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题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 1 页 共 35 页 目 录 1 摘 要 2 前 言 3 第 1 章 绪 论 4 第 1 节 换热器的分 类 4 第 2 节 换热器的几种常见类型和各自的特 点 5 第 2 章 固定管板 兼法兰 式水加热器设计说明 书 8 第 1 节 结构设 计 8 第 2 节 强度校 核 14 第 3 章 固定管板 兼法兰 式水加热器的制造过 程 28 第 4 章 固定管板 兼法兰 式水加热器的检测安装与维 修 30 第 5 章 结 论 32 参考文 献 33 致 谢 34 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 2 页 共 35 页 摘要摘要 本设计说明书旨在详细介绍固定管板 兼法兰 式水加热器的设计过程 对各个环 节进行具体的设计计算 主要内容包括 熟悉换热器的分类 各种换热器的优缺点并选 取一种换热器进行设计计算 设计的主要内容有 选取材料 进行机械设计 强度计算以 及编制制造工艺过程等 关键词 固定管板 兼法兰 式水加热器 结构设计 制造工艺 选材 管程 壳程 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 3 页 共 35 页 前言前言 在化工生产中 对流体加热或冷却 以及液体汽化或蒸汽冷凝过程都需要进行热量 交换 而换热器是进行热量交换的通用设备因而其在化工生产中得到极为广泛的应用 通常在化工厂的建设中 换热器约占总投资的 11 在现代石油炼厂中 换热器约占全部 工艺设备总投资的 40 左右 因此 换热器的先进性 合理性和运转的可靠性 将直接影 响着产品的质量 数量和成本 此次我设计的固定管板 兼法兰 式水加热器的管端以强度焊加贴胀的方法固定在 两块管板上 而管板则以焊接的方法与壳体连接 此类换热器的优点是结构比较简单 紧凑 在壳体直径相同的情况下布管数最多 管内不易结垢 即使结垢 也便于更换和 清洗 如果管子发生泄漏或损坏 也便于进行堵管或换管 其缺点是管外机械清洗困难 且难以检查 因而壳程必须采用清洁不易结垢的流体 毕业设计是学习设计基础知识 培养设计能力的这样环节通过这一实践教学环节的 训练 使我们在毕业前掌握一定的过程设备设计的基本程序和方法 熟悉查阅和正确使 用技术资料 能够在独立分析和解决实际问题的能力方面有较大的提高 增强工程观念 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 4 页 共 35 页 和实践能力 为此应在毕业设计的过程中 以实事求是的科学态度 严谨 认真的工作 作风来完成此项毕业设计 通过毕业设计的这种过程 不仅复习和巩固大学三年所学过 的知识 而且也熟悉了设计开发新产品的步骤 方法和过程 为尽快适应和胜任今后的 工作打下一个良好的基础 固定管板 兼法兰 式换热器 第第 1 1 章章 绪论绪论 换热器是一种物料之间热量传递的节能设计 在石油 化工 冶金等行业中广泛应 用的一种工艺设备 近年来随着节能技术发展 应用领域不断扩大 换热器的种类也越 来越多 其中管壳式换热器占有很大的比例 第第 1 1 节节 换热器的分类换热器的分类 换热器的分类方式很多 这里介绍主要的两种方式 一 按传热原理分类 1 直接接触式 这种换热器的主要工作原理是两种介质经接触而相互传热 通常是一种气体 另 一种液体 电厂用凉水塔为最典型的直接接触式换热器 2 蓄能式换热器 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 5 页 共 35 页 这种换热器用量很少 原理是将一种固体介质通过热介质加热到一定温度后 冷介质再通过固体物质被加热 使之达到换热的目的 二 根据冷 热流体热量交换的方式可分为 1 混合式换热器 是对于某些传热过程 可使冷流体直接接触混合传热 这种传热 方式 传热面积大 设备也简单 但由于冷 热流体直接接触 传热中往往伴有 传质过程机理和单纯传热有所不同 应用也受到工艺要求的限制 2 蓄热式换热器 主要有对外充分隔热的蓄热室构成 室内装有热容量大的固体填 充物 其结构简单 可耐高温 常用于高温气体的热量利用和冷却 其缺点是设 备体积大 过程是不定长的交替操作 且不能完全避免两种流体的逸杂 所以这 类设备化工上用的不多 3 间壁式换热器这是工业中最为广泛应用的一类换热器 冷热流体被固体壁面隔开 通过壁面进行传热 按照传热面的形状与结构的特点 又可以分为 管式换热器 如列管式 套管式 螺旋管式等 板面式换热器 如板式 螺旋板式 板壳式等 扩展表面式换热器 如板翅式 管翘式等 三 换热构分类 常见的换热器类型如下所示 固定管板式换热器 浮头式换热器 管壳式换热器 型管式换热器 外填料函式换热器 滑动管板填料函换热器 双管板换热器 板式换热器 板片式换热器 板翘式换热气 伞板换热气 沉浸式换热器 换热器 蛇管式换热器 喷淋式换热器 多室回转换热器 回转换热器 搅拌式换热器 离心式换热器 螺旋板式换热器 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 6 页 共 35 页 板壳式换热器 热管换热气 氟塑料换热器 石墨换热器 玻璃换热器 第第 2 2 