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F400固定管板式换热器设计二维+论文

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F400固定管板式换热器设计（二维+论文）,F400固定管板式换热器设计二维+论文

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2017届毕业设计说明书 F340固定管板式柴油冷却器设计 院 、 部： 机械工程学院 学生姓名： 黎超 指导教师： 邓生明 职称 副教授 专 业：机械设计制造及其自动化班 级： 机设1301班 完成时间： 2017年5月 摘 要本设计为F340固定管板式柴油冷却器设计，组成部分分别是：管体、壳体以及管子等零件。它的组成结构十分质密，有 很多 排管，在相同直径情况下面积较大制造较简单。此课题设计用的是单壳程双管程。在使用时管程压力是1.25MPa，温度能够达到180，将柴油当做介质使用。而使用时壳程时候压力是1.05MPa,温度是80，用原油当做介质。单壳程双管程的固定管板式换热器，在工艺方面，有着制造简单、结构紧凑，成本低的特点，同时选材和维护方便。本此设计的是F340固定管板式柴油冷却器，用于柴油冷却。在本次设计过程中严格按照相关换热器的手册进行设计和计算。选取合适的换热器的材料，结构尺寸，各零件的强度、刚度和稳定性等因素；结构设计合理、经济，同时满足生产和日常维护等。在本次设计过程中，完成一篇不少于12000字的设计说明书，设计中说明换热设备的分类、用途、发展趋势以及对各部分结构的制造工艺过程等，同时要求不少于3张零号图纸的结构设计图、装配图和零件图的总图量。关键词：壳程；管程；结构设计；冷却器；强度ABSTRACTThe design for the F340 fixed tube plate diesel cooler design, the components are: pipe, shell and pipe and other parts. Its composition is very dense structure, there are a lot of tube, in the same diameter case larger manufacturing easier. This topic is designed with a single shell double tube. In the use of the pipeline pressure is 1.25MPa, the temperature can reach 180 , the diesel as a medium to use. While the use of shell when the pressure is 1.05MPa, the temperature is 80 , with crude oil as a medium. Single-tube double-pipe fixed tube plate heat exchanger, in the process, has a simple manufacturing, compact structure, low cost characteristics, while the selection and maintenance convenience.This design is a F340 fixed tube plate diesel cooler for diesel cooling. In this design process in strict accordance with the relevant heat exchanger manual design and calculation. Select the appropriate heat exchanger material, structural size, the strength of each part, stiffness and stability and other factors; structural design is reasonable, economical, while meeting the production