固定管板式换热器管箱设计

....成绩成绩银川能源学院课程设计说明书题目：120m2

固定管板式换热器管箱的工艺设计学 号:院（系）:专 业:班 级::2015610目录前言 3一、设计任务书 4设计题目 4设计原始参数 4设计内容 4二、封头成型的主要步骤及工序 5三、材料的预处理 5净化处理 5喷砂发操作规程： 5矫形 5火焰矫正 6四、下料 64.1换热器封头的壁厚计算 6五、设备选用及模具设计 7计算冲压力 7模具设计 7六、封头的成型及其方法 96.1封头冲压 96.3旋压成型 10七．焊接 10焊接接头的分类 10焊接方法的分类 11焊接坡口的种类 12八、检测 13检测方式 13荧光检测的介绍及其原理 13九．小.........................................................................................................................................13参考文献 13前言换热设备在炼油、石油化工以及在其他工业中使用广泛，它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等各个方面。其中，管壳式换热器虽然在换热效率、设备的体积和金属材料的消耗量等方面不如其他新型的换热设备，但它具有结构坚固、弹性大、可靠程度高、使用范围广等优点，所以在各工程中仍得到普遍使用。管壳式换热器的结构设计，是为了保证换热器的质量和运行寿命，必须考虑很多因素，如材料、压力、温度、壁温差、结垢情况、流体性质以及检修与清理等等来选择某一种合适的结构形式。（得到适合工况下最合理最有效也最经济的便于生产制造的换热器等等。步的了解。一、设计任务书设计题目：固定管板式换热器的的工艺设计设计原始参数（1）表1管程管程壳程工作介质氨水过热蒸汽工作温度180—200℃375℃工作压力1.3MPa2.5MPa换热面积：120m2 换热器材料：Q235R 设计寿命年封头公称直径：封头壁厚：6.7mm 采用标准椭圆形封头a2b封头直边段高度：封头曲面高度：直径：L设计内容成形后热处理及其检测等；工艺设计小结；绘制设备结构简图以及焊缝结构详图图纸）及编写课程设计说明书二、封头成型的主要步骤及工序随着石油化工设备的大型化发展，对大型封头的需要量也相应增多，这给冲压成型带来了困难。此外，大型封头有多属单件，模具成本高，故且对于大型封头采用旋压成型较为优越。当然旋压成型制造小型封头也有特色。净化→钢板的划线→切割→旋压→封头端面加工（切余量，切坡口。三、材料的预处理处理可大大提高清理工作的效率，减轻清理工作的劳动强度和对环境的污染。净化处理a喷砂法：是目前国内常用的一种机械净化方法，主要用于钢材和设备大表面的净化处理。可除锈、氧化皮等，效率较高，但粉尘大对人体有害，应在封闭的喷砂室内进行。b制方便。c化学净化法：金属表面的化学净化处理主要是对材料表面进行除锈，除污物和氧面经化学处理（氧化、磷化和钝化）附着力。由于以上各种处理方法综合考虑使用喷砂法对Q245R进行表面净化处理。喷砂发操作规程：1、工作前必须穿戴好防护用品，不准赤裸膀臂工作。工作时不得少于两人。2、储气罐、压力表、安全阀要定期校验。储气罐每两周排放一次灰尘，沙罐里的过滤器每月检查一次。3、检查通风管及喷砂机门是否密封。工作前五分钟，须开动通风除尘设备，通风除尘设备失效时，禁止喷砂机工作。4、压缩空气阀要缓慢打开，气压不准超过0.8MPa。5、喷砂粒度应与工作要求相适应，一般在十至二十号之间适用，砂子应保持干燥。6、喷砂机工作时，禁止无关人员靠近。清扫和调整运转部位时，应停机进行。7、不准用压缩空气吹身上灰尘或开玩笑。8、工作完后，通风除尘设备应继续运转五分钟再关闭，以排出室内灰尘，保持场地清洁。9、发生人身、设备事故，应保护现场，并报告有关部门。矫形原理矫正就是使钢板或工件在外力的作用下产生与原来变形相反的塑性变形，已消除弯曲、扭曲、皱折、表面不平等变形，从而获得正确形状的过程。矫形原因个工序称为钢材变形的矫正。矫形方法辊式矫板机矫正、斜辊矫管机矫正、型钢矫正机矫正。由于以上几种矫正方法的特点，综合选用火焰矫正。火焰矫正在轴类零件弯曲的最高点区域内，用氧乙炔焰进行点热，由于加热点受热膨胀，使轴的弯曲程度增大，但立即浇水冷却，工件骤冷收缩，使轴两端上挠，而且上挠量超过加热时增加的弯曲度，超过部分就是矫正量。校正方法：角变形的校正，在角变形板上面（对准焊缝外）纵向线状加热（加热温度控制在650度以下ab正或中温校正法。波浪变形校正，波浪变形首先要找出凸起的波峰，用圆点加热法配合手锤校正。加热圆点的直径一般为50～90mm600～700750火焰校正注意事项1、烤火位置不得在最大应力截面附近；2、校正处烤火面积在一个截面上不得过大，要多选几个截面；3、宜用点状加热方式，以改善加热区的应力状态；4、加热温度最好不超过700度。四、下料4.1换热器封头的壁厚计算由于椭圆形封头属于不可展的零件，但生产中冲压加工或旋压加工是毛坯料展开后的图形都为圆形，所以只需要求出展开后的半径或直径即可0 故采用经验法进行计算 D KD 20 D---为包括了加工余量的展开直径；0K---为经验系数D ---封头中性层处直径mh---封头的直边高6-20，由椭圆封头ab2K1.19D 1.19D 2h0 m封头的公称直径Dg

