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F150 头式 换热器 设计 10 CAD

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F150浮头式换热器的设计含10张CAD图,F150,头式,换热器,设计,10,CAD

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任务书学院： 机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 指导教师学生姓名课题名称F150浮头式换热器设计内容及任务拟设计一单壳程双管程浮头式换热器，用于热量回收。给定设计参数如下：管程介质：烟道气 壳程介质：水管程设计压力：1.65MPa 壳程设计压力：1.55MPa管程设计温度：420 壳程设计温度：90 腐蚀余量：自定 换热面积：150m2 需完成的主要内容如下：1、绪论2、主体结构设计3、材料选择及零部件结构设计4、强度计算与校核5、加工工艺、装配程序、安全防腐等6、绘制装配图及零部件图7、翻译外文文献拟达到的要求或技术指标1、首先需在互联网、图书馆、工厂广泛查阅相关科技资料2、进行结构、材料及装置选择论证时，要求资料详实，数据充分3、进行强度校核时，要求计算准确，分析详细，公式的字母含义应标明4、查阅15篇以上与题目相关的文献，其中近三年的文献不少于5篇，鼓励引用一定的外文文献；按要求格式独立撰写不少于12000字的设计说明书；写出不少于400字的中文摘要，关键词的个数一般取5个左右；鼓励翻译一篇本专业外文文献5、完成不少于3张零号图纸的结构设计图、装配图和零件图，其中应包含一张以上用计算机绘制的具有中等难度的1号图纸，同时至少有折合4号图幅以上的图纸用手工绘制，并要求图面整洁，视图齐全，布局合理，线条、文字及尺寸标注等均应符合有关标准规定进度安排起止日期工作内容备注2月18日3月1日3月4日3月15日3月18日5月24日5月27日5月31日毕业设计调研集中实习毕业设计毕业答辩主要参考资料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.北京：化学工业出版社，20025 朱振华，邵泽波.过程装备制造技术.北京：化学工业出版社，20116 华南理工大学化工原理教研组.化工过程及设备设计.广州：华南理工 大学出版社，19867 赵惠清，蔡纪宁.化工制图 .北京：化学工业出版社，20158 谭蔚.化工设备设计基础.天津：天津大学出版社，2014教研室意见本课题符合专业人才培养要求，设计任务饱满，同意下达任务书 本课题不符合专业人才培养要求，不同意下达任务书教研室主任（签章）：年 月 日开题报告题目 F150浮头式换热器设计学生姓名班级学号专业1 选题的目的与意义换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重。世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达 96%。换热设备在现代装置中约占设备总重的 30%左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约 70%。其余 30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备。其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性、产品系列化、标准化和专业化、并朝大型化的方向发展。浮头式换热器属于管壳式换热器的范畴,管壳式换热器仍然是当今应用最广泛的换热设备,其可靠性和可能性已被充分证明。特别是在较高的参数的工况条件下,管壳式更显示其独有的长处。浮头式换热器的优点如下：（1） 管束可以抽出，以方便清洗管、壳程；（2） 介质间温差不受限制；（3） 可在高温、高压下工作，一般温度小于等于450度，压力小于等于6.4兆帕；（4） 可用于结垢比较严重的场合；（5） 可用于管程易腐蚀场合。其缺点如下：（1） 小浮头易发生内漏；（2） 金属材料耗量大，成本高20%；（3） 结构复杂给定设计参数如下：管程介质：烟道气 壳程介质：水管程设计压力：1.65MPa 壳程设计压力：1.55MPa管程设计温度：420C 壳程设计温度：90C腐蚀余量：自定 换热面积：150 m22 国内、外现状及发展趋势目前各国在提高管壳式换热器性能所开展的研究主要是强化传热，适应高参数和各类有腐蚀介质的耐腐蚀材料以及为大型化的发展所作的结构改进。提高传热系数，扩大传热面积，增大传热温差是强化传热的三种途径。其中提高传热系数是当今强化传热的重点。它包括有源强化（即利用外部能量的机械和流体振动，电场、磁场冲击的办法，改善流动状态而强化传热）和非源强化（即改变传热元件本身的表面形状和便面处理方法，获得粗糙表面和扩展表面：也有用内插物增加流体本身的扰流来强化传热）两种。目前用于管壳式换热器的强化传热，多数采用非源强化的办法。采用强化传热管提高传热强度，减少换热面积，使换热器提高紧凑程度，节省材料，减缓结垢速度。国内外换热器用强化传热管通常使用螺纹管和低翅管，我国螺纹管的翅化率一般 3，该类管子适用于管内介质给热系数比管外介质的给热系数大于 2 倍以上的换热器，试验证明可以提高传热系数 30%左右。