换热器毕业设计内容.doc

前言使热量从热流体传递到冷流体的设备称为换热设备，换热器是化学工业，石油工业及其它行业中广泛使用的热量交换设备。通常在化工厂的建设中，换热器约占总投资10-20%，在石油炼油厂中，换热器约占全部工艺设备投资的35-40%。石油、化工装置中的换热设备，应用得最为广泛的是管壳式换热器。 虽然现在出现大量结构紧凑高效的换热设备，例如：波纹板换热器、板翅式换热器、螺旋板换热器、散板换热器等，但在各行业的换热设备中，管壳式换热器仍占据着主导地位。因为许多工艺过程都具有高温、高压、高真空、有腐蚀等特点，而管壳式换热器具有选材范围广(可为碳钢、低合金钢、高合金钢、铝材、铜材、钛材等)，换热表面清洗较方便，适应性强，处理能力大，特别是能承受高温和高压等特点，所以管壳式换热器被广泛应用于化工、炼油、石油化工、制药、印染以及其它许多工业中，它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等方面。U型管换热器的结构特点是：只有一块管板，管束由多根U形管组成，管的两端固定在同一块管板上。由于受弯管曲率半径的限制，其换热管排布较少，管束最内层管间距较大，管板的利用率较低，壳程流体易形成短路，对传热不利。当管子泄露损坏时，只有管束外围处的U形管才便于更换，内层换热管坏了不能更换，只能堵死，而坏一根U形管相当于坏两根管，报废率较高。U型管式换热器结构比较简单，价格便宜，承压能力强，适用于管、壳壁温差较大或壳程介质结垢需要清洗，又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合。特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。设计换热器时，其基本的要求是：第一，热量能有效的从一种流体传递的另外的一种流体，即传热效率高，单位传热面上能传递的热量多。在一定的热负荷下，也即每小时要求传递的热量一定时，传热效率（通常用传热系数表示）越高，需要的传热面积越小，当然这是在相同的温差作比较。第二，换热器的结构能适应所规定的工艺操作条件，运转安全可靠，严密不漏。清洗检修方便，流体阻力小。第三，要求价格便宜，维护容易，使用时间长。U型管换热器简图本次设计的目的：1，了解设计换热器所需要的工艺参数及传热计算，对换热器的设计有一个初步的准备。2，在设计的过程中，学会参照国标以及查阅相关的文献获得设计所需要的物性以及结构参数。3，通过计算机制图，更加熟练使用CAD绘图软件。4，从宏观上把握化工设备的生产过程，为以后的工作打下基础。 本次设计的换热器在编制说明书分了六部分：第一部分前言，主要是对U型管换热器的应用、优缺点作了论述。第二部分简单了工艺计算，通过计算传热量，流体阻力来选型。第三部分就所选型式换热器作结构及强度计算。第四部分简要介绍了U型管式换热器的制造工艺。第五部分是关于U型管式换热器的检验、安装、维修和使用。第六部分是材料的的经济性讨论；第七部分个人小结以及致谢，是针对本次设计的总结和设计后的感想。最后是附录， 参考文献。第一章 工艺简述1.1设计内容1.1.1换热器的选型传热设备的类型很多，各种形式的都有它特定的应用范围，某一种场合下性能很好的换热器,如果换到另一种的场合中，则传热效果和性能都有很大的改变，因此，针对具体情况正确的选者换热器的类型。是很重要的很复杂的工作。选型时。需要考虑的因素是多方面的，主要是：1， 流体的性质。2， 流量及热负荷。3， 操作的温度，压力及允许的压降范围。4， 对清洗。维护的要求。5， 设备的结构材料，尺寸及空间的限制。6， 价格。1.1.2介质流动空间的确定在换热器中，哪一种流体流经管程，哪一种流体流过壳程，可以考虑以下几点作为选择的一般原则：不洁净或者容易分解的结垢的物料应当流过容易清洗的一面，对于直管管束，上述的物料一般应该走管内，但当管束可以拆出清洗时，也可以走管外。需要提高流动速度用来增大对流传导系数的流体走管内，因为管内截面积通常都比管面的小，而且容易采用多管程以提高流体的速度。具有腐蚀性的物料走管内，这样可以用普通的材料制造壳体，仅仅管子，管板和封头要采用耐腐蚀性的材料。压力高的物料走管内，这样外壳可以不用承受高压。温度高的物料应该走管内用来减少热量的损失。蒸汽一般通入壳程，因为这样方便排出冷液。而且蒸汽比较清洁，其对于流体传热系数与流速关系小。粘度大的流体一般在壳程空间流动。