过程设备设计期末知识总结

1、潇湘星辰知识总结系列，更多资料请登录：http:/ 1.压力容器导言1.1压力容器总体结构1.2压力容器分类（1）按压力等级分低压：0.11.6MPa 中压：1.610 MPa 高压：10100 MPa 超高压：大于100 MPa （2）按容器在生产中的作用分：反应 换热 分离 储存（3）按安装方式分类：固定式压力容器 移动式压力容器（4）按安全技术管理分类：第一 / 二 / 三类压力容器1.3压力容器规范标准（1）GB150：中国第一部压力容器国家标准设计压力：不大于35 MPa的钢制压力容器，设计温度：零下196摄氏度至蠕变限用温度；管辖范围：壳体本体、容器与外部管道焊接连接的第一道环向接

2、头坡口端面、螺纹连接的第一个螺纹接头端面、法兰链接的第一个法兰密封面、专用连接件或管件连接的第一个密封面。（2）JB 4732钢制压力容器分析设计标准 ：第一部压力容器分析设计的行业标准2.压力容器应力分析承受压力：中低内压力(0.1MPa10MPa)；壁厚：薄壁(径比K 1.2)；结构：回转壳体。2.2回转薄壳应力分析2.2.2 回转薄壳的无力矩理论：基本要素（1）轴对称问题是指壳体的几何形状、约束条件和所受的外力都是对称于旋转轴的。（2）几种常见壳体的几何特征（a）圆柱壳 ：，R2=R=r（b）球壳 ： 2.2.3 无力矩理论基本方程（1）基本假设（假设壳体是完全弹性体）小位移假设：壳体受

3、力变形前后，壳体上各点位移量远小于壁厚尺寸，属于弹性小变形。 直法线假设：（可忽略微元体中的剪力） 互不挤压假设：平行于中间面的各层纤维在变形前后均互不挤压，简化成平面应力问题。(不计法向应力)无力矩假设：回转薄壳中弯矩很小，可忽略壳壁中的弯矩影响，使壳体的应力分析大为简化。（微元体仅受拉压力和剪力）（2）壳体微元体的取出 一对壳体内外表面； 一对经向截面（也称经线截面）； 一对与经线相正交的圆锥面（也称纬向截面或 纬线截面）。（3）微元平衡方程（拉普拉斯方程）（4）区域平衡方程2.2.4 无力矩理论的应用承受液体内压的回转薄壳特点：壳体内各点的内压力与距液面的高度有关，液体的重量要考虑。（1

4、）圆筒形壳体 第一步：根据拉普拉斯方程和任意点的压力方程求出周向应力； 第二步：列区域平衡方程求经向应力。（2）具有裙式支座的球形壳体 先讨论裙座以上部分（） 再讨论裙座以下部分（） （3）无力矩理论应用条件对于薄壁回转壳体，若符合以下条件者可采用忽略弯矩的无力矩理论，否则的话，就必须要考虑壳体中的弯矩作用。1）几何连续。包括曲率突变、壁厚突变、材料突变，将出现变形不协调导致局部弯曲。2）外载连续。外载荷须连续，若有集中力或弯矩，或有加强圈结构等，壳体将为有力矩状态。 3）约束连续。包括：壳体边界固定形式是自由支承。否则当边界上法向位移和转角受到约束时，势必引起壳体弯曲，无法保持无力矩状态。

5、壳体的边界力应在壳体曲面的切平面内。这样能够保证在边界上没有横剪力和弯矩。2.2.5 回转薄壳的不连续分析 （1）不连续效应与不连续分析的基本方法在不同壳体连接的附近地区，由于二者的自由变形不可能完全一致（称为变形不连续），出现相互约束导致弯曲变形，从而在连接的边缘处产生较大的力矩和剪力。这种现象称为不连续效应或边缘效应，由边缘效应产生的应力称为不连续应力，或边缘应力。由变形不协调引起的边缘应力属于二次应力。当该应力超过材料屈服强度时就会产生局部屈服，从而形成较小的变形，这样就能使连接边缘处壳体的不同变形得到协调。将无力矩理论得到的薄膜解(一次应力)与有力矩理论得到的弯曲解(二次应力)进行叠加

