200号油换热器设计_毕业设计

本科毕业设计论文200号油换热器设计DESIGNOF200OILHEATEXCHANGER学院机械工程学院专业班级过程装备与控制工程装备071学生姓名学号指导教师毕业设计（论文）中文摘要200号油换热器设计摘要本设计说明书是关于PN13DN500浮头式换热器的设计，主要是进行了换换热器的结构和强度设计。设计的内容主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件（如接管、折流板、定距管、钩圈、管箱等）的设计，包括材料的选择、具体尺寸确定、确定具体位置、管板厚度的计算、浮头盖和浮头法兰厚度的计算、开孔补强计算等。最后设计结果可通过3张图表现出来。关键词浮头式换热器；管板；浮头盖；浮头法兰毕业设计（论文）外文摘要DESIGNOF200OILHEATEXCHANGERABSTRACTTHEDESIGNMANUALISABOUTTHEPN13DN500FLOATINGHEADHEATEXCHANGER,WHICHINCLUDEDTECHNOLOGYCALCULATEOFHEATEXCHANGER,THESTRUCTUREANDINTENSITYOFHEATEXCHANGERTHEMAINDESIGNISABOUTTHESTRUCTUREANDINTENSITYOFTHEDESIGNTHISPARTISJUSTONTHESELECTEDTYPEOFHEATEXCHANGERTODESIGNTHEHEATEXCHANGERSCOMPONENTSANDPARTS,SUCHASVESTING,BAFFLEDPLATES,THEDISTANCECONTROLTUBE,CIRCLEHOOK,TUBEBOXESTHISPARTOFDESIGNMAINLYINCLUDETHECHOICEOFMATERIALS，IDENTIFYSPECIFICSIZE,IDENTIFYSPECIFICLOCATION,THETHICKNESSCALCULATIONOFTUBESHEET,THETHICKNESSCALCULATIONOFFLOATINGHEADPLANTINGANDFLOATINGHEADFLANGE,THEOPENINGREINFORCEMENTCALCULATIONETCINTHEEND,THEFINALDESIGNRESULTSTHROUGHTHREEMAPSTODISPLAYKEYWORDFLOATINGHEADHEATEXCHANGERTUBESHEETFLOATINGHEADPLANTINGFLOATINGHEADFLANGE目录1绪论111换热器的应用112换热器的主要分类213管壳式换热器特殊结构42换热器结构设计与强度计算421壳体与管箱厚度的确定522接管的选取623开孔补强计算724水压试验925换热管926管板设计1127折流板1628拉杆与定距管1729防冲板18210保温层18211法兰与垫片18212钩圈式浮头20213分程隔板26214鞍座263换热器的腐蚀、制造与检验2831换热管的腐蚀2832换热器的制造与检验29结论32致谢33参考文献34淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第1页共34页21壳体与管箱厚度的确定211壳体和管箱材料的选择由于所设计的换热器属于常规容器，并且在工厂中多采用低碳低合金钢制造，故在此综合成本、使用条件等的考虑，选择Q345R为壳体与管箱的材料。Q345R是低碳低合金钢，具有优良的综合力学性能和制造工艺性能，其强度、韧性、耐腐蚀性、低温和高温性能均优于相同含碳量的碳素钢，同时采用低合金钢可以减少容器的厚度，减轻重量，节约钢材。212圆筒壳体厚度的计算焊接方式选为单面焊对接接头，局部无损探伤，故焊接系数；085根据GB713锅炉与压力容器专用钢板，Q345R钢板的。123CM假设材料的许用应力MPA（厚度为616MM时），170T已知条件管程水，工作压力10MPA，工作温度2535；壳程200号油，工作压力125MPA，工作温度8040。设计条件的确定设计压力管程为13MPA，壳程为13MPA设计温度管程为50，壳程为90。PC13PL13MPA07698537241506LAPGHPMPA壳体计算厚度按下式计算为；102CITCDM设计厚度；2642DC名义厚度1031NDM（其中为向上圆整量）；查其最小厚度为8MM，则此时厚度满足要求，且经检查，没有变化，T故合适。考虑到后面法兰选取要求壳体最小厚度为10，因此选10MM更合适。213管箱厚度计算管箱由两部分组成短节与封头；且由于前端管箱与后端管箱的形式不同，故此时将前端管箱和后端管箱的厚度计算分开计算。2131前端管箱厚度计算淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第2页共34页前端管箱为椭圆形管箱，这是因为椭圆形封头的应力分布比较均匀，且其深度较半球形封头小得多，易于冲压成型。其计算压力PCPDPL此时选用标准椭圆形封头，故，且同上，则封头计11203CM算厚度为350252171205CIHTCD1984493065LAPGPMAMPA忽略。设计厚度2542DHCM名义厚度（为向上圆整量）；1031NHD经检查，没有变化，故合适T查JB/T47462002钢制压力容器用封头可得封头的型号参数如下表21DN500标准椭圆形封头参数DNMM总深度HMM内表面积A容积M3封头质量（）5001650334002427短节部分的厚度同封头处厚度，为10MM。