卧式半容积式换热器设计【含CAD高清图纸和文档所见所得】
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沈阳化工大学科亚学院 本科毕业设计题 目： 卧式半容积式换热器设计 专 业： 过程装备与控制工程 班 级： 1201 学生姓名： 刘雷 指导教师： 王昭春 论文提交日期： 2016 年 5 月 25 日论文答辩日期： 2016 年 6 月 6 日毕业设计任务书 过程装备与控制工程专业 1201班学生：刘雷毕业设计（论文）题目：卧式半容积式换热器设计毕业设计（论文）内容：设计计算说明说一份； 设计图纸一份毕业设计（论文）专题部分： 换热器起止时间：2016年3月1日2016年5月23日指导教师： 王昭春 2016 年 3 月 1 日摘要 物料之间传递热量需要换热器，因此，换热器的设计是一个关键的步骤。随着我国国民经济的飞速发展，在化工，化肥，炼油，制药，冶金，电力等行业都有着广泛的应用。在上述行业中，换热器的投资所占比重很大，约占到企业投资的35-40%，数量上也远远多于其他设备。换热器作为上述行业的通用设备，在企业生产中占有十分重要的地位。锁着国家科学技术的发展，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渐加强。一台换热器产品的设计，应符合企业实际生产需要。对着国际科学技术的发展，对换热器的研究水品也有了显著的提高。换热器的设计，制造，结构改进和以及传热机理的研究也十分活跃。列管式换热器的应用有着悠久的历史，即使现代，列管式换热器作为一款传统的标准换热设备在很多工业部门中有着广泛的使用和深远的影响。尤其在化工，化肥，炼油，等传统工业领域所实用的设备中，列管式换热器仍占据着主导地位。欧美发达国家于20世纪80年代起开始竞相开发、研制各种型式的换热器。我国对各种新型换热器的研究虽然起步较晚，但经过对国外换热器的借鉴、消化、吸收，也得到了飞速的发展。我国科技工作者也加快了自主研发新型节能换热器的步伐，我国很多大型石化公司和设计院的新型换热器产品如板壳式换热器、蒸发式空冷器、波节管换热器等不断获得国际大奖并出口应用于国外大型设备和厂家。随着近年对设备环保、节能的要求越来越高，如果有效利用工业余热废热成为研究的热门问题，同时随着人民生活水平的提升，对热水供暖的需求加大，快速传热，稳定供热的环保设备得到更多的认可。而半容积式换热器具有的换热快速，传热系数高，换热量大，容积利用率大，节能，节省空间等优点。1关键词: 换热器设计； 自主研发； 环保； 节能 Abstract Heat transfer between the material need heat exchanger, therefore, the design of heat exchanger is a key step. With the rapid development of national economy in our country, in the chemical, fertilizer, oil refining, pharmaceutical, metallurgy, electric power and other industries have a wide range of applications. Heat exchanger in the industry, investment proportion is very big, about 35-40% of the enterprise investment, the number is far more than other devices. General equipment, heat exchanger as the industry occupies an important position in the enterprise production. Locked state science and technology development, the energy utilization, the requirement of increasing the development and conservation, and also to the requirement of heat exchanger intensified. A heat exchanger in the design of the product, should conform to the enterprise actual production needs. The development of the