列管式煤油冷却器的设计说明书

1、合肥工业大学化工原理课程设计说明书设计题目 列管式煤油冷却器的设计 学生姓名 谢继强 学生学号 同组学生 祝尚 宋响亮 邓威 指导老师 陈亚中 学 院 医学工程学院 专业班级 制药工程12-2班 完成时间 2014年3月27日 设计任务书一 设计题目：列管式煤油冷却器的设计二 设计任务及操作条件1. 处理能力：10万吨/年煤油2. 设备形式：列管式换热器3. 操作条件 （1）煤油：入口温度140.出口温度40 （2）冷却介质：自来水.入口温度30.出口温度40 （3）允许压强降：不大于1000kPa （4）煤油定性温度下的物性数据：密度 825kg/m3.黏度 7.15*10-4Pa.s .比

2、热容 2.22kJ/(kg.) .导热系数 0.14W/（m.） （5）每年按330天计.每天按24小时连续运行4. 提交文件 （1）设计说明书一份 （2）A3工艺流程图一张 （3）A1换热器装配图一张化工原理课程设计成绩评定表评定基元评审要素评审内涵满 分指导教师实评分评阅教师实评分设计说明书40%格式规范设计说明书是否符合规定的格式要求5内容完整设计说明书是否包含所有规定的内容5设计方案方案是否合理及符合选定题目的要求10工艺计算过 程工艺计算过程是否正确、完整和规范20设计图纸40%图纸规范图纸是否符合规范5标注清晰标注是否清晰明了5与设计吻合图纸是否与设计计算的结果完全一致10图纸质量

3、设计图纸的整体质量的全面评价20平时成绩10%上课出勤上课出勤考核5制图出勤制图出勤考核5答辩成绩10%内容表述答辩表述是否清楚5回答问题回答问题是否正确5合计100综合成绩 成绩等级 指导教师 评阅教师 答辩小组负责人(签 名) (签 名) (签 名)年 月 日 年 月 日 年 月 日说明: 评定成绩分为优秀(90-100).良好(80-89).中等(70-79).及格（60-69）和不及格(<60)。第一章 绪论1.1 换热器的概述换热器是许多工业生产中常用的设备.尤其是石油、化工、制药生产应用更为广泛。在化工厂中换热器可用做加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、和再沸器等。换热器类型众多

4、.性能各异.各具特点.可以适应绝大多数工艺过程对换热器的要求。进行换热器的设计.首先是根据工艺要求选用适当的类型.同时计算完成给定生产任务所需的传热面积.并确定换热器的工艺尺寸。1.2 换热器的分类换热器的类型按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛.其中管壳式换热器的分类见表1-11。表1-1 管壳式换热器的结构分类类型特点间璧式换热器管壳式列管式固定管板式刚性结构用于管壳温差较小的情况（一般50）.管间不能清洗带膨胀节有一定的温度补偿能力.壳程只能承受低压力浮头式管内外均能承受高压.可用于高温高压场合U型管式管内外均能承受高压.管内清洗及检修困难填料函式外

5、填料函管间容易泄露.不宜处理易挥发、易爆炸及压力较高的介质内填料函密封性能差.只能用于压差较小的场合釜式壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮双套管式结构比较复杂.主要用于高温高压场合和固定床反应器中套管式能逆流操作.用于传热面积较小的冷却器、冷凝器或预热器螺旋管式沉浸式用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热喷淋式只用于管内流体的冷却或冷凝1.3列管式换热器列管式换热器（tubular exchanger）是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质 .可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时.一种流体由封头的连结管处进入.在

6、管流动.从封头另一端的出口管流出.这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入.从壳体上的另一接管处流出.这称为壳程列管式换热器。1.4固定管板式换热器固定管板式换热器由两端管板和壳体构成。由于其结构简单.运用比较广泛。固定管板式换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备.是在石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右.占总投资的30%-45%。随着节能技术的发展.应用领域不断扩大.利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。固定管板式换热器的特点是：（1）旁路渗流较小；（2）锻件使用较少.造价低；（3）无内；

