F150浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)含10張CAD圖

F150浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)含10張CAD圖,f150,頭式,換熱器,設(shè)計(jì),10,cad F150浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)摘 要換熱器是工業(yè)生產(chǎn)中常用的設(shè)備，對(duì)不同工作介質(zhì)中的換熱器性能有不同的要求，是可以在冷熱流體之間傳輸熱量的設(shè)備。此次設(shè)計(jì)了雙管程單殼程浮頭式換熱器。浮頭換熱器的一邊是固定格柵，另一邊是浮頭。因此，益處是熱應(yīng)力相對(duì)較小，易于查驗(yàn)和清洗。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。本次設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：管程設(shè)計(jì)壓力為1.65Map，殼程為1.55Mpa；管程設(shè)計(jì)溫度為420，殼程設(shè)計(jì)溫度為90；管程介質(zhì)是煙道氣，殼程介質(zhì)是水；管程腐蝕余量自定，殼程換熱面積為150。關(guān)于核實(shí)計(jì)算，采用了傳統(tǒng)的工藝計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算。傳統(tǒng)的換熱工藝計(jì)算主要包括傳熱面積、傳熱系數(shù)的確定、管程降壓、殼程壓降、流體性質(zhì)和壓強(qiáng)校核等問(wèn)題。強(qiáng)度計(jì)算的重點(diǎn)是管體、管箱、管頭、驗(yàn)收、支撐、隔板和板厚計(jì)算、其他部位的設(shè)計(jì)和管法蘭、墊片、安設(shè)、裝配，以及一定程度的強(qiáng)度檢查。本設(shè)計(jì)主要按GB 151管殼式換熱器和GB 150壓力容器設(shè)計(jì)。換熱器廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和其它領(lǐng)域，當(dāng)然，在日常生活和現(xiàn)實(shí)中，熱交換設(shè)備是非常普遍的，是不能缺少的工業(yè)設(shè)備之一。隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用也取得了顯著成果。關(guān)鍵詞: 換熱器；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；熱力計(jì)算；強(qiáng)度校核； 應(yīng)用范圍VABSTRACTHeat exchangers are commonly used equipment in industrial production. They have different requirements for the performance of heat exchangers in different working media. They are devices that can transfer heat between hot and cold fluids. This paper designs a floating head heat exchanger with double tube and single shell. The fixed grille is on one side of the floating head heat exchanger and the floating head is on the other side. Therefore, the thermal stress benefit is relatively small and easy to inspect and clean. The downside is that the structure is more complex.The main design parameters of this design are as follows: the design pressure of the tube is 1.65Map, and the shell is 1.55Mpa. The shell side of the tube side design temperature is 420 , design temperature is 90 ; Pipe medium is flue gas, shell medium is water; The shell side of the tube side corrosion allowance since, so the heat exchange area of 150 . For verification calculation, traditional process calculation and strength calculation are adopted. The traditional calculation of heat transfer process mainly includes heat transfer area, determination of heat transfer coefficient, pipe pressure reduction, shell pressure drop, fluid properties and pressure check and other issues. Strength calculation focuses on pipe body, pipe box, pipe head, acceptance, support, diaphragm and plate thickness calculation, other parts of the design and pipe flange, gasket, installation, assembly, and a certain degree of strength