6、，最终得到包含不同壳体连接的最终解。（2）产生原因几何不连续、外载不连续、温度突变、材料性能突变等。（3）不连续应力的特性 局部性（又称局限性）：不同性质的连接边缘，产生不同的边缘应力，但都具有明显的衰减特性。 自限性：发生边缘效应的根本原因是由于变形不协调。但是当边缘处的局部材料发生屈服时，这种约束就趋向缓解，结果边缘应力就自动受到限制。 具有自限性的应力属于二次应力，一般使压力容器直接发生破坏的危险性较小。（4）工程设计中的考虑 对于连接边缘的结构，只做局部处理。如局部加强、避免在连接边缘开孔、设置焊缝等。 对于用塑性较好材料制成的容器，受静载荷时，除了进行连接边缘局部处理外，不再对边缘应

7、力作进一步考虑。2.3厚壁圆筒应力分析一般来说，高压和超高压容器的径比 K 1.2，称此类容器为“厚壁容器”，特点是结构细长，采用平盖或球形封头，密封结构特殊，筒身限制开孔。本章讨论的对象，是厚壁圆筒形容器。承受压力载荷或者温差载荷的厚壁圆筒容器，其上任意点的应力，是三向应力状态。即存在经向应力（又称轴向应力）、周向应力和径向应力。 针对厚壁筒的应力求解，将在平衡方程、几何方程、物理方程三个方面进行分析。2.3.1 弹性应力（1）压力载荷引起的弹性应力：仅受内压（） 其中：为周向应力，为轴向应力，径向应力。2.3.2 弹塑性应力（一）弹塑性应力：弹性失效设计准则与塑性失效设计准则（）屈服条件：

8、材料从弹性阶段进入理想塑性阶段所应满足的条件。常用屈服条件有Tresca屈服条件和Mises屈服条件。对于理想弹塑性材料，忽略材料的硬化阶段，同时认为材料的屈服极限为常数。1.弹性失效设计准则：第一强度理论：，对于内压后壁圆筒：第三强度理论（Tresca屈服失效判据）：，对于内压厚壁圆筒：。第四强度理论（Mises屈服失效判据）：，对于厚壁圆筒：2.塑性失效设计准则，其中为全屈服压力，全屈服安全系数。弹塑性失效设计准则（Mises屈服条件下的推导）第一步：在塑性区，利用微元平衡方程（式2-26）和Mises屈服失效判据得到关于r的微分方程；第二步：在塑性区，利用边界条件（）对微分方程做积分，解

9、得；第三步：在塑性区，利用Mises屈服失效判据式等解出周向应力和周向应力的表达式。利用的表达式变形得到弹塑性交界面上的压力关于的表达式；第四步：弹性区相当于承受内压的弹性厚壁圆筒，在内壁处，利用相关公式计算出和，再利用Mises屈服失效判据算出弹性区内壁边界的关于的表达式；第五步：利用弹性区和塑性区的关于的表达式解得关于的表达式：第六步：当时有弹性失效设计准则（为初始屈服压力），当时有塑性失效设计准则（全屈服压力）。（二）残余应力：掌握残余应力分布图在厚壁筒承受内压出现塑性区后，将内压卸除。由于塑性区材料变形的不可恢复，最终使得塑性区筒体承受压缩应力作用，而弹性区筒体承受拉伸应力的作用。2.

10、3.4提高屈服承载能力的措施（1）增加壁厚来提高厚壁筒承载能力：局限性内压等于一半许用应力时（2）提高屈服承载能力： 自增强法 与多层热套法 1）自增强法：通过使内壁面产生塑性区的预处理，产生残余应力分布。 2）多层热套法：先加热外筒，然后将外筒与内筒进行过盈套合。冷却后，外筒收缩，使内筒受到外压作用，而外筒受到内压的作用，在筒壁中产生套合预应力分布，属于自平衡应力。 以周向应力为例，给出热套过程中的应力分布如下：2.4 平板应力分析：圆形薄板在轴对称载荷下的弹性小挠度问题2.4.1 概述 （2）板的分类 按板的厚度分 （对于圆平板 b = D ） 按板的挠度大小分2.4.3 圆平板中的力：