7、（4）传热面积比浮头式换热器大20%30%。固定管板式换热器的缺点是：（1）壳体和管壁的温差较大.壳体和管子壁温差t50,当t50时必须在壳体上设置膨胀节；（2）易产生温差力.管板与管头之间易产生温差应力而损坏；（3）壳程无法机械清洗；（4）管子腐蚀后连同壳体报废.设备寿命较低。1.4设计要求 完善的换热器在设计和选型时应满足以下各项基本要求4：（1）合理地实现所规定的工艺条件：可以从：增大传热系数提高平均温差妥善布置传热面等三个方面具体着手。（2）在进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时.应遵循我国钢制石油化工压力容器设计规定和钢制管壳式换热器设计规定等有关规定与标准。根据需要可添置气液

8、排放口.检查孔与敷设保温层。（3）经济合理评价换热器的最终指标是：在一定时间内（通常1年内的）固定费用（设备的购置费、安装费等）与操作费（动力费、清洗费、维修费）等的总和为最小。在设计或选型时.如果有几种换热器都能完成生产任务的需要.这一标准就尤为重要了。1.5 设计的目的和意义通过设计把在“过程设备”及其它相关课程(机械制图、金属材料、化工原理等)中所学的理论知识在具体工作中综合地加以应用.达到了理论知识和实践密切结合的目的。其次.在设计过程中.我们可以接受到必备的基本工程技能系统训练.能够熟练地应用计算图表、手册、规范和AutoCAD制图.能熟悉有关国家标准和部颁标准(如GB、HG等)等。

9、1.6设计的方法和步骤本次设计主要是进行换热器的工艺计算.结构设计和强度校核.主要步骤有：（1）工艺计算；（2）估算传热面积；（3）工艺结构尺寸；（4）换热器热量核算；（5）结构设计；（6）确定筒体内径；（7）确定管箱结构；（8）确定管板结构；（9）选择鞍座结构；（10）强度校核；（11）给出制造安装的原则和要求。第二章2.1 设计任务和操作条件1.处理能力：10万吨/年煤油2.设备形式：列管式换热器3.操作条件:(1) 煤油：入口温度140.出口温度40(2) 冷却介质：自来水.入口温度30.出口温度40(3) 允许压强降：不大于100 kPa4) 煤油定性温度下的物性数据：密度825kg/

10、m3.黏度7.15×10-4Pa.s.比热容2.22kJ/(kg.).导热系数0.14W/(m.)(5) 每年按330天计.每天24小时连续运行2.2 确定设计方案2.2.1 选择换热器的类型 两流体温的变化情况：热流体进口温度140.出口温度40；冷流体进口温度30.出口温度为40.该换热器用循环冷却水冷却.初步确定选用固定管板式换热器。2.2.2 流程安排 由于循环冷却水较易结垢.若其流速太低.将会加快污垢增长速度.使换热器的热流量下降.并且粘度大的流体应走壳程.因为壳程内的流体在折流挡板的作用下.流通截面和方向都不断变化.在较低的雷诺数下就可达湍流状态。所以从总体考虑.应使循环

11、水走管程.煤油走壳程。选用25mm×2.5mm的碳钢管.管内流速取u=1.25m/s2.3 确定物性数据 定性温度：对于一般油类和水等低黏度流体.其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故壳程煤油的定性温度为 ： 管程流体的定性温度为：温差 故初步可取带膨胀节的固定管板式换热器。根据定性温度.分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。煤油在90下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）： 密度 定压比热容 导热系数 粘度 循环水在35 下的物性数据： 密度 定压比热容 热导率 粘度 2.4计算总传热系数 我们的煤油为年产量10万吨每年.则（1） 热流量 （2） 平均传热温差 （3） 冷却水

12、用量（4） 总传热系数K管程传热系数壳程传热系数假设壳程的传热系数污垢热阻 所以管壁导热系数.2.5 计算传热面积考虑到15%的面积裕废 2.6工艺结构尺寸的计算（1） 管径和管内流速选用25×2.5传热管（碳钢）.取管内流速ui=1.25m/s（2） 管程数和传热管数 根按单程管计算.所需的传热管长度为按单程管计算.设计传热管过长.宜采用多管程结构.现取传热管长l=6m,则该换热器管程数为管程。所以传热管总根数N=49×4=196根。（3） 平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数：按单壳程.双管程结构.温差校正系数应查有关图标.但R=10的点在图上难以读出.因而相应

13、以代替R.PR代替P.查同一图线.可得t=0.82,平均传热温差（4） 传热管排列和分程方法采用组合排列方法.即每程内均按正三角形排列.隔板两侧采用正方形排列。取管心距a=1.25d。则a=1.25×25=31.2532（mm)横过管束中心线的管数（5） 壳体内径 采用多管程结构.取管板利用率=0.7.则壳体内径为 圆整可取D=600mm.（6） 折流板采用弓形折流板.取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%.则切去的圆缺高度为h=0.25×600=150mm取折流板间距B=0.3D=0.3×600=180mm。可取折流板间距B=200mm折流板数NB=传热管长/折

