化工原理课程设计-换热器设计和大型化工装置拆除运输方案

摘要本课题研究的目的主要是针对给定的固定管板式换热器设计要求，通过查阅资料、分析设计条件，以及换热器的传热计算、壁厚设计和强度校核等设计，基本确定固定管板式换热器的结构。通过分析固定管板式换热器的设计条件，确定设计步骤。对固定管板式换热器筒体、封头、管板等部件的材料选择、壁厚计算和强度校核。对固定管板式换热器前端管箱、后端管箱、传热管和管板等结构进行设计，对换热器进行开孔补强校核。绘制符合设计要求的固定管板式换热器的图纸，给出相关的技术要求；在固定管板换热器的结构设计过程中，要参考相关的标准进行设计，比如GB-150、GB151……，使设计能够符合相关标准。同时要是设计的结构满足生产的需要，达到安全生产的要求。通过设计过程达到熟悉了解换热器各部分结构特点及工作原理的目的。关键词：换热器；固定管板；设计；强度目录TOC\o"1-3"\u摘要 I1绪论 11.2固定管板换热器介绍 21.3本课题的研究目的和意义 31.4换热器的发展历史 42产品冷却器结构设计的总体计算 62.1产品冷却器设计条件 62.2前端管箱计算 82.2.1前端管箱筒体计算 82.2.2前端管箱封头计算 102.3后端管箱计算 112.3.1后端管箱筒体计算 112.3.2后端管箱封头计算 132.4壳程圆筒计算 133各部分强度校核 153.1开孔补强计算 153.2壳程圆筒校核 183.3管箱圆筒校核 194换热管及法兰的设计 204.1换热管设计 204.2管板设计 214.3管箱法兰设计 224.4壳体法兰设计 244.5各项系数计算 275产品冷却器制造过程简介 345.1总则 345.2零部件的制造 34结论 43参考文献: 44致谢 44山东科技大学学士学位论文1绪论1.1换热器的作用及分类在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺过程规定的指标，以满足工艺过程上的需要。此外，换热设备也是回收余热、废热特别是低位热能的有效装置。例如，烟道气、高炉炉气、需要冷却的化学反应工艺气等余热，通过余热锅炉可生产压力蒸汽，作为供热、供气、发电和动力的辅助能源，从而提高热能的总利用率，降低燃料消耗和电耗，提高工业生产经济效益。换热器还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一,应用甚为广泛。按换热设备热传递原理或换热方式分类，可分为以下几种主要形式。（1）直接接触式换热器这类换热器又称混合式换热器。这类换热器具有传热效率高、单位容积提供的传热面积大、设备结构简单、价格便宜等优点，但仅适用于工艺上允许两种流体混合的场合。（2）蓄热式换热器这类换热器又称为回热式换热器。蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜、单位体积传热面大，故较适用于气-气热交换的场合。如回转式空气预热器就是一种蓄热式换热器。、（3）间壁式换热器这类换热器又称表面式换热器。间壁式换热器式工业生产中应用较为广泛的换热器，其形式多种多样，如常见的管壳式换热器和板式换热器都属于间壁式换热器。（4）中间载热体式换热器这类换热器是把两个间壁式换热器由在其中循环的载热体连接起来的换热器。载热体在高温流体换热器和低温流体换热器之间循环，在高温流体换热器中吸收热量，在低温流体换热器中把热量释放给低温流体，如热管式换热器。按传热表面结构特点分类（1）管式:套管式、壳管式、蛇管式（2）板式（3）扩展表面式：板翅式、翅片管式及管带式（4）蓄热式按流程又可以分为单流程和多流程。1.2固定管板换热器介绍固定管板式换热器的两端管板采用焊接方法与壳体连接固定。换热管可为光管或低翅管。其结构简单，制造成本低，能得到较小的壳体内径，管程可分成多样，壳程也可用纵向隔板分成多程，规格范围广，故在工程中广泛应用。固定管板式换热器主要特点固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等部件构成。在圆形外壳内，装入平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两块管板与外管直接焊接，装有进口或出口管的顶盖用螺栓与外壳两端法兰相连。它的特点是结构简单，没有壳侧密封连接，相同的壳体内径排管最多，在有折流板的流动中旁路最小，管程可以分成任何管程数，因两个管板由管子互相支撑，故在各种管壳式换热器中它的管板最薄，造价最低，因而得到广泛应用。这种换热器的缺点是：壳程清洗困难，有温差应力存在。当冷热两种流体的平均温差较大，或壳体和传热管材料膨胀系数相差较大，热应力超过材料的许用应力时，在壳体上需设膨胀节，由于膨胀节强度的限制，壳程压力不能太高。这种换热器适用于两种介质温差不大，或温差较大但壳程压力不高，及壳程介质清洁，不易结垢的场合。1.3本课题的研究目的和意义换热器的基建投资在一般化工、石化企业中约占设备总投资的20%,其中固定管板式换热器约占换热器的70%。