international science and technology, the study of heat exchanger water quality has improved significantly. Heat exchanger design, manufacture, structure improvement and the research and the heat transfer mechanism is also very active. The application of shell and tube heat exchanger has a long history, even modern, shell and tube heat exchanger for a traditional standard heat exchange equipment has been widely used in many industrial sectors and far-reaching influence. Especially in chemical, fertilizer, oil refining, traditional industries such as the practical equipment, shell and tube heat exchanger is still dominant.European and American developed country in the 1980 s began to development, to develop various types of heat exchanger. Though the study of all kinds of new type heat exchanger in our country starts relatively late, but after a reference, digestion, absorption of foreign heat exchangers, also got rapid development. Chinas science and technology workers also accelerated the pace of independent research and development of new energy saving heat exchanger, many large petrochemical company and design institute in China, a new type of heat exchanger products such as plate heat exchanger evaporative air cooler, bellows tube heat exchanger and other international awards and export used in large foreign equipment and As in recent years, more and more high to the requirement of equipment, environmental protection, energy saving, if the effective utilization of industrial waste heat heat become research hot topic, at the same time as peoples living standards improve, the demand for hot water heating, rapid heat transfer, environmental protection equipment stable heating to get more recognition. And half volume heat exchanger with heat fast, high coefficient of heat transfer, heat transfer, volumetric efficiency, saving energy, saving space, etc. Key words: The heat exchanger design； Independent research and development； Environmental protection ； Energy saving 目 录 第一章工艺计算 1 