U型管換熱器畢業(yè)論文劉改過

-PAGE4-2.２換熱器的設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件2．2．1換熱器的設(shè)計(jì)任務(wù)BIU-6０0—２．5／1．0-(90）-6/19—2／２型換熱器設(shè)計(jì)2．２．２換熱器的設(shè)計(jì)條件冷熱流體的設(shè)計(jì)參數(shù)見表2－1和２－２：表2-１冷卻流體參數(shù)被冷卻流體熱空氣進(jìn)氣溫度１５０℃出氣溫度４０℃設(shè)計(jì)溫度15０℃設(shè)計(jì)壓力2.5Mpa表2－2冷卻介質(zhì)參數(shù)冷卻介質(zhì)類型循環(huán)水Ｈ20進(jìn)口溫度30℃出口溫度4０℃設(shè)計(jì)壓力１。０MＰa２．3換熱器的設(shè)計(jì)步驟２。３。1確定設(shè)計(jì)方案（１）選擇換熱器的類型設(shè)計(jì)任務(wù)中已經(jīng)給出了換熱器的類型，就是U型管式換熱器.(2）流程支配在列管式換熱器設(shè)計(jì)中，冷、熱流的流程，需進(jìn)行合理支配，一般應(yīng)考慮以下原則:易結(jié)垢流體應(yīng)走易于清洗的一側(cè)。對(duì)于固定管板式、浮頭式換熱器一般應(yīng)使易結(jié)垢的流體流經(jīng)管程，而對(duì)于U型管換熱器,易結(jié)垢流體應(yīng)走殼側(cè)。依據(jù)這個(gè)原則我們可以確定流程為:混合氣體走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。2。3。2確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低粘度流體,其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。故殼程循環(huán)冷卻水的定性溫度為t=０.5＊(40+30)=35（℃）依據(jù)定性溫度，查取殼程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù).循環(huán)冷卻水在3５℃下的物理數(shù)據(jù)：密度ρｉ=９９4。３kg/m３定壓比熱容Cpi＝４。17４Ｘ1０３J/(ｋg.K）熱導(dǎo)率i=0。６24W／（ｍ.Ｋ)粘度=０．7４2X1０－3Ｎ．S/ｍ22．4換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算過程２。4。1平均傳熱溫差先按逆流計(jì)算,得2。４。２由給定的換熱面積估算熱流量在估算傳熱面積時(shí)，可依據(jù)冷熱流簡(jiǎn)略情況,參考換熱器傳熱系數(shù)的大致范圍,假設(shè)一Ｋ值,利用傳熱速率方程,估算傳熱面積為(2－１）現(xiàn)取Ｋ=41４W/所以熱流量2。4.3冷卻水用量(Ｋｇ/ｈ）2。4。4被冷卻氣體進(jìn)氣溫度Ｔ１=１50°出口溫度T2=４0℃進(jìn)氣壓力P1=0．257Ｍｐa進(jìn)氣全量G１=kg/ｈ=２7．78kg/ｓ冷卻液:進(jìn)口溫度t1＝３0℃出口溫度t２＝40℃冷媒壓力P2=１。0Ｍｐa氣體的定性溫度T＝0．５＊(T１+T2)=95℃氣體的密度，ρ1＝2。545kｇ/m3氣體的比熱容氣體的導(dǎo)熱系數(shù)由于（２-2）所以1＝0。0408W/m℃氣體的粘度由于μｍ＝(２－3）所以＝1．9２３５X10－５N。Ｓ/m2氣體的普朗特?cái)?shù)Prs==0。6６6６液體的定性溫度t＝0.5＊(ｔ1+ｔ２）=３5℃液體的密度ρ2＝９94．３ｋｇ/m3液體的比熱CＰｉ=４。174X１０3J/(kｇ。Ｋ）液體的導(dǎo)熱系數(shù)i=0.６２4Ｗ／m℃液體的粘度＝0．742Ｘ１0—3N。S/m２液體的普朗特?cái)?shù)Pｒs==４。９６從計(jì)算可得冷卻液各項(xiàng)參數(shù)如表2－3:表2－３冷卻液各項(xiàng)參數(shù)氣體的定性溫度Ｔ95℃密度ρ12.545kg/m3比熱Ｃｐ１141４J/kg．Ｋ導(dǎo)熱系數(shù)10．０408W/m℃粘度1.923５X１0—５N.S／m2普朗特?cái)?shù)Pｒ１0．６666液體的定性溫度ｔ2m３５℃密度ρ２994．５３ｋｇ/m3比熱Ｃｐ２4１7４Ｊ/kg．K導(dǎo)熱系數(shù)２0．６24Ｗ/m℃粘度0．742X1０-３N。S/m2普朗特?cái)?shù)Pｒ24.９6２．4.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸（1)管徑和管內(nèi)流速選用φ１９×2較高級(jí)冷拔傳熱管，取管內(nèi)流速m/s。（2）管程數(shù)和傳熱管數(shù)由于管程數(shù)Ｎp=所以Ｌ=Nｐ=2×6=12(m）由于所以根，可取為2０7根采納組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列,隔板兩側(cè)采納正方形排列。取管心距t=１．25ｄ0＝1.25×19=２3.