inspection. This design is mainly designed according to GB 151 shell and tube heat exchanger and GB 150 pressure vessel. Heat exchanger is widely used in industry, agriculture and other fields, of course, in daily life and reality, heat exchange equipment is very common, is one of the indispensable industrial equipment. With the continuous development of science industrial application has also achieved remarkable results.Key words: heat exchanger; Structure design; heat calculation； Strength check； Application range 目 錄1緒論11.1浮頭式換熱器簡(jiǎn)介11.2 浮頭式換熱器原理11.3 浮頭式換熱器優(yōu)缺點(diǎn)11.4換熱器的應(yīng)用12結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32.1 換熱流程設(shè)計(jì)32.2 管子和傳熱面積32.3 管子排列方式32.4 殼體42.5 管箱42.6 固定管板52.7 分程隔板52.8 折流板62.9 拉桿72.10進(jìn)出口管82.11浮頭箱92.12 浮頭92.13 補(bǔ)強(qiáng)圈102.14 法蘭102.15 支座123強(qiáng)度校核143.1管箱封頭的校核143.2管箱筒體的校核153.3殼程圓筒的校核163.4管箱法蘭的校核173.5筒體法蘭的校核183.6管箱螺栓間距的校核193.7筒體螺栓間距的校核203.8總體強(qiáng)度校核方法214加工工藝224.1簡(jiǎn)體224.2封頭和管箱224.3管子234.4管板234.5折流板234.6膨脹節(jié)234.7管束的組裝244.8管子與管板的連接244.9焊后熱處理244.10設(shè)備組裝245換熱器的安全防腐255.1換熱器的腐蝕255.2換熱器的防腐255.3換熱器的清洗265.4換熱器的防垢處理27參考文獻(xiàn)29致謝301.緒論1.1浮頭式換熱器簡(jiǎn)介浮頭式換熱器屬于管殼式換熱器中的一種。管殼式換熱器因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定，技術(shù)性能好，應(yīng)用范圍廣，傳熱系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，且管殼式換熱器還具有比較好的經(jīng)濟(jì)性，所以在許多領(lǐng)域中，應(yīng)用非常廣泛。而浮頭式換熱器正是其主要代表1。因此在許多國(guó)家中，浮頭式換熱器的研究被高度重視，浮頭式換熱器作為傳熱設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中深受人們喜愛(ài)。1.2 浮頭式換熱器原理浮頭式換熱器的兩端是管板，一端管板連接殼體被固定，而另一端不連接殼體，可以自由的在殼體內(nèi)浮動(dòng)，稱之為浮頭。浮頭可以設(shè)計(jì)成可拆卸的，殼體和管程對(duì)熱膨脹是自由的，因此當(dāng)兩個(gè)介質(zhì)的溫度相差較大時(shí)，管程和殼體之間可以消除溫差應(yīng)力。浮頭可以設(shè)計(jì)成可拆卸的，使他可以自由的插入或取出殼體，這樣可以使清潔和維修變得更加簡(jiǎn)便2。1.3 浮頭式換熱器優(yōu)缺點(diǎn)1.3.1浮頭式換熱器優(yōu)點(diǎn)（1）管程和殼程的清潔方便；（2）兩個(gè)介質(zhì)的溫度相差不受影響；（3）在高溫和高壓的條件下也能正常工作；（4）在結(jié)垢比較嚴(yán)重的地方也能正常工作；（5）在管程容易腐蝕的地方也能正常工作；1.3.2 浮頭式換熱器缺點(diǎn)（1）浮頭端容易發(fā)生流漏（2）對(duì)于金屬材料的消耗比較大，成本高大約20%（3）結(jié)構(gòu)框架更加復(fù)雜1.4換熱器的應(yīng)用換熱器是一種工業(yè)設(shè)備，在工業(yè)熱交換過(guò)程中無(wú)法替代。它被廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)，如動(dòng)力、化學(xué)、冶金、輕工業(yè)等。同時(shí)他也是空調(diào)和供熱中不可缺少的一部分。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及資源節(jié)約和新能源開(kāi)發(fā)的緊迫性，在近幾年開(kāi)發(fā)出了一系列新型的換熱器，如可拆卸式、全焊板式、淺密波紋型、非對(duì)稱型等。近幾年來(lái)?yè)Q熱器使用增加，需求增加，生產(chǎn)增加。換熱器在許多方面都被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。例如，冷凍食品行業(yè)，蒸汽機(jī)里有蒸發(fā)器和電容器。例如糖和紙的生產(chǎn)。糖水蒸發(fā)器和紙板蒸發(fā)器都有變熱，在化學(xué)工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，使用換熱器的應(yīng)用范圍更加廣泛。在航空航天工業(yè)中，換熱器也是發(fā)動(dòng)機(jī)和輔助發(fā)動(dòng)機(jī)及時(shí)放出熱量的一部分。使用變換器的其他領(lǐng)域也很多。為了在各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域充分利用能源、節(jié)約能源、減少排放潛力，我們必須組織熱交換機(jī)過(guò)程，利用和加工熱量。