德国 Hde 公司的螺旋槽管，当2300R e 105 时，传热效率比光管提高 2.3 到 11.1 倍，当 300Re 1500 时，传热效率比光管提高 2.2 到 22 倍，充分证明对于粘性介质 R e 不太高的条件下，使用螺旋槽管有明显的效果。瑞典 ALLARDS 公司生产的螺旋扁管换热器，起换热管经压扁再扭转加工成型，管子的横截面均为长圆形。改换热器管束设计有两种布置，一种为混合管束，一种为纯螺旋扁管束。前者用 33%的螺旋扁管和 67%的光管混合排列组成。使用扁管的主要原因是可以用管子压扁的程度来满足管内介质锅中流量下的适应的流通面积，以保证一定的管内流速，使换热器两侧的流动达到较理想的状态。这种管束不仅有利于提高传热率，同时混合管束的排列能使相邻的管子接触良好，互相支撑，从而提高了抗振能力。改善换热器壳侧的传热。传统的管壳式换热器，流体在壳侧流动存在着转折和进出口两端涡流的滞留区，影响了壳侧的给热系数。为改善壳侧的流动状态，从以下两方面开展研究，采用折流杆式换热器。美国在 70 年代初为解决换热器管束振动开发了这种结构的换热器。目前美国已直接应用强化传热管设计制造折流杆式换热器，如菲利普公司使用螺纹管作为换热管，不仅解决了振动问题，而且由于壳侧的流动的改善使折流杆换热器比传统的弓形折流板换热器传热系数提高了 30%左右。管束的压降减少 50%。因而这种换热器在各国的应用日趋广泛，且多数用于炼油厂，到 90年代初至少有 1000 余台投入运行。采用纵流管束换热器。德国 GRIMMA 公司制造了一种整圆形折流板换热器，起结构为折流板上横排管孔，以四个孔为一组将管桥出铣通，壳侧流体在管桥处沿着轴向流动，避免了流体因转折引起的滞留区。该公司用不同粘度的甘油和水混合物进行实验，结果表明在中、低粘度范围内纵流管束换热器传热效果明显优于传统圆缺形折流板换热器。3 课题的主要工作3.1 准备相关工作 查阅相关文献资料了解浮头式换热器的基本原理、性质及应用。在化工生产中的地位和作用、换热器应用的现状和发展趋势、设计的理论基础、技术路线及其意义。3.2 工艺计算及结构设计 浮头式换热器的结构和类型、操作条件的选择和操作方式选择。热流量计算、传热系数计算、传热面积的确定、壳程阻力及压力降计算。3.3 主要受压元件强度计算 换热器壳体、管箱短节、封头厚度确定，容器法兰、螺栓、垫片的校核计算，管板厚度的计算，开孔补强计算。 3.4 计算机绘图及说明书的编写 利用AutoCAD软件绘制出固定管壳式换热器的装配图及各个零件图，并编写说明书，并完成英文资料翻译的编写。4 课题的进度安排 第一阶段 2018年11月28日至2018年12月15日，收集资料，阅读文献，完成开题报告。 第二阶段 2019年2月18日至2019年3月1日，毕业设计调研。第三阶段 2019年3月4日至2019年3月15日，集中实习。第四阶段 2019年3月18日至2019年5月24日，毕业设计。第五阶段 2019年5月27日至2018年5月31日，毕业设计答辩。 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.北京：化学工业出版社，20025 朱振华，邵泽波.过程装备制造技术.北京：化学工业出版社，20116 华南理工大学化工原理教研组.化工过程及设备设计.广州：华南理工 大学出版社，19867 赵惠清，蔡纪宁.化工制图 .北京：化学工业出版社，20158 谭蔚.化工设备设计基础.天津：天津大学出版社，2014指导教师批阅意见 指导教师(签名)： 年 月 日F150浮头式换热器的设计摘 要换热器是工业生产中常用的设备，对不同工作介质中的换热器性能有不同的要求，是可以在冷热流体之间传输热量的设备。此次设计了双管程单壳程浮头式换热器。浮头换热器的一边是固定格栅，另一边是浮头。因此，益处是热应力相对较小，易于查验和清洗。缺点是结构更加复杂。本次设计的主要设计参数为：管程设计压力为1.65Map，壳程为1.55Mpa；管程设计温度为420，壳程设计温度为90；管程介质是烟道气，壳程介质是水；管程腐蚀余量自定，壳程换热面积为150。关于核实计算，采用了传统的工艺计算和强度计算。传统的换热工艺计算主要包括传热面积、传热系数的确定、管程降压、壳程压降、流体性质和压强校核等问题。强度计算的重点是管体、管箱、管头、验收、支撑、隔板和板厚计算、其他部位的设计和管法兰、垫片、安设、装配，以及一定程度的强度检查。本设计主要按GB 151管壳式换热器和GB 150压力容器设计。换热器广泛用于工业、农业和其它领域，当然，在日常生活和现实中，热交换设备是非常普遍的，是不能缺少的工业设备之一。随着科学的不断发展，产业应用也取得了显着成果。