F210双壳程双管程卧式浮头式换热器设计含开题及9张CAD图
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F210双壳程双管程卧式浮头式换热器设计含开题及9张CAD图,F210,双壳程,双管,卧式,头式,换热器,设计,开题,CAD
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F210双壳程双管程卧式浮头式换热器设计 摘 要本次选择需要设计的课题为F210双壳程双管程卧式浮头式换热器设计，浮头式换热器的主要特点是管子可以拿出来，这样将便于清理污垢，同时可以保证管子温差膨胀时它不会到受壳体对它产生的不便影响，如温差应力等方面。作为管壳式换热器的一种形式，其有非常多的优点，其结构安全可靠，制造经济上较为合理，且易于清洗，在当今社会，其应用非常的广泛。此次设计的是浮头式换热器，其主要分成几个部分，第一步根据设计指导参数进行材料的选择，随后进行换热器的壳体、管箱、管板等结构的设计，接下来对设计的结构进行强度校核，第四步选择设计的工艺流程，最后用AutoCAD软件将图纸绘制出来。此次设计不仅可以锻炼我的设计思维，还可以提高自己的专业水平，对我的知识搜集能力和绘图水平都会有很大提高，这次设计是一次非常有意义的经历。关键词 ： 强度校核;壳体；管箱；管板；法兰ABSTRACTThe subject to be designed in this selection is the design of F210 double-shell double-tube horizontal floating head heat exchanger. the main feature of the floating head heat exchanger is that the tube can be taken out, which will be convenient to clean up dirt, and at the same time, it can be ensured that the tube will not be affected by the inconvenience caused by the shell, such as temperature difference stress, etc. As a form of shell-and-tube heat exchanger, it has many advantages, its structure is safe and reliable, its manufacturing is economically reasonable, and it is easy to clean. In todays society, it is widely used.This design is a floating head heat exchanger, which is mainly divided into several parts. The first step is to select materials according to the design guiding parameters, then to design the shell, tube box, tube plate and other structures of the heat exchanger, then to check the strength of the designed structure, the fourth step is to select the design process, and finally to draw the drawings with AutoCAD software.This design can not only train my design thinking, but also improve my professional level. It will greatly improve my knowledge collection ability and drawing level. This design is a very meaningful experience.Key words: double shell side double tube side horizontal floating head heat exchanger; Shell; Pipe box; Tubesheet; FlangeI目 录1 绪论11.1换热器分类11.2.1 优点21.2.2 缺点31.3换热器应用32 换热器工艺设计42.1材料选择42.2换热器传热面积的确定42.3换热管参数确定42.3.1材料和管径的选择42.3.2管长的确定52.3.3管程壳程数目确定52.3.4管子排列和管心距52.3.5管数62.3.6折流板设计73 