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固定管板式换热器毕业设计-,固定,板式,换热器,毕业设计
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河南理工大学(本科)毕业设计论文摘 要 本设计说明书是是针对固液两相流降温换热设计,据要求设计为PN15DN400固定管板式换热器，主要进行了换热器的工艺计算、换热器的结构和强度设计。 设计首先根据给定的设计条件确定换热器总体设计方案-设计为三组换热器，然后对于每一级进行具体的设计。每一级的设计过程为：前半部分为工艺计算，估算换热面积，计算传热系数，计算出实际的换热面积，最后进行压力降和壁温的计算；后半部分则是关于结构和强度的设计，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、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、开孔补强计算等。 关键词：固液两相流 管壳式换热器 管板 封头 膨胀节AbstractThe design is based on the liquid-solid two-phase flow of the design .According to the request it is designed to be the PN1.5DN400 fixed tube head heat exchanger, which included technology calculate of heat exchanger, the structure and intensity of heat exchanger.Design first according to the given design conditions determine overall design scheme- Design into three groups heat exchange ,we start to design for each level then . The design for each level is as follows: the first part of design is the technology calculation process. Mainly, the process of technology calculate is according to the given design conditions to estimate the heat exchanger area, and then, calculate heat transfer coefficient ,just for the actual heat transfer area .Meanwhile the process above still include the pressure drop and wall temperature calculation ; the second half of the design is about the structure and intensity of the design. This part is just on the selected type of heat exchanger to design the heat exchangers components and parts ,such as vesting ,baffled plates, the distance control tube, tube boxes. This part of design mainly include：the choice of materials，identify specific size, identify specific location, the thickness calculation of tube sheet, the thickness calculation of floating head planting and floating head flange, the opening reinforcement calculation etc. In the end, the final design results through six maps to display.Key word: Liquid-solid two-phase flow ,fixed tube head heat exchanger, tube sheet, floating head planting , expansion joint .前 言毕业设计是完成教学计划实现专业培养目标的一个重要的教学环节；是教学计划中综合性最强的实践性教学环节。它对提高学生综合运用专业知识分析和解决实际问题的能力以及培养学生的工作作风、工作态度和处理问题等方面具有很重要的意义。 本次毕业设计的题目是液固两相流降温问题，针对此问题设计了三组换热器。固定管板式换热器是国能换热器厂生产的主要设备之一，主要用于冷凝器，余热利用的换热器等，并且设计的原始资料及数据均来源于工厂中正在设计的设备。这次设计中的主要内容为:换热器的热力计算、工艺计算、换热器的结构与强度设计。其中，热力计算和工艺计算主要是确定换热器的换热面积、换热器的选型、压降计算、壁温计算等；而结构与强度设计则主要包括：管板厚度计算、换热管的分布、折流板的选型、开孔补强计算以及各种零部件的材料选择等。在设计过程中，我尽量采用较新的国家标准，做到既满足设计要求，又使结构优化，降低成本，以提高经济效益为主，力争使产品符合生产实际需要，适合市场激烈的竞争。同时为了使本次设计能够进行顺利，我在设计前参阅了许多有关书籍和英文文献，并做了一定的摘要。因为换热器设计是属于压力容器设计范畴，与我所学的课程有紧密的联系，所以这次设计对我的设计能力有了很大的提高。它不仅使我贯通几年里所学习的专业基础知识和专业理论知识，还培养和提高我们群体合作、相互配合的工作能力。换热器在设计过程中为技术分析与产品开发可以为设计者提供一个广阔的思维想象空间，还能激发设计者的创新意识。在设计过程中，我们可以很好地将所学的知识加以应用，在自己的脑海中巩固，这是我选择这个课题的初衷，而事实上我也达到了预期的目的。由于水平有限，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。特此致谢！