固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成。固定管板式换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。本课题所设计的冷却器属于固定管板换热器，是针对给定的设计参数，按照相关规定的要求，通过壁厚计算和强度校核等，设计固定管板式换热器产品。熟悉压力容器设计的基本要求，掌握固定管板式换热器的常规设计方法，把所学的知识应用到实际的工程设计中去，为以后的工作和学习打下扎实的基础。1.4换热器的发展历史二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。例如，化工厂和发电厂所用的凉水塔中，热水由上往下喷淋，而冷空气自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飞沫及水滴表面，热水和冷空气相互接触进行换热，热水被冷却，冷空气被加热，然后依靠两流体本身的密度差得以及时分离。蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)表面，从而进行热量交换的换热器，如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于空气分离装置中。间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。管式换热器以管子表面作为传热面，包括蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器等；板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等；其他型式换热器是为满足某些特殊要求而设计的换热器，如刮面式换热器、转盘式换热器和空气冷却器等。换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。顺流时，入口处两流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小。逆流时，沿传热表面两流体的温差分布较均匀。在冷、热流体的进出口温度一定的条件下，当两种流体都无相变时，以逆流的平均温差最大顺流最小。在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差增大，换热器的传热面积减小；若传热面积不变，采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费，后者可节省操作费，故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。当冷、热流体两者或其中一种有物相变化(沸腾或冷凝)时，由于相变时只放出或吸收汽化潜热，流体本身的温度并无变化，因此流体的进出口温度相等，这时两流体的温差就与流体的流向选择无关了。除顺流和逆流这两种流向外，还有错流和折流等流向。在传热过程中，降低间壁式换热器中的热阻，以提高传热系数是一个重要的问题。热阻主要来源于间壁两侧粘滞于传热面上的流体薄层(称为边界层)，和换热器使用中在壁两侧形成的污垢层，金属壁的热阻相对较小。增加流体的流速和扰动性，可减薄边界层，降低热阻提高给热系数。但增加流体流速会使能量消耗增加，故设计时应在减小热阻和降低能耗之间作合理的协调。为了降低污垢的热阻，可设法延缓污垢的形成，并定期清洗传热面。一般换热器都用金属材料制成，其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器；不锈钢除主要用于不同的耐腐蚀条件外，奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的材料；铜、铝及其合金多用于制造低温换热器；镍合金则用于高温条件下；非金属材料除制作.换热器等。2产品冷却器结构设计的总体计算2.1产品冷却器设计条件

图2-1冷却器见图1前端管箱封头2前端管箱筒体3管板4管箱法兰5壳体法兰6壳程筒体7换热管8壳程筒体开孔法兰9管箱筒体开孔法兰10后端管箱筒体11后端管箱封头产品冷却器属于固定管板换热器，是利用冷却水将热流体冷却的设备。卧式固定管板式换热器：封头管箱，公称直径500mm，管程设计压力4MPa，壳程设计压力4MPa，公称换热面积78.8㎡，Ⅰ级管束为碳素钢较高冷拔换热管，换热管外径19mm,管长4.5m，两管程，两壳程。压力容器类别为二类容器；管、壳程介质均为烃；介质特性：轻毒、易燃、易爆、易挥发；左管箱需要做焊后热处理，右管箱不需要做焊后热处理；进行100%无损检测；管子与管板连接形式：强度焊+贴胀；壳程工作压力2.21MPa，管程工作压力2.31MPa（冬季）/2.26MPa（夏季）。进/出口工作温度：壳程55.5/40℃（冬季），55.5/40.4℃（夏季）；管程-14.1/7.4℃（冬季），28.2/45℃（夏季）。设计温度：壳程120/-45℃；管程120/-45℃。