换热器结构设计83.1壳体设计83.1.1壳体材料83.1.2壳体内径设计83.1.3壁厚的选择93.2封头93.3管箱设计103.4法兰连接113.4.1壳体法兰设计113.4.2管箱法兰设计123.5支座123.7拉杆143.8换热器总体结构154 换热器强度校核164.1壳体筒体强度校核164.2管箱筒体强度校核174.3管箱封头校核194.4壳体封头校核204.5鞍座204.6开孔补强校核215 加工工艺235.1壳体235.2管箱235.3管板245.4管孔加工245.5折流板与支撑板245.6管束246 换热器的安装256.1安装位置256.2安装基础256.3表面处理257 换热器维修277.1检查方法277.2修理277.3清洗278 结束语29参考文献30致谢31 II1绪论1.1换热器分类换热器作为节能设备之一，在日常生活中作用非常大，不同的换热器结构决定了不同的工作性能，它具有如下的这些尺寸形式：（1） 固定板式换热器：它的主体结构相对而言较为紧密，它得管束数目比较多，它得结构简单制造起来较为容易，但其有一个不足就是它有一道壳体与管箱的之间的焊缝无法轻易检测出来Error! Reference source not found.。 图1 固定板式换热器（2） U型管换热器：它的整体重量不是特别重，主要的原因是仅需要在一侧布置一快管板元件。与其他换热器相比而言，其在相同的直径时，它的换热面积可以很大，而且它的结构相对比较的简单。图2 U型管换热器（3）浮头式换热器：浮头式换热器的主要特点是管子可以拿出来，这样将便于清理污垢，同时可以保证管子温差膨胀时它不会到受壳体对它产生的不便影响，如温差应力等方面。图3 浮头式换热器（4）双壳程换热器：它的最为突出的特点是它有块隔板被放置在了它的管束的，这样壳，其增加了流体的程就会被分成了上下方两个部分，这样产生的特点是湍流程度管壳程介质会出现纯逆流流动的现象，这样会让其没有温度交叉的特点。图4 双壳程换热器(5) 外导流筒换热器：它的特点是它的进口处的直径可以被增大，这样会使其中的介质发生一定的改变，这样会使旁路泄露变得下降，这会导致其效率得到一定的改善图5 外导流筒换热器1.2浮头式换热器优缺点1.2.1 优点(1)换热器的中管束可以从壳体里面抽出来，有利于清除里面污垢(2)换热器的壳程；它的壳程不会受到温差应力带来的影响(3)在比较温度高和压力较大的工作环境中其可以保持正常的工作(4)其在结垢严重的工作下可以正常的工，同时它在壳程容易腐蚀的情况下也可以保持正常的工作Error! Reference source not found.。1.2.2 缺点(1) 作为浮头式的换热器，其有一个可以动的浮头，其小浮容投易出现泄露的可能性(2) 它的金属材料耗费量较大，这样将会造成经济成本会比较的高。(3) 它的主体结构与其它换热器比起来，它的主体结构不简单。1.3换热器应用作为换热器，它在实际生活中被应用的非常广泛，其作为一种化工常用的设备，在石油化工、动力等诸多行业是作为一种通用的设备而被广泛的使用，换热器种类非常的多，其常用的类型有两种，分别是管型式的和板形式的，其中管形式的有多种类型，如蛇管、套筒、管壳等换热器的类型等，而其中的板式的换热器，其也可以分为几种类型，螺旋板、板式等类型Error! Reference source not found.，在实际设计过程中还会出现其他一些特殊的换热器类型，这些类型的换热器主要是为了满足一些特殊性能和要求而设计的换热器，回转式的换热器和热管式的换热器就是其中较为常见的类型。在日常所选用的换热器中，管壳式最为常见，应用也最为广泛。其的发展历史已经非常久远，发展到现在，其主要是作为一种传统标准设备而被应用工业中的诸多方面，管壳式换热器其特点是其制造的难度不大，所需要耗费的经费相对较少，其材料的选取范围非常广泛，其清洗功能很好，可以保持清洁，其可以处理的量很多，它的效率非常高，适应能力很好，工作时的可靠性很高，使用安全，而且其可以在高温高压下保持正常的工作，由于其具有以上的诸多的优点，其的应用量一直处于很高的地位，在现今社会，换热器的不断创新，又给管壳式换热器灌入了新的活力，它的当前前景非常好，被中外广泛的使用。2换热器工艺设计2.1 材料选择在对换热器各个元件进行相应的选取设计和校核时，其材料的选取是一件非常重要的事，材料的选取可以直接影响设计的顺利进行，其在设备的结构、设计时的制造工艺、和已经零件的寿命，还需要对工作状态下的物理性能、力学性能、耐腐蚀性以及材料价格等使用寿命等进行仔细的考虑，在设计选取相应零件的材料时，最先需要注意的是材料在相应温度条件下其的强度、塑性、韧性和冷弯性能是否可以达到正常标准，这将直接作为强度校核的标准，同时材料的屈服强度以及抗拉刚度对钢板的许用应力同样起着非常重要的作用，在选取过程中245mp350mpa的钢型一般是算作低压容器进行考虑，普通低碳合金钢一般被应用于高压的容器，在进行材料的选取时，可以优先考虑的是碳钢与普低钢，这两种材料使用起来力学性能好，同时其材料较为便宜，此次设计时，材料需要考虑到材料的试验温度下的许用应力和设计时的许用应力，同时还要考虑的是其在相应温度下的换热器的屈服应力Error! Reference source not found.。