1.1 设计条件 1 1.2 确定物性参数 1 1.3 确定传热面积 1 1.4 平均温度差 2 1.5 总传热系数 K 2 1.6 估算换热量及产热水量 2 1.7 校核传热系数 K 3 1.7.1 壳程换热系数0 3 1.7.2 折流板的切除高度 3 1.7.3 折流板的弓形面积 3 1.7.4 管子的横截面积与壳体的横截面积之比 4 1.7.5 圆缺区内的流通面积 4 1.7.6 几何平均流通面积 4 1.7.7 几何平均流速 4 1.7.8 几何平均雷诺数 4 1.7.9 壳程平均换热系数 4 1.7.10 管程的平均换热系数 5 1.7.11 传热系数K 5 1.8 计算压力降 5 1.8.1 管程压力降Pi 5 1.8.2 壳程压力降 7 1.9 本章小结 9 第二章U 型管换热器结构设计 10 2.1 筒体的内径确定 10 2.2 管板与换热管 10 2.3 折流板 10 2.4 拉杆与定距管 11 2.4.1 拉杆 11 2.4.2 定距管 11 2.4.3 折流板、拉杆、定距管的连接 11 2.5 设计堰板防短路 12 2.6 法兰的选用 12 2.6.1 接管法兰选用 12 2.7 垫片 12 2.8 支座 12 2.9 本章小结 12 第三章强度校核 14 3.1 换热器壳体计算 14 3.1.1 筒体 14 3.1.2 封头 14 3.2 罐体计算 14 3.2.1 罐体 14 3.2.2 封头 15 3.3 开孔补强设计 15 3.3.1 接管h,j 16 3.3.2 接管a,b 16 3.4 U型管换热器开孔 16 3.4.1 椭圆形封头非中心孔处部位补强的计算 16 3.5 椭圆封头计算直径 17 3.5.1 接管周围封头补强区的计算宽度 17 3.5.2 接管外侧补强设计高度 17 3.5.3 接管内侧补强区计算高度 17 3.5.4 计算结果 17 3.5.5 封头因开孔削弱需要补强的面积 18 3.5.6 封头多余金属面积 18 3.5.7 补强圈的金属面积 18 3.5.8 接管外侧多余金属面积 18 3.5.9 接管内侧金属面积 18 3.5.10 一个孔需要补强面积 18 3.6 补强圈设计 18 3.6.1 人孔开孔 18 3.6.2 补强及补强方法的判别 19 3.6.3 开孔所需补强的面积 19 3.6.4 接管多余金属面积 19 3.6.5 有效补强面积壳体的有效厚度 20 3.6.6 有效补强面积A4 20 3.7 罐体水压试验及其壳体的强度校核 21 3.8 换热器管程水压试验及其壳体的强度校核 21 3.9 管板校核 22 3.10 本章小结 24 第四章制造、检验、安装与维修 25 4.1 概述 25 4.2 材料验收 25 4.3 筒体的制造 25 4.4 封头的制造 26 4.5 管板的制造 27 4.6 管束的制造 27 4.7 接管的制造 28 4.8 装配 28 4.8.1 筒体、法兰的组装与焊接 28 4.8.2 管箱的组装、焊接与加工 28 4.9 油漆、包装 29 4.10 热器在使用中常见故障及处理 29 4.10.1 原因 29 4.10.2 现象 29 4.10.3 处理 29 结论 31 参考文献 32 致谢 33 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 工艺计算第一章工艺计算1.1 设计条件 已知，卧式贮罐容积4m； 工作压力：管程0.6，壳程0.6； 设计温度：（水-水换热） 管程：进口蒸汽 85 出口55 管程： 被加热水： 进口10 出口55； 罐体公称直径： mm DN1400- 换热器公称直径：mm DN400 换热介质： 水-水1.2 确定物性参数 表1-1 通过查表可知:进口温度出口温度平均温度密度 Kg/m定压比热容 CpKj/kg.导热系数 10W/(m.)黏度105Pa.s普朗特数Pr管程8555709784.1957.441.42.55壳程105532.59954.1753.577.924.031.3 确定传热面积 假设换热面积是 10m2，取U型波纹管直管长是1200mm。则由总面积 A= 2ndL 波1.2+ d0.1可得出： 管子根数 n = A/2dL 波1.2+ d0.1 （1-1） =10/23.140.0191.21.2+3.140.0250.1 =53 根据管板的布置图(管的排列方式为倒角正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列)验算上述估算结果，为了结构上的合理，每壳程布管数为 57 根。