７５ｍｍ，取標(biāo)準(zhǔn)t＝0.025m隔板中心到離其最近一排管中心距離為各程相鄰管的管心距為3８ｍm.管束的分程方法，每程各有傳熱管207根,其前后管箱中隔板設(shè)置和介質(zhì)的流通挨次按圖3—14選取。（3）殼體內(nèi)徑由給定設(shè)計(jì)任務(wù)中得Ｄ＝６0０mm。(4）流板板采納弓形折流板，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,則B＝0。3×60０=１8０mm,可取Ｂ為20０ｍm。折流板數(shù)塊折流板圓缺面垂直裝配。(５）其他附件拉桿數(shù)量與直徑按表３—9選取,本換熱器殼體內(nèi)徑為6０0ｍm,故其拉桿直徑為φ1２，拉桿數(shù)量取為1２個(gè)。(6)接管①殼程流體進(jìn)出口接管:取接管內(nèi)液體流速為m／s,則圓整后可取管內(nèi)徑為1６8ｍm,外徑１80mm.②管程流體進(jìn)出口接管:由于（２-４)所以取接管內(nèi)氣體流速：=11m/s，則接管內(nèi)徑為圓整后取管內(nèi)徑為２５９mm,外徑2７0mm。2．４．６換熱器核算（1）熱流量核算①殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)用克恩法計(jì)算:(2-5）當(dāng)量直徑,依式(3－23b）得殼程流通截面積,依式(3-25)得殼程流體流速及雷諾數(shù)分別為普朗特?cái)?shù)粘度校正］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普朗特?cái)?shù)③污垢熱阻和管壁熱阻:管外側(cè)污垢熱阻管內(nèi)側(cè)污垢熱阻不銹鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為：１7。４5Ｗ/（m．K）。所以，④傳熱系數(shù)Kc：⑤傳熱面積裕度，所計(jì)算傳熱面積Aｃ為90該換熱器的實(shí)際傳熱面積Ap該換熱器的面積裕度計(jì)算為傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。（２）壁溫核算因管壁很薄,且管壁熱阻很小.依條件,取殼程流體進(jìn)口溫度為１50℃，出口溫度為４０℃計(jì)算傳熱管壁溫。又由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較小,殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計(jì)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(jì)算傳熱管壁溫。(2—６)式中液體平均溫度和氣體的平均溫度分別為３5℃和95℃。傳熱管平均壁溫９4．６℃殼體壁溫,可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=95℃殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為△ｔ=95—94．６=0.4℃該溫差較小，不需設(shè)溫度補(bǔ)償裝置.（3）換熱器內(nèi)流體的流淌阻力①管程流體阻力：(２－7)，（２—８）由Ｒe=24742，傳熱管對(duì)粗糙度，查莫狄圖得，流速ｕ＝１1ｍ/ｓ,，所以(Pa)(Pa）（Pａ）②殼程阻力:（2—１０)，流體流經(jīng)管束的阻力（2—１1）F=０。５Pa流體流過折流板缺口的阻力B=0．2m，D＝0．6ｍPa總阻力由于該換熱器殼程流體的操作壓力較高，所以殼程流體的阻力也比較適宜。③換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果換熱器只要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見表2-４。表2-4換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表參數(shù)管程殼程流率/（kｇ／h)３5３3．761３４004進(jìn)/出溫度/℃１50／4030／4０壓力/Pａ1．0２.５物性定性溫度／℃953５密度/(kｇ／m3）2。４5４9９4．3定壓比熱容/（ｋJ/（kｇ·K）)１。41４4．1７4粘度/（Pａ·s）0．0000１92３50。０00７4２熱導(dǎo)率/［Ｗ/(m·K)]０.0４０80．62４普朗特?cái)?shù)４。９6０.66６6設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式U型管式臺(tái)數(shù)１殼體內(nèi)徑/ｍm６0０殼程數(shù)2管徑/mm?１9×2管心距/㎜2５管長(zhǎng)／mｍ60００管子排列△管數(shù)目／根414折流板數(shù)/個(gè)29傳熱面積/㎡1４8．２折流板間距/mm／／／/／//／／/／/ｍ/／／//mm200管程數(shù)2材質(zhì)低合金鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/（ｍ/s)1１2．