节节 换热器的几种常见类型和各自特点换热器的几种常见类型和各自特点 一 固定管板式换热器 优点 结构简单 制造成本低 能得到最小的壳体内径 管程可分成多层 壳层也可 分为双层 规格范围广 在工程中广泛应用 缺点 壳层不易清洗 检查困难 对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用 对于膨胀较大时 可在壳体上设置膨胀节 二 U 形管板式换热器 它是将换热器管弯成 U 形 换热管两端都固定在同一块管板上面 优点 由于壳体与换热管分开 可以不考虑热膨胀 管束可以从壳体内抽出 换热 管外表面易于清洗 缺点 换热管内清洗困难 所以换热管内的介质是清洁且不易结垢的物料 换热管 排列较少 结构不紧凑 三 浮头式换热器 浮头式换热器一端和管板固定连接 另一端的管板可以在壳体内自由的移动 优点 管束和壳体之间不产生温差应力 易于检修和清洗 四 板片式换热器 一 板片式换热器 板片式换热器的板片形式很多 有水平平直波纹 人字形波纹 球形波纹 斜波纹 锯齿形波纹 竖直波纹等等 缺点 密封周边长 使用中常常需要拆卸和清洗 泄漏可能性很大 不宜处理悬浮状 的物料 温度不能很高 处理量不高 二 板翅式换热器 基本结构 翅片 隔板和封条三部分 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 7 页 共 35 页 主要特点 1 传热效率高 2 结构紧凑 重量轻 3 适用范围广 4 制造工艺复杂 要求严格 5 容易堵塞 清洗和检修困难 如果因腐蚀发生泄漏很难修理 五 蛇管式换热器 一 沉浸式 1 可分为可拆式和不可拆式 2 蛇管的进口 出口结构形式及密封形式多样 二 喷淋式 喷淋蛇管换热器与沉浸式蛇管换热器相比较 除了有结构简单 制造费用低 能承 受高压 可用更多的材料制造等优点外 喷淋式较沉浸式易于检查 清洗和检修 缺点是占地面积较大 操作时设备周围环境较差 所以在场地充足 环境允许的条 件下 可以广泛的采用 六 填料函式换热器 填料函式换热器其实也是浮头式换热器是一种 浮头伸在壳体的外边 它与壳体之 间的间隙用填料函来密封 缺点 填料函式换热器 不宜处理易挥发 易燃 易爆 有毒及贵重介质 严禁用 于两种介质混合后会造成事故或损失的场合 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 8 页 共 35 页 第第 2 2 章章 水加热器设计说明书水加热器设计说明书 第第 1 1 节节 结构设计结构设计 根据任务书给的参数以及从资料上了解换热器的情况来判断 本换热器采用固定管 板式 换热器的型号为 AEM900 0 8 2 0 350 6 19 1 任务书中给定的参数如下 设计参数管 程壳 程 设计温度 260 218 设计压力 表压 0 8MPa2 0 MPa 介 质空气水 腐蚀裕度2mm2 mm 焊接接头系数11 程 数11 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 9 页 共 35 页 壳程圆筒 ts 69 5 金属温度 换热管 tt 44 8 换热面积 350m2 换热管长度 6000mm 水压试验压力 2 5MPa 换热管规格 19 2 一 管子数的计算 选定管子 19 2 长 6 米 根据所给条件换 热面积为 350m2 计算总管子数 n 350 6 0 019 3 14 978 换热管为正三角形排列 管心距 S 25 采用正六边形布管 需要直径为 900 的壳程 换热管与管板的连接形式 强度焊加贴胀 壳程侧管板结构开槽深度 3mm 管法兰采用 JB 4703 2000 11 法兰 A 900 2 5 换热管采用正三角形排列 法兰外直径 Df 1095mm 法兰螺柱孔中心圆直径 Db 1040mm 法兰密封面尺寸 D4 985mm 法兰颈部大端厚度 1 32mm 法兰颈部小端厚度 2 20mm 管箱法兰厚度 f 60mm 螺柱数量 nb 32 螺柱规格 M27 查 JB 4707 2000 11 得 d2 mm 则螺柱有效承载面积 8 23 3 0 0 Ab 444 9mm2 垫片采用 JB T 4718 2000 包垫 B33 900 2 5 1 垫片尺寸 987 947 3mm 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 10 页 共 35 页 垫片接触面宽度 N 987 947 2 20mm 基本密封宽度 查 GB150 1998表 9 1 b0 N 2 10mm 5 二 受压元件材料及数据 以下数据查自 GB150 1998 5 圆筒材料 16MnR 查表 4 1 260 设计温度下许用压力 144MPa 260 C 查表 4 1 218 设计温度下许用压力 156MPa 218 C 查表 F5 69 5 金属温度下弹性模量 Es 204143 75Mpa 查表 F6 69 5 金属温度下平均线性膨胀系数 as 11 28 10 6mm mm 换热管 接管材料 20 号钢 查表 4 1 260 设计温度下许用压力 101MPa 260 t 查表 F2 260 金属温度下屈服应力 156 6Mpa 260 s 查表 F5 218 金属温度下弹性模量 184920Mpa 218 t E 44 8 金属温度下弹性模量 Et 191690Mpa 查表 F6 44 8 金属温度下平均线性膨胀系数 