目 录摘 要1ABSTRACT2前 言31 换热器概述71.1 换热器的应用71.2 换热器的主要分类71.2.1 换热器的分类及特点71.2.2 管壳式换热器的分类及特点81.3 管壳式换热器特殊结构131.4 换热管简介132 工艺计算152.1 设计条件152.2第一级 热力计算152.2.1估算换热量162.2.2 计算换热器换热面积162.2.3 总传热系数的计算172.2.4 校核换热面积：202.3 压力降的计算212.3.1 管程压力降212.3.2 壳程的压力降222.4 换热器壁温计算242.4.1 换热管壁温计算242.4.2 圆筒壁温的计算253 换热器结构设计与强度校核273.1 壳体与管箱厚度的确定273.1.1 壳体和管箱材料的选择273.1.2 圆筒壳体厚度的计算273.1.3 管箱厚度计算283.2 开孔补强计算293.2.1 壳体上开孔补强计算293.2.2 前端管箱开孔补强计算313.2.3 排污口和排气孔开孔补强计算343.3 水压试验343.4 换热管353.4.1 换热管的排列方式353.4.2 布管限定圆353.4.3 排管363.4.4 换热管束的分程373.4.5 换热管与管板的连接373.5 管板设计373.5.1 管板与壳体的连接373.5.2 管板计算383.5.3.换热管的轴向应力423.5.4. 换热管与管板连接拉脱力433.5.5 管板重量计算433.6 折流板443.6.1 折流板的型式和尺寸443.6.2 折流板排列443.7 拉杆与定距管463.7.1 拉杆的结构形式463.7.2 拉杆的直径、数量及布置463.7.3 定距管473.8膨胀节473.9 防冲板493.10保温层493.11法兰与垫片50523.12 分程隔板及支座523.12.1 支反力计算如下：523.12.2 鞍座的型号及尺寸543.13 接管的最小位置54第四章 换热器的腐蚀、制造与检验564.1 换热器的腐蚀564.1.1 换热管腐蚀564.1.2 管子与管板、折流板连接处的腐蚀564.1.3 壳体腐蚀564.2 换热器的制造与检验564.2.1 总体制造工艺564.2.2 换热器质量检验574.2.3 管箱、壳体、头盖的制造与检验574.2.4 换热管的制造与检验584.2.5 管板与折流板的制造与检验584.2.6 换热管与管板的连接584.2.7 管束的组装594.2.8 管箱、浮头盖的热处理595 焊接工艺评定605.1 壳体焊接工艺605.1.1 壳体焊接顺序605.1.2 壳体的纵环焊缝605.2 换热管与管板的焊接605.2.1 焊接工艺605.2.2 焊接缺陷615.2.3 法兰与筒体的焊接616 换热器的安装、试车与维护626.1 安装626.1.1 场地和基础626.1.2 安装前的准备626.1.3 地脚螺栓和垫铁626.1.4 其他要求626.2 试车636.3 维护63总结64致谢66参考文献671 换热器概述过程设备在生产技术领域中的应用十分广泛，是在化工、炼油、轻工、交通、食品、制药、冶金、纺织、城建、海洋工程等传统部门所必需的关键设备，而换热设备则是广泛使用的一种通用的过程设备。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%20%；在炼油厂，约占总投资的35%40%。1.1 换热器的应用 在工业生产中，换热器的主要作用是将能量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，是流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要。此外，换热器也是回收余热、废热特别是低位热能的有效装置。例如，高炉炉气（约1500）的余热，通过余热锅炉可生产压力蒸汽，作为供汽、供热等的辅助能源，从而提高热能的总利用率，降低燃料消耗，提高工业生产经济效益。本此设计正是要利用换热器降低泥浆的温度，从而获取热量用以供热，洗澡等。这样不仅节约了能源，同时也合理利用了资源，带来了额外的经济价值。 随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热极力的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继面世。1.2 换热器的主要分类 在工业生产中，由于用途、工作条件和物料特性的不同，出现了不同形式和结构的换热器。1.2.1 换热器的分类及特点 按照传热方式的不同，换热器可分为三类：1.直接接触式换热器 又称混合式换热器，它是利用冷、热流体直接接触与混合的作用进行热量的交换。这类换热器的结构简单、价格便宜，常做成塔状，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 在这类换热器中，热量传递是通过格子砖或填料等蓄热体来完成的。首先让热流体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后再让冷流体通过，把热量带走。由于两种流体交变转换输入，因此不可避免地存在着一小部分流体相互掺和的现象，造成流体的“污染”。 蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜，单位体积传热面比较大，故较适合用于气-气热交换的场合。3.间壁式换热器 这是工业中最为广泛使用的一类换热器。冷、热流体被一固体壁面隔开，通过壁面进行传热。按照传热面的形状与结构特点它又可分为：（1） 管式换热器：如套管式、螺旋管式、管壳式、热管式等；（2） 板面式换热器：如板式、螺旋板式、板壳式等；（3） 扩展表面式换热器：如板翅式、管翅式、强化的传热管等。1.2.2 管壳式换热器的分类及特点 我们从设计题目出发，经过查阅资料认真思考，认为此次设计的冷却水可用于三种方式：做饭，供热和洗澡。因此设计三组固定管板式换热器组，而固定管板式换热器又属于管壳式换热器，故特此介绍管壳式换热器的主要类型以及结构特点。 管壳式换热器是目前用得最为广泛的一种换热器，主要是由壳体、传热管束、管板、折流板和管箱等部件组成，其具体结构如下图所示。壳体多为圆筒形，内部放置了由许多管子组成的管束，管子的两端固定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为了增加壳程流体的速度以改善传热，在壳体内安装了折流板。折流板可以提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次就称为一个壳程，而上图所示为最简单的单壳程单管程换热器。为提高管内流体速度，可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分为若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程；同样。为提高管外流速，也可以在壳体内安装纵向或横向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可以配合使用。这种换热器的结构不算复杂，造价不高，可选用多种结构材料，管内清洗方便，适应性强，处理量较大，高温高压条件下也能应用，但传热效率、结构的紧凑性、单位传热面的金属消耗量等方面尚有待改善。 