世界上煤炭、石油和天然氣供應(yīng)有限，因此各國(guó)面臨著嚴(yán)重的能源短缺問(wèn)題，并正在努力開(kāi)發(fā)新的能源。因此，熱交換和能源發(fā)展(太陽(yáng)能、地?zé)崮?、海洋能?與經(jīng)濟(jì)密切相關(guān)。因此，換熱器被用于電力、煉金術(shù)、化學(xué)工程、力學(xué)、力學(xué)、食品工業(yè)等等。這樣，我們就能找到更多的方法來(lái)使用浮頭式換熱器，使浮頭式換熱器更有效的工作。22.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 換熱流程設(shè)計(jì)采用1殼程2管程的1-2型換熱器。由于換熱器的尺寸較小，所以用一臺(tái)，不考慮多臺(tái)組合使用。管程分程采用橫向隔板結(jié)構(gòu)，主要優(yōu)點(diǎn)是布管密切。殼體分程采用縱向隔板結(jié)構(gòu)9，主要優(yōu)點(diǎn)是布管密切。2.2 管子和傳熱面積除了熱交換管需要足夠的強(qiáng)度外，用膨脹管固定時(shí)，為了避免膨脹引起的龜裂，管需要良好的塑性。焊接和固定時(shí)，管道要求良好的焊接性，為了保證管道的質(zhì)量，一般采用優(yōu)質(zhì)碳鋼，一般對(duì)于不具有腐蝕性或腐蝕性不大的流體，可采用10號(hào)和20號(hào)鋼管。對(duì)于高腐蝕性流體，可采用不銹鋼（189）10、鋼、鋁等無(wú)縫管，在強(qiáng)腐蝕性流體的情況下，可采用石墨管、聚四氟乙烯管等。由于水、油的腐蝕性少，所以可以采用碳鋼，現(xiàn)在選定了20號(hào)鋼的無(wú)縫鋼管。根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用的無(wú)縫鋼管管子總數(shù)為330根。其傳熱面積為： 2.3 管子排列方式管子在管板上的排列方式，必須考慮均勻、緊湊、清潔和整體結(jié)構(gòu)的要求。基本的排列方式有三種11：（1）正三角形排列：該排列十分緊密，管外的流體湍流程度高；（2）正方形排列：給熱效果不好，但容易清洗；（3）正方形錯(cuò)列：可以一定量的提高給熱系數(shù)。 圖1 各種排列方式多管路換熱器常采用組合排列法 11 ，各行程為正三角形排列，各等級(jí)間為正方形排列，隔板配置容易。綜合比較以上幾種布管方式，可采用組合排列形式，中間正方形，其余三角形。布管位置如圖1示。在十字型的走廊設(shè)置隔板，有殼流體的泄漏和旁路的問(wèn)題，共計(jì)有330個(gè)管孔，其中6個(gè)是為了安裝拉桿。2.4 殼體殼體材料除了必須滿足一定的強(qiáng)度外，由于在制造過(guò)程中經(jīng)過(guò)搭接、沖壓和焊接，材料還需要一定的可塑性和焊接性，一般采用含碳量較低的、等，現(xiàn)選用鋼12。殼體內(nèi)徑Ds=700mm 殼體壁厚： （1） 為殼體工作溫度下的許用應(yīng)力，已知?dú)こ淘O(shè)計(jì)溫度為90，則tw220。根據(jù)碳鋼板許用應(yīng)力，表查得=167為焊縫系數(shù)13，取=0.85，p1為工作壓力，等于1.6MPac=2mm則 實(shí)取，之后要用有限元分析軟件solidworks進(jìn)行強(qiáng)度校核。2.5 管箱2.5.1 封頭根據(jù)壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范采用材質(zhì)為16MnR的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，在滿足強(qiáng)度要求的情況下，其壁厚可用以下公式計(jì)算： （2） 已知管程設(shè)計(jì)溫度為200，則tw80mm接管就必須加開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)， 當(dāng)殼體名義厚度小于或等于12mm時(shí)，Dg50mm接管就必須加開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)。因此，必須在DG 100的管箱管和DG 150的管箱管上開(kāi)孔進(jìn)行加強(qiáng)。在補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了補(bǔ)強(qiáng)圈的尺寸，按標(biāo)準(zhǔn)尺寸Dg100的接管補(bǔ)強(qiáng)圈外直徑D0=210mm，Dg150的接管補(bǔ)強(qiáng)圈外直徑D0=300mm。補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度可通過(guò)等面積補(bǔ)強(qiáng)法進(jìn)行計(jì)算。此處不作具體計(jì)算，設(shè)定補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度均為15mm。 2.14 法蘭2.14.1 法蘭密封面的型式管道法蘭和壓力容器連接中通常使用下面三種密封面型式。a.平面型密封面密封面是突出的光滑平面。 這個(gè)密封面構(gòu)造簡(jiǎn)單，加工容易，防腐蝕襯里容易完成。 但是，系緊螺栓后，墊圈的材料容易向兩側(cè)延伸，難以壓迫，因此，適用于必要的壓縮力不高，介質(zhì)沒(méi)有毒性的情況。b.凹凸型密封面它由凸面和凹面構(gòu)成，將墊圈放置在凹面上，按壓墊圈時(shí)，凹面的外側(cè)有支撐，因此墊圈不會(huì)被推出。c.榫槽型密封面密封面由榫和溝構(gòu)成，墊圈進(jìn)入溝內(nèi)。 密封面上的這些規(guī)定不是非金屬軟墊圈，而是采用螺旋式金屬墊圈，容易得到良好的密封效果。 用于密封易燃易爆、易爆炸、有毒介質(zhì)的密封裝置。密封面凸出部分易損壞，搬運(yùn)和拆卸時(shí)應(yīng)注意。選擇密封面時(shí)，綜合考慮介質(zhì)因素和拆卸因素，殼體法蘭采用凹凸型密封面，管箱接管法蘭采用平面型密封面，殼體接管法蘭采用凹凸型密封面。2.14.2 殼體法蘭殼體接管采用平頸對(duì)焊法蘭，由于管箱、殼體、浮頭箱直徑都不一樣，因此在選用法蘭時(shí)，不能只按標(biāo)準(zhǔn)選取。