关键词: 换热器；结构设计；热力计算；强度校核； 应用范围VABSTRACTHeat exchangers are commonly used equipment in industrial production. They have different requirements for the performance of heat exchangers in different working media. They are devices that can transfer heat between hot and cold fluids. This paper designs a floating head heat exchanger with double tube and single shell. The fixed grille is on one side of the floating head heat exchanger and the floating head is on the other side. Therefore, the thermal stress benefit is relatively small and easy to inspect and clean. The downside is that the structure is more complex.The main design parameters of this design are as follows: the design pressure of the tube is 1.65Map, and the shell is 1.55Mpa. The shell side of the tube side design temperature is 420 , design temperature is 90 ; Pipe medium is flue gas, shell medium is water; The shell side of the tube side corrosion allowance since, so the heat exchange area of 150 . For verification calculation, traditional process calculation and strength calculation are adopted. The traditional calculation of heat transfer process mainly includes heat transfer area, determination of heat transfer coefficient, pipe pressure reduction, shell pressure drop, fluid properties and pressure check and other issues. Strength calculation focuses on pipe body, pipe box, pipe head, acceptance, support, diaphragm and plate thickness calculation, other parts of the design and pipe flange, gasket, installation, assembly, and a certain degree of strength inspection. This design is mainly designed according to GB 151 shell and tube heat exchanger and GB 150 pressure vessel. Heat exchanger is widely used in industry, agriculture and other fields, of course, in daily life and reality, heat exchange equipment is very common, is one of the indispensable industrial equipment. With the continuous development of science industrial application has also achieved remarkable results.Key words: heat exchanger; Structure design; heat calculation； Strength check； Application range 目 录1绪论11.1浮头式换热器简介11.2 浮头式换热器原理11.3 浮头式换热器优缺点11.4换热器的应用12结构设计32.1 换热流程设计32.2 管子和传热面积32.3 管子排列方式32.4 壳体42.5 管箱42.6 固定管板52.7 分程隔板52.8 折流板62.9 拉杆72.10进出口管82.11浮头箱92.12 浮头92.13 补强圈102.14 法兰102.15 支座123强度校核143.1管箱封头的校核143.2管箱筒体的校核153.3壳程圆筒的校核163.4管箱法兰的校核173.5筒体法兰的校核183.6管箱螺栓间距的校核193.7筒体螺栓间距的校核203.8总体强度校核方法214加工工艺224.1简体224.2封头和管箱224.3管子234.4管板234.5折流板234.6膨胀节234.7管束的组装244.8管子与管板的连接244.9焊后热处理244.10设备组装245换热器的安全防腐255.1换热器的腐蚀255.2换热器的防腐255.3换热器的清洗265.4换热器的防垢处理27参考文献29致谢301.