2132后端管箱厚度计算由于是浮头式换热器设计，因此其后端管箱是浮头管箱，又可称外头盖。外头盖的内直径为600MM，这可在“浮头盖计算”部分看到。选用标准椭圆形封头，故，且同上，则计算厚度为1120CM；（PL忽略）36072785205CIHTCD设计厚度；14DHCM名义厚度（为向上圆整量）；031N经检查，没有变化，故合适。T查JB/T47462002钢制压力容器用封头可得封头的型号参数如下表22DN600标准椭圆形封头参数DNMM总深度HMM内表面积A容积M3封头质量（）淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第3页共34页6001900466004038短节部分的厚度同封头处厚度，为10MM。22接管的选取循环水进口与出口选用无缝钢管尺寸为1686，材料为16MN。200号油进口与出口选用无缝钢管尺寸为2196材料为16MN。排气口与排液口选用无缝钢管尺寸为253材料为16MN。23开孔补强计算在该台浮头式换热器上，壳程流体的进出管口在壳体上，管程流体则从前端管箱进入，而后端管箱上则有排污口和排气口，因此不可避免地要在换热器上开孔。开孔之后，出削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连接性被破坏，会产生很高的局部应力，会给换热器的安全操作带来隐患。因此此时应进行开孔补强的计算。按照GB150规定，当在设计压力小于或等于25MPA的壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径小于或等于89MM时，只要接管最小厚度满足下表23要求，就可以不另行补强。表23接管外壁最小厚度接管外径253238454857657689最小厚度35405060按照以上规定，循环水进口与出口与200号油进口与出口都需进行补强计算A对于受内压的圆筒或球壳，A21ERDFB对于受外压的圆筒和球壳，05A开孔削弱做需要的补强面积，2M开孔直径，D壳体开孔处的计算厚度，接管有效厚度，E强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比。RF231壳体上开孔补强计算2311补强及补强方法判别200号油进口与出口补强计算淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第4页共34页用等面积法进行开孔补强计算。2312开孔所需补强面积计算强度削弱系数170TNRTF接管有效厚度6327ETNTCM开孔直径2191D开孔所需补强面积按下式计算2664781ETRAFM2313有效补强范围有效宽度B2623MAX423106NTDM有效高度（A）外侧有效高度为1H12635IN630NTDMH实际外伸长度（B）内侧有效高度为2H21635MIN00NTDHM实际内伸长度2314有效补强面积壳体多余金属面积壳体有效厚度10237ENC则多余的金属面积为1A；1243676058EETRABDFM接管多余金属面积接管计算厚度1320772CITTNDM接管多余金属面积A2淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第5页共34页2122235670089HETTRETRAFHCFM接管区焊缝面积（焊脚取为6MM）31632A有效补强面积21235148207936148EM可知EA该接管补强的强度足够，不需另外设补强结构该设备最大接管的公称直径为200MM，此接管不需另设补强结构，那么其他的也不需另设补强结构了。24水压试验设试验温度为常温，根据GB150规定，则有170125253625TTPMPA则校核水压试验时圆筒的薄膜压力T160722570898346925TIESDPA满足条件。25换热管换热管的规格为，材料选为20钢。25251换热管的排列方式换热管在管板上的排列有正三角形排列、正方形排列和正方形错列三种排列方式。各种排列方式都有其各自的特点正三角形排列排列紧凑，管外流体湍流程度高在同样的管板面积上可排列最多的管数，应用最为普遍；正方形排列易清洗，但给热效果较差；正方形错列可以提高给热系数。各排列如图21所示淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第6页共34页图21在此，选择正三角形排列，主要是考虑同样的管板面积上可排列最多的管数。查GB1511999可知，换热管的中心距S32MM，分程隔板槽两侧相邻管的中心距为44MM；同时，由于换热管管间需要进行机械清洗，故相邻两管间的净空距离（SD）不宜小于6MM。252布管限定圆LD布管限定圆为管束最外层换热管中心圆直径，浮头式换热器的其由下式确定12LIB查GB1511999可知，取B45，B14，BN32，故B2BN15335，则。5043546LDM253排管排管时须注意拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，在靠近折流板缺边位置处布置拉杆。拉杆中心至折流板缺边的距离应尽量控制在换热管中心距的（0515）范围内。3多管程换热器其各程管数应尽量相等，其相对误差应控制在10以内，最大不能超过20。