如圖6為殼體與浮頭箱的對(duì)接法蘭，DN=800mm的是按標(biāo)準(zhǔn)選取的，而DN=700的法蘭是按DN800法蘭螺栓孔的位來(lái)設(shè)計(jì)其尺寸的，圖6 凹凸面密封法蘭大致尺寸如下:DN=800mm的法蘭，D=960mm， D1=915mm，D2=876mm，D3=866mm，H=115mm， h=35mm，=48mm，1=16倒圓角R=12mm，螺柱孔徑r=26，配M24的雙頭螺柱。DN=700mm的法蘭，D=960mm，D1=915mm，D4=863mm， H=115mm， h=35mm， =46mm，1=16，倒圓角R=12mm，螺柱孔徑r=26，配M24的雙頭螺柱。其它的法蘭裝配尺寸見(jiàn)三維實(shí)體圖。2.14.3 接管法蘭管箱接管采用平頸對(duì)焊法蘭，如圖7示： 圖7 接管法蘭設(shè)計(jì)尺寸按化工機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其尺寸大致如下：管箱接管：DN=100 PN=2.5MPa時(shí)：N=132mm，K=190mm，D=235mm，H=66mm，H1=12mm，S=6mm，法蘭厚度C=24mm螺栓孔直徑L=22mm，配M20的螺栓8個(gè)殼體接管：DN=150 PN=1.6MPa時(shí)：N=132mm，K=190mm，D=285mm，H=61mm，H1=12mm，S=6.5mm，法蘭厚度C=22mm，螺栓孔直徑L=22mm，配M20的螺栓8個(gè)另外，對(duì)焊時(shí)法蘭要在頸部開(kāi)坡口。2.15 支座臥式設(shè)備通常采用兩個(gè)鞍座。這是因?yàn)椋绻褂枚鄠€(gè)支柱，基礎(chǔ)的水平高度可能不一致，這會(huì)導(dǎo)致支柱反應(yīng)分布不均，從而增加設(shè)備的局部應(yīng)力，因此采用兩個(gè)支柱。采用雙支架時(shí)，一個(gè)鞍座為固定支架，地腳螺栓為圓孔；另一個(gè)是活動(dòng)支座，地腳螺栓為長(zhǎng)圓孔，帶兩個(gè)螺母，將第一個(gè)螺母向后擰一圈，然后用第二個(gè)螺母鎖緊。這樣，隨著溫度的變化，設(shè)備可以自由擴(kuò)展。如圖8示：圖8 鞍式支座243強(qiáng)度校核3.1管箱封頭的校核管箱封頭的校核如表2所示：表2 管箱封頭校核前端管箱封頭計(jì)算計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 1.35MPa設(shè)計(jì)溫度 t 480.0 C內(nèi)徑 Di 600.00mm曲面高度 hi 100.00mm材料 16MnR(正火) (板材)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 43.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 40.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.00mm腐蝕裕量 C2 1.00mm焊接接頭系數(shù) f 0.85厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù) K = = 1.0000計(jì)算厚度 d = = 6.77mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.00mm最小厚度 dmin = 0.50mm名義厚度 dn = 8.00mm結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 14.44 Kg壓 力 計(jì) 算最大允許工作壓力 Pw= = 4.16426MPa結(jié)論 合格3.2管箱筒體的校核管箱筒體的校核如表3所示：表3 管箱筒體校核管箱筒體計(jì)算計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 1.35MPa設(shè)計(jì)溫度 t 480.00 C內(nèi)徑 Di 600.00mm材料 16MnR(正火) ( 板材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 43.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 40.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss 95.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.00mm腐蝕裕量 C2 1.00mm焊接接頭系數(shù) f 0.85厚度及重量計(jì)算有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.00mm名義厚度 dn = 9.00mm壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 205.89 MPa校核條件 sT sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力 Pw= = 4.12845MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 116.29MPastf 120.02MPa校核條件stf st結(jié)論 合格3.3殼程圓筒的校核殼體圓筒的校核如表4所示：表4 殼程圓筒校核殼程圓筒計(jì)算計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 1.25MPa設(shè)計(jì)溫度 t 95.00 C內(nèi)徑 Di 600.00mm材料 16MnR(正火) ( 板材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 170.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 162.30MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss 345.