畢業(yè)設計----流量位120th水-水浮頭式換熱器

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目: 流量位120t/h水-水浮頭式換熱器</p><p>　　院 系: 機械工程學院 </p><p>　　專 業(yè): 過程裝備與控制工程</p><p>　　班 級: 機械優(yōu)創(chuàng)0601 </p>&l

2、t;p>　　學生姓名: </p><p>　　指導教師: </p><p>　　論文提交日期：2010年 月 日</p><p>　　論文答辯日期：2010年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p>&l

3、t;p>　　浮頭式換熱器是一種廣泛應用于化工、石油、動力和原子能等工業(yè)部門的換熱設備，特別是在化工機械領域有著重要的意義。</p><p>　　本次設計主要研究浮頭式換熱器的換熱原理和結構設計，并且討論了浮頭式換熱器的特性，以及在給定條件下浮頭式換熱器的各種參數的設計和結構尺寸。浮頭式換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱時，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完全消除了溫差應力。它的一端管板

4、固定在殼體與管箱之間，另一端管板可以在殼體內自由移動，這個特點在現場能看出來。這種換熱器殼體和管束的熱膨脹是自由的，管束可以抽出，便于清洗管間和管內。浮頭式換熱器適用于殼體和管束溫差較大或殼程介質易結垢的條件。在傳熱計算工藝中，包括傳熱面積計算，傳熱量、傳熱系數的確定和換熱器內徑及換熱管型號的選擇，以及傳熱系數、壓降及壁溫的驗算等問題。在強度計算中主要討論的是筒體、管箱、封頭、管板厚度計算以及折流板、法蘭、墊片和接管、支座、分隔板等零部

5、件的設計，還要進行一些強度校核。本設計是按照GB151《管殼式換熱器》GB150《鋼制壓力容器》設計的。</p><p>　　隨著社會的進步和科技的發(fā)展，換熱器的設計技術也在不斷的更新，現有的科研成果為我的生活帶來了很大的方便。以后的前將必將更加美好。</p><p>　　關鍵詞：換熱器；結構設計；校核；浮頭</p><p><b>　　Abstract&

6、lt;/b></p><p>　　This design mainly discussed heat principles , and heat calculation and heat parameters ,the heat characteristic and heat calculation and heat parameters ,the structure and the size under

7、the given conditions.</p><p>　　In heat transfer processes calculations , including the calculation of heat transfer area ,the determination of heat coefficient ,and the choice of the tube type and the diamet

8、er of receiver. We also check the heat transfer coefficient ,the decreasion of press, and the wall temperature . In the calculation of intensity ,we mainly discussed the calculation of thickness of receive ,boxes ,and pa

9、nels ,as well as the choice of the flow panels flange ,spacer and receivership ,seating ,screens and oth</p><p>　　Keywords: </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘

10、 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　綜述4</b></p><p><b>　　設計說明書9</b></p><p><b>　　傳熱工藝計算9</b></p><p>　　1.1

11、介質原始數據9</p><p>　　1.2介質定性溫度及確定其物性數據9</p><p>　　1.3有效平均溫差計算10</p><p>　　1.4傳熱量及物料衡算10</p><p>　　1.5管程結構初步設計11</p><p>　　1.6殼程換熱系數計算11</p><p>　

12、　1.7傳熱系數計算12</p><p>　　1.8管壁溫度計算12</p><p>　　1.9管程壓降計算12</p><p>　　1.10殼程壓降計算13</p><p><b>　　結構設計13</b></p><p>　　2.1筒體壁厚計算13</p><p

13、>　　2.2管箱側封頭設計計算14</p><p>　　2.3浮頭側封頭設計計算15</p><p>　　2.4設備法蘭的選擇16</p><p>　　2.5浮頭換熱器管板的設計計算17</p><p>　　2.6浮頭設計計算19</p><p>　　2.7鉤圈的選擇：26</p>&l

14、t;p>　　2.8浮動管板的選擇：26</p><p>　　2.9折流板的選擇27</p><p>　　2.10管箱短節(jié)壁厚計算27</p><p>　　2.11防沖板的選擇28</p><p>　　2.12接管及開孔補強28</p><p>　　2.13支座的選擇29</p><

15、p><b>　　致謝32</b></p><p><b>　　參考文獻33</b></p><p><b>　　綜述</b></p><p>　　一 什么是換熱器和換熱器的應用</p><p>　　換熱器是一種實現物料之間熱量傳遞的節(jié)能設備，無論在日常生活還是工業(yè)領域

16、，換熱器的應用十分廣泛。據統(tǒng)計，在石油煉制、化工裝備中換熱器占設備總數的40%左右，占裝置總投資的30%~45%。近年來隨著節(jié)能技術的發(fā)展，換熱器的應用領域不斷擴大，利用換熱器進行高溫和低溫熱能回收已帶了顯著的經濟效益。</p><p>　　為滿足不同場合下的換熱要求，各種新型換熱器不斷涌現，但工業(yè)中用量最大的還是管殼式換熱器，這主要是由于其具有結構堅固、操作彈性大、可靠程度高、使用范圍廣、清洗方便等優(yōu)點，但該換

17、熱器在換熱效率、設備的體積和金屬材料的消耗量等方面不及其他新型的換熱設備。</p><p>　　二 管殼式換熱器的分類</p><p>　　管殼式換熱器是把換熱管與管板連接，再用殼體固定的一種換熱器。根據管板和殼體的連接方式，管殼式大致可將其分為：固定管板式、浮頭式、U型管式、填料函式等幾種。</p><p><b>　　固定管板式換熱器</b>