0表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/[Ｗ/(㎡·Ｋ）］15３。５22９4４污垢熱阻/(㎡·K/W)０。00040.000９阻力/MPa8776．3８242１８６.31熱流量/Ｋw1553.7傳熱溫差/K47.0傳熱系數(shù)／［W／（㎡·K)］714．3裕度/％６4．6２．4．7壓降校核中心管排叉流最小流通面積αc＝B(Ds′-nｃｄ0)=0．48６m２中心管排叉流最大質(zhì)量流速ｗc＝Ｇ/αcＧ=３7.2kｇ/s所以wｃ=5７．1６殼程抱負(fù)管束傳熱因子ｊｈ０＝0．001８換熱管型修正系數(shù)Ffh=1;圓缺傳熱面積與總傳熱面積之比ｒ=（360+355）／2=0。36β值查表得β=０.１5４圓缺流通面積αb=βDi-４ｎｗ2ｄ02/４由于Ｄｉ=0.59m；nｗ２=3５5；所以αｂ＝0．158圓缺流淌修正系數(shù)φ=１.０－γ+０。0５2４γ0．３２(αc/αｂ）０.０3=０．679管束與殼內(nèi)徑之間隙流通面積αd=Ｂs(Ds′—）＝0.0４8面積比ＦBP=αｄ/αｃ＝０.０9８5旁通修正系數(shù)ξh＝=0.985流通收縮次數(shù)Ｎｃˊ=（Nｂ+1)Nｃ＋(Nb＋2）Nw＝247修正系數(shù)X=1折流板管孔間隙面積αTB＝１625×π/4（0．0１９４2—０。0192）=０．０196m2折流板與殼內(nèi)徑間隙漏流面積αｓB==０.008１5ｍ2漏流總流通面積αＬ＝αTB+αｓB=０.02775ｍ2面積比αL／αc=０.05管程壓降的計(jì)算:管壁計(jì)算溫度＝４1。2℃＝3。91×１04管程摩擦系數(shù)ξｉ＝0．3１6/Rｅi0。25=０.0２247沿程阻力Pｉ＝ξ=29875．３N/ｍ2回彎阻力Pr==812５Ｎ／m2進(jìn)出口管質(zhì)量流速=30０0ｋｇ/m２ｓ進(jìn)出口管壓降PNt=1.52/2ｇｃρ=69８1N/ｍ2管程結(jié)垢修正系數(shù)φdｉ=1．5管程總壓降Pｔ＝（Pｒ＋Pi)φｄi＋ＰNt＝7５842．3N／m２允許壓降為100Kpa758４2。3pａ＜１000０0pa所以管程布置合理殼程壓降的計(jì)算殼程摩擦系數(shù)ξ0=0.2６旁流修正系數(shù)ξ△p==0．915中間折流板間管束管束叉流的壓降PB＝=15１８N／m2殼側(cè)兩端叉流的壓降系數(shù)P｀Ｂ=[1+(Nw/Ｎe)]ＰB＝2275N/ｍ２系數(shù)δ＝0。71(αL/αc)0。４=0。2２4６漏流修正系數(shù)β′=1－δ[]=0．４折流板圓缺部分的質(zhì)量流速=G2/αｂ=1２2．7８kg/m2.ｓ平均質(zhì)量流速＝６９.56４kg/m2．s通過折流板圓缺平行流淌的壓降Ｐm＝＝７９56。56Ｎ／m2殼側(cè)壓降Ｐ0=２PB′＋β′[(Nb—1)PＢ＋NbPm］=２5４20。７８Ｎ/m2由于殼側(cè)允許壓降為3０KPａ25４２０。78Ｐa〈３０000Pａ所以殼側(cè)設(shè)計(jì)合理.2.５換熱器的結(jié)構(gòu)２.5.1換熱管束、封頭及管板（1）換熱管設(shè)計(jì)［2]本設(shè)計(jì)采納光管,光管是管殼式換熱器換熱管的傳統(tǒng)形式,它廉價(jià)，易于制造，安裝,檢修，清洗便利.管徑采納標(biāo)準(zhǔn)管徑φ19×2,采納標(biāo)準(zhǔn)管徑在結(jié)構(gòu)上和經(jīng)濟(jì)上均有好處，而且φ19×２屬于小管徑,管徑小，單位體積傳熱面積大，結(jié)構(gòu)緊湊性高，金屬耗量少，傳熱系數(shù)也高。而且循環(huán)水不屬于粘度大或污濁流體,不會(huì)造成太多的沉淀。依據(jù)計(jì)算管長(zhǎng)采納６m，殼徑為0.6m，管長(zhǎng)與殼徑之比為10,應(yīng)采納臥式的設(shè)備。管子材料采納不銹鋼材料。換熱管束排列形式:在分程隔板兩側(cè)用正方形排列，其他采納正三角形排列，這樣使得布管比較緊湊,傳熱系數(shù)較高,便于管板劃線及鉆孔。換熱管束如圖2—1圖２-1換熱管束排列管間距采納常用的，當(dāng)管徑為1９時(shí),管間距為2５mｍ,隔板槽兩側(cè)管心距為3８mm。管束的分程分為2程。(2）標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭[3]①封頭的厚度δ=(２—１１)?=2．5Ｍpａ材料為１6MnＲ,在1５０℃下=１7０Mpa焊縫系數(shù)=0。８5∴δ=５.２1ｍｍ；圓整后取為１0mｍ.（3）管板［4］①管板孔直徑查表得1９．4ｍｍ。②最大布管圓查表得0．58m③管孔數(shù)和管子數(shù)相同為414根.④管板與換熱器的連接采納強(qiáng)度脹接,強(qiáng)度脹接的適用范圍:設(shè)計(jì)壓力小于等于４Mpa，設(shè)計(jì)溫度小于等于300℃，操作中無猛烈的振動(dòng)，無過大的溫度變化及無明顯的應(yīng)力腐蝕。本設(shè)計(jì)符合以上要求，所以采納強(qiáng)度脹接.⑤管板與殼體及管箱的連接采納將管板夾在殼體法蘭和管箱法蘭之間構(gòu)成可拆式連接，可使殼程清洗便利。