由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两流体温度相差较大，换热器内将产生很大的热应力，导致管子弯曲、断裂或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可以分为以下几种主要类型：(1) 固定管板式换热器：其结构如图1所示。换热器的管端以焊接或胀接的方法固定在两块管板上，而管板则以焊接的方法与壳体相连。与其它型式的管壳式换热器相比，结构简单，当壳体直径相同时，可安排更多的管子，也便于分程，同时制造成本较低。由于不存在弯管部分，管内不易积聚污垢，即使产生污垢也便于清洗。如果管子发生泄漏或损坏，也便于进行堵管或换管，但无法在管子的外表面进行机械清洗，且难以检查，不适宜处理脏的或有腐蚀性的介质。更主要的缺点是当壳体与管子的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，在壳体与管中将产生较大的温差应力，因此为了减少温差应力，通常需在壳体上设置膨胀节，利用膨胀节在外力作用下产生较大变形的能力来降低管束与壳体中的温差应力。(2) 浮头式换热器：其结构如图2所示管子一端固定在一块固定管板上，管板夹持在壳体法兰与管箱法兰之间，用螺栓接；管子另一端固定在浮头管板上，浮头管板夹持在用螺柱连接的浮头盖与钩圈之间，形成可在壳体内自由移动的浮头，故当管束与壳体受热伸长时，两者互不牵制，因而不会产生温差应力。浮头部分是由浮头管板，钩圈与浮头端盖组成的可拆联接，因此可以容易抽出管束，故管内管外都能进行清洗，也便于检修。由上述特点可知，浮头式换热器多用于温度波动和温差大的场合，尽管与固定管板式换热器相比其结构更复杂、造价更高。(3) U型管式换热器：其结构可参见图3。一束管子被弯制成不同曲率半径的U型管，其两端固定在同一块管板上，组成管束，从而省去了一块管板与一个管箱。因为管束与壳体是分离的，在受热膨胀时，彼此间不受约束，故消除了温差应力。其结构简单，造价便宜，管束可以在壳体中抽出，管外清洗方便，但管内清洗困难，故最好让不易结垢的物料从管内通过。由于弯管的外侧管壁较薄以及管束的中央部分存在较大的空隙，故U型管换热器具有承压能力差、传热能力不佳的缺点。(4) 双重管式换热器：将一组管子插入另一组相应的管子中而构成的换热器，其结构可以参看图4。管程流体（B流体）从管箱进口管流入，通过内插管到达外套管的底部，然后返回，通过内插管和外套管之间的环形空间，最后从管箱出口管流出。其特点是内插管与外套管之间没有约束，可自由伸缩。因此，它适用于温差很大的两流体换热，但管程流体的阻力较大，设备造价较高。(5) 填料函式换热器：图5为填料函式换热器的结构。管束一端与壳体之间用填料密封，管束的另一端管板与浮头式换热器同样夹持在管箱法兰和壳体法兰之间，用螺栓连接。拆下管箱、填料压盖等有关零件后，可将管束抽出壳体外，便于清洗管间。管束可自由伸缩，具有与浮头式换热器相同的优点。由于减少了壳体大盖，它的结构较浮头式换热器简单，造价也较低，但填料处容易泄漏，工作压力与温度受一定限制，直径也不宜过大。1.3 管壳式换热器特殊结构包括有双壳程结构、螺旋折流板、双管板等特殊结构，这些结构将使换热器拥有更高的工作效率。(1) 双壳程结构：在换热器管束中间设置纵向隔板，隔板与壳体内壁用密封片阻挡物流内漏，形成双壳程结构。适用场合：管程流量大壳程流量小时，采用此结构流速可提高一倍，给热系数提高11.2倍；冷热流体温度交叉时，但壳程换热器需要两台以上才能实现传热，用一台双壳程换热器不仅可以实现传热，而且可以得到较大的传热温差。(2) 螺旋折流板式换热器：螺旋折流板可以防止死区和返混，压降较小。物流通过这种结构换热器时存在明显的径向变化，故不适用于有高热效率要求的场合。(3) 双管板结构：在普通结构的管板处增加一个管板，形成的双管板结构用于收集泄漏介质，防止两程介质混合。1.4 换热管简介换热管是管壳式换热器的传热元件，采用高效传热元件是改进换热器传热性能最直接有效的方法。国内已使用的新效的换热管有以下几种：(1) 螺纹管：又称低翅片管，用光管轧制而成，适用于管外热阻为管内热阻1.5倍以上的单相流及渣油、蜡油等粘度大、腐蚀易结垢物料的换热。(2) T形翅片管：用于管外沸腾时，可有效降低物料泡核点，沸腾给热系数提高1.63.3倍，是蒸发器、重沸器的理想用管。(3) 表面多孔管：该管为光管表面形成一层多孔性金属敷层，该敷层上密布的小孔能形成许多汽化中心，强化沸腾传热。(4) 螺旋槽纹管：可强化管内物流间的传热，物料在管内靠近管壁部分流体顺槽旋流，另一部分流体呈轴向涡流，前一种流动有利于减薄边界层，后一种流动分离边界层并增强流体扰动，传热系数提高1.31.7倍，但阻力降增加1.72.5倍。(5)波纹管：为挤压成型的不锈钢薄壁波纹管，管内、管外都有强化传热的作用，但波纹管换热器承压能力不高，管心距大而排管少，壳程短而不易控制。管壳式换热器的应用已经有悠久的历史，而且管壳式换热器被当作一中传统的标准的换热设备在很多工业部门中大量使用。尤其在化工、石油、能源设备等部门所使用的换热设备中，管壳式换热器仍处于主导地位，因此本次毕业设计特针对这类换热器中的浮头式换热器的工艺设计以及结构设计进行介绍。2 工艺计算 在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需要的传热面积。工艺设计中包括了热力设计以及流动设计，其具体运算如下所述：2.1 设计条件表2-1 泥浆的部分参数表参数单位40100密度(s)kg/m310571057动力粘度()mPa s1615比热(c)kJ/kg K3.8413.882导热系数()W/m K0.6550.698 基本参数：热侧：进口25tons/h，进口温度100；出口40。冷侧：进口5tons/h，温度20；要求出口5 tons/h部分加热至约85，另一部分流量和温度没做要求。 根据设计要求，经过查阅资料，我决定将此次设计为三组换热器。第一级：冷测流体由10(考虑极限情况下，冬季冷侧水温为10，此时可以满足设计要求)升温至85，此部分水可以用来做饭等，设计流量为5tons/h； 第二级：冷侧水入口温度仍为10，出口温度为75，此部分水可以用来供暖等；第三级：泥浆的出口温度应降为40 ，此时设计水侧出口温度为45，此部分水可以直接用来洗澡2.2第一级 热力计算 热侧：进口温度100，流量为25tons/h；冷侧：进口温度为10，进口流量为5tons/h，出口温度为85。2.2.1估算换热量 选择被冷却的泥浆走管程，被加热的水走壳程。这是因为：其一：经计算知水的表面传热系数远远大于泥浆的，水走壳程完全可以满足换热的需要；其二：传热系数大的水走管程，这样可降低管壁的温差，减少散热损失，同时还可以减少热应力；其三：壳程里面有折流板，管束等易于形成死角，不利于清洗，如果泥浆走管程则，只用用水泵就可以方便的清洗管束内部。 水的物性参数:入口温度为10，出口为85，平均温度为47.5。用内插法求得，水的平均密度o=989kg/m3 ；动力粘度o=0.5754mPa s；比热co=4.17kJ/kg K；导热系数o=0.645 W/mK；Pro=3.73。 