当上述个点不能同时满足时，或者互相矛盾时。根据具体的情况，抓住重要的方面作出适宜的选择。 1.1.3介质流动方向的选择由公式Q=KAtm可以看出在热负荷Q总传热系数K一定的情况下。换热器的换热面积A 的大小与平均温度之差tm成反比，即平均温度越大，则所需的传热面积越小，在两流体的进出口温度都确定的情况下选择合适的介质流动方式很重要的。平均温度之差为流体在换热器的两端温度之差的对数平均植，一般流体流动有逆流和并流两种方式：并流时：tm并=tm逆=tm并A逆，由比较可以看出,当两流体的进出口都已确定时,逆流的平均温差大于并流的平均温差.所以,单位传热量时,逆流所需的传热面积比并流所需的小. 逆流的另一优点是可以节约冷却或加热剂的用量,因为并流时t总是低于T,而逆流是,t却可以高于T,所以逆流冷却时,冷却剂的升温(T1-T2)可比并流的大一些,单位时间内传过的热量相同时,冷却剂用量就可以少些.同理,逆流加热时,加热剂本身温降(T1-T2)可比并流时大一些,也就是说,加热剂的用量少些.1.1.4管子排列方式的选择 换热管的材料及尺寸可参考有关标准选取,管径小,管内给热系数可以提高,在同样的壳径小,管径小可安排的传热面积大,使传热器紧,对于洁净的流体,对于单位体积设备的传热面积就能大些,对于不太洁净,粘度较大或易结垢的流体,管径应大一些便于清洗.1.2传热计算步骤1.2.1传热量的计算根据原始数据表1 与定性参数表2计算传热量表1-1 原始数据壳程介质管程介质进口温度 出口温度 流量 ( kg/h)工作压力(Mpa)表1-2 定性温度和物性参数壳程介质管程介质定性温度密度(kg/)比热()导热系数粘度(PaS)普朗特数则 传热量： 1.2.2流体空间选择设计方案(1) 高温流体一般走管程，因为高温会降低材料的许用应力，高温流体走管程可节省保温层和减少壳体厚度，也可提高热利用率。(2) 较脏和易结垢的流体应走管程，这样便于清洗和控制结垢1.2.3有效平均温差按逆流计算 1.2.4型式的选取先假设传热系数则传热面积：按 取选型：根据换热器设计手册第三页BIU型，选1.2.5 校核传热系数Ka. 管程石蜡的传热系数：管内流速 雷诺数：计算出 b.壳程原油传热系数：当量直径：流体流通截面积流速壳程雷诺数 计算出污垢热阻由查取管称石蜡的污垢热阻： 壳程原油的污垢热阻：则传热系数 由 计算出 若100%的值在10%以内，则K符合条件，否则返回上一步。校核传热面积 若在10%20%之间，符合要求第二章 结构及强度计算2.1 U型管换热器的选型2.1.1原始数据表2-1名称设计压力MPa设计温度焊接系数腐蚀裕量mm换热面积m2容器类型管程1.73000.852110壳程2.04000.852型号说明 2.1.2 换热管的选型换热面积A=110m2 参照JB/T471492 选择换热器基本参数 筒体公称直径DN mm换热管根数 n换热管外d mm中心排管数 管程流通面积 m2传热面积 m2管程数N700129 25 19 0.411 119.4 2表2-2实际换热面积 2.1.2.1 U型管弯管段的弯曲半径换热管外d =25mm 查 GB 151-1999 最小弯曲半径 本设计取离分程隔板最近一排的换热管弯曲半径为50mm，由分程隔板向上每一排布管的弯曲半径相等，详情参照装配图里面的补管图。2.1.2.2 换热管的材料、排列方式及厚度材料采用换热管标准 GB 9948 材料12CrMo =89MPa 查 GB 151-1999 换热管选用正方形排列，换热管中心距S=32mm SN 取50mm换热管厚度选为2mm2.1.2.3 布管限定圆查GB 151-1999 布管限定圆直径 取2.2壳体设计2.2.1 壳程筒体壁厚计算筒体材料为16MnR 查GB 150-1998 厚度附加量C=C1+C2=2.0+0=2.0mm由GB151-1999，U型管式低合金钢圆筒最小厚度不小于4.5mm，取圆筒厚度.（其中：厚度负偏差C1=0；腐蚀裕度C2=2mm）圆筒由钢板卷焊而成；焊缝型式：双面焊或相当于双面焊的全焊透对接焊缝；无损探伤要求：20%无损探伤，=0.85。检验：设计温度下圆筒的计算应力 满足条件水压试验：=163满足条件2.2.2 壳程筒体封头设计封头材料为16MnR 查GB 150-1998 厚度附加量C=C1+C2=2.0+0=2.0mm取封头名义厚度与壳体名义厚度相等取2.3管箱设计2.3.1管箱壁厚计算筒体材料为16MnR 查GB 150-1998 取2.3.2 管箱封头设计材料：16MnR封头材料为16MnR 查GB 150-1998 厚度附加量C=C1+C2=2.0+0=2.0mm取封头名义厚度与壳体名义厚度相等取选择标准椭圆形封头，根据JB/T4736-2002,选以内径为基准，类型代号为EHA，型式参数关系为：Di/2(H-h)=2。