18、;</p><p>　　固定管板式換熱器兩端管板采用焊接方式與殼體連接。由于結構簡單、緊湊、制造成本低，能得到最小的殼體內徑，管程可分為多程，殼程也可分為雙程，規(guī)格范圍廣，故在工程中廣泛應用。該換熱器的缺點是殼程清洗困難，管殼程間有溫差應力存在，當熱冷流體溫差較大時，需在殼體設置膨脹節(jié)。固定管板式換熱器適用于介質清潔，不易結垢，以及溫差不大或溫差雖大但殼程壓力不高的場合。</p><p>

19、<b>　　浮頭式換熱器</b></p><p>　　浮頭式換熱器只有一端管板與殼體固定，而另一端的管板殼在殼體自由浮動。這種換熱器最大的優(yōu)點是解除了殼體與換熱管之間的相互約束，管束和殼體間不產生溫差應力，因而可適用于溫差較大的場合。浮頭端設計成可拆結構，使管束能容易地插入或抽出殼體，這樣為檢修、清洗提供方便。但是該換熱器結構復雜，而且浮頭端小蓋在操作時無法判斷泄露情況，因此在安裝時要特別注

20、意其密封。</p><p><b>　　U形管換熱器</b></p><p>　　換熱器是將換熱管彎曲成U型，換熱管的兩端固定在同一塊管板上。該換熱器由于殼體與換熱管相互之間不產生相互的約束，因此不會產生由于熱變形不同而產上的溫差應力。該換熱器由于只有一塊管板，且無浮頭，故結構簡單，造價低。由于管束可以從殼體內抽出，換熱管的外壁便于清洗，但換熱管內清洗困難，因此換熱管

21、內應走清潔且不易結垢的物料。該換熱器的缺點是由于管束中心存在空隙，液體易短路，影響傳熱效率。同時一旦換熱管出現問題，更換非常困難，只能采用堵死的方法，這將造成傳熱面積的損失。該換熱器由于結構簡單，特別適用于高溫高壓的場合。</p><p><b>　　填料函式換熱器</b></p><p>　　填料函式換熱器是又一種為消除管子與殼體間熱變形的不同而發(fā)展起來的固定管板式

22、換熱器，該換熱器適用于殼程壓力不高、介質腐蝕嚴重、 溫差大而經常需要更換管束的場合。從結構上說它具有浮頭式換熱器的優(yōu)點，又克服了固定管板式換熱器的缺點，結構簡單，制造方便，易于清洗。但由于填料的密封效果較差，因此該換熱器不適宜于操作壓力和溫度過高的場合，殼程內不適宜于走易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質。</p><p>　　三 換熱器設計方案的原則</p><p>　　1.滿足工藝和操作

23、的要求</p><p>　　設計出來的流程和設備首先要保證質量，操作穩(wěn)定，這就必須配置必要的閥門和計量儀表等，并自確定方案時，考慮到各種流體的流量，溫度和壓強變化使采取什么措施來調節(jié)，而在設備發(fā)生故障時，維修應方便。 2.滿足經濟上的要求 在確定某些操作指標和選定設備型式以及儀表配置時,要有經濟核算的觀點,既能滿足工藝和操作要求,又使施工簡便,材料來源容易,造價低廉。如果有廢熱可以利用,要盡量節(jié)省熱

24、能,充分利用,或者采取適當的措施達到降低成本的目的。 3.保證安全生產</p><p>　　在工藝流程和操作中若有爆炸、燃燒、中毒、燙傷等危險性,就要考慮必要的安全措施。又如設備的材料強度的演算,除按規(guī)定應有一定的安全系數外,還應考慮防止由于設備中壓力突然升高或者造成真空而需要裝置安全閥等。以上提到的都是為了保證安全生產所需要的。 設計方案也可能一次定不好,后來需要修改,但各物料流通路線和操作指標的

25、改動都對后面的計算有影響,所以最好第一次確立就考慮周到些.</p><p>　　四 換熱器管結垢及除垢</p><p>　　因為換熱器大多是以水為載熱體的換熱系統(tǒng)，由于某些鹽類在溫度升高時從水中結晶析出，附著于換熱管表面，形成水垢。在冷卻水中加入聚磷酸鹽類緩沖劑，當水的PH值較高時，也可導致水垢析出。初期形成的水垢比較松軟，但隨著垢層的生成，傳熱條件惡化，水垢中的結晶水逐漸失去，垢層即變硬

26、，并牢固地附著于換熱管表面上。 此外，如同水垢一樣，當換熱器的工作條件適合溶液析出晶體時，換熱管表面上即可積附由物料結晶形成的垢層；當流體所含的機械雜質有機物較多、而流體的流速又較小時，部分機械雜質或有機物也會在換熱器內沉積，形成疏松、多孔或膠狀污垢。換熱器管束除垢的方法主要有下列三種。 </p><p>　　1.手工或機械方法 </p><p>　　當管束有輕微堵塞和積垢時，借助于鏟削、

27、鋼絲刷等手工或機械方法來進行清理，并用壓縮空氣，高壓水和蒸汽等配合吹洗。當管子結垢比較嚴重或全部堵死時，可用管式沖水鉆（又稱為捅管機）進行清理。 2.沖洗法 </p><p>　　沖洗法有兩種。第一種是逆流沖洗，一般是在運動過程中，或短時間停車時采用，可以不拆開裝置，但在設備上要預先設置逆流副線，當結垢情況并不嚴重時采用此法較為有效。 第二種方法是高壓水槍沖洗法。對不同的換熱器采用不同的旋轉水槍頭，可以是剛