绪论1.1浮头式换热器简介浮头式换热器属于管壳式换热器中的一种。管壳式换热器因为其结构稳定，技术性能好，应用范围广，传热系数高等优点，且管壳式换热器还具有比较好的经济性，所以在许多领域中，应用非常广泛。而浮头式换热器正是其主要代表1。因此在许多国家中，浮头式换热器的研究被高度重视，浮头式换热器作为传热设备在工业生产中深受人们喜爱。1.2 浮头式换热器原理浮头式换热器的两端是管板，一端管板连接壳体被固定，而另一端不连接壳体，可以自由的在壳体内浮动，称之为浮头。浮头可以设计成可拆卸的，壳体和管程对热膨胀是自由的，因此当两个介质的温度相差较大时，管程和壳体之间可以消除温差应力。浮头可以设计成可拆卸的，使他可以自由的插入或取出壳体，这样可以使清洁和维修变得更加简便2。1.3 浮头式换热器优缺点1.3.1浮头式换热器优点（1）管程和壳程的清洁方便；（2）两个介质的温度相差不受影响；（3）在高温和高压的条件下也能正常工作；（4）在结垢比较严重的地方也能正常工作；（5）在管程容易腐蚀的地方也能正常工作；1.3.2 浮头式换热器缺点（1）浮头端容易发生流漏（2）对于金属材料的消耗比较大，成本高大约20%（3）结构框架更加复杂1.4换热器的应用换热器是一种工业设备，在工业热交换过程中无法替代。它被广泛应用于许多行业，如动力、化学、冶金、轻工业等。同时他也是空调和供热中不可缺少的一部分。随着科学技术的不断发展，以及资源节约和新能源开发的紧迫性，在近几年开发出了一系列新型的换热器，如可拆卸式、全焊板式、浅密波纹型、非对称型等。近几年来换热器使用增加，需求增加，生产增加。换热器在许多方面都被广泛应用于工业生产。例如，冷冻食品行业，蒸汽机里有蒸发器和电容器。例如糖和纸的生产。糖水蒸发器和纸板蒸发器都有变热，在化学工业和石油化学工业的生产过程中，使用换热器的应用范围更加广泛。在航空航天工业中，换热器也是发动机和辅助发动机及时放出热量的一部分。使用变换器的其他领域也很多。为了在各个生产领域充分利用能源、节约能源、减少排放潜力，我们必须组织热交换机过程，利用和加工热量。世界上煤炭、石油和天然气供应有限，因此各国面临着严重的能源短缺问题，并正在努力开发新的能源。因此，热交换和能源发展(太阳能、地热能、海洋能源)与经济密切相关。因此，换热器被用于电力、炼金术、化学工程、力学、力学、食品工业等等。这样，我们就能找到更多的方法来使用浮头式换热器，使浮头式换热器更有效的工作。22.结构设计2.1 换热流程设计采用1壳程2管程的1-2型换热器。由于换热器的尺寸较小，所以用一台，不考虑多台组合使用。管程分程采用横向隔板结构，主要优点是布管密切。壳体分程采用纵向隔板结构9，主要优点是布管密切。2.2 管子和传热面积除了热交换管需要足够的强度外，用膨胀管固定时，为了避免膨胀引起的龟裂，管需要良好的塑性。焊接和固定时，管道要求良好的焊接性，为了保证管道的质量，一般采用优质碳钢，一般对于不具有腐蚀性或腐蚀性不大的流体，可采用10号和20号钢管。对于高腐蚀性流体，可采用不锈钢（189）10、钢、铝等无缝管，在强腐蚀性流体的情况下，可采用石墨管、聚四氟乙烯管等。由于水、油的腐蚀性少，所以可以采用碳钢，现在选定了20号钢的无缝钢管。根据设计要求采用的无缝钢管管子总数为330根。其传热面积为： 2.3 管子排列方式管子在管板上的排列方式，必须考虑均匀、紧凑、清洁和整体结构的要求。基本的排列方式有三种11：（1）正三角形排列：该排列十分紧密，管外的流体湍流程度高；（2）正方形排列：给热效果不好，但容易清洗；（3）正方形错列：可以一定量的提高给热系数。 图1 各种排列方式多管路换热器常采用组合排列法 11 ，各行程为正三角形排列，各等级间为正方形排列，隔板配置容易。综合比较以上几种布管方式，可采用组合排列形式，中间正方形，其余三角形。布管位置如图1示。在十字型的走廊设置隔板，有壳流体的泄漏和旁路的问题，共计有330个管孔，其中6个是为了安装拉杆。2.4 壳体壳体材料除了必须满足一定的强度外，由于在制造过程中经过搭接、冲压和焊接，材料还需要一定的可塑性和焊接性，一般采用含碳量较低的、等，现选用钢12。壳体内径Ds=700mm 壳体壁厚： （1） 为壳体工作温度下的许用应力，已知壳程设计温度为90，则tw220。根据碳钢板许用应力，表查得=167为焊缝系数13，取=0.85，p1为工作压力，等于1.6MPac=2mm则 实取，之后要用有限元分析软件solidworks进行强度校核。2.5 管箱2.5.1 封头根据压力容器设计规范采用材质为16MnR的标准椭圆封头，在满足强度要求的情况下，其壁厚可用以下公式计算： （2） 已知管程设计温度为200，则tw80mm接管就必须加开孔补强， 当壳体名义厚度小于或等于12mm时，Dg50mm接管就必须加开孔补强。因此，必须在DG 100的管箱管和DG 150的管箱管上开孔进行加强。在补强圈标准中规定了补强圈的尺寸，按标准尺寸Dg100的接管补强圈外直径D0=210mm，Dg150的接管补强圈外直径D0=300mm。补强圈的厚度可通过等面积补强法进行计算。此处不作具体计算，设定补强圈的厚度均为15mm。 2.14 法兰2.14.1 法兰密封面的型式管道法兰和压力容器连接中通常使用下面三种密封面型式。a.平面型密封面密封面是突出的光滑平面。 这个密封面构造简单，加工容易，防腐蚀衬里容易完成。 