合的密封結(jié)構(gòu)和墊片形狀可減少縫隙腐蝕?？傊?，隨著熱器應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大,介質(zhì)多種多樣這就需要研制更多的能抗各種介質(zhì)腐蝕板材,并采取前幾方面的防腐措施才在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用使換熱器發(fā)出更大的經(jīng)濟(jì)效益。換器設(shè)計(jì)件簡介在初步選定熱器形式后，就要確定換熱器的幾何參數(shù)。目國內(nèi)使用的換熱器計(jì)算軟主要是HRFS(HeatTransferHuidHow和TRI(HeatTransferResearchInc．)，也可以應(yīng)用SPENPLUS中的B—JAC對(duì)換熱器進(jìn)行計(jì)、核算和擬，此外還有如換熱器設(shè)計(jì)大師等。25

(1)軟件介紹HTFS是英國熱及流體流動(dòng)學(xué)會(huì)推出的兩相流管殼式換熱器算程序?？梢赃M(jìn)行冷器、冷凝器、加熱器、再沸器或冷凝冷卻器、熱器等不同作用的管殼式換熱的計(jì)算。該程有三種計(jì)算模式設(shè)計(jì)型(DESIGN)校核型(CHECK)模擬型(SIMULATION).①設(shè)計(jì)型，一定限制條件下按面積最小進(jìn)行設(shè)計(jì).②校核型，算已知換熱器是否能滿足換熱要求，計(jì)算結(jié)果實(shí)際面積／所需面積③模擬型，擬已知換熱器，在給定的兩側(cè)流體的人口條件，模擬物料的出口條件。HTFS程序殼體形式為TEMA標(biāo)準(zhǔn)的、、J、和K型；管子有管和翅片管種類型，管數(shù)為～16折流板有單形、雙弓形、無折板和折流桿多種形式。在EMA標(biāo)準(zhǔn)中有R和B三級(jí)別的管殼式換熱器：①R適用于石油相關(guān)工藝工程中一般嚴(yán)格要求的非直接受火的管殼式換熱器；C級(jí)適用于工業(yè)般工藝過程的等程度要求的非直接受火的管殼式換熱器；③B適用于一般工過程的非直接火的管殼式換熱器。根據(jù)具體情來選擇不同級(jí)別的換熱器。（2）應(yīng)用26

在進(jìn)行換熱設(shè)計(jì)時(shí)，一般先用設(shè)計(jì)型初步計(jì)算出合適的換器形式和規(guī)格，然后經(jīng)過圓，選擇具體的換熱器的幾何尺寸，用校核型進(jìn)核算，計(jì)算結(jié)果中實(shí)際面積/所需面積般為1．1～1．2。經(jīng)核算表明完全滿足工藝要求并具有良好傳熱性能的換熱并不能保證操作中的安全，因?yàn)樵趽Q熱器中流體流動(dòng)可能會(huì)引起管子的動(dòng)，進(jìn)而引起換熱器的機(jī)械故。因此還需對(duì)所選換熱器進(jìn)行振動(dòng)計(jì)算，這就要用到該程序的模擬型計(jì)算模。如有明顯的振動(dòng)則需調(diào)整換熱器的某些幾何數(shù)甚至改變其結(jié)構(gòu)形式，經(jīng)過復(fù)的性能核算和振動(dòng)計(jì)算，直至傳熱性能和振這一機(jī)械性能同時(shí)滿足要求，熱器的工藝設(shè)計(jì)才算完成。HTFS序中有常用分的物性數(shù)據(jù)庫，計(jì)算時(shí)可根物料組成的不同利用數(shù)據(jù)庫中的性數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)庫不足或數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，用戶可自己輸入物料的物性數(shù)據(jù)進(jìn)計(jì)算。1.10.2HTRIHTRI美國熱傳遞究公司推出換熱器算程序，可進(jìn)行管殼式換熱器、板式換熱器套管式換熱器、加熱爐、空冷器、螺旋板式換器等不同形式換熱的計(jì)算。HTRI序中殼體形為TEMA準(zhǔn)的E、G、、J21、和K，換熱管有光管、低片管、縱向翅片管和維蘭德“GEWAKS管等多種形式，管程數(shù)為～16折流板形式弓形、雙弓形、窗不布管形、桿形、螺旋板形、雙螺旋板形等多種形。同樣HTRI程序有設(shè)計(jì)校核模擬三種計(jì)算模式使用條件和方法TFS27