标准椭圆形封头是由半个椭球面和短圆筒组 成。直边段的作用是避免封头和圆筒的连接焊缝处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。如图2-1所示： 图2 封头表2-3公称直径 DN mm总深度 H mm内表面积 A m2容积 V m3厚度mm质量kg 700200 0.5861 0.545 10 46.12.3.3管箱法兰设计长颈对焊法兰也壳体之间为对接焊缝，连接强度很好，且可以 采用各种方法进行焊缝质量检查，加之有颈部支撑，使其具有较好的刚性，不易变形而发生泄露，本设计采用此种法兰。参考JB4703-2000采用带颈对焊法兰，凹凸面密封 参数见下表图3 管箱法兰表2-4DN法兰DD1D2D3D4HhaRd7008608157767667635012035211816261227螺柱采用M24，数量8个管箱法兰垫片根据JB/T4704-2000选型表2-5公称压力 MPa 2.5公称直径 mmDd700 765 7152.3.4管板计算 管板是管壳式换热器的一个重要元件，它除了与管子和壳体连接外，还是换热器中的一个主要受压元件。它或者与筒体直接相焊（固定管板式换热器），或者被夹持在两法兰之间，起着管、壳程之间隔板和固定管板换热的双重作用。对管板的设计，除了满足强度要求外，同时应合理的考虑其结构设计。管板与壳程圆筒、管箱圆筒之间可以有不同的连接方式，本U型管换热器采用e型：管板与壳程圆筒连为整体，其延长部分兼做法兰，与管箱用螺柱、垫片连接。兼作法兰的固定管板与管箱法兰连接，多用于低压场合。而不兼作法兰的固定管板则直接与管箱筒体相焊接，多用于压力较高（4.0MPa）的场合。e型连接方式管板e型连接方式管板的计算材料选用16MnR MPa MPaa)壳程圆筒=10mm ，管箱圆筒=10mm ，换热管管长L=6m ， 中心排管数19 ，换热管外径d=25mm 正方形排列b)根据布管尺寸计算Ad,At,Dt和。 = c)假设管板的计算厚度为=65mm 管箱法兰D=860mm 壳体DN=700mm= 厚度d)1）计算管板开孔前的抗弯刚度2）计算壳程圆筒与凸缘的旋转刚度参数，MPa；的确定：由 由GB 151-1999 查图26 =0.0013）计算管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数，MPa 的确定： 由GB 151-1999 查图26 =0.00084）计算管板边缘旋转刚度参数=53.9+30.0=83.95）计算旋转刚度无量纲参数6）计算无量纲参数e)由=0.867 由GB 151-1999 查图19，图20，图21Cc= 0.175 Ce= CM=0.083f)1)仅壳程设计压力Ps作用时2）仅管程设计压力Pt作用时g)由 和 由GB 151-1999 查图22 h）计算基本法兰力矩Mm ，操作工况法兰力矩Mp1)螺柱材料选用35CrMoA MPa MPa 管箱法兰垫片接触宽度N=765-715-1=49mm垫片基本密封宽度b0=N/2=24.5mm当b06.4mm时 ，b=当b06.4mm时 计算Aa ， APAm取Aa ，AP之间的较大者 则Am=AP=1150.3i )计算法兰预紧力矩MfoPs 作用Pt作用 （Ps-Pt ）作用j )计算法兰预紧力矩Mfo的在管板中心处，布管区周边处和边缘处的径向应力1 ）以壳程设计压力 Ps 作用2 ）以管程设计压力Pt作用k ）分别以不同工况计算法兰设计力矩和管板延长部分的法兰应力 1 ）以壳程设计压力 Ps 作用查GB 150-1998 Y=9.53 2 ）以壳程设计压力Pt作用 l )应力校核管板应力 取压力较大的管程计算 1) 仅壳程设计压力Ps作用时 满足要求2）仅管程设计压力Pt作用时 满足要求m )换热管轴向应力换热管材料采用换热管标准 GB 9948 材料12CrMo =77MPa、1 ）以壳程设计压力 Ps 作用2 ）以管程设计压力Pt作用3）以壳程设计压力 Ps 和管程设计压力Pt作用满足要求n ）=38.5MPa换热管与管板连接脱力 取较大 38.5满足条件又 查GB 151-1999 故管板的计算厚度 =65mm 满足要求2.4圆筒内部设计2.4.1换热管与管板的连接参照GB151-1999换热管与管板的连接采用强度焊 图3 强度焊2.4.2折流板和支持板的形式2.4.2.1折流板的选择根据本U型管换热器构造，选用两类折流板。