11、周边固支周边简支2.5壳体失稳应力分析2.5.1 概述承受外压的圆筒，当外压载荷增大到某一数值时，圆筒会突然失去原有的形状，被压瘪或出现波纹，在筒壁中产生了以弯曲应力为主的附加应力，导致圆筒弯曲破裂失去承载能力。这种现象称为外压圆筒的屈曲（Buckling）或失稳（Instability）。此时筒壁中的压应力称为临界应力，发生失稳时的最低外压力称为临界压力。（3）外压圆筒失稳类型 弹性失稳：圆筒为薄壁时，发生失稳时筒壁中的压应力小于材料的屈服极限，即此时筒体的受力变形为弹性阶段。 非弹性失稳：对于壁较厚的筒体，有可能在筒壁中的应力应变进入塑性阶段后出现失稳，即此时筒体中的压应力超过了材料的屈服

12、点。周向外压圆筒失稳后，其横截面形状呈现正选波形曲线。其变形波数n可能等于2、3、4、5，取决于圆筒的结构尺寸和约束条件。我们称波纹数 n=2 的圆筒为长圆筒；而n2 的圆筒称为短圆筒。圆筒长度越短，其失稳后截面的波纹数就越多。本节主要推导周向外压下的长圆筒弹性失稳临界压力。（5）临界压力的概念外压圆筒在发生失稳那一刻所承受的外压力，称为临界压力，用表示。2.5.2 外压薄壁圆柱壳弹性失稳分析（1）受均布周向外压的长圆筒的临界压力： 临界应力：（2）承受均布周向外压短圆筒的临界压力：（3）临界长度 临界长度是区分长、短圆筒的尺度。 外压圆筒设计 图算法原理及工程应用在工程设计过程

13、中，分别通过查A图和B图，得到B值，从而得到许用外压力 p。 有关设计参数的规定外压容器的设计参数主要有设计压力、安全系数和计算长度。2.6 典型局部应力2.6.1 概述(2) 局部载荷的特点：局部载荷对壳件的影响通常仅限于附件与壳体连接处附近的局部地区，局部载荷将在壳体相接管等附件中产生较高的局部应力。2.6.2 受内压壳体与接管连接处的局部应力(1) 受内压壳体开孔接管连接处结构分析 开孔部位强度削弱； 开孔附近产生应力集中； 壳体与接管变形不协调产生边缘力系； 开孔结构制造过程中产生缺陷和残余应力。2.6.3 降低局部应力的措施(1) 合理的结构设计： 减少两连接件的刚度差 尽量采用圆弧

14、过渡； 局部区域补强； 选择合适的开孔方位。 (2) 减少附件传递的局部载荷 (3) 尽量减少结构中的缺陷3 压力容器材料及环境和时间对其性能的影响3.1 压力容器材料3.1.1 压力容器常用钢材（2）从钢材类型上分类碳素钢含碳量小于1.35%，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的钢。主要有：Q235钢板；10, 20钢管；20, 35锻件；20R钢板。低合金钢在碳钢基础上，为改善钢的性能向钢中加入一种或几种合金元素，称为合金钢。合金元素总量低于3.5%的叫低合金钢，合金含量在3.5-10%之间称为中合金钢，大于10%的称为高合金钢。低合金钢主要有：压力容器专用钢板

15、Q345R(原来的16Mng和16MnR、19Mng合并为Q345R )；用于-20 -70的16MnDR, 15MnNiDR, 09MnNiDR低温容器钢；用于550以内的15CrMoR热强钢；用于-19 470大中型锻件20MnMo。高合金钢用于耐腐蚀、耐高温场合。有铬钢0Cr13铬镍钢0Cr18Ni9、铬镍钼钢00Cr18Ni5Mo3Si2。（3）压力容器常用钢介绍 Q235系列 Q235-AF、 Q235-A等。这里，Q235：屈服强度是235MPa。质量等级一共有A、B、C、D、E五个等级其含碳量依次降低，冲击温度依次降低，表示为： A：不做冲击功试验； B：做常温冲击功试验，V型缺