程序基本相。的性數(shù)據(jù)庫比豐富，它有一余種常用單組分和合物的物性數(shù)據(jù)同時(shí)也能使用用戶自定義物性數(shù)據(jù)。B—ASPEN—JAC是ASPEN工程軟件包一部分，該軟件包是一套用于工藝過程設(shè)計(jì)模擬及析的綜合工具由三個(gè)程序組成的集成軟件ASPENHETRANASPENAEROTRAN和ASPENTEAMS。ASPENB—程序用來設(shè)計(jì)在成本和性能方面最有效的熱器。程序提供詳細(xì)的投資本估算，包括材料及建筑成本。換熱器部件的計(jì)與國際設(shè)計(jì)代碼是一致的。計(jì)計(jì)算結(jié)果和圖形可以直接給制造者用來換熱的制造。ASPENB—程序供了一整套工具用來設(shè)計(jì)、核算及模各種管殼式、空冷式換熱器ASPENHETRAN和ASPENTEAMS能夠模擬所有主要TEMA管殼式換熱器的加熱、冷及蒸發(fā)過程。ASPENAEROTRAN能夠模擬矩形管束換熱器括強(qiáng)制式或吸入式空器以及加熱爐及煙氣節(jié)能器的對(duì)流段。ASPENHETR和ASPENAER0TRAN有三種用方式：①設(shè)計(jì)方式，程序搜索滿足熱負(fù)荷定及操作約束的最佳換熱器；②核算方式，它于核算在指定操作條件下?lián)Q熱是如何表現(xiàn)的；③模擬方式，它確定在使用了有傳熱面積情況下，冷熱側(cè)流體口狀況。ASPENHETR和ASPEN有個(gè)高級(jí)的優(yōu)算法能夠找到滿足所有工藝要求的成本最低的換熱器。程序可進(jìn)行詳細(xì)的成本計(jì)。用戶可以交互式分析優(yōu)化路和評(píng)價(jià)可選的設(shè)計(jì)方案。ASPENTEAMS做一個(gè)完的機(jī)械設(shè)計(jì)括綜合應(yīng)力分析及外部載計(jì)算，它28

括詳細(xì)的代依從計(jì)算，詳細(xì)材料及人工成本估算、比例放制造圖。ASPENBJAC程序SPENPLUS集成在一起，使得用戶可以在ASPENPLUS程中輸人一ASPENB—JAC模型ASPENPLUS集使得用戶能夠確定換熱器瓶頸預(yù)測(cè)當(dāng)工藝件發(fā)生變化的換熱器的性能，降低維護(hù)費(fèi)用。熱器的性能是根據(jù)在ASPENB的人文件中指定詳細(xì)的換熱幾何尺寸以及用船PLUS提的物流及物數(shù)據(jù)來計(jì)算的。流程結(jié)果可從PLUS中瀏覽，詳細(xì)結(jié)果可以從ASPENB—JAC中瀏。結(jié)換熱器是石、化工中重要的熱工設(shè)備，其中管殼式換熱器發(fā)展已經(jīng)取得了巨大進(jìn)步我們?cè)诹私夤軞な綋Q熱器各方面性質(zhì)后，也應(yīng)注意到設(shè)計(jì)過程中可能出現(xiàn)的題，在實(shí)際應(yīng)用過程中，還應(yīng)該結(jié)合工程實(shí)際況，輔之以工程經(jīng)驗(yàn)才能設(shè)計(jì)更合理的換熱器，使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品向安全、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展。29