at 11 28 106mm mm 管板 平盖 法兰材料 16Mn 锻件 查表 4 5 常温下许用应力 150 MPa 260 设计温度下许用压力 260 129MPa 218 设计温度下许用压力 218 116MPa 查表 F5 260 金属温度下弹性模量 E Ep E f 179000Mpa 218 金属温度下弹性模量 Ep E f 183000Mpa 螺柱材料 40Cr 查表 4 7 常温下许用应力 b 212 MPa 260 设计温度下许用压力 170MPa 260 b 218 设计温度下许用压力 176MPa 218 b 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 11 页 共 35 页 螺母材料 40Mn 垫片材料 镀锌薄钢板包石棉橡胶板 查表 9 2 垫片系数 m 3 75 比压力 y 52 4MPa 三 壳体圆筒计算 圆筒计算厚度 5 81mm P DP t iS 2211562 9002 设计厚度 d C2 5 81 2 7 81mm 按 GB 6654 1996 钢板负偏差 C1 0 6mm 名义厚度 n 10mm 四 管箱圆筒计算 圆筒计算厚度 2 51mm t t it P DP 28 011442 9008 0 设计厚度 d C2 2 51 2 4 51mm 按 GB 6654 1996 钢板负偏差 C1 0 25mm 名义厚度 管箱圆筒与法兰相连接 法兰需要的最小壁厚为 12mm 所以管箱圆筒 n取 12mm 五 开孔补强计算 计算 108 7 的接管平齐焊接在筒体上 开孔避开焊缝 是否需要补强 首先按已知条件 根据不另行补强的最大孔径确定此孔是否需要另行补强 查 GB151 1999 6 钢板厚度负偏差知 C1 0 6mm 及钢管壁厚负偏差 C 0 15 0 15 7 1 05 1 腐蚀裕量 C2 2mm 得筒体和接管的壁厚附加量分别为 C C1 C2 2 6mm C C C2 3 05mm 1 已知筒体的计算壁厚 5 81mm 则壳体壁厚增强系数为 327 1 81 5 6 210 筒体计算壁厚 其壁厚附加量筒体名义壁厚 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 12 页 共 35 页 查 GB151 1999 6 不另行补强的最大孔径 当设计压力 P 6 筒体内径 Di 1000 时 不 另行补强的最大孔径为 108 6 所以 108 7 的接管不需要考虑补强 那么 32 4 的接管也无需补强 六 折流板 折流板的种类有多种有单弓形 双弓形 三弓形 圆盘 圆环形 本换热器采用单弓 形 上 下方放置切口高度按 20 Di 确定折流板间距 根据下表折流板外直径为 DN 6 允许偏差 0 8 公称直径 DN 400 400 500500 900900 13001300 17001700 2000 折流板名义外直径DN 2 5DN 3 5DN 4 5DN 6DN 8DN 10 折流板外径允许偏差 0 5 0 0 8 0 0 2 1 缺口上 下方排列 七 拉杆选择 拉杆的选择如下表所示 拉杆直径 换热管直径1014192532384557 拉杆直径1012121616161616 拉杆数量 公称直径 DN mm 拉杆直径 mm 400 400 700 700 900 900 1300 1300 1500 1500 1800 1800 2000 10461012161824 1244810121418 16446661012 拉杆尺寸 拉杆直径 d拉杆螺纹公称直径LaLb管板上拉杆深度 Ld 101013 40 16 121215 50 18 161620 60 20 选择拉杆直径为 12mm 数量是 10 根 La 15mm Lb 50mm 管板上拉杆深度 Ld 是18mm 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 13 页 共 35 页 拉杆定距管结构 八 管板结构 在固定管板式换热器管板的设计中主要是选定结构形式的管板然后进行强度计算 因为本换热器采用的是固定管板式换热器 为了保证质量和制造方便 本换热器采用固 定管板兼做法兰的结构 因为法兰的最大外径为 1095 所以管板的最大外径也取 1095mm 九 支座的选用及安装位置的确定 卧式容器的支座应用最普遍 而且有标准可查的是鞍 式支座 简称鞍座 鞍座的标准是 JB T4712 1992 根 15 据标准鞍座选用 JB T4712 1992 鞍座 BI900 F S 安置 尺寸为两鞍座间距 L1 3990mm 两鞍座距管板的距离 LC 1004mm 十 法兰的选用根据 JB T4703 2000 选用容器法兰的 型号为 法兰 FM900 2 5 JB T 4703 2000 长颈对焊法兰 垫片选用 JB T 4706 2000 镀锌薄钢板包石棉橡胶板 十一 平盖计算 垫片压紧力作用中心圆直径 DG 基本密封面宽度 b0 10 6 4mm b 8mm 0 53 2 b1053 2 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 14 页 共 35 页 DG 985 2 8 969mm 螺柱载荷 预紧状态下需要的最小螺柱载荷 Wa 3 14DGby 3 14 969 8 52 4 1 276 106 操作状态下需要的最小螺柱载荷 Wp 0 