但是，系紧螺栓后，垫圈的材料容易向两侧延伸，难以压迫，因此，适用于必要的压缩力不高，介质没有毒性的情况。b.凹凸型密封面它由凸面和凹面构成，将垫圈放置在凹面上，按压垫圈时，凹面的外侧有支撑，因此垫圈不会被推出。c.榫槽型密封面密封面由榫和沟构成，垫圈进入沟内。 密封面上的这些规定不是非金属软垫圈，而是采用螺旋式金属垫圈，容易得到良好的密封效果。 用于密封易燃易爆、易爆炸、有毒介质的密封装置。密封面凸出部分易损坏，搬运和拆卸时应注意。选择密封面时，综合考虑介质因素和拆卸因素，壳体法兰采用凹凸型密封面，管箱接管法兰采用平面型密封面，壳体接管法兰采用凹凸型密封面。2.14.2 壳体法兰壳体接管采用平颈对焊法兰，由于管箱、壳体、浮头箱直径都不一样，因此在选用法兰时，不能只按标准选取。如图6为壳体与浮头箱的对接法兰，DN=800mm的是按标准选取的，而DN=700的法兰是按DN800法兰螺栓孔的位来设计其尺寸的，图6 凹凸面密封法兰大致尺寸如下:DN=800mm的法兰，D=960mm， D1=915mm，D2=876mm，D3=866mm，H=115mm， h=35mm，=48mm，1=16倒圆角R=12mm，螺柱孔径r=26，配M24的双头螺柱。DN=700mm的法兰，D=960mm，D1=915mm，D4=863mm， H=115mm， h=35mm， =46mm，1=16，倒圆角R=12mm，螺柱孔径r=26，配M24的双头螺柱。其它的法兰装配尺寸见三维实体图。2.14.3 接管法兰管箱接管采用平颈对焊法兰，如图7示： 图7 接管法兰设计尺寸按化工机械标准设计，其尺寸大致如下：管箱接管：DN=100 PN=2.5MPa时：N=132mm，K=190mm，D=235mm，H=66mm，H1=12mm，S=6mm，法兰厚度C=24mm螺栓孔直径L=22mm，配M20的螺栓8个壳体接管：DN=150 PN=1.6MPa时：N=132mm，K=190mm，D=285mm，H=61mm，H1=12mm，S=6.5mm，法兰厚度C=22mm，螺栓孔直径L=22mm，配M20的螺栓8个另外，对焊时法兰要在颈部开坡口。2.15 支座卧式设备通常采用两个鞍座。这是因为，如果使用多个支柱，基础的水平高度可能不一致，这会导致支柱反应分布不均，从而增加设备的局部应力，因此采用两个支柱。采用双支架时，一个鞍座为固定支架，地脚螺栓为圆孔；另一个是活动支座，地脚螺栓为长圆孔，带两个螺母，将第一个螺母向后拧一圈，然后用第二个螺母锁紧。这样，随着温度的变化，设备可以自由扩展。如图8示：图8 鞍式支座243强度校核3.1管箱封头的校核管箱封头的校核如表2所示：表2 管箱封头校核前端管箱封头计算计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 1.35MPa设计温度 t 480.0 C内径 Di 600.00mm曲面高度 hi 100.00mm材料 16MnR(正火) (板材)试验温度许用应力 s 43.00MPa设计温度许用应力 st 40.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 d = = 6.77mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.00mm最小厚度 dmin = 0.50mm名义厚度 dn = 8.00mm结论 满足最小厚度要求重量 14.44 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 4.16426MPa结论 合格3.2管箱筒体的校核管箱筒体的校核如表3所示：表3 管箱筒体校核管箱筒体计算计算条件筒体简图计算压力 Pc 1.35MPa设计温度 t 480.00 C内径 Di 600.00mm材料 16MnR(正火) ( 板材 )试验温度许用应力 s 43.00MPa设计温度许用应力 st 40.00MPa试验温度下屈服点 ss 95.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.00mm名义厚度 dn = 9.00mm压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力下圆筒的应力 sT = = 205.89 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 4.12845MPa设计温度下计算应力 st = = 116.29MPastf 120.02MPa校核条件stf st结论 合格3.3壳程圆筒的校核壳体圆筒的校核如表4所示：表4 壳程圆筒校核壳程圆筒计算计算条件筒体简图计算压力 Pc 1.25MPa设计温度 t 95.00 C内径 Di 600.00mm材料 16MnR(正火) ( 板材 )试验温度许用应力 s 170.00MPa设计温度许用应力 st 162.30MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.00mm名义厚度 dn = 8.00mm重量 153.26Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 1.9640 MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 67.17 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 4.74538MPa设计温度下计算应力 st = = 44.48MPastf 137.96MPa校核条件stf st结论 合格表5 管箱法兰校核管箱法兰计算设 计 条 件简 图设计压力 p4.000MPa计算压力 pc4.753MPa设计温度 t480.0 C轴向外载荷 F80000.0N外力矩 M1430000.0N.mm壳材料名称16MnR(正火)体许用应力 143.0MPa法材料名称0Cr18Ni9许用sf130.0MPa兰应力stf86.5MPa材料名称40MnVB螺许用sb230.0MPa应力stb155.5MPa栓公称直径 d B24.0mm螺栓根径 d 116.0mm数量 n20个Di600.0Do680.0垫结构尺寸Db625.0D外654.0D内598.008.0片 mmLe17.5LA-3.5h50.0125.0材料类型软垫片N5.0m2.00y11.0螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷WaWa= bDG y = 38099.6N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 772798.5 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 4685.9mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 4698.0mm23.4管箱法兰的校核管箱法兰的校核如表5所示：3.5筒体法兰的校核筒体法兰的校核如表6所示：表6 筒体法兰校核筒体法兰计算设 计 条 件简 图设计压力 p4.000MPa计算压力 pc4.753MPa设计温度 t480.0 C轴向外载荷 F14211.0N外力矩 M15400.0N.mm壳材料名称16MnR(正火)体许用应力 140.0MPa法材料名称16MnR(正火)许用sf140.0MPa兰应力stf86.5MPa材料名称40MnVB螺许用sb230.0MPa应力stb155.5MPa栓公称直径 d B24.0mm螺栓根径 d 116.0mm数量 n24个Di437.0Do515.0垫 结构尺寸Db480.0D外446.0D内436.008.0 mmLe17.5LA-3.5h40.0125.0片材料类型软垫片N5.0m2.00y11.0螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷WaWa= bDG y = 38099.6N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 682716.0 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 3849.5mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 4698.0mm2筒体法兰的校核校核合格3.6管箱螺栓间距的校核管箱螺栓的间距校核如表7所示：表7 管箱螺栓间距校核管箱螺栓间距校核实际间距 = 73.2mm最小间距 46.0 (查GB150-98表9-3)mm最大间距 150.0mm 形 状 常 数 确 定59.13h/ho = 0.6K = Do/DI = 1.124 3.2由K查表9-5得T=1.848Z =6.144Y =11.905U=13.082应力性质计 算 值许 用 值结 论轴向应力 82.00MPa =126.2 或 =353.0( 按整体法兰设计的任意式法兰, 取 ) 校核合格径向应力 22.27MPa = 84.2校核合格切向应力21.98MPa = 84.2校核合格综合应力 = 52.13MPa = 84.2校核合格法兰校核结果校核合格3.7筒体螺栓间距的校核筒体螺栓的间距校核如表8所示：表8 筒体螺栓间距校核筒体螺栓间距校核实际间距 = 73.2mm最小间距 44.0 (查GB150-98表9-3)mm最大间距 150.0mm 形 状 常 数 确 定59.13h/ho = 0.6 K = Do/DI = 1.124 3.2由K查表9-5得T=1.854Z =6.324Y =11.930U=13.21剪应力校核计 算 值许 用 值结 论输入法兰厚度f = 45.0 mm时, 法兰应力校核应力性质计 算 值许 用 值结 论轴向应力 109.76MPa =215.1 或 =405.8( 按整体法兰设计的任意式法兰, 取 ) 校核合格切向应力28.99MPa = 142.5校核合格综合应力 = 70.05MPa = 142.5校核合格法兰校核结果校核合格3.8总体强度校核方法将换热器主要通过不同厚度和重量有多重目的,实验压力不同,换热器组件分别计算,以便准确排除,通过计算结构尺寸、工艺计算、壁温计算热流,换热器流体流动阻力计算、零件和内部结算单位,完成换热器的设计。热交换器的安装和接收。当U型管的两边固定在同一块管板上时，热交换器具有共同的热交换加热器效率，一根管子可以膨胀。如果温度不同，船体和U型热交换器的温度不可能产生。