作为换热器的材料，一般情况下有两种基本的选择，第一类为选择是选取金属材质作为选用材料，其中作为代表材料的有不锈钢，普通黄铜以及纯铜这三种，第二类可以选用的基本材料是非金属材料，其中作为代表的有陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯石墨这四种材料。根据设计说明书，此次浮头式换热器设计任务中，柴油充当是管箱中的介质其腐蚀性较低，水充当的是壳体筒体中的流动介质，管程此次说明书上选取的压力为1.65mpa，而壳体中选取的压力是1.55mpa，管程设计温度选取的是355，壳程的设计温度为105，故根据设计温度以及要求可对各部件进行相应的选择。2.2换热器传热面积的确定由换热器设计说明书中的参数选择可以知道，此次进行的设计，其在壳体和管箱中需要传热的面积为210，根据这个参数可以进行换热管数目和直径等的选取和设计。2.3换热管参数确定2.3.1材料和管径的选择根据设计要求，换热器一般工作的环境为高温高压的环境，而且不同的介质下，它抵抗腐蚀的能力各不同，为此换热管的材料必须具备防腐扛高温高压的能力，与此同时，换热器还需要具备一定的柔韧性，常作为换热管材料有铜管，碳素钢管，低合金钢，高合金钢管，钛管等，根据设计要求，此次换热管的材料可以选择为碳素钢，如10号钢或者20号钢，这种钢加工性能非常好，而且这种钢韧性也非常好，其满足的条件是外径1430mm，厚度范围为22.5mm，如果选用的管径不大，对它表面传热系数会有很大的改善，其可以有效的减少它的传热面积，但是管径小，流动阻力大，不易于清洗，根据指导书要求，此次选择的介质为柴油，柴油经过提纯，不容易结垢，故选择25x2.5,材料10号钢的管子。2.3.2管长的确定不同的管长对换热器有不同的影响，长管会引起截面积小，流速大，管程少，使得压力降小，但长管制造起来困难，加大了经济成本，故经过综合考虑，选用管长为6m。2.3.3管程壳程数目确定管程数目有18管程，管程数增加会导致内流速增大，跟据设计要求，此次选择2程Error! Reference source not found.。根据设计要求，此次设计选择的是双壳程的换热器，在换热器内部其可以提高壳程的流速，对于改善热效应也很有帮助，同时，其非常的经济实惠，非常适合此次的设计Error! Reference source not found.。2.3.4管子排列和管心距管子固定在管板上的形式有多种，每种型式各有其优缺点，具体如下：1 正方形排列：正方形形式的排列，清洁简单，给热系数不是特别好。2 等边三角形排列：在三种方案之中，这一种方案应用最为广泛也最为常用，它每一根管之间会保持着相同的距离。这导致了它在同一个面积下需要放置的管子数是最多的，其缺点是不易于清洗3 同心圆排列：管板的划线制造起来比较麻烦Error! Reference source not found.。 图6 管子排列图7 管子流向查询换热器设计说明书，此次设计的换热器类型是浮头式换热器，根据设计内容，设计的要求相对比较低，需要清洗，故可以选择转角正方形排列的换热管。管间距的含义就是相邻两杆的中心距，它得计算公式为t=1.25*d，故选取中心距32mm。此次设计为双壳程的换热器，故在分程隔板两侧的中心距选取两管间距应超过6mm，所以隔程相邻管间得距离应为s=t/2+6，所以此次相邻管间得管心距为44mm2.3.5管数由A=3.14*d（L-2-0.006)n可以求为44mm，通过此个公式，可以求出浮头式换热器在其单程时候需要的换热管的数目。A-计算换热面积，；D-换热管外径，m；L-换热管长度，m；-管板厚度，m；n-换热管根数。由公式得管数454根，此次设计的为双壳程的换热器，故此次换热管每程管数为454/2，单程换热管数为227，由换热器设计手册表1-2-7得中心排管数为23。图8 管束2.3.6折流板设计折流板是一个非常重要的元件，它的作用主要是用来阻挡壳体的流体的流动，其可以改变其中流体介质的流动方向，可以让其往直接的往竖直的方向移动，同时可以分段逐渐的增加它的流动速度，这样可以更好得传热，当壳程进行蒸发时，其还可以起支撑作用，其主要型号分为三种，现主要只用圆缺型圆缺型折流板，今天选用横缺型折流板，这种折流板主要的阻止其中的液体往平行的方向流动，折流板之间会存在一定的间距，这样可以直接控制其中液体的流速和流向Error! Reference source not found.