F280填料函式換熱器設(shè)計(jì)含10張CAD圖.zip

F280填料函式換熱器設(shè)計(jì)含10張CAD圖.zip,F280,填料函,換熱器,設(shè)計(jì),10,CAD 摘 要換熱器是一種十分重要的節(jié)能設(shè)備，能夠大幅提高能源使用效率，廣泛應(yīng)用于石油、化工、動(dòng)力、冶金等各個(gè)領(lǐng)域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中占據(jù)著特別重要的位置，尤其是在走可持續(xù)發(fā)展路線的今天，節(jié)能環(huán)保成為工業(yè)發(fā)展的一個(gè)主旋律。換熱器在緩解能源緊缺的應(yīng)用中顯得尤為重要，國(guó)內(nèi)外各研究機(jī)構(gòu)、高等院校對(duì)換熱器的研究一直非常重視。根據(jù)任務(wù)書要求，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)對(duì)象為F280填料函式換熱器，主要為換熱器的工藝計(jì)算、換熱器的結(jié)構(gòu)以及強(qiáng)度的設(shè)計(jì)。此次設(shè)計(jì)的主要過程分三個(gè)部分，一是工藝計(jì)算部分，主要是由給定的換熱面積以及其他參數(shù)，進(jìn)行換熱器的選型、校核傳熱系數(shù)、計(jì)算出所需要的管殼程的各部分結(jié)構(gòu)，并初步選定結(jié)構(gòu)的各部分參數(shù)，如材料尺寸等；第二部分是關(guān)于結(jié)構(gòu)以及強(qiáng)度的設(shè)計(jì)校核，主要是對(duì)選定的各部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算；第三部分是對(duì)換熱器的制造安裝，防腐以及后期的維護(hù)保養(yǎng)做出說明。經(jīng)過反復(fù)的修改結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，以及圖紙的繪畫，完成了填料函式換熱器的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：填料函 強(qiáng)度 焊接 防腐ABSTRACT The heat exchanger is a very important energy-saving device that can greatly increase the efficiency of energy use. It is widely used in various fields such as petroleum, chemical industry, power, and metallurgy. It occupies a particularly important position in the national economy, especially in walking. Today, sustainable development has made energy conservation and environmental protection the main theme of industrial development. Heat exchangers are particularly important in the application of mitigation of energy shortages. Research institutions at home and abroad, universities and colleges have always attachedgreat importance to the study of heat exchangers.According to the requirements of the mission statement, this design and design object is a F280 packing heat exchanger, which is mainly for the process calculation of the heat exchanger, the structure of the heat exchanger and the design of the strength. The main process of this design is divided into three parts. The first part is the process calculation part, which mainly consists of a given heat exchange area and other parameters. The heat exchanger is selected, the heat transfer coefficient is calibrated, and the required shell is calculated. The various parts of the structure, and