参照GB151-1999折流板采用双弓形形式和三弓形形式两种其中双弓形14块，三弓形7块，布置如下：查GB 151-1999 DN=700，取换热管无支撑跨距l=500mm 且 满足要求折流板材料选用15CrMoR，此时折流板的最小厚度为5mm ，取折流板的厚度为6mm ，满足要求。2.4.2.2换热管无支撑跨距l验证U型管的尾部支撑：根据GB151-1999 U型管换热器中，靠近弯管段起支撑作用的折流板，如下图，结构尺寸A+B+C之和应不大于表42（参照GB151-1999 5.9.5.3）中最大无支撑跨距，超过表中数值时，应在弯管部分加特殊支撑。 图3 U型管的尾部支撑参照本设计U型管换热器装配图有： A=562 B=50mm C= 490 mm 则A+B+C=1102La参照GB151-1999 拉杆直径dn=16mm 数量取6根，拉杆尺寸见下表:表2-6 拉杆的结构参数 拉杆直径d拉杆螺纹公称直径dnLaLbb 16 1620602.0图7 拉杆2.4.3.2定距管的设计定距管的作用是将折流板之间的距离固定下来，并保持它与换热管垂直。当换热管外径大于等于19mm时，定距管外径与换热管相同。取25mm.2.4.4管箱隔板的设计 管箱隔板一边与管箱封头进行配合，另一边与固定管板的槽面进行连接。他起着改变介质流向，缩小单程流通面积，延长流动距离，增加换热时间的作用。根据GB151-1999,隔板厚度=10mm若10mm,则密封面处应削边至10mm2.4.5防冲板的设计当管程采用轴向入口或换热管内平均流速超过3m/s时，要设置防冲板，以减少流体的不均匀和对换热管管端的冲蚀。防冲板的形式一般有工字形，矩形和圆形，现选用矩形防冲板，且挡板的边长应大于接管外径50mm，最小厚度，碳钢为4.5mm,不锈钢为3mm，本设计采用不锈钢，厚度取4mm，防冲板焊接在圆筒上。2.4.6起吊附件GB151-1999规定，质量大于30Kg的管箱盖易设置吊耳，本设计管箱质量大于30Kg，因此设置吊耳。2.5开孔和开孔补强设计表2-7 本设计所用接管的系列公称直径DN钢管外径连接尺寸法兰厚度法兰高度法兰颈高法兰理论重量法兰外径螺栓孔中心圆 直径螺纹300325485430M2734921831.9250273425370M2726881824.4202510575M12164061.05253211585M12164061.26图8 有效补强范围示意图1对N1 ，N2进行等面积补强计算接管计算厚度：接管名义厚度取6mm开孔直径圆筒上开孔的限制，当其内径Di 1500mm时，开孔最大直径d 0.5 Di=350mm 且d520mmd=265mm 故满足条件所需最小补强面积A接管材料选用15CrMo d开孔直径，265mm 壳体开孔处的计算厚度，4.16mmet接管的有效厚度，4mm 强度削弱系数 有效补强范围取两者的较大值，即取530mm外侧高度取两者较小值内侧高度取两者较小值 补强范围内补强金属面积AeA1壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A2接管的多余金属面积接管处焊接面积（焊脚取6.0mm）有效补强面积A=1108.8mm2Ae A,则开孔后不需要另外补强2）对N3 ，N4进行等面积补强计算接管计算厚度：接管名义厚度取6mm开孔直径圆筒上开孔的限制，当其内径Di 1500mm时，开孔最大直径d 0.5 Di=350mm 且d520mmd=317mm 故满足条件所需最小补强面积A接管材料选用15CrMo d开孔直径，317mm 壳体开孔处的计算厚度，5.63mmet接管的有效厚度，4mm 强度削弱系数 有效补强范围取两者的较大值，即取634mm外侧高度取两者较小值内侧高度取两者较小值 补强范围内补强金属面积AeA1壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A2接管的多余金属面积接管处焊接面积（焊脚取6.0mm）有效补强面积A=1708.7mm2Ae D2=550mm补强圈在有效补强范围内。