毕业设计（论文）-气液介质专用换热器设计（全套图纸）

沈 阳 化 工 大 学 科 亚 学 院 本 科 毕 业 设 计 全套图纸，加 153893706 题 目： 气液介质专用换热器 专 业： 过程装备及控制工程 班 级： 过控 1201 学生姓名： 指导教师： 论文提交日期： 2016 年 5 月 23 日 论文答辩日期： 2016 年 6 月 6 日 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 过程装备与控制工程专业 1201 班 学生： 毕业设计（论文）题目：气液介质专用换热器 毕业设计（论文）内容： （1）根据换热任务和有关的要求确定设计方案； （2）绘制管壳式换热器的工艺流程图及主体设备工艺图； （3）编写管壳式换热器的设计说明书。 （4）对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。 毕业设计（论文）专题部分： 一是工艺计算，二是强度及稳定性计算， 三是制造安装与检修以及故障处理。 起止时间： 摘要摘要 气- 液换热器又称回热器，其作用是使节流前的制冷剂液体过冷，使 从蒸发器流过来的制冷剂饱和蒸气过热，这样既保证了压缩机工作的安 全性，又可以提高整个系统的制冷量。气- 液热交换器的结构通常采用壳- 盘管式，还有绕管式、套管式等结构。本文主要是根据给定的参数和工 艺要求来设计相应的管壳式换热器。本文首先根据工艺条件来进行计算， 选定气- 液换热器型式，本设计选定固定管板式列管换热器，确定换热器 参数。然后进行结构上的设计和强度计算，进行四种工况校核，其结果 都满足要求。然后进行接管补强，水压试验，结果也都满足要求。最后 再根据标准选取接管、法兰、鞍式支座、垫片等。 首先要根据已给出的设计温度和设计压力来确定设备的结构形式以 及壳程和管程所用的材料，然后根据物料的性质和传热的面积来确定换 热管的材料，尺寸和根数。根据换热管的根数来确定换热管的排列方式， 并根据换热管的排列和长度来确定筒体的直径以及折流板的选择。进行 完了标准件的选取后，再进行各零件间的连接结构的设计，零件材料的 选择以及厚度的计算。其中包括了筒体壁厚、封头壁厚、管板壁厚和管 箱壁厚的计算，管子的拉脱力和稳定性校核，接管、法兰、容器法兰、 支座等的选择及开孔补强设计，管板、折流板以及换热管之间的连接的 2016 年 3 月 1 日2016 年 6 月 6 日 指导教师： 签字 年 月 日 结构设计，壳体与管板之间的连接处的设计。通过对容器的内径和内外 压的计算来确定壳体和封头的厚度并进行强度的校核。然后是对气- 液换 热器各部件上的零部件的强度设计，有法兰的选择和设计计算与校核， 管子拉脱力的计算钩圈及浮头法兰的设计计算与校核。并且还包括了管 板的结构设计、滑道结构、防冲挡板的设计以及支座设计。结构设计中 的标准件可以按照国家标准根据设计条件直接选取，非标准件，设计完 结构后必须对其进行相应的应力校核。 本设计通过对壳体内外的研究，对气- 液换热器有了初步的认识，并 根据相关知识，进行了一系列相应的设计计算，并最终完成了气氨冷却 器总体的结构设计，并绘制出了设备总图及零部件图。其中包括气- 液换 热器总图，折流板零件图，筒体零件图等。 关键词：关键词： 管壳式换热器； 工艺计算； 强度计算 Abstract This article mainly according to the given parameters and technical requi rements to design the corresponding tube heat exchanger. At first, this paper c alculated according to the process conditions, select heat exchanger type, the design selected fixed tube plate shell and tube heat exchanger, heat exchanger parameters. Then carries on the structure design and strength calculation, four kinds of working condition checking, the result is meet the requirements. Fin ally take over reinforcement, hydrostatic test, the result is meet the requireme nts. According to the standard selection of takeover, flange, saddle support, ga