28、性的，也可以是撓性的，壓力從10MPa至200Mpa自由調節(jié)。利用高壓水除污垢，無論對管間、管內及殼體均適用。高壓水槍沖洗換熱器效果較好,應用廣泛。 </p><p><b>　　3.化學除垢 </b></p><p>　　換熱器管程結垢，主要是因為水質不好形成水垢及油垢的結焦沉淀和粘附兩種形式，用化學法除垢，首先應對結垢物質化驗分析，搞清結垢物性質，就可以決定采用哪

29、種溶劑清洗。一般對硫酸鹽和硅酸鹽水垢采用堿洗（純堿、燒堿、磷酸三鈉等），碳酸鹽水垢則用酸洗（鹽酸、硝酸、磷酸、氟氫酸等）。對油垢結焦可用氫氧化鈉、碳酸鈉、洗衣粉、液體洗滌劑、硅酸鈉和水按一定的配比配成清洗液進行清洗。采用化學清洗的辦法，現場需要重新配管，比較花費時間。</p><p>　　五 換熱器泄漏后如何進行試漏檢查？怎樣進行堵管？</p><p><b>　　1.試漏檢查

30、</b></p><p>　　為了查明管子的泄漏情況，首先要作水壓試驗，一般均采用在管子外側加壓力的外壓試驗。其方法是：把水通入殼體，保持一定時間，用目測檢查兩端管板處管子的泄漏情況，對漏管做出記錄。 </p><p><b>　　2.堵管</b></p><p>　　管子本身的泄漏一般情況下是無法修復的，假如泄漏管子的數量不多時，

31、可以用圓錐形的金屬堵頭將管口兩端堵塞，如管程壓力較高時，堵緊后再焊住更可靠。堵頭的長度一般為管內徑的2倍，小端直徑應等于0.85倍的內徑，錐度為1:10，堵頭材料的硬度應低于或等于管子的硬度。用堵管來消除泄漏時堵管數不得超過10%。</p><p>　　六 換熱器腐蝕的主要部位及腐蝕原因 </p><p>　　1.換熱器腐蝕的主要部位</p><p>　　換熱器腐蝕

32、的主要部位是換熱管、管子與管板連接處、管子與折流板交界處、殼體等。</p><p>　　2.腐蝕原因如下： </p><p>　　(1).換熱管腐蝕 </p><p>　　由于介質中污垢、水垢以及入口介質的渦流磨損易使管子產生腐蝕，特別是在管子入口端的40~50mm處的管端腐蝕，這主要是由于流體在死角處產生渦流擾動有關。</p><p>　　

33、(2).管子與管板、折流板連接處的腐蝕</p><p>　　換熱管與管板連接部位及管子與折流板交界處都有應力集中，容易在脹管部位出現裂紋，當管與管板存在間隙時，易產生Cl+的聚積及氧的濃差，從而容易在換熱管表面形成點坑或間隙腐蝕使它成為SCC的裂源。管子與折流板交界處的破裂，往往是由于管子長，折流板多，管子稍有彎曲，容易造成管壁與折流板處產生局部應力集中，加之間隙的存在，故其交界處成為應力腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)。<

34、/p><p><b>　　(3).殼體腐蝕 </b></p><p>　　由于殼體及附件的焊縫質量不好也易發(fā)生腐蝕，當殼體介質為電解質，殼體材料為碳鋼，管束與折流板為銅合金時，易產生電化學腐蝕，把殼體腐蝕穿孔。</p><p>　　參考文獻：《過程設備機械設計》 潘紅良，郝俊文主編 華東理工大學出版社出版</p><p>　

35、　《換熱設備的污垢與對策》楊善讓，徐志明主編 科學出版社</p><p><b>　　設計說明書</b></p><p>　　傳熱工藝計算 </p><p><b>　　1.1介質原始數據</b></p><p>　　出入

36、換熱器流體的溫度及流量如表1所示：</p><p>　　表1-1 介質的溫度及流量</p><p>　　1.2介質定性溫度及確定其物性數據</p><p>　　流體的平均溫度Tm和tm:</p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　℃</b><

37、/p><p>　　按介質的定性溫度，查有關設計手冊確定介質的物性數據。介質的定性溫度及物性數據見</p><p>　　表2-2 介質的定性溫度及物性數據</p><p><b>　　流體的普朗特數：</b></p><p><b>　　管程機油：</b></p><p><

38、b>　　殼程機油：</b></p><p>　　1.3有效平均溫差計算</p><p>　　逆流平均溫度差可按=85℃</p><p><b>　　參數S：</b></p><p><b>　　參數R：</b></p><p>　　換熱器按照單殼程兩管程設計

39、，查《化工工藝設計手冊》圖8-12(a)得</p><p>　　溫差修正系數：FT=0.83</p><p><b>　　有效平均溫差： ℃</b></p><p>　　1.4傳熱量及物料衡算</p><p>　　設計傳熱量(換熱效率為0.98)</p><p>　　水蒸氣流量由熱量衡算得<

40、;/p><p><b>　　故kg/h</b></p><p><b>　　管程換熱計算</b></p><p>　　參照《化工原理》6——8，初選傳熱系數K0=300W/m.℃</p><p><b>　　則初選傳熱面積m2</b></p><p>　　換