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.00mm腐蝕裕量 C2 1.00mm焊接接頭系數(shù) f 0.85厚度及重量計(jì)算有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.00mm名義厚度 dn = 8.00mm重量 153.26Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT = 1.25P = 1.9640 MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 67.17 MPa校核條件 sT sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力 Pw= = 4.74538MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 44.48MPastf 137.96MPa校核條件stf st結(jié)論 合格表5 管箱法蘭校核管箱法蘭計(jì)算設(shè) 計(jì) 條 件簡(jiǎn) 圖設(shè)計(jì)壓力 p4.000MPa計(jì)算壓力 pc4.753MPa設(shè)計(jì)溫度 t480.0 C軸向外載荷 F80000.0N外力矩 M1430000.0N.mm殼材料名稱16MnR(正火)體許用應(yīng)力 143.0MPa法材料名稱0Cr18Ni9許用sf130.0MPa蘭應(yīng)力stf86.5MPa材料名稱40MnVB螺許用sb230.0MPa應(yīng)力stb155.5MPa栓公稱直徑 d B24.0mm螺栓根徑 d 116.0mm數(shù)量 n20個(gè)Di600.0Do680.0墊結(jié)構(gòu)尺寸Db625.0D外654.0D內(nèi)598.008.0片 mmLe17.5LA-3.5h50.0125.0材料類型軟墊片N5.0m2.00y11.0螺 栓 受 力 計(jì) 算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WaWa= bDG y = 38099.6N操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WpWp = Fp + F = 772798.5 N所需螺栓總截面積 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 4685.9mm2實(shí)際使用螺栓總截面積 AbAb = = 4698.0mm23.4管箱法蘭的校核管箱法蘭的校核如表5所示：3.5筒體法蘭的校核筒體法蘭的校核如表6所示：表6 筒體法蘭校核筒體法蘭計(jì)算設(shè) 計(jì) 條 件簡(jiǎn) 圖設(shè)計(jì)壓力 p4.000MPa計(jì)算壓力 pc4.753MPa設(shè)計(jì)溫度 t480.0 C軸向外載荷 F14211.0N外力矩 M15400.0N.mm殼材料名稱16MnR(正火)體許用應(yīng)力 140.0MPa法材料名稱16MnR(正火)許用sf140.0MPa蘭應(yīng)力stf86.5MPa材料名稱40MnVB螺許用sb230.0MPa應(yīng)力stb155.5MPa栓公稱直徑 d B24.0mm螺栓根徑 d 116.0mm數(shù)量 n24個(gè)Di437.0Do515.0墊 結(jié)構(gòu)尺寸Db480.0D外446.0D內(nèi)436.008.0 mmLe17.5LA-3.5h40.0125.0片材料類型軟墊片N5.0m2.00y11.0螺 栓 受 力 計(jì) 算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WaWa= bDG y = 38099.6N操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WpWp = Fp + F = 682716.0 N所需螺栓總截面積 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 3849.5mm2實(shí)際使用螺栓總截面積 AbAb = = 4698.0mm2筒體法蘭的校核校核合格3.6管箱螺栓間距的校核管箱螺栓的間距校核如表7所示：表7 管箱螺栓間距校核管箱螺栓間距校核實(shí)際間距 = 73.2mm最小間距 46.0 (查GB150-98表9-3)mm最大間距 150.0mm 形 狀 常 數(shù) 確 定59.13h/ho = 0.6K = Do/DI = 1.124 3.2由K查表9-5得T=1.848Z =6.144Y =11.905U=13.082應(yīng)力性質(zhì)計(jì) 算 值許 用 值結(jié) 論軸向應(yīng)力 82.00MPa =126.2 或 =353.0( 按整體法蘭設(shè)計(jì)的任意式法蘭, 取 ) 校核合格徑向應(yīng)力 22.27MPa = 84.2校核合格切向應(yīng)力21.98MPa = 84.2校核合格綜合應(yīng)力 = 52.13MPa = 84.2校核合格法蘭校核結(jié)果校核合格3.7筒體螺栓間距的校核筒體螺栓的間距校核如表8所示：表8 筒體螺栓間距校核筒體螺栓間距校核實(shí)際間距 = 73.2mm最小間距 44.0 (查GB150-98表9-3)mm最大間距 150.0mm 形 狀 常 數(shù) 確 定59.13h/ho = 0.6 K = Do/DI = 1.124 3.2由K查表9-5得T=1.854Z =6.324Y =11.930U=13.21剪應(yīng)力校核計(jì) 算 值許 用 值結(jié) 論輸入法蘭厚度f(wàn) = 45.0 mm時(shí), 法蘭應(yīng)力校核應(yīng)力性質(zhì)計(jì) 算 值許 用 值結(jié) 論軸向應(yīng)力 109.76MPa =215.1 或 =405.8( 按整體法蘭設(shè)計(jì)的任意式法蘭, 取 ) 校核合格切向應(yīng)力28.99MPa = 142.5校核合格綜合應(yīng)力 = 70.05MPa = 142.5校核合格法蘭校核結(jié)果校核合格3.8總體強(qiáng)度校核方法將換熱器主要通過(guò)不同厚度和重量有多重目的,實(shí)驗(yàn)壓力不同,換熱器組件分別計(jì)算,以便準(zhǔn)確排除,通過(guò)計(jì)算結(jié)構(gòu)尺寸、工藝計(jì)算、壁溫計(jì)算熱流,換熱器流體流動(dòng)阻力計(jì)算、零件和內(nèi)部結(jié)算單位,完成換熱器的設(shè)計(jì)。