2設(shè)計(jì)部分浮式熱筒的算計(jì)算條計(jì)算壓力：Pc=2.45mpa內(nèi)徑：Di=700mm材料名稱：Q345R

設(shè)計(jì)溫度：°鋼板負(fù)偏差C1=0.3mm腐蝕裕度：C2=2mm操作溫度許應(yīng)力

]=170mpa設(shè)計(jì)溫度下用應(yīng)力

[

]t

=170mpa常溫下屈服度=345mpas焊接系數(shù)=0.85厚度的算計(jì)算厚度：

PcDi2[tPc1700.852.45設(shè)計(jì)溫度：

5.987.98mmd名義厚度：

mm有效厚度：

壓力試應(yīng)校核試驗(yàn)類型：壓試驗(yàn)水壓試驗(yàn)校PT

1.25P[170[t30

3.06

P(Die2

2.5(7007.7)

114.8

[t

170144.5

前端箱頭計(jì)設(shè)計(jì)條計(jì)算壓力：

P2.45MPa內(nèi)徑

D

i前

=700mm

D800mmi設(shè)計(jì)溫度：200C°

材料名稱：Q345R腐蝕裕度：

2mm2

鋼板負(fù)偏差

0.3mm1常溫下許用力

[

]170mpa設(shè)計(jì)溫度下用應(yīng)力：0.85焊接系數(shù)：

[

]

厚度計(jì)A前Di

Di2hi根據(jù)化工設(shè)手冊(cè)查表得橢圓形封頭形狀系數(shù)計(jì)算厚度

KPcDi7005.95mmt231

TT設(shè)計(jì)厚度：名義厚度：有效厚度：

5.95mmdmm1mmn12壓試驗(yàn)應(yīng)校核類型：水壓驗(yàn)允許最大壓[]w

2[t0.85eKD700ie水壓試驗(yàn)校1.25P[1.252.45C[tB后

3.06mpa<[P]wDii

i根據(jù)化工設(shè)手冊(cè)得：K=1設(shè)計(jì)厚度

KPcDi6.8mmt22.45設(shè)計(jì)厚度：

d

6.88.8mm2名義厚度：

mmnd32

有效厚度：

e

n

7.7mm12壓力試應(yīng)校核類型：水壓驗(yàn)允許最大壓：[P]W

2[t20.857.7eKD7.7i水壓試驗(yàn)校P

1.25P1.25170t

mpa帶蘭折球封及蘭算設(shè)計(jì)條設(shè)計(jì)壓力：

MPa

設(shè)計(jì)溫度：200C°法蘭厚度：

f

90mm

封頭材料：Q345R許用應(yīng)力：

[

]

法蘭材料：16MnⅡ法蘭材料設(shè)溫度下許用應(yīng)力：

[]135mpaf法蘭常溫下用應(yīng)力：

[

]150mpaf螺栓：雙頭柱M24-220螺栓材料：40Cr螺栓材料常下許用應(yīng)力：

[

]=212mpa設(shè)計(jì)溫度下用應(yīng)力：焊縫系數(shù)：

[

]b

180mpa33

00厚計(jì)算封頭半徑：R600mmiA.管程壓力封頭厚度

5600ii8.48mm6[t60.85設(shè)計(jì)厚度：名義厚度：

dn

mmB.殼程壓力封頭厚度封頭有效厚：

7.7mm封頭外徑：R6007.700.125A=查圖6-5得B=158封頭許用外B158[]C.浮頭法校核設(shè)計(jì)

浮頭法蘭厚

f

90mm

。球冠型封的外壁與法蘭內(nèi)壁交點(diǎn)距離法蘭表面的距離l=16mm。管/殼程設(shè)計(jì)壓力法蘭材料16MnⅡ

P2.45MPa墊片外徑

G0

墊片內(nèi)徑:

D668mmGi墊片系數(shù)m=2.5

墊片比壓力y=20mpa34

aa墊片密封寬

(D)Gi

6mm墊片壓緊力用中心圓直徑

D

DG0Gi

墊片壓緊力預(yù)緊狀態(tài)下要的最小墊片壓緊力F3.14Dby680G操作狀態(tài)下要的最小墊片壓緊力bmP6.286802.45156937.2GC螺栓載荷預(yù)緊狀態(tài)下小螺栓載荷W3.14Dby=3.14操作狀態(tài)下小螺栓載荷0.785D2P6.28DbmCG2.456.286802.45N預(yù)緊狀態(tài)下需螺栓面積256244Aa1208.6mm[]b操作狀態(tài)下需螺栓面積

2Ap

p[]b

235

AAaAAa所需螺栓面取和的最大值ap

取32個(gè)M20螺栓螺栓有效面

17.32234.9mm2實(shí)際螺栓總積

4

d

2

3.1417.34

2

234.9mm

2

>A預(yù)緊狀態(tài)下螺栓載荷AA5289.367518W[]2操作狀態(tài)下螺栓載荷952085.68Np

212N浮頭法蘭內(nèi)法蘭螺栓圓徑法蘭外徑

D664mmfD730mmbD780mmf0Darcsinf133.4R1nF0.7852.45847953DfiF0.785(D)6642)2.4537438NtGfiF6.28GG36

ffFcotr

cot33.4

L)/2(730664)Dbf)/(33mmfDGLD)//25.75mmGLr

n2

操作工況下蘭力矩LFLFpDttGrr1087007282809126080812預(yù)緊法蘭力NaG管排方的計(jì)無縫鋼管10材料：

#

19

L6000mm設(shè)計(jì)溫度下用應(yīng)力：

]t

按正方形旋45°排列由于換熱器于煉油化工制品中，流體會(huì)給換熱器內(nèi)部留有余物質(zhì)核材料和本身腐蝕生銹垢，需要用酸洗，因此用正方形旋轉(zhuǎn)45°排列。換熱面積換熱管外徑×3.14×6000×nn=461根開補(bǔ)的算37

筒體開所的補(bǔ)強(qiáng)積要求

)r

—圓筒開孔的計(jì)算厚度

=6mm

開孔直徑：d=273mm接管材料：Q345R鋼[t123[trn

/[A273補(bǔ)強(qiáng)有效寬max(2,d)ntd273546mm

有效高度：

h1

d

t

27350

2補(bǔ)強(qiáng)截面積

Ae

AA1在有效強(qiáng)圍內(nèi)作補(bǔ)強(qiáng)的面積A(f)1eter6.7(100.72)

2接管計(jì)算厚：f

Pc3.22[t38

PP接管有效厚：

n

mmh(f)f2tr2et

r50(6.73.2)mm

2mm3

2Amm1選擇補(bǔ)圈強(qiáng)參照J(rèn)B/T4736取補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)圈外徑:D=480mm內(nèi)徑:d=273+5=278mm厚度8mmb=D-d=480-278=202mm

2mm實(shí)滿足補(bǔ)強(qiáng)要管箱采用整加厚補(bǔ)強(qiáng)外蓋蘭度算2.6.1設(shè)條設(shè)計(jì)壓力=2.45mpac設(shè)計(jì)溫度200C°法蘭材料16MnⅡ螺栓材料40Cr腐蝕裕度239

墊片:金包墊墊片系數(shù)m=2.5比壓力:y=20mmGO800Gi0

NDD866800GOGi4

由于密封寬有效密封寬

b6.402.53墊片中心圓徑DDb866mmGi厚計(jì)算A.墊片壓緊預(yù)緊狀態(tài)下FDby3.14531288操作狀態(tài)下FF6.28DP6.282.52.45NB.螺栓載荷40

appapp預(yù)緊狀態(tài)下byaG3.14N操作狀態(tài)下W0.75DpG1376500NC.螺栓面積雙頭螺栓M24×180個(gè)數(shù)：32