金属壁温：壳程47.75℃（冬季），47.95℃（夏季）；管程28℃（冬季），44℃（夏季）。最小设计金属温度：壳程-45℃＠4.00MPa，管程-45℃＠4.00MPa。腐蚀裕量：壳程1.5mm，管程1.5mm。焊接接头系数：壳程1.0，管程1.0。水压试验压力：壳程5.0MPa，管程5.0MPa。管板切割率：32.5%根据上述已知条件设计出符合要求的换热器，以满足生产需要。2.2前端管箱计算2.2.1前端管箱筒体计算图2-2-1前端管箱筒体选用材料：20R（20号压力容器用钢材，这种钢材一方面在国家规范上满足要求，一方面有害元素较少，综合性能好些。设计温度下许用应力：132.6Mpa（参见过程设备设计399页表D1钢板许用应力）常温下许用应力：133MPa（参见过程设备设计399页表D1钢板许用应力）常温下屈服点：245MPa（参见过程设备设计399页表D1钢板许用应力）平均温度下弹性模量：191650MPa平均温度下线胀系数：1111001/制定板材负偏差为零（设定值）=式2.1计算厚度：7.66mm（见式2.1）有效厚度：e=n-C1-C2=8.50mm名义厚度：n=10.00mm重量：m=62.88密度为7850Kg/m³压力试验：液压试验PT=1.25P式2.2试验压力值：5.0000Mpa（见式2.2）压力试验允许通过的应力水平：T0.90s=220.50MpaT=式2.3试验压力下圆筒的应力：149.56Mpa（见式2.3）校核条件：TT校核结果：合格压力及应力计算：[Pw]=式2.4最大允许工作压力：4.43304Mpa（见式2.4）t=式2.5设计温度下计算应力：119.65Mpa（见式2.5）t=132.6Mpa校核条件：t≥t结论：合格2.2.2前端管箱封头计算图2-2-2前端管箱封头封头材料类型：板材选用材料：20R封头形式：标准椭圆封头选形状系数为K=1封头曲面高度h：125mm封头直边高度c：25mm试验温度许用应力：133Mpa设计温度许用应力：132.6MpaK=式2.6形状系数：1.0000（见式2.6）=式2.7计算厚度：7.60mm（见式2.7）最小厚度：min=0.75mm名义厚度：n=10.00mm结论：满足最小厚度要求重量：24.74=Kg[Pw]=式2.8最大允许工作压力：=4.47040Mpa（见式2.8）结论：合格2.3后端管箱计算2.3.1后端管箱筒体计算图2-3-1后端管箱筒体选用材料：20R设计温度下许用应力：132.6MPa常温下许用应力：133MPaMPa常温下屈服点：245平均温度下弹性模量：191650MPa平均温度下线胀系数：1111001/指定板材负偏差为零计算厚度：=7.66mm（见式2.1）有效厚度：e=n-C1-C2=8.50mm名义厚度：n=10.00mm重量：m=62.88密度为7850Kg/m³压力试验：液压试验试验压力值：PT=5.0000Mpa（见式2.2）压力试验允许通过的应力水平：T0.90s=220.50Mpa试验压力下圆筒的应力：T=149.56Mpa（见式2.3）校核条件：TT校核结果：合格压力及应力计算：最大允许工作压力：[Pw]4.43304Mpa（见式2.4）设计温度下计算应力：t=119.65Mpa（见式2.5）t=132.6Mpa校核条件：t≥t结论：合格2.3.2后端管箱封头计算图2-3-2后端管箱封头封头材料类型：板材选用材料：20R封头形式：椭圆封头选形状系数为K=1封头曲面高度h：125mm封头直边高度：25mm试验温度许用应力：133Mpa设计温度许用应力：132.6Mpa形状系数：K=1.0000（见式2.6）计算厚度：=7.60mm（见式2.7）最小厚度：min=0.75mm名义厚度：n=10.00mm结论：满足最小厚度要求重量：24.74=Kg最大允许工作压力：[Pw]=4.47040Mpa（见式2.8）结论：合格2.4壳程圆筒计算图2-3壳程管筒材料类型：板材材料：20R筒体内径：500mm筒体长度：4400mm腐蚀裕量：1.5mm筒体名义厚度：10mm纵向焊缝焊接接系数：1环向焊缝焊接接头系数：1指定板材负偏差为零计算厚度：=7.66mm（见式2.1）有效厚度：e=n-C1-C2=8.50mm名义厚度：n=10.00mm重量：553.39Kg压力试验类型：液压试验试验压力值：PT=5.0000Mpa（见式2.2）压力试验允许通过的应力水平：T0.90s=220.50Mpa压力试验下圆筒的应力：T=149.56Mpa（见式2.3）校核条件：TT校核结果：合格压力及应力计算最大允许工作压力：[Pw]=4.43304Mpa（见式2.4）设计温度下计算应力：t=119.65Mpa（见式2.5）t=132.6Mpa校核条件：t≥t结论：筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度6.50mm,合格3各部分强度校核图3-1设备上的开孔及接管3.1开孔补强计算对筒体上接管为φ89×10的开孔进行补强补强设计方法：单孔补强开孔处壳体材料类型：板材壳体材料：20R壳体材料在设计温度下的许用应力：132.6Mpa接管腐蚀裕量：1.5mm接管实际外伸高度：150mm接管实际内伸高度：150mm接管材料：管材接管材料：20（GB8163）接管材料在设计温度下的许用应力：130Mpa接管材料在常温下的许用应力：130Mpa接管焊接接头系数：1补强结构：无补强结构接管和壳体连接结构形式：插入式接管焊缝金属截面积：32mm开孔直径d：74.5mm补强区有效宽度B：149mm接管材料强度削弱系数fr：0.98接管有效外伸长度h1:27.29.mm接管有效内伸长度h2：27.29mm开孔削弱所需的补强面积A：572.6mm壳体多余金属面积A1：62.57mm接管多余金属面积A2：638mm补强区内的焊接面积A3:32mmA1+A2+A3=732.6mm2，大于A，不需另加补强。