熱交換器的安裝和接收。當(dāng)U型管的兩邊固定在同一塊管板上時(shí)，熱交換器具有共同的熱交換加熱器效率，一根管子可以膨脹。如果溫度不同，船體和U型熱交換器的溫度不可能產(chǎn)生。使用計(jì)算機(jī)程序優(yōu)化熱交換器的結(jié)構(gòu)尺寸。在這里使用電子表格來(lái)計(jì)算數(shù)據(jù)的不同部分，以便更直觀地了解項(xiàng)目的每個(gè)部分是否符合要求，并根據(jù)熱交換器的單獨(dú)部分計(jì)算。這樣就不會(huì)有混亂，條理更加清晰。4.加工工藝4.1簡(jiǎn)體換熱器筒體的橢圓度要求更高，因?yàn)樾枰谕搀w和折疊板之間有適當(dāng)?shù)拈g隙。如果它太大就不能影響熱效應(yīng)，如果它太小了，不可能安裝起來(lái)。因此，在下料和輾壓過(guò)程中，殼體必須小心安裝，下料須正確的。切割方法有機(jī)械切割方法，氧和等離子體等。機(jī)械切割由斜切割器、低效和非硬性材料組成:氧氣切割器可以切割更厚的碳鋼板，但不能切割不銹鋼和其他高熔化金屬;等離子體制動(dòng)不僅能切割高血漿溫度的金屬或非金屬，而且還能有效地切割光滑光滑的切口，而且還能產(chǎn)生少量的熱活動(dòng);材料生產(chǎn)率沒(méi)有重大變化;人工制品的變形成本較低。切割的鋼板必須在邊緣進(jìn)行加工，這取決于鋼板的厚度和用于高壓和低壓工作的形狀。需要注意的是，在簡(jiǎn)形成一個(gè)圓后，圓簡(jiǎn)立即被釋放，在縱向縫合線之后，羅爾的扳機(jī)被釋放。電焊接使用手動(dòng)電弧焊接或掩埋電極，這需要在焊接過(guò)程中得到注意。電極應(yīng)保持干燥，如發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，應(yīng)完全鑿去，再進(jìn)行下一層的焊接，盡可能地使用平焊，減少應(yīng)力和應(yīng)變。所有縱向、環(huán)形縫合線(除汽化器外)都必須重新加工成水平平面，以使管束更容易組裝。接管不應(yīng)該開(kāi)在焊痕上,而應(yīng)該與相連接的內(nèi)表面齊平。4.2封頭和管箱封頭和管狀盒子的厚度一般不小于殼體的最小厚度，而開(kāi)口的吸收通常發(fā)生在整體上，而不是加強(qiáng)板塊。對(duì)角線橫膈膜必須兩邊都有長(zhǎng)度，并且必須有相應(yīng)的縫合線。由于焊接應(yīng)力大，故管箱和封頭法蘭等焊接后，需進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理，最后進(jìn)行機(jī)械加工。在腐蝕性環(huán)境中，管狀盒子和墊圈可以用作合金的組合或腐蝕襯里，也可以作為焊接在法蘭內(nèi)和兩端。在熱交換過(guò)程中，管道加工、管板加工、管道與管板連接是熱交換板的一個(gè)特征，特別是在管道與管連接過(guò)程中是熱交換過(guò)程中最重要的部分，這在全世界都很重要，并且進(jìn)行了廣泛的研究。目前，隨著我國(guó)石油加工、化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，熱交換條件變得越來(lái)越嚴(yán)格。為了適應(yīng)國(guó)內(nèi)外的熱浪和鞏固需要，已經(jīng)成功地研究了許多新技術(shù)，這些技術(shù)將在未來(lái)逐步用于生產(chǎn)。4.3 管子直管采用整根管子，不可以讓中間存在縫隙，U型管可以拼接，對(duì)接焊接必須經(jīng)過(guò)JB1147-80的檢查。連接的位置必須正確地選擇，以便盡可能接近彎曲，以避免滾動(dòng)問(wèn)題，因?yàn)檫B接是通過(guò)支架通過(guò)的。U型管的最小彎曲半徑，現(xiàn)在可能是國(guó)內(nèi)外側(cè)管道大小的兩倍。彎曲必須通過(guò)管子直徑0.85倍的球的強(qiáng)度測(cè)試來(lái)測(cè)試它的周長(zhǎng)。4.4管板管校毛坯可以是合金制的，焊制的和復(fù)合的。假設(shè)是鋼板材料，在加工前表面不平度時(shí)，但直經(jīng)小于1000毫米時(shí)小于2毫米;在相等或超過(guò)1000毫米的情況下，不應(yīng)該超過(guò)3毫米，如果超過(guò)以上規(guī)定，應(yīng)該先進(jìn)行校平，然后進(jìn)行精加工。鍛造時(shí)的碳鋼材料,由于位移導(dǎo)致空穴形成裂縫和管焊后應(yīng)檢查管子管板表面含碳量,以便含碳量達(dá)到0.19%。從任何點(diǎn),或添加兩層狀板焊接在堆肥低,避免影響極化。大型熱交換管管板可以由數(shù)塊組成，但連接接縫必須經(jīng)100%輻射或超聲波探傷，符合JB1147-80的要求。允許在縫合線上開(kāi)洞。4.5折流板由于折流板一般很薄，鉆頭在鉆洞時(shí)的力會(huì)使管狀板的中心變形，這樣在鉆洞完全圓后，鉆頭就可以對(duì)齊、重疊、擠壓，然后一起鉆洞。請(qǐng)注意，一旦這些板塊被折疊起來(lái)，它們就不可能超過(guò)鉆井平臺(tái)的四分之五厚。為了防止鉆洞時(shí)產(chǎn)生彎曲，需要在鉆洞時(shí)在底部的墊子上放一塊木板來(lái)支撐鉆頭的推力。為了確保順利通過(guò)管道，折流板上的管孔必須與管板中心在同一直線上。管板可以作為鉆模在折流板上進(jìn)行鉆孔,即基于鉆孔布置管板,應(yīng)該鉆出和管板孔距一致的定位孔,然后取下管板,換上適合折流板的鉆頭,通過(guò)引出的定位孔為基準(zhǔn)進(jìn)行加工。但請(qǐng)注意，用于防止誤差積累，故當(dāng)做鉆模的管板必須是第一塊管板。這種加工方法的優(yōu)點(diǎn)是:可以節(jié)省劃線所需要的工序。每塊板之間的距離都是一樣的，以避免制造困難。