and daily maintenance.In this design process, the completion of a not less than 12,000 words of the design manual, the design of the heat transfer equipment, classification, use, development trends and the structure of the various parts of the manufacturing process, while requiring no less than three The total figure of the structural drawings, assembly drawings and part drawings of the zero gauge drawings.Key words: shell; pipe; structural design; cooler; strength 目录摘 要21 综述11.1 引言11.2 管壳式换热器11.3 国内外换热器概况21.3.1 国内外研究现状21.3.2 换热器研究进程21.4 设计的任务和方案31.4.1 设计的任务31.4.2 设计的方案32 F340固定管板式柴油冷却器基本结构42.1固定管板式换热器的工艺条件42.2换热器各部件选择42.2.1换热管尺寸42.2.2管程数N52.2.3换热管根数选择52.2.4壳程直径的计算52.3管口的设计52.3.1接管外伸长度52.3.3接管与筒体、管箱壳体的连接62.3.3排气、 排液管62.4接管最小位置62.4.1 壳程接管位置的最小尺寸62.4.2管箱接管位置最小尺寸72.5管板82.5.1管板结构82.5.2管板最小厚度82.5.3管板尺寸82.6管箱82.6.1隔板和管箱的选择82.6.2管箱材料的选择92.7换热管92.7.1 换热管的规格和尺寸偏差92.7.2换热管的排列型式102.7.3换热管的中心距102.8壳体与管板的连接结构102.9管板与管箱的连接113 结构设计123.1换热管设计123.2筒体设计123.2.1筒体内径的确定123.2.2筒体壁厚的确定133.3封头的设计133.4管箱的选择143.5容器法兰的选择143.6折流板的选择153.6.1折流板的主要几何参数153.7防冲板和、拉杆和定距管的选择153.7.1防冲板形式153.7.1防冲板安装163.7.3拉杆的结构和尺寸163.7.4定距管尺寸173.8防短路结构173.9鞍座的选择174 固定管板式柴油冷却器的强度压力计算和校核194.1管板部分194.3.1对于管板兼做法兰的计算194.3.2管板实际厚度的计算204.2法兰的计算214.5管子与管板连接拉脱力的校核234.5.1换热管轴向应力234.5.2换热管与管板连接拉脱力234.6开孔补强的计算244.6.1壳体开孔补强244.7压力试验244.7.1管程圆筒245 零部件的加工工艺255.1管板的加工255.1折流板的加工256 固定管板式柴油冷却器的制造、安装、使用和维修266.1结构尺寸和加工266.1.1.圆筒266.1.2管箱266.1.3管板266.1.4 管孔加工266.1.5 管束的组装276.2安装、使用、清洗和维护276.2.1 安装276.2.2 清洗276.2.3 维护27参考文献28致 谢291 综述1.1 引言冷却器发展历程将接近百余年，到现在都被普遍应用在石油生产、化工厂 、电力、船舶、空调制冷、供热、食品、制药等领域。但是到了1980年，生产制造技术、材料的科学技术不断进步以及导热理论研究的持续更新让人们越来越关注冷却器的节能设计以及应用。依照用法来分：有预热器（或加热器）、冷却器、冷凝器等。如果按照制造换热器的制作原材料分类：金属、陶瓷的、塑料的、玻的等。鉴于温度情况来划分：热流流量以及在特定热交换领域内的温度不随时间而变化的稳定型换热器；和导热面上的热流量和温度都会伴随时间变化而变化的不稳定型热交换器。根据冷流体与热流体的滚动方向来分：倒流式、正流式、乱流式、混流式。根据传导热量的途径来分类：隔壁式、混合式、储热式等三大类。在这当中隔壁式冷却器的冷、热两种流体被固制壁板分开，并使用间壁进行热量传输更换的冷却器，所以又被称为表面式冷却器，它的使用范围最广。