⑥管板的厚度應(yīng)比封頭的厚度厚,由于管板要開孔，強(qiáng)度會(huì)降低,當(dāng)殼徑為6０0mｍ時(shí)常用的管板厚度為45ｍm，因孔較多,封頭厚度為１0mm;經(jīng)計(jì)算管板取為5０ｍm。2。5。２管箱、殼體及拉桿(1）管箱[2］管箱是管程流體進(jìn)口均勻分流和出口匯流的空間,在本設(shè)計(jì)中管程分為２程,它就還起著轉(zhuǎn)變流體流向的作用。管箱采納的是封頭管箱,封頭的設(shè)計(jì)如前。多管程的換熱器必須依據(jù)分程方法在管箱內(nèi)安放分程隔板，分程隔板的材料為碳鋼，當(dāng)殼體直徑為600mm時(shí)，分程隔板的厚度應(yīng)為10mm，隔板應(yīng)被連續(xù)的焊接在管箱壁上。當(dāng)殼徑為60０ｍm時(shí),管箱短節(jié)的厚度為10mm。（2）殼體[２]按GB15１-1999標(biāo)準(zhǔn)，選取殼體直徑為６0０mm，當(dāng)換熱器為Ｕ型管式時(shí)，厚度為10ｍm.（3)拉桿[２]拉桿形式為拉桿定距管的形式。使用１2根拉桿，直徑為12ｍｍ，布置結(jié)構(gòu)如圖所示:圖２—2拉桿布置圖２。5。3折流板、支撐板及滑道(１）折流板和支撐板［２]折流板的形式采納圓缺式折流板。折流板的布置方式為垂直方向,它可以使流體猛烈攪動(dòng)，增加傳熱。折流板的管孔直徑為19．4mm，允許公差為＋0.20。外圓的名義直徑為0。5９5m，厚度為12mm.折流板圓缺高度為０．１5ｍ，折流板間距為0．2m。折流板的安裝是通過拉桿和定距管來實(shí)現(xiàn)的.拉桿與管板一端用螺紋連接，另一端用螺母連接。(2）滑道［2］分為滑板、滾輪、滑條形式，在本設(shè)計(jì)中選取滑板形式，由于在本設(shè)計(jì)中殼體直徑不大，滑板強(qiáng)度適中.滑道角度如圖２－3:圖2－3滑道角度圖滑板焊在折流板的槽內(nèi),在直徑方向高出折流板1ｍm,并和管束成為一整體.第3章U型管換熱器的制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收換熱器的制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收要遵守GB1５1－1999第6章和GＢ1５0—１998第10章規(guī)定。3。1換熱器的制造3．１.１換熱器的主要受壓部分的焊接接頭GB１51-1９99中規(guī)定的焊接接頭分為A、B、C、Ｄ四類,如圖３-１所示。對(duì)于本設(shè)計(jì)中的U型管式換熱器來說,涉及到了其中的A、B和Ｄ三種：圖3－１列管式換熱器的A、B、Ｃ、D四類焊接接頭3。１．２管箱、殼體和頭蓋用板材卷制時(shí)，內(nèi)直徑允許偏差可通過外圓周長(zhǎng)加以掌握，外圓周長(zhǎng)允許上偏差為10mm；下偏差為零。用鋼管作圓筒,其尺寸允許偏差應(yīng)符合GＢ/Ｔ8163和GＢ／Ｔ1４97６的規(guī)定。殼體內(nèi)壁凡有障礙管束順利裝入或抽出的焊縫均應(yīng)磨至與母材表面齊平。在殼體上設(shè)置接管或其他附件而導(dǎo)致殼體變形較大,影響管束順利安裝時(shí),應(yīng)實(shí)行防止變形的措施.在本設(shè)計(jì)中,接管接頭不應(yīng)伸出管箱、殼體和頭蓋的內(nèi)表面。3.１。3換熱管在本設(shè)計(jì)中換熱管是采納碳素鋼,碳素鋼換熱管管端外表面應(yīng)除銹，用于脹接時(shí),管端應(yīng)呈現(xiàn)金屬光澤,其長(zhǎng)度應(yīng)不小于二倍的管板厚度。在換熱管拼接時(shí)，應(yīng)符合以下要求：（1）對(duì)接接頭應(yīng)作焊接工藝評(píng)定試件的數(shù)量、尺寸、試驗(yàn)方法按ＪＢ４708規(guī)定;（2)同一根換熱管的對(duì)接焊縫，直管不得超過一條;(３）管端坡口應(yīng)采納機(jī)械方法加工，焊前應(yīng)清洗干凈；（4)對(duì)接后應(yīng)用1４.25ｍm直徑的鋼球?qū)附咏宇^進(jìn)行通球檢查以鋼球通過為合格;(5)對(duì)接接頭應(yīng)進(jìn)行射線檢測(cè)，抽查數(shù)量應(yīng)不少于接頭總數(shù)的10％，以JB47３0的Ⅱ級(jí)為合格；如有一條不合格時(shí),應(yīng)該加倍檢查；再消滅不合格時(shí),應(yīng)該１00%檢查。（6）對(duì)接后的換熱管，應(yīng)逐根進(jìn)行液壓試驗(yàn),試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的2倍３。1.4管板拼接的管板的對(duì)接接口應(yīng)進(jìn)行１00%的射線，按JＢ４730射線檢測(cè)不低于Ⅱ級(jí)為合格.管板材料為１６Mｎ,拼接后管板應(yīng)作消除應(yīng)力熱處理。管孔直徑為1９.４ｍm,允許上偏差為+0.2,下偏差為零.鉆孔后應(yīng)檢查６０°管板中心角區(qū)域內(nèi)的管孔，在這一區(qū)域內(nèi)允許有4％的管孔上偏差比其允許的上偏差的數(shù)值大0.15ｍm。