2.2.2 计算换热器换热面积 (1) 传热计算（热负荷计算）热负荷：Q=coo(T2O-T1O)=cii(T1i-T2i) (2-1)式中：mo,mi冷热流体的质量流量，kg/s； co,ci冷热流体的定压比热，J/(kgk)； T1O, T2O 冷流体的进、出口温度，k； T1i,T2i热流体的进、出口温度k对于水有：QO=4.17453.675103=4.35105W 对于泥浆而言由于其降温较少，参数变化不是太大，因此可以先用100时的物性参数进行估算有： 3.882103253.6（100-T2i）=4.35105 可解得：T2=83.86 考虑传热损失其圆整为T2i=83。此时，泥浆的平均温度为91.5，用内插法可求得泥浆的物性参数为：密度 i=1057kg/m3； 动力粘度i=15.14mpa.s ；比热容ci=3.876kJ/kg K；导热系数i=0.692W/mK因此，泥浆的换热量:Qi=ci,miT1i-T2i=3.876253.617=4.58105W(2) 有效平均温差tm的计算 选取逆流流向，这是因为逆流比顺流的传热效率高。其中为t1较小的温度差，t2为较大的温度差。 t1=100-85=15 t2=83-10=73因为t1t2=4.872，故采用对数平均温度差，则 tm=t1-t2ln(t1/t2）=73-15ln（73/15）=36.7 （2-2）2.2.3 总传热系数的计算管壳式换热换热器面积是以传热管外表面为基准，则在利用关联式计算总传热系数也应以管外表面积为基准，因此总传热系数K的计算公式如下：1K=1ho+Rso+bdowdm+Rsidodi+dohidi （2-3）式中：K总传热系数，W/（K）； hi、ho分别为管程和壳程流体的传热膜系数，W/（K）； Rsi、Rso分别为管程和壳程的污垢热阻，K/w； di、do、dm分别是传热管内径、外径及平均直径，m； w传热管壁材料导热系数，W/（K）； b-传热管壁厚，m。1) 管程流体传热膜系数hi 其计算过程如下： 设计流速 ui=1m/s； Rei=diuiii=10.02610570.01514=1815.2500时 ， fo=5.0R_e-0.228 (2-24) 横过管束中心线的管子数，对三角形排列nc=1.1Nt；对正方形排列nc=1.19Nt；Nt为一台换热器的中管子的总数。 uo按壳程流通截面AO计算的流速，ms； Nb折流板的数量。其中： A0=lbDi-ncdo=lbDi-1.1Ntdo (2-25) =0.50.4-1.1480.032 =0.078m2因此 uo=mhhAO=5/3.69890.078=0.018m/s ； (2-26) fo=5.01389.7-0.228=0.96 nc=1.1Nt=1.148=7.62 Nb=l-0.1lb-1=3-0.10.5=4.8，取整为5。则有： P1=0.50.967.6269890.01822=3.52pa;P2=53.5-20.50.49890.01822=0.8 Pa; Po=(3.52+0.8)1.154=19.9Pa由于壳程压降很小，如上计算所示，可知此时的压力降在合理范围之类，这样设计合理。2.4 换热器壁温计算2.4.1 换热管壁温计算符号说明：以换热管外表面积为基准计算的总传热系数， W/（m）； Rsi、Rso分别为管程和壳程的污垢热阻，K/w； Tm、tm分别为热、冷流体的的平均温度，； T1O, T2O 冷流体的进、出口温度，k； T1i,T2i热流体的进、出口温度k; tm流体的有效平均温差，； hi以换热管外表面积为基准计算的给热系数， W/（m）。热流体侧的壁温： tth=Tm-K(1hi+)tm （2-27） =91.5-251.5(1540.3+5.2810-4)36.7 =69.5；冷流体侧的壁温： ttc=tm+K(1ho+)tm （2-28） =47.5+251.5(11242+1.7610-4)36.7 =56.6所以 tt=tth+tc2=69.5+56.62=63.1。 （2-29）2.4.2 圆筒壁温的计算由于圆筒外部有良好的保温层，故壳体壁温取壳程流体的平均温度：tm=47.5.壳程: 水管程:泥浆水的物性参数:o =989kg/m3o=0.5754mPasco=4.17kJ/kg K o=0.645W/mKPro=3.73QO=4.35105WT2i=83泥浆的物性参数：i=1057kg/m3i=15.14mpa.sci=3.876k/(kgk)i=0.692W/mKQi=4.58105Wt1=15t2=73tm=36.7Rei=1815.2Pri=84.8Nui=20.8hi=540.3w(m2.k)lb=500mmDi=DN=400mmdo=32mmPt=40mmAs=0.04m2uo=0.035m/sde=0.023Re=1389.7Nuo=44.48ho=1242w(m2.k)dm=29mmRso=1.7610-4W/m2.K Rsi =5.2810-4 W/（m2K）K=251.5 W/mKAo=14.48m2A1=49.6m2n1=3.94Pl=8600.2paPr=8456pa Pn=792.8paP=7.14104paF=0.5A0=0.078m2uo=0.018m/snc=7.62Nb=5P1=3.52paP2=0.8 PaPo=19.9Patth=69.5ttc=56.6tt=63.1tm=47.5到此换热器的工艺计算告一段落，其中工艺计算的主要目的是计算出其换热面积，选出相应的换热器型式，因此，接下来应该是进行换热器的结构设计以及强度计算。附于下面：表2-2 工艺计算常用参数公称直径（mm）管程中心排管数换热管数管程平均通道面积（c）弓形折流板缺口弓高（）4004848148150表2-3第二级和第三级计算数据如下表所示:名 称第二组 第三组名 称 第二组第三 组热侧流 量 （t/h）2525 冷侧流量（t/h）518.8进口温度()8368.5进口温度()1010出口温度()68.540出口温度()7545泥浆传热系数 (w/m2.k）534.9525.9水的传热系数(w/m2.k）1212.82348泥浆流速（m/s）11水的流速（m/s）0.0350.131总传热系数(w/m2.k）248.9273.3有效平均温度()25.426.6换热量（kw）389762换热面积（m2）61.53104.82管程数44壳程数58 管程压降（Pa）沿程压降8745.78952.3壳程压降壳（Pa）横掠管束压降25.339.7回弯阻力84568456过折流板压降13.4511.2进出口阻力792.8792.7热侧壁温()60.642.4冷侧壁温()36.631.9平均壁温()54.734.3平均壁温()54.734.33 换热器结构设计与强度校核 在第一部分进行工艺计算结束后,应进行下一步:开始换热器主体结构以及零部件的设计和强度计算.这一过程主要包括壳体和封头的厚度计算、材料的选择、管板厚度的计算、开孔补强计算，还有主要构件的设计（如管箱、壳体、折流板、拉杆、膨胀节等）和主要连接（包括管板与管箱的连接、管子与管板的连接、壳体与管板的连接等），具体计算如下。3.1 壳体与管箱厚度的确定 根据给定的流体的进出口温度，选择设计温度为200；设计压力为1.5Mpa。