补强圈厚度 考虑钢材负偏差并圆整到标准，为了便于制造准备材料，取补强圈名义厚度为8mm 质量9.58kg3）由GB150-1998规定，当在设计压力小于2.5MPa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，且接管公称直径因其公称直径小于89mm时，只要接管满足下表，就可以不另行补强。表2-8接管公称外径 mm253238454857657689最小厚度 mm3.54.05.06.0本设计最大设计压力为2.0MPa2.5MPa，装配图标注尺寸满足两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且厚度取3.5mm，满足最小厚度要求。因此对于公称外径为20、25的接管，不作补强。2.6裙座的设计立式化工装备常采用裙座支承。裙座形式根据承受载荷情况不同，可分为圆筒形和圆锥形两类。本U型管换热器采用圆筒形，圆筒形裙座经济上合理，故应用广泛。2.6.1裙座的结构1- 筒体 2-保温支撑圈 3-无保温时排气孔 4-裙座筒体 5-人孔6-螺栓座 7-基础环 8-引出管通道 9-排液孔裙座由裙座筒体、基础环、地脚螺栓座、人孔、排气孔、引出管通道、保温支承圈等组成。2.6.2裙座与筒体的焊缝裙座与塔底焊接于封头间的焊接头可分为对接及搭接。本设计采用对接，采用对接接头时，裙座筒体与塔体下封头外径相等，焊缝必须采用全熔透的连续焊，焊接结构及尺寸如下图。2.6.3裙座的材料 裙座不直接与容器内介质接触，也不承受容器内介质的压力，因此不受压力容器用材的限制。本设计采用16MnR裙座筒体不受压力作用，轴向组合拉伸应力总是小于轴向组合压缩应力。因此，只需校核危险截面的最大轴向压缩应力。2.6.4裙座基础环取Dob=700+200=900mm Dib=700-200=500第三章 U型管式式换热器的制造工艺3.1 U型管式换热器的制造3.1.1、筒体 换热器筒体的圆度要求较高，必须保证壳体与折流板之间有合适的间隙。如太大就要影响换热效果，太小就要增加装配的难度。切割好的钢板应根据钢板厚度、操作压力高低选定破口形式进行边缘加工。用钢板卷制时，内直径允许偏差可通过外圆周长加以控制，其外周长允许上偏差10mm；下偏差为0。3.1.2、封头和管箱封头和管箱的厚度一般不小于壳体的厚度。分程隔板两侧全长均应焊接，并应具有全焊透的焊缝。由于焊接应力较大，故管箱和封头法兰等焊接后，须进行消除应力的热处理，最后进行机械加工。3.1.3、换热管直管一律采用整根管子而不允许有接缝。管子应该进行校直，管子两端须用磨管机清除氧化皮、铁锈、及污垢等杂质直至露出金属光泽。除锈长度不小于两倍管板厚度。当管子与管板的连接采用胀接工艺时，管端硬度应低于管板硬度。同一根换热管的对接焊缝，直管不得超过一条；U型管不得超过二条；最短管长不应小于300mm；包括至少50mm直管段范围内不得有拼接焊缝。管端破口应采用机械方法加工，焊前应清洗干净。U型管弯管段的圆度偏差，应不大于换热管名义外径的10%；但弯曲半径小于2.5倍换热管名义外径的U型管弯管段可按15%验收。为了保证顺利穿管，必须使折流板的管孔和管板的管孔中心保持在同一水平线上。换热管组装要求两管板相互平行，允许误差不得大于1mm，两管板间长度误差为2mm；管子与管板应垂直；拉感应牢靠固定；定距管两端面要整齐；穿管时管子头不能用铁器直接敲打。 3.1.4 设备组装封头管箱与筒体组装时须注意法兰螺栓的紧固程序，尤其是高压大直径的换热器。3.1.5折流板加工由于折流板很薄，钻孔时钻头的推力使管板中心变形，故可将下料或圆整的折流板去掉毛刺并校平，重叠、压紧后沿周边点焊、然后一起钻孔。为了保证顺利穿管，必须是折流板的管孔与管板中心在同一直线上，可以将管板当作钻模放在折流板上，压紧后进行引孔，即以管板危机出现在折流板上钻出和管板孔距一致的定位孔，然后取下管板，将折流板压紧，并换上合适的钻头。3.2换热管管板的连接：管子与管板的连接，在管壳式换热器换热的设计中，是一个比较重要的结构部分，它不仅加工工作量大，而且必须使每个连接处在设备的运行中，保证介质无泄漏且具有承受介质压力的能力。对于管子与管板的连接结构型式，主要有以下几种：（1）、胀接；（2 ）、焊接、（3）、胀焊结合。这几种型式除本身结构固有的特点外，在加工中，与生产条件，操作技术都有一定的关系。但无论采用何种连接型式，都必须保证连接处能满足设计所需的密封性和具有足够的抗拉脱强度。