管板與管束是強(qiáng)度脹接的，所以管孔表面粗糙度Rａ值不大于１２．5μｍ。脹接時(shí),管孔表面不應(yīng)有影響脹接緊密性的缺陷。隔板密封面應(yīng)與環(huán)形密封面齊平，或略低于環(huán)形密封面。3.1.5換熱管與管板的連接連接部位的換熱管和管板孔表面應(yīng)清理干凈,不應(yīng)留有影響脹接連接質(zhì)量的毛刺、鐵屑、銹斑、油污等.脹接連接時(shí)，其脹接長(zhǎng)度,不應(yīng)伸出管板背面(殼程側(cè)）,換熱管的脹接部分和非脹接部分應(yīng)圓滑過渡，不應(yīng)有急劇的棱角。3.１.6折流板、支撐板折流板、支撐板的管孔直徑為１9.４,允許公差上偏差為+0。30，下偏差為０。但允許超差0．１mm的管孔數(shù)不得超過4％。折流板、支撐板外圓表面粗糙度Ra值不大于２5μｍ,外圓面兩側(cè)的尖角應(yīng)倒鈍。應(yīng)去除折流板、支撐板上任何毛刺.３．1．7管束的組裝拉桿上的螺母應(yīng)擰緊,以免在裝入或抽出管束時(shí),因折流板竄動(dòng)而損傷換熱管。穿管時(shí)不應(yīng)強(qiáng)行敲打，換熱管表面不應(yīng)消滅凹癟或劃傷。除換熱管與管板間的焊接外，其他零件均不準(zhǔn)與換熱管相焊。3.1。８換熱器的密封面應(yīng)予以保護(hù)，不得因磕碰劃傷、電弧損傷、焊瘤、飛濺等而損壞密封面。密封墊片應(yīng)為整體墊片,特殊情況下允許拼接，但墊片拼接接頭不得影響密封性能。補(bǔ)強(qiáng)圈的信號(hào)孔，應(yīng)在壓力試驗(yàn)前通入０.４－0．5Mｐa的壓縮空氣檢查焊接接頭質(zhì)量。３．1．９換熱器的組裝換熱器零、部件在組裝前應(yīng)認(rèn)真檢查和清掃,不應(yīng)留有焊疤、焊接飛濺物、污銹及其他雜物等。吊裝管箱時(shí)，應(yīng)防止管束變形和損傷換熱管.螺栓的緊固至少應(yīng)分為三遍進(jìn)行，每遍的起點(diǎn)應(yīng)相互錯(cuò)開１20°。３.１.１0無損檢測(cè)焊接接頭無損檢測(cè)的檢查要求和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),按GB150-１9９８中１０。8的規(guī)定和圖樣要求執(zhí)行。在本設(shè)計(jì)中的換熱器允許對(duì)其A類、B類焊接接頭進(jìn)行局部射線或超聲檢測(cè)，檢測(cè)長(zhǎng)度不得少于各條焊接接頭長(zhǎng)度的２0％，且不小于２50mｍ，射線檢測(cè)時(shí)不低于Ⅲ級(jí)為合格,超聲檢測(cè)時(shí)不低于Ⅱ級(jí)為合格.3。1．11壓力試驗(yàn)壓力試驗(yàn)的方法及要求應(yīng)按GB15０-1９98中10.9的規(guī)定。U形管式換熱器壓力試驗(yàn)挨次：（a）用試驗(yàn)壓環(huán)進(jìn)行殼程試驗(yàn),同時(shí)檢查接頭，（ｂ）管程試壓.液壓試驗(yàn)壓力：(３-1）氣壓試驗(yàn)壓力：（3-2）式中：-試驗(yàn)壓力，Mpa－設(shè)計(jì)壓力,Mpa—容器元件材料在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力，Mpa－容器元件材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，Ｍpａ設(shè)備制造完畢后,殼程及管程分別以3.25MＰa的表壓試驗(yàn)合格后殼程再以２.90ＭPａ表壓進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。3．1．1２銘牌銘牌上應(yīng)包括以下內(nèi)容:(1）制造單位名稱及制造許可證號(hào)碼;(２)制造單位出廠編號(hào)；（3）產(chǎn)品名稱；（4）產(chǎn)品圖號(hào)或設(shè)備位號(hào);(5）產(chǎn)品型號(hào)；（6)折流板間距；(7)設(shè)計(jì)溫度（分管程和殼程）;(8）試驗(yàn)壓力(分管程和殼程）；（9)類別;（1０)重量；(1１)制造日期；（1２）監(jiān)檢標(biāo)記。銘牌的材料應(yīng)具有耐腐蝕性,一般為黃銅、鋁或協(xié)定規(guī)定的其他材料。3.2安裝、試車和維護(hù)應(yīng)依據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)型式，在換熱器的兩端留有足夠的空間來滿意拆裝、維修的需要.3.2.1安裝換熱器安裝前應(yīng)抽芯檢查、清掃.抽管束時(shí)應(yīng)注意保護(hù)密封面和折流板。移動(dòng)和起吊管束時(shí),應(yīng)將管束放置在專用的支撐結(jié)構(gòu)上，在本設(shè)計(jì)中為特殊設(shè)計(jì)的支撐板。以免損傷換熱管.活動(dòng)支座的地腳螺栓應(yīng)裝有兩個(gè)鎖緊的螺母,螺母與底板間應(yīng)留有１－3mm的間隙。地腳螺栓兩側(cè)均應(yīng)有墊鐵。設(shè)備找平后,斜墊鐵可以與設(shè)備支座底板焊牢，但不得與下面的平墊鐵或滑板焊死。