则布管后的换热面积为：A= 2ndL 波1.2+ d0.1=10.7m21.4 平均温度差 热流体与被加热流体的平均传热温度 Dtm： 按照逆流传热计算， （1-2）tm按照平均温度差计算， （1-3）1.5 总传热系数 K9 根据波纹管半容积式换热器中，汽水换热时总传热系数一般范围，首先假设总传热系数 2 （1-4）1.6 估算换热量及产热水量 （1-5） 热媒的消耗量： （1-6） 产的热水量： （1-7）1.7 校核传热系数 K1.7.1 壳程换热系数0 换热管平均直径是dm=(di+do) / 2 =(19+25) / 2=22mm （1-8） 流体横着经过过管束时的流通面积是 F1= hDi(1- dm/ t) （1-9） = 0.350.4(1-0.022/0.025) =0.017m2 对于其中，Di 壳体内径 400mm t换热管的中心距 25mm h折流板的间距 350mm1.7.2 折流板的切除高度： （1-10）1.7.3 折流板的弓形面积 As=0.5(Di/2)-0.5b（Di/2-H） （1-11） =0.5(Di/2)x（120/360）x2-0.5x0.346（0.4/2-0.1） =0.0251.7.4 管子的横截面积与壳体的横截面积之比 b=0.785（dm/2） （1-12） =0.785（0.022/0.025) =0.611.7.5 圆缺区内的流通面积 F2 = As (1 )=0.01 （1-13）1.7.6 几何平均流通面积 Am=F1F2=0.013 （1-14）1.7.7 几何平均流速 Vm= （1-15） = =0.47m/s1.7.8 几何平均雷诺数 Re0= （1-16） = =114031.7.9 壳程平均换热系数 （1-17） 1.7.10 管程的平均换热系数 i =（1164 +17.5 t pj-0.0466 t pj）w0 .64 /d0.36 （1-18） 公式中： tpj水的平均温度，tpj=32.5 w水的流速，w=0.47 m/s d管径，d=0.019m 将上述数据代入公式得出 i =9595 W/m.1.7.11 传热系数K （1-19） =2470W / m21.8 计算压力降1.8.1 管程压力降Pi 管程压力降由三部分组成，即： （1-20） 式p1 流体流过波纹管部分的压力降（Pa） pr 管程转弯压力降（Pa） pn 管箱进出口压力降（Pa） 以上三项分别由下式求得 （1-21） （1-22） （1-23） 式中 管内流体的摩擦系数； 以波纹管最小内径计算的流速（m/s） 管程数 管箱进出口的流速（m/s） 摩尔系数由下式求得： （1-24） 计算： （1-25） =0.82m/s 雷诺数： （1-26） 由式（1-24） 由式（1-22） =18729Pa 由式（1-21） 取Vn=10m/s,则 由式(1-20 )得 18729+6309+73350 =98388pa1.8.2 壳程压力降 (1-27) 式中 壳程流体在流动路径上所产生的压力降（Pa） 流体在壳程回弯处产生的压力降（Pa） 壳程进出口压力降（Pa） 以上三式求得下式得： （1-28） （1-29） （1-30） 式中 壳程流体的摩擦系数； 壳程折流板的数目； 壳体内直径（m）； 换热管的平均直径（m）； 壳程流体的密度（ kg / m3 ）； 最小流通面积处流速（m/s）。 摩尔系数由下式求得： （1-31） 流速： =0.23m/s 雷诺数： 由式（1-31） 由式（1-28） 由式（1-29） 由式（1-30）取Vn=2m/s, 得： 由式（2-35）得： 一般来说，对液体，两侧的压力降一般控制在 0.010.1MPa 此压降在允许的压力范围内，满足要求。31.9 本章小结 在本章传热计算中，对换热器的计算部分有了个基本的了解，同时，对换热器的设计的未来方向有了一定的方向，对蒸汽和水在设计条件下的一些物性参数的查找，同时对传热面积，工艺结构尺寸计算，选定了换热器形式卧式半容积换热器，最后再经过核算，确定了换热器的初步形式。这在设计中指导了自己接下来的工作内容。同时对自己的能力有了一个全新的认识。37沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 U型管换热器结构设计第二章U 型管换热器结构设计2.1 筒体的内径确定 筒体的内径为 DN=400mm2.2 管板与换热管 可用可拆式管板夹持型式，厚度初选为 45mm，与法兰连接采用凹面密封。分程隔板槽宽 12mm，深 4mm。换热管选用不锈钢波节换热管，19换热管尺寸：波谷 19mm、波峰 25mm、壁厚 0.8mm，排列形式采用转角三角形。换热管中心距 S=25mm。 为了方便于制造加工，管子和管板的密封性与抗拉托强度，管子和管板连接全部采用强度焊。换热管最小伸出管板长度 2mm。