785DG2p 6 28DGbmp 0 785 9692 0 8 6 28 969 8 3 75 0 8 7 357 105N 螺柱面积 Am 预紧状态下需要的最小螺柱面积 Aa 6016 8mm2 b a W 212 10276 1 6 操作状态下需要的最小螺柱面积 Ap 4327 8 mm2 t b P W 170 10357 7 5 需要的螺柱面积 Am max Aa Ap 6016 8 mm2 实际使用的螺柱总截面积 Ab 444 9 32 14236 19 mm2 bb na 螺柱设计载荷 预紧状态下螺柱设计载荷 W 2 15 106N b bm AA 2 212 2 19 14236 8 6016 操作状态下螺柱设计载荷 W Wp 7 357 105N 结构特征系数 K 垫片压紧力的力臂 LG 35 5mm 2 Gb DD 2 9691040 操作时 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 15 页 共 35 页 K 0 36 3 78 1 3 0 Gc G Dp WL 3 5 9698 0 5 3510357 7 78 1 预紧时 K 0 186 3 78 1 Gc G Dp WL 3 6 9698 0 5 351015 2 78 1 平盖中心处的挠度 当 DN 600mm 时 Y 1 125mm 800 DN 800 900 平盖计算厚度 操作时 p 46 03mm t c G Kp D 1129 8 036 0 969 预紧时 p 30 55 c G Kp D 1129 8 0186 0 969 平盖计算厚度 p max p p 46 03mm 平盖名义厚度 n 46 03 6 52 03mm 取 n 54mm 注 平盖名义厚度为平盖计算厚度加平盖结构开槽深度 6mm 第第 2 2 节节 管板结构设计与强度校核管板结构设计与强度校核 换热管稳定许用压应力 换热管的回转半径 i 查 GB151 1999 6 附录 J1 得 i 6 052mm 换热管受压失稳当量长度 lcr 1500mm 系数 Cr 147 61 t s t t E 2 162 1790002 14 3 lcr i 1500 6 052 247 85 因 lcr i Cr 故 cr 14 36Mpa 2 2 2il E cr t t 2 2 85 2472 17900014 3 cr 101Mpa 合格 t t 壳程圆筒内直径横截面积 A 6 36 105mm2 4 2 i D 4 90014 3 2 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 16 页 共 35 页 管板开孔后的面积 Al 3 59 105 mm2 4 2 d nA 4 1914 3 9781036 6 2 5 系数 0 56 A AL 5 5 1036 6 1059 3 圆筒壳壁金属横截面积 As s Di s 3 14 10 900 10 2 86 104 mm2 管板布管区面积 At 0 866n S2 0 866 978 252 5 29 105 mm2 一根换热管管壁金属的横截面积 查 GB151 1999 6 附录 J 得 a 106 81 mm2 换热管管壁金属的总横截面积 na 978 106 81 1 04 105 mm2 系数 na A1 1 04 105 3 59 105 0 29 管板布管区的当量直径 Dt 820 86mm t A4 14 3 1029 5 4 5 管板布管区的当量直径与壳程圆筒内径之比 t Dt Di 820 86 900 0 912 管板延长部分形成的凸缘宽度 bf Df Di 2 1095 900 2 97 5mm 基本法兰力矩 Mm AmLG b 6016 8 35 5 212 4 53 107 N mm 式中 LG 垫片压紧力的力臂 mm b 常温下螺柱许用应力 Mpa Am 需要的螺柱面积 Am max Ap Aa mm2 Aa同平盖计算 Aa 6016 8 mm2 Ap Wp bt 7 357 105 176 4180 2mm2 故 Am max Ap Aa 6016 8 mm2 注 平盖螺栓设计温度为 260 管箱法兰和壳体法兰的螺栓设计温度为 218 管程压力操作工况下的法兰力矩 Mp 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 17 页 共 35 页 螺柱中心至 FD作用位置处的径向距离 LD Db Di 1 2 1040 900 32 2 54mm 螺柱中心至 FG作用位置处的径向距离 LG 35 5mm 螺柱中心至 FT作用位置处的径向距离 LT Db 2 Di DG 4 1040 2 900 969 4 52 75mm 作用于法兰内径截面上的流体静压轴向力 FD 0 785 Di2pt 0 785 9002 0 8 5 09 105N 法兰垫片压紧力 FG 6 25DGbmpt 6 25 969 8 3 75 0 8 1 46 105N 流体静压轴向力与作用于法兰内径截面上的流体静压轴向力之差 FT 0 785 DG2 Di2 pt 0 785 9692 9002 0 8 8 10 104N 法兰操作力矩 TTGGDDp LFLFLFM 5 09 105 54 1 46 105 35 5 8 10 104 52 75 3 69 107 N mm 系数 按 h