换热器设计

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GB150、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；强度目录摘要I1绪论112固定管板换热器介绍213本课题的研究目的和意义314换热器的发展历史42产品冷却器结构设计的总体计算621产品冷却器设计条件622前端管箱计算8221前端管箱筒体计算8222前端管箱封头计算1023后端管箱计算11231后端管箱筒体计算11232后端管箱封头计算1324壳程圆筒计算133各部分强度校核1531开孔补强计算1532壳程圆筒校核1833管箱圆筒校核194换热管及法兰的设计2041换热管设计2042管板设计2143管箱法兰设计2244壳体法兰设计2445各项系数计算275产品冷却器制造过程简介3451总则3452零部件的制造34结论43参考文献44致谢441绪论11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。12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。13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。14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21产品冷却器设计条件图21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788，级管束为碳素钢较高冷拔换热管，换热管外径19MM,管长45M，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221MPA，管程工作压力231MPA（冬季）/226MPA（夏季）。进/出口工作温度壳程555/40（冬季），555/404（夏季）；管程141/74（冬季），282/45（夏季）。设计温度壳程120/45；管程120/45。金属壁温壳程4775（冬季），4795（夏季）；管程28（冬季），44（夏季）。最小设计金属温度壳程45400MPA，管程45400MPA。腐蚀裕量壳程15MM，管程15MM。焊接接头系数壳程10，管程10。水压试验压力壳程50MPA，管程50MPA。管板切割率325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。22前端管箱计算221前端管箱筒体计算图221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1326MPA（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/C制定板材负偏差为零（设定值）式21PDCIT2计算厚度766MM（见式21）有效厚度ENC1C2850MM名义厚度N1000MM重量M6288密度为7850KG/M压力试验液压试验PT125P式22T试验压力值50000MPA（见式22）压力试验允许通过的应力水平T090S22050MPAT式23PDIE2试验压力下圆筒的应力14956MPA（见式23）校核条件TT校核结果合格压力及应力计算PW式242ETID最大允许工作压力443304MPA（见式24）T式25CIE2设计温度下计算应力11965MPA（见式25）T1326MPA校核条件TT结论合格222前端管箱封头计算图222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K1封头曲面高度H125MM封头直边高度C25MM试验温度许用应力133MPA设计温度许用应力1326MPAK式262I61HD形状系数10000（见式26）式27KPDCITC205计算厚度760MM（见式27）最小厚度MIN075MM名义厚度N1000MM结论满足最小厚度要求重量2474KGPW式28205TEIKD最大允许工作压力447040MPA（见式28）结论合格23后端管箱计算231后端管箱筒体计算图231后端管箱筒体选用材料20R设计温度下许用应力1326MPA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/C指定板材负偏差为零计算厚度766MM（见式21）有效厚度ENC1C2850MM名义厚度N1000MM重量M6288密度为7850KG/M压力试验液压试验试验压力值PT50000MPA（见式22）压力试验允许通过的应力水平T090S22050MPA试验压力下圆筒的应力T14956MPA（见式23）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PW443304MPA（见式24）设计温度下计算应力T11965MPA（见式25）T1326MPA校核条件TT结论合格232后端管箱封头计算图232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K1封头曲面高度H125MM封头直边高度25MM试验温度许用应力133MPA设计温度许用应力1326MPA形状系数K10000（见式26）计算厚度760MM（见式27）最小厚度MIN075MM名义厚度N1000MM结论满足最小厚度要求重量2474KG最大允许工作压力PW447040MPA（见式28）结论合格24壳程圆筒计算图23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15MM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766MM（见式21）有效厚度ENC1C2850MM名义厚度N1000MM重量55339KG压力试验类型液压试验试验压力值PT50000MPA（见式22）压力试验允许通过的应力水平T090S22050MPA压力试验下圆筒的应力T14956MPA（见式23）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PW443304MPA（见式24）设计温度下计算应力T11965MPA（见式25）T1326MPA校核条件TT结论筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度650MM,合格3各部分强度校核图31设备上的开孔及接管31开孔补强计算对筒体上接管为8910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1326MPA接管腐蚀裕量15MM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计算方法GB1501998等面积补强法,单孔开孔直径D745MM补强区有效宽度B149MM接管材料强度削弱系数FR098接管有效外伸长度H12729MM接管有效内伸长度H22729MM开孔削弱所需的补强面积A5726MM壳体