3.1.1 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16MnR为壳体与管箱的材料。16MnR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。3.1.2 圆筒壳体厚度的计算焊接方式：选为双面焊对接接头，局部无损探伤，故焊接系数=0.85；根据GB6654压力容器用钢板和GB3531低温压力容器用低合金钢板规定可知对16MnR钢板其。假设材料的许用应力Mpa（厚度为616mm时），壳体计算厚度按下式计算为： =PcDi2t-Pc=1.540021250.85-1.5=2.85mm； (3-1)设计厚度为： d=+C2=2.85+2=4.85mm ； (3-2)名义厚度n=d+C1+=6mm(其中为向上圆整量) ； (3-3)查其最小厚度为6mm，则此时厚度满足要求，且经检查，没有变化，故合适。=0.85=2.85mmd=4.85mmn=6mm3.1.3 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。前端管箱厚度计算: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。此时选用标准椭圆形封头，故，且同，则封头计算厚度为：h=KPcDi2t-0.5Pc=11.54002125400-0.51.5=2.83mm ； (3-4)设计厚度 dh=h+C2=2.83+2=4.83mm ; (3-5)名义厚度 nh=dh+C1+=4.83 mm （为向上圆整量）； 经检查，没有变化，故合适h=2.83mmdh=4.83mmnh=4.83 mm查JB/T47462002钢制压力容器用封头可得封头的型号参数如下：表3-1 DN400标准椭圆形封头参数DN(mm)总深度H(mm)内表面积A()容积(m3) 封头质量（）4001250.20490.01159.7 短节部分的厚度同封头处厚度，为6mm。3.2 开孔补强计算在该台固定管板式换热器上，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。 由于管程与壳程出入口公称直径均为100mm，按照厚度系列，可选接管的规格为1084，接管的材料选为20号钢。3.2.1 壳体上开孔补强计算 1) 补强及补强方法判别：补强判别：根据GB150表8-1，允许不另行补强的最大接管外径是，本开孔外径为159mm，因此需要另行考虑其补强。开孔直径 d=di+2C=100+22=104mmD2，则补强圈在有效补强范围内。补强圈的厚度为：=A4D2-D1=138.8990=1.54mm ; (3-20)考虑钢板负偏差并经圆整（一般设计时都是向上圆整）取壳体和管箱上补强圈的名义厚度为4mm，即n=4mm。d=200mmet=2mmA=300mm2B=208mmh1=20.4mmc=4mmA1=118.16mm2t=1.04mmA2=26.95mm2 A3=16mm2 Ae=161.11mm2A4=138.89mm2D2=200mmD1=110mm=1.54mmn=4mm3.2.2 前端管箱开孔补强计算1 ) 补强及补强方法判别：补强判别：根据GB150表8-1，允许不另行补强的最大接管外径是，本开孔外径为159mm，因此需要另行考虑其补强。开孔直径 dh=di+2C=100+22=104mmD2，则补强圈在有效补强范围内。补强圈的厚度为：=A4D2-D1=138.8990=1.54mm ; （3-35）考虑钢板负偏差并经圆整，取壳体和管箱上补强圈的名义厚度为4mm，即n=4mm。3.2.3 排污口和排气孔开孔补强计算 补强方法判别：补强判别：根据GB150表8-1，允许不另行补强的最大接管外径是，本开孔外径为32mm，因此不需要另行考虑其补强 dh=200mmfr=0.688mmet=2mmAh=297.85mm2Bh=208mmh1h=20.4mmh2h=0mm he=4mmAh1=120.22mm2t=1.04mmAh2=26.95mm2 Ah3=16mm2 Ae=163.17mm2Ah4=134.68mm2=1.54mmn=4mm3.3 水压试验对于压力容器而言,水压试验是很重要的一个环节，其主要检验压力容器密封、承压等性能。水压试验压力应以能考核承压部件的强度，暴露其缺陷，但又不损害承压部件为佳。通常规定，承压部件在水压试验压力下的薄膜应力不得超过材料在试验温度下屈服极限的90。压力容器水压试验后，无渗漏、无可见的异常变形，试验过程中无异常的响声，则认为水压试验合格。对于本设计而言：设试验温度为常温，则有PT=1.251.5170125=2.55Mpa ; （3-36）则校核水压试验时圆筒的薄膜压力T：T=PT(Di+e)2e=2.55(400+4)24 （3-37） =128.786.4mm； (3-43)则,b=2.53b0=2.5312.5=8.56.4mm， (3-44)故 :DG=454-28.5=437mm ； (3-45)Dt管板布管区当量直径，mm，Dt=4At； (3-46)d换热管外径，mm；Ep设计温度时，管板材料的弹性模量，Mpa；Ef设计温度时，换热管材料的弹性模量，Mpa；Gwe-系数，按Kt13pa12和1t查GB151图24；Kt管束模数，Mpa；Kt=EtnaLDt ； (3-47)Kt管束无量纲刚度，Mpa；Kt=KtEp ； (3-48)L换热管有效长度（两管板内侧间距），mm；l换热管与管板胀接长度或焊脚高度，mm；n换热管根数；pa，pa=pd1.5tr； pc当量压力组合；Mpa；pd管板设计压力，Mpa；ps壳程设计压力，Mpa；pt管程设计压力，Mpa； q-换热管与管板拉脱力，Mpa；q许用拉脱力，查GB151，Mpa；系数，； (3-49)管板计算厚度，；换热管管壁厚度，；管板刚度削弱系数，一般可取值；管板强度削弱系数，一般取；系数，t=DtDi ； (3-50)换热管轴向应力，Mpa；换热管稳定许用压应力，Mpa；设计温度时，管板材料的许用应力，Mpa；设计温度时，换热管材料的许用应力，Mpa；管板厚度计算过程如下：1) 管板名义厚度计算：Ad=840(52-0.86640) =5555.2mm2 ；At=1.73248402+5555.2 =138572.8mm2 ； Al=138572.8-483224 =99968.9mm2 ； a=4do2-di2=4322-262=273.32mm2 ; na=48273.32=13119.4mm2 ; =13119.49968.9=0.131 ; Dt=4138572.8=420mm ; t=420437=0.96 ； 1t=1.04； 查GB150可知Et=1.91105Mpa，Ep=2.03105Mpa； 则Kt=1.9110513119.4(300-220)420=2043.2Mpa；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L=Lo-2n-2管端伸出的长度。 