墊鐵的安裝不應(yīng)阻礙換熱器的熱膨。應(yīng)在不受力的狀況下連接管線，避開強(qiáng)力裝配。擰緊換熱器螺栓時(shí)，一般應(yīng)起點(diǎn)錯(cuò)開1２0°，并應(yīng)涂抹上適當(dāng)?shù)穆菟?rùn)滑劑。３．2．2試車試車前應(yīng)清洗整個(gè)系統(tǒng),并在入口接管處設(shè)置過濾網(wǎng)。系統(tǒng)中如無旁路,試車時(shí)應(yīng)增設(shè)臨時(shí)旁路.開啟放氣口,使流體布滿設(shè)備。開車或停車過程中，應(yīng)緩慢升溫和降溫,避開造成壓差過大和熱沖擊。３。2。3維護(hù)換熱器不得在超過銘牌規(guī)定的條件下運(yùn)行。應(yīng)常常對(duì)管、殼程介質(zhì)的溫度及壓降進(jìn)行監(jiān)督，分析換熱器的泄漏和結(jié)垢情況.在壓降增大和傳熱系數(shù)降低超過肯定數(shù)值時(shí)，應(yīng)該依據(jù)介質(zhì)和換熱器的結(jié)構(gòu)，選擇有效的方法進(jìn)行清洗。應(yīng)該常常監(jiān)視管束的振動(dòng)情況。第4章U型管式換熱器加工制造過程的討論4.1U型管式熱交換器主要零部件的制造加工4.1。1熱交換器殼體的加工與要求殼體是熱交換器的主要受壓元件,其加工工藝過程與圓筒形貯罐相同。這里所要強(qiáng)調(diào)指出的是，熱交換器殼體的圓度和直線度要求較圓筒形貯罐嚴(yán)格。按JB1１47-80《鋼制列管式換熱器技術(shù)條件》的規(guī)定，對(duì)筒體同一斷面上的直徑偏差有肯定的要求。筒體內(nèi)徑過大或由不圓度引起的間隙不均勻，均會(huì)引起殼程介質(zhì)短路而使換熱效率降低.熱交換器筒體的直線度誤差會(huì)影響管束的順利抽裝,一般按其長(zhǎng)度定級(jí),即：Ｌ≤6０00ｍm時(shí)，直線度≤（1/1000）·Ｌ,且≤4．5ｍｍ；600０mｍ〈L≤１2０00ｍm時(shí),直線度≤(1/100０）·Ｌ,且≤6mm.4.1.２管板的備料與加工管板是起固定管子作用的，其加工工藝隨毛坯材料來源的不同而有所不同。用作管板的材料一般為Q2３5、2０號(hào)鋼等碳鋼或１６Mn和15MnＶ等低合金鋼。管板可以用鍛件或熱軋厚鋼板壞料。當(dāng)管板厚度小于60mm時(shí)，管板材料也可以用熱軋厚鋼板,但原則上應(yīng)使用鍛件。由于鋼板越厚，基軋壓比則越小，鋼板內(nèi)部存在有明顯的差異，有的甚至消滅層間撕裂現(xiàn)象，因此用厚鋼板制作管板,在重要場(chǎng)合下必須慎重。合理地選擇管孔的切削速度和進(jìn)給量,是提高群孔加工質(zhì)量的關(guān)鍵。而切削速度和進(jìn)給量又與鉆頭，工件材料、鉆頭切削角、孔深和孔徑以及潤(rùn)滑等因素有關(guān).一般鉆孔的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量可依據(jù)工件材料、孔徑大小來選擇。管板孔槽是提高管子脹接連接強(qiáng)度的一種結(jié)構(gòu)形式。它是借助于管孔開槽器加工而成的。4．１。３折流板的備料與加工其中最常用的是弓形折流板，其圓缺高度為１0-40%DＮ,而以20％DN圓缺的弓形折流板用得較多.考慮到裝夾和外圓切削加工的便利,弓形折流板下料時(shí)，除在直徑方向上留放肯定的加工余量外,還要求按整圓下板坯料。為使穿管作業(yè)能順利進(jìn)行，各折流板按組疊的挨次，分別將其對(duì)應(yīng)剪切成弓形,以避開孔間對(duì)位置轉(zhuǎn)變而造成的較大誤差.４．1.４管子及其加工熱交換器管子的表面積即為傳熱面積，通常以其外徑上的表面積作為計(jì)算熱傳導(dǎo)面積的依據(jù)。一般常用的管子長(zhǎng)度為2000、3０0０、６０00mm等。為了安裝和檢修便利以及降低制造費(fèi)用,制造廠依據(jù)需要大都按定尺長(zhǎng)度進(jìn)行材料定貨。否則會(huì)因管子對(duì)接焊縫的加長(zhǎng)而可能消滅焊接質(zhì)量問題，并使制造成本提高。為保證管子在制造后的水壓試驗(yàn)時(shí),以及使用運(yùn)行中不致辭發(fā)生泄漏，還必須對(duì)管子數(shù)的５%、且不少于２根作拉力和硬度以及擴(kuò)口等抽樣檢驗(yàn)。此外，用作熱交換器管束的管子還應(yīng)逐根地進(jìn)行水壓試驗(yàn),其試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的1．５～２倍，合格者方可使用.4.2組裝工藝與要求4。２。1筒體、法蘭的組裝與焊接筒體裝焊端法蘭時(shí)，除注意使筒體縫的布置符合臥式容器的規(guī)定外，還應(yīng)以法蘭端面蕨來保證法蘭與筒體軸線的垂直度,及法蘭螺孔的方位。法蘭螺孔除非另有規(guī)定,一般應(yīng)以軸線成對(duì)稱分布(亦稱跨中分布），其偏差不得大于5°角。４．2．2管箱的組裝、焊接與加工管箱的組悍過程是，先將焊好并經(jīng)檢驗(yàn)合格的筒節(jié)兩端分別與粗加工過的法蘭按要求裝焊。