Di和 h Di查 GB151 1999 6 图 26 h 1 2 2 32 20 2 26mm h Di 26 900 0 029 Y Di 60 900 0 067 查 GB151 1999 6 图 26 得 0 0047 管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数 K f h i f fi f f E DbD bE 2 2 12 1 3 1790000047 0 900 602 5 97900 5 971790002 12 1 3 77 02MPa 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 18 页 共 35 页 壳体不带波形膨胀节时 换热管与壳程圆筒的热膨胀变形差 0 壳体不带波形膨胀节时 换热管与圆筒刚度比 Q 3 43 ss t AE naE 4 5 1086 2 75 204143 1004 1 191690 系数 s 5 11 1 6 0 4 0Q 43 3 1 56 0 6 0 4 0 系数 t 6 0 1 14 0Q 7 66 43 3 6 0 56 0 1 29 0 14 0 管板强度削弱系数 0 4 管板刚度削弱系数 0 4 假定管板厚度 n 44mm 管程 壳程腐蚀裕量 2mm 管板壳程侧焊接结构槽深 3mm 2mm 管板有效厚度 e 44 3 2 39mm 管板延长部分兼法兰的厚度 f 44 3 2 6 33mm 换热管有效长度 L L0 2 n 1 5 6000 2 44 1 5 5909mm 换热管加强系数 K 5 76 管板周围不布管区 21 318 1 LE naED P t e i 21 5 3959094 0183000 1004 1 191690 39 900 318 1 无量纲宽度 3 21 1 0 914188 0 2755k 1 t K 0 时 按 K 和 m 查 GB151 1999 6 图 31 a 实线 知 G1i G1e 系数 G1 取 G1 max G1e G1i 故 G1 G1e 0 2 管板布管区周边剪切应力系数 0 049 2 1 4 1 GQ P 9 343 3 46 0 1 4 1 管板径向应力系数 0 049 0 02 0 0099 1 G Pr 管板布管区周边处径向应力系数 0 0248 Pr K m 3 0495 0 76 5 96 0 3 壳体法兰力矩系数 0 27 0 014 0 27 2 49 10 3 1 MMMM fmws 3 1 10 3 管板径向应力 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 21 页 共 35 页 76 11MPa 2 i arr D P 2 39 900 4 0 56 0 22 1001 0 r 1 5 rt 1 5 116 174MPa 合格 管板布管区周边处径向应力 2 2 2 2 1 i r a r D m m k m kP 2 2 39 900 96 0 2 96 0 2 506 0 96 0 506 0 10248 0 4 0 22 1056 0 101 34 MPa r 1 5 rt 1 5 116 174Mpa 合格 管板布管区周边剪切应力 t p a p DP 39 86 820 049 0 4 0 22 1056 0 15 06 MPa p 0 5 t 0 5 116 58 MPa 合格 壳体法兰应力 104 4MPa 2 4 f i awsf D PMY 2 33 900 22 1056 0 0031 0 10 4 14 3 f 1 5 ft 1 5 116 174 MPa 合格 壳程圆筒轴向应力 25 48 MPa a s C P GQA A 2 1 22 10 9 343 3 46 0 1 56 0 1086 2 1036 6 4 5 c ft 1 156 156 MPa 合格 换热管轴向应力 位于管束周边初换热管轴向应力 4 33 MPa aCt P GQ QG P 2 21 22 10 9 343 3 43 3 46 0 9 3 2 291 0 1 t 1 0 tt 1 0 101 101MPa 合格 换热管与管板的焊脚高度按 GB151 1999 6 中 5 8 3 2 的规定 mml5 2 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 22 页 共 35 页 换热管与管板连接的拉脱力 3 10 MPa ld a q t 5 21914 3 81 10633 4 q q 0 5 tt 0 5 101 50 5 MPa 合格 只有壳程设计压力 ps 而管程设计压力 pt 0 计入膨胀变形差 设定环境温度 t0 25 换热管与壳程圆筒的热膨胀变形差 at tt t0 as ts t0 11 08 10 6 44 8 25 11 28 10 6 69 5 25 0 00028 Et 0 291 0 00028 191690 15 75 MPa 有效压力组合 pa sps tpt Et 5 11 2 15 75 5 54Mpa 基本法兰力矩系数 0 025 ai m m PD M M 3 4 54 5 90014 3 56 0 1053 4 4 3 7 管板边缘力矩系数 0 025 2 66 2 49 10 3 0 019 1 MMMM m 管板边缘剪切系数 22 39 0 019 0 