相对误差计算MINAX10CPNA其中各程的平均管数；各程中最小或最大的管数。CPMINAXN实际排管后发现，每个管程的布管数目分别是33，26，26，33，而各管程的平均管数为295，因此可知各程管数的相对误差是MINAX29563295101010920,CPN254换热管束的分程在这里首先要先提到管箱。管箱作用是把从管道输送来的流体均匀地分布到换热管和把管内流体汇集在一起送出换热器，在多管程换热器中管箱还起改变流体流向的作用。由于所选择的换热器是4管程，故管箱选择为多程隔板的安置形式。而对于换热管束的分程，为了接管方便，采用平行分法较合适，且平行分法亦可使管箱内残液放尽。255换热管与管板的连接淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第7页共34页换热管与管板的连接方式有强度焊、强度胀以及胀焊并用。强度胀接主要适用于设计压力40MPA；设计温度300；操作中无剧烈振动、无过大的温度波动及无明显应力腐蚀等场合。除了有较大振动及有缝隙腐蚀的场合，强度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何场合。胀焊并用主要用于密封性能要求较高；承受振动和疲劳载荷；有缝隙腐蚀；需采用复合管板等的场合。在此，根据设计压力、设计温度及操作状况选择换热管与管板的连接方式为强度焊加贴胀,即胀焊并用。这是因为其焊接结构强度高，抗拉脱力强，在高温高压下也能保证连接处的密封性能和抗拉脱能力。26管板设计管板是管壳式换热器最重要的零部件之一，用来排布换热管，将管程和壳程的流体分隔开来，避免冷、热流体混合，并同时受管程、壳程压力和温度的作用。由于流体只具有轻微的腐蚀性，故采用工程上常用的Q345R整体管板。261管板与壳体的连接由于浮头式换热器要求管束能够方便地从壳体中抽出进行清洗和维修，因而换热器固定端的管板采用可拆式连接方式，即把管板利用垫片夹持在壳体法兰与管箱法兰之间。262管板计算符号说明在布管区范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，而未能被换热DA管支承的面积，对正三角形排列，；2M086DNAS隔板槽一侧的排管根数；N换热管中心距；S隔板槽两侧邻管的中心距；N管板布管区面积，；对多管程正三角形排列换热器，TA2；2086TDS管板布管区内开孔后的面积，；L2M24LTDAN一根换热管管壁金属的横截面积，；A固定端管板垫片压紧力作用中心圆直径，；根据所选的垫片的GD尺寸，且选择其压紧面型式为GB150表91的1A，可知密封面宽度，则，故0542164NBM02531604BM淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第8页共34页54210534GDM管板布管区当量直径，；T4TTAD换热管外径，；D设计温度时，管板材料的弹性模量，MPA；PE设计温度时，换热管材料的弹性模量，MPA；F系数，按和查GB151图24；WEG123AKPT管束模数，MPA；TKTTENLD管束无量纲刚度，MPA；TTTPK换热管有效长度（两管板内侧间距），；LM换热管与管板胀接长度或焊脚高度，；L换热管根数；N无量纲压力，；AP15DATRP当量压力组合；MPA；C管板设计压力，MPA；DP壳程设计压力，MPA；S管程设计压力，MPA；T换热管与管板连接拉脱力，MPA；Q许用拉脱力，查GB151，MPA；系数，；1NAA管板计算厚度，；M换热管管壁厚度，；T管板刚度削弱系数，一般可取值；管板强度削弱系数，一般取；04系数，；TTTGD换热管轴向应力，MPA；T换热管稳定许用压应力，MPA；CR淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第9页共34页设计温度时，管板材料的许用应力，MPA；TR设计温度时，换热管材料的许用应力，MPA；T管板厚度计算过程如下2621管板名义厚度计算221340863675DAM0817521604T14883LA2223501765OIADM876N0418523459TD84907253T13T查GB150可知，5TEMPA5210PEMPA则5184386029TK式中L应为换热管的有效长度，但由于管板厚度尚未计算出，暂估算管板厚度为40MM进行试算，待管板厚度算出再用有效长度核算。0N管端伸出长度；51830242TK13028TK当中的的计算如下CR546TRSEC222205080TID查GB1511999可知，则，同时由于前面换6CRBL675CRRLIC热管的材料选为Q345钢，故，13TMPA淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第10页共34页2457112268886TSCRCRTLICMPAPA由于此时不能保证与在任何时候都同时作用，则取；故ST13DPMA，故；根据233和查1301354AP120A123AK26TGB151图可知，则管板计算厚度为5,4WECG；85941TADPM管板的名义厚度应不小于下列三部分之和，即MIN12,24120NSTMAXCHMAXH圆整圆整5圆整3式中CS和CT分别是指壳程、管程的腐蚀裕量；而H1是指壳程侧管板结构槽深，为0；H2是指管程隔板槽深，为4MM。此时应根据得到的管板名义厚度，重复以上步骤，使得管子有效长度对应于管板厚度。