3.3管板的加工管板：管板为碳钢锻件，应检查表面含碳量，使任意点的C0.19%，或在管板上加两层低碳堆焊层来避免偏析的影响。管孔加工：管孔加工必须满足下列要求：（1）、保证孔的位置及尺寸精度，如管孔不圆度、同心度及孔壁的光洁度（2）、对大厚度的管板须保证孔与管板平面垂直。（3）、组装状态下管板和折流板的同一位置的管孔和拉杆用孔的中心应在同一直线上。加工步骤：管板下料校平平面外面及压紧面的车削划线钻孔刻槽倒角注意：为保证上下管孔的同心度，可将两块管板叠合起来一起钻孔。 折流板：由于折流板很薄，钻孔是钻头的推力将是管板中心变形，故可将下料或圆态的折流板去掉毛刺并校平，重叠，压紧沿周边点焊，然后一起钻孔。1、 下料：毛坯采用锻件16MnR2、 检验：检查管板表面含碳量。3、 管孔加工：（1） 平面外圆及压紧面的车削（2） 将两块管板重叠（3） 划线（4） 定位孔加工（5） 钻孔第四章 换热器的检验、安装与维修4.1安装a)基础：基础必须满足以使换热器不发生下沉，而使管道把过大的变形传到换热器的接管上。b)地脚螺栓：采用二次交管法连接。c)基础质量的检查和验收：(1)基础工程的表面概况。(2)基础的标高和平面位置是否符合设计要求。(3)基础的形状和主要尺寸，及基础与留空是否符合设计要求。(4)地脚螺栓的位置是否正确，螺纹情况是否良好，螺纹长度是否符合标准，螺帽和垫圈是否齐全。(5)放置垫板的基础表面是否平整。4.2维修管壳式换热器的失效原因和形式：1. 法兰、垫片的泄漏；腐蚀引起的失效；4.介质流动诱导震动引起的管束失效；4.结垢引起的管束失效。官壳式换热器的管束的修理：1.堵管； 2.更换管束； 4.更换换热管。经过修理的换热器， 应把下列有关修理文件存入换热器技术档案中：1.换热器修理或更换的零部件竣工图；2.待用材料审批手续；4.所用材料、焊材的合格证； 4.换热器检修记录和全面检验、验收纪录。4.2.1管壳式换热器的检修程序换热器检修的主要任务是对管、壳程清洗，检查换热管胀口及其他连接处的严密性，对损坏的换热管和零部件进行修复和更换，以及更换法兰。 1检修顺序固定管板式换热器检修顺序如下：停气吹扫、准备工具 拆管箱及法兰 抽管束外观检查和无损检验、清扫。准备垫片及试压胎具安装管束安装管箱，安装试压胎具及试压法兰向壳程注水，装配试压管线试压（A）检察管口及换热管拆管箱及法兰,安装管箱、法兰及盲板。管箱接管法兰加盲板向管程注水，装配试压管线试压（B）检查管箱垫片及管束 安装向壳程注水试压（C）检查壳体密封拆除盲板，填写检修卡。其中：试压（A）：检查换热管是否破裂，胀口是否有渗漏。如换热管有破裂，卸压后可用3-5的金属柱塞堵住，或更换换热管。同一管程内，堵死得换热管一般不应超过换热管总数的10%，如工艺计算容许，这一比例可以适当增加。如管口渗漏，卸压后可进行补胀或补焊， 但补胀（焊）次数不超过三次，否则需要换热管。将缺陷处理后，重新施压，直至合格为止。试压（B）：检查安装质量，主要检查垫片及管束。如发现有渗漏，应分析原因。试压（C）：整体施压，检查法兰的安装质量。2 用试压法检查（1）固定管板式换热器的试压初步检查试压法。此法比较简便，对于换热器渗漏很小伙检查换热器是否有渗漏，可用此法。其具体步骤如下： 打开管箱出入口上法兰，已下法兰口做试压进口，接通试压泵进水管向管程注水，水满后将上法兰盲死检查管箱处渗漏情况。（2）试压用固定式压法。此法不用抽管束，而用一试压法兰把管板与壳体夹持密封，通过壳程加压，可检察管束是否渗漏。并可做到一次试压即可检查渗漏情况，不需反复拆卸斧头。如管束及壳体内进行清洗时， 则应先抽出管束清扫后再进行试压。试压步骤如下：拆卸管箱安装带有填料密封的试压胎具安装试压法兰在官箱侧与壳体大法兰夹持管板 向壳程注水升压，检查两块管板处胀口有无渗漏及松动。4.2.2 清洗换热器在选型上兑换热面积的富裕量和泵的能力均有所考虑。但由于设备结垢造成的流通方向变化，流通截面改变，流体介质的流态物性改变，机械杂质含量的变化以及腐蚀的危害等，均会造成换热器管程的不同程度的堵赛，壳程死角区域的增加。尤其在壳程，由于流道骤变形成涡流，使得沉积物大量居疾并结垢。国内目前清洗换热器的方法主要有四种：a 人工清洗；b 机械清洗法；c 化学清洗；d 超高压水射流清洗。第五章 材料的经济性换热设备是实现物料之间热量传递的设备。随着科学和生产技术的发展，各工业部门要求换热器的类型和结构与之相适应。