skets. First according to the given temperature and design pressure to determine the structure of device and the shell side and tube side of the material, then according to the nature of the material and the heat transfer area to determine the heat exchange tube material, size and number. According to the root of the heat exchange tube, the number of heat exchange tube arrangement, and according to the arrangement of heat exchange tube to determine cylinder diameter and length, and the choice of the baffle plate. Connection between the selection of standard parts, parts of the structure of the design, the selection of component materials and the thickness of the calculation. Including the cylinder body wall thickness, head wall thickness and pipe wall thickness and the calculation of wall thickness, tube pulled off force and stability checking, take over, flange, selection of container flange, bearing and opening reinforcement design, tube plate, baffle plate, and the structure design of the connection between the heat exchange tube, between the shell and tube plate joint design. Through the container inner diameter and the internal and external pressure calculation to determine the thickness of the shell and head and strength check. Then every parts of gas- liquid heat exchanger strength design of the parts and components have the choice of the flange and design calculation and checking, hook ring, and the calculation in the design of floating head flange and the checking and calculation of the force of tube pulled off. And also includes the structure design of tube sheet, prevent the impact damper, the design of the track structure and support design. Structure design of standard parts can direct selection according to the design conditions according to the national standard, non- standard, design the structure must be carried out after the corresponding stress checking. This design through the study of shell inside and outside, have a prelimin ary understanding of the heat exchanger, and according to the relevant knowle dge, made a