025M631593NLM管端伸出长度由GB159查的取158472689TKMPA520101T故232，查图可知，则23AP057C40WEG，73849329TCDM。52NM圆整2622换热管的轴向应力换热管的轴向应力在一般情况下，应按下列三种工况分别计算壳程设计压力，管程设计压力13SPMPA0TP13CTSPA11607243505858327TTCSWELAGMPA淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第11页共34页明显地，；TCR管程设计压力，壳程设计压力13TPMA0SP03581762CSTMPA；1167247253050388TTSWELAGMPA明显地，0TTPA壳程设计压力与管程设计压力同时作用SPTP131358046CSTPMPA0465381TTCSWELAGMPA明显地，。TCR由以上三种情况可知，换热管的轴向应力符合要求2623换热管与管板连接拉脱力2716573634TAQMPADL式中，1LM其中换热管最小伸出长度，查GB1511999可知15LM最小坡口深度，3L32L许用拉脱力051065TQMPA明显地，。263管板重量计算管板有固定管板以及活动管板，两者的重量计算分别如下所示2631固定管板重量计算22915635437850149QKG2632活动管板重量计算淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第12页共34页2292465394378501970QKG27折流板设置折流板的目的是为了提高壳程流体的流速，增加湍动程度，并使管程流体垂直冲刷管束，以改善传热，增大壳程流体的传热系数，同时减少结构，而且在卧式换热器中还起支撑管束的作用。常见的折流板形式为弓形和圆盘圆环形两种，其中弓形折流板有单弓形，双弓形和三弓形三种，但是工程上使用较多的是单弓形折流板。在浮头式换热器中，其浮头端宜设置加厚环板的支持板。271折流板的型式和尺寸此时选用两端选用环形折流板，中间选用单弓形折流板，上下方向排列，这样可造成液体的剧烈扰动，增大传热膜系数。为方便选材，可选折流板的材料选为Q345R，查GB151可知，弓形缺口高度为150MM，折流板间距为150MM，数量为33块，查GB1511999可知折流板的最小厚度为5MM，故此时可选其厚度为6MM。同时查GB1511999可知折流板名义外直径为。450495DNM272折流板排列该台换热器折流板排列示意图如下所示图22折流板排列示意图273折流板的布置一般应使管束两端的折流板尽可能靠近壳程进、出口管，其余折流板按等距离布置。靠近管板的折流板与管板间的距离；两相邻折流板的间40LM距取150MM。274折流板重量计算符号说明如下折流板质量，KG；Q折流板外圆直径，；AD淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第13页共34页折流板切去部分的弓形面积，FA2FAADC2M系数，由查表求取；C/AHD折流板切去部分的弓形高度，MM；AH管孔直径，MM；1D拉杆孔直径，MM；2管孔数量；1N拉杆孔数量；2折流板厚度，MM。计算过程如下，查得150/32496AHD01528C2493FACM2212231414965304586780AFQGGDNGKG28拉杆与定距管281拉杆的结构形式常用拉杆的形式有两种拉杆定距管结构，适用于换热管外径大于或等于19MM的管束，（按GB1511999表45规定）；2ALL拉杆与折流板点焊结构，适用于换热管外径小于或等于14MM的管束，；1LD当管板比较薄时，也可采用其他的连接结构。由于此时换热管的外径为25MM，因此选用拉杆定距管结构。282拉杆的直径、数量及布置拉杆的形式见图23淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第14页共34页图23拉杆详图其具体尺寸如表24所示表24拉杆的参数拉杆的直径D拉杆螺纹公称直径DNABB拉杆的数量1616206024其中拉杆的长度L按需要确定。拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。若对于大直径的换热器，在布管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板应不少于3个支承点。对于本台换热器拉杆的布置可参照零件图。283定距管定距管的规格同换热管，其长度同实际需要确定。本台换热器定距管的布置可以参照部件图。29防冲板当管程采用轴向人口接管或换热器管内流体速度超过3M/S时，应设置防冲板，以减小流体的不均匀分布和换热管端的冲蚀。由于以知条件中没给出流速，为安全起见，设置防冲板，材料为Q235A，查GB151可知，防冲板厚度碳钢最小为45MM，则在本设计中取6MM210保温层根据设计温度选保温层材料为岩棉。保温层厚度为60MM。211法兰与垫片换热器中的法兰包括管箱法兰、壳体法兰、外头盖法兰、外头盖侧法兰、浮头盖法兰以及接管法兰，另浮头盖法兰将在下节进行计算，在此不作讨论。垫片则包括了管箱垫片和外头盖垫片。2111固定端的壳体法兰、管箱法兰与管箱垫片（1）查JB470392压力容器法兰可选固定端的壳体法兰和管箱法兰为长淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第15页共34页颈对焊法兰，凹面密封面，材料为锻件16MN，其具体尺寸见相关标准。