the initial selection of various parameters of the structure, such as the size of the material, etc.; the second part is about the design and verification of the structure and strength, mainly for the stress calculation of the selected parts of the design; The part is to explain the manufacturing and installation of heat exchangers,anti-corrosion and the maintenance of the later stage.After repeated modification of the structural design parameters and drawing drawings, the design of the filler heat exchanger was completed.Keywords: stuffing box ;strength; welding ;anticorrosion 目錄1概述11.1設(shè)計(jì)背景11.2.換熱器的分類11.2.1按照作用原理和實(shí)現(xiàn)傳熱的方式分類11.2.2按使用目的分類21.2.3按照傳熱面的形狀和材料分類21.3管殼式換熱器（列管式換熱器）21.4 設(shè)計(jì)的任務(wù)32 F280填料函式換熱器結(jié)構(gòu)選擇42.1 F280填料函式換熱器設(shè)計(jì)工藝參數(shù)及要求42.1.1煙道氣的物性52.2.2水的物性52.1.3流體空間的選擇52.2換熱器結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇52.2.1換熱管尺寸52.2.2換熱管數(shù)量62.2.3換熱管的排列和管心距62.2.4換熱管的材料72.2.5 殼體72.3 進(jìn)出口設(shè)計(jì)92.3.1 接管接管伸出長(zhǎng)度)92.3.2 接管與筒體、管箱殼體的連接92.3.3 排氣、排液管92.4 接管最小位置102.4.1 殼程接管位置的最小尺寸102.4.2 管箱接管位置最小尺寸102.5 管板112.5.1管板結(jié)構(gòu)選擇112.5.2管板的計(jì)算122.5.1 最小厚度132.6 管箱132.6.1管箱結(jié)構(gòu)形式132.6.2 管箱材料的選擇142.7殼體與管板的連接結(jié)構(gòu)152.7.1容器法蘭的結(jié)構(gòu)選擇152.7.2容器法蘭的參數(shù)選擇152.7.3外頭蓋法蘭、外頭蓋側(cè)法蘭與外頭蓋墊片、浮頭墊片162.8管板與管箱的連接162.9管板與換熱管的連接162.9.1脹接172.9.2焊接172.9.3脹焊結(jié)合172.9.4焊接方法及結(jié)構(gòu)173 F280填料函式式換熱器其他各部件結(jié)構(gòu)183.1 折流板與支承板183.1.1 折流板的主要幾何參數(shù)183.1.2 折流板的最小厚度183.1.3 折流板的管孔193.1.4 折流板外直徑及允許偏差193.1.5 折流板間距193.2 防沖與導(dǎo)流203.2.1 防沖板的結(jié)構(gòu)203.2.2 防沖板的位置和尺寸213.3 拉桿與定距管213.3.1 拉桿的結(jié)構(gòu)和尺寸213.3.2 拉桿的布置233.3.3 定距管尺寸233.4縱向隔板233.5 封頭、法蘭以及鞍座的選擇233.5.1 封頭的選用233.5.2 法蘭結(jié)構(gòu)類型233.5.3 鞍座的選擇244 填料函式換熱器部分強(qiáng)度設(shè)計(jì)及校核254.1 法蘭的強(qiáng)度校核254.1.1 墊片254.1.2 螺栓254.1.3 法蘭264.1.4 法蘭設(shè)計(jì)力矩274.2 管板厚度計(jì)算274.2.1 管板參數(shù)計(jì)算274.2.2 結(jié)構(gòu)尺寸274.2.3 管板應(yīng)力計(jì)算284.2.4 操作力力矩294.2.5法蘭預(yù)緊力304.3徑向應(yīng)力304.3.1 計(jì)算設(shè)計(jì)力矩M和管板延長(zhǎng)部分的法蘭應(yīng)力304.3.2 應(yīng)力校核31管程設(shè)計(jì)壓力Pt = 1.05MPa，PS = 0MPa：314.4 管子與管板連接拉脫力的校核324.4.1 換熱管軸向應(yīng)力324.4.2 換熱管與管板連接拉脫力324.5 開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算334.5.1 概述334.5.2 殼體開孔補(bǔ)強(qiáng)334.6 壓力試驗(yàn)334.6.1 管程圓筒334.6.2 殼程圓筒345 填料函式換熱器的制造、安裝、檢驗(yàn)、防腐，清洗和維修355.1 概述355.2 材料驗(yàn)收355.3 