series of design calculation, and finally complete the overall struc ture design of diesel oil cooler, drawing equipment assembly drawing and part s drawing. General layout, including the heat exchanger tube bundle, baffle pl ate parts diagram, tube box parts drawing and so on. Keywords: heat exchanger; process calculation; strength calculation 目 录 第一章 绪论 . 1 1.1 课题背景 1 1.2 发展现状及趋势 1 1.3 存在的问题 1 1.4 课题的研究目的和意义 2 第二章 换热器的工艺计算 3 2.1 设计任务和操作条件 3 2.2 确定设计方案 . 3 2.2.1 两流体温度变化情况 3 2.2.2 流程安排 3 2.3 确定物性数据 3 2.4.3 平均传热温差 . 4 2.4.4 计算换热面积 . 4 2.5 核算换热器 . 4 2.5.1 核算总传热系数 4 2.5.2 核算压强降 5 2.6 工艺结构尺寸 . 6 2.6.1 管径与管内流速的选择 6 2.6.2 单程传热管数的确定 6 2.6.3 管长度的确定 6 2.6.4 平均传热温度校正及壳程数 7 2.6.5 筒体内径的确定 7 2.6.6 折流板 7 2.6.7 其他附件 7 2.6.8 接管 . 8 2.7 本章小结 9 第三章 管壳式换热器的强度计算 10 3.1 壳体计算 . 10 3.1.1 筒体计算 10 3.2 前端管箱筒体计算 . 11 3.3 管箱封头的设计 11 3.4 设计计算 . 12 3.5 壳程外压作用下的计算 . 13 3.5.1 按内压设计 13 3.5.2 按外压设计 13 3.6 管板的设计计算 . 13 3.6.1 设计压力及设计温度的选取 13 3.6.2 结构系数的确定 14 3.6.3 管板厚度 14 3.6.4 换热管轴向应力校核 15 3.6.5 热管与管板连接的拉脱力校核 15 3.7 接管及开孔补强计算 . 16 3.7.1 外壳接管开孔补强计算 16 3.7.2 管箱接管开孔补强计算 17 3.8 钩圈 . 17 3.9 分程隔板 . 18 3.10 其他结构的选择 18 3.10.1 支座选择 . 18 3.10.2 法兰选择 . 18 3.10.4 防冲与导流 . 20 第四章 制造、检验、安装与维修 20 4.1 概述 . 20 4.2 材料验收 . 20 4.3 筒体的制造 21 4.4 封头的制造 . 22 4.5 管板的制造 . 22 4.6 管束的制造 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.7 接管的制造 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.8 装配 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.8.1 筒体、法兰的组装与焊接 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.8.2 管箱的组装、焊接与加工 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.8.3 管束的组装 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.8.4 管束、壳体及内件装配 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.9 油漆、包装 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.10 换热器在使用中常见故障及处理 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.10.1 原因 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.10.2 现象 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.10.3 处理 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 结论 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章 绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 课题背景课题背景 在石油、化工、冶金、电力、轻工、能源等部门所使用的换热设备中，管壳式换 热器处于主导地位1。