16、口； C：做0冲击功试验, V型缺口； D：做-20冲击功试验， V型缺口； E：做-40冲击功试验,型缺口。F：沸腾钢； b：半镇静钢； Z：镇静钢； T，Z：特殊镇静钢镇静钢：钢液在脱氧过程中加入强脱氧剂(锰铁、硅铁等)，使得浇铸过程平静不再发生碳氧反应。除了在钢锭顶部形成缩孔外，其组织致密，钢质高，用于重要用途。 沸腾钢：钢液在脱氧过程中加入弱脱氧剂，使氧没有完全脱尽。在浇铸过程发生碳氧反应，生成大量CO气体，钢液出现沸腾现象。在钢锭内部形成许多小气泡。钢质不如镇静钢，但成本较低。举例： Q235-AF适用的范围是设计压力小于或等于0.6MPa、设计温度在0250、压力容器壳体厚度小于1

17、2mm、没有易燃或毒性介质的容器用钢。Q235-A为镇静钢，适用的范围是设计压力小于或等于1.0MPa、设计温度在0350、压力容器壳体厚度小于16mm、没有液化石油气或毒性介质的容器用钢。 当使用温度为475时，应选择优质碳素钢；当使用温度为525时，应选择奥氏体不锈钢，而且碳含量不应大于0.04%。 Q345R钢 是我国用途最为广泛、用量最大的压力容器用低合金钢，执行标准GB 713-2008锅炉和压力容器用钢板。屈服强度为340MPa，使用温度在 -20 450之间。 0Cr18Ni9不锈钢 作为不锈钢耐热钢使用最广泛，用于食品用设备，一般化工设备，原子能用工业设备，也称304不锈钢。屈

18、服强度205MPa，抗拉强度520MPa，延伸率40%，使用温度 -196 800。3.4 压力容器材料选择3.4.1 压力容器用钢的基本要求（1）化学成分 C(碳)元素影响：C含量的提高可使强度提高，但性降低，焊接时易出现裂纹。一般要求 。 S(硫)、P(磷)元素影响：S、P是有害元素！ S可生成非金属夹杂物，使塑性和韧性降低。P能提高强度，但增加脆性，特别是低温脆性。控制S0.02%, P0.03%.（2）力学性能 强度指标：抗拉强度、屈服强度、持久极限、蠕变极限、疲劳极限。 塑性指标：延伸率、断面收缩率。 韧性指标：冲击吸收功、韧脆转变温度、断裂韧性。3.4.2 压力容器钢材的选择（1）

19、压力容器钢材的使用条件 （2）相容性 （3）零件的功能和制造工艺 （4）材料的使用经验 （5）综合经济性 （6）规范标准3.3 环境对压力容器用钢性能的影响3.3.1 温度（p86）4 压力容器设计4.2 设计准则4.2.1 压力容器失效（1） 强度失效因材料屈服或断裂引起的容器失效，主要方式有：韧性断裂：结构里的应力达到或接近所用材料的强度极限而发生的断裂，其特征是断后有宏观塑性变形。脆性断裂：容器破裂时没有直径的增大及壁厚的减薄，断裂时材料几乎没有发生过塑性变形。材料的脆性和缺陷两种原因都会引起压力容器发生脆性断裂。疲劳断裂(Fatigue Fracture)在交变载荷作用下，经一定循环次

20、数后产生裂纹或突然发生断裂失效的过程。疲劳断裂出现在结构局部应力较高的部位，危险性很大。 蠕变断裂(Creep Rupture)压力容器在高温下长期受载，随时间的增加材料不断发生蠕变变形，造成厚度明显减薄与鼓胀变形，最终导致断裂。 腐蚀断裂(Corrosion Fracture)因均匀腐蚀导致的厚度减薄，或局部腐蚀造成的凹坑所引起的断裂。（2）刚度失效：由于构件过度的弹性变形引起的失效。 （3）失稳失效：在压应力作用下，压力容器突然失去其原有的规则几何形状引起的失效。 （4）泄漏失效：由于泄漏而引起的失效。4.3 常规设计4.3.2 圆筒设计弹性失效设计准则（1）内压薄壁圆筒第一强度理论推导，