填料函式換熱器的制造355.3.1 殼體圓筒355.3.2 管箱355.3.3 管板365.3.4 管孔加工365.3.5 換熱管道的組裝365.4換熱器的安裝365.5清洗365.6換熱器的防腐375.6.1換熱管的防腐375.6.2管子與管板、折流板連接處的腐蝕375.7 填料函式換熱器的操作與維護(hù)375.7.1換熱器的正確使用375.7.2換熱器的科學(xué)管理375.8換熱器的定期檢驗(yàn)385.8.1外部檢查385.8.2內(nèi)部檢查385.8.3全面檢查39總結(jié)40致 謝41IX1概述1.1設(shè)計(jì)背景能源是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，自從人類學(xué)會(huì)使用火開始，能源就成了發(fā)展不可缺少的基礎(chǔ)。人類在使用能源的過程中，體現(xiàn)了很好的開拓性，不管是蒸汽機(jī)的出現(xiàn)以及改進(jìn)，還是內(nèi)燃機(jī)的不斷改進(jìn)，還是電力時(shí)代的徹底解放。能源是一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的體現(xiàn)，是生產(chǎn)力的體現(xiàn)。 中國(guó)在能源道路上，走的是可持續(xù)發(fā)展的路線，不管是大力發(fā)展水電事業(yè)，還是出臺(tái)各種能源政策，旨在以更高效，更健康的發(fā)展經(jīng)濟(jì)，以為后代負(fù)責(zé)，為世界負(fù)責(zé)的態(tài)度，積極承擔(dān)作為大學(xué)的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。根據(jù)規(guī)劃，到2020年全國(guó)能源消費(fèi)總量要控制在50億噸標(biāo)準(zhǔn)煤以內(nèi)，單位GDP能耗下降15%，重點(diǎn)推進(jìn)節(jié)能工作的領(lǐng)域包括工業(yè)、建筑、交通、商貿(mào)流通、農(nóng)業(yè)農(nóng)村、公共機(jī)構(gòu)等。這其中，工業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能工作是重中之重，同時(shí)也是壓力較大的推進(jìn)領(lǐng)域。根據(jù)數(shù)據(jù)，2018年前兩個(gè)月，國(guó)內(nèi)工業(yè)增加值能耗下了2.08%，按照既定目標(biāo)，“十三五”工業(yè)增加值能耗要下降18%，平均每年下降4%左右，但直到去年下半年才追平完成年度目標(biāo)。所以目前我們的節(jié)能減排形勢(shì)嚴(yán)峻，尤其是工業(yè)方面。 換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位很高，在很多行業(yè)，是不可或缺的設(shè)備，這也是廠家集中發(fā)力的研究點(diǎn)，希望通過更高的能源使用效率，獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益1.2.換熱器的分類換熱器的分類方式很多，這里舉幾種常用分類方式說明。按照不同的分類方式，換熱器有不同的類型。1.2.1按照作用原理和實(shí)現(xiàn)傳熱的方式分類直接接觸式換熱器 它是利用流體的直接接觸來進(jìn)行熱量交換的，傳熱效率最高。（1） 蓄熱式換熱器：通過交替通過同一種載熱體表面來進(jìn)行換熱。（2） 間壁式換熱器：通過固體壁面將流體分開，通過壁和面來進(jìn)行傳熱，這種換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中使用范圍更廣，且易于操作，方便大規(guī)模集中配備。間壁式換熱器是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種形式，亦稱表面式換熱器或間接式換熱器。在這類換熱器中，冷、熱兩股流體換熱管道隔開，通過固體壁面的導(dǎo)熱和對(duì)流換熱進(jìn)行風(fēng)量的傳遞。參加換熱的流體不會(huì)混合，傳熱過程連續(xù)而穩(wěn)定地進(jìn)行。而根據(jù)傳熱面和傳熱元件的不同，間壁式換熱器又可分為管式換熱器和板式換熱器兩大類。管式換熱器是以管子為傳熱面和傳熱元件的換熱設(shè)備，常用的有管殼式(列管式)、蛇管式，螺旋管式、套管式和熱管式等:此類換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝成熟，適用性強(qiáng)，傳熱效率略差。板式換熱器是以平板或成形板作為傳熱面和傳熱元件，多用金屬板，又稱為高效緊湊式換熱器。1.2.2按使用目的分類(1） 冷卻器，用作冷卻，介質(zhì)一般采用水；(2） 加熱器，用作加熱；(3） 再沸騰，用于蒸餾塔底汽化物料的設(shè)備；(4） 冷凝器，用于將氣態(tài)物料冷凝到液態(tài)物料的設(shè)備；(5） 過熱器。1.2.3按照傳熱面的形狀和材料分類（1）管殼式換熱器（即列管式換熱器）通過管子壁面進(jìn)行傳熱的換熱設(shè)備，在換熱設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛。以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便著稱。 （2）板式換熱器 以板與面進(jìn)行傳熱。這類換熱器傳熱效率高、熱損失小，缺點(diǎn)是承壓能力低，處理景小，制造加工較復(fù)雜，成本較高。 （3）熱管式換熱器 它是一種新型的傳熱設(shè)備，以熱管作為傳熱元件。這類換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。 （4）新材料換熱器 目前絕大多數(shù)換熱器采用碳鋼材料，少數(shù)采用不銹鋼材料。為了滿足工藝特殊設(shè)計(jì)的具有特殊結(jié)構(gòu)或特殊材料的換熱器。1.3管殼式換熱器（列管式換熱器）（1） 固定管板式換熱器 固定管板式換熱器的管子，管板，殼體剛性連接，適用于介質(zhì)溫差不大或者溫差大但是殼程壓力不大以及殼程介質(zhì)不易結(jié)垢的場(chǎng)合。（2） 浮頭式換熱器 其一端管板與殼體固定連接，另一端則不與殼體連接，而是用一較小端單獨(dú)來密封，這就是“浮頭”,這就是浮頭換熱器。（3） 填料函式換熱器 可以說是一種浮頭換熱器，是將浮頭換熱器的浮頭移到殼體外邊，采用填料函來進(jìn)行密封的一種常規(guī)型換熱器。（4） U形管式式換熱器 管束彎曲成U形，一端固定在同一個(gè)管板上，一端卻不固定，能夠自由伸縮，也就沒有了溫差應(yīng)力的產(chǎn)生。此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，節(jié)省原料，但管子由于彎曲，清洗比較困難；管束亦存在不小空隙，傳熱穩(wěn)定性不高，流體容易短路。1.4 設(shè)計(jì)的任務(wù)設(shè)計(jì)課題主要是對(duì)換熱器的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且通過計(jì)算選定合適的參數(shù)，并對(duì)設(shè)計(jì)后的換熱器進(jìn)行強(qiáng)度和性能的校核。使其達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的各種要求。通過對(duì)圖形的繪制，畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書的制作，熟練使用繪圖軟件和辦公軟件，強(qiáng)化我們的動(dòng)手能力，保證步入社會(huì)時(shí)有更多的技能。設(shè)計(jì)完成之后，需要多次的反復(fù)修改，優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的合理性與專業(yè)性。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅要設(shè)計(jì)出合適的換熱器，還要對(duì)換熱器哥部件的選材，主體與部分的加工制造做出計(jì)劃和方案，還要對(duì)換熱器的防腐，維修保養(yǎng)等做出正確說明，保證設(shè)計(jì)的完整性與專業(yè)性。 2 F280填料函式換熱器結(jié)構(gòu)選擇圖1 填料函式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖2.1 F280填料函式換熱器設(shè)計(jì)工藝參數(shù)及要求表1 換熱器設(shè)計(jì)參數(shù)和要求項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求1管程介質(zhì)煙道氣2殼程介質(zhì)水3管程設(shè)計(jì)壓力1.05MPa4殼程設(shè)計(jì)壓力 0.95MPa5管程設(shè)計(jì)溫度3306殼程設(shè)計(jì)溫度807換熱面積280m28腐蝕余量自定2.1.1煙道氣的物性表2 煙道氣物性參數(shù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求1溫度t3002密度10.617kg/m33比熱容Cp10.268KJ/（Kg ）4導(dǎo)熱系數(shù)1 4.16（mh)5粘度12.87810-3Pas6普朗特?cái)?shù)Pr10.652.2.2水的物性表3 水的物性參數(shù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求1溫度t252比熱容Cp22.1KJ/（Kg ）3導(dǎo)熱系數(shù)2 4.16（mh)4粘度20.8910-3Pas 5普朗特?cái)?shù)Pr216.12.1.3流體空間的選擇由設(shè)計(jì)參數(shù)要求中可知，煙道氣走管程，水走殼程。且為單殼程，雙管程。2.2換熱器結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇2.2.1換熱管尺寸(1） 管徑 管徑越小越緊湊，也就能節(jié)省成本，能夠獲得更好的傳熱膜系數(shù)和阻力系數(shù)的比值，但是將會(huì)使壓降變大。