1.2 管壳式换热器 在与化工相关的行业中，管壳式换热器有非常长久的历史。如在化工，石油，制冷，核能等行业，管壳式换热器就作为一个标准的换热设备。现在，在世界能源危机下，在工业生产换热器越来越热的需求，换热器也有着更高的质量要求。像需要裂解，合成和聚合等主要在高温和高压的现代的化学过程，并且在有腐蚀情况下，散热是有点困难的。作为管壳式换热器有着其他没有的优点，如轻质材料选择多样性，容易清洁传热表面，实用范围广，有着较强的处理能力，耐高温高压等。现在在发达国家的工业热回收率可以高达95% ,其中冷却设施在石油制厂中大约占到所有工艺设备投入的36 %45 %。当中壳式冷却器还是占一定的优势, 大约72 %。剩下32 %是各种高能紧凑式冷却器、新热管和储热器等设施, 当中板式、翅式、热管式和许多高效导热元件发展非常快。随着现代科技的不断创新，使用换热器也变得越来越多样化。他们可以在不同的介质，温度，压力等外界因素下得到应用。按照分类可分为：固定管板式、浮头式、U形管式等。1.3 国内外换热器概况1.3.1 国内外研究现状如今换热器技术得到了飞速的发展。开发了各种新的、高效的换热器，保护了环境，在全球能源慢慢衰竭和温室效应的全球性影响下，换热器、空冷式换热器和高温、高压换热器有着很大的发展。政府，研究机构在使用地热能，太阳能，核能，余热利用，风能和能源上加大了投资和各种优惠政策的支持，换热器技术得到了快速发展。 1.3.2 换热器研究进程 （1）管程结构的发展结构的发展可以分为两个方向：一个是传热面形状，另外一个是管内加内插物。传热面积的形状是通过改变换热管的外部形状，如螺旋槽纹管、波纹管、螺旋扁管和变形翅片管。管内加插入物的是螺旋片、螺旋线和和纽带等。 （2） 壳程结构的发展 板式换热器一般都采用弓形隔板支撑，有着阻力大、死角多的结构缺点 。华南理工大学研发了空心环支撑的换热器结构，具有强化管程 和额增加传热的作用。 （3）分析设计的研究 分析设计是一门现代发展的新科学，有限元应用软件技术通过分析设计可以得到流体流场的流动图，而且可以模拟温度场，方便快捷的给出流量分析的强度计算结果。在超常规计算中，可以模拟应力分布图，使想要的计算结果简化，快速，准确地获得，从而提高了换热器的安全性。随着计算机技术的飞速发展，有限元技术水平有了质的飞跃。 （4）大型化及能耗研究社会是不断发展的，工业化生产页越来越朝着大型化机械化生产转变，换热器也会越来越大，传热面积也是如此。为了节省空间，紧凑型换热器就备受关注。板翅式换热器和板式空气冷却器就拥有者广阔的发展前景，在保持着换热器固有的优良特性下，将会向着结构简单，制造方便和轻质材料的方向发展。在全球淡水资源紧缺的今天，新的冷却介质替代循环水是必然趋势，发展新型换热器是必然的。 （5）非金属材料的使用非金属材料在一定的区域内拥金属材料难以替代的优势。比如石墨含有很好的导电，导热能力，以及很高的化学平稳性,氟塑料有非常优秀的抗腐蚀能力。氟塑料抗腐性能超级给力,除此还和金属的材料比还有价格上的优势。复合材料譬如如搪瓷制玻璃有很好的的抗腐蚀能力、不错的抵磨性、电断缘性和表面不容易贴附物料一些优点,现在用于制作冷却的产品。如此 陶瓷的材质有良好的抗腐蚀、抗高温度能从而使工界的非常重视,目前在换热器的生产中使用。 （6）流体力学计算的应用 核算流体力学以及设计模型的应用。在进行分析冷却器中的热流时，引进计算机，采用模拟仿真技术对冷却器中繁杂的流动流程开展分析。如今现在计算机已经能在自然对流、剥离流等进行模拟仿真技术，还能在辐射传热原理上使用。在这个前提下，将CFD的分析成果以及模型试验数据添加到冷却器的模型设计研发中，用计算机强大的计算功能对冷却器进行精准设计。1.4 设计的任务和方案1.4.1 设计的任务 在日新月异的社会，生态文明建设，建设可持续发展建设是必然趋势。为了实现这一目标，节能环保，资源的重复利用是重中之重。整合资源，节约利用，研发高效的节能设备是社会发展的需求。 本课题是设计固定管板式柴油冷却器，由于我们受所学专业限制，我们只设计其机械部分，包括结构设计，强度计算，材料选择，零部件的加工等。1.4.2 设计的方案 设计思路一般是查阅大量的相关书籍，然后按照老师给定的设计方案进行设计。在设计过程中，对于一些零件材料的选择，在考虑成本与制造难度问题的同时，设计出合理且实用的产品。