（2）此时查JB470692压力容器法兰，根据设计温度可选择垫片型式为缠绕式垫片，材料为0CR19NI9，其标志为G13500164B2112外头盖侧法兰、外头盖法兰与外头盖垫片、浮头垫片（1）外头盖法兰的型式与尺寸、材料均同上壳体法兰，凹密封面，查JB47002000压力容器法兰可知其具体尺寸如下所示（单位为MM）。表25外头盖法兰尺寸法兰螺柱DNDD1D2D3D4HHAA12RD规格数量对接筒体最小厚度6007407006656556524410025171412221223M202810（2）外头盖侧法兰选用凸密封面，材料为锻件16MN如图24所示，1图24法兰详图查JB/472192可知其具体尺寸如下表表26外头盖侧法兰尺寸法兰螺柱DNDD1D2D3D4HHA112RD规格数量对接筒体最小厚度淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第16页共34页50074070066565565242100361412241223M20288（3）查JB/T471992选外头盖垫片的型式为缠绕式垫片，其外径D为664MM，内径D为622MM且查JB/T471992也选浮头垫片的型式为缠绕式垫片，则其外径D为492MM，内径D为472MM，两者材料均为0CR19NI9。2113接管法兰型式与尺寸根据接管的公称直径，公称压力可查HG205922063597钢制管法兰、垫片、紧固件，选择带颈对焊钢制管法兰，选用凹凸密封面，如图25所示图25带颈对焊钢制管法兰其具体尺寸如表27所示（单位为）表27带颈对焊钢制管法兰连接尺寸法兰颈公称通径钢管外径（法兰焊端外径）A1法兰外螺栓孔中心圆螺栓孔螺栓孔螺纹TH法兰厚度法兰高法兰理论重量（）淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第17页共34页DNA径D直径K直径数量NC度H150159340240228M202418418445128559132002192852952212M20242342346316862118212钩圈式浮头本台浮头式换热器浮头端采用B型钩圈式浮头，其详细结构如图26所示，而浮头盖采用了球冠形封头。图26B型钩圈式浮头详图2121浮头盖的设计计算淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第18页共34页球冠形封头、浮头法兰应分别按管程压力作用下和壳程压力作用下TPSP进行内压和外压的设计计算，取其大者为计算厚度。符号说明如下换热器圆筒内直径，MM；ID浮头法兰与钩圈的内直径FI，MM；1250231470FIINB浮头法兰与钩圈的外直径，MM，MM；FO805FOID外头盖内直径，MM，MM；D516I浮头管板外直径，MM，MM；O2349OIB螺栓中心圆直径，MM，MM；B8057FOB垫片压紧力作用中心圆直径，；GM作用在法兰环内侧封头压力载荷引起的轴向分力，N；DF；20785FIPA作用在法兰环内侧封头压力载荷引起的径向分力，RN；1TANRD计算压力，MPA；分别取管程压力（内压）和壳程压力（外压）；CPTPSP封头球面内半径，MM；按GB151表46选取MM；IR50IR螺栓中心至法兰环内侧的径向距离，MM；DL对法兰环截面形心的力臂，MM；RRF封头边缘处球壳中面切线与法兰环的夹角，（）；1；05ARCSINFIR球冠形封头的计算厚度，MM；球冠形封头的名义厚度，MM；N封头材料在设计温度下的许用应力，MPA；T焊接接头系数。21211管程压力作用下（内压）浮头盖的计算TP（1）球冠形封头计算厚度按下式计算淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第19页共34页；56TIPR为方便选材，故可将浮头盖的材料选择为Q345R，故170MPA，选择为T双面焊对接接头，局部无损探伤，故，则。085134025678M（2）浮头法兰计算厚度计算首先根据所选的浮头垫片可先确定；GD924根据经验值选定螺栓数目为20，则可通过计算螺栓的根径，从而知道螺栓的规格，故将其圆整为规格为M20的螺柱，42397150MOADMN其根径为1735MM。关于浮头法兰厚度的计算按GB1511999的格式制作成一张表格，这样比较清晰明了，具体如下表所示设计条件垫片及螺栓,垫片材料为0CR19NI9,外径X内径X厚度492X472X3查GB150可知其N10MM,B5MM,Y621MPA,M37,法兰材料选用16MN，常温下的许用应力为，设计温度下的许用应力为。F170AMPFT170AMP各字母所表示的意义见图27图27由GB151可得646286280453710710PGCFDBMPN淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第20页共34页2265078507854130271GCFDPN31440AWYB2265C5P螺栓材料为40MNB,数量N20。