14、流板间距=(6000/200)-1=29块折流板圆缺面水平配置。（7） 接管壳程流体进.出口接管：取接管内油品流速为u=1.0m/s。则接管内径为取标准管径为78mm×2mm管程流体进出口接管：取接管内循环水流速u=1.5m/s,则接管内径为：取标准管径为132mm×2.0mm2.7 换热器核算（1） 热量核算壳程对流传热系数。对圆缺形折流板.采用凯恩公式当量直径.由正三角形排列得壳程流通截面积：壳程流体流速极其雷诺数分别为：普兰特准数：所以黏度校正 管程对流传热系数 管程流通截面积：管程流体流速及其雷诺数和普兰特准数：传热系数K传热面积S该换热器的实际传热面积Sp传热面积

15、裕度合适.该换热器能够完成生产任务。（2） 换热器内流体的流动阻力管程流动阻力由Re=17001.传热管相对粗糙度0.01/20=0.005.查莫狄图得i=0.036流速ui=0.62m/s 密度=994kg/m3 。所以.管程流动阻力在允许范围内壳程阻力 Ns=1 , Ft=1.15流体流经管束的阻力为F=0.5,f0=5×3738-0.228=0.7663nc=17根 ,NB=29块, u0=0.162m/s流体流过折流板缺口的阻力：B=0.2m,D=0.6m壳程流动阻力也比较适宜。2.8壁温计算由于该换热器用循环水冷却.进口温度30.出口温度为40计算传热管壁温。另外.由于传热

16、管内侧污垢热阻较大.会使传热管壁温升高.降低了壳体和传热管壁温之差。但在操作初期.污垢热阻较小.壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中.应按最不利的操作条件考虑。因此.取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温.于是T=(140+40)×1/2=90t=(40+30)×1/2=350=495.9w/(m2·k)i=3248w/(m2·k)Q=42.29壳体壁温和传热壁温之差为t=90-42.29=47.7150一般在管壁与壳壁温度相差50以上时.为了克服温差应为必须有温差补偿装置.故不需要设温度补偿装置。2.9换热器主要结构尺寸和计算结果各主要结构和尺寸的计算结果见

17、表2-1。 表2-1 结构和尺寸的计算结果表参数管程壳程流率/(Kg/h)68700.312626进（出）口温度/30.40140.40物 性定性温度/3590密度/（Kg/）994825定压比热容/KJ/(Kg·)4.082.22粘度/Pa·s0.0.热导率/W/(m·)0.6260.140普朗特数4.7311.34设备结构参数型号壳程数1壳体内径/mm600台数1规格25×2.5管心距/mm32管长/mm6000管子排列组合排列管数目/根196折流板数/个29传热面积/86.3折流板间距/mm180管程数4材质碳钢主要计算结果管程壳程流速/(m/s)

18、0.620.162表面传热系数/W/(·)3248495.9污垢热阻/(·/W)3.4394×10-41.72×10-4阻力/Pa3455热流量/KW778.6传热温差/K39传热系数/W/(·)326面积裕度/%12.6% 第三章 结构设计与选用3.1管箱法兰的选用法兰的形式法兰的结构形式：分平焊法兰和对焊法兰。法兰的密封面形式：分平面、凹凸面和榫槽面。法兰的结构形式和密封面形式.应根据使用介质、设计压力、设计温度、公称直径等因素来确定。标准法兰的选用法兰标准有：管法兰：HG50015028-58和JB74-90-59.设备法兰：JB1157

19、1164-82。接管法兰.本手册规定只按HG50015028-58选用。对法兰的结构形式和密封面形式.未作具体规定.由设计者根据使用条件确定。管箱上的设备法兰.本手册规定：公称直径Dg325mm.按HG5012-58平焊法兰和HG5016-58对焊法兰选用；公称直径Dg400mm.按JB1158-82甲型平焊法兰。JB1159-82乙型平焊法兰和JB1160-82长颈对焊法兰选用。法兰的密封面采用凹面。接管法兰的要求1.凹凸或榫槽密封面的法兰.密封面向下的.一般应设计成凸面或榫面.其他朝向的.则设计成凹面或槽面。2.重叠式换热器中间接管的法兰密封面.在保证密封的前提下.可采用平面 依工艺条件：