，它的范围选取的范围一般选取的是换热器壳体0.30.5，故选取其间距为360mm，查询相关书籍，查得，其B=0.3d=270mm,其直径，选取为896，厚度为8mm。 图9 弓形折流板3换热器结构设计管壳式换热器形状由几个主要部件组成，器外部结构由壳体、管箱、封头等组成，其内部结构由管板、管束、定距管、拉杆等组成，其主要的零件有法兰、螺柱、螺母、垫片等。图10 换热器结构3.1壳体设计3.1.1壳体材料据换热器材料的选取标准，在进行壳体选择时，一般选用低碳钢和合金钢，根据材料的具体性能和制造成本考虑，壳体材料可以选择16MnR，16MnR为低合金钢，属于专业压力容器使用钢，具有较好的机械性能、焊接性和加工工艺性能，根据其特点非常适宜于做壳体材料。3.1.2壳体内径设计管壳式换热器设计中，主要部件有前端管箱，壳体和后端结构，故壳体结构的设计非常重要，壳体的种类非常多，常见的有E型壳体，此类壳体是单程壳体，其热效应非常好，但对于需要管侧多程得换热器，更适宜于用F型壳体，但其缺点是纵向隔板受流量得限制，当流量大时可以选用分流式J形，必要条件下G形华人H型也是不错得选择Error! Reference source not found.。此次设计的为双壳程，根据设计要求，管板的利用率为0.550.7，取为0.65，管心距t选取为mm，Nt453根，由公式可以得D=1.05t*(Nt/)（1/2）(1)D=887，圆整为900mm，则其质量为224Kg管壳式换热器的材质有管材和板材两种，管材适用直径400mm，而板材适用于400mm以上，故此次体材质选择为板材。3.1.3壁厚的选择壳体厚度的选择，对于壳体刚度至关重要，跟据换热器手册表1-6-1，浮头式换热器公称直径8001000mm最小厚度为10，根据壳体设计压力和材料16MnR查询表1-6-3，可以得壳体具体厚度为10mm。图11 换热器壳体3.2封头此次换热器设计过程中，壳体与管箱选取材料一致，且其选用的内径也一致，故其封头的结构参数一致，可同时设计，换热器的封头，其基本的形状有三种，凸型封头、锥形封头、平板封头这三种基本的类型，其中凸型的封头它包括半球型、椭圆型、碟型封头、球冠型等基本类型Error! Reference source not found.，锥形主要包括的是有折边和无折边两种基本的类型，根据上述换热器主体图以及换热器的基本构造，封头属于换热器的外壳，作为换热器的外壳，其必须具备一定的塑性和焊接性能，故封头的材料可以选择16MnR，16MnR作为一种低碳合金材料具有很好焊接性能和塑性，凸式封头有半球型封头、椭圆形、碟形封头Error! Reference source not found.，根据使用要求，选择椭圆形封头，其由半椭球和高度h的短圆筒组成，其直边可以保证封头制造质量，同时避免筒体与封头的边缘应力，根据材料，使用压力，以及公称直径，可以查询换热器设计手册表1-6-4，由表查得封头厚度为10mm，再由材料与壁厚通过化工设备设计基础表3-13查得直边高度为40mm，曲面对应直径对应为2mm，质量对应为79Kg。图12 换热器椭圆型封头3.3管箱设计此次设计的是双管程换热器，其有多种分程的类型，根据设计内容，选择的分程类型是上下分程的双壳程类型图13 管程分类其有多种类型箱作为换热器外壳之一，其材料可以选取16MnR，管箱的型号有两种，第一种管箱是封头管箱，这种管箱通常情况下被放置于其中液体较为干净的工作环境之中，它最大的缺点就是在对其管子进行日常的清洗和维护时，需要首先拆除其对连接管接头，操作比较麻烦，其一般用于壳体公称直径大于400mm的情形种管箱是平盖管箱，平盖管箱既可以被做成可拆接性的同样它也可以被做成整体式的管箱，其选取范围用于公称直径小于900mm的情形，根据设计要求，此次壳体直径选取为900mm，故选取封头管箱，管箱的厚度可查询换热器设计手册表1-6-3，得其厚度为10mm。图14 管程分类3.4法兰连接法兰结构是主要的元件是通过一对法兰，一些螺母同时外加一个垫片组成，法兰盘是一种常用可靠的连接件，法兰最需要防止泄露，为了实习法兰的密封，应使密封元件在操作的压力下还有一定的余量，故螺栓和法兰都应该有足够刚度和强度下面图e是法兰，f为甲型平焊法兰，g为乙型平焊法兰。图15 法兰分类3.4.1壳体法兰设计对于压力容器，可选用平焊和对焊法兰。平焊法兰的法兰盘一般情况下是焊接在设备上筒体和管道上的，制造相对比较容易，但其与刚度不足的缺点，其与法兰相连的筒壁容易发生弯曲，故其上会附加弯曲应力，其压力适用范围为pn4.0mpa。对焊法兰，其颈的存在提高了法兰的刚度，且其颈的根部厚度高于筒体，此大大降低了根部弯曲应力，其角缝性强度也好，适用于高压高温，直径大的场合。法兰压紧面有多种，其既要考虑垫片形状也要考虑他的工艺性，法兰压紧面常用有平面型、凹凸面、榫槽型压紧面三种，其中平面型压紧面是一个光滑平面，其结构简单，加工简便，其缺点为其预紧时，垫片容易移动，适用于pn2.5moa的情形，凹凸面由一个凸面和凹面配和制成，适用高压地方，适用于公称直径800mm，pn6.4ma的情形，槽型由一个槽和榫组成，其结构复杂，其榫面容易损坏，适用于易燃易爆有毒介质的情形Error! Reference source not found.。