流体的种类、流体的运动、设备的压力和温度等也都必须满足生产过程的要求。 随着科学技术的进步与发展（如高压、 高速、低温、超低温等），又促使了高强度、高效率的紧凑式换热器的发展。一个好的换热设备设计，一般要满足下列要求：A 在给定的工艺参数条件（流体的流量、温度）下，达到要求的传热量和流体出口的温度（即符合工艺条件），合理的实现所规定的工艺条件。B 采用传热速率大、流体流动压力将小、传热面积小的换热设备，以取得最佳效益。C 设备安全可靠；D 便于制造、安装、操作和维护。对压力容器的设计既要保证安全可靠， 有要尽量作到技术经济合理指标，使产品总成本最低。只有这样，产品才会在市场上有竞争力。据统计，在石油炼制和化工装置中，换热器约占装置工艺设备总重量的40%,投资的20%左右（不包括空气冷却器）。换热器管箱和壳体的选材原则、钢材标准、热处理状态及许用应力值均按GB150“钢制压力容器”中有关章节的规定。 碳钢和低合金钢制管因开孔补强的需要，壁厚要比在相同条件下工作的容器要厚的多，这就造成了很大的卷制加工应力和焊接残余应力。另外，管箱上的进出口开孔又会在开孔时造成很的应力集中。为了消除这些在制造过程中的附加应力，规范要求应对管箱进行消除应力处理。在本次设计过程中，通过从实习地所带来的工艺参数，计算的管箱厚度达不到10mm，按照常规来讲，管箱的厚度应是其计算厚度加厚度附加量在稍微圆整，管壁的厚度再加上厚度附加量，即可得到。虽说筒体的厚度越大，筒体寿命及强度增大，如此而来，设备的重量与造价相应增加。但一味追求造价成本，材料的性能就会大打折扣。设计过程中发现：筒体的厚度还与法兰有关，在选取长颈对焊法兰时，法兰还有对接筒体最小厚度的要求，本设计中，表面看来，我所设计的换热器的筒体壁厚要比10mm小些，但在后面的法兰选型时发现，初次确定的筒体厚度刚好满足设计条件下公差压力下的法兰的选择要求。故取10mm.在换热设备设计过程中，取材是一个相当重要的过程,要考虑材料的价格、性能以及材来源地。故换热器的管板，换热管以及筒体，小部件等根据不同的环境选择合理的材料。致谢在整个大学期间的一个极为重要的内容毕业设计终于结束了。此时，我觉得自己对专业知识经历了一个巩固、落实、和知新的过程，基本完成了大学四年学习知识由量变到质变的过程，受益颇丰。刚刚着手去做这个U型管换热器的设计时，很多常识都不太清楚，以至对于哪些设备属于压力容器的这种初级的概念都很模糊。现在设计结束了，觉得当初有疑惑的那些问题是非常肤浅的，以至我觉得毕业答辩不会有老师提这种低级的问题。但在当初，这些简单的问题又必须搞清楚，举个例子吧，最初我用标准去查管箱法兰时，就拿本管制法兰的行业标准去查，结果找不到符合要求的法兰，因为管制法兰直径大于600mm的，种类并不齐全，现在觉得再也不会犯这种低级错误了。所以当时还是虚心请教了各位老师和同学，得到了耐心和细致的讲解，在此，尤其要感谢我们机械工程学院的胡家顺、徐建民、王庆均、蔡洪涛、刘丽芳、等老师的大力支持，还有省化机厂的工作人员，以及本专业王国强同学的鼎立帮助，最后、还要感谢机械工程学院资料管理处提供的种类齐全的国标。参考文献1) GB1501998，钢制压力容器2) GB151-1999 管壳式换热器3) 压力容器安全技术监察规定，19994) JB/T470047072000压力容器法兰5) HG205922063597钢制管法兰、垫片、紧固件6) JB/T47362002补强圈7) JB/T47462002钢制压力容器用封头8) HG205801998钢制化工容器设计基础规定9) HG205811998钢制化工容器材料选用规定10) HG205831998钢制化工容器结构设计规定11) HG205841998钢制化工容器制造技术要求12) CDI30A2086化工设备设计文件编制规定13) TCED410022000化工设备图样技术要求14) JB472694压力容器用碳素钢和低合金钢锻件15) 化工工程制图 化学工业出版社 199216) 过程设备焊接 化学工业出版社 2003 冯兴奎 主编17）过程设备设计 郑津洋 董其伍 桑芝富 主编 化学工业出版社18）化工设备结构图集 化学工业部设备技术中心站19）压力容器工程师设计指南GB150、GB151计算手册 李世玉 桑如苞 主编20）石油炼厂设备 中国石化出版社 中国石化北京设计院编附录：A 文献摘要1/15【篇名】 管壳式换热器传热性能的检测与校核计算 【作者】 隋建华. 郑召梅. 