20、按管侧压力和壳侧压力中的较大值.设计温度和公称直径600mm.按JB/T 4701-2000标准选取甲型平焊凹凸面法兰；并确定各结构尺寸见表3-1.结构见图3-1。 表3-1 甲型平焊凹凸面法兰尺寸JB/T 4701-2000 单位：mm名称公称直径DNDD1D2D3D4d螺柱数量法兰质量/kg材质容器法兰6007306906556456425423M2040凸面凹面16Mn锻54.252.7 图3-1 甲型平焊凹凸面法兰结构尺寸3.2管箱结构的设计 管箱的作用是把管道中来的流体均匀分布到各传热管中和把管内流体汇集在一起送出换热器。在多程换热器中.管箱还起着改变流体流向的作用。管箱侧或管箱顶部

21、有介质流体的出、入口接管。管箱也有许多种结构形式:A型：用于单程和多程管箱。其优点是便于清洗换热器的管程.缺点是管箱盖结构用材较多.尺寸较大时.需要锻件。因此.国内目前所使用的范围较小。本手册规定用于Dg900mmB型：用于单程和多程管箱。其优点是结构简单.便于制造；缺点是检修和清洗换热器的管程时.需将管程上的接管法兰都拆开.并取下整个管箱。国内目前采用最多。C型：用于多管程换热器的介质返回管箱。D型：用于单管程换热器的管箱。选用的标准换热器代号是BEM.表示前端管箱为B型标准椭圆封头管箱.后端管箱为M型标准椭圆封头管箱.管板延长部分兼作法兰的固定管板式釜式重沸器.支座为鞍式支座；选材为20号

22、碳钢。图3-2 B型标准椭圆封头管箱M型标准椭圆封头管箱是和B型标准椭圆封头管箱相似的固定管板结构。 选用B型封头管箱（见图3-3）.因换热器直径较小.且为四管程.管箱的最小长度：图3-3 B型封头管箱3.2.1前端管箱（1） 按流通面积计算：（2）按相邻焊缝间距离计算： 管箱最小长度取两者中的较大值. 取管箱内分程隔板厚度取 15mm。3.2.2后端管箱 后端管箱没有接管.其最小长度：（1）按流通面积计算为：（2） 按相邻焊缝间距离计算：取管箱最小长度取两者中的较大值.取3.3折流板结构设计折流板或支撑板的形式 折流板或支撑板（以下简称折流板）有圆缺形.圆盘圆环形。其中以圆缺形用的较多。圆缺

23、形折流板.按缺边的位置分为上、下和左、右缺边折流板（对立式换热器.上、下是指壳程物料进口管与折流板缺边垂直者.左、右是指平行者）。左、右缺边折流板有单缺边和双缺边.本手册中采用圆缺形.单缺边折流板。 卧式换热器.当壳程全是气相或全是液相的清洁物料时.宜用上、下缺边折流板。若气体中有少量液体.则应在上缺边折流板的下部最低处开小槽.如图4-5（a）；若液体中有少量气体.则应在下缺边折流板的上部最高处开小槽.如图4-5（b）。卧式换热器.冷凝器和再沸器.当壳程是气、液相共存或液体中带有固体的物料时.宜用左、右缺边折流板。为了排除壳体下部的液体.在折流板下部最低处应开小槽.如图4-6 由于本次设计壳体

24、直径较大.宜采用多弓形折流板.缺口高度一般取0.20.45倍的壳体内直径.本次设计取常用值0.25倍。选材为A3F。 折流板与管板间距图见图3-5图3-5 折流板与管板间距图3.3.1壳程.管程接管的选用由上面工艺结构尺寸的计算.可以得到壳程时取煤油的流速.,所以按HG/T20592-2009标准中取管径。管程走循环水.取循环水的流速为.所以按HG/T20592-2009标准中取。3.3.2折流板根据折流板数目（29）和管长（6000mm）.确定前后端折流板距离管板200mm。通过计算折流板间距取折流板的间距为200mm.DN=600mm时.折流板外径D=DN-3=597mm的钢管.换热管无支