此次壳体设计温度为刚度105，壳体设计压力为1.55mpa，壳体介质为水，设计要求，可以选择平焊法兰，平焊法兰有适用于直径3002000mm，压力为0.251.6mpa，乙型法兰适用于公称直径3003000mm，温度为-30350，综上所述，此次选用为凹凸型压紧面的乙型平焊法兰。选用材料可以选择16MnR，其屈服强度为343mpa，综合性能很好焊接性和切削性不错，查化工设备基础，得其公称压力为1.6mpa，公称直径为900mm，选用垫片为石棉，螺柱螺母可以选用40Gr钢，尺寸查询化工设备设计基础附录10，查询得其法兰标准，其基本尺寸为DN900 1060 1015 976 966 963 55 28-M24，再由其厚度查询化工设备设计基础附表一得其屈服应力为225mpa，其在此时试验温度下螺栓得许用应力为75mpa。图16 壳体法兰设计3.4.2管箱法兰设计根据设计指导书要求，此次管箱设计介质为柴油，设计温度355，设计压力为1.65mpa，故根据介质属性，换热器要求，此次可以选用甲型平焊法兰，材料选用16MnR,公称直径为900mm，公称压力压力1.6mpa，螺母可以选用石棉，螺柱选用Q235A，螺母可以选用35Mn，其尺寸为DN900 1120 1050 998 5 54 41 28-M36。 图17 管箱法兰3.5支座容器制作可用来支撑容器质量，固定容器的位置还可以让其在使用中保持稳定，其总共由卧式；立式和球型，根据设计指导书，此次设计得换热器为卧式换热器，故此次选择支座，应为卧式支座，常用的卧式支座，一般有三种：鞍座、圈座和支腿，鞍式支座应用最为广泛，卧式容器、大型卧式贮存槽、热换热器常选用鞍式支座，其已经被标准化，其由横向板和底板焊接而成，圈座，可以用于大直径薄壁容器，腿式支座，仅仅用于小型机器，此次选择的支座为鞍座。选择材料为16MnR由于壳体直径为900mm，故其选择为BI型，其主要尺寸如下所示：h=200mm；l1=810mm；b1=150mm； =10mm； =10mm；l3=450mm；b3=120mm；弧长为1060mm； b4=200mm;=6mm；e=36mm；螺栓间距l2=590mm。图18 换热器支座图19 支座类型管板在整个换热器的设计过程中都是一个非常重要的元件，其主要的功能就是用来安装管子的，这样它就连通了管子和壳体，其还充当了一个压力元件的功能， 所以对其进行设计时，对其结构设计要求需要非常周到，其管板结构有很多的类型，其中有兼做法兰得管板类型，如整体管板，对焊管板。与对焊管板跟据设计说明指导书，此次设计选用16MnR锻件，这种材料，有着非常优秀的性能，同时适用于中高温情形，故其非常适宜于管板的设计，pn6.4mpa，根据设计要求，管子与管板的连接非常重要，其连接的结构形式有胀接、焊接、胀焊结合。此次采用胀接，查换热器设计手册，其管板尺寸为厚度为B=54，25-M16图20 管板类型图21 管板3.7拉杆拉杆得结构形式有2种，第一种为拉杆定距杆型式，此类结构应用于外径大于19mm的管束，和L2大于La，第二种为拉杆与折流板点焊的结构Error! Reference source not found.，其应用于直径低于14mm的管束，此次设计的管束为25mm，故应选用第一种，其尺寸如图22所示：图22 拉杆具体尺寸根据换热器设计手册表1-6-36，和表1-6=37和表1-6-38可以得到其尺寸为为拉杆的直径可以选用为16mm，其中拉杆螺纹公称直径选用的是16mm，La的尺寸选用的是20mm，lb选用的60mm，其b选用的是2mm，其拉杆的数量可以选用的是6个，拉杆布置在管束的外边缘，定距管尺寸与换热管一致也为25，其长度根据实际情况确定。3.8换热器总体结构浮头式换热器的结构较为复杂，其中的主体结构有管箱、壳体、管板等主体元件，其中内部零件有管束、浮头盖、封头、法兰、外头盖等零部件组成，其基本形状如下：图23 浮头式换热器4换热器强度校核在确定了换热器的各个元件的结构及尺寸以后，接下来需要对换热器的受压元件进行强度校核。此次设计的浮头式换热器是应用于压力介质的工作环境，其换热器的内部大多为受压元件，故必须按照压力容器的标准对这些元件进行相应的计算和校核，特别是其中的一些受压非标元件，其各元件强度校核如下：4.1壳体筒体强度校核根据换热器设计指导说明书和前述的设计过程，此次壳体设计选用的设计压力为Pc=1.55mpa，壳程水温选定为100，根据设计内容此次设计选取的壳体内径为900mm，材料选取得是16MnR，在此设计温度下，根据化工设备设计基础可以查得此时此种材料的试验温度许用应力s=170mpa，且壳体的设计温度许用st=170mpa，在此种试验温度下材料的屈服点 ss为345mpa，钢板负偏差选取为0mm，腐蚀余量C2可以选取3mm，焊接接头系数f可以取为0.85。