此材料在常温下的许用应力，B196AMP设计温度下的许用应力，则TB176AMP1523076104TMPBAFM252491ABW或（取两者中较大值）23979MA2M2M234750378B1540ARCSINARCSIN3584FIIODR5002397819661MBBWAGN操作情况下法兰的受力2265078047131DFIFP力臂52BFIDLM力矩561037410MFN47GPN力臂7822BGL力矩47105041FNM553722TD力臂32GL力矩5501610TMFN1TAN842ORDCTG淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第21页共34页力臂1526192COSCOS384FROLLM力矩5730960RRMFN操作情况下法兰总力矩66724391034710PDGTRNM预紧螺栓时法兰的受力5GFW力臂3748252BGLM力矩57601610AMN2243474688CFIIFITFOFIFPDRLM操作状态6234710584704157PFOFIPTFFIFIJM预紧状态7216058404195FOFIAAFIFFIDMJ则法兰厚度操作状态；226415764319FPPLJM预紧状态；195FAM法兰厚度取与之大者，且不小于球冠形封头名义厚度的两倍，FFPFAN故，则。467FM0FN21212壳程压力作用下（外压）浮头盖的计算S（1）球冠形封头GB1501998第6章“外压圆筒和外压球壳”进行外压计算，即将球冠形封头当作球壳进行计算，具体过程如下假设，腐蚀裕量，则；0NM2SCM1028ENSCM，故；410OIR485OR所以；查GB150可知，此时许用外压25OEABMPA淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第22页共34页力为P，故肯定满足条件，还93171352COEBMPAPAR10NM可取薄点，但为取材方便，10MM最合适。（2）浮头法兰厚度的计算可按上表进行，由于管程与壳程的设计压力相等，所以大部分的数据都与内压情况下相同，只是此时，表中的应改为PM555210327013027310967PDGTGRMFLLFNM则此时操作状态下；521730847061854PFOFIPTFFIFIJMD所以此时；2264FPPLJ根据上述内压与外压的计算可知浮头法兰的计算厚度应为，67F则圆整后其名义厚度为。50FNM2122钩圈钩圈的型式查GB151可知选为B型钩圈，其图28示如下图28B型钩圈而其设计厚度可按下式计算16其中钩圈设计厚度，MM；浮动管板厚度，MM；1则。3248M213分程隔板由于是多管程换热器，故此处需要用到分程隔板。淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第23页共34页查GB1511999可知分程隔板槽槽深，槽宽为12MM，且分程隔板4M的最小厚度为8MM。214鞍座选择鞍座应首先计算支座反力，再根据支反力选择合适的鞍座。2141支反力计算管板的质量KG圆筒的质量；22264315001857086INIDLKG式中是指换热器中相当于圆筒的部分的总长度，包括了壳体的有L效长度与前后端管箱的短节部分；是指材料的密度，由于壳体与管箱的材料均选用16MNR，故。37850/KGM封头的质量；27865KG保温层的质量2264315001085027KG换热管的质量518698412MKG附件（如接管、法兰、浮头盖等）质量取为全部质量不包换热管的20612340096824512723MKG圆筒的体积；22931506810454IVDLM封头的体积；324V故总体积为；3123由于水的密度比油品与原油的密度均大，故鞍座应在水压试验时所受支反力较大，即如下水压试验时充液重量2614091409HOMVKG淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第24页共34页水压试验时总质量；984120531497MKG水压试验时单位长度载荷；78363IGQNMLH水压试验时支座反力GN2142鞍座的型号及尺寸根据支反力查JB/T471292选择鞍座的型号为DN500、120包角重型带垫板鞍式支座。表29鞍座尺寸底板腹板筋板垫板公称直径允许载荷（）鞍座高度HL1B12L3B3弧长B4E螺栓间距L2鞍座质量（KG）增加MM高度增加的质量（KG）5001592004601501082501208590200636330204对其安装位置，JB4731钢制卧式容器中规定，外伸端长度A02L，最大不超过025L,依据以上规定取鞍座到圆筒壳体法兰端面的长度为1100MM。到此，换热器结构设计及强度计算已经基本结束。可以说，换热器的主要设计计算已经完成，其计算结果将通过装配图、部件图以及零件图表现出来。其中该台浮头式换热器的基本结构如下图29所示淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第25页共34页图29浮头式换热器示意图3换热器的腐蚀、制造与检验31换热管的腐蚀换热器腐蚀的主要部位是换热管、管子与管板连接处、管子与折流板交界处、壳体等。腐蚀原因如下所述。311换热管腐蚀由于介质中污垢、水垢以及入口介质的涡流磨损，易使管子产生腐蚀，特别是在管子入口端的4050MM处的管端腐蚀，这主要是由于流体在死角处产生涡流扰动有关。312管子与管板、折流板连接处的腐蚀换热管与管板连接部位及管子与折流板交界处都有应力集中，容易在张胀管部位出现裂纹，当管子与管板存在间隙十，易产生CL的聚积及氧的浓差，从而容易在换热管表面形成点坑或间隙腐蚀。