它适用于冷却、冷凝、加热 、废热回收及蒸发方面，是理论研 究水平最高、设计技术最完善、规范化、标准化、历史久远及计算机软件开发最早的 换热设备。它的工艺设计一般是指压降（或流动）设计和传热设计，传热尤为复杂。 随着近年来节能技术的发展,换热器的应用领域在不断的扩大，并给经济上带来了显 著的效益，给管壳式换热器增添了新的生命力。因此对其进行研究就有很大的意义。 这种换热器拥有结构坚固，选材广范、处理能力大，适应性强，易于制造，生产成本 较低，清洗较方便等特点，并且在高温高压下也能适用。为了提高和强化管壳式换热 器的传热效率，近年来各国开展了许多项研究工作，不仅对管壳式换热器的设计方法 进行了改进，还对该换热器的传热管件及结构做出了相应改动，从而实现强化传热。 新近由瑞士 Allares 公司技术，后经 BrownFintubeLtd 改进的高效传热元件- 偏置折边 翅边管和螺旋扁管。Hamon- Lummus 公司又新推出一种 SRC 翅片管，用于冷凝传热。 管壳式换热器是换热器的基本类型之一，19 世纪 80 年代开始就已应用在工业上2。 1.2 发展现状及趋势发展现状及趋势 随着社会经济的发展，为了适应节约资源和能源的时代要求，对换热器的要求也 越来越高3。综合考虑各方面因素，要制造出低成本，高能效的换热器，在推动生产 发展因素的同时，也会获得较高的经济效益。故其的提升空间很大，有待改进的方面 还很多。 1.3 存在的问题存在的问题 我国的换热器技术通过了几十年的发展，已经跻身于世界的先进行列，但在某些 方面仍存在着一些不足之处，具体表现为：科研、产业之间还不能够紧密的结合在一 起，不能及时地实现科研成果的产业化；基础研究相对来说较为薄弱，管束腐蚀和磨 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章 绪论 2 蚀失效，管子与管板的连接失效，管束振动失效，管束泄漏，介质腐蚀，物性参数计 算问题，传热性能问题，计算方法等等，较国外相差甚远。与国外公司相比，在经营 管理方面上还有待完善。 1.4 课题的研究目的和意义课题的研究目的和意义 近年来全世界的能源危机，促进了传热强化技术方面的发展。为了节能降耗，提 高工业的生产效益， 要求开发适用于不同工业过程要求的高效能换热设备。 这是因为， 随着近年来能源短缺的问题越来越重，可利用热源的温度也越来越低了，换热所允许 的温差将变得越来越小，故对换热技术的发展和换热性能的要求也就愈来愈高4。所 以，这些年来，换热器的开发与研究逐渐成为人们所关注的话题。 在技术进步与经济效益的双重催动下，国外推出了许多种新型换热器，例如， ABB 公司的螺旋折流板换热器（HelixchangerTM） 、Hamon- Lummus 公司 SRCk 空冷 式冷凝器、 Packinox 换热器、 NTIW 列管式换热器、 日本的 Hybrid 混合式换热器等5。 这些国外针对新型换热器的研究中，有的着重于强化管内的传热，有的改进了管箱的 设计，有的着眼于壳程的强化传热，有的着重于防腐防垢等方面。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章 换热器的工艺计算 3 第二章第二章 换热器的工艺计算换热器的工艺计算 2.1 设计任务和操作条件设计任务和操作条件 两流体的温度变化情况：热流体软水进口温度 25，出口温度 18.6，工作压 力为 0.4Mpa，流量为，65909Kg/h；冷流体气氨进口温度- 10，出口温度 5，工作 压力为 0.38Mpa，流量为 53000Kg/h。 2.2 确定设计方案确定设计方案 2.2.1 两流体温度变化情况两流体温度变化情况 热流体的进口温度为 25，出口温度为 18.6；冷流体的进口温度为- 10，出 口温度为 5 。 2.2.2 流程安排流程安排 根据本次设计安排，使热流体软水走管程，使冷流体气氨走壳程。 2.3 确定物性数据确定物性数据 定性温度，对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取流体进出口温度的 平均值，故管程软水的定性温度为： （2- 1） 壳程气氨的定性温度为：2.5 。 