【刊名】 石油工业技术监督 2005年08期 【机构】 山东广饶水利局. 胜利石油管理局技术检测中心 广饶257300 . 东营257001. 【关键词】 换热器. 传热系数. 校核. 【聚类检索】 同类文献 引用文献 被引用文献 【摘要】 随着节能节水意识的普遍深入,余热回收成为节能节水的一条重要途径,热电联供是回收余热的一种重要方法,在油田和地方也逐渐普及开来。在目前还没有换热器检测与评价标准的情况下,如何检测与评价换热器的换热性能是急需解决的问题。通过对管壳式换热器现场测试工作进行总结,提出了管壳式换热器的传热性能的热工检测方法与校核计算方法。 【光盘号】 SCTB0510 2/15【篇名】 换热器的强化传热【作者】 张木全. 彭金典. 【刊名】 广东轻工职业技术学院学报 2005年03期 【机构】 广东轻工职业技术学院轻化工程系. 广东轻工职业技术学院轻化工程系 广东广州510300 . 【关键词】 换热器. 强化传热. 传热系数. 强化技术. 【聚类检索】 同类文献 引用文献 被引用文献 【摘要】 说明换热器强化传热的意义,介绍了强化传热的途径,强化传热的分类、原理,评价强化传热方法的基本原则。 【光盘号】 SCTB0511 3/15【篇名】 换热器热工性能指标计算方法的探讨 【作者】 郭瑞琪. 张传聚. 裘烈钧. 【刊名】 煤气与热力 1999年02期 【机构】 山东建筑工程学院. 山东工业大学. 【关键词】 换热器. 热效率. 传热系数. 【聚类检索】 同类文献 引用文献 被引用文献 【摘要】 换热器在供热、空调、生活以及其它领域中大量应用，但在热工性能方面，如热效率、传热系数等方面，其计算方法如何正确表示，尚待进一步商榷。本文综合有关资料，对热效率的表示方式和传热系数的计算方法提出几点看法。 【光盘号】 SCTB9903 4/15【篇名】 金属换热器选用经济分析 【作者】 赵渭国. 【刊名】 冶金能源 1997年04期 【机构】 东北大学. 【关键词】 金属换热器. 传热系数. 传热面积. 动力消耗. 气流阻力. 【聚类检索】 同类文献 引用文献 被引用文献 【摘要】 本文以系统节能和提高综合经济效益的观点，分析了金属换热器传热系数的影响因素及提高途径；气流阻力与动力消耗；传热面积与投资的定量关系。为正确选用不同结构金属换热器及其性能提供了依据。 【光盘号】 SCTB97S4 5/15【篇名】 波纹换热管传热面积的计算 CAJ原文下载 PDF原文下载 【作者】 龚斌. 齐辉. 【刊名】 辽宁化工 2003年12期 【机构】 沈阳化工学院. 沈阳广播电视大学 辽宁沈阳110023【关键词】 波纹管. 传热面积. 换热器. 【聚类检索】 同类文献 引用文献 被引用文献 【摘要】 通过波纹管外表面积的积分计算,得出波纹换热管的传热面积计算公式,并通过数据代入得到常用波纹管传热面积的简化计算公式,为波纹管换热器的设计和传热系数计算提供可靠依据 【光盘号】 SCTB0402 6/15【篇名】 u型管换热器管束固有频率研究 【作者】 钱颂文. 吴家声. 马小明. 孙萍. 【刊名】 华南理工大学学报(自然科学版) 1997年02期 【机构】 华南理工大学工业装备与控制工程系. 【关键词】 U型管束. 固有频率. 频率参数. 【聚类检索】 同类文献 引用文献 被引用文献 【摘要】 本文充分考虑了各种影响因素，采用理论分析和实验研究相结合的方法，得到了型管管束固有频率的计算公式。实验结果表明，该公式的误差，一般在以内，满足工程设计要求。另外，本文提供了相应图表，使工程设计简单方便。 【光盘号】 SCTC9705 7/15【篇名】 兼做试验压环的u型管换热器的管板设计 【作者】 罗永欣. 李守谦. 【刊名】 中国化工装备 2001年04期 【机构】 吉化机械厂研究所 . 【关键词】 夹持的U型管板. 兼做法兰的U型管板. 【聚类检索】 同类文献 引用文献 被引用文献 【摘要】 从国外引进的U型管换热器管板兼做法兰的结构转变成按GB151-1999进行设计这种兼做法兰的U型管换热器管板,既经济又方便使用很有参考价值。 【光盘号】 SCTB01S2 8/15【篇名】 双壳程u型管换热器管子与管板连接失效分析 【作者】 陈凤. 刘桐生. 桑芝富. 曹林荣. 顾迅. 【刊名】 石油化工设备 2004年04期 【机构】 南京工业大学机械与动力工程学院. 中石化股份有限公司金陵分公司机动处 江苏南京210009 . 江苏南京210033.