壳体名义厚度可以选取 壳体有效厚度由计算公式得4-2得e-许用厚度C1-板负偏差C2-腐蚀裕量此次设计选用的压力试验方式为液压试验，其试验压力由公式4-3得 (3)T-试验压力下的许用应力PT-试验压力值Di-壳体内径-焊接接头系数允许应力由公式4-4得 (4) T-压力试验下允许通过的应力圆筒的应力通过公式4-5得 (5)由sT sT可知其合格压力以及应力计算，最大允许的工作压力允许工作压力由公式4-6可得:(6)Pw-允许工作压力在设计温度下计算应力由公4-7得(7)Pc-计算压力其中由公式4-8得(8)由100mpa144mpa，故合格图24 壳体筒体4.2管箱筒体强度校核根据换热器设计指导书，此次设计选用得的计算压力Pc为1.60mpa，此次管箱设计的设计温度为350，此次选用的内径D选用的内径选取的为900mm，此次选用的材料16MnR，16MnR材料焊接性能非常好，适宜于高温环境，非常适宜于壳体和箱体等的选材，查询1998国标，查得在350时，16MnR材料的试验温度许用应力s等于134mpa，其设计温度许用应力st经查表得为134mpa，其试验温度下其屈服点ds经查表可以得为345mpa，其钢板负偏差C1选取为0mm，腐蚀裕量C2选取为3mm，其焊接接头系数选取为0.85mm。壳体名义厚度可以选取有效名义厚度由公式4-2得此次管箱使用压力实验时的应力校核采用的是液压试验得方式，在此液压实验下圆筒得应力可以采用公式4-3得其中其许用得应力可以由公式4-4得因为故合格接下来进行的是其压力以及应力计算的校核，其最大的允许工作压力，可以由公式4-6得设计温度下得计算应力可以由公式4-7得其中 由于103mpa114mpa经过校核，其合格。 图25 管箱筒体4.3管箱封头校核此次设计的封头为椭圆型的封头，根据换热器设计指导书，其作为管箱封头，其计算压力与管箱一样，选取Pc=1.6mpa，其设计温度如上选取t=350，其内径由结构设计知道，选取为900mm，曲面高度H选取为225mm，其直边的高度h选取为40mm，其为标准参数，此次封头选取的材料为16MnR，查询金属材料国标，得此时得材料试验温度许用应力应为s=134mpa，其设计温度许用应力st为134mpa，其钢板负偏差选取数值为0mm，其腐蚀裕量选取值为3mm，焊接的接头系数可以选取得值为0.85。其形状系数K值可以由公式4-9得(9)K-形状系数Di-壳体直径Hi-曲面高度计算厚度可以由公式4-2得故有效厚度由公式4-10 (10)其中最小厚度 其中名义厚度值为10mm,故其满足其最小厚度要求.压力计算由公式4-6得故其符合要要求。4.4壳体封头校核此次设计的壳体封头为椭圆型的封头，根据换热器设计指导书，其作为壳体封头，其计算压力与壳体保持一致，选取Pc=1.5mpa，其设计温度如上选取t=100，其内径由结构设计可以知道，选取为内径D为900mm，曲面高度H选取为225mm，其直边的高度h选取为40mm，此为标准参数，此次封头选取的材料为16MnR，查询金属材料国标，得此时得材料在100下试验温度许用应力应为s=170mpa，其设计温度许用应力st为170mpa，其钢板负偏差选取数值为0mm，其腐蚀裕量选取值为3mm，焊接的接头系数可以选取得值为0.85。其形状系数K值可以由公式4-9得其名义厚度选取初选为10mm故其有效厚度取为 因为其最小厚度为故其满足最小厚度设计要求现进行压力校核，其最大允许压力可以由公式4-6得故设计合格。4.5鞍座根据换热器的设计过程，此次设计选用的支座形式是鞍座，根据前面设计的过程与内容，此次换热器设计过程中所选择的换热器直径为D=900mm，根据换热器公称直径查询得鞍座的b=9mm，其此时所需要的质量查得m=70kg，其鞍座的包角查参考书得为120Error! Reference source not found.，故其k值为0.2，由公式4-10可以得其应力（11）F-支座反力R-壳体半径其中（12）因为所以其符合设计要求4.6开孔补强校核在进行换热器设计时，孔附近经常出现应力非常大的情况，有时候，这种情况可能难以避免，为此，就必须进行补强的操作，此次设计选用的方式是等面积补强的方法。选择换热器的开孔直径时，当换热器壳体的公称直径低于1500mm时，其最大的直径应该小于壳体的一半，由于此次计算所得的直径为900，所以其直径d可以选择200mm，其K值可以选用为0.9，由前面可以知道，这次选用的材料是16MnR，其的设计压力为170mpa，此次壳体计算厚度为4mm，选用的是0.85，腐蚀裕量选用的是3mm，其中补强圈的强度系数选用的是0,B=2*d=400mm。