管子与折流板交界处的破裂，往往是由于管子长，折流板多，管子稍有弯曲，容易造成管壁与折流板处产生局部应力集中，加之间隙的存在，故其交界处成为应力腐蚀的薄弱环节。313壳体腐蚀由于壳体及附件的焊缝质量不好也易发生腐蚀，当壳体介质为电解质，壳体材料为碳钢，管束用折流板为铜合金时，易产生电化学腐蚀，把壳体腐蚀穿孔。32换热器的制造与检验321总体制造工艺制造工艺选取换热设备的制造材料及牌号，进行材料的化学成分检验，机械性能合格后，对钢板进行矫形，方法包括手工矫形、机械矫形及火焰矫形。淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第26页共34页具体过程为备料划线切割边缘加工（探伤）成型组对焊接焊接质量检验组装焊接压力试验322换热器质量检验化工设备不仅在制造之前对原材料进行检验，而且在制造过程中也要随时进行检查，即质量检验。设备制造过程中的检验，包括原材料的检验、工序间的检验及压力试验，具体内容如下1原材料和设备零件尺寸和几何形状的检验；2原材料和焊缝的化学成分分析、力学性能分析试验、金相组织试验，总称为破坏试验；3原材料和焊缝内部缺陷的检验，其检验方法是无损检测，它包括射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测等；4设备试压，包括水压试验、介质试验、气密性试验等。323管箱、壳体、头盖的制造与检验1壳体在下料和辊压过程中必须小心谨慎，因为筒体的椭圆度要求较高，这主要是为了保证壳体与折流板之间有合适的间隙；2管箱内的分程隔板两侧全长均应焊接，并应具有全焊透的焊缝；3用板材卷制圆筒时，内直径允许偏差可通过外圆周长加以控制，其外圆周允许上偏差为10MM，下偏差为零；4圆筒同一断面上，最大直径与最小直径之差为E05DN，且由于DN1200MM，则其值5MM；5圆筒直线度允许偏差为L/1000（L为圆筒总长），且由于此时L6000MM，则其值45MM；6壳体内壁凡有碍管束顺利装入或抽出的焊缝均应磨至与母材表面齐平；7在壳体上设置接管或其他附件而导致壳体变形较大，影响管束顺利安装时，应采取防止变形措施；8由于焊接后残余应力较大，因此管箱和封头法兰等焊接后，须进行消除应力热处理，最后再进行机械加工。324换热管的制造与检验1加工步骤下料校直除锈（清除氧化皮、铁锈及污垢等杂质）；2换热管为直管，因此应采用整根管子而不允许有接缝。3由于换热管的材料选为20号钢，则其管端外表面也应除锈，而且因为采用焊接方法，则管端清理长度应不小于管外径，且不小于25MM。淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第27页共34页325管板与折流板的制造与检验1管板在拼接后应进行消除应力热处理，且管板拼接焊缝须经100射线或超声波探伤检查；2由于换热管与管板是采用胀焊连接，则管孔表面粗糙度RA值不大于25；M3管板管孔加工步骤下料校平车削平面外圆及压紧面划线定位孔加工钻孔倒角；4管板钻孔后应抽查不小于60管板中心角区域内的管孔，在这一区域内允许有4的管孔上偏差比020大015；M5折流板管孔加工步骤下料去毛刺校平重叠、压紧沿周边点焊钻孔（必须使折流板的管孔与管板的管孔中心在同一直线上）划线钻拉杆加工外圆；6折流板外圆表面粗糙度RA值不大于25。，外圆面两侧的尖角应倒钝；M7应去除管板与折流板上任何的毛刺。326换热管与管板的连接1连接部位的换热管和管板孔表面应清理干净，不应留有影响胀接或焊接连接质量的毛刺、铁屑、锈斑、油污等；2胀焊连接时，焊渣及凸出于换热管内壁的焊瘤均应清除。焊缝缺陷的返修，应清除缺陷后焊补。327管束的组装3271组装过程将活动管板、固定管板和折流板用拉杆和定距管组合。调整衬垫使管板面与组装平台垂直，并使固定管板、活动管板与折流板的中心线一致，然后一根一根地插入传热管。3272组装时应注意1两管板相互平行，允许误差不得大于1MM；两管板之间长度误差为2MM；管子与管板之间应垂直；2拉杆上的螺母应拧紧，以免在装入或抽出管束时，因折流板窜动而损伤换热管；3穿管时不应强行敲打，换热管表面不应出现凹瘪或划伤；淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第28页共34页4除换热管与管板间以焊接连接外，其他任何零件均不准与换热管相焊。328管箱、浮头盖的热处理碳钢、低合金钢制的焊有分程隔板的管箱和浮头盖以及管箱的侧向开孔超过1/3圆筒内径的管箱，在施焊后作消除应力的热处理，设备法兰密封面应在热处理后加工。329换热器水压试验水压试验的目的是为了检验换热器管束单管有否破损，胀口有否松动，所有法兰接口是否严密，而不同管壳式换热器的水压试验的顺序不一样，因此在此特别说明一下浮头式换热器的水压试验顺序1用试验压环和浮头专用试压工具进行管头试压管束装入壳体后，在浮头侧装入试压环，在管箱侧装试压法兰或将管箱平盖卸下用管箱代替也可以，然后对壳程试压，检查胀口是否泄漏，如果从管板的某个管口滴水，则该管已经破损，由现场技术人员决定更换新管或堵死；2管程试压将浮头侧试压环卸掉，清理净浮头封面，将浮头上好，管箱侧将管箱或平盖清理换垫安装，然后对管程加压，检查浮头钩圈密封及管箱法兰结合处有无泄漏；3壳程试压安装壳体封头，对壳体加压，检查封头接口有无泄漏。淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第29页共34页结论转眼之间我们的毕业设计即将结束。本次设计是大学四年来任务最重，耗时最多，最为重要，然而这次毕业设计让我受益匪浅。在毕业设计即将结束之际，我对这次设计进行了总结。首先，这次毕业设计对培养我的实际工程能力具有重要意义。通过毕业设计，我把先修课程中所获得的理论知识在实际的设计工作中综合地加以动用，使这些知识得到巩固和发展，并使理论知识和生产实践密切地结合起来。这次设计，初步培养了我对压力容器设计的工作能力；掌握一些容器设计有基本方法和步骤，为以后进行设计工作打下了良好的基础。另外还使我能训练地应用有关参考资料、计算图表、手册；熟悉有关的国家标准，为成为一个工程技术人员在培养基本技能。其次，我从这次设计中得到了以下经验一、设计前应做好计划1学习计划在设计前进行相关知识的系统学习，包括过程设备的结构特点以及AUTOCAD软件的熟悉；设计时对此设计内容进行学习。2布图计划设置图层（便于整体修改）；颜色不宜多；细节使用应注意。二、设计中应做到以下几点1学习相关基础知识。2借鉴以前的实例，对别人的设计多问几个为什么。3向指导老师以及工厂的工程师咨询，与同学讨论。三、关于计算首先，计算公式必须符合规范的要求公式；其次，计算的每一步结果都要确保正确；最后，要认真地对计算书进行检查校正。四、关于制图首先，图框应按标准纸张画；其次，标注必须充分并且剖面的位置要正确。总之，要尽量避免错误。最后，我想说通过这次设计，使我的各方面的能力得到提高和增强，不仅在英语和计算机能力得到提高，还有增强了我的独立思考和创新能力。但是由于水平的有限，在设计过程中一定存在许多疏漏和不够合理之处，恳请各位老师和同学批评指正。淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第30页共34页致谢本设计是在刘洁老师的帮助和指导下完成的，在设计的选题以及设计的方法上，刘老师给了我们莫大的帮助与关怀。刘老师在毕业设计期间，对我们严格要求，要求我们能够独立完成设计图纸的任务，培养我们独立解决问题的能力，还从自己的宝贵时间中抽时间为我们审阅图，并提出修改意见和建议。刘老师渊博的理论知识、丰富的实践经验、严谨的治学作风、乐观的生活态度及热情待人的品格都深深地影响和教育了我们，我们从她身上学到了很多做人的道理。同时在生活上也很关心我们，经常问我们的设计情况，鼓励我们学习。在这里，谨向刘老师表示最衷心的感谢和最诚挚的敬意在此还要感谢我的其他老师。在过去的大学四年里，老师循循善诱的教导我们，为我们的付出了无数的汗水，还要感谢机械工程学院的各位领导和老师四年来对我们的辛勤培育与教导。时间过得很快，大学本科的生活快要结束了。在这最后的时间里，我得到了同学的很多帮助。我们在一起设计，互相讨论，互相请教问题，大家共享资料。在我碰到困难的时候，他们帮我渡过了难关。这般友谊，弥足珍贵，我不会忘记。谢谢你们淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第31页共34页参考文献1GB1501999钢制压力容器；2GB1511999管壳式换热器；3压力容器安全技术监察规程，1999年；4JBT470047072000，压力容器法兰；5JBT471492，浮头式换热器和冷凝器型式与基本参数；6JBT471892，管壳式换热器用金属包垫片；7JBT472192，外头盖侧法兰；8JBT471292，鞍式支座；9HG205922063597，钢制管法兰、垫片、紧固件；10JBT47362002，补强圈；11JBT47462002，钢制压力容器用封头；12HG20580HG205811998，钢制化工容器设计基础规定等；13CD130A2086，化工设备设计文件编制规定；14TCED410022000，化工设备图样技术要求；15JB472694，压力容器用碳素钢和低合金钢锻件。钱颂文主编，换热器设计手册，化学工业出版社，2002；16石油化学工业部石油化工规划设计院组织编写，冷换设备工艺计算，石油工业出版社，1979；17李功祥，陈兰英，崔英德编，常用化工单元设备设计，华南理工大学出版，2003；18贾绍义，柴诚敬主编，化工原理课程设计，天津大学出版社，2002；19郑津洋，董其伍，桑芝富主编，过程设备设计，化学工业出版社，2001；王志魁主编，化工原理，化学工业出版社，2005；聂清德主编，化工设备设计，化学工业出版社，1991。内部资料仅供参考淮海工学院二一一届本科毕业设计（论文）第32页共34页内部资料仅供参考图23地块位置图14UALM567B908CDERKVGNJPQXTSYOABCDEFGPINIFU9JWKFFWVGTYMJG6ACZ7HDQ8KQQFHVZFEDSWSYXTYQA9WKXFYEQDJSXUYUP2KNXPRWXMAUE9AQGN8XPR849GXGJQVUE9WEWZQCUEQYPEH5PDX2ZVKUMGTXRM6X4NGPPVSTTKSV3TNGK8Z89AMYWPAZADNUKNMUWFA5UXY7JND6YWRRWWCVR9CPBKZNMZ849GXGJQVUE9WEWZQCUEQYPEH5PDX2ZVKUMGTXRM6X4NGPPVSTTKSV3TNGK8Z89AMYWPAZADNUKNMUWFA5UXGJQVUE9WEWZQCUEQYPEH5PDX2ZVKUMGTXRM6X4NGPPVSTT