42M 管板总弯矩系数 1 51 1 21 mm m 42 0 1 6 242 0 21 0 系数 G1i 当 m 0 时 按 K 和 m 查 GB151 1999 6 图 31 a 实线 知 G1i 0 89 系数 G1 G1i 0 89 管板布管区周边剪切应力系数 0 02 2 1 4 1 GQ P 9 343 3 42 0 1 4 1 管板径向应力系数 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 23 页 共 35 页 0 02 0 89 0 018 1 G Pr 管板布管区周边处径向应力系数 0 016 Pr K m 3 02 0 76 5 51 1 3 壳体法兰力矩系数 0 27 0 025 0 27 2 49 10 3 1 MMMM fmws 7 6 10 3 管板径向应力 73 36MPa 2 i arr D P 2 39 900 4 0 56 0 54 5 018 0 r 3 rt 3 116 348 MPa 合格 管板布管区周边处径向应力 2 2 2 2 1 i r a r D m m k m kP 2 2 39 900 51 1 2 51 1 2 506 0 51 1 506 0 1 016 0 4 0 54 5 56 0 70 66 MPa r 3 rt 3 116 348 MPa 合格 管板布管区周边剪切应力 t p a p DP 39 86 820 02 0 4 0 54 5 56 0 3 26 MPa p 0 5 t 0 5 116 58 MPa 合格 壳体法兰应力 139 21MPa 2 4 f i awsf D PMY 2 33 900 54 5 56 0 0074 0 10 4 14 3 f 3 ft 3 116 348 MPa 合格 壳程圆筒轴向应力 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 24 页 共 35 页 5 51 MPa a s C P GQA A 2 1 54 5 9 343 3 42 0 1 56 0 1086 2 1036 6 4 5 c 3 ft 3 1 156 156 MPa 合格 换热管轴向应力 位于管束周边初换热管轴向应力 20 73 MPa aCt P GQ QG P 2 21 54 5 9 343 3 43 3 42 0 9 3 2 291 0 1 t 3 tt 3 101 303MPa 合格 换热管与管板的焊脚高度按 GB151 1999 6 中 5 8 3 2 的规定 mml5 2 换热管与管板连接的拉脱力 14 85 MPa ld a q t 5 21914 3 81 10673 20 q q 1 5 tt 1 5 101 151 5 MPa 合格 只有管程设计压力 pt 而壳程设计压力 ps 0 不计入膨胀变形差 0 Et 0 壳程设计压力 pt 0 8Mpa 当量压力组合 pc pt ps 1 0 8Mpa 有效压力组合 pa sps tpt Et 7 66 0 8 6 13Mpa 基本法兰力矩系数 0 019 ai p p PD M M 3 4 13 6 90014 3 56 0 1069 3 4 3 7 管板边缘力矩系数 0 019 p MM 管板边缘剪切系数 22 39 0 019 0 42M 管板总弯矩系数 1 51 1 21 mm m 42 0 1 6 242 0 21 0 系数 G1 当 m 0 时 G1i G1e按 K 和 m 查 GB151 1999 6 图 31 b 得 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 25 页 共 35 页 G1 G1e 0 88 管板布管区周边剪切应力系数 0 02 2 1 4 1 GQ P 9 343 3 42 0 1 4 1 管板径向应力系数 0 02 0 88 0 0176 1 G Pr 管板布管区周边处径向应力系数 0 0156 Pr K m 3 02 0 76 5 51 1 3 壳体法兰力矩系数 0 27 0 019 2 49 10 3 1 MMM mws 7 62 10 3 管板径向应力 80 42 MPa 2 i arr D P 2 39 900 4 0 56 0 13 6 0175 0 r 1 5 rt 1 5 116 174 MPa 合格 管板布管区周边处径向应力 2 2 2 2 1 i r a r D m m k m kP 2 2 39 900 51 1 2 51 1 2 506 0 51 1 506 0 1 0156 0 4 0 13 6 56 0 78 02 MPa r 1 5 rt 1 5 116 174Mpa 合格 管板布管区周边剪切应力 t p a p DP 39 86 820 02 0 4 0 13 6 56 0 3 61 MPa p 0 5 t 0 5 116 58 MPa 合格 壳体法兰应力 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 26 页 共 35 页 153 8MPa 2 4 f i awsf D PMY 2 33 900 13 6 56 0 00762 0 10 4 14 3 f 1 5 ft 1 5 116 174 MPa 合格 壳程圆筒轴向应力 11 69 MPa at s C P GQ p A A 2 1 13 6 9 343 3 42 0 1 