开孔所需补强面积由公式可以由公式4-13得 （13）D-内径-开口处的计算厚度et-计算厚度Frr-补强圈削弱其中接管的外伸长度为（14）hi-外侧高度nt-接管计算厚度其中接管的有效内伸长度选取为0mm，封头有效厚度，其接管有效厚度，其壳体的多余面积可以由公式4-15得（15）B-补强区有效厚度e-壳体有效厚度接管得计算厚度可以由公式4-16（16）接管材料强度削弱系数选为0.76接管材料强度削弱系数接管得多余面积可以由公式4-17得出 （17）接管焊缝截面积由公式4-18得：（18）由上式可知，其有效得补强为（19）由于故无需新的补强。5加工工艺换热器在生活中是一种非常常见的换热设备，应用到很多场合，在其制造和设计过程中，我们需要严格的遵守压力容器安全技术监察规程和管壳式换热器以及其相关的规定，同时，我们还应按照一定的工艺流程进行换热器的制造、检验、和验收。5.1壳体换热器的壳体是一个非常重要的主体件，其当换热器选用卷制作为其方式，它的尺寸选用可以通过其外圆的周长来控制其的尺寸，其的公差要求如下，其的上部的偏差选取极限是10mm，而其下偏差极限的要求其极限为0mmError! Reference source not found.。换热器的壳体同一断面，其最大与最小直径之差为其小于0.005*DN，当其直径小于1200mm，它的值应该低于5mm，其DN大于1200mm，它的值不可以大于7mm，壳体的直线度允许的偏差为L/1000，当它的尺寸L小于6000mm，它的值应该小于4.5mm，其它情况应该小于8mm，它的检查可以通过中心线的水平和垂直面四个方位测量。插入时接管的时候，我们需要注意一下，它不可以升出到管箱和壳体的外表面那里去，而且它在穿管时首先应该考虑内测角焊缝，为了防止换热器壳体发生变形，我们应将角焊缝待组装以后再施焊。壳体的法兰需要与接管和圆筒等元件主轴中心线保持垂直。在进行接管法兰的安装时，其应当和法兰元件保持水平。它的偏差不可以超过它的法0.001，当其的直径小于100mm，其将当作100mm考虑。5.2管箱在进行换热器管箱得设计过程，其中的圆筒与接管会进行焊接，在进行管箱进行焊接时其选取的设计标准是选择其法兰的基面作为标准，其中法兰上的螺纹孔需要和换热器的中心轴保持一致此次选择的是双管程，当其在同其中的内部隔板进行组合安装之前，首先需要将它们两者之间的环焊缝进行磨平，同时需要将其中的隔板和管箱摆放好以后，再对其进行好组焊，其中在离管板差不多50mm的地方进行焊透，这样可以防止其出现应力集中而开裂Error! Reference source not found.。施焊完以后需要考虑作消除应力的热处理，管箱的法兰密封面在进行完热处理以后再进行加工。5.3管板管板的设计过程中有些会具有凸肩，当这些凸肩与封头进行连接时应采用锻件，对于管板的厚度超过60mm的管板一般选用的是锻造件，作为管板平盖和法兰的锻件材料，它所选用的钢材级别应该选用的级别应该高于于JB4726的级级别，当使用堆焊时需要对其进行严格的控制，这样做的目的是让熔敷界面不至于产生太大的稀释同时不至于让其中覆层产生新的焊接缺陷Error! Reference source not found.。其中堆焊需要选用的焊材牌号需要按照其中的抵抗腐蚀的要求和其中的熔和比来进行确定，其中的堆焊层的厚度需要确保其进行车加工以后的覆层最小厚度应该超过3mm，在进行完堆焊后需要对其进行一顶得热处理从而去除掉其中的焊接应力。5.4管孔加工管孔加工在换热器设计中是非常重要的一环，对于其中的划线、钻孔、刻槽、倒角等若干工序都具有要求，通常情况下会将上部的管板与下部的管板进行叠加然后对其进行钻孔，这样能让其上下管板同心度保持在标准之类，其中具体的工序如下：对管板进行划线；划线的主要目的就是为了确定其中管板孔加工的位置，故其位置必须非常的精确，每次划线时只需要对其中的一块管板进行划线的操作。在痛过划线确定好管板上的中心孔位置以后，再对其中心孔打上一个的冲击孔（2）定位孔的加工；管在进行管板加工，可实现通过钻头来确定定位孔从而确定好钻孔的具体位置，这样钻头顶尖可以快速的找到管板上的定位孔的中心位置，这样孔距可以得到保证。（3）钻孔；前续的工作任务完成后，可以使管板在其同一的平面上对其进行压紧操作，这样就可以进行下述钻孔操作。进行钻孔操作时最需要注意的是保证的精度，其的表面精度应该保证其低于12.5mError! Reference source not found.。5.5折流板与支撑板折流板在进行完上下面的压紧后，需要对其周边部分采取点焊的操作，随后需要对其进行钻孔，此时可以拿管板当作引孔，在对其进行完钻孔的操作以后。需要拿孔当作其基准，随后再进行划线等的操作Error! Reference source not found.。5.6管束在进行如管板拉杆等的其他元件的安装时，可以在其中心线和它的周围考虑放入一小段管子这主要充当的是定位，定距管的两端跟据要求需要保持好垂直，为了防止折流板的随意移动，需要提前确保螺纹已经拧紧，同时其每一个折流板支撑板管板保证其相同位置的管孔处于一条中心线上并保证其可以垂直管板。