Kt=2043.220.42.03105=0.00252 ; Kt13=0.293当中的的计算如下：cr=2Etst=21.91105245=124.1 ； (3-51) I=0.25d2+d-2t2 =0.25322+262 =10.3 (3-52)查GB151-1999可知lcr=2lb=1000mm ，则lcri=100010.3=97.1cr ，同时由于前面换热管的材料选为20号钢，故，crl=st21-lcri2cr=24521-97.12124.1 =74.6Mpat=86Mpa ； (3-53)由于此时不能保证与在任何时候都同时作用，则取pd=1.5Mpa ；故pa=1.51.50.486=0.029 故pa12=0.17；根据Kt13pa12=1.724和1t=1.04查GB151图可知C=0.332，Gwe=3.4，则管板计算厚度为： =CDtpa=0.3324200.029=23.7mm ； (3-54)管板的名义厚度应不小于下列三部分之和，即n=MAX，min+MAXCs，h1+MAXCt，h2圆整 =MAX23.7，22.4+MAX2,0+MAX(2，4)圆整 =23.7+2+4圆整=30mm (3-55)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。 L=L0-2n-2(管端伸出的长度) =3000-230-21.5=2937mm (3-56) Kt=1.9110513119.42937420=2031.4Mpa ； Kt=2031.40.42.03105=0.025 ；故Kt13pa12=1.72，查图可知C=0.332，Gwe=3.4，则=CDtPa=0.3324200.029=23.7mm ， (3-57) n=23.7+2+4圆整=30mm 。 (3-58)b0=12.5mmb=8.5mmDG=437mm Ad=5555.2mm2 At=138572.8mm2A1=99968.9mm2a=273.32mm2 na=13119.4mm2=0.131 Dt=420mm t=0.961t=1.04Kt=2043.2Mpa Kt=0.00252 Kt13=0.293cr=124.1 ；i=10.3lcr=1000mmlcri=97.1crl=74.6Mpapa=0.029pa12=0.17Kt13pa12=1.724=23.7mmn=30mmL=2937mmKt=2031.4MpaKt=0.025Kt13pa12=1.72=23.7mm ， n=30mm3.5.3.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： 程设计压力ps=1.5Mpa，管程设计压力pa=0： pc=ps-pt1+=ps=1.5Mpa ； (3-59) t=1pc-ps-ptAtAlGwe (3-60) =10.131(1.5-1.5138572.899968.93.4) =-42.5Mpa明显地，ttcr； 管程设计压力pt=1.5Mpa，壳程设计压力pa=0：pc=ps-pt1+=0-1.51+0.131=-1.7Mpa; (3-61) t=1pc-ps-ptAtAlGwe (3-62) =10.131-1.7+1.5138572.899968.93.4 =40.99Mpa明显地，ttt=86Mpa； 壳程设计压力ps与管程设计压力pt同时作用： pc=ps-pt1+=1.5-1.51+0.131 (3-63) =-0.20Mpa； t=1pc-ps-ptAtAlGwe (3-64) =10.131(-0.20-0) =-1.53Mpa明显地，ttcr。 由以上三种情况可知，换热管的轴向应力符合要求。pc=1.5Mpat =-42.5Mpattcrpc=-1.7Mpat=40.99Mpattt=86Mpapc=-0.20Mpat =-1.53Mpattcr3.5.4. 换热管与管板连接拉脱力 q=tadl=42.5273.3323.5=33.01Mpa ； (3-65) 式中，l=l1+l3=1.5+2=3.5mm (3-66)其中：l1换热管最小伸出长度，查GB151-1999可知l1=1.5mm； l3最小坡口深度，l3=2mm；许用拉脱力q=0.52tt=0.586=43Mpa； (3-67)明显地，qq。q=33.01Mpal=3.5mml1=1.5mml3=2mmq=43Mpaqq3.5.5 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：固定管板重量计算: Q1=4404232+454230-32785010-9 =36.5kg3.6 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。3.6.1 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16MnR，由前可知，弓形缺口高度为100mm，折流板间距为500mm，数量为5块，查GB151-1999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GB151-1999可知折流板名义外直径为DN-3.5=396.5mm。3.6.2 折流板排列该台换热器折流板排列示意图如下所示：3.6.3 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l应按下式计算：l=L1+B22-b-4=150+1002-30-4=174mm；(3-68)其中：L1壳程接管位置的最小尺寸，mm； b管板的名义厚度，mm； B2为防冲板长度，若无防冲板时，B2应为接管的内径，100mm；l=174mmB2=100mm3.6.4 折流板重量计算 符号说明如下：Q折流板质量，kg；Da折流板外圆直径，；Af折流板切去部分的弓形面积，Af=Da2C，； C系数，由haDa查表求取；ha折流板切去部分的弓形高度，mm；d1管孔直径，mm；d2拉杆孔直径，mm；n1管孔数量；n2拉杆孔数量；折流板厚度，mm。计算过程如下： haDa=100396.5=0.252，查得C=0.15528 ； (3-69)Af=Da2C=396.520.15528=24411.9mm2 ； (3-70)Q=4Da2-Af-4d12.n1+4d22.n2 (3-71) =4396.52-24411.9-432248+41624 67850 =2.81kghaDa=0.252C=0.15528Af=24411.9mm2Q=2.81kg3.7 拉杆与定距管3.7.1 拉杆的结构形式常用拉杆的形式有三种：1) 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 GB151-1999表45规定）；2) 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，；3) 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32mm，因此选用拉杆定距管结构。