25、撑跨距L=1900mm。L>1900mm时.折流板厚度d取12mm。折流板的数目为29块。 表3-3 折流板参数 单位：mm容器公称直径DN折流板直径D0管程d1孔数n1d2孔数n2600597425.8184115厚度dhb折流板间距数量折流板与管板间距L折流板材料12143.620029200A3F 图3-6 折流板标准尺寸图3.4管板结构的设计选材为16Mn锻。依据所选用的管箱法兰.管箱侧法兰的结构尺寸.确定固定端管板最大外径为D=730mm.固定管板最大布管圆直径：DL=Di-2f=600-2×5=590mm。管板结构尺寸见图3-4和表3-2。 图3-4 管板结构表3-

26、2 管板尺寸表 单位：mmDNDD1D2D3D4D5Cd260073069065560764261012.523螺柱（栓）bfb材料质量/kg规格数量M2040505416Mn锻139.5须用锻件的场合 a. 板厚大于60 mm。当厚度大于60 mm时.钢板质量降低(分层、夹杂无法避免.各顶指标波动大)。 b. 形状复杂的管板。此时若用板材则即费料又费时. c. 以凸肩直接与壳体相焊的管板。此时一般管板过厚且对夹杂、分层要求更高。 在下列条件下可以选用16Mn结构钢板座管板 符合GB 3274-88碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带标准: 按GB 1591-79低合金结构钢技术条件复验化

27、学成分和机械性能; 设计压力.p1.6MPa；设计温度.0-350度。3.5换热管采用JB/T4714、4715-92标准.换热管选用.材料采用20号碳钢 .选择正三角形排列.主要是考虑这种排列布管比较紧凑.传热系数较高.传热效果好.便于管板划线及钻孔。换热管的管心距a=32mm.分程隔板槽两侧相邻管的中心距为37mm；同时.由于换热管管间需要进行机械清洗.故相邻两管间的净空距离（S-d）不宜小于6mm。根据设计压力、设计温度及操作状况选择换热管与管板的连接方式为强度焊。因为强度焊加工简单、焊接结构强度高.抗拉脱力强.在高温高压下也能保证连接处的密封性能和抗拉脱能力。管子数为196根.管长为6

28、000mm.管中心距32mm。3.6拉杆和定距管设计拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。若对于壳体内径大于或等于400mm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4个支承点。拉杆直径取 10. 数量取6根。定距管的规格同换热管.其长度同实际需要确定。本台换热器定距管的布置可以参照部件图。拉杆的尺寸见表3-5.结构简图见图3-7.拉杆与定距管结构见图3-8。 表3-5 拉杆尺寸 单位：mm容器DN拉杆直径d 拉杆螺纹公称直径dnLa LbM600101212.56010管板上拉杆孔深Ld 拉杆数量拉杆重量kg材料1860.617A3结构简图3-7 38拉杆与定

29、距管结构图3.7分程隔板 由于是多管程换热器.故此处需要用到分程隔板。 查GB151-1999可知：分程隔板槽槽深.取4mm.槽宽为12mm.且分程隔板的最小厚度为8mm.取厚度为11mm。选材为A3。3-4 分程隔板参数表槽深槽宽厚度个数材料4mm12mm11mm3A33.8接管设计选材20号碳钢。在换热器的设计中.为了使传热面积得以充分利用.壳程流体进、出口接管应尽量靠近两端管板.而管箱进、出口接管应尽量靠近管箱法兰.可缩短管箱壳体长度.减轻设备重量。然而.为了保证设备的制造、安装.管口距管板或管箱法兰的距离也不能靠得太近.它受到最小位置的限制。图3-9壳程接管位置3.8.1壳程接管位置

30、壳程接管位置的最小尺寸.见图3-5.可按下式进行计算：带补强圈接管 mm不带补强圈接管 mm以上两式中取C4S（S为管箱壳体厚度.mm）.且30mm。我们采用的是不加补强圈接管.所以我们用的公式是mm。壳程接管DN=74mm,。壳程接管位置.其最小尺寸为：mm取。 3.8.2管箱接管位置 图3-68 管箱接管位置管箱接管位置的最小尺寸.见图3-6.可按下式进行计算：带补强圈接管 mm不带补强圈接管 mm以上两式中取C4S（S为管箱壳体厚度.mm）.且30mm。以上四式中b.hf管板厚度.mm； L1/L2壳程/管箱接管位置最小尺寸.mm； C补强圈外缘（无补强圈时.为管外壁）至管板（或法兰）与