2.3 折流板 折流板选用单弓形折流板，折流板厚度与壳体直径与折流板间距有关，见表 2-1 所列数据。折流板最小厚度取 8mm，折流板缺口高度为壳体内径的 25，则切去圆缺高度为 110.5mm，折流板间距 B=350mm，管束两端折流板应可能靠近壳程进，出口接管。折流板外径取 400-10=390mm，折流板管孔19.50+0.2，材料选 Q235B钢。折流板与折流板间距为 350 mm。 折流板切除高度： H=Disin= =390xsin30=97.5mm, （2-1） =120 表 2-1 折流板厚度壳体公称内径/mm相邻两折流板间距/mm300300-450450-600600-750750200-5003561010400-70056101012700-10006810121610006101216162.4 拉杆与定距管2.4.1 拉杆 换热管外径为 19mm，故拉杆采用拉杆定距管的形式，查 GB151 表43 及表 44 可得 400mm 内径，10mm 壁厚的换热器的拉杆的直径为 12mm，上下管板各 2根，数量为 4。2.4.2 定距管 定距管尺寸和所在换热器的换热管规格都是相同，全部才有25x2,选用材料为 20号钢。2.4.3 折流板、拉杆、定距管的连接 折流板与拉杆和定距管的连接形式如图 2-1图2-1 连接图2.5 设计堰板防短路2.6法兰的选用5 管箱法兰根据设计压力及安装使用要求选用，法兰-RF400-1.6；JB/T4701 2000 ，由于使用寿命较长，对密封、防腐的要求较高，因此，根据 JB / T 4704- 2009标准，选用垫片 400-1.6。法兰材料选用20的锻件，锻件质量要求达到二级标准。2.6.1 接管法兰选用 管程接管法兰根据 HG20592 - 2009 标准中选用PL65（B）-16RF法兰，法兰的材料选用Q235B.2.7 垫片 管箱和管箱侧壳体垫片：JB/T 47042000 垫片 400-1.6，=3 mm 石棉橡胶板。壳程接管法兰的相应垫片：HG/T 20606 RF50-16 XB350 材料：石棉橡胶板。管程接管法兰的相应垫片：HG/T 20606 RF65-16 XB350 材料：石棉橡胶板。2.8 支座 由半容积式换热器系列估算换热器质量 m=1820kg=18.2KN 因为该换热器卧式摆放，固采用鞍式支座，按 JB/T4712-92 标准，选用轻型 A 型支座，DN=1200。材料为 Q235-AF，筋板和底板的材料 Q235-A-F. 螺栓为 M20，垫板材料为 Q235B 。鞍座标记：JB/T4712-92,鞍座 A1200-F.S。2.9 本章小结 本章主要根据工艺尺寸的要求，按照 GB151管壳式换热器中的规定对换热器零部件进行选取与设计，通过这设计选取的过程对各个零件增加较深层次的认识，初步选取相关材料与部件，对其作用也有了很大程度了解。本章为制图和强度校核提供数据数据。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 强度校核第三章强度校核3.1 换热器壳体计算3.1.1 筒体 根据工艺条件壳程筒体的设计压力为 pt =0.6MPa ，焊缝采用双面对接焊局部无损探伤，焊接接头系数=0.85，材料选Q235B，t=113MP， 按 GB/3274-2007，取钢材厚度负偏差：C1=1mm，腐蚀裕量：C2=1mm , C1+C2=C=1.8mm （3-1） 圆筒计算壁厚为： （3-2） 名义厚度：，圆整后取 10mm. （3-3）3.1.2 封头 根据换热器的工作压力不高，故可选用标准椭圆形封头，即，K=1.00，其厚度与筒体厚度相同，根据 GB / T 25198-2010-2010 标准，取管箱封头为DN400x10，曲边高度h1=100，直边高度取h2=25mm。材料选用Q235B,冲压成型。3.2 罐体计算3.2.1 罐体 根据工艺条件壳程筒体的设计压力为 pt =0.6MPa ，焊缝采用双面对接焊局部无损探伤，焊接接头系数=0.85，材料选Q235B，t=113MP， 按 GB/3274-2007，取钢材厚度负偏差：C1=1mm，腐蚀裕量：C2=1mm , C1+C2=C=1.8mm 圆筒计算壁厚为： （3-4） 名义厚度：，圆整后取 10mm。 （3-5）3.2.2 封头 由于且工作罐体的压力不高，故可选用标准椭圆形封头，即，K=1.00，其厚度与筒体厚度相同，根据 GB / T 25198-2010 标准，取罐体封头为DN1200X10-Q235B，曲边高度h1=300，直边高度取h2=25mm。材料选用Q345R，冲压成型。