21、 第一强度理论： 内压厚壁容器（会推导）（3）设计技术参数的确定压力容器设计技术参数主要有：设计压力、设计温度、厚度、厚度附加量、焊缝系数和许用应力。设计压力是容器顶部的最高压力，其值不得低于工作压力，工作压力是指正常工作情况下容器顶部可能达到的最高压力。设计温度是指容器在工作过程中在相应的设计压力下壳壁或元件金属可能达到的最高或最低温度。当元件金属温度不低于0，设计温度为元件金属可能达到的最高温度。 当元件金属温度低于0，设计温度不得高于元件金属可能达到的最低温度。 当设计温度等于或低于-20时，称为低温容器。 容器中元件壁温可以由实测或由化工传热过程计算确定。厚度及厚度附加量 焊缝系数焊缝

22、系数的大小与焊接接头形式和焊缝无损检测 (NDE) 程度有关。4.3.3 封头设计压力容器封头主要有凸形封头和平封头（平盖）。其中，凸形封头又包括半球形封头、椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头等。封头厚度的计算要考虑两方面的因素：薄膜应力和边缘应力。通常，由薄膜应力导出厚度计算式，将边缘效应的影响以应力增强系数的形式引入到厚度计算式中。 承受内压的半球形封头 球形封头和圆筒连接处存在边缘应力，但其值较小，可忽略不计。 承受内压的椭圆形封头椭圆形封头是由半个椭球壳和一段短圆筒组成。椭圆形封头和圆筒连接处附近存在较大的边缘应力，用应力增强系数K来表示边缘效应的影响。 平封头（平盖）4.3.4 密封装

23、置设计（1）密封机理及分类泄漏途径：垫片本身毛细管的泄漏为渗透泄漏，而垫片与压紧面之间的泄漏为界面泄漏。界面泄漏是密封失效的主要途径。密封过程：密封口处的阻力大于密封口两侧的介质压力差时，介质就被密封住。预紧工况下形成初始密封条件有“垫片比压力 y，MPa ”。通入介质，在操作状态下保持密封性能，有“操作密封比压 mp，MPa” p为介质压力，m为垫片系数。（2）影响密封性能的主要因素螺栓预紧力：通过预紧力产生“垫片比压力 y”，形成初始密封条件。但预紧力过大可使垫片挤出或压坏。 垫片性能：有适宜的变形及良好的回弹能力。至今，垫片的性能是根据(y，m)来确定。 压紧面质量：压紧面形状和粗糙度与

24、垫片相匹配，不允许有径向划痕。 法兰刚度：法兰刚度不足易引起变形泄漏(图4-24)，增大法兰盘厚度可提高法兰刚度 。另外，螺栓数目4n。 操作条件：主要指压力、温度和介质性能，其中尤以温度影响较大。高温下，介质对垫片溶解和腐蚀加剧，同时蠕变使密封系统产生应力松弛。温度若为波动，会产生疲劳。（3）螺栓法兰连接设计 法兰密封性设计：螺栓法兰连接失效的主要原因是，密封性能不良而导致泄漏。因此，法兰连接的设计主要是其密封性能的设计。 法兰结构类型及标准公称直径DN是容器和管道标准化后的尺寸系列。（1）对于容器而言是容器内径，例如内径1200mm容器，其公称直径标记为DN1200； （2）对于管子或管件

25、而言是名义直径，数值上接近管子内径。公称直径相同的管子，外径相同而厚度变化，如DN100无缝钢管，尺寸系列有：1084、1084.5、1085等。 标记示例：内径273mm容器的公称直径：公称直径 DN273 GB 9019-88.公称压力PN是容器或管道的标准化压力等级。在容器设计选用零部件时，应选取设计压力相近且又稍高一级的公称压力选取零部件。 高压密封设计（P154）：平垫密封结构、卡扎里密封、双锥密封（会看图）、伍德密封、高压管道密封。4.3.5 开孔和开孔补强设计4.3.8 焊接结构设计（3）焊接接头形式及坡口焊接接头形式是由两个被焊接件的相互结构位置而决定，分为对接接头、角接接头及