结论:补强满足要求,不需另加补强。对筒体上接管为φ32×8的开孔进行补强补强设计方法：单孔补强开孔处壳体材料类型：板材壳体材料：20R壳体材料在设计温度下的许用应力：132.6Mpa接管腐蚀裕量：1.5mm接管实际外伸高度：150mm接管实际内伸高度：150mm接管材料：管材接管材料：20（GB8163）接管材料在设计温度下的许用应力：130Mpa接管材料在常温下的许用应力：130Mpa接管焊接接头系数：1补强结构：无补强结构接管和壳体连接结构形式：插入式接管焊缝金属截面积：32mm开孔直径d：21mm补强区有效宽度B：57mm接管材料强度削弱系数fr：0.98接管有效外伸长度h1:12.96mm接管有效内伸长度h2：12.96mm开孔削弱所需的补强面积A：162.4mm壳体多余金属面积A1：30.17mm接管多余金属面积A2：235.1mm补强区内的焊接面积A3:32mmA1+A2+A3=297.3mm²，大于A，不需另加补强。结论:补强满足要求,不需另加补强。对前端管箱筒体上接管为φ159×15的开孔进行补强补强设计方法：单孔补强开孔处壳体材料类型：板材壳体材料：20R壳体材料在设计温度下的许用应力：132.6Mpa接管腐蚀裕量：1.5mm接管实际外伸高度：150mm接管实际内伸高度：150mm接管材料：管材接管材料：16Mn（热轧）接管材料在设计温度下的许用应力：163Mpa接管材料在常温下的许用应力：163Mpa接管焊接接头系数：1补强结构：无补强结构接管和壳体连接结构形式：插入式接管焊缝金属截面积：32mm开孔直径d：135.8mm补强区有效宽度B：271.5mm接管材料强度削弱系数fr：1接管有效外伸长度h1:45.12mm接管有效内伸长度h2：45.12mm开孔削弱所需的补强面积A：1039mm壳体多余金属面积A1：114.4mm接管多余金属面积A2：1818mm补强区内的焊接面积A3:32mmA1+A2+A3=1965mm2大于A，不需另加补强。结论:补强满足要求,不需另加补强。对后端管箱筒体上接管为φ25×8的开孔进行补强补强设计方法：单孔补强开孔处壳体材料类型：板材壳体材料：20R壳体材料在设计温度下的许用应力：132.6Mpa接管腐蚀裕量：1.5mm接管实际外伸高度：150mm接管实际内伸高度：150mm接管材料：管材接管材料：20（GB8163）接管材料在设计温度下的许用应力：130Mpa接管材料在常温下的许用应力：130Mpa接管焊接接头系数：1补强结构：无补强结构接管和壳体连接结构形式：插入式接管焊缝金属截面积：32mm开孔直径d：14mm补强区有效宽度B：50mm接管材料强度削弱系数fr：0.98接管有效外伸长度h1:10.58mm接管有效内伸长度h2：10.58mm开孔削弱所需的补强面积A：108.8mm壳体多余金属面积A1：30.17mm接管多余金属面积A2：194.2mm补强区内的焊接面积A3:32mmA1+A2+A3=256.4mm2，大于A，不需另加补强。结论:补强满足要求,不需另加补强。3.2壳程圆筒校核图3-2壳程圆筒平均金属温度ts：48C装配温度ts：15平均金属温度下弹性模量Es：191600平均金属温度下热膨胀系数s：111100A=0.25Di2式3.1壳程圆筒内直径横截面积：196300mm2（见式3.1）As=s(Di+s)式3.2壳程圆筒金属界面积：135800mm2（见式3.2）3.3管箱圆筒校核设计压力：4Mpa设计温度：120材料名称：20R设计温度下弹性模量：192000Mpa管箱圆筒名义厚度（管箱为高径法兰取法兰颈部大小端平均值）：16mm管箱圆筒有效厚度：8.5mm管箱法兰设计温度下弹性模量：201800Mpa4换热管及法兰的设计4.1换热管设计图4-1换热管及其布局换热管与管板连接形式强度焊+贴胀换热管排列方式：三角形排列管间距：25mm换热管长度：4500mm换热管受压失稳当量长度：332mm换热管根数：248换热管外径：19mm换热管壁厚：2换热管材料：20（GB8163）换热管材料在设计温度下的许用应力：130Mpa换热管材料在设计温度下的屈服点：216Mpa换热管材料在设计温度下的弹性模量：190200Mpa换热管材料在平均温度下的弹性模量：191837.5Mpa换热管材料在平均温度下线胀系数：110000管子有效长度（两管板内侧间距）：4400mm管束模数：=2329Mpa式4.1管子回转半径：6.052mm（见式4.1）管子受压失稳当量长度：332mm系数Cr==131.8比值=54.86()[]=式4.2管子稳定许用压应力：85.53Mpa（见式4.2）4.2管板设计管板与壳体、管箱的连接方式：e型图4-2管板与壳体、管箱连接方式隔板槽面积：7766mm壳程侧结构开槽深度：6mm管程侧分程隔板槽深度：6mm管板名义厚度：50mm介质性质：清毒、易燃、易爆、易挥发壳程侧管板腐蚀裕量：1.5mm管程侧管板腐蚀裕量：1.5mm管板材料类型：板材管板材料：16Mn（热轧）管板材料在设计温度下的许用应力：157Mpa管板材料在设计温度下的弹性模量：201800管箱法兰设计材料在设计温度下弹性模量：201800材料名称： 16MnR(热轧)设计温度： 120 设计温度下许用应力： 157 MPa设计温度下弹性模量： 201800 MPa管板腐蚀裕量C2： 3 mm管板输入厚度n： 50 mm管板计算厚度： 38 mm隔板槽面积(包括拉杆和假管区面积)Ad ：7766 mm2管板强度削弱系数： 0.4 管板刚度削弱系数： 0.4 式4.3管子加强系数K： 3.251 （见式4.3）管板和管子连接型式： 焊接 管板和管子胀接(焊接)高度：l3 mm焊接许用拉脱应力[q]： 65 MPa4.3管箱法兰设计图4-3-1管箱法兰一图4-3-2管箱法兰二法兰为标准法兰：JB/T47022000法兰材料类型：板材法兰材料：16MnR（热轧）法兰材料在设计温度下的许用应力：151.8Mpa法兰材料在常温下的许用应力：153Mpa法兰外径：660mm法兰内径：500mm法兰有效厚度：68锥颈高度：10颈部大端有效厚度：26mm颈部小端有效厚度：16mm剪切面高度：78mm图4-3-3密封面及螺栓布局螺栓及垫片的结构参数：螺栓圆直径：615mm密封面形式：平面垫片与密封面接触内径：530mm垫片与密封面接触外径：645mm垫片材料：石棉橡胶板（厚度1.5mm）垫片比压力：25.5Mpa垫片系数：2.75螺栓个数：24螺栓公称直径：24mm螺栓根径：20.7mm螺栓材料：40MnB螺栓材料在常温下的许用应力：212Mpa螺栓材料在设计温度下的许用应力：186.6Mpa材料名称 16MnR(热轧)管箱法兰厚度：68 mm法兰外径 ：660 mm式4.4法兰宽度：80 mm（见式4.4）比值：0.017 比值：0.136 系数(按h/Di,f”/Di,查<<GB151-1999>>图25)： 0.00 系数”(按h/Di,f”/Di,查<<GB151-1999>>图26)： 0.002827 式4.5旋转刚度：138.6MPa（见式4.5）4.4壳体法兰设计图4-4-1壳体法兰一图4-4-2壳体法兰二法兰为标准法兰：JB/T47022000法兰材料类型：板材法兰材料：16MnR（热轧）法兰材料在设计温度下的许用应力：151.8Mpa法兰材料在常温下的许用应力：153Mpa法兰外径：660mm法兰内径：500mm法兰有效厚度：68锥颈高度：10颈部大端有效厚度：26mm颈部小端有效厚度：16mm剪切面高度：78mm图4-4-3密封面及螺栓布局螺栓及垫片的结构参数：螺栓圆直径：615mm密封面形式：平面垫片与密封面接触内径：530mm垫片与密封面接触外径：645mm垫片材料：石棉橡胶板（厚度1.5mm）垫片比压力：25.5Mpa垫片系数：2.75螺栓个数：24螺栓公称直径：24mm螺栓根径：20.7mm螺栓材料：40MnB螺栓材料在常温下的许用应力：212Mpa螺栓材料在设计温度下的许用应力：186.6Mpa材料名称： 16MnR(热轧)壳体法兰厚度： 50 mm法兰外径： 660 mm法兰宽度：80 mm（见式4.4）比值 ：0.017 比值 ：0.1 系数,按h/Di,f”/Di,查<<GB151-1999>>图25： 0.00 系数,按h/Di,f”/Di,查<<GB151-1999>>图26： 0.002027 旋转刚度：69.49MPa（见式4.5）4.5各项系数计算管板第一弯矩系数(按,查<<GB151-1999>>图27)：0.363 式4.6系数：4.764（见式4.6） 系数(按查<<GB151－98>>图29)：1.883式4.7换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比：1.968（见式4.7） 管板第二弯矩系数(按K,Q或查<<GB151-1999>>图28(a)或(b))：2.70式4.8系数（带膨胀节时代替Q）：0.0145（见式4.8） 系数(按K,Q或Qex查图30)：0.02487式4.9法兰力矩折减系数：0.4851（见式4.9） 管板边缘力矩变化系数：1.014 法兰力矩变化系数：0.5082 管板开孔后面积A-0.25nd2：125500mm2管板布管区面积(三角形布管)=142100mm2管板布管区当量直径：426.8mm系数：0.639 系数：0.2128 系数：3.187 系数(带膨胀节时代替Q)：4.505 管板布管区当量直径与壳体内径之比：0.8536 