31、壳体连接焊缝之间的距离.mm； DH补强圈外圆直径.mm； dH接管外径.mm。通过计算我们选用的不用加补强圈故我们的公式选用。管箱接管DN=128mm.。管箱接管位置.其最小尺寸为：mm。取。 3.8.3接管最小高度 表3-48 PN<4.0MPa的接管外伸长度 D05051757610010112512615015117517620080150150200200250250300150200200200200250250300由于是冷却器.不需要设置保温层故=0mm。因此壳程接管外伸长度为150mm.管程接管外伸长度为200mm。3.9防冲板设计为了防止壳程物料进口处.流体对换热管表

32、面的直接冲刷.应在壳程物料进口管处设置防冲板。其设置条件为：对于气体和蒸汽（包括饱和蒸汽或者气液混合物料）应设置防冲板。对于液体物料.当其v2值超过下列数值时.应设置防冲板：（1）非腐蚀.非磨损性的单相液体.其v2>2230kg/m·s2；（2）其它各种液体.其v2>740kg/m·s2。防冲板的形式防冲板的形式.推荐以下四种喇叭管.D273mm的换热器。图中a15=15mm.a2d4.d42di.=6mm。防冲板焊在壳体上.用于D325mm左、右缺边折流板和D600mm上、下缺边折流板的换热器。防冲板焊在定距管上.用于D700mm上、下缺边折流板的换热器。防冲

33、板焊在定距管上.用于D1200mm上、下缺边折流板的换热器。防冲板选矩形防冲板.其与壳体内壁的高度为H1=（1/41/3）接管外径.取H1=25mm；防冲板边长L大于接管外径20mm.取为120mm；厚度取B=4.5mm；选材为A3F。图3-11 防冲板安装形式3.10接管法兰的选取查HG20602-97中表 PN1.6MPa.选取接管法兰为不锈钢衬里法兰.选取各管口公称直径.查得各法兰的尺寸。根据标准中规定.法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。 将查得的各参数整理见表。选材16Mn锻。表3-6 凸面平焊钢制管法兰  PN 1.6MPa(16bar) 

34、0; 单位：mm公称通径DN80125连接尺寸法兰外径D200250螺孔分布直径K160210螺孔直径L1818螺孔数量n88螺纹ThM16M16法兰厚度C2022密封面尺寸d132184d175110X120175W106155f244.5衬里厚度凸面t32t122凸面榫度t1010理论重量kg7.3410.84 图3-13 接管法兰 3.11垫片 查BS EN 1514-1-1997 -中文版-法兰及其连接件法兰用垫片尺寸(米制).根据设计压力.选取的法兰结构和尺寸.选择各管口的密封垫片见（图3-14）.各垫片的尺寸见表3-7。 垫片类型如下：A) FF型垫片.适用于A型（平面）或B型（凸

35、面）法兰密封面B) IBC型垫片.适用于A型（平面）或B型（凸面）法兰密封面C) TG型垫片.适用于C/D型（榫或槽）法兰密封面D) SR型垫片.适用于E/F型（凸或凹）法兰密封面 图3-14（2）使用IBC型垫片的B型法兰密封面表3-7 垫片尺寸表 （BS EN 1514-1-1997）管口名称公称直径/mm内径D1/mm外径D2/mm厚度材料管程进料口1251411821.5mmA3管程出料口125141182壳程进料口8089132壳程出料口8089132容器法兰垫片600610679注：填充材料为石棉橡胶板。3.12螺柱（螺栓） 查HG/T 20592-2009.得螺柱的长度和平垫圈尺

36、寸见表3-8。表3-8螺栓及垫片尺寸HG/T 20592-2009 单位：mm 法兰/DN螺栓规格（直径×长度）每千个螺栓重量（带螺母）kg数量材料平垫圈规格内径d1外径d2公称厚度h壳程进口法兰/75M16×701388A317303壳程出口法兰/75M16×70138817303管程进口法兰/125M16×70138817303管程出口法兰/125M16×70138817303容器法兰/600M20×12035940213733.13鞍座3.13.1鞍座选用设备上的支座是支撑设备质量和固定设备位置用的一种不可缺少的部件.支座的结构

37、形式和尺寸往往决定于设备的形式、载荷情况及构造材料。由于本次设计的换热器为卧式设备.所以本次设计选用鞍式支座。目前常用的鞍式支座标准为JB/T4712-200713。鞍式支座材料一般为Q235B.加强垫板的材料则应与筒体一致。按照JB/T 4712-92标准.选择鞍座的型号为：DN600、120°包角BI重型带垫板鞍式支座；选材为16Mn。具体尺寸见表3-9。 JB/T 4712-92 公称直径mmDN600腹板mm8垫板mm200636底板mm550筋板mm120螺栓间距mm4001508鞍座质量（带垫片）Kg2410垫板mm弧长710每增加100mm高度增加的质量Kg5允许载荷Q