2 F340固定管板式柴油冷却器基本结构下图1为固定管板式的结构图图1 固定管板式冷却器图2.1固定管板式换热器的工艺条件原始数据如下表1表1 固定管板式换热器得工艺条件表1 固定管板式换热器的工艺条件设 计 条 件：壳 程 管 程工 作 介 质： 原油 柴油设 计 温 度： 80 180设 计 压 力： 1.05MPa 1.25MPa腐 蚀 余 量：自定自定换 热 面 积： 3402.2换热器各部件选择2.2.1换热管尺寸表2 换热管规格及排列型式换热管外径X壁厚排列型式管间距碳素钢、低碳合金钢不锈耐酸钢25X2.525X2正三角形3219X219X225 由上表可知， 选取25X2.5的换热管。2.2.2管程数N 由设计数据可知，为双管程设计。2.2.3换热管根数选择根据换热器设计手册第18页的表1-2-7，因为换热面积为340，所以选的换热管。 由于选择的换热管为25X2.5mm的换热管 则：管子外径d0=25mm 管子内径di=20mm 管子长度L=6000mm则需要的换热管根数为： 根 （1）查表选取742根。 则管程流通面积：=742/23.140.022/4=0.108m22.2.4壳程直径的计算 根据换热器设计手册换热管的布置章节，得到下列计算公式 （2）已知为单壳程双管程结构，查换热器设计手册P136页表1-6-3 得 DN=1000mm 材料 Q235-A/B/C 厚度12mm管长与壳体公称直径之比1/D，一般为6-10。2.3管口的设计换热器的入口和出口管在外壳和管箱上。因需要均匀的进行流体分布，要尽可能的减少流体达不到的区域。 接管的最大直径不能超过外壳直径的1/31/4。 选择接管时，入口和出口处的允许压降和流体流量压力都是应该考虑的。2.3.1接管外伸长度 管板法兰面到管箱壳体外壁的距离称为接管外伸长度。查看换热器设计手册第141页，按照计算公式1-6-1计算： （3） 式中：l接管外伸长度，mm；h接管法兰厚度，mm； h1接管法兰的螺母厚度，mm； 保温层厚度，mm。 或者根据换热器设计手册P142页表1-6-6和表1-6-7的数据选择，选。2.3.3接管与筒体、管箱壳体的连接 （1）结构型 式采用插入式 焊接法且接管不能凸出于壳 体内表面。 （2）不另外补强的接管最大直径和壳体允许的开孔直径范围。 （3）开孔补强按照 钢制压力容器书中开孔 的标准范围规定。2.3.3排气、 排液管 为了提高 传热效率，在换热器 外壳和管 道中，设置 排气口，排气口的尺寸一般大于。该设 计为 卧式换 热器，排气、排液管可采用如下图2所示结构。图2 卧式换热器之排气（液）管2.4接管最小位置 在换热器中要充分利用传热面积，传热面积越大换热效果越好，所以外壳的进出口喷嘴应设在管两端附近。 类似地，箱子的进出口也应该靠近箱体法兰的位置。2.4.1 壳程接管位置的最小尺寸查阅换热器设计手册P144页的图，最小尺寸受到了管口的离地距离限制，如下图所示：图3 壳程接管位置外壳接管的最小尺寸分为下面两种根据方式计算：带补强圈接管： mm （4） 无补强圈接管： mm （5） 在式中，取且。2.4.2管箱接管位置最小尺寸 在换热器设计手册第145页中，按照下图表示的关系计算： 图4 管箱接管位置 带补强圈： mm （6）无补强圈： mm （7）在式（8）（9）中，取且C30mm。 在式中： -管板厚度，mm； -壳程/管箱接管位置最小尺寸，mm； C -补强圈外边缘至管板与壳体连接焊缝之间的距离mm； -补强圈外圆直径，mm。 -接管外径，mm。2.5管板 管板是换热器中的必不可少的零件，它有着连接管子和壳体和承受压力的作用。管板的结构要在符合强度要求的情况下设计。2.5.1管板结构在固定管板式换热器中，为了节约空间增大换热面积，一般选管板 兼做法兰的管板，如下图所示。分程隔板弯曲处倒角。图5是碳钢、 低合金钢和不锈钢制 整体管板。管板的隔板槽宽12mm，厚度为12mm的不锈钢管板，槽深大于4mm。图 5 整体管板结构 2.5.2管板最小厚度在满足设计要求下，厚度最少为12mm。存在符合管板结构时，复合层要大于3毫米。管板与换热管采用胀接结构的时候，根据手册的 第146页的表选择管板最小厚度，见表1。 由表可知，所以管板最小厚度为20mm。 2.5.3管板尺寸按照GB151-1999管壳式换热器的规定，材料为的管板尺寸为：,螺柱M24，数量为32个,。 （单位均为mm）2.6管箱 本设计要求设计卧式换热器，所以在固定管板式换热器 的两端安装两个管箱。2.6.1隔板和管箱的选择管箱结构有许多种，其中的几种如下图。图6 管箱结构形分程隔板的最小厚度与管箱直径有关，其最小厚度如下表。 