41、熱器選用.5不銹鋼的無縫鋼管做換熱器管，</p><p>　　管子外徑d0=0.025m</p><p><b>　　管子內徑di=</b></p><p>　　初選換熱管長度l=6m</p><p><b>　　所需換熱管根數</b></p><p>　　則取換熱管根數Nt

42、=630根</p><p>　　管程流通面積di2==0.0989m2</p><p><b>　　管程流速為：m/s</b></p><p><b>　　管程雷諾準數</b></p><p><b>　　管程傳熱膜系數：</b></p><p><

43、;b>　　w/m2.℃</b></p><p>　　1.5管程結構初步設計</p><p>　　布管方式：采用正三角形排列</p><p>　　查GB151---1999知管間距按1.25d取，所以管間距s=0.032m。分程隔板兩側相鄰管中心距Sn=0.044m。由于該換熱器用于蒸汽冷凝，為減少液膜在列管上的包角及液膜厚度，應偏轉一定角度<

44、/p><p><b>　　管束中心排管數：</b></p><p><b>　　取Nc=27</b></p><p><b>　　故殼體內徑：</b></p><p><b>　　取Di=1m</b></p><p>　　長徑比 設

45、計合理</p><p>　　弓形折流板弓高：h=0.2Di=0.2m</p><p><b>　　折流板間距：</b></p><p><b>　　折流板數量：</b></p><p>　　1.6殼程換熱系數計算</p><p><b>　　殼程流通面積</b

46、></p><p><b>　　殼程當量直徑</b></p><p><b>　　殼程流速</b></p><p><b>　　殼程質量流速</b></p><p><b>　　殼程雷諾準數</b></p><p><

47、b>　　殼程傳熱因子</b></p><p>　　管外壁溫度假定值℃，</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　1.7傳熱系數計算</b></p><p>　　查GB151---1999第138頁可知，</p><p>　　管程機

48、油垢熱阻r1=0.000344㎡.℃/w,</p><p>　　殼程機油污垢熱阻r2=0.000172㎡.℃/w,</p><p><b>　　管壁熱阻忽略。</b></p><p><b>　　故=341</b></p><p><b>　　合理</b></p>

49、<p><b>　　1.8管壁溫度計算</b></p><p>　　管壁外壁熱流密度計算w/㎡.℃</p><p><b>　　外壁溫度℃</b></p><p>　　誤差校核：23℃-20℃=3℃ 誤差不大，合適。</p><p><b>　　1.9管程壓降計算</

50、b></p><p><b>　　管內壁溫度℃</b></p><p><b>　　壁溫下水的黏度</b></p><p><b>　　黏度修正系數</b></p><p><b>　　查得管程摩擦系數</b></p><p>

51、;<b>　　管程數n=2</b></p><p><b>　　管內沿程壓降</b></p><p><b>　　回彎壓降</b></p><p><b>　　取進出口處質量流速</b></p><p><b>　　進出口管處壓降</b&g

52、t;</p><p>　　---管程壓降結垢校正系數，對于25×2鋼管可取=1.4</p><p><b>　　管程壓降</b></p><p>　　管程允許壓降=35000Pa</p><p><b>　　即管程壓降符合要求</b></p><p>　　1.10殼

53、程壓降計算</p><p>　　殼程當量直徑de=0.036m</p><p>　　殼程雷諾數Re1=150.2</p><p><b>　　殼程摩擦系數</b></p><p><b>　　管束壓降</b></p><p><b>　　取進出口質量流速</b

54、></p><p><b>　　進出口管壓</b></p><p><b>　　取導流板阻力系數，</b></p><p><b>　　殼程結構修正系數</b></p><p><b>　　殼程壓降</b></p><p>　

55、　殼程允許壓降=35000Pa</p><p><b>　　殼程壓降符合要求</b></p><p><b>　　結構設計</b></p><p><b>　　2.1筒體壁厚計算</b></p><p>　　換熱器的設計壓力按換熱器的最高工作壓力確定。即Pc=1.1P2。<

56、;/p><p>　　筒體材料根據GB150---1998《鋼制壓力容器》選用，材料為Q235-B。</p><p>　　根據《過程設備設計》（《化學工業(yè)出版社》第二版），查得負偏差C1=0.3mm，腐蝕余量C2=1mm。</p><p>　　筒體計算參數及材料力學性能見表4：</p><p>　　表2-1 筒體計算參數及材料力學性能</p

57、><p><b>　　1.筒體計算厚度：</b></p><p><b>　　2.設計厚度：</b></p><p><b>　　3.名義厚度：</b></p><p><b>　　4.有效厚度：</b></p><p>　　5.設計壓

58、力下筒體的計算應力：</p><p>　　校核 > 筒體合格，滿足要求</p><p>　　6.設計溫度下筒體的最大許用工作壓力：</p><p>　　對筒體進行液壓試驗，試驗壓力按計算,PT=3.1Mpa</p><p><b>　　筒體薄膜應力</b></p><p><b&g

59、t;　　校核：></b></p><p>　　水壓試驗較核合格，圓筒厚度滿足水壓試驗要求。</p><p>　　2.2管箱側封頭設計計算</p><p>　　管箱側封頭材料根據GB150---1998《鋼制壓力容器》選用，材料為16MnR。</p><p>　　根據《過程設備設計》（《化學工業(yè)出版社》第二版），查得負偏差C1