待環(huán)焊縫或其它焊縫經(jīng)過無損探傷檢驗(yàn)合格后，再裝焊分程隔板。4.２．3管束的組裝U型管式熱交換器管板的連接與固定管板不同，它是依靠列管直接與管板的連接而成管束.這樣要保證兩管板的平行度和同軸度就較困難,為此必須使用一些簡(jiǎn)易工裝或夾具。另一種是轉(zhuǎn)動(dòng)式機(jī)構(gòu)。它是通過幾對(duì)軸線相互交叉的雙曲線輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)管子進(jìn)給的。若管子軸線與雙曲線輥?zhàn)拥膴A角為ａ，當(dāng)輥?zhàn)有D(zhuǎn)時(shí)，它與管子接電點(diǎn)的速度為V,假定無相對(duì)滑動(dòng)，則管壁在該接觸點(diǎn)的速度也為V，故管子的切向速度Ｖt和軸向速度Ｖｎ分別為:Vt＝ＶcｏsaＶn=Ｖsiｎa顯然切向速度Vt使管子旋轉(zhuǎn),而軸向速度Ｖn則使管子推動(dòng)運(yùn)動(dòng)，從而完成穿管。4．３U型管式熱交換器管子與管板的連接管子與管板的連接處，常常是最容易滲漏的部們，管子與管板連接接頭設(shè)計(jì)得合理與否以及制造質(zhì)量好壞，都會(huì)直接影響熱交換器的使用性能及壽命,有時(shí)甚至涉及整個(gè)裝置的運(yùn)行.管子與管板連接接頭大致有以下幾種形式：4。3.１管子的脹接管子在載荷作用下，其伸入管板孔內(nèi)的換熱管端部直徑擴(kuò)張,產(chǎn)生塑性變形,而且管板仍處于彈性變形范圍，載荷去除后,管子與管板孔實(shí)際變成過盈協(xié)作,依靠?jī)烧唛g的殘余壓應(yīng)力來達(dá)到固緊和密封的連接作用.滾柱脹接它又稱為機(jī)械脹接，是一種傳統(tǒng)的脹管方法。滾柱脹接是利用脹管器來完成的.脹桿隨電動(dòng)或風(fēng)動(dòng)脹管機(jī)帶動(dòng)作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)推動(dòng),滾柱在錐形脹桿擠迫下而徑向擴(kuò)大，這樣，通過滾柱沿脹桿周向旋轉(zhuǎn)，便使管子緊緊地脹接于管孔上。管子脹接連接強(qiáng)度與管孔結(jié)構(gòu)和脹管率有關(guān)。常用的管孔結(jié)構(gòu)有以下三種形式：1.光孔一不開槽，用于設(shè)計(jì)壓力≤０.6Mpａ的場(chǎng)合。2.一槽孔--—－用于管板厚度≤25mm的情況.３.二槽孔—－－—用于管板厚度＞2５mm的情況。脹接時(shí)，脹緊度的大小與管子及管板材料,管子和管板孔的直徑尺寸變化有關(guān),隨著脹緊度增加，脹桿轉(zhuǎn)動(dòng)阻力增加，故電動(dòng)脹管器可用脹管儀器的電參數(shù)(脹接電流大小)來表征脹緊度。例如，當(dāng)某種材料規(guī)格的管子脹接時(shí)，脹接電流Ｉ為0．6—0。８A,其脹緊度k0應(yīng)為1~2.5％，因而可通過掌握脹接電流來掌握脹緊度。對(duì)于有脹管閱歷的人來說，手工脹管時(shí)也可以通過操作時(shí)手臂的力感來推斷。當(dāng)發(fā)生過脹時(shí),除脹接電流太大外，還可以在管板端面發(fā)現(xiàn)有短小、明顯的輻向45°的金屬滑移線和氧化皮裂紋，并消滅氧化皮開頭脫落的現(xiàn)象.為保證脹接的連接質(zhì)量，還應(yīng)使管板材料的硬度大于管子表面的硬度，以維持脹接連接所必需的殘余接觸應(yīng)力。不同硬度的管子與管板。在相同管孔增大率情況下,管子與管板的硬度差越大，殘余接觸壓應(yīng)力就越大.在實(shí)際脹接中,通常要求管板的硬度高于管子硬度HB2０～３0。當(dāng)不符合此要求時(shí)，應(yīng)該對(duì)管子進(jìn)行軟化處理。滾柱脹接能承受肯定的軸向力、熱沖擊和反復(fù)熱循環(huán)，而且操作簡(jiǎn)潔、使用靈敏,在制造及維修中應(yīng)用較為普遍。但是滾柱脹接也存在著以下缺點(diǎn):各管子間的脹度不一，連接強(qiáng)度和緊密性不均。脹管接口的內(nèi)表面產(chǎn)生硬化現(xiàn)象,給重復(fù)補(bǔ)脹帶來困難。管子—管板材料脹接的相容性有肯定的限制，如鈦管與碳鋼的脹接、鋁管與碳鋼的脹接等均受到了限制。勞動(dòng)生產(chǎn)率低，而且小管徑或厚壁管管子的脹接較困難。液壓脹接又稱軟脹接，一次可以脹接較多的管接頭.液壓脹管是一種新的脹接技術(shù),它通過對(duì)管子內(nèi)表面施加高的液壓力，使管子塑性變形而脹接于管孔內(nèi)表面的。液壓脹管除具有使管壁受力均勻、管子軸向伸長(zhǎng)少和加工硬化少等優(yōu)點(diǎn)外,又因管壁金屬幾乎能完全填滿管孔槽,而具有較大的軸向拉脫力和良好的密封性。液壓脹接適用于?50ｍm以下管子的脹接。爆炸脹接炸脹接是利用炸藥爆炸瞬間產(chǎn)生的沖擊波的巨大壓力,使管子成超塑性狀態(tài)發(fā)生徑向增大的變形，而實(shí)現(xiàn)管子與管板的連接。橡膠脹管橡膠脹管工藝是在橡膠鼓脹加工的基礎(chǔ)上進(jìn)展起來的.