26、T字接头、搭接接头。为保证焊接质量，减少焊接变形和焊接材料消耗，施焊前需将焊件连接处加工成各种形状，称为坡口。对接接头受力较好，应力集中较小，能承受较大的静载荷和动载荷。是压力容器应用最多的接头形式。V型坡口：易于实现，可用火焰切割设备进行切割，中低压容器U型坡口：可用钨极氩弧焊，焊材少，速度快，成本高，适于大型材料（5）压力容器焊接接头分类A类焊缝是容器中受力最大的焊缝，要求采用双面焊或保证全焊透的单面焊缝。B类焊缝的工作应力为A类的一半。法兰、平封头等部件与壳体及管道的连接焊缝属于C类，一般为角焊缝。接管、人孔等与壳体或封头的连接焊缝属于D类焊缝。(6) 压力容器焊接结构设计的基本原则 尽

27、量采用对接接头； 尽量采用全焊透的结构； 尽量减少焊缝处的应力集中6.换热设备6.1 概述6.1.2 换热设备的分类与结构 换热设备按照传热方式，可以分为直接接触式、蓄热式、间壁式和中间载热体式四种。 （3）间壁式：按照壁面的结构特点，它可分为以下三类： 管式换热器，如套管式、螺旋管式、管壳式； 特点：结构坚固、可靠性高、适应性强、处理量大、成本较低；但一般热效率不高。 板片式换热器，如螺旋板式、板壳式等； 特点是：板式换热器便于组装与拆卸，有利于清洗与除垢，可任意改变传热面积，传热系数高。但板式换热器不易密封，承压能力低，使用温度受密封元件限制，流道狭窄等缺点。 扩展表面式换热器，如板翅式（

28、 特点是：传热效率较高，结构紧凑，但制造工艺复杂，难以清洗。）、管翅式等。6.2 管壳式换热器6.2.1 基本类型管壳式换热器种类很多，根据结构特点的不同，可以分为刚性结构的和具有温差补偿的两大类。刚性结构的主要为固定管板式换热器，具有温差补偿的主要有：浮头式、U型管式和填料函式。此外，教材上还列出一种用于高温的釜式重沸器。其结构不同之处在于：根据工艺需要，在壳体上部设置一个蒸发空间，空间大小由产量和蒸气品质要求而定。（1）固定管板式：其特点是：结构简单，制造成本较低。管板支撑较好，管内产生污垢便于清洗，但是这种换热器管外表面无法进行机械清洗。 另一个主要缺点是管壳之间将产生温差应力，此时须在

29、壳体上设置膨胀节，利用膨胀节在外力作用下产生较大的变形能力来降低温差应力。（2）浮头式：浮头式换热器中的一块管板通过螺栓夹紧在壳体法兰和管箱法兰之间，另一块管板能沿轴向自由移动。当管束与壳体受热伸长不等时，两者互不牵制，因而不会产生温差应力。另外，管束可以抽出，便于清洗管子内外表面的污垢。（3）U型管式：U形管式换热器的换热管被弯成U形，管束的两端固定在同一块管板上，省去了一块管板。由于管子的进出口端都在这一块管板上，U形管束可以自由伸缩，不会使壳体与管子因壁温差而产生温差应力。（4）填料函式：填料函式换热器的结构持点，基本上与浮头式换热器相同，管束也可以自由伸缩，不会产生由于壳体与管束因温差

30、而引起的温差应力。只是它的浮头端暴露在外面，与壳体之间采用的是填料函密封结构，因此也可称之为外浮头式换热器。6.2.3 结构设计管壳式换热器的结构设计，主要包括：管程结构与壳程结构。其中管程结构包括换热管、管板、管箱、管束分程、换热管与管板连接；壳程结构设计包括壳体、折流板、折流杆、防短路结构、壳程方程。（1）管程结构设计 1）换热管 换热管按照使用条件选用标准中的冷拔管。从传热效果上说，换热管径较小时，传热面积增大，传热效果较好，但管径较小易结垢，不易清洗。因此，所选管径大小取决于流体性能。换热管在管板上的排布，有下列形式：正三角形、转角正三角形、正方形、转角正方形。2）管板 管板是换热器中