60、=0.6mm，腐蝕余量C2=1mm，設計壓力Pc=1.1P1=1.6Mpa。</p><p>　　管箱封頭計算參數及材料力學性能見表5，相關數據均查閱GB150---1998《鋼制壓力容器》。</p><p>　　表2-2 管箱側封頭計算參數及材料力學性能</p><p>　　1.選用標準橢圓形封頭，其計算厚度：</p><p><b

61、>　　2.設計厚度：</b></p><p>　　根據GB150---1998《鋼制壓力容器》，名義厚度圓整為</p><p><b>　　4.有效厚度：</b></p><p>　　5.設計壓力下筒體的計算應力：</p><p>　　校核 > 封頭合格，滿足要求</p><

62、;p>　　6.設計溫度下筒體的最大許用工作壓力：</p><p>　　因采用標準橢圓形封頭，故K=1</p><p>　　▲管箱側封頭尺寸：公稱直徑1000mm；總深度250mm；內表面積1.1625m2</p><p>　　;質量109.1kg；直邊高度40mm。</p><p>　　2.3浮頭側封頭設計計算</p>&

63、lt;p>　　浮頭側封頭材料根據GB150---1998《鋼制壓力容器》選用，材料為16MnR。</p><p>　　根據《過程設備設計》（《化學工業(yè)出版社》第二版），查得負偏差C1=0.6mm，腐蝕余量C2=1mm，設計壓力Pc=1.1P2=1.2Mpa。</p><p>　　浮頭側封頭計算參數及材料力學性能見表6，相關數據均查閱GB150---1998《鋼制壓力容器》。</

64、p><p>　　表2-3 浮頭側封頭計算參數及材料力學性能</p><p>　　1.選用標準橢圓形封頭，其計算厚度：</p><p><b>　　2.設計厚度：</b></p><p><b>　　3.名義厚度： </b></p><p>　　根據GB150---1998《鋼制

65、壓力容器》，名義厚度圓整為</p><p><b>　　4.有效厚度：</b></p><p>　　5.設計壓力下筒體的計算應力：</p><p>　　校核 > 封頭合格，滿足要求</p><p>　　6.設計溫度下筒體的最大許用工作壓力：</p><p>　　因采用標準橢圓形封頭，故K

66、=1</p><p><b>　　校核合格</b></p><p>　　▲管箱側封頭尺寸：公稱直徑1100mm；總深度275mm；直邊高度40mm；質量130.9kg內表面積1.398 m2。</p><p>　　2.4設備法蘭的選擇</p><p>　　選用JB/T 4700~4707-2000《壓力容器法蘭》中的法蘭

67、可免除GB150---1998中的有關計算。</p><p>　　2.4.1管箱側法蘭的選擇</p><p>　　按尺寸條件DN=1000mm，設計壓力1.76Mpa，質量193.9kg，由《壓力容器法蘭》選擇長頸對焊法蘭，相關參數見表7：單位（mm）</p><p>　　表2-4 管箱側法蘭參數</p><p>　　由《壓力容器法蘭》選擇

68、相關墊片：選用非金屬軟墊片</p><p>　　其相關尺寸為：D=1087mm，d=1037mm，=3mm。</p><p>　　2.4.2浮頭側法蘭的選擇</p><p>　　按尺寸條件DN=Di+100=800mm，設計壓力0.66Mpa，設計溫度170℃，由《壓力容器法蘭》選擇長頸對焊法蘭，相關參數見表8：單位（mm）</p><p>

69、　　表2-5 浮頭側法蘭參數</p><p>　　由《壓力容器法蘭》選擇相關墊片：選用非金屬軟墊片</p><p>　　其相關尺寸為：D=1155mm，；d=810mm；=3mm。</p><p>　　2.4.3接管法蘭的選擇</p><p>　　接管a、b選擇相同型號法蘭，設液體流速u1=1.5m/s，即。取d=200mm，設計壓力2.5

70、Mpa，選用板式平焊鋼制法蘭，尺寸參數見表9：單位（mm）</p><p>　　表2-6 a、b管法蘭參數</p><p>　　接管d，h選擇相同型號法蘭，設計壓力1.6Mpa，d=200，選用板式平焊鋼制法蘭，尺寸參數見表10：單位（mm）</p><p>　　表2-7 d，h管法蘭參數</p><p>　　接管e，f，m選擇相同型號法

71、蘭，取d=20mm，設計壓力0.6Mpa，</p><p>　　選用板式平焊鋼直尺法蘭，尺寸參數見表11：單位（mm）</p><p>　　表2-8 e，f，m管法蘭參數</p><p>　　接管g，c取d=50mm，設計壓力1Mpa，選用板式平焊法蘭，尺寸參數見表12：單位（mm）</p><p>　　表2-9 g，c管法蘭參數<

72、/p><p>　　2.5浮頭換熱器管板的設計計算</p><p><b>　　固定管板設計計算</b></p><p>　　根據換熱管外徑d0=25mm查管《殼式換熱器原理與設計》表5-6知管板最小厚度。</p><p>　　1.未被換熱管支撐的面積：</p><p>　　，其中Nc---隔板槽一側的

73、排管數，Nc =28</p><p>　　2.管板布管區(qū)面積：</p><p>　　3.管板開孔后的面積：</p><p>　　4.單根換熱管橫截面積：</p><p>　　5.管板布管區(qū)當量直徑：</p><p><b>　　6.系數</b></p><p>　　查GB1

74、50---1998表F5，設計溫度下?lián)Q熱管材料的彈性模量；設計溫度下管板材料的彈性模量；查表4-1，設計溫度下管板材料的許用應力=163MPa，查表4-3，設計溫度下?lián)Q熱管材料的許用應力=125Mpa；換熱管有效長度=5900。</p><p><b>　　7.管板模數：</b></p><p>　　8.管束無量綱剛度：，其中---管板剛度削弱系數，=0.4，故<