3.7.2 拉杆的直径、数量及布置其具体尺寸如下所示：表3-2 拉杆的参数拉杆的直径d拉杆螺纹公称直径dn abb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。3.7.3 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。3.8膨胀节固定管板式换热器换热过程中,管束与管科之间有一定的温差,而管板、管束与壳体之间是刚性地连在一起的，当温差达到某一温度时，由于过大的温差应力往往会引起壳体的破坏或造成管束弯曲，故温差应力很大时，可以选用浮头、U形及填料函式换热器。但上述换热器的造价较高，若管间不需清洗时，亦可采用固定管板式换热器，但需要设置温差补偿装置，如膨胀节。由于本设计的温差较小，综合考虑经济及效益因素采用膨胀节。膨胀节是安装在固定管板式换热器壳体上的挠性构件，由于它的轴向挠度大，不大的轴向力就能产生较大的变形。依靠这种易变形的挠性构件，对管束与壳体之间的变形差进行补偿，以此来减少因温差而引起的管束与壳体之间的温差应力，同时也有利于管束与管板连接出不被拉脱。膨胀节还可应用于各种工业设备、机械和管道上，作为补偿位移和吸收振动的构件。膨胀节主要分为弯管式膨胀节、波纹管膨胀节和套管伸缩节3种结构形式。1)弯管式膨胀节将管子弯成U形或其他形体（图1弯管式膨胀节），并利用形体的弹性变形能力进行补偿的一种膨胀节。它的优点是强度好、寿命长、可在现场制作,缺点是占用空间大、消耗钢材多和摩擦阻力大这种膨胀节广泛用于各种蒸汽管道和长管道上。2) 波纹管膨胀节用金属波纹管制成的一种膨胀节。它能沿轴线方向伸缩，也允许少量弯曲。图2波纹管膨胀节为常见的轴向式波纹管膨胀节，用在管道上进行轴向长度补偿。为了防止超过允许的补偿量，在波纹管两端设置有保护拉杆或保护环，在与它联接的两端管道上设置导向支架。另外还有转角式和横向式膨胀节，可用来补偿管道的转角变形和横向变形。这类膨胀节的优点是节省空间，节约材料，便于标准化和批量生产，缺点是寿命较短。波纹管膨胀节一般用于温度和压力不很高、长度较短的管道上。随着波纹管生产技术水平的提高，这类膨胀节的应用范围正在扩大。3)套管伸缩节由能够作轴向相对运动的内外套管组成（图3套管伸缩节）。内外套管之间采用填料函密封。使用时保持两端管子在一条轴线上移动。在伸缩节的两端装设导向支架。它的优点是对流体的流动摩擦阻力小，结构紧凑；缺点是密封性较差，对固定支架推力较大。套管伸缩节主要用于水管道和低压蒸汽管道。在实际的生产实践中应用最多的是波形膨胀节。由于本设计需要补偿量较大，故采用波形膨胀节。3.9 防冲板 由于壳程流体的v2=996.30.1312=17.1kg/(m.s2)2230kg( 查GB151-1999)管程换热管流体的流速，因此在本台换热器的壳程与管程都不需要设置防冲板。3.10保温层根据设计温度选保温层材料为脲甲醛泡沫塑料，其物性参数如下：表3-3 保温层物性参数密度（kgm3）导热（kcalmh）吸水率抗压强度（kgm）适用温度（）13200.01190.02612%0.250.5-190+5003.11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。固定端的壳体法兰、管箱法兰与管箱垫片 （1） 查JB4700-2000压力容器法兰可选固定端的壳体法兰和管箱法兰为长颈对焊法兰，凹凸密封面，材料为锻件20MnMo，其具体尺寸如下：（单位为mm）表3-4 DN400长颈对焊法兰尺寸DN法兰螺柱对接筒体最小厚度DD1D2D3D4Hhaa1Rd规格数量40054050046545545234955171412221223M20206（2）此时查JB4700-2000压力容器法兰，根据设计温度可选择垫片型式为金属包垫片，材料为0Cr18Ni9，其尺寸为： 表3-5 管箱垫片尺寸PN(Mpa)DN(mm)外径D(mm)内径d(mm)垫片厚度反包厚度1.640045440434(3) 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，其具体尺寸如下表所示： 表3-6 DN100接管法兰尺寸 （单位为）公称通径DN钢管外径Al连接直径 法兰厚度法兰颈 坡口宽度法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓空数量n螺纹ThNABAB100114.3108220180188M162215611063.12 分程隔板及支座由于是多管程换热器，故此处需要用到分程隔板。查GB151-1999可知：分程隔板槽槽深，槽宽为12mm，且分程隔板的最小厚度为8mm 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。3.12.1 支反力计算如下： 管板的质量：m1=36.5+36.5=73kg ； (3-72) 圆筒的质量： m2=4Di+2n2-Di2L (3-73) =4 44+122-400210-63.47850 =204.3kg ；式中：L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=7850kgm3。封头的质量：m3=9.7+9.7=19.4kg； (3-74)保温层的质量：m4=4400+12+1002-400+12210-63.420 =4.9kg (3-75）附件（如接管、法兰、浮头盖等）质量取为全部质量的20%： m5=20%m1+m2+m3+m4 =0.273+204.3+19.4+1.9 =60.32kg （3-76）圆筒的体积：V1=4Di2L=44002340010-9 =0.43m2； （3-77）封头的体积：V2=20.0115=0.023m2； （3-78）故总体积为：V=V1+V2=0.43+0.023=0.453m2； （3-79）由于泥浆的密度比水的密度大，故鞍座应在水压试验时应采用当量质量,此时所受支反力较大，即如下：水压试验时充液重量： m6=iV=15700.453=711.21kg； （3-80）水压试验时总质量： m=m1+m2+m3+m4+m5+m6 =73+240.3+19.4+4.9+60.32+711.21 =1109.13kg； (3-81）水压试验时单位长度载荷： q=mgL+43hi=1109.139.83400+12543=3.05N/mm； （3-82）水压试验时支座反力：F=12mg=121109.139.8=5437.7N；m1=73kg m2=204.3kgm3=19.4kgm4=4.9kgm5 =60.32kgV1=0.43m2V2=0.023m2V=0.453m2 m=1109.13kgq=3.05N/mmF=5437.7N3.12.2 鞍座的型号及尺寸根据支反力查JB/T4712-92选择鞍座的型号为：DN600、120包角重型带垫板鞍式支座。 