D 800mm6.7mmg中性层直径Dm

D 8006.7806.7mmg根据《化工设备课程设计指导》表3-3查得标准椭圆形封头工称直径是800时总深度为225mm又公式Di2计算得直边高度h=25mm2(Hh)展开直径D 1.19D 2h1009.973mm0 m划线完成后，为保证加工尺寸精度及防止下料尺寸模糊不清等，在切割线、刨边线、开孔中心及装配线等处均匀打上冲眼，用油漆标明标号、产品工号和材料标记移植等，以指导切割，成型，组焊等后续工序的进行。五、设备选用及模具设计计算冲压力计算冲压力时影响因素较多，且冲压过程是变化的较复杂，目前计算冲压力常用下面公PCK(D0

D tw bC——压边力影响系数，无压边力C=1，有压边力C=1.2；K——封头形状影响系数，椭圆封头K=1.25-1.35；D——封头外径，mm0D——w采用压边圈是毛坯料只能在压边圈与下模之间滑动，可以防止折皱的产生，而且在有压边圈产生的摩擦力作用下，增加了经向拉应力，也有利于防止封头鼓包的尝试。因此，确定在什么条件下需要采用压边圈是关系到封头质量好坏的重要因素。采用压边圈的条件主要决定与Do，Dn，与δ的关系条件如下公式D D ～0 nDo：毛坯直径，1009.973mm；Dn：封头内径，800mm；δ：钢板厚度，6.7mmDo—Dn=1009.973-800=209.973≥134故取C=1，椭圆封头取K=1.3PCK(D0

Dtw

冲压力11.38006.75201510t3封头的冲压成型通常是在50～8000t水压机或油压机上进行，此处选择2000t的水压机。模具设计上模（冲头）其结构及主要设计参数Dsm

根据封头内径和热冲压的收缩率或冷冲压的回弹率计算，主材为Q245R取0.7％DsmDn8000.007794.4 ～上模曲面部分高度H h2000.007198.6～sm n上模直边高度H h H H Hsm sm 1 2 3h 封头直边高度，25mmH 15-40mm,H1=20mm1H 40-80mmH2=50mm2H 40-100mmH3=50mm3所以H h H H H 25205050145mmsm sm 1 2 3上模上部分直径Dsm上模壁厚

D Dsm

(2～797.4～当水压机吨位小于等于400t时，δ=30～40mm当水压机吨位大于等于1500t时，δ=70～80mm，取δ=75mm上下模间隙a,附加值热冲压时z=（0.1～0.2）δ=（0.1～0.2）×6.7=5-10mm椭圆封头取较大值Z=10mm。Dxm

a=δ+z=6.7+10=16.7mmD D 2axm sm mm---下模制造公差，取δm=2mmD =（794.4～805.6）+2×16.7+2=（829.8～841）mmxm下模圆角半径r根据经验选取，不采用压边圈时，r=(4～6)δ=5×6.7=33.5mm下模直边高度h1下模总高度