表 2- 1 壳程和管程流体的有关物性数据 密度 Kg/ 比热容 KJ/kg 粘度 Pa/S 导热系数 W/m 软水 994 4.183 8.937 0.6105 气氨 2.954 2.22 85.3 0.022 2.4 估算传热面积估算传热面积 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章 换热器的工艺计算 4 2.4.1 热负荷热负荷 （2- 2） 2.4.2 软水用量软水用量 m=18.308kg/s 2.4.3 平均传热温差平均传热温差 按单壳程，多管程进行计算，逆流时平均温差为： 2.4.4 计算换热面积计算换热面积 由化工原理附录，低温流体为气氨，高温流体为软水，K 的经验值为 260- 710W/( ) 6。 初选 K=400W/() ； （2- 3）考虑 12.5%的面积裕度： 2.5 核算换热器核算换热器 2.5.1 核算总传热系数核算总传热系数 管程对流传热系数： 当量直径 de （2- 7） 流通截面积 （2- 8） 流速 （2- 9） 雷诺数 （2- 10） 普朗特数 （2- 11） 壳程对流传热系数： 壳程流通截面积 流速 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章 换热器的工艺计算 5 当量直径 雷诺数 普朗特数 取 污垢热阻： 取管内污垢热阻 取壳内污垢热阻 管壁热阻碳钢在该条件下的导热系为 （2- 12） 总传热系数： 管壁热阻可忽略时，总传热系数为： 传热面积裕度： 传热面积 （2- 13） 实际传热面积 该换热器的面积裕度为 该换热器能够完成生产任务。 2.5.2 核算压强降核算压强降 管程压降： 管程阻力结构校正系数 管程数 ，壳程数 单程至管阻力 有 Re=3234.7，传热管相对粗糙度为 0.01，查莫狄图得，流速为 0.127m/s。 （2- 14） 管程流体阻力在允许的范围内。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章 换热器的工艺计算 6 壳程压降： 流体流经管束的压降： 管子形式对阻力损失的影响 F=0.3。 （2- 15） 流体流经过折流板的压降： 总压降： 计算表明，管程壳程压强降都满足要求。 2.6 工艺结构尺寸工艺结构尺寸 2.6.1 管径与管内流速的选择管径与管内流速的选择 选取传热管尺寸 192mm ，料为 10 号钢管，管内物料为水，选择管内流速为 1=0.175m/s 。 2.6.2 单程传热管数的确定单程传热管数的确定 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数 ： （2- 4） 2.6.3 管长度的确定管长度的确定 按单程计算 （2- 5） 按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。 根据实际情况，采用标准设计，取传热管长 l=5500mm，则该换热器的管程数为： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章 换热器的工艺计算 7 换热管总数： 2.6.4 平均传热温度校正及壳程数平均传热温度校正及壳程数 平均传热温度校正系数： 正方形排列不紧凑，但便于机械清扫，常用于壳程介质易生污的浮头式换热器； 采用正方形7。 管心距： 其换热管分程隔板槽两侧相邻的管心距 横过管束中心线的管数： 2.6.5 筒体内径的确定筒体内径的确定 采用多管程结构，壳程体内径可按式估算，取管板利用率 =0.65，则壳体内径： 圆整取标准系列，取 2.6.6 折流板折流板 采用弓形折流板， 取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的 25%。 则切去的圆缺高度 h 为： 折流板间距 B： 流板折数 折流板圆缺面水平装配。 2.6.7 其他附件其他附件 由上可知，DN=500mm，栏杆直径为 12mm，数量为 6 根。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章 换热器的工艺计算 8 2.6.8 接管接管 壳程流体进出口接管，取接管内流速为 34m/s，则接管内径为 （2- 6） 选用无缝钢管，尺寸为 2636mm。 管程流体进出口接管，取接管内流速为 1m/s，则接管内径为： 选用无缝钢管，尺寸为 1659mm。 综上所得，汇总数据如表 2- 2。 表 2- 2 数据汇总 管程 壳程 流量 kg/h 65909 53000 温度 25/18.6 - 10/5 压力 MPa 0.4 0.38 定型温度 密度 kg/ 热容 kJ/kg 粘度 Pa/s 导热系数 W/mk 普兰特数 21.8 2.5 994 2.954 4.183 2.22 8.937 85.3 0.6105 0.022 6.123 961 型式 管壳式 台数 1 壳体内径 mm 500 壳程数 1 管径 mm 192 管心距 25mm 管数目（根） 224 管长 mm 5500 折流板数 30 传热面积 64 折流板距 175mm 管程数 2 材质碳钢 主要计算结果 管程 壳程 流速 m/s 0.127 34.6 传热膜系数 w/ 1305.01 40 污垢热阻/W 0.000345 0.000517 压力损失 KPa 0.024 122 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章 换热器的工艺计算 9 2.7 本章小结本章小结 本章主要阐述了管壳式换热器的工艺计算， 根据操作条件和设计任务来确定换热 器的类型，并查找物性数据8。