它是利用橡膠彈性體的軸向壓縮造成的徑向壓力將管子脹接于管板上的。橡膠脹管的拉桿是用高強(qiáng)度鋼做成的。它是通過約２0Mpa的壓力水或油加載于拉桿上，由于拉力是靠背壓環(huán)達(dá)到平衡的，故組成了一個(gè)內(nèi)力系統(tǒng),而不需要其它支承或約束.脹管橡膠則采納彈性大、強(qiáng)度高的材料制成。4。3.2管接頭的焊接管接頭的焊接就是把管子焊接到管板上。焊接連接管接頭的強(qiáng)度往往超過管子本身的強(qiáng)度,具有比脹接高得多的連接強(qiáng)度。即使在高溫狀態(tài)下,例如在高于３00℃的操作條件下,其強(qiáng)度和連接致密性亦仍然牢靠。因此,當(dāng)工作介質(zhì)為易燃、易爆和有毒時(shí)(或高溫高壓情況下)，大多采納焊接連接。管板孔徑等于管子內(nèi)徑時(shí)，孔間距因進(jìn)一步減小而可布置較多的管子，例如以?１３×1.25mm的管子為例,采納內(nèi)孔焊后孔間距可以削減四分之一，即同樣大小的管板，其布管數(shù)增加２４％，從而大大地提高了換熱面積.如果管子數(shù)量不變,熱交換器的筒體直徑亦可減小,設(shè)備則更為緊湊.4。３.3爆炸焊接爆炸焊接與爆炸脹接有著本質(zhì)上的差異。爆炸焊接是一種利用炸藥為能源的高能焊接工藝，而管子與管板的爆炸焊接僅僅是其中的一種應(yīng)用形式。爆炸焊接的基本要求:良好的爆炸焊接應(yīng)使爆炸時(shí)碰撞點(diǎn)移動(dòng)速度低于金屬的體積聲速,也就是說必須將Ｖɑ掌握在聲速和亞聲速范圍內(nèi)，通常為材料的1/2～２／3固有聲速。對(duì)于平行安裝法，則應(yīng)選用低爆速炸藥(例如硝銨炸藥或高爆速炸藥加添劑等).對(duì)于角度安裝法，因幾何關(guān)系本身可以降低碰撞點(diǎn)移動(dòng)速度,所以也可以采納較高爆速的炸藥。4.3。4管接頭的脹焊并用連接熱交換器在高溫高壓條件下,不論脹接還是焊接（爆炸焊接除外）成的管接頭,均難于滿意其使用要求。雖然對(duì)其接頭拉脫力的測(cè)定結(jié)果都證明白它們均有很高的連接強(qiáng)度，但是引起熱交換器接頭失效的主要緣由并非是強(qiáng)度問題,而是接頭處的密封性能。例如脹接接頭，當(dāng)溫度高于２０0℃以上時(shí)，對(duì)于常用的1０或2０鋼管來說,材料的屈服極限則有所降低，這樣就有可能消滅應(yīng)變松弛使用權(quán)脹緊度下降，而發(fā)生局部泄漏;當(dāng)溫度高于350℃時(shí)，又將會(huì)發(fā)生蠕變松弛而使連接完全失效。焊接法雖然可以使接頭承受較高的溫度和壓力，但在高溫循環(huán)應(yīng)力作用下,焊口又多系未焊透接頭，故易發(fā)生疲憊裂紋。而當(dāng)管板較厚時(shí),管板兩側(cè)溫差應(yīng)力有時(shí)也會(huì)引起焊口裂紋.某大型石油化工企業(yè)一些統(tǒng)計(jì)資料表明，單一的脹接或焊接接頭的泄漏率是很高的，有的甚至高達(dá)30%。因此，世界上很多國家對(duì)脹接或焊接的使用場(chǎng)合均作了一些限制性的規(guī)定.依據(jù)脹焊的挨次和焊接要求的不同,脹焊并用連接可以分為以下幾種形式：⑴先焊后脹是指管子管板連接處經(jīng)焊接后再進(jìn)行脹接的一種連接形式.依據(jù)焊接和脹接連接作用的不同,先焊后脹又可分為:強(qiáng)度焊+貼脹、密封焊+強(qiáng)度脹、強(qiáng)度焊+強(qiáng)度脹等三種基本形式.上述焊脹接頭的選擇應(yīng)視簡(jiǎn)略工況條件而定,一般地講,工況條件較苛刻時(shí)可以選擇強(qiáng)度加強(qiáng)度脹。先焊后脹操作便利,工藝簡(jiǎn)潔，制造費(fèi)用較低，是脹焊并用接頭優(yōu)先推舉的一種工藝方法。但焊后脹接時(shí)的脹管質(zhì)量難于檢驗(yàn),而且在大直徑管子的退后脹管及爆炸脹接等場(chǎng)合的應(yīng)用受到限制。⑵先脹后焊先脹后焊，由于脹接時(shí)的潤(rùn)滑油難于用經(jīng)濟(jì)的方法進(jìn)行清洗，焊接時(shí)易于形成氣體,而這些氣體來不及逸出便存在于焊縫中,格外是進(jìn)行氬弧焊的密封焊時(shí)，收弧封口處往往消滅氣孔，因此一般應(yīng)避開采納有機(jī)潤(rùn)滑劑，而用二硫化鉬加水等無機(jī)潤(rùn)滑劑。先脹后焊的接頭可以采納單獨(dú)的焊接接頭和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的連接尺寸.同先焊后脹一樣，也可以按焊接、脹接所擔(dān)當(dāng)任務(wù)的不同,而分為幾種不同的連接形式。采納先脹后焊工藝雖然沒有先焊后脹那樣普遍，但在很多方面仍具有先焊后脹所沒有的優(yōu)點(diǎn)，即：強(qiáng)度用加密封焊時(shí),由于密封焊僅能起幫助性止漏作用,而先脹后焊可以在焊接前進(jìn)行脹接后的強(qiáng)度試驗(yàn)(熱交換器殼程的水壓試驗(yàn)）,因而保證了脹接連接的牢靠性.先脹后焊使管子管板孔能得以對(duì)中并緊貼，這對(duì)于薄壁管子與厚管板的連接可以避開產(chǎn)生焊接裂紋。