2

D設(shè)計(jì)溫度下用應(yīng)力：操作溫度下用應(yīng)力：

[]mpa[]b預(yù)緊狀態(tài)下需最小面積531288a2505.8mm[]b操作狀態(tài)下需最小面積

2WA[]b

1701913.9180

9455

2A2mp實(shí)際螺栓面41

aGGGGaGGGGb

4

d83804

2D.螺栓設(shè)計(jì)荷預(yù)緊狀態(tài)下AWm[2

]b

94552

2121890510操作狀態(tài)下W1701913.9p法蘭力矩預(yù)緊狀態(tài)下bDmPG211226779.6N

915242

TTF22.45NDiC800LL0.523.50.523.5D1MLDDDF2

)0.785(846C

2

800

2

)2.45145620.8NL

DD915G

LLL1G2

MFLNTtT操作工況下蘭力矩MMD

11226779.6MPa形狀系數(shù)Di0

0.3698DK0D800i10查GB150-19989-5，圖9-3，9-4，得：43

F0.86f1.7510eHF0.86f1.7510eHT=1.84Z=5.40Y=10.47U=11.51F0.8610U0.01220.28設(shè)

f

0.09e

T1.74t1fM1.7502.2323.58001i合格管的度算設(shè)計(jì)條管/殼程設(shè)計(jì)壓力：P=2.45MPa設(shè)計(jì)溫度200C°腐蝕裕度244

f

管程數(shù):2換熱管外徑:d=19mm管子壁厚

t

換熱管根數(shù):n=461換熱管長度:l=6000mm受壓失穩(wěn)長:lmmcr換熱管按正形旋轉(zhuǎn)45°排列管間距:s=25mm隔板槽兩側(cè)鄰管中心距:s25mmn管板上管程程隔板槽深:殼程結(jié)構(gòu)槽:2換熱管材料:10鋼管板材料Q345R計(jì)各參數(shù)

mm1管板強(qiáng)度消系數(shù)

0.4無量綱壓力板區(qū)內(nèi)未被換熱管支撐的面積(s)dn管板布管區(qū)積

2A246125t管板布管區(qū)量直徑

245

4At

4293975

612mm墊片外徑

DGO

692mm墊片內(nèi)徑

D

墊片密封寬:因?yàn)?.40DbGOGimm4所以有效寬b=6mm墊片壓緊力用中心圓直徑DDGGO

692假設(shè)管板名厚度

n

61管板材料在板設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力[tp

[141p'1860002.45P0.02671.50.4兩管板內(nèi)側(cè)換熱管長度L'60005878管束模數(shù)K'

En0tt146

~~1~~1

1860003.14(1960001907管板剛度消系數(shù)

管板材料在板設(shè)計(jì)溫度下彈性模量E186000P管束無量綱度't系數(shù)

'1907E'0.4186000(K')/()20.0243/t1D680Dtl厚計(jì)算系數(shù)C是與管板周邊支方式有關(guān)的數(shù),用

1

t

和

(')t

/()

查GB151-199923得到C=0.38管板計(jì)算厚

CDP0.38612mma管板公稱厚47

mm12管板最小厚

min

0.75取管板公稱度

n

校換熱管向力換熱管材料管程設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn)

ts

換熱管的回半徑i0.25dd00

t

)

2

19

2

2

6.05系數(shù)r

2Ps

2186000162

150.5換熱管的穩(wěn)需用壓應(yīng)力L/i900/6.05148.76Ccrr換熱管的穩(wěn)許用應(yīng)力/i[scr)]r148.76[1]150.54148

1~tcsttCt1~tcsttCt管板非開孔積A2/42939754613.14/4163335mm1t系數(shù)

2

49216.360.30A1系數(shù)

G

按

1

t

和

(K

t

3/(P)a

12

查GB151-199924得應(yīng)力校核只有管程設(shè)壓力時(shí)PPP(1ct1[PtA

G][3.1852.45)只有殼程壓時(shí)

3.2]]tt(1Cst

)2.45MPa[P