多余金属面积A16257MM接管多余金属面积A2638MM补强区内的焊接面积A332MMA1A2A37326MM2，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328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1326MPA接管腐蚀裕量15MM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计算方法GB1501998等面积补强法,单孔开孔直径D21MM补强区有效宽度B57MM接管材料强度削弱系数FR098接管有效外伸长度H11296MM接管有效内伸长度H21296MM开孔削弱所需的补强面积A1624MM壳体多余金属面积A13017MM接管多余金属面积A22351MM补强区内的焊接面积A332MMA1A2A32973MM，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15915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1326MPA接管腐蚀裕量15MM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计算方法GB1501998等面积补强法,单孔开孔直径D1358MM补强区有效宽度B2715MM接管材料强度削弱系数FR1接管有效外伸长度H14512MM接管有效内伸长度H24512MM开孔削弱所需的补强面积A1039MM壳体多余金属面积A11144MM接管多余金属面积A21818MM补强区内的焊接面积A332MMA1A2A31965MM2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258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1326MPA接管腐蚀裕量15MM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计算方法GB1501998等面积补强法,单孔开孔直径D14MM补强区有效宽度B50MM接管材料强度削弱系数FR098接管有效外伸长度H11058MM接管有效内伸长度H21058MM开孔削弱所需的补强面积A1088MM壳体多余金属面积A13017MM接管多余金属面积A21942MM补强区内的焊接面积A332MMA1A2A32564MM2，大于A，不需另加补强。结论补强满足要求,不需另加补强。32壳程圆筒校核图32壳程圆筒平均金属温度TS48C装配温度TS15平均金属温度下弹性模量ES191600平均金属温度下热膨胀系数S111100A025DI2式31壳程圆筒内直径横截面积196300MM2（见式31）ASSDIS式32壳程圆筒金属界面积135800MM2（见式32）33管箱圆筒校核设计压力4MPA设计温度120C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85MM管箱法兰设计温度下弹性模量201800MPA4换热管及法兰的设计41换热管设计图41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1918375MPA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2329MPATK式412T250DI管子回转半径6052MM（见式41）管子受压失稳当量长度332MM系数CR1318TSTE/2比值5486LICR式42CLICRCRRCTS21CIL管子稳定许用压应力8553MPA（见式42）42管板设计管板与壳体、管箱的连接方式E型图42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15MM管程侧管板腐蚀裕量15MM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157MPA设计温度下弹性模量201800MPA管板腐蚀裕量C23MM管板输入厚度N50MM管板计算厚度38MM隔板槽面积包括拉杆和假管区面积AD7766MM2管板强度削弱系数04管板刚度削弱系数04式43KDENAL2138/ITP管子加强系数K3251（见式43）管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接焊接高度L3MM焊接许用拉脱应力Q65MPA43管箱法兰设计图431管箱法兰一图432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1518MPA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433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15MM）垫片比压力255MPA垫片系数275螺栓个数24螺栓公称直径24MM螺栓根径207MM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1866MPA材料名称16MNR热轧管箱法兰厚度68MM法兰外径660MM式442/IFDB法兰宽度80MM（见式44）比值0017HI/D比值0136FI“系数按H/DI,F”/DI,查图25000C系数”按H/DI,F”/DI,查图260002827式4521“H3I“FI“F“FEDBEK旋转刚度1386MPA（见式45）44壳体法兰设计图441壳体法兰一图442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1518MPA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443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15MM）垫片比压力255MPA垫片系数275螺栓个数24螺栓公称直径24MM螺栓根径207MM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1866MPA材料名称16MNR热轧壳体法兰厚度50MM法兰外径660MM法兰宽度80MM（见式44）比值0017SI/D比值01FI系数,按H/DI,F”/DI,查图25000C系数,按H/DI,F”/DI,查图260002027旋转刚度6949MPA（见式45）45各项系数计算管板第一弯矩系数按,查图270363KFM1式46M1F系数4764（见式46）系数按查图291883KTFG2式47QENAATS换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比1968（见式47）管板第二弯矩系数按K,Q或查图28A或B270EXM2式4821GQKMM系数（带膨胀节时代替Q）00145（见式