h=（40～70）mmh1

=50mm下模外径

h=（100-250）mm，取h=200mmH =D +（200～400）mm=（1229.8～1241）mm1 xm下模座外径D应大于毛坯直径DH=h（60-10=25+70=95mm下口内径D2应比与之配套的最大壁厚封头的下模内径Dxm大（5-10）mm压边圈其主要尺寸为；内径Dn’=Dxm+(50~80)mm外径Dw’=D下模座外径mm;厚度δ’=70~120mm六、封头的成型及其方法封头的成形方法主要有：冲压成形、旋压成形、爆炸成形图16.16.1封头冲压。表2封头冷热冲压与相对厚度的关系冲压状态冲压状态冷冲压热冲压碳素钢，低合金钢δ/Do×100≤0.5δ/Do×100≥0.5合金钢，不锈钢δ/Do×100≤0.7δ/Do×100≥0.7δ/Do×100=6.7/1009.973×100=0.7≥0.7故用热冲压。冲压前，把板坯加热至始锻温度放在压力机上冲压，到终锻温度时停止冲压毛坯热冲压的加热温度的选择。封头冲压时，板坯塑性变形很大，且为厚壁高压封头，故用冲压加工常用的润滑剂润滑剂选取石墨粉水2000t水压机上整体冲压成形，关键条件是有封头冲压及其应力分析、典型缺陷分析处于压边圈下部分的毛坯边缘部分，由于封头的下压力使其经受径向拉伸应力，并向中心流动，坯料外直径减小；边缘金属沿切向收缩，产生切向压缩应力，会使毛坯边缘丧失稳定而产生褶皱；常用压边圈将边缘压紧，则在板厚方向又产生压应力，即材料承受三向应力状态。处于下模圆角部分的材料，除受到径向拉伸应力和切向压缩应力外，还受到弯曲而产生弯曲应力。考虑到该板相对厚度较大，固没有采用压边圈。在冲头与下模空隙的部分金属材料，仍受径向拉伸应力和切向压缩应力，而板厚方向不受力，处于自由状态；封头底部的金属材料，径向和切向都受到拉应力，有较小的伸长，所以壁厚略有减薄。封头冲压时常出现的缺陷有拉薄、褶皱和鼓包等，其影响因素很多，简要分析如下：伸减薄最多。褶皱冲压时板坯周围的压缩量最大，其值为 式中Dp——封头中径。封头越深，毛坯直径越大，周围缩短量也越大，周向缩短产生两个结果，一个是工件周边区的厚度和径向长度均有所增加，另一个也会造成褶皱。角太大等。采取措施：板坯加热均匀；选定合适的下模圆角半径；降低模具（包括压边圈）表面的粗糙程度；合理润滑以及在大批量冲压封头时应适当冷却模具。超声波检测，冲压成型后的封旋压成型特点:1）适合制造尺寸大，壁薄的大型封头。旋压机比水压机轻巧，制造相同尺寸的封头，比水压机轻约2.5倍。旋压模具比冲压模具简单，尺寸小，成本低。工艺制备更换时间短，占冲压加工的左右，适合于单件小批生产。封头成型质量好，不易产生减薄和折皱。压鼓机配有自动操作系统，翻边机的自动化程度也很高，操作条件好。七．焊接焊接接头的分类焊接，也称作熔接、镕接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。所有拼焊接头以及嵌入式接管与壳体对接连接的接头，均属A类焊接接头。接头，均属B类焊接接头，但已规定为A类的焊接接头除外。圆筒的搭接接头，均属C类焊接接头。接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头，均属DAB类的焊接接头除外。e）非受压元件吊耳、支座垫板与压力容器连接的焊缝，均属E类焊接接头。图2焊接方法的分类焊接方法的分类很多，按照焊接过程中金属所处状态的不同，可以把焊接方法分为熔化焊、压力焊和钎焊三类。每类又分为各种不同的焊接方法。至于金属热切割、喷涂、碳弧气刨等均是跟焊接方法相近的金属加工方法，通常也属于焊接专业的技术范围。焊接方法的分类很多，按照焊接过程中金属所处状态的不同，可以把焊接方法分为熔化焊、压力焊和钎焊三类。每类又分为各种不同的焊接方法。至于金属热切割、喷涂、碳弧气刨等均是跟焊接方法相近的金属加工方法，通常也属于焊接专业的技术范围。（a）熔化焊焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法称为熔焊。常用的熔焊方法有电弧焊、气焊、电渣焊等。(b压力焊（加热或不加热，以完成焊接的方法称为压焊。常用的压焊方法有电阻焊（对焊、点焊、缝焊、摩擦焊、旋转电弧焊、超声波焊（c）钎焊焊接过程中，采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法称为钎焊。常用的钎焊方法有火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、盐浴钎焊和真空钎焊等。7.2.1手工电弧焊有以下特点：构的焊接。特别是对不规则的焊缝，短焊颖，仰焊缝，高空和位置狭窄的焊缝，均能灵活运用，操作自如。焊接质量好。因电弧温度高，焊接速度较快，热影响区小，焊接接头的机械性能较为理想。另外，由于焊条和电焊机的不断改进，在常用的低碳钢和低合金钢的焊接结构中，焊缝的机械性能能够有效地控制，达到与母材等强的要求。对于焊缝缺陷，在一定范围内可以通过提高焊工水平、改进工艺措施得到克服。在着焊接残余应力和变形，外形复杂的焊缝、长焊缝和大工件上的焊缝，共残余应力和变形问题更为突出。采用手工电弧焊，可以通过工艺调整，如跳焊、逆向分段焊、对称焊等方法，来减少变形和改善应力分布。用可靠，维护方便。不象埋弧焊、电渣焊设备那样复杂。由于手工操作，生产效率低，焊工的劳动强度也比较大。（6）手工电弧焊的焊接质量，与焊工的技能有关，培训焊工技能的难度较大，也由于手工操作的随意性比较大，使焊接质量不稳定，这是手工电弧焊的最大缺点。所以采用手工电弧焊，它的优点突出在焊接前对工件需要焊接处进行的加工，可以气割，也可以切削而成，一般为斜面，有时也为曲面。！比如两块厚10mm