所以在滿足壓力降的前提下選用更小的管徑。在本設(shè)計(jì)中仍然需要考慮到清洗的方便。依照已經(jīng)給出的部分參數(shù)，參照換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)填料函式換熱器基礎(chǔ)參數(shù)的選取。初選用外徑為d=25mm,管壁厚=2.5mm的換熱管。表4 換熱管尺寸換熱管外徑X壁厚排列型式管間距碳素鋼、低碳合金鋼不銹耐酸鋼25X2.525X2正三角形3219X219X225(2)管長(zhǎng) 已知換熱面積為280，公稱壓力PN=1.24Mpa，據(jù)換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)表1-2-7，可選換熱管長(zhǎng)度4500mm。2.2.2換熱管數(shù)量 (1)可得n894（四舍五入取整數(shù)）查表取式中A換熱面積，； d換熱管外徑，； L換熱管長(zhǎng)度，m； 管板厚度，m； n換熱管根數(shù)。則管程流通面積： （2）2.2.3換熱管的排列和管心距 管子在換熱管上主要有正方形排列和三角形排列等。三角形排列有利于殼程流體達(dá)到端流且排管數(shù)較多，有利于節(jié)省空間和材料。正方形排列有利于殼程的清洗。為了彌補(bǔ)缺點(diǎn)，所以選用正三角形排列。下圖為幾種主要的換熱管排列方式： 圖2 換熱管的主要排列方式 管心距是兩相鄰管子中心的距離，距離越小越緊湊，但會(huì)使板管增厚，不利清潔，增大殼程壓降，一般選用范圍為(1.25-1.5)d，查GB151-1999可知，換熱管中心距S=32mm。而且，因?yàn)閾Q熱管管間要進(jìn)行機(jī)械清洗，所以相鄰兩管間的凈空距離（S-d）不應(yīng)該小于6mm。 (3)表5 換熱管尺寸換熱管外徑X壁厚排列型式管間距碳素鋼、低碳合金鋼不銹耐酸鋼25X2.525X2正三角形3219X219X225如表所示，取管間距 32mm 2.2.4換熱管的材料 管子除了要求具備足夠的強(qiáng)度外，還要保證管體與其他部分的良好連接，由于此次設(shè)計(jì)有采用焊脹結(jié)合，因而換熱也必定要擁有優(yōu)良的可塑性。在這樣的情形下通常要去采用優(yōu)質(zhì)碳鋼，用此來保障。根據(jù)GB151-1999，初步選中采用20鋼當(dāng)作換熱管的材質(zhì)。2.2.5 殼體通過管束中心線的換熱管數(shù)量：由化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)（1-14）可知 （根） （4） 式中 n：?jiǎn)纬坦軘?shù) m: 程數(shù)由于設(shè)計(jì)的是雙管程結(jié)構(gòu)，因而殼程內(nèi)徑為 （5) 所以取整得=800mm 殼程設(shè)計(jì)壓力、溫度分別是和，根據(jù)鋼制壓力容器中的表4-1，選用殼體材質(zhì)是Q235-7，查閱表可知t=112MPa，連接采用焊接接頭。選定焊接接頭的系數(shù)是，。參考鋼制壓力容器中的詳細(xì)計(jì)算數(shù)據(jù)計(jì)算厚度： (6) 取整得4mm 式中：Pc：管程設(shè)計(jì)壓力D：i公稱直徑,t：管：脹接系數(shù)。 設(shè)計(jì)厚度： (7) 名義厚度： (8) 取整得mm 有效厚度： (9）設(shè)計(jì)溫度下圓筒計(jì)算應(yīng)力： (10) 設(shè)計(jì)溫度下圓筒最大工作應(yīng)力 (11) 管程設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)溫度，依據(jù)，采用,查表得到 ，1，,。 計(jì)算厚度： 設(shè)計(jì)厚度： 名義厚度： mm 有效厚度： 設(shè)計(jì)溫度下圓筒計(jì)算應(yīng)力： 設(shè)計(jì)溫度下圓筒最大允許工作應(yīng)力： 1.32MPa1.05MPa2.3 進(jìn)出口設(shè)計(jì)流體介質(zhì)進(jìn)出接管位置的選擇需要充分考慮到流體的均勻分布，并且盡量減少死角，在本設(shè)計(jì)中，接管是徑向設(shè)置，且與內(nèi)表面平齊。接管地方最大的直徑應(yīng)不大于三分之一到四分之一的殼體直徑。當(dāng)然同時(shí)還需要慮到進(jìn)出口壓強(qiáng)的狀況，使流體介質(zhì)充分進(jìn)行熱交換。入口和出口處的允許壓降和流體流量壓力都是應(yīng)該考慮的，這個(gè)有計(jì)算保證，有利于保證安全和較高的換熱效率。 2.3.1 接管接管伸出長(zhǎng)度)接管法蘭面至殼體（管箱殼體）外壁距離是接管外伸長(zhǎng)度。由換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)第頁(yè)，可得知接管其長(zhǎng)度運(yùn)算公式是： 式中：l接管外伸長(zhǎng)度，mm；h接管法蘭厚度，mm； h1接管法蘭的螺母厚度，mm；保溫層厚度，mm。 2.3.2 接管與筒體、管箱殼體的連接 本換熱器設(shè)計(jì)考慮到壓力與溫度的變化采取插入式焊接法并且接管位置高于換熱器殼體內(nèi)壁水平高度。