管板周边不布管区无量纲宽度k=K：0.4758 仅有壳程压力Ps作用下的危险组合工况(Pt=0)不计温差应力计温差应力换热管与壳程圆筒热膨胀变形差=(t-t)-(t-t)0.0-0.0001685当量压力组合4MPa4Mpa有效压力组合12.755.868MPa基本法兰力矩系数00管板边缘力矩系数0.014690.01469管板边缘剪力系数0.070.07管板总弯矩系数0.51620.5162系数仅用于时0.19060.1906系数当时,按K和m查图31(a)实线当时,按K和m查图31（b）0.29410.2941系数>0,=,<0,=0.28950.2895管板径向应力系数带膨胀节Q为Q=0.020110.02011管板布管区周边处径向应力系数=0.033090.03309管板布管区周边处剪切应力系数=0.069460.06946壳体法兰力矩系数-0.007368-0.007368表4-5-1计算值许用值计算值许用值管板径向应力70.911.5235.532.64MPa3471管板布管区周边处径向应力32.111.5235.514.78MPa3471管板布管区周边剪切应力15.890.578.57.314MPa1.5235.5壳体法兰应力-33.681.5235.5-15.5MPa3471换热管轴向应力-8.34613085.536.302MPa339085.53壳程圆筒轴向应力32.73132.615.07MPa397.8换热管与管板连接拉脱应力q=4.978[q]653.759MPa3[q]焊接[q]胀接195不计温差应力计温差应力换热管与壳程圆筒热膨胀变形差=(t-t)-(t-t)0.0-0.0001685当量压力组合-4.851MPa-4.851MPa有效压力组合-18.02MPa-24.9MPa操作情况下法兰力矩系数-0-0管板边缘力矩系数-0-0管板边缘剪力系数-0-0管板总弯矩系数0.3630.363系数仅用于时0.1340.134系数当时,按K和m查图31（a）实线当时,按K和m查31（b)0.31970.3197系数>0,=;<0,=0.31590.3159管板径向应力系数带膨胀节Q为Q=0.02050.0205管板布管区周边处径向应力系数=0.021740.02174管板布管区周边处剪切应力系数=0.064920.06492壳体法兰力矩系数-0.0145-0.0145表4-5-2计算值许用值计算值许用值管板径向应力102.2MPa1.5235.5141.2MPa3471管板布管区周边处径向应力-1.834MPa1.5235.5-2.535MPa3471管板布管区周边剪切应力-20.99MPa0.578.5-29MPa1.5235.5壳体法兰应力93.66MPa1.5235.5129.4MPa3471换热管轴向应力18.59MPa13085.5334.4MPa339085.53程圆筒轴向应力14.61MPa132.6-1.903397.8换热管与管板连接拉脱应力q=11.09MPa[q]6520.52MPa3[q]焊接[q]胀接195计算结果管板名义厚度50mm表4-5-3管板通过校核5产品冷却器制造过程简介5.1总则依据《GB150-98钢制压力容器》和《GB151-1999管壳式换热器》等标准规定了用于一、二类压力容器中换热器制造的工艺要求，并遵守《压力容器安全技术监察规程》的规定进行制造。5.2零部件的制造1.壳体（1）库房备有材质证明书、检验合格的δ＝10mm，16MnR钢板，要求材料表面不得有裂纹、结疤、夹渣、分层等缺陷；核对材料标记，实测钢板厚度。（2）按实测封头外圆周长计算展开尺寸，按排板要求划线，库管员作好材料标记移植，检验员检查确认后，按线下料。筒体理论下料尺寸为：5000mm。（3）按工艺规程要求滚卷钢板，筒体A类焊缝组对错边量b≤1.2mm，棱角度E≤2.5。筒体纵缝延长部位点固试板、引熄弧板，定位焊长度20～50mm，间距150～200mm。（4）按焊接工艺要求加工坡口，坡口两侧30mm范围内清理污物，然后按焊接工艺施焊；填写施焊记录；检验员检查外观质量。（5）按探伤工艺对纵焊缝进行20%RT检测，按JB/T4730.2~4730.3-2005标准Ⅲ级合格。（6）筒体校圆，要求最大最小直径差e≤7mm，棱角度E≤3m。（7）焊接试板进行机械性能试验，拉伸1件，弯曲4件，冲击6件[8]。（8）按筒体布板图要求组对各筒节，定位焊要求同4；筒体B类环缝组对错边量b≤2.2mm，棱角度E≤3.2mm；筒体直线度≤H/1000即≤0.012mm。（9）按探伤工艺对B类环焊缝进行20%RT检测，按JB/T4730.2~4730.3标准Ⅲ级合格。2.换热管（1）库房备有材质证明书、检验合格的φ25mm，L=6000mm钢管，要求材料表面不得裂纹、结疤、分层等缺陷；核对材料规格和尺，实测钢管厚度。（2）对管子总数的5%且不少于2根作拉力、硬度、弯曲、扩口压扁等抽样检验(或按图样要求，作其中一项或几项检验)。其结果应符合有关相应的标准要求。（3）根据图样或工艺长度要求，在砂轮切割机上定尺切割下料。