进行传热计算，并确定工艺结构的尺寸，管子的规格， 数目的计算，是否分程等。其他零部件的初步选定。壳体的公称直径，接管的计算及 确定。管、壳程流体的阻力计算，以及总传热系数校核。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章 管壳式换热器的强度计算 10 第三章第三章 管壳式换热器的强度计算管壳式换热器的强度计算 表 3- 1 管、壳程计算相关部分数据 管程 壳程 操作压力 0.4 0.38 设计压力 1.32 1.32 操作温度 25/18.6 - 10/5 设计温度 40 10 介质 软水 气氨 腐蚀裕量 mm 2 2 程数 4 1 焊接接头系数 0.85 0.85 3.1 壳体计算壳体计算 3.1.1 筒体计算筒体计算 根据工艺条件壳程的设计压力为 1.0Mpa，焊缝采用单面焊对接接头局部无损探 伤，焊接接头系数 0.8，材料选 Q345R，100下材料的许用应力=189MPa(316)。 按 GB6654- 1996，取钢材厚度负偏差，=0.3mm 腐蚀裕量， , 圆筒计算壁厚为： （3- 1） 设计厚度 名义厚度 有效厚度 液压试验： 对于内压容器，耐压试验的的目的是：在超设计压力下，考核缺陷是否会发生快 速扩展造成破坏或开裂造成泄漏，检验密封结构的密封性能。 水压试验压力： 式中： 耐压试验压力,MPa； 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章 管壳式换热器的强度计算 11 P 压力容器的设计压力,MPa； 耐压试验压力系数； 对于钢和有色金属，液压试验时 =1.25。 压力试验允许通过的应力水平。 试验压力下圆筒的应力： （3- 2） 由于，所以满足条件。 3.2 前端管箱筒体计算前端管箱筒体计算 （1）管程的设计压力 P=1.32MPa；焊接接头系数=0.8 设计温度 70；腐蚀裕量 =2mm。 在此筒体的材料选择Q345R设计温度需用应力=189MPa， 钢板负偏差=0.3mm， 腐蚀余量 2mm。 （2）液压实验 对于内压容器，耐压试验的的目的是：在超设计压力下，考核缺陷是否会发生快 速扩展造成破坏或开裂造成泄漏，检验密封结构的密封性能。 实验压力值： （3- 3） 实验压力下圆筒的应力： （3- 4） 校核，所以合格。 3.3 管箱封头的设计管箱封头的设计 根据工艺条件的要求、制作的难易程度和材料的消耗等情况来判断，采用标准椭 圆封头最为合理9。 根据 JB/T4737- 1992 标准，取管箱封头为 DN5008，曲面高度。直边高度，材料 选用 Q345R。 最大允许工作压力： （3- 5） 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章 管壳式换热器的强度计算 12 应力校核： （3- 6） 为保证耐压实验时管器材料处于弹性状态， 在耐压试验前必须按下式校核试验时 封头的薄膜应力： （3- 7） 液压试验时，应满足满足要求。 3.4 设计计算设计计算 根据换热器筒体内径 DN5008，查 GB151- 1999管壳式换热器可得封头球面 内半径=400mm10。 表 3- 2 布管限定圆参数表 换热器形式 固定管板式/U 形式 浮头形式 布管限定圆直径 - 2 - 2(+b) 选择所用参数并绘制表格 3- 3。 表 3- 3 布管限定圆参数表 序号 项目 单位 数值 项目 单位 数值 1 b mm 4 布管限定圆直径 mm 471 2 mm 5 垫片压紧力作用中心圆直径 mm 3 mm 14 封头球面内半径 mm 400 4 mm 5.5 螺栓中心圆直径 mm 布管限定圆直径： 法兰和钩圈的内直径： 法兰和钩圈的外直径： 外头盖内直径 D： 管板外径： 螺栓中心圆直径： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章 管壳式换热器的强度计算 13 3.5 壳程外压作用下的计算壳程外压作用下的计算 分别按设计压力计算，然后取最大值。 计算压力=400mm，封头的材料仍选择 Q345R。 封头材料的许用应力=189MPa， 焊接接头系数， 取腐蚀裕量，厚度负偏差=0.3mm。 