節(jié)省加工時(shí)間，提高生產(chǎn)率。在鉆洞的基礎(chǔ)上，橫切桿使用外圓的孔和加工，然后根據(jù)需要的靈活折疊板的形式處理并標(biāo)記為對(duì)稱方向，以確保未來(lái)的平滑裝配。4.6膨脹節(jié)膨脹區(qū)域補(bǔ)償了波形的可伸縮變形。波形橫斷面的形狀多種多樣，而它們使用的大多數(shù)形式都是U型，其次是Q型。4.7管束的組裝裝管是一項(xiàng)艱苦的體力勞動(dòng)，許多工廠或人造管在不利的工作條件下效率低下。蘭州煉油廠有一個(gè)完整的管道、風(fēng)車、管道、排水管、排水管和管道，以及一個(gè)機(jī)械化管道，用于機(jī)械化和機(jī)械化處理這一問(wèn)題。熱交換板的組裝要求兩個(gè)管道并行，允許誤差不超過(guò)1毫米;兩個(gè)管之間長(zhǎng)度的誤差為2mm土;管子應(yīng)該是垂直的，管子拉桿應(yīng)牢固固定;小心放置遙測(cè)管的兩端;當(dāng)管子穿過(guò)管子時(shí)，管子的頭不能用鐵棒直接擊打。4.8管子與管板的連接管子與管板之間的連接是管式熱交換的主要問(wèn)題，這已經(jīng)成為所有國(guó)家普遍存在的問(wèn)題。這不僅需要大量的工作時(shí)間，而且更重要的是，連接的地方經(jīng)常在工作中崩潰。因此，開(kāi)發(fā)高效、高質(zhì)量的通信技術(shù)已成為熱交換生產(chǎn)的主要研究主題。連接方法根據(jù)不同的換熱器，不同的處理?xiàng)l件，可分為膨脹、焊接和焊接。所有的熱交換企業(yè)都有足夠的經(jīng)驗(yàn)來(lái)承受更高的壓力，特別適用于材料可焊性差及制造廠的焊接工作量過(guò)大的情況。但脹接存在應(yīng)力腐蝕和疲勞問(wèn)題，并在使用溫度較高時(shí)，由于材料的蠕變使脹接殘余應(yīng)力松地會(huì)引起接頭脫落或松動(dòng)而造成泄調(diào)。所以膨脹通常局限于溫度，一般適用于溫度不超過(guò)300 350C。4.9焊后熱處理根據(jù)不同材料、厚度、焊接方法和使用條件等標(biāo)準(zhǔn)，熱處理通常應(yīng)在下列情況下進(jìn)行:(1)管箱必須有熱處理，在精加工之前中和電壓，否則，在加工過(guò)程中，管道中的電壓會(huì)以影響處理精度的方式重新分配。(2)產(chǎn)生破壞概率腐蝕的結(jié)構(gòu)。(3)鋼、鍍鉻鋼的屈服強(qiáng)度500MPa以上，需要立即處理退火，以消除焊接電壓、避免裂紋和改進(jìn)化合物的機(jī)械性能。4.10設(shè)備組裝重要的是，在組裝封頭管箱和簡(jiǎn)體時(shí)，必須注意法蘭的螺栓的緊固程序，特別是在高壓力的大直徑熱交換器上，應(yīng)均勻地沿直徑方向相對(duì)錯(cuò)開(kāi)上緊。否則，很難保證在水壓試驗(yàn)時(shí)達(dá)到嚴(yán)密不漏。5.換熱器的安全防腐5.1 換熱器的腐蝕換熱器的腐蝕主要是換熱器中的金屬被腐蝕。金屬腐蝕是指金屬受到環(huán)境的化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)的影響。金屬腐蝕造成的危險(xiǎn)是驚人的。根據(jù)相關(guān)資料，每年有三分之一的金屬因氧氣而腐爛，即使經(jīng)過(guò)防腐處理，其中十分之一的金屬也會(huì)被腐蝕。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局進(jìn)行了一項(xiàng)研究，每年損失70億美元相當(dāng)于560億人民幣。在我們國(guó)家沒(méi)有做過(guò)這方面的統(tǒng)計(jì)，但從每年的鍋爐腐蝕報(bào)廢情況來(lái)看是相當(dāng)驚人的。5.2換熱器的防腐5.2.1 BF 30a防腐阻垢劑BF 30a防腐阻垢劑:該藥由北京化工學(xué)院研制，它是根據(jù)緩蝕作用原理，利用閾值效應(yīng)規(guī)律，把具有多種功能的防腐阻垢劑配制成為BF 30a藥劑，投放到水系統(tǒng)中，擴(kuò)散到達(dá)并吸附于金屬表面，從而連續(xù)地起到防止鍋爐及換熱器在運(yùn)行時(shí)腐蝕結(jié)垢和停用時(shí)腐蝕的作用。1.藥劑的使用方法(1)對(duì)于用原水的蒸汽鍋爐和熱水鍋爐系統(tǒng)a. 隨鍋爐上水按2kg/m3量基礎(chǔ)投藥;b.運(yùn)行期間隨補(bǔ)水按1kg/ m3量補(bǔ)充投藥;c.停用時(shí)按Ikg/ m3 量投藥、封閉鍋爐。(2)對(duì)于用軟化水的蒸汽鍋爐和熱水鍋爐系統(tǒng)a.隨鍋爐上水按1.5kg/ m3量基礎(chǔ)投藥;b. 運(yùn)行期間隨補(bǔ)水按0.8kg/m3量補(bǔ)充投藥:c.停用時(shí)按1kg/ m3量投藥、封閉鍋爐。2.藥劑的優(yōu)點(diǎn)(1)高效:對(duì)運(yùn)行鍋爐系統(tǒng)的緩蝕率、阻垢率達(dá)99%。(2)方便:只是按工藝要求投藥。(3)連續(xù):不管運(yùn)行或停用都能長(zhǎng)期做到防腐阻垢。(4)全面:不僅對(duì)鍋爐的運(yùn)行和停用起到防腐，而且對(duì)整個(gè)熱網(wǎng)系統(tǒng)提供全面的防腐阻垢。(5)廉價(jià):不需要昂貴的除氧器及軟化水器的投資費(fèi)用，在停用或運(yùn)行時(shí)均不需要更換藥品從而可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。5.2.2海綿鐵除氧防腐從給水中除去溶解氧，以往常用的方法有熱力除氧法、真空除氧法、解吸除氧法、氧化還原型樹(shù)脂法等。海綿鐵除氧法于1994年由武漢水利電力大學(xué)王蒙聚教授研究，航空設(shè)計(jì)院姚榮佑高工設(shè)計(jì)及試驗(yàn)。該產(chǎn)品具有低投入、易控制、易維修、除氧效果好、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，是很有發(fā)展前途的新型除氧設(shè)備。5.3換熱器的清洗5.3.1機(jī)械清洗法機(jī)械凈化方法通常采用噴水清洗。這項(xiàng)方法適用于碳化物污垢層，化學(xué)凈化無(wú)法去除，其好處是設(shè)備磨損程度較低。