6换热器的安装进行换热器的安装时首先应该考虑应该保证其换热器不至于向下沉，或者需要把管道上面的过大的变形转移到其中的接管上面去，其一般分成两种基本的类型，第一种基本的类型是鞍型基础，其基本特点是换热器和其基础可以顺应其热膨胀的要求而随意的动，另一种则是混凝土基础。在进行安装时，首先需要检查和进行验收，其项目如下首先验收其主要的形状和换热器各个具体的尺寸能否满足设计的要求，同时需要保证螺栓的位置保持正确的位置和检验螺纹的情况和检查其中的一些小零件是否缺失。在进行完前面的验收工作以后，接下来就是在基础的上面放置好垫铁，其被放置好后将会增加其基础的稳定，它的安装需要保证其不会限制到换热器热膨胀，在进行完就位以后，接下来需要拿着水平仪，通过其把换热器放平，其放平以后，可以将斜垫铁和支座焊接在一起，当完成了上述的任务以后，接下来完成下部校核，后面再考虑上部的安装。换热器的两端需要有足够的空间，这样可以保证其清洗维修，同时浮头式换热器需要留空间以至于管子可以拿出来，6.1安装位置根据换热器类型的差异，其需要维修和清洗的方式会不同，这样其安装位置也是各不相同的，只有这样才可以满足其操作与维修等的需要，浮头式的换热器最主要就是在头部留有余量，这样才可以保证管束可以取出来，端盖也需要有一米以上的空余，这样便于装拆浮头盖，固定板式，主要就是两边的位置需要空间较大，这样就可以使得管子需要拿出时比较方便，而且可以保证机械清洗时较为方便，U型管主要是头盖那个位置需要预留得空间比较大用来保证维修时候的需要。6.2安装基础在进行使用时最需要考虑的时其基础必须有保障，不可以出现其突然就向下掉的情况，这样会导致接管承受到过大的来自于管道的变形，实际设计中分为砌砖的和混凝土的两种基础，第一种基础它和换热器之间是不会进行固定的，这样可以使得其可以适应热膨胀的要求，随着其的膨胀而相应的发生运动，另一种则是通过地脚螺栓与混凝土紧密的连接起来，这样做有一个坏处，就是工序太复杂了。这样会耗费大量的时间Error! Reference source not found.。6.3表面处理在处理完基础以后，需要在其的上表面铲出来一些坑，这些坑被称为铲麻面，这样可以保证二次灌浆时混凝土可以与基础保持紧密连接，这样可以使设备保持稳定，同时，在安置设备，还需要在其基础放一块垫片，放置垫片时需要保证其与基础接触的面的光滑水平，这样可以使其紧密的连接。7换热器维修引起换热器的破坏有很多，在出现腐蚀，振动等时，有时会造成换热器的破坏，主要破坏形式是换热管的减薄或穿孔等，当出现此种情况时需要跟换掉其管子，在放置好新管子以后，需要首先采用退火处理，然后打磨，其两端部分需要保持好干净，管板孔也需要保证清洁，就可以安装好新管子，其安装的形式可以为焊接和胀接形式Error! Reference source not found.。在温度的影响下会导致换热管的胀大和收缩等，换热器的管束的振动将会引起管子的连接处产生松弛，采用胀接时，产生的应力将会影响其周围的管子面，故需要对其周围的管子考虑下轻胀，此时可以在泄漏处进行补焊。 7.1检查方法进行检查时，首先去掉两边的封头，由于此次设计的是浮头式换热器，还需要准备试验环，其次需要往里面注常温水，这样可以通过水的泄露情况检查出具体的问题，如管子穿孔、破裂等情况，如果需要检查管子与管板焊接处的问题，可以选用的方法是着色法，现在还会用涡流法，这种方法可以查找出管壁被点蚀的情况通常用于有色金属的检查，其主要特点是检查快捷、操作较为简单，且操作结果较为可靠Error! Reference source not found.。7.2修理在进行完检查以后，接下来要进行修理，引起换热器无法正常工作，主要问题出在管子上面，其主要坏的情形可以大致分成两种，第一种是当管子是由于磨损、腐蚀等情况而产生泄露现象时，只可以进行更换，胀接时，还需要先去掉其胀管头，后进行管子的跟换，放好新管子以后需要在进行胀接的处理，需呀注意的是其他管子部分也需要再轻胀一下，这样才可以消除其对周围的管子的影响，如果由于温度变化而引起管子与管板处泄露，如果是焊接形式时，可以采用补焊，如果是胀接时，可以采用补胀的方法Error! Reference source not found.。7.3清洗换热器有两种基本的清洗方法，第一种是化学法，主要应用的场合是形状较为复杂的场合，如U形管就通常采用的是此类方法，但其缺点是腐蚀掉管子，第二种就是机械法，其工作原理就是使用刮刀对换热器进行清洁处理，其可以去除掉比较坚硬的污垢层，现在社会上主要流行4种清洗类型，第一种是酸洗法，主要方法是用盐酸混合上缓腐剂，这样即可以清洗管子，还可以抑制管子的腐蚀，使用时需要保证管子没有泄露的情况，第二种是机械法，上面已经有介绍，第三种就是高压泵进行清洗，这种清洗的方式，主要被应用于浮头式的管子之间部分，其效果还可以，第四种就是海绵球的清洗方法，其主要特点是对不同硬度
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