38、/KN165鞍座高度h200垫片数量23.13.2鞍座的安装位置鞍座的安装结构见图3-10和3-1113；由于换热管束长度L>3000mm.所以选取：LB=（0.50.7）L=；并且。需满足壳程接管焊缝与支座焊缝间的距离要求.即：=105mm 查表得,;式中：取.且。B为补强圈的外径.S为筒体壁厚。 鞍座安装位置图 鞍式支座结构图第四章、强度校核4.1筒体壁厚计算 由工艺设计给定设计温度150 , 设计压力 1.6MPa , 选16MnR钢板卷制.材料150时.616mm时的16许用应力为.取焊缝系数=0.7.腐蚀裕度C2=1.5mm.则：计算厚 设计厚度 取C1=0.675mm名义厚度

39、 .经查阅文献.取；有效厚度 水压试验压力 所选材料的屈服应力 水压试验应力校核由于故水压强度满足要求。4.2前端管箱短节和封头厚度的计算 由工艺设计给定设计参数为：设计温度150.设计压力1.60MPa,选用碳钢-20钢板.材料许用应力=130MPa,屈服强度.取焊缝系数0.70.腐蚀裕度 。计算厚度 设计厚度 名义厚度 结合考虑开孔补强及结构需要取；有效厚度 压力试验在这种情况下一定满足。管箱封头厚度与短节相同.取.封头尺寸17见表4-1.结构见图4-1。 表4-1 封头尺寸表公称直径DN（mm）曲面高度（mm）直边高度（mm）碳钢厚度（mm）内表面积 A 容积 V600150408046

40、400396图 4-1 标准椭圆形封头结构简图4.3后端管箱短节和封头厚度的计算由工艺设计给定设计参数为：设计温度150.设计压力1.60MPa,选用碳钢-20钢板.材料许用应力=170MPa,屈服强度.取焊缝系数0.70.腐蚀裕度 。后端管箱内径为.其余条件、参数同筒体。短节计算壁厚 短节设计壁厚 短节名义壁厚 有效厚度 水压试验应力校核由于 故水压强度满足要求。管箱封头也选用标准椭圆封头：封头计算壁厚： 封头名义壁厚： .取名义壁厚与短节等厚 .封头尺寸见表4-2.封头结构见图4-2。 表4-2 封头尺寸表公称直径DN（mm）曲面高度（mm）直边高度（mm）碳钢厚度（mm）内表面积 A 容

41、积 V 60015025804360.0352图 4-2 标准椭圆形封头结构简图4.4固定管板强度计算 固定管板厚度设计采用BS法。假定管板厚度 b=54总换热管数量 n=196一根管壁金属的横截面积为：开孔强度削弱系数（四程） 两管板间换热管有效长度（除掉两管板厚）L 取5892；计算系数K：故K=2.50；按管板简支考虑.依K值查图得G1=0.70.G2=1.65.G3=0.052筒体内径截面积 管板上管孔所占的总截面积： 系数 系数 管板选材为16Mn锻。换热管选材为20号碳钢.在20300范围.膨胀系数大约为13.09 。 系数 筒体壳壁的横截面积:20号碳钢弹性模量E=206Gpa系

42、数 壳程压力 .管程压力 当量压差 最大压差管板最大应力：管子最大应力： 或管板和管子的强度校核管板计算厚度满足强度要求。考虑管板双面腐蚀取C2=3mm.隔板槽深取 4mm.实际管板厚为46mm。4.5管箱短节开孔补强校核 开孔补强采用等面积补强法.由工艺设计给定的接管尺寸为考虑实际情况选20号碳钢钢管=130 MPa, , C2=1.5mm。接管计算壁厚 接管有效壁厚 开孔直径 接管有效补强宽度B=2d=2132.8=265.6mm 接管外侧有效补强高度 需要补强面积 可以作为补强的面积为该接管补强的强度足够.不需要另设补强结构。4.6壳体接管开孔补强校核 选取20号碳钢管 .钢管许用应力。