表2 分程隔板得最小厚度 （mm） 公称直径DN 碳素钢及低合金钢 高合金钢DN600 8 8600DN1200 10 8DN1200 14 10已知设计为单壳程双管程结构，所以选择图a的管箱结构， 厚度为10mm的隔板。2.6.2管箱材料的选择 已知参数为180，压力1.25MPa。查换热器手册P138页，在DN=1000mm和1.6MPa的压力下，管箱选用的材料。2.7换热管2.7.1 换热管的规格和尺寸偏差根据已知的参数，换热管。查换热器设计手册第162页的表，得到下表数据。 表3 常用换热管的规格和尺寸偏差 （mm）材料 换热管标准 外径X壁厚 外径偏差 壁厚偏差碳钢 GB/T8163 25 X 2.5 0.2 +12%2.7.2换热管的排列型式 查换热器设计手册的第162页，我们可以看到有四种换热管排列。 最常见的是等边三角形排列。 因为管道间距相等，所以在单位面积的管子上可以排列最多的管子，缺点是管道清洗困难而正方形排列是方便机械清理。 因此，采用下列四种排列方法时，在大部分条件相同下，等边三角形的传热效果好和流速更快。图7 管子的排列方式2.7.3换热管的中心距换热管中心距一般最小为换热管子外径的1.25倍；由于本次设计为双管程，应在壳程上需保留6mm的清洗通道。查阅换热器设计手册P163表1-6-16，得到下表4。 表4 换热管中心距 （mm）换热管外径 d 换热管中心距S 分程隔板槽两侧管子中心距Sn19 25 3825 32 44 32 40 5238 48 6045 57 6857 72 80 已知外径25mm，查表得换热管中心距为32mm，两侧管子中心距为44mm。2.8壳体与管板的连接结构查换热器设计手册第164页，如图所示。图8 管板与壳体的连接（）2.9管板与管箱的连接根据工艺要求，与管板法兰的连接形式需要一定的密封形式。因为管程走的是柴油，柴油属于易燃易爆液体，需要较高的密封性能，所以选择图9榫槽连接。 图9 管板与管箱的连接3结构设计3.1换热管设计表5 换热管的设计数据序号项目符号单位数据及计算公式数值1冷却管材料碳素钢2冷却管规格252.560003传热面积Am2A=Q/Ktm3404冷却管根数N根N=A/3.14dL7423.2筒体设计3.2.1筒体内径的确定表6 筒体的内径大小序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1冷却管中心距SmmGB151-1999表12322冷却管根数Nt根Nt=A/3.14dL7423管束中心排管根数Nc根Nc=1.1354冷却管外径d0mm255到壳体内壁最短距离b3mmb3=0.25 d06.256布管限定圆直径d1mmdL=di-2B311447筒体内径dimmdi=s（Nc-1）+4d11568实取筒体公称直径DmmJB/T4737-9512003.2.2筒体壁厚的确定表7 筒体壁厚的计算序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1计算压力PcMPaPc=1.1P1.1552筒体内径dimm见上表12003筒体材料16MnR4设计温度下筒体材料的许用应力tMPaGB150-19981505焊接接头系数0.856筒体设计厚度mm=PcDi/（2t-Pc）7.87腐蚀裕量C2mm28偏差C1mm9设计厚度dmmd=+ C29.810名义厚度nmmGB151-199914 3.3封头的设计按照设计要求选用材质为16MnR的标准椭圆形封头。封头的数据如下：表8 封头的设计数据序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1封头内径Dimm12002计算压力PcMPaPc=1.1P2.53焊接接头系数0.854设计温度下许用压力tMPaGB151-1999项目5.3.21505标准椭圆封头计算厚度mm=PcDi/（2t-0.5Pc）11.86腐蚀裕量C2mm27负偏差C1mm08设计厚度dmmd=+C213.89名义厚度nmmGB151-1999项目5.3.21410直边高度hmmJB/T4737-95403.4管箱的选择 在本次设计的中，已知管程设计压力为1.25MPa，管程温度180。根据化工设备设计基础附表1，选用材料为Q245R的管箱。