（4）换热管直线度不大于1.5/1000，管换热管切口端面不应有毛刺其端面与中心线、垂直度△f不大于0.5mm。（5）换热管管端外表面应除锈。管端除锈长度应不小于管径，且不小于25mm。3.管板（见图5-1）图5-1管板（1）库房备有材质证明书、检验合格的δ＝50mm，16MnII钢板，要求材料表面无可见缺陷；经超声波检测无分层缺陷；核对材料标记，实测钢板厚度。（2）按图纸尺寸φ1030mm及排板要求划线，内外径预留4.5~5.0mm机加余量；库管员作好材料标记移植，检验员检查确认后，按线下料。（3）管板毛坯气割下料时，厚度方向的倾斜量应小于5°。毛坯气割后禁止水激冷却。（4）凹凸密封面凹面和凸面的外径，榫槽密封面榫面和槽面的外径公差按GB/T1801的规定，孔为H12，轴为h12。（5）螺柱孔中心圆直径和相邻两螺栓孔弦长的极限偏差为±0.6mm[9]，任意两螺柱孔弦长极限偏差按表5-2的规定：表5-2公称直径Dg＜600600-1200＞1200极限偏差±1.0±1.5±2.0（6）以上规定外的加工面未注公差尺寸的公差等级按GB/T1804中m级的规定。（7）管板钻孔时，尽量采用钻模孔。管板孔两端按图样要求倒角，去掉管板孔周围毛刺。（8）管板孔直径及允许偏差按表3-4规定。钻孔后应抽查不小于6°管板中心角区域内的管孔，在这一区域允许4%的管孔上偏差比表2.7中的数值大0.15毫米。表5-3换热管外径1416192532384557管孔直径14.2516.2519.2525.2532.3538.4045.4057.55允许偏差（9）钻孔后应抽查不小于60°管板中心角区域内的孔桥宽度，其值的合格率应不小于96%，最小孔桥宽度Bmin的数量应控制在4%以内，超过上述合格率时，则应全管板检查。（10）管孔表面粗糙度Ra值不大于25um,管孔表面不得有影响胀接密性的缺陷，如贯通的纵向或螺旋状刻痕等。（11）隔板槽密封应与环形密封槽齐平，或略低于环形密封面(控制在0.5mm以内)。4.折流板、支持板（见图5-2）图5-2折流板（1）折流板、支持板下料时，除应留有车削加工外圆的余量外，还需将一组管束的折流板完全压实对齐，在边缘，相互点固成整体。用对应的管板作钻模钻出折流板的中心位置锥坑孔，拿掉管板，按图纸要求加工所需的折流板孔。（2）在折流板对应的数个管孔分别穿入尺寸相近的螺栓，再用螺母拧紧后，方可车削外圆，其直径及允许偏差见表5-4，外圆表面粗糙度Ra值不大于25um，外圆面两侧尖角需倒钝。表5-4注：①用DN≤426mm无缝钢管做圆筒时，折流板名义外径为无缝钢管实际内径减2mm。②对传热影响不大时，允许偏差可比上表中偏差值大一倍。③换热器采用内导流结构时，支持板与圆筒内径的间隙应比表中值小。（3）折流板、支持板加工按Q/J.J04.03.63规定，加工后按要求打标记。（4）外圆车削后，各流板须依图样要求依次对应剪切(或刨削)成弓形,并去除折流板上的所有毛刺。5.组装管束在专用的组装胎具上安装，将各个折流板以各个间距L=450mm固定结实,依次穿入定距管，拉杆。拉杆装入后，用螺栓适当固定。然后组装管板和换热管，在组装时要注意以下几点：（1）穿管前应将换热管及管板孔清理干净，管孔不得有油污和锈蚀；（2）要保证管板与管束轴线垂直；（3）保证折流板组装方向有钻孔方向一致，且管孔同心；（4）严格按图纸要求控制管束的尺寸和折流板的方向。6.管板与管束的连接（1）根据实际情况和经验的总结，本方案采用强度焊+贴胀，即先焊后胀。焊前管板坡口容易清洗干净，焊接时管子与管板间隙处的空气可以从正、反两侧排除，对于防止焊缝产生气孔及保证焊接接头的质量十分有益。同时，后胀可以使胀口胀后的残余应力不会松驰，避免了因焊接高温的影响而发生松驰。（2）管与管板的接头形式和坡口换热管与管板连接部位的换热管与管表面，应清理干净，不应留有影响焊接连接质量的毛刺、铁屑、锈斑、油污等,接头形式及结构如图5-3。（a）上管板与管子的连接（b）下管板与管子的连接图5-3管板与管子连接（3）焊接工艺①焊接方法：常用并推荐的为钨极气体保护焊（GTAW）,用手工焊和机械焊均可,管与管板焊道应至少二道或二道以上。②焊接位置：采用立向上焊接。③焊接材料：牌号J427,规格φ4④接头形式：按设计要求的有效焊缝厚度应不小于1的管壁厚度即大于等于0.8mm。为此按上述要求，管板不需要倒角。因管壁较薄，焊后无法保留管端，换热管伸出管板长度为3mm。⑤焊接参数：见表5-6表5-6层数电流（A）电压（V）焊接速度（cm/min）190~11011~135~82100~12011~135~8（4）焊接连接时，焊渣及凸出于换热管内壁的焊瘤均须清除。焊缝缺陷的返修，应清除缺陷后焊补。（5）胀接时应注意以下几点:①胀接施工前，应通过计算胀接压力进行试胀，试胀的试样不少于5个，测试胀接接头的拉脱力q，贴胀应达到1Mpa，强度胀接应达到4Mpa，胀接时可通过适当增加胀接压力，使其达到规定的拉脱强度。②管板孔的表面粗糙度Ra值不得大于25um，且不得有油污、铁屑、毛刺及贯通的纵向或螺纹状刻痕等缺陷。③换热管两端的外圆表面应打磨光洁呈金属光泽，其表面粗糙度Ra值为：碳钢管不大于6.3um，不锈钢管不大于1.6um，其长度不小于管板厚度的2倍；打磨后的表面不得有影响胀接连接的棱角和不圆度。