43、接管计算壁厚 接管有效壁厚 开孔直径 接管有效补强宽度 接管外侧有效补强高度 需要补强面积 可以作为补强的面积为 （4-30） (4-31) (4-32)故该开孔补强的强度足够.不需另行补强。第五章、制造安装清洗与维修5.1 换热器的制造5.1.1 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。5.1.2 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

44、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。5.1.3 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。 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&

45、#177;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。5.1.4 折流板由于折流板很薄.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。5.1.5 管板 管板由低合金钢锻件Q345（16Mn）制成.加工前表面不平度不得大于2mm.如超过此值.应先进行校平.然后进行加工。 拼接管

46、板的对接接头应进行100%射线或超声检测.按JB4730-94进行表面检测.检测结果不低于级.或超声检测中的级为合格20。换热管与管板的连接：二者采用焊接的形式连接.连接部位的换热管和管板孔表面.应清理干净.不得有毛刺、铁屑、锈斑、油污等。焊渣及凸出于换热器内壁的焊瘤均应清除。 管板与换热管焊接时.管孔表面粗糙度Ra值25µm。根据换热器的结构形式.应在换热器的两端留有足够的空间来满足操作、清洗、维 修的需要.固定管板式换热器的 两端应留出足够的空间以便能抽出和更换管子。5.2 换热器的安装5.2.1安装安装位置：根据该换热器的结构形式.在换热器的两端留有足够的空间来满足拆装、维修的

47、需要。安装换热器的基础：必须足以使换热器不发生下沉.或使管道把过大的变形传到换 热器的接管上。5.2.2 地脚螺栓和垫铁（1）活动支座的地脚螺栓应装有两个紧锁的螺母.螺母与底板间应留有13mm的间隙。（2）地脚螺栓两侧均有垫铁.但不得与下面的平垫铁或滑板焊死。（3）垫铁的安装不应妨碍换热器的热膨胀。5.3 换热器的焊接5.3.1 壳体焊接工艺焊接壳体时.应先焊筒节纵缝.焊好后校圆.再组装焊接环缝。要注意的是必须先焊纵缝后焊环缝.因为若先将环缝焊好再焊纵缝时筒体的膨胀和收缩都要受到环缝的限制.其结果会引起过大的应力.甚至产生裂纹21。每条焊缝的焊接次序是先焊筒体里面.焊完后从外面用碳弧气刨清理焊

48、根.将容易产生裂纹和气孔的第一层焊缝基本刨掉.经磁粉或着色探伤确信没有缺陷存在后再焊外侧。壳体的材料为20号碳钢.其可焊性较好。焊前不需要进行预热.采用埋弧自动焊.开V型坡口.采用H08Mn2焊丝和HJ431焊剂.焊完后需将其加热到600650.要进行焊后热处理以消除残余应力.而且也可软化淬硬部位.提高韧性。5.3.2 换热管与管板的焊接工艺换热管与管板的焊接一般采用手工电弧焊.也广泛采用惰性气体保护焊.在此选择其焊接方式为手工电弧焊。管子的材料为10号钢.而管板的材料为锻件16Mn.两者的焊接性能都较好.由于管板厚度较大.此时应进行焊前预热.预热温度为100200.选用焊条J506.焊后热处

49、理温度为600650.以消除残余应力。管子与管板焊接最主要的问题是焊接缺陷.缺陷一般为气孔或裂纹。它们直接关系到工程的质量。产生气孔的主要是附在管子和管板孔上的油脂、铁锈、空气和堆焊管板时复层中夹有的焊渣在受热时分解而造成。因此在焊接前.要特别注意焊接部位的脱脂和除锈。另一个可能产生的缺陷是裂纹.如果接头的化学成分控制不当.热影响区过度硬化.结点处有油污及管子与管板孔配合间隙过大等.都易在焊缝处引起裂纹。5.3.3 法兰与筒体的焊接工艺法兰与筒体的焊接属于C类接头。法兰的材料为锻件20MnMo.筒体的材料为20号碳钢.两者都具有良好的综合机械性能和焊接性能.此时可以采用埋弧自动焊.焊丝为H10MnSiA.焊剂为HJ250.焊后需要进行消除应力热处理.需要将热处理温度控制在550650。5.4换热器结垢的清洗 5.4.1、 清洗剂的选择 清洗剂的选择.目前采用的是酸洗.它包括有机酸和无机酸。有机酸主要有：草酸、甲酸等。无机酸 主要有：盐酸、硝酸等。根据换热器结垢和工艺、材质和水垢成分分析得出： 1)换热器流通面积小.内部结构