3.5.1 按内压设计按内压设计 （3- 8） （3- 9） （3- 10） （3- 11） 3.5.2 按外压设计按外压设计 假设厚度，取内压计算值 8mm。 A=0.000989mm， 查图 GB150 图 6- 5. B=170 。 此时许用外压力： 满足壳程内外压的要求。 3.6 管板的设计计算管板的设计计算 3.6.1 设计压力及设计温度的选取设计压力及设计温度的选取 (A)设计压力： (B)设计温度： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章 管壳式换热器的强度计算 14 取较高侧的设计温度，T=40。 3.6.2 结构系数的确定结构系数的确定 （1）垫片压紧力作为中心圆的直径，547mm。 按 JB4703- 2000，A500- 1.6，选取，管板外圆直径为 563mm。 因。 故。 （2）在布管区内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，而未能被换热管支承的面 积， 。对于三角形排列11。 取 n=29， 。 （3- 12） （3）管板布管区当量直径； 换热管正方形排列的浮头式换热器； 管板布管区的面积为： 。 （3- 13） 。 （3- 14） 。 （3- 15） （4）面积 管板布管区内开孔后的面积为： 一根换热管管壁金属横截面积从 GB151 附录 J 查得 a=106.81 224 根换热管管壁金属横截面积 （5）系数 3.6.3 管板厚度管板厚度 用可拆式管板夹持型式，厚度初选为35mm，与法兰连接采用凹凸面密封。 分程隔板槽宽14mm，深4mm。 采用普通精度的冷拔钢管即级换热管，其标准长度为3m，且由于 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章 管壳式换热器的强度计算 15 PN=1.0MPa6.4MPa，不必进行强度计算。换热管选用不锈钢波节换热管，换热管尺 寸：波谷19mm、波峰25mm、壁厚0.8mm，排列形式采用正三角形。换热管中心距 S=25mm。 为了便于制造加工，管子和管板密封性和抗拉托强度，管子和管板连接采用强度 焊。换热管最小伸出管板长度 2mm。 3.6.4 换热管轴向应力校核换热管轴向应力校核 （1）只有管程设计压力壳程为 0， ， （3- 16） （3- 17） 按 A 与查 GB151 图 24 得 40.16MPa112MPa，校核通过。 （2）只有壳程设计压力管程为 0， ， 按 A 与查 GB151 图 24 得 故校核通过。 3.6.5 热管与管板连接的拉脱力校核热管与管板连接的拉脱力校核 利用换热管与管板强度焊接结构尺寸： （3- 18） l 换热管与连接的焊缝尺寸，mm l=1.5+2=3.5mm。 =21.21MPa 校核通过。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章 管壳式换热器的强度计算 16 3.7 接管及开孔补强计算接管及开孔补强计算 3.7.1 外壳接管开孔补强计算外壳接管开孔补强计算 （1）设计条件 计算压力：Pc=1.32MPa ； 计算温度：40； 接管实际外伸长度：200mm ； 接管实际内伸长度：0mm ； 接管焊接接头系数：0.85 ； 接管腐蚀裕量：2mm ； 接管厚度负偏差：10mm； 接管材料许用应力：189MPa 。 （2）开孔补强计算 壳体计算厚度为 8mm； 接管计算厚度 mm； （3- 19） 接管直径。 （3）削弱金属面积 A （4）壳体多余金属面积 接管计算壁厚： 外侧有效厚度： （3- 20） 接管多余的截面积： 故不需补强。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章 管壳式换热器的强度计算 17 3.7.2 管箱接管开孔补强计算管箱接管开孔补强计算 （1）设计条件 计算压力：Pc=1.32MPa ； 计算温度：100 ； 接管实际外伸长度：200mm ； 接管实际内伸长度：0mm ； 接管焊接接头系数：0.85 ； 接管腐蚀裕量：2mm ； 接管厚度负偏差：=0mm； 接管材料许用应力：189Mpa； （2）开孔补强计算 壳体计算厚度为 8mm； ； （3- 21） 接管直径 （3）削弱金属面积 A （4）壳体多余金属面积 接管计算壁厚： 故不需补强 。 3.8 钩圈钩圈 查 GB151 选 B 型钩圈， 。 为钩圈设计厚度，mm；为浮动管板厚度，mm； 则。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章 管壳式换热器的强度计算 18 3.9 分程隔板分程隔板 由于是多管程换热器，故此处需要用到分程隔板12。查 GB151 可知：分程隔板 槽槽深4mm，取为 5mm，槽宽为 12mm，取分程隔板的最小厚度为 12mm。 