31、最重要的零部件，受力复杂，造价较高。 常见的管板与壳体的连接形式有：管板与壳体焊接并延长兼作法兰，常用于固定管板式换热器；管板与壳体焊接但不兼作法兰，用于壳体尺寸较小的结构；管板与壳体的可拆连接，管束可抽出清洗，常用于浮头、填料函和U形管式换热器。3）管箱 管箱位于筒体的两端，起着分布流体和改变流体流向的作用管箱内通常有隔板，隔板形状不同，换热管里流体走向也会不同P246表6-3给出管箱内隔板与管束分程布置图。4）管束分程 ：流体从管子的一端流到另一端，称为一个管程。5）换热管与管板的连接 换热管与管板的连接处应保证良好的紧密性，否则会导致两种流体的混合，影响工艺操作的正常进行造成连接处失效的

32、原因主要有：接头因高温应力松驰而失效；接头因腐蚀而破坏；管束在流体冲击下产生振动，使接头疲劳破坏；制造工艺不合理，接头中焊接残余应力过大，在操作中引起应力腐蚀和疲劳破坏；操作不当，温度波动，引起疲劳破坏等。换热管与管板连接的方法主要有以下几种：强度胀接、 强度焊接、涨焊并用。（2）壳程结构设计 壳体 ：为圆筒，壳壁上焊有接管，壳程进口接管处装有防冲挡板。 折流板 ：设置折流板的目的是，提高壳程流体的流速，增加喘动的程度，并使壳程流体与管程流体相垂直。 拉杆和定距管：拉杆定距杆结构、点焊结构壳程分程：E型、F型、G型、H型 管壳式换热器型号表示示例：平盖管箱，公称直径500mm，管程和壳程设计压

33、力均为1.6MPa，公称换热面积为54mm*2，碳素钢较高级冷拔换热管外径25mm，管长6m，4管程，单壳程的浮头式热交换器，其型号为：。6.2.4 管板设计管板是管壳式换热器最主要的部件。正确分析管板的受力状态，合理地确定管板的厚度，对保证换热器的安全运转，降低成本，起着相当重要的作用。 （1）影响管板强度和刚度的主要因素 ： 管束对管板的支撑作用； 管孔对管板的削弱作用 管板外周边的固定方式 ； 壳壁和管壁的温度差 （2）管板强度设计的主要思想： 将管板看成承受均布载荷的实心圆板； 将管板看成弹性基础上受载的多孔圆平板；（3）管板强度设计步骤： 设计参数的确定； 应力计算； 应力校核； 应

34、力调整6.2.5 管壳式换热器设计过程管壳式换热器设计分为以下几个过程： 工艺设计计算热负荷、传热面积、流体温度等；结构选型确定换热器型式、换热管排列方式等；强度核算筒体、管箱、管板尺寸，应力核算。管壳式换热器的自身改进：改变传热面的形状使用横槽管、螺旋管、波纹管、缩放管等；加入扰动促进体在管内加入扰动促进体或管内插入体，通过搅乱流动来达到强化传热的目的；折流挡板及支撑物；特殊材料管子的换热器；7.塔设备7.1 概述塔设备通常应用于蒸馏、吸收、萃取，以及气体的洗涤、增湿及冷却等单元操作中。塔设备的核心内件是传质传热元件。目前，塔的主要传质传热元件分为：塔板（塔盘）和填料两大类。（1）塔设备分类

35、 按照工艺过程，塔设备分为：精馏塔、吸收塔、抽提塔、水洗塔、干燥塔等； 按照操作压力，分为常压塔、减压塔和加压塔； 按照塔内件结构，分为填料塔和板式塔。（2）填料塔的液体分布器：管式液体分布器、槽式液体分布器、喷洒式液体分布器、盘式液体分布器。（3）填料塔的其它内件 主要有：液体收集器、液体再分布器、除沫装置等。（4）板式塔的分类 按照塔盘结构分：泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔等。 按照气液流动方式分：错流板式塔、逆流板式塔。 按照液体流动形式分：单溢流型和双溢流型。7.5 塔的强度设计单个塔体设备通常承受以下载荷的作用：（1）塔内介质引起的操作载荷，为内压或者外压；（2）塔体的重量载荷； （3）偏心载荷； （4）风载荷； （5）地震载荷。7.5.1 塔的固有周期（1）振型和自振周期的概念对于振动体而言，其体现振动性能的指标有二个：振型和自振周期。