56 0 8 0 1086 2 1036 6 4 5 c ft 1 156 156 MPa 合格 换热管轴向应力 位于管束周边初换热管轴向应力 11 77 MPa aCt P GQ QG P 2 21 13 6 9 343 3 43 3 42 0 9 3 03 1 291 0 1 t 1 0 tt 1 0 101 101MPa 合格 换热管与管板的焊脚高度按 GB151 1999 6 中 5 8 3 2 的规定 mml5 2 换热管与管板连接的拉脱力 8 43 MPa ld a q t 5 21914 3 81 10677 11 q q 0 5 tt 0 5 101 50 5 MPa 合格 只有管程设计压力 pt 而壳程设计压力 ps 0 计入膨胀变形差 根据 已知 0 000283 Et 15 75MPa 壳程设计压力 pt 0 8MPa 当量压力组合 pc pt ps 1 0 8 1 0 291 1 03MPa 有效压力组合 pa sps tpt Et 7 66 0 8 15 75 21 88 Mpa 基本法兰力矩系数 0 00523 ai p p PD M M 3 4 88 21 90014 3 56 0 1069 3 4 3 7 管板边缘力矩系数 0 00523 p MM 管板边缘剪切系数 22 39 0 00523 0 12M 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 27 页 共 35 页 管板总弯矩系数 0 11 1 21 mm m 12 0 1 6 212 0 21 0 系数 G1 当 m 0 时 G1i G1e按 K 和 m 查 GB151 1999 6 图 31 b 得 G1 G1e 0 24 管板布管区周边剪切应力系数 0 00301 2 1 4 1 GQ P 9 343 3 12 0 1 4 1 管板径向应力系数 0 0301 0 24 0 0072 1 G Pr 管板布管区周边处径向应力系数 0 0017 Pr K m 3 0301 0 76 5 11 0 3 壳体法兰力矩系数 0 27 0 00523 2 49 10 3 1 MMM mws 0 00392 管板径向应力 118 83 MPa 2 i arr D P 2 39 900 4 0 56 0 88 21 0072 0 r 3 rt 3 116 348 MPa 合格 管板布管区周边处径向应力 2 2 2 2 1 i r a r D m m k m kP 2 2 39 900 11 0 2 11 0 2 506 0 11 0 506 0 1 0017 0 4 0 88 21 56 0 107 88 MPa r 3 rt 3 116 348 MPa 合格 管板布管区周边剪切应力 t p a p DP 39 86 820 0301 0 4 0 88 21 56 0 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 28 页 共 35 页 19 57 MPa p 1 5 t 1 5 116 174 MPa 合格 壳体法兰应力 283 MPa 2 4 f i awsf D PMY 2 33 900 88 21 56 0 00392 0 10 4 14 3 f 3 ft 3 116 348 MPa 合格 壳程圆筒轴向应力 15 30 MPa at s C P GQ p A A 2 1 88 21 9 343 3 12 0 1 56 0 8 0 1086 2 1036 6 4 5 c 3 ft 3 1 156 468 MPa 合格 换热管轴向应力 位于管束周边初换热管轴向应力 40 59 MPa aCt P GQ QG P 2 21 88 21 9 343 3 43 3 12 0 9 3 03 1 291 0 1 t 3 tt 1 0 101 303MPa 合格 换热管与管板的焊脚高度按 GB151 1999 6 中 5 8 3 2 的规定 mml5 2 换热管与管板连接的拉脱力 29 07 ld a q t 5 21914 3 81 10659 40 q q 0 5 tt 0 5 101 50 5 MPa 合格 根据上面强度计算比较 管板厚度符合要求 即 44mm 第第 3 3 章章 固定管板 兼法兰 式水加热器的制造过程固定管板 兼法兰 式水加热器的制造过程 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 29 页 共 35 页 一台换热器的使用效果不仅需要精确的设计 计算 还少不了严格的制造过程 其 必须符和 GB150 1998 5 5 钢制压力容器 和 GB151 1999 管壳式换热器 的有关规定 一 筒体的制造 由于换热器需要抽装管束 所以对筒体的内直径偏差 同一载面上的最大与最小直 径之差以及线度的控制比较严格 壳体圆筒内径的偏差取决于周长偏差 而周长偏差在 忽略冷卷板冷矫正中的延伸后 仅取决于下料 刨边 纵缝的条数及焊缝的收缩的误差 将这四项误差的累计控制在 10mm 以内 实测外圆周长与名义外圆周长相比 允许上偏 差为 10mm 下偏差为 0mm 壳体同一断面上 最大直径与最小直径差不大于该断面设计 内直径 DN 的 0 5 所以该换热器内大小直径之差应该在 5mm 以内 壳体圆筒的直线度 允许偏差为 L 100 L 6000mm 时其值不大于 4 5mm 所以本换热器的直线度偏差应该在 4 5mm 以内 