使用计算机程序优化热交换器的结构尺寸。在这里使用电子表格来计算数据的不同部分，以便更直观地了解项目的每个部分是否符合要求，并根据热交换器的单独部分计算。这样就不会有混乱，条理更加清晰。4.加工工艺4.1简体换热器筒体的椭圆度要求更高，因为需要在筒体和折叠板之间有适当的间隙。如果它太大就不能影响热效应，如果它太小了，不可能安装起来。因此，在下料和辗压过程中，壳体必须小心安装，下料须正确的。切割方法有机械切割方法，氧和等离子体等。机械切割由斜切割器、低效和非硬性材料组成:氧气切割器可以切割更厚的碳钢板，但不能切割不锈钢和其他高熔化金属;等离子体制动不仅能切割高血浆温度的金属或非金属，而且还能有效地切割光滑光滑的切口，而且还能产生少量的热活动;材料生产率没有重大变化;人工制品的变形成本较低。切割的钢板必须在边缘进行加工，这取决于钢板的厚度和用于高压和低压工作的形状。需要注意的是，在简形成一个圆后，圆简立即被释放，在纵向缝合线之后，罗尔的扳机被释放。电焊接使用手动电弧焊接或掩埋电极，这需要在焊接过程中得到注意。电极应保持干燥，如发现焊接缺陷，应完全凿去，再进行下一层的焊接，尽可能地使用平焊，减少应力和应变。所有纵向、环形缝合线(除汽化器外)都必须重新加工成水平平面，以使管束更容易组装。接管不应该开在焊痕上,而应该与相连接的内表面齐平。4.2封头和管箱封头和管状盒子的厚度一般不小于壳体的最小厚度，而开口的吸收通常发生在整体上，而不是加强板块。对角线横膈膜必须两边都有长度，并且必须有相应的缝合线。由于焊接应力大，故管箱和封头法兰等焊接后，需进行消除应力的热处理，最后进行机械加工。在腐蚀性环境中，管状盒子和垫圈可以用作合金的组合或腐蚀衬里，也可以作为焊接在法兰内和两端。在热交换过程中，管道加工、管板加工、管道与管板连接是热交换板的一个特征，特别是在管道与管连接过程中是热交换过程中最重要的部分，这在全世界都很重要，并且进行了广泛的研究。目前，随着我国石油加工、化学和石油化学工业的发展，热交换条件变得越来越严格。为了适应国内外的热浪和巩固需要，已经成功地研究了许多新技术，这些技术将在未来逐步用于生产。4.3 管子直管采用整根管子，不可以让中间存在缝隙，U型管可以拼接，对接焊接必须经过JB1147-80的检查。连接的位置必须正确地选择，以便尽可能接近弯曲，以避免滚动问题，因为连接是通过支架通过的。U型管的最小弯曲半径，现在可能是国内外侧管道大小的两倍。弯曲必须通过管子直径0.85倍的球的强度测试来测试它的周长。4.4管板管校毛坯可以是合金制的，焊制的和复合的。假设是钢板材料，在加工前表面不平度时，但直经小于1000毫米时小于2毫米;在相等或超过1000毫米的情况下，不应该超过3毫米，如果超过以上规定，应该先进行校平，然后进行精加工。锻造时的碳钢材料,由于位移导致空穴形成裂缝和管焊后应检查管子管板表面含碳量,以便含碳量达到0.19%。从任何点,或添加两层状板焊接在堆肥低,避免影响极化。大型热交换管管板可以由数块组成，但连接接缝必须经100%辐射或超声波探伤，符合JB1147-80的要求。允许在缝合线上开洞。4.5折流板由于折流板一般很薄，钻头在钻洞时的力会使管状板的中心变形，这样在钻洞完全圆后，钻头就可以对齐、重叠、挤压，然后一起钻洞。请注意，一旦这些板块被折叠起来，它们就不可能超过钻井平台的四分之五厚。为了防止钻洞时产生弯曲，需要在钻洞时在底部的垫子上放一块木板来支撑钻头的推力。为了确保顺利通过管道，折流板上的管孔必须与管板中心在同一直线上。管板可以作为钻模在折流板上进行钻孔,即基于钻孔布置管板,应该钻出和管板孔距一致的定位孔,然后取下管板,换上适合折流板的钻头,通过引出的定位孔为基准进行加工。但请注意，用于防止误差积累，故当做钻模的管板必须是第一块管板。这种加工方法的优点是:可以节省划线所需要的工序。每块板之间的距离都是一样的，以避免制造困难。节省加工时间，提高生产率。在钻洞的基础上，横切杆使用外圆的孔和加工，然后根据需要的灵活折叠板的形式处理并标记为对称方向，以确保未来的平滑装配。4.6膨胀节膨胀区域补偿了波形的可伸缩变形。波形横断面的形状多种多样，而它们使用的大多数形式都是U型，其次是Q型。4.7管束的组装装管是一项艰苦的体力劳动，许多工厂或人造管在不利的工作条件下效率低下。兰州炼油厂有一个完整的管道、风车、管道、排水管、排水管和管道，以及一个机械化管道，用于机械化和机械化处理这一问题。热交换板的组装要求两个管道并行，允许误差不超过1毫米;两个管之间长度的误差为2mm土;管子应该是垂直的，管子拉杆应牢固固定;小心放置遥测管的两端;当管子穿过管子时，管子的头不能用铁棒直接击打。4.8管子与管板的连接管子与管板之间的连接是管式热交换的主要问题，这已经成为所有国家普遍存在的问题。这不仅需要大量的工作时间，而且更重要的是，连接的地方经常在工作中崩溃。因此，开发高效、高质量的通信技术已成为热交换生产的主要研究主题。连接方法根据不同的换热器，不同的处理条件，可分为膨胀、焊接和焊接。所有的热交换企业都有足够的经验来承受更高的压力，特别适用于材料可焊性差及制造厂的焊接工作量过大的情况。但胀接存在应力腐蚀和疲劳问题，并在使用温度较高时，由于材料的蠕变使胀接残余应力松地会引起接头脱落或松动而造成泄调。所以膨胀通常局限于温度，一般适用于温度不超过300 350C。