表9 管箱数据序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1计算压力PcMPa1.3752管箱内径dimm12003管箱材料Q245R4设计温度下许用应力tMPaGB150-981505管箱计算厚度mm=Pcdi/（2t-Pc）7.6焊接接头系数mm0.857腐蚀裕量C2mm28负偏差C1mm09设计厚度dmmd=+ C29.810名义厚度nGB151-1999项目5.3.2143.5容器法兰的选择表10 法兰的数据分析序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1法兰类型长颈对焊法兰JB/T4703-2000PN=2.5MPa2法兰外径d0mmJB/T4703-200013953螺栓中心圆直径d1mmJB/T4703-200013404法兰公称直径dnmmJB/T4703-200012005法兰材料16MnR6垫片类型JB/T4703-2000PN=2.5MPa7 8垫片材料垫片公称直径dnmmGB/T3985-1995JB/T4704-200012009垫片外径D0mmJB/T4704-2000127510垫片内径DmmJB/T4704-2000122511法兰厚度mmJB/T4704-20008512垫片厚度1mmJB/T4704-2000313螺栓规格及数量248M273.6折流板的选择 折流板有弓形，圆盘-圆环形和矩形三种形式。其中弓形折流板又分为单弓形、双弓形、和三弓形这三类。本设计选用的单弓形折流板3.6.1折流板的主要几何参数表11 折流板的参数 序号 项目 符号 单位 数据来源 数值 1 缺口高度 h mm h=1000X25% 250 2 折流间距 300 mm D1=0.3D 300 3 折流板数 19 4 折流板直径 mm D=DN-6 994 5 折流板厚度 mm 换热器手册P181页 12 6 材料 低合金钢 7 折流板管孔 mm 换热器手册P181页 25.83.7防冲板和、拉杆和定距管的选择3.7.1防冲板形式查换热器设计手册第187页有如下图的四种防冲板型式：图10 防冲板型式（a）喇叭管用于换热器；（b）用于左、右缺边折流板的换热器；（c）用于上、下缺边折流板的换热器；（d）用于上、下缺边折流板的换热器。根据此次设计的数据选用的（c）防冲板型式。3.7.1防冲板安装 防冲板是装在壳体的内部，防冲板和壳体内壁所形成面积为壳体倍的面积。两者的距离不能小于接管外径的，防冲板的表面到圆筒内壁间的距离按照换热器设计手册第187页的1-6-10计算： （8） 式中：H-防冲板在壳体内的位置尺寸，mm； h-壳程进口接管内径与壳体内径相交的弓形高度，mm； -接管内径，mm。得出防冲板的以下数据：碳钢、低碳合金钢最小厚度为，不锈钢最小厚度为。3.7.3拉杆的结构和尺寸（1）拉杆的结构型式查换热器设计手册第188页，可知拉杆有如下图所示的两种结构，下图分别表示的是定距管结构和拉杆与折流板点焊结构。左边的适用于的管束；右边用于的管束。还有另一种结构，在本设计中完全不符合，所以不考虑。图11 拉杆的结构形式已知换热管外径d=25mm，所以左图结构。（2）拉杆的尺寸、直径与数量的确定 参考换热器设计手册的P188、P189页，选取6根拉管，拉杆直径为16mm。拉杆结构图如下： 图12 拉杆连接尺寸（3）拉杆的布置 在管束的外边缘，均匀排布着一定数量的拉杆。3.7.4定距管尺寸 定距管的尺寸，一般与所在换热管的规格相同。对管程是不锈钢，壳程是碳钢或低合金钢的换热管，可选用碳钢管作为定距管。3.8防短路结构 防短路结构是为了防止旁路的短路，从而降低传热效率。短路得形成是因为壳程与换热管无法紧密排布。防短路结构就是安装一些辅助结构来增加旁路阻力（如安装假管或带定距管的拉杆），从而使壳程介质通过管束介质与换热管内流体进行换热。 根据使用的条件和工艺计算来确定是否需要安装旁路管板和假管。其应考虑的因素是在卧式换热器中，泄漏情况常见。或者由于空间的限制，来决定是否安装，安装数量又为多少。 旁路挡板需要和折流板焊接牢固。当时，需要不少于三对挡板。本次设计的公称直径，所以选三对挡板。3.9鞍座的选择本次设计的是F340固定管板式柴油冷却器，采用鞍式支座。鞍座有轻型（A）和重型（B）两种。安装形式也分固定式和滑动式。根据容器支座 ，选取本次鞍座重型、焊制、B、包角为120。结构如下图所示。查钢制压力容器 可知：允许载荷，鞍座高度,底板上的,腹板上的,筋板上的垫板上的弧长，螺纹间距,鞍座质量63KG，材料选用常用的Q235A。