并且按照中有開孔的標(biāo)準(zhǔn)范圍選定。并且不設(shè)定開口補(bǔ)強(qiáng)。2.3.3 排氣、排液管在換熱器的殼程以及管程處設(shè)計(jì)了排氣排液口，是為了充足利用傳熱面積，提高效率。如圖3所示為臥式換熱器的排氣液口，在本設(shè)計(jì)中安裝在封頭的頂部或者底部，有利于介質(zhì)流體的均勻流動(dòng)。圖3 用于臥式換熱器之排氣（液）管2.4 接管最小位置 在換熱器中為了充分利用其共同接觸面積，提高換熱效率。進(jìn)出口管殼應(yīng)盡最大可能靠近管板兩端，而進(jìn)出口管則盡可能靠近管道法蘭。2.4.1 殼程接管位置的最小尺寸 依照換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)第144頁(yè)的圖1-6-2，如下圖3所示：圖4 殼程接管位置運(yùn)算此下公式：帶補(bǔ)強(qiáng)圈： 無補(bǔ)強(qiáng)圈： 2.4.2 管箱接管位置最小尺寸 換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)第頁(yè)圖，如下圖5示：圖5管箱接管位置帶補(bǔ)強(qiáng)圈： 無補(bǔ)強(qiáng)圈： 通常要求mm，本設(shè)計(jì)要求達(dá)到40mm，以保證強(qiáng)度，延長(zhǎng)使用壽命根據(jù)公式運(yùn)算得到出水進(jìn)、出口高度=mm, 煙道氣進(jìn)、出口高度=mm。 管箱壓力接管高度=mm,出口高度=mm，殼程出水口接管口高度=mm。2.5 管板管板是負(fù)責(zé)固定換熱管的機(jī)構(gòu)，管板能夠固定住換熱管，主要承受殼程介質(zhì)的沖擊和壓力以及換熱管道溫差應(yīng)力，主要考慮強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)外填料函式換熱器而言，一般不會(huì)將它兼做法蘭的管板，本設(shè)計(jì)選定管板亦是如此，此換熱器中，Pd=|Pt|。 2.5.1管板結(jié)構(gòu)選擇根據(jù)換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)P233,選定如圖6所示結(jié)構(gòu)。能夠完全滿足本換熱器要求，需要注意的是在分程隔板的彎曲部位，選取倒角的數(shù)據(jù)為，有利于裝配和強(qiáng)度的提升，這里的連接不采取焊接連接，固定在殼體法蘭與管箱法蘭之間，方便后期的拆卸清洗以及更換管道。圖6 固定端管板2.5.2管板的計(jì)算 式中Ad未能被換熱管支承的面積，n隔板槽排管根數(shù)；S中心距；Sn隔板槽兩側(cè)鄰管的中心距；式中 管板布管區(qū)的面積， 式中布管區(qū)內(nèi)開孔后面積，；式中，管板布管區(qū)當(dāng)量直徑，換熱管外徑，；管板材料的彈性模量，Mpa；換熱管材料彈性模量，Mpa；查閱換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)第頁(yè)表（A）和（B）得管板尺寸：mm mm mm mm2.5.1 最小厚度管板最小厚度min根據(jù)換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)第頁(yè)的表，見表6。表6 管板開孔尺寸管子外徑d 管孔名義直徑d 最小脹接長(zhǎng)度l 管子外伸長(zhǎng)度l1 槽深度K19 19.4 50 50 5 0.525 25.4 32 32.4 -3 6 0.645 45.5 2d 7 0.8=C所以最小厚度min為mm2.6 管箱 管箱裝配在填料函式換熱器的兩側(cè)。管箱半徑?jīng)Q定隔板的厚度，進(jìn)而需要確保剛性以及密封面的厚度要求。2.6.1管箱結(jié)構(gòu)形式按照換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇圖7（a）分程隔板的最小厚度如下表7示： 表7 隔板材料選擇公稱直徑DN 碳素鋼及低合金鋼 高合金鋼DN600 8mm 8mm600DN1200 10mm 8mmDN1200 14mm 10mm2.6.2 管箱材料的選擇 已經(jīng)得知設(shè)計(jì)溫度、壓力分別為330、。根據(jù)，管箱材料選取表8 管箱數(shù)據(jù)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式數(shù)值1計(jì)算壓力PcMPa1.482管箱內(nèi)徑dimm14003管箱材料Q235R4設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力tMPaGB150-981405管箱計(jì)算厚度mm=Pcdi/（2t-Pc）106焊接接頭系數(shù)mm0.8957腐蝕余量C2mm2.09設(shè)計(jì)厚度dmmd=+ C29.710名義厚度nGB151-1999項(xiàng)目5.3.2162.7殼體與管板的連接結(jié)構(gòu)2.7.1