3.10 其他结构的选择其他结构的选择 3.10.1 支座选择支座选择 由管壳式换热器系列估算换热器质量m=17804.8，kg=174.5KN。 由于该换热器卧式摆放，采用鞍式支座，按JB/T4712- 92 标准，选用轻型A型支 座，DN=2000。材料为Q235- AF，筋板和底板的材料Q235- AF。螺栓为M24，垫板 材料为0Cr18Ni9。鞍座标记：JB/T4712- 92，鞍座A2000- S。 3.10.2 法兰选择法兰选择 壳体的接管法兰的选择： 压力容器法兰是压力容器的常用部件之一，是连接压力容器部件的基本元件。法 兰是个组合零件，包括法兰垫片和连接螺栓或螺柱以及螺母。其作用是使不同的受压 元件组合在一起，同时保证连接部位不产生泄露13。 本次设计的换热器公称直径为500mm，设计压力为1.32MPa，参考设计标准应当 选择对焊法兰。 壳体法兰： 我国压力容器行业，压力容器法兰分类主要按结构形式来进行划分。本设计将采 用对焊法兰方式。 壳体接管采用平颈对焊法兰，由于管箱、壳体、浮头箱直径都不一样，因此在选 用法兰时，不能只按标准选取。 管箱接管法兰选择： 管程接管法兰根据HG205922009标准中选用PL65(B)10RF法兰， 法兰材料选用Q345R(与接管材料相同)。 壳程接管法兰根据HG205922009标准中选用PL150(B)10RF法兰，法兰材料 选用Q345R(与接管材料相同)。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章 管壳式换热器的强度计算 19 拉杆的选取： 由于换热管内径为19mm，所以拉杆采用拉杆定距管的形式，查GB151表43及表 44可得500mm内径，8mm壁厚的换热器的拉杆的直径为12mm，上下管板各4根，数 量为8。其结构如下图3- 1,拉杆孔如图3- 2。 图3- 1 换热器拉杆 图3- 2 拉杆孔示意图 经查GB151，拉杆尺寸如下表3- 4。 表3- 4 拉杆尺寸 基本尺寸 拉杆直径d/mm /mm /mm b/mm 12 15 50 2 拉杆的布置： 拉杆应尽量均匀的布置在管束的外边缘。对于大直径的换热器来说，在布管区内 或者靠近折流板的缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板都不得少于3个支撑 点。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章 管壳式换热器的强度计算 20 3.10.4 防冲与导流防冲与导流 管程设置防冲板的条件： 当管程采用轴向入口接管或换热管内流体流速超过3m/s时，应设置防冲板，以减 少流体不均匀分布和对换热管端的冲蚀。因为本设计管内水流速为0.127m/s，所以不 需要再设计防冲挡板。 第四章第四章 制造、检验、安装与维修制造、检验、安装与维修 4.1 概述概述 设计确定后，制造质量是换热器的最终建造质量的重要部分。因此，换热器的制 造单位必须要按照压力容器安全技术监察规程（1999版）的规定来具备完善的质 量保证体系，并应持有国家主管部门所颁发的批准书及许可证。在全国制造过程中必 须要接受安全监察机构（或其授权的检验机构）的全面监督。如果在建造主要的制造 监理时（监理内容应在合同中商定）制造单位还应需配合业主做好监理。 制造完成后，制造单位必须要向业主提供完整的制造出厂资料，资料应完全符合 国家的标准规定，并应附有安全监察机构的监督检验报告。还必须向业主无条件的提 供监督检验机构打好钢印的产品铭牌。 4.2 材料验收材料验收 在选择材料时，使用条件，焊接性能，制造工艺以及经济合理性等方面，应该符 合相应的标准。 制造单位在从材料生产单位获得材料时， 应先取得材料质量的证明书， 其内容必须齐全、清晰、完整并拥有材料生产单位的质量检验公章。在材料的明显的 部位应该标有牢固、清晰的标识，必须要拥有包括材料生产单位名称、材料制造标准 代号及检验印鉴标志等标志。在从非材料的生产单位获得材料时，应同时取得材料的 质量证明书原件或加盖供材单位的检验公章及合经办人章的有效复印件14。 如果采用 的是国外材料， 必须选用国外的压力容器所规范并允许使用且国外已经有使用实例的 材料，其使用的范围必须要符合材料的生产国相应的规范合标准的规定，在技术要求 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文致谢 21 上不应低于国内的相应技术指标，并必须要有该材料所应有的质量证明书。 4.3 筒体的制造筒体的制造 筒体的制造方式有两种：一种是用锻件筒节来加工而成，另一种则是用钢板卷制 而成。通常采用的是钢板卷制的筒体。 钢板卷制的筒体所成形得前板厚应在设计图纸上最小壁厚的基础上增加工艺减 薄量。工艺减薄量包括多次热处理时的烧损量、热成