3.3 开孔补强设计 表 3-1标号数量公称尺寸（mm）公称压力（mm）规格（外径x壁厚）用途与说明a1651.676x6蒸汽入口b1651.676x6蒸汽出口c1501.657x5进水口d14001.0426x10人孔e120Rp1/2压力表口f120M27x2测温口h1501.657x5出水口j1501.657x5安全阀口k1501.657x5排污口3.3.1 接管h,j 接管取76X6和57x5符合不另行补强的最大开孔条件，固接管不需要空空补强计算。3.3.2 接管a,b 管程接管有 a：蒸汽进口（766） b:蒸汽出口（766），开孔尺寸一样计算一个即可，以接管 f 为例计算如下： 取接管内蒸汽流速为 10m/s，则接管内径为 （3-6） 取标准 DN=65 管程流体进出口接管 766 管程的名义厚度 dn=10mm。3.4 U型管换热器开孔3.4.1 椭圆形封头非中心孔处部位补强的计算 Di:封头内直径，1200mm d:开孔内直径，406mm H:曲面高度，300mm X:接管-封头中心距，250mm :封头开孔处的壁厚10mm ：封头开口处的计算壁厚3.76 t：接管壁厚，10mm t0：接管计算壁厚，1.25mm r：补强圈厚度，10mm C：封头壁厚附加量，1.8mm Ct:接管壁厚附加量，1mm Cr:补强圈壁厚附加量，1mm C2:封头复试裕度，1mm Ct:接管腐蚀裕度，1mm t:封头材料的许用应力113MPa tt接管材料的许用应力113MPa t:补强圈材料的许用应力，113MPa3.5 椭圆封头计算直径 （3-7）3.5.1 接管周围封头补强区的计算宽度 （3-8）3.5.2 接管外侧补强设计高度 （3-9）3.5.3 接管内侧补强区计算高度 （3-10）3.5.4 计算结果 h1、h2 之计算值，应分别与其实际数值相比较，取两者中较小值 接管许用应力比值： 取两者最小值 （3-11） 补强圈许用应力比值 取两者最小值 （3-12）3.5.5 封头因开孔削弱需要补强的面积 （3-13）3.5.6 封头多余金属面积 （3-14）3.5.7 补强圈的金属面积 （3-15）3.5.8 接管外侧多余金属面积 （3-16）3.5.9 接管内侧金属面积 （3-17）3.5.10 一个孔需要补强面积 （3-18） 3.6 补强圈设计 根据接管公称直径 DN400 选补强圈，参照补强圈标准 JB/T4736 取补强圈外径为 D2 =680mm，内径取 D1 =428mm，因 B D2 ,补强圈在有效补强范围内。 考虑钢板负偏差并圆整，但为便于制造时准备材料，补强圈名义厚度也可取筒体厚度，即=10mm。3.6.1 人孔开孔 人孔开孔处直径为426 罐体的名义厚度n=10mm 设计压力 pt=0.6MPa，设计温度：100 壳体和补偿圈的材料均为Q235-B，其许用应力为t=113MPa，人孔筒节材料为 Q235-B，其许用应力为t=113MPa，壳体和人孔筒节的附加量为 C=1.8mm。3.6.2 补强及补强方法的判别 （1）补强判别：允许不另行补强的最大接管外径为89 ，本开孔外径等于426mm，故须另外考虑其补强。补强计算方法判别：开孔直径： 开孔直径： （3-19） 本为圆筒上开孔直径d=420Di/2=600，满足等面积补强计算的适用条件，所以可用等面积法进行开孔补强的计算。3.6.3 开孔所需补强的面积 罐体开孔处的计算厚度：=3.76mm 开孔所需的补强面积： 先计算强度削弱系数 fr: （3-20） 接管的有效厚度：et=nt-c=10-1.8=8.2 开孔所需的补强面积： （3-21）3.6.4 接管多余金属面积 （1）有效宽度 B： （3-22） 取两者较大者，固B=840mm （3-23） （2）有效高度： 外伸有效高度 h1： （3-24） 内侧的有效高度h2： （3-25） 取两者最小值，所以h1=0mm3.6.5 有效补强面积壳体的有效厚度 （3-26） (1)壳体多余金属面积 A1 ： （3-27） (2)接管多余金属面积 A2 接管计算厚度： （3-28） 接管的多余的金属面积： （3-29） 接管区焊缝面积 A3：（焊脚取 6mm） （3-30）3.6.6 有效补强面积A4 （3-31） 补强面积 采用补强圈补强 dN=400mm， 外径 D2=680mm，内径D1=428mm。BD2 ， 补强圈在有效补强范围内便于制造材料，可取筒体厚度 10mm。3.7 罐体水压试验及其壳体的强度校核 水压试验压力为MPa （3-32） （容器各元件材料不同时，应取各元件材料的 /t 比值中小者）。 （3-33） 所用钢板的材料在常温时。 （3-36） 所以可见水压试压时罐体应力小于T，水压试压安全。3.8 换热器管程水压试验及其壳体的强度校核 水压试验压力 （3-37） P-压力容器的设计压力 -耐压试压压力系数 （3-38） （容器各元件材料不同时，应取各元件材料的 /t 比值中小者）。