表3-7 鞍座尺寸公称直径允许载荷（）底板腹板筋板垫板螺栓间距l2鞍座质量（kg）增加mm高度增加的质量（kg）l1b1l3b3弧长b4e40060380120883009684801606282601333.13 接管的最小位置 在换热器设计中，为了使传热面积得以充分利用，壳程流体进、出口接管应尽量接近两端管板，而管箱进、出口接管尽量靠近管箱法兰，可缩短管箱、壳体长度，减轻设备重量。然而，为了保证设备的制造安装，管口距地的距离也不能靠得太近，它受到最小位置的限制。1） 壳程接管位置的最小尺寸接管带补强圈，故应按下式计算： L1DH2+b-4+C (3-83)式中：L1壳程接管位置最小尺寸，mm； C补强圈外边缘至管板与壳体连接焊缝之间的距离，计算中 取C4S（S为壳体厚度，mm），且； DH补强圈外圆直径，mm； b管板厚度，mm。L12002+30-4+30=156mm；经过实际画图后，L1=170mm，满足最小位置的要求。C=30mmDH=200mmb=30mmL1156mmL1=170mm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。第四章 换热器的腐蚀、制造与检验4.1 换热器的腐蚀 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。4.1.1 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。4.1.2 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。4.1.3 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。4.2 换热器的制造与检验4.2.1 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。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4.2.2 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。4.2.3 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e0.5%DN，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L=6000mm，则其值4.5mm；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。4.2.4 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。4.2.5 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焊接连接，则管孔表面粗糙度Ra值不大于25；3.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+0.20大0.15；5.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；7.应去除管板与折流板上任何的毛刺。4.2.6 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.焊接连接时，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。4.2.7 管束的组装1） 组装过程： 将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，并使固定管板与折流板的中心线一致，然后一根一根地插入传热管。2） 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；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。4.2.8 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。5 焊接工艺评定 本章主要叙述各主要部件的焊接工艺以及当中应注意的问题。5.1 壳体焊接工艺5.1.1 壳体焊接顺序焊接壳体时，应先焊筒节纵缝，焊好后校圆，再组装焊接环缝。要注意的是必须先焊纵缝后焊环缝，因为若先将环缝焊好再焊纵缝时筒体的膨胀和收缩都要受到环缝的限制，其结果会引起过大的应力，甚至产生裂纹。每条焊缝的焊接次序是先焊筒体里面，焊完后从外面用碳弧气刨清理焊根，将容易产生裂纹和气孔的第一层焊缝基本刨掉，经磁粉或着色探伤确信没有缺陷存在后再焊外侧。5.1.2 壳体的纵环焊缝壳体的材料为16MnR，其可焊性较好。焊前不需要进行预热，采用埋弧自动焊，开V型坡口，采用H08Mn2焊丝和HJ431焊剂，焊完后需将其加热到600650，要进行焊后热处理，以消除残余应力，而且也可软化淬硬部位，提高韧性。5.2 换热管与管板的焊接5.2.1 焊接工艺换热管与管板的焊接一般采用手工电弧焊，也广泛采用惰性气体保护焊，在此选择其焊接方式为手工电弧焊。管子的材料为20号钢，而管板的材料为锻件16Mn，两者的焊接性能都较好，由于管板厚度较大，此时应进行焊前预热，预热温度为100200，选用焊条J506，焊后热处理温度为600650，以消除残余应力。5.2.2 焊接缺陷管子与管板焊接最主要的问题是焊接缺陷，缺陷一般为气孔或裂纹。它们直接关系到工程的质量。产生气孔的主要是附在管子和管板孔上的油脂、铁锈、空气和堆焊管板时复层中夹有的焊渣在受热时分解而造成。因此在焊接前，要特别注意焊接部位的脱脂和除锈。另一个可能产生的缺陷是裂纹，如果接头的化学成分控制不当，热影响区过度硬化，结点处有油污及管子与管板孔配合间隙过大等，都易在焊缝处引起裂纹。5.2.3 法兰与筒体的焊接法兰与筒体的焊接属于C类接头。法兰的材料为锻件20MnMo，筒体的材料为16MnR，两者都具有良好的综合机械性能和焊接性能，此时可以采用埋弧自动焊，焊丝为H10MnSiA，焊剂为HJ250，焊后需要进行消除应力热处理，需要将热处理温度控制在550650。6 换热器的安装、试车与维护6.1 安装6.1.1 场地和基础1.应根据换热器的结构型式，在换热器的两端留有足够的空间来满足拆装、维修的需要；2.活动制作的基础面撒谎能够应预埋滑板。6.1.2 安装前的准备1.可抽管束换热器安装前应抽芯检查、清扫。抽管束时，应注意保护密封面和折流板。移动和起吊管束时，应将管束放置在专用的支承结构上，以避免损伤换热管；2.安装前一般应进行压力试验。当图样有要求时，应进行气密性实验。6.1.3 地脚螺栓和垫铁1.活动支座的地脚螺栓应装有两个锁紧的螺母，螺母与底板间应留有13的间；2.地脚螺栓两侧均应有垫铁。设备找平后，斜垫铁可与设备支座底板焊牢，但不得与下面的平垫铁或滑板焊死；3.垫铁的安装不应妨碍
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