75、;/p><p>　　9.系數，其中---設計壓力下?lián)Q熱管材料屈服點，=125MPa</p><p><b>　　故</b></p><p>　　10.換熱管的回轉半徑：</p><p>　　根據GB151---1999圖32，換熱管失穩(wěn)當量長度，</p><p><b>　　故滿足要求。&l

76、t;/b></p><p>　　11.對于浮頭式換熱器，無量綱壓力：</p><p><b>　　12.系數</b></p><p>　　，，根據此系數查《管殼式換熱器原理與設計》圖5-19（a），5-20（a）得c=0.45，Gwe=4.8</p><p>　　13.管板計算厚度：，取名義厚度。</p>

77、;<p>　　14.換熱管軸向應力：</p><p><b>　　，強度滿足要求。</b></p><p>　　15.換熱管與管板拉脫力：</p><p>　　因此固定端管板滿足強度要求。</p><p><b>　　2.6浮頭設計計算</b></p><p>

78、　　根據GB151---1999《管殼式換熱器》選用鉤圈式浮頭，浮頭端蓋選用球冠形封頭，球面封頭內半徑Ri=800mm，結構形式參見GB150---1999《鋼制壓力容器》圖7-4。所需參數見表13.</p><p>　　表2-10 計算參數</p><p>　　浮頭法蘭和鉤圈的內直徑：</p><p>　　浮頭法蘭和鉤圈的外直徑：</p><

79、;p><b>　　外頭蓋內直徑：</b></p><p><b>　　浮動管板外直徑：</b></p><p>　　2.6.1管程壓力（內壓）作用下浮頭蓋的計算</p><p>　　取設計壓力，材料根據GB150---1998《鋼制壓力容器》選用Q235-C,材料許用應力為；焊接接頭系數。</p>&l

80、t;p><b>　　封頭計算厚度：</b></p><p><b>　　設計厚度：</b></p><p><b>　　名義厚度：</b></p><p>　　根據GB150---1998《鋼制壓力容器》，名義厚度圓整為</p><p><b>　　3.有效厚度

81、：</b></p><p>　　2.6.2殼程壓力（外壓）作用下浮頭蓋的計算</p><p>　　計算壓力選用Q235-C,材料許用應力為；焊接接頭系數。</p><p><b>　　封頭計算厚度：</b></p><p><b>　　設計厚度：</b></p><p

82、><b>　　名義厚度：</b></p><p><b>　　實取名義厚度圓整為</b></p><p><b>　　有效厚度：</b></p><p><b>　　系數，</b></p><p>　　由A查《GB-150》圖6-4得系數B=130。

83、</p><p><b>　　因此接近</b></p><p>　　比較殼程壓力作用和管程壓力作用下球冠的厚度取大者即球冠封頭的名義厚度，有效厚度。</p><p><b>　　5.校核：</b></p><p>　　設計厚度下封頭的計算應力</p><p><b>

84、;　　，滿足強度要求</b></p><p>　　設計溫度下封頭的最大需用工作壓力：</p><p>　　2.6.3管程壓力作用下浮頭法蘭的計算：</p><p>　　取設計壓力，選用Q235-C,材料</p><p>　　操作狀態(tài)下所需最小墊片壓緊力：</p><p>　　流體壓力引起的總軸向力：<

85、/p><p>　　預緊狀態(tài)下所需的最小螺栓載荷：</p><p>　　螺栓材料根據HG20592~20635-97表6.0.3-2選用35CrMoA，查GB150---1998《鋼制壓力容器》表4-7得常溫下螺栓許用應力，設計溫度下螺栓許用應力；螺栓直徑，螺栓數量n=36。</p><p>　　需要的螺栓總截面積：</p><p>　　實際使用的

86、螺栓總截面積：</p><p>　　封頭邊緣處球殼面切線與法蘭環(huán)的夾角：</p><p><b>　　螺栓設計載荷：</b></p><p><b>　　8</b></p><p>　　(1).作用于法蘭內徑截面上的流體壓力引起的軸向力：</p><p>　　螺栓中心至FD作

87、用位置處徑向距離：</p><p><b>　　力矩</b></p><p>　　(2).法蘭墊片壓力：</p><p>　　螺栓中心至FG作用位置處徑向距離</p><p><b>　　力矩：</b></p><p><b>　　(3). </b>&l

88、t;/p><p>　　螺栓中心至FT作用位置處徑向距離：</p><p><b>　　力矩：</b></p><p>　　(4).作用在法蘭環(huán)側封頭壓力載荷引起的徑向分力：</p><p>　　Fr對法蘭環(huán)截面形心得力臂：</p><p><b>　　力矩：</b></p&

89、gt;<p><b>　　總力矩：</b></p><p>　　法蘭預緊力矩：，其中FG=W.</p><p><b>　　法蘭的設計力矩：</b></p><p>　　查GB150---1998《鋼制壓力容器》表4-1，常溫下法蘭的許用應力，設計溫度下法蘭的許用應力。</p><p>

90、;<b>　　法蘭厚度：</b></p><p><b>　　操作狀態(tài)下</b></p><p><b>　　預緊狀態(tài)下</b></p><p>　　操作狀態(tài)下法蘭厚度：</p><p>　　預緊狀態(tài)下法蘭厚度：</p><p><b>　　因