所用Q235B钢板的材料在常温时。 （3-39） 3.9 管板校核 采用 A 型 U 型管布置设计，管板材料：20锻件，t=140Mpa。换热管材料：S30408,t=137Mpa。换热管公称直径 DN=400mm，换热管规格190.8，管长 L0=1250mm。换热管根数：57 根。管心距 S=25mm。 根据设计条件，查 JB4701-2000，管箱法兰选 ：法兰-RF 400-1.6。垫片 G2-400-1.6-2，454/410,=3mm。 垫片接触面密封宽度 N= (454-410)/ 2 =22mm 。基本密封宽度，查GB150-1998，表 9-1，b0=N/2=11mm。垫片材料：石棉橡胶板。垫片压紧力作用中心圆直径 DG : b06.4mm 时： b=2.53 /b0 =2.53 11 =8.4mm。 DG= 460-2x8.4=443.2mm。 沿隔板槽一侧排管根数： n =10.隔板槽两侧相邻中心距 S =80mm。在布管范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，而未能被换热管支承的面积： （3-40） 管板布管区面积： （3-41） 查表 GB151-1999 附录 J 表 J1 得 a=144.51mm2 管板布管区的当量直径 （3-42） 管板布置区的当量直径与壳程圆通内径之比,对于a型连接。 （3-43）按1 / Pt 查 GB151-1999 表 22 得：Cc=0.2534确定管板压力 不能保证 PS 与 Pt 在任何情况下都同时作用，并且两侧均为正压时，取两者中的大者。 （3-44） 管板的计算厚度： （3-45） 管板的设计厚度： （3-46） 管板的名义厚度： 换热管在100时的许用应力为，管板在100时的许用应力。 按照这三种情况分别计算换热管轴向应力 只有壳程设计压力ps 管程设计压力pt=0 （3-47） 只有管程设计压力Pt 壳程设计压力Ps=0 （3-48） 壳程设计压力Ps和管程设计压力Pt同时作用 （3-49） 此三程工况计算值均满足 ，合格 换热管与管板的焊脚高度按 GB151-1999 中 5.8.3.2 规定，L=2mm （3-50） ， 合格 （3-51）3.10 本章小结 本章主要内容是半容积式换热器进行强度计算，通过计算确定了罐体、筒体、管箱、封头的厚度、材料等参数。对管板进行了设计计算，并且按照三种危险工况进行校核，对接管补强、人孔补强进行了设计。对管板，罐体和换热器的进行了水压试验及壳体的厚度校核。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 制造、检验、安装与维修第四章制造、检验、安装与维修4.1 概述 设计确定后，制造质量是换热器最终建造质量的重要组成部分。所以，换热器制造单位必须按照压力容器安全技术监察规程（1999 版）的规定具备健全的质量保证体系，并要有国家主管部门颁发的批准书和许可证。在全国制造过程中接受安全监察机构的全面监督。如果建造主要制造监理时（监理内容在合同中商定）制造单位还应该配合业主做好监理。 制造完成后，制造单位必须应该向业主提供完整的制造出厂资料，资料应符合国家标准的规定，并附有安全监察机构的监督检验报告。还应该向业主提供监督检验机构打好钢印的产品铭牌。44.2 材料验收 选择材料要考虑使用条件，焊接性能，制造工艺与经济合理性，符合相应的标准。制造单位从材料生产单位获得材料时，应取得材料质量证明书，其内容必须齐全、清晰、并有材料生产单位质量检验章。在材料的明显部位有清晰、牢固的标，至少包括材料制造标准代号、材料生产单位名称及检验印鉴标志。从非材料生产单位获得材料时，应同时取得材料质量证明书原件或加盖供材单位检验公章合经办人章的有效复印件。如果采用国外材料时，应选用国外压力容器规范允许使用且国外以有使用实例的材料，其使用范围应符合材料生产国相应规范合标准的规定，技术要求一般不得低于国内相应的技术指标，并有该材料的质量证明书。4.3 筒体的制造 筒体有两种制造方式：一种时用锻件筒节加工而成，另一种是用钢板卷制而成。通常采用的是钢板卷制的筒体。 钢板卷制的筒体成形前板厚应在设计图纸最小壁厚的基础上增加工艺减薄量。工艺减薄量包括热成形时的减薄量、多次热处理时的烧损量、保证筒体圆度的内壁加工量及必要的工艺打磨量等。5 筒节上主焊缝的焊接是关系到产品整体质量的关键之一，焊缝的返修会使焊缝金属的组织构成发生变化，因此，采用可靠的焊接设备和先进的工艺手段是不可忽视的问题，国内的大型制造厂目前均采用埋弧自动焊进行焊接，并严格控制返修次数。 