4.9焊后热处理根据不同材料、厚度、焊接方法和使用条件等标准，热处理通常应在下列情况下进行:(1)管箱必须有热处理，在精加工之前中和电压，否则，在加工过程中，管道中的电压会以影响处理精度的方式重新分配。(2)产生破坏概率腐蚀的结构。(3)钢、镀铬钢的屈服强度500MPa以上，需要立即处理退火，以消除焊接电压、避免裂纹和改进化合物的机械性能。4.10设备组装重要的是，在组装封头管箱和简体时，必须注意法兰的螺栓的紧固程序，特别是在高压力的大直径热交换器上，应均匀地沿直径方向相对错开上紧。否则，很难保证在水压试验时达到严密不漏。5.换热器的安全防腐5.1 换热器的腐蚀换热器的腐蚀主要是换热器中的金属被腐蚀。金属腐蚀是指金属受到环境的化学或电化学反应的影响。金属腐蚀造成的危险是惊人的。根据相关资料，每年有三分之一的金属因氧气而腐烂，即使经过防腐处理，其中十分之一的金属也会被腐蚀。美国标准局进行了一项研究，每年损失70亿美元相当于560亿人民币。在我们国家没有做过这方面的统计，但从每年的锅炉腐蚀报废情况来看是相当惊人的。5.2换热器的防腐5.2.1 BF 30a防腐阻垢剂BF 30a防腐阻垢剂:该药由北京化工学院研制，它是根据缓蚀作用原理，利用阈值效应规律，把具有多种功能的防腐阻垢剂配制成为BF 30a药剂，投放到水系统中，扩散到达并吸附于金属表面，从而连续地起到防止锅炉及换热器在运行时腐蚀结垢和停用时腐蚀的作用。1.药剂的使用方法(1)对于用原水的蒸汽锅炉和热水锅炉系统a. 随锅炉上水按2kg/m3量基础投药;b.运行期间随补水按1kg/ m3量补充投药;c.停用时按Ikg/ m3 量投药、封闭锅炉。(2)对于用软化水的蒸汽锅炉和热水锅炉系统a.随锅炉上水按1.5kg/ m3量基础投药;b. 运行期间随补水按0.8kg/m3量补充投药:c.停用时按1kg/ m3量投药、封闭锅炉。2.药剂的优点(1)高效:对运行锅炉系统的缓蚀率、阻垢率达99%。(2)方便:只是按工艺要求投药。(3)连续:不管运行或停用都能长期做到防腐阻垢。(4)全面:不仅对锅炉的运行和停用起到防腐，而且对整个热网系统提供全面的防腐阻垢。(5)廉价:不需要昂贵的除氧器及软化水器的投资费用，在停用或运行时均不需要更换药品从而可节约运行费用。5.2.2海绵铁除氧防腐从给水中除去溶解氧，以往常用的方法有热力除氧法、真空除氧法、解吸除氧法、氧化还原型树脂法等。海绵铁除氧法于1994年由武汉水利电力大学王蒙聚教授研究，航空设计院姚荣佑高工设计及试验。该产品具有低投入、易控制、易维修、除氧效果好、运行成本低等优点，是很有发展前途的新型除氧设备。5.3换热器的清洗5.3.1机械清洗法机械净化方法通常采用喷水清洗。这项方法适用于碳化物污垢层，化学净化无法去除，其好处是设备磨损程度较低。缺点是需要拆除设备。喷水清洗，水压力的选择是重要的，通常用于50到70 mpa的压力。压力太低，净化效率太低，压力过大可能会损坏设备。因此，初步压力试验必须在喷水清洗前进行。喷管的清洁不仅可以从内部，而且可以从管道的外部和简体内部进行。更令人满意的结果可以用来清洁塑料鳍、热交换器或炉子。水中氯气的含量必须由不锈钢热交换加热器的净化控制。5.3.2栲胶与碱剂清洗1.净化原理栲胶与碱剂清洗是用橡胶强力提取物和碱性清洁剂一起进行作用。它的机制有三个功能:(1)疏松:由于乙烯的主要成分是碱性介质中的单宁，很容易溶解在无营养酸中，它对泥浆中的金属离子产生复杂影响，溶解二氧化碳，使它们更容易发酵。(2)渗透: 橡胶中单宁甚至可以穿透粘土层和设备基质中的金属之间，在金属表面形成单宁被铁保护膜，破坏粘土和金属之间的结合强度，使其更容易剥离。(3)改变晶型结构:橡胶提取物和硫酸盐纳基发生作用，硫酸盐用硬壳制成晶体，棒状结构变成更松软的网状结构。2.除垢方法(1)栲胶用量:根据结垢厚度计算栲胶用量，一般每吨水加栲胶5 10kg。(2)调整pH值: pH用氢氧化钠或磷酸三钠校正pH，除垢剂的 pH 7，其剂量根据垢厚来确定。在垢厚2至5毫米之间，磷酸三钠为每吨水3至5kg，或者每吨水2至4kg氢氧化钠。碱剂的加入不仅有利于栲胶的除垢效果，而且有利于硫酸盐水垢的去除。5.3.3盐酸清洗盐酸是一种廉价易得的商品，所以都用盐酸来去除污垢，它的除垢机理有以下四种作用:1.溶解作用盐酸在碳酸盐土壤中很容易反应，产生一种容易溶解的氯化物，溶解了这种污垢。2.剥离作用盐酸可以溶解金属表面的氧化物，从而破坏金属与粘土的结合，使其很容易从附在金属氧化剂上的盐酸中分离出来。3.气掀作用盐酸与碳酸盐水垢作用所产生的大量二氧化碳，在逸出过程中，对于难溶解或溶解速度较慢的垢层，具有一定的气掀动力，使之从管壁上脱落下来，水垢中碳酸盐成分愈多，在酸洗时这种气掀作用就愈强烈。4.疏松作用对于含有硅酸盐和硫酸盐的混合水垢，虽然盐酸反应无法溶解，但与盐酸混合的氧化碳酸盐和铁在盐酸溶液后溶解，残留的水垢就会变得疏松，在流动酸洗情况下，它们很容易被冲刷下来。5.4换热器的防垢处理换热器运行一定时间以后，热交换器就会将一层白水粘附在热交换墙的内部和外部。水垢形成的主要原因是水中含有钙和盐，具有共同的特性，其溶解度随着水温的升高而下降，变成了难以溶解的盐。这种盐的存在对热交换产生了以下影响:1. 水垢的热传导率很差，比钢低30- 50倍，泥浆的存在会在加热表面产生热传导环，导致加热表面无法达到预期的温度下降。根据相关信息，试验产生Imm厚度的水垢，换热器会降低10%的效率。2. 附