91、此法蘭厚度</b></p><p>　　2.6.4殼程壓力作用下浮頭法蘭的計算：</p><p>　　取設計壓力，選用Q235-C,材料</p><p>　　1.操作狀態(tài)下所需最小墊片壓緊力：</p><p>　　2.流體壓力引起的總軸向力：</p><p>　　3.預緊狀態(tài)下所需的最小螺栓載荷：</

92、p><p>　　螺栓材料根據HG20592~20635-97表6.0.3-2選用35CrMoA，查GB150---1998《鋼制壓力容器》表4-7得常溫下螺栓許用應力，設計溫度下螺栓許用應力；螺栓直徑，螺栓數量n=36。</p><p>　　4.需要的螺栓總截面積：</p><p>　　5.實際使用的螺栓總截面積：</p><p>　　6.封頭邊

93、緣處球殼面切線與法蘭環(huán)的夾角：</p><p><b>　　7.螺栓設計載荷：</b></p><p><b>　　8</b></p><p>　　(1).作用于法蘭內徑截面上的流體壓力引起的軸向力：</p><p>　　螺栓中心至FD作用位置處徑向距離：</p><p>&

94、lt;b>　　力矩</b></p><p>　　(2).法蘭墊片壓力：</p><p>　　螺栓中心至FG作用位置處徑向距離：</p><p><b>　　力矩：</b></p><p><b>　　(3). </b></p><p>　　螺栓中心至FT作用

95、位置處徑向距離：</p><p><b>　　力矩：</b></p><p>　　(4).作用在法蘭環(huán)側封頭壓力載荷引起的徑向分力：</p><p>　　Fr對法蘭環(huán)截面形心得力臂：</p><p><b>　　力矩：</b></p><p><b>　　總力矩：&

96、lt;/b></p><p>　　9.法蘭預緊力矩：，其中FG=W.</p><p>　　10.法蘭的設計力矩：</p><p><b>　　法蘭厚度：</b></p><p><b>　　操作狀態(tài)下</b></p><p><b>　　預緊狀態(tài)下</b

97、></p><p>　　操作狀態(tài)下法蘭厚度：</p><p>　　預緊狀態(tài)下法蘭厚度：</p><p><b>　　因此法蘭厚度</b></p><p><b>　　2.7鉤圈的選擇：</b></p><p>　　根據GB101---1999《管殼式換熱器》圖52，選擇

98、B型鉤圈。鉤圈設計厚度，其中---浮動管板厚度。則實取鉤圈名義厚度。</p><p>　　2.8浮動管板的選擇：</p><p>　　浮頭法蘭墊片外徑Dg0=990mm</p><p>　　浮頭法蘭墊片內徑Dgi=964mm</p><p>　　墊片接觸密度N=（Dgo-Dgi）/2=13mm</p><p>　　墊片

99、基本密封寬度b0=N/2=6.5mm,墊片有效密封寬度</p><p><b>　　1.系數</b></p><p>　　，，根據此系數查《管殼式換熱器原理與設計》圖5-19（a），5-20（a）得c=0.45，Gwe=4.8</p><p>　　13.管板計算厚度：，取名義厚度。</p><p>　　14.換熱管軸向應

100、力：</p><p><b>　　，強度滿足要求。</b></p><p>　　15.換熱管與管板拉脫力：</p><p>　　因此浮頭端管板滿足強度要求。</p><p><b>　　2.9折流板的選擇</b></p><p>　　根據GB151---1999《管殼式換熱器

101、》圖37選擇單弓形折流板，。</p><p><b>　　折流板尺寸：</b></p><p>　　缺口弦高h值，一般取0.2~0.45倍圓筒內直徑，取h=0.2di=0.2m。由GB151---1999《管殼式換熱器》表42知，當換熱管外徑為25mm的鋼管時，換熱管的最大無支撐跨距為l=1850mm。</p><p><b>　　折

102、流板厚度：</b></p><p>　　由GB151---1999《管殼式換熱器》表34，當Di=1000mm，l=1850mm時，取折流板厚度。</p><p><b>　　折流板管孔：</b></p><p>　　由GB151---1999《管殼式換熱器》表36查得管孔直徑為25.8mm，允許偏差</p><

103、p><b>　　5折流板直徑：</b></p><p>　　由GB151---1999《管殼式換熱器》表41查得折流板名義外直徑為944mm，允許偏差</p><p>　　2.10管箱短節(jié)壁厚計算</p><p>　　注：符號意義及取值同筒體壁厚計算的符號及意義，短節(jié)材料選用Q235-C</p><p>　　2.1

104、0.1殼程短節(jié)：</p><p><b>　　1.設計壓力</b></p><p><b>　　2.計算厚度</b></p><p><b>　　3.設計厚度</b></p><p>　　4.名義厚度，有效名義厚度10mm;有效厚度8.7mm。</p><p

105、>　　2.10.2管程短節(jié)：</p><p><b>　　1.設計壓力</b></p><p><b>　　2.計算厚度</b></p><p><b>　　3.設計厚度</b></p><p>　　4.名義厚度，有效名義厚度10mm;有效厚度8.7mm。</p&g

106、t;<p>　　2.11防沖板的選擇</p><p>　　因殼程介質流速較大，應在殼程設置防沖板。</p><p>　　由GB151---1999《管殼式換熱器》查得防沖板外表面到圓筒內壁的距離，應不小于接管外徑的1/4，該設計中該距離定為105mm。</p><p>　　防沖板的直徑或邊長應大于接管外徑50mm，故該設計中為205mm。</p&