MT 检测主要是在 ISR 热处理前后、PWHT 后和水压试验后对设备 A、 B 和 D 类焊接接头内外表面进行检测，按 JB 4730 第四篇“磁粉检测”进行，缺陷显示累积长度级合格。 UT 检测主要是在 ISR 热处理、PWHT 后和水压试验后对设备 A、B 和 D 类焊接接头进行 100检测，一般按 JB 4730 第三篇“钢制压力容器焊缝超声检测”进行，缺陷等级级为合格。其中筒体与接管的 D 类焊缝，由于厚度差大，给探头的声耦合带来困难，标准上又无明确的规定，制造厂需经检测工艺模拟试验，“K”值选择计算，编制相应检测工艺，采用多探头、多角度的方法进行，并选派有经验的检测工进行操作。 RT 检测主要是在 ISR 热处理后对设备 A、B 和 D 类焊接接头进行 100检测，一般按 JB4730 第二篇进行，级合格，RT 透照质量不低于 AB 级。由于壳体的厚度较大，通常用直线加速器进行。 CT 化学成分分析是在设备主体焊缝（A、B、D 类）上按相关规定提取试样进行化学成分检测。 HB 硬度检测是设备最终热处理之后和密封面最终加工后对主体焊缝和密封面硬度是否合格进行检验。焊缝硬度检测包括焊缝金属、热影响区和母材 3 个部分。4.4 封头的制造 换热管在材料进厂验收合格后，主要的制造工序为划线-气割-坡口-加工-加热-冲压-切除余量-检查。 封头成形一般有两种方式，一种是旋压，一种是冲压，而冲压又分为整体冲压和分瓣冲压。在本设备中的封头采用整体冲压成形。4.5 管板的制造 管板是固定管子作用的，其加工工艺随毛坯材料来源的不同而有所不同。 用作管板的材料是 Q235B，采用锻件坯料，在毛坯在精车之前，按JB755-85压力容器锻件技术条件的规定，对材料还需作超声波探伤和机械性能检验。锻件的机械性能检验试样必须在同炉、同罐、同牌号和同一锻压工艺（包括热处理工艺）的饼形锻件上的切向方向取样，管板是属于典型的群孔结构。单孔质量的好坏决定了管板的整体质量，有时甚至会影响整台换热器的制用造和使。因此管板孔的加工是非常重要的一道工序。要有专用的加工工艺，需要多工序、多刃具进行加工，否则很难达到相应管孔垂直度和合格的小桥尺寸。推荐采用数控钻床及专用的深孔钻技术.4.6 管束的制造 换热管在材料进厂验收合格后，主要的制造工序为：固溶化热处理-酸洗钝化-逐根水压试验-待组装。 换热器管子的表面积即为传热面积，通常以其外径上的表面积作为计算传热导面积的依据。当管径和管子根数确定之后，管子越长，传热面积也就越大。一般常用的管子长度为 2000、3000、6000mm 等。为了安装和检修方便以及降低制造费用，制造厂根据需要大都按定尺长度进行材料定货。否则会因管子对接焊缝的加长而可能出现焊接质量问题，并使制造成本提高。 为了保证管子在制造后的水压试验时，以及使用运行中不致发生泄漏，还必须对管子数的 5、且不少于 2 根作拉力和硬度以及扩口等抽样检验。此外，用作换热器管束的管子还应逐根地进行水压试验，其试验压力为0.84MPa，合格者方可使用。4.7 接管的制造 8 堆焊结构法兰与外管线连接有两种方式：一是对接（焊接）形式，另一种是法兰连接形式。 结构内壁的堆焊分为两层：一层为过渡层，通常堆焊 309L；一层为面层，通常堆焊 347L。过渡层堆焊时需要进行预热，焊后需进行中间消除应力或消氢处理。接管内壁一般都采用焊条电弧堆焊，对制造工艺较先进的制造厂接管内壁的堆焊均采用二氧化碳药芯自动堆焊，堆焊质量较好。 对接形式的接管对外管线连接的坡口出堆焊一层镍基焊条隔离层，堆焊的是 Ni182 或 INCONEL112 焊条，目的是现场组焊时不需加热直接冷焊和减小在设备运行中由于异种材料温度变化产生的应力。该堆焊隔离层的厚度至少应不少于 4mm。法兰连接形式的接管密封面的面层通常先不堆焊，待产品最终热处理后在堆焊和加工，以减少产品使用过程中密封面的应力腐蚀。4.8 装配74.8.1 筒体、法兰的组装与焊接 筒体装焊端法兰时，应该注意使筒体纵缝的布置符合立式容器的规定外，还应以法兰端面基准来保证法兰与筒体轴线的垂直度，及法兰螺孔的方位。 法兰螺孔一般应以轴线成对称分布（亦称跨中分布），其偏差不得大于 5角。位了防止平焊法兰密封面的变形，应先焊接法兰背面，不然再进行端焊；当然也可以两面兼顾施焊。4.8.2 管箱的组装、焊接与加工 管箱的组焊过程是，先将焊好并经验合格的筒节两端分别与已粗加工过的法兰按要求装焊。待环焊缝或其它焊缝经过无损探伤检验合格后。 由于管板焊缝密集，焊接应力较大，当其投入使用运行后，随着高温下材料强度极度的降低而应变松弛，使密封连接处出现泄漏。4.9 油漆、包装 设备制造完成后，标兵应进行喷砂处理，表面粗造度应达到 GB/T 8
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