缺點(diǎn)是需要拆除設(shè)備。噴水清洗，水壓力的選擇是重要的，通常用于50到70 mpa的壓力。壓力太低，凈化效率太低，壓力過(guò)大可能會(huì)損壞設(shè)備。因此，初步壓力試驗(yàn)必須在噴水清洗前進(jìn)行。噴管的清潔不僅可以從內(nèi)部，而且可以從管道的外部和簡(jiǎn)體內(nèi)部進(jìn)行。更令人滿意的結(jié)果可以用來(lái)清潔塑料鰭、熱交換器或爐子。水中氯氣的含量必須由不銹鋼熱交換加熱器的凈化控制。5.3.2栲膠與堿劑清洗1.凈化原理栲膠與堿劑清洗是用橡膠強(qiáng)力提取物和堿性清潔劑一起進(jìn)行作用。它的機(jī)制有三個(gè)功能:(1)疏松:由于乙烯的主要成分是堿性介質(zhì)中的單寧，很容易溶解在無(wú)營(yíng)養(yǎng)酸中，它對(duì)泥漿中的金屬離子產(chǎn)生復(fù)雜影響，溶解二氧化碳，使它們更容易發(fā)酵。(2)滲透: 橡膠中單寧甚至可以穿透粘土層和設(shè)備基質(zhì)中的金屬之間，在金屬表面形成單寧被鐵保護(hù)膜，破壞粘土和金屬之間的結(jié)合強(qiáng)度，使其更容易剝離。(3)改變晶型結(jié)構(gòu):橡膠提取物和硫酸鹽納基發(fā)生作用，硫酸鹽用硬殼制成晶體，棒狀結(jié)構(gòu)變成更松軟的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。2.除垢方法(1)栲膠用量:根據(jù)結(jié)垢厚度計(jì)算栲膠用量，一般每噸水加栲膠5 10kg。(2)調(diào)整pH值: pH用氫氧化鈉或磷酸三鈉校正pH，除垢劑的 pH 7，其劑量根據(jù)垢厚來(lái)確定。在垢厚2至5毫米之間，磷酸三鈉為每噸水3至5kg，或者每噸水2至4kg氫氧化鈉。堿劑的加入不僅有利于栲膠的除垢效果，而且有利于硫酸鹽水垢的去除。5.3.3鹽酸清洗鹽酸是一種廉價(jià)易得的商品，所以都用鹽酸來(lái)去除污垢，它的除垢機(jī)理有以下四種作用:1.溶解作用鹽酸在碳酸鹽土壤中很容易反應(yīng)，產(chǎn)生一種容易溶解的氯化物，溶解了這種污垢。2.剝離作用鹽酸可以溶解金屬表面的氧化物，從而破壞金屬與粘土的結(jié)合，使其很容易從附在金屬氧化劑上的鹽酸中分離出來(lái)。3.氣掀作用鹽酸與碳酸鹽水垢作用所產(chǎn)生的大量二氧化碳，在逸出過(guò)程中，對(duì)于難溶解或溶解速度較慢的垢層，具有一定的氣掀動(dòng)力，使之從管壁上脫落下來(lái)，水垢中碳酸鹽成分愈多，在酸洗時(shí)這種氣掀作用就愈強(qiáng)烈。4.疏松作用對(duì)于含有硅酸鹽和硫酸鹽的混合水垢，雖然鹽酸反應(yīng)無(wú)法溶解，但與鹽酸混合的氧化碳酸鹽和鐵在鹽酸溶液后溶解，殘留的水垢就會(huì)變得疏松，在流動(dòng)酸洗情況下，它們很容易被沖刷下來(lái)。5.4換熱器的防垢處理?yè)Q熱器運(yùn)行一定時(shí)間以后，熱交換器就會(huì)將一層白水粘附在熱交換墻的內(nèi)部和外部。水垢形成的主要原因是水中含有鈣和鹽，具有共同的特性，其溶解度隨著水溫的升高而下降，變成了難以溶解的鹽。這種鹽的存在對(duì)熱交換產(chǎn)生了以下影響:1. 水垢的熱傳導(dǎo)率很差，比鋼低30- 50倍，泥漿的存在會(huì)在加熱表面產(chǎn)生熱傳導(dǎo)環(huán)，導(dǎo)致加熱表面無(wú)法達(dá)到預(yù)期的溫度下降。根據(jù)相關(guān)信息，試驗(yàn)產(chǎn)生Imm厚度的水垢，換熱器會(huì)降低10%的效率。2. 附著在熱線表面的水垢使得清理變得困難，增加了維修成本，不僅是勞動(dòng)力，還有預(yù)防性加熱損傷，降低了熱交換壽命。3. 水垢產(chǎn)生后，減少了外層和內(nèi)層熱傳熱，增加了熱表面內(nèi)外循環(huán)阻力，而強(qiáng)的循環(huán)截面非常小，甚至完全堵塞，導(dǎo)致熱交換器無(wú)法正常工作。加藥軟化處理對(duì)于處理水垢具有簡(jiǎn)單、高效、節(jié)約和缺乏專門生產(chǎn)水的設(shè)備等特點(diǎn)，且更溫和。加藥軟化處理是一種非常實(shí)用的方法。根據(jù)添加藥物的方法，目前有兩種方法。根據(jù)加藥的方法不同，分校正制處理和防垢劑處理兩種方法。1.常用的校正劑常用的校正劑有NaoH 、NaHCO3,等。水中的穩(wěn)定和修正劑對(duì)水垢的形成做出反應(yīng)，而不會(huì)產(chǎn)生永久的固體。海水中的校正器可以作為水中恒定強(qiáng)度的校正功能。2.常用的防垢劑廣泛的防垢劑包括藥物修正劑和三氯丙磷酸鈉，一種由藥物混合物等物質(zhì)組成的強(qiáng)力提取物。在與水分離后，它們與離子源和鹽鹽分離，產(chǎn)生離子能量和水中的固體，形成光滑的表面，不含污垢。在循環(huán)系統(tǒng)中通常保持適度的數(shù)量，如水泥等防腐劑可以作為防止水垢產(chǎn)生的工具，即使水質(zhì)發(fā)生變化(水硬度上升)，拷膠等防垢劑仍可起到防止生成水垢的作用。當(dāng)給水的永硬較大，暫硬較小，且其計(jì)算硬度不超過(guò)3- 4mol/L一般采用校正劑進(jìn)行循環(huán)水系統(tǒng)處理。30參考文獻(xiàn)1 秦叔經(jīng)，葉文邦.化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書-換熱器.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.15162 工程材料實(shí)用手冊(cè)編輯委員會(huì).工程材料實(shí)用手冊(cè).北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.13143 朱有庭.化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.28304 錢頌文.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.24265 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