④根据胀接要求，选择适当的胀管器。⑤清洗胀管器各零件，胀珠与胀杆工作表面无沟纹、撞伤等缺陷，且粗糙度Ra值不大于0.8um，胀珠、胀杆的弯曲度均应小于0.1毫米。⑥胀接连接时，其胀接长度，不得伸出管板背面(壳程侧)，换热管的胀接部份与非胀接部分应圆滑过渡，不得有急剧的棱角。⑦为防止胀接中出现胀接接头的脆裂，胀接时的环境温度不得低于-10℃。7.管箱（1）管箱按GB151的规定和图样要求进行热处理，详见Q/J.J04.03.33规定。（2）管箱、法兰及隔板密封面加工应在组焊后或热处理后进行。（3）法兰一次加工留量：a)当法兰外径≤800f=3mmb)当法兰外径≥800f=4mm（4）管箱隔板按样板号料，隔板端面（密封面处）留10～15mm加工量，隔板组焊前应校平，其平面度1/1000,且不大于1.5mm,隔板的密封面处应按图3.4削边至10mm。图3.4隔板密封面（5）隔板相对于管箱中心线的偏差不大于1mm，它与法兰连接的焊缝应保证焊透，密封面处应齐平，不得凹下和有气孔。（6）管箱法兰密封面加工至成品，并同时加工隔板密封面A尺寸（A≈50mm）。结论毕业论文是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的换热器结构设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种设备的选用标准，各种部件的作用，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流更使我从经济的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求，举个简单的例子：换热器结构设计如果选择不当就将造成上万元的直接经济损失，这些本是我工作后才会意识到的问题，通过这次毕业设计让我提前了解了这些知识，这是很珍贵的。参考文献:[1]郑津洋，董其伍，桑芝富过程设备设计化学工业出版社2006.7[2]邹广华等编著过程装备制造与检测冶金版[3]国家质量技术监督局管壳式换热器GB151-19991999.2[4]承压设备无损检测JB/T4730.1~4730.6-2005[5]余建祖主编换热器原理与设计 北京航空出版社2006.1[6]梁泉水.预应力换热器的分析与实验研究广州:华南理工大学,2007[7]冷纪桐,吕洪,章姚辉等.某固定管板式换热器的温度场与热应力分析.北京化工大学学报,2004,31[8]徐会武,黄长山,吴晋英,薛冕板式换热器的清洗清洗世界第26卷第1期9.致谢感谢我的导师胡效东教授，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

感谢我的胡老师，这片论文的每个实验细节和每个数据，都离不开你的细心指导。而你开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很快的融入我的课题。

感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。四年了，仿佛就在昨天。四年里，我们没有红过脸，没有吵过嘴，没有发生上大学前所担心的任何不开心的事情。只是今后大家就难得再聚在一起吃每年元旦那顿饭了吧，没关系，各奔前程，大家珍重。我们在一起的日子，我会记一辈子的。

感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！

大型化工装置拆除运输方案一、工程概况二、运输路线三、运输时间安排四、运输车组车辆配置五、车组操作程序六、公路运输安全措施七、运输安全保证措施工程概况：拆除，我公司负责运输吊钩下接货，走公路至大庆市油田现场车面交货。货物基本信息如表：序号设备名称外形尺寸（cm）重量（t）数量（台）预计装车时间1炼油设备各种2023.09，152炼油设备2023.10未完工二、运输路线：1.运输起止地：四、运输车组车辆配置序号1运输车组车辆配置1号车组参数表1厂牌陕汽产地中国型号F2000驱动形式6×4发动机功率440匹马力最大扭矩2200Nm/1000-1500rpm轮胎1200R20桥荷（吨）前8后32自重（吨）10外形尺寸7.36米×2.5米×3.3米牵引重（吨）200配备数量1台低平板参数表2轴线数2纵11轴轴载（吨）25轮胎数88单胎载荷3.125自重（吨）50载重量（吨）250外形尺寸长17米，宽3.4米，高1.07米数量1部车组参数表3车货总重车组总长车组总宽车组运行高度25米序号2运输车组车辆配置2号车组参数表1厂牌东风产地中国型号DFL4251A2驱动形式6×4发动机功率380匹马力最大扭矩1800Nm/1000-1500rpm轮胎1200R20桥荷（吨）前8后32自重（吨）8外形尺寸7.36米×2.5米×3.3米牵引重（吨）80配备数量1台低平板参数表2轴线数3桥轴载（吨）17轮胎数12单胎载荷4.25自重（吨）16载重量（吨）80外形尺寸长12米，宽3.2米，高0.7米数量1部车组参