48）EX系数按K,Q或QEX查图300024873式49FF3法兰力矩折减系数04851（见式49）管板边缘力矩变化系数1014TS/2TE法兰力矩变化系数05082MK“FF管板开孔后面积A025ND2125500MM2L管板布管区面积三角形布管142100MM2SATD086管板布管区当量直径4268MMDTT4/系数0639AL/系数02128NA系数3187S0461/Q系数带膨胀节时代替Q4505EX/6014TQ管板布管区当量直径与壳体内径之比08536TTID管板周边不布管区无量纲宽度KK04758仅有壳程压力PS作用下的危险组合工况PT0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0000001685TTTT0ST0当量压力组合PCS4MPA4MPA有效压力组合TSAEP12755868MPA基本法兰力矩系数MDMIA4300管板边缘力矩系数1001469001469管板边缘剪力系数M007007管板总弯矩系数M120516205162系数仅用于时GE1M0K30190601906系数I1当时,按K和M查图031A实线当时,按K和M查图31（B）0294102941系数0,G1G1,AXEI0,G11,MAXIE0,1I0315903159管板径向应力系数带膨胀节Q为QEXR412G0020500205管板布管区周边处径向应力系数R3412MK002174002174管板布管区周边处剪切应力系数P142QG006492006492壳体法兰力矩系数1MPWS0014500145表452计算值许用值计算值许用值管板径向应力RAIPD21022MPA15RT23551412MPA3RT471管板布管区周边处径向应力RARI21MK1834MPA15M1223552535MPA3RT471管板布管区周边剪切应力TPADP2099MPA05RT78529MPA15RT2355壳体法兰应力FWSAIFYM429366MPA15RT23551294MPA3RT471换热管轴向应力TCAPGQ121859MPAT130CR8553344MPA3T390CR8553壳程圆筒轴向应力CSTAAPQG121461MPACT132619033CT3978换热管与管板连接拉脱应力QDLAT1109MPAQ652052MPA3Q焊接Q胀接195计算结果管板名义厚度N50MM表453管板通过校核5产品冷却器制造过程简介51总则依据GB15098钢制压力容器和GB1511999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。52零部件的制造1壳体（1）库房备有材质证明书、检验合格的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B12MM，棱角度E25。筒体纵缝延长部位点固试板、引熄弧板，定位焊长度2050MM，间距150200MM。（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20RT检测，按JB/T47302473032005标准级合格。（6）筒体校圆，要求最大最小直径差E7MM，棱角度E3M。（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B22MM，棱角度E32MM；筒体直线度H/1000即0012MM。（9）按探伤工艺对B类环焊缝进行20RT检测，按JB/T4730247303标准级合格。2换热管（1）库房备有材质证明书、检验合格的25MM，L6000MM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15/1000，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05MM。（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51）图51管板（1）库房备有材质证明书、检验合格的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1030MM及排板要求划线，内外径预留4550MM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06MM9，任意两螺柱孔弦长极限偏差按表52的规定表52公称直径DG60060012001200极限偏差101520（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34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27中的数值大015毫米。表53换热管外径1416192532384557管孔直径14251625192525253235384045405755允许偏差102020（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05MM以内。4折流板、支持板（见图52）图52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54，外圆表面粗糙度RA值不大于25UM，外圆面两侧尖角需倒钝。表54注用DN426MM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。对传热影响不大时，允许偏差可比上表中偏差值大一倍。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/JJ040363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L450MM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53。（A）上管板与管子的连接（B）下管板与管子的连接图53管板与管子连接（3）焊接工艺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。焊接位置采用立向上焊接。焊接材料牌号J427,规格4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08MM。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。20焊接参数见表56表56层数电流（A）电压（V）焊接速度（CM/MIN）1901101113582100120111358（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。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。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63UM，不锈钢管不大于16UM，其长度不小于管板厚度的2倍；打磨后的表面不得有影