二 管箱 管箱的作用是把由管道流过来的管层流体均匀分布到传热器管层中 管箱还起改变 流体流向的作用 本换热器无需分层隔板 本换热器管箱的厚度采用 12mm 三 管板 管板采用的是 16Mn 锻件 管孔的加工是管板制造中的重要一个环节目前国内最普遍 的加工步骤是下料 矫正平面外圆及压紧面车削完毕后 进行划 钻孔 刻槽等一系列 工序 为保证管板同心度 将管板叠起来一起加工 在钻孔中应考虑以下要求 1 保证孔的位置及尺寸精度 2 对于大厚度的管板必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 管板加工应按照下面的工序进行 1 管板划线 划线是决定孔加工位置的基准作业 必须准确无误 每台换热器只需在一块管板上 划线即可 为了校核孔的节距误差 通过钻孔中心线以节距 1 2 为半径划圆 在各孔中心 点处用冲头冲出一个小坑 然后划出所需钻的孔 并在孔的周围冲上 4 6 个小坑 以避免 因时间久后看不清所划的线 并在加工定位孔时有可作为校核的依据 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 30 页 共 35 页 2 定位孔加工 划线完毕的管板可先用钻头加工出定位孔 正式决定钻孔的位置 这样可保证管孔 孔距准确 给管孔的加工打下良好的基础 使加工管孔的钻头顶尖能直接进入定位孔 即能准确而迅速地找到中心 因而节省时间提高效率 3 钻孔 定位孔钻完以后 将管板放在同一高度的平面上 压紧即可钻孔 管孔表面粗糙度 不大于 25 四 折流板的制造 折流板一般都很薄 钻孔时钻孔的推力将使管板中心变形 故可将下料成圆形的折 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 这样的优点是节省了时 间 提高了效率保证质量 加工后的折流板外表面粗糙度不大于 25 五 拉杆 定距管 拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘 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三个支撑点 拉杆定距管结构 适用于换热管外径大于或等于 19mm 的管束 本换热器使用的拉杆直径是 12mm 的 共 10 根 第第 4 4 章章 固定管板 兼法兰 式水加热器的检测安装与维修固定管板 兼法兰 式水加热器的检测安装与维修 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 31 页 共 35 页 设备制成后 或在制造过程中 必须进行检验 以保证设备符合技术要求和质量标准 通常用的检验方法有无损探伤 强度检验和致密性检验 无损探伤是在不损害材料或工件的前提下 用以发现材料 工件的各类缺陷 并鉴 定其缺陷类型和程度的非破坏性的质量检验方法 可用板材 管材 铸件 锻件与焊缝 等缺陷的检验 无损探伤主要有超声波探伤 射线探伤 磁粉探伤及着色探伤法四种 近年来又出现了一些新的无损检验技术 如声发射技术 全息照相技术 红外线技术 微波技术 中子射线照相等等 强度检验主要是容器制成后的水压试验 气密性试验 在无损检测中 焊接接头应先经形状尺寸及外观检验合格后 再进行无损检测 对 于符合下述条件的 A B 类焊接接头应进行 100 的射线或超声检测 1 钢材厚度大于 30mm 的碳素钢 16MnR 厚度大于 25mm 的 15MnVR 20MnMo 奥氏体不锈钢 厚度大于 16mm 的 12CrMoR 15CrMo 以及任意厚度的 Cr Mo 低合金钢 2 标准抗拉强度大于 540Mpa 的钢材 3 介质为极度危害或高度危害的 4 类别为三类及焊缝系数为 1 0 的 5 当采用射线检测时 其透照质量不低于 AB 级 合格级别为 级 当采用超声检测 时 合格级别为 级 除上述规定以外的 AB 类焊接接头应进行 20 的射线或超声局部检测 检测长度不小 于 250mm 局部无损检测的部位由制造单位检验部门根据实际情况指定 对焊缝交叉部位及 开孔区将被其他元件覆盖的焊缝部分必须全部进行检测 拼接封头 不含先成型后组焊的拼 接接头 拼接管板的对接接头必须进行 100 的射线检测 拼接补强圈的对接接头也必须 进行 100 的超声波或射线检测 其合格级别与壳体相应的对接接头一致 同时应注意经过 局部超声或射线检测的焊接接头 如果在检测部位发现超标缺陷时 则应进行不少于该条焊 接接头长度 10 的补充局部检测 且不少于 250 mm 如仍不合格 则应对该条焊接接头全部 检测 另外对于公称直径大于等于 250 mm 或公称直径小于 250 mm 其壁厚大于 28 mm 的接管对接接头的无损检测比例及合格级别应与壳体主体焊缝要求相同 公称直径小于 250 mm 其壁厚小于 28 mm 时仅做表面无损检测 合格级别为 级 制造完工的换热器应对换热管与管板的连接接头 管层和壳层进行耐压实验和气压 实验 耐压实验包括水压实验和气压实验 换热器一般进行水压实验 当由于结构或支撑原因 题目 固定管板式 兼法兰 水加热器的设计 指导老师 xxx 第 32 页 共 35 页 不能冲灌液体 或运行条件不允许残留实验液体时 可采用气压实验 如果介质毒性为 极度 高度危害或管 壳层之间不允许有微量泄露时 必须

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