107、gt;<p>　　防沖板的最小厚度為6mm。</p><p>　　2.12接管及開孔補強</p><p>　　注：該計算僅適用于容器殼體開孔及其補強。</p><p><b>　　接管計算厚度：</b></p><p>　　接管名義厚度，有效厚度。</p><p>　　殼體開孔處的計

108、算厚度：</p><p>　　可以開孔處的有效厚度</p><p><b>　　開孔直徑：，系數</b></p><p><b>　　開孔所需補強面積：</b></p><p><b>　　有效寬度：</b></p><p><b>　　外側有

109、效高度：</b></p><p><b>　　內側有效高度：</b></p><p><b>　　封頭多余金屬面積：</b></p><p><b>　　=637.5mm2</b></p><p><b>　　接管多余金屬面積：</b><

110、/p><p><b>　　10.焊縫面積：</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　，因此殼體開孔不需另加補強。</p><p><b>　　2.13支座的選擇</b></p><p>　　根據JB/T 4712-92鞍式支座選擇

111、重型型焊制式鞍式支座。</p><p>　　當DN=700mm時所選鞍式支座的相關尺寸</p><p><b>　　表2-11</b></p><p><b>　　鞍座校核</b></p><p>　　筒體長L=5811mm， 設備總重量9908Kg， 鞍座中心線離封頭切線的距離H=1282mm

112、, 筒體內徑Di=1000mm。</p><p><b>　　相關系數計算如下：</b></p><p><b>　　支座反力</b></p><p>　　2.13.1軸向應力校核：</p><p>　　筒體在支座跨中截面處的彎矩：</p><p>　　筒體在支座截面處的

113、彎矩：</p><p>　　跨距中點處圓筒截面的軸向應力</p><p>　　最高點(壓縮應力)：</p><p>　　最低點(拉伸應力)：</p><p>　　系數A=0.0001 系數B=137</p><p>　　軸向許用壓縮應力為137MPa</p><p><b>　　比較驗

114、算合格.</b></p><p>　　2.13.2.切向切應力校核：</p><p>　　查《過程設備設計》表5-2得K3=1.171</p><p><b>　　，驗算合格</b></p><p>　　2.13.3周向應力校核：</p><p>　　查《過程設備設計》表5-3得K5=

115、0.760,K6=0.0528</p><p>　　支座截面上圓筒最低處：</p><p>　　支座截面上帶鞍座邊角處：</p><p><b>　　，驗算合格。</b></p><p>　　2.13.4鞍座腹板應力</p><p>　　系數K’=0.204</p><p>

116、;　　鞍座承受水平分力Fs=R’F=9204.3N</p><p>　　鞍座計算高度Hs’=200mm</p><p>　　鞍座有效斷面平均應力=5.353MPa</p><p><b>　　比較驗算合格</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　

117、本畢業(yè)設計在選題及研究過程中得到xx老師的悉心指導，xx老師多次詢問設計進程，加以修改，幫我開拓研究思路，使我在設計的速度與準確方面都有所提高。xx老師一絲不茍的作風，嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，不僅在畢業(yè)設計上有所幫助，而且對我以后工作以及做人有很大的幫助，在此表示由衷地感謝和崇高的敬意。還要感謝一同工作的***老師和zz老師，在整個畢業(yè)設計期間兢兢業(yè)業(yè)，耐心的教誨。</p><p>　　除此以外感謝在畢業(yè)

118、設計期間幫助過我的同學們，正因為在大家的鼓勵幫助，共同協(xié)作下，我的設計才能夠順利地完成。通過設計的全過程不僅知識方面有了進步，也加深了同學間的友誼。</p><p>　　最后，向在百忙中抽出時間對本文進行評審并提出寶貴意見的各位專家領導表示衷心地感謝！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1].GB151-199

119、9 《管殼式換熱器》。</p><p>　　[2].GB150-1998 《鋼制壓力容器》。</p><p>　　[3].HG 20592-20635-97《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》。</p><p>　　[4].JB/T 4712-92 《鞍式支座》.</p><p>　　[5].鄭熾 主編.化工工藝設計手冊（上冊）、（下冊）.上海:國家

120、醫(yī)藥管理局 上海醫(yī)藥設計院.</p><p>　　[6].《化工設備設計手冊》邊寫組.材料與零部件（上冊）.上海：人民出版社，1973.</p><p>　　[7].鄭津洋，董其伍，桑芝富 主編. 《過程設備設計》.北京：化學工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[8].鄒廣華，劉強編著. 《過程設備設計》.北京：化學工業(yè)出版社，2003.</p&g

121、t;<p>　　[9].JB/T 4700-4707-2000 《壓力容器法蘭》</p><p>　　[10]. 化工設備設計手冊編寫組,《金屬設備》.上海：上海人民出版社,1975；</p><p>　　[11]. 化工設備設計手冊編寫組,《材料與零部件》.上海：上海人民出版社,1975；</p><p>　　[12]. 王者相，李慶炎,《鋼制壓力容

122、器》GB150-98.北京：國家質量技術監(jiān)督局, 1998；</p><p>　　[13]. 《鋼制管法蘭，墊片，緊固件》.北京：中華人民共和國化學工業(yè)部,1997；</p><p>　　[14]. 《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》.北京：國家石油和化學工業(yè)局,1998；</p><p>　　[15]. 《鋼制化工容器設計強度計算規(guī)定》.北京：國家石油和化學工業(yè)局,19