图13 鞍式支座结构形式4 固定管板式柴油冷却器的强度压力计算和校核4.1管板部分4.3.1对于管板兼做法兰的计算表12 管板的计算序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1垫片接触宽度NmmGB150-1998表9-1252垫片基本密度宽度bommbo=N/2163垫片比压力yMPaGB150-1998表9-2114垫片系数m2.05垫片有效密封宽度bmmB=2.5396垫片压紧力dGmmdG= d0-2b12607预紧状态下需要的最小螺栓载荷WaNWa=3.14dGby177535.68操作状态下需要的最小螺栓载荷WpNWp=0.78DG2Pc+6.28DGbmPc1028253.99常温下螺栓材料的许用应力bMPaGB150-2011表4-783510预紧状态下需要的最小螺栓面积Aamm2Aa=Wa/b1436.2511操作状态下需要的最小螺栓面积Apmm2Ap= Wp/b119461.0312需要螺栓总截面积Ammm2Am=maxAa，Ap14228.9713法兰螺栓的中心圆直径dbmm104414法兰中心至Fc作用处的径向距离LGmmLG=（db-dG）/22815基本法兰力矩MmNmmMm=AmLGb6029667616筒体厚度0mm144.3.2管板实际厚度的计算表13 管板的实际厚度序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1管板计算厚度mm108.92壳程腐蚀裕量C1mm23管程腐蚀裕量C2mm24结构开槽深度h1mm根据结构确定35管板的实际厚度mm120取圆整4.2法兰的计算表14 法兰的计算序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1管箱法兰材料的弹性模量EfMPaGB150-1998表F51861032管箱法兰厚度mmJB/T4702-2000108.93系数GB151-1999图260.000554管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数KfMPa8.535系数G3GB151-1999图303.710-46系数= Kf/（Kf+G3）0.8867管板边缘力矩的变化系数MM=1/（Kf/ Kf+）0.3778法兰力矩变化系数MfMf=KfM/ Kf0.000139管板第二弯矩系数m2GB151-1999图28（a）1.804.3壳体的计算表15 壳体数据序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1设计厚度mm钢制压力容器第五章可得62名义厚度mm73有效厚度mm54设计温度下圆筒计算应力MPa1705温度下的最大工作应力MPa 1.69取圆整4.4壳程管程应力校核表16 各部件的压力校核序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1管程液压试验压力MPaPT=1.25Pc/ t1.072管程液压试验应力MPaT=PT（Di+e）/2e136.5符合要求3壳程液压试验压力MPaPT=1.25 Pc/ t1.4壳程液压试验应力MPaT=PT（Di+e）/2e120.9符合要求5设计温度下圆筒的允许最大工作压力PWMPaPW=2 t/（Di+e）0.976封头液压试验压力PTMPaPT=1.25Pc/ t1.7887封头液压试验应力TMPaT=PT（Di+e）/2e120.1符合要求 4.5管子与管板连接拉脱力的校核4.5.1换热管轴向应力 (9) 查表4-3在设计温度下管子的许用应力为 (10) （1）壳程 (11) （2）管程 (11) （3）壳程 （12） 4.5.2换热管与管板连接拉脱力 查得 换热管与管板焊脚高度 (1)壳程 （13） (2)管程 (14) (3) 壳程P (15) 所以符合要求。4.6开孔补强的计算4.6.1壳体开孔补强查资料可知，壳体上的开孔形状应该为圆、椭圆、长圆。因为该设计满足下列条件，可不另行补强（1）两个相邻孔中心距不小于两倍两个孔的直径之和；（2）有大于12mm的壳体名义厚度且接管；（3）符合表8-1中接管最小壁厚的规定。4.7压力试验4.7.1管程圆筒 （16） 各元件材料许用应力比的最小值。 （17） 根据化工设备用钢 的表9-13 （18） （19） 所以符合要求。 5 零部件的加工工艺5.1管板的加工 管板为复合管板，碳钢和不锈钢材料，板材符合国标标准，管板的隔板槽宽度为12mm,不锈钢管板为11mm.管板的加工步骤：下料车外圆划线钻孔（配钻）攻丝检查，检查结果应符合以下要求： （1） 管板密封面应与轴线垂直，其垂直度公差为0.25mm。 （2） 管板应严格垂直于管板密封面，其垂直公差为0.05mm，并且管板孔表面不允许存在贯通的纵向或螺旋状条痕， 管孔表面粗糙度Ra值不大于6.3m （3） 管板钻孔后96%的允差孔桥宽度必须12.67mm，允许有40%的孔桥宽度为6.8mm。（4） 螺栓孔中心圆直径和相邻两螺栓孔的弦长允差为+0.6mm，任意两弦长允差为+1.5mm（5） 管板一二应进行配钻。5.1折流板的加工折流板加工按设计图样要求, （1）折流板应平整，平面度公差为3mm。 （2）相邻两孔中心距离极限偏差为+0.3mm，允许有4%相邻两控中心极限偏差是+0.5mm，任意两孔中心距极限偏差为+1mm。 （3）钻孔后去除管孔周围的毛刺。允许误差0.1mm的，管孔数不得超过检查范围的4%,且不得超过5处。去除折流板上的任何毛刺。6 固定管板式柴油冷却器的制造、安装、使用和维修6.1结构尺寸和加工6.1.1.圆筒 由于必须时常的抽装管束，故得知道壳子圆筒的内部直径误差、截面上面的最小、最大的差，还有直线度误差。 为了保证顺利的抽装管束：（1） 壳体圆筒同一断面上，最大直径与最小直径差小于该断面设计内直径的0.5，且时，其值,，其值；（2） 壳体圆筒的直线度允许偏差为，L6000，其值小于等于8毫米；，其值不大于4.5毫米；（3） 直线度应在中心线的水平和垂直面检查，即沿圆四个位置测量直线度检验；6.1.2管箱 管箱半径决定隔板的厚度，进而确保刚性以及密封面的厚度要求。这里要注意：当脉动流体和隔板压力较大时，隔板厚度小加大；冷却器的直径很大时选用双层隔板；并且分层隔板上能够开排净孔，直径是6mm；厚度多余10mm的隔板削边为10mm，削边长度为一比四。6.1.3管板 管板一般选用低合金钢锻造，但是由于材料和成本问题，一般选用碳钢材料。管板越大，单位成本越低。常用的复合管板制作方法有下面五种：轧制法、堆焊法、爆炸复合法、焊管复合法、桥面堆焊法。 本次课题设计，管板和冷却管之间是胀接，介质是柴油，容易燃烧和爆炸，于是，管板的最小厚度14.25mm 。6.1.4 管孔加工如今，国内对管孔加工使用的方法是下料、较平、以及车削之后，开始钻孔、刻槽、倒角等。想要确保上下管板的含有相同的同轴度，可采取下面的4种方法：（1） 两板一起钻孔；（2） 确保孔的位置以及大小；（3） 管板与折流板的同一地方管孔的中心需要在同一条直线。（4） 管板很厚是，需要确保孔和管板平面保持垂直。 管板加工的核心程序：管板划线、定位孔加工、钻孔。6.1.5 管束的组装管束在换热器中有着严格的安装标准。穿管时不应该强行敲打，安装拉杆、定距管、折流板时应保证不损伤换热管，将管子从固定板的背面穿入，目的是为了不损坏管束表面，当管子与管板都点焊完成后，最后进行壳体与管板的连接。6.2安装、使用、清洗和维护为了使换热器寿命更长，正确的安装、使用、维护是必不可少的重要环节。6.2.1 安装 安装有两种形式，一种砖砌的鞍形基础，另一种为混凝土基础。 为了预防突发事故的发生，主要以预防性的维修为主，强调安全预防，以证换热器能够连续稳定运转。6.2.2 清洗 化学、机械清洗组成了冷却器的清洗。机械清洗的类别是：钻头除垢、钢刷子清洗、喷丸清洗、刮刀、海绵橡胶球连续清管法、喷砂清洗、喷水清洗。化学洗刷的类别是：溶剂清洗、酸洗、碱洗。固定管板式柴油冷却器选择海绵橡胶球清洗，这个设计的洗刷用的就是海绵橡胶球连续清管法，因为壳程管程都是油，清洗时不溶于水等。6.2.3 维护 换热器故障，例如腐蚀、冲击、振动等造成损坏，一般是这两种情况： （1）在外界原因的作用下，打穿、损伤冷却管，而且造成泄露事故，一定要更换换热管； （2）因为温度变换的原因而生成的收缩、碰撞，因为管束振动、换热管入 口端介质的涡流磨损等因素让管板和换热管连接的地方松动而导致泄露。参考文献1 秦叔经，叶文邦.化工设备设计全书-换热器 .北京：化学工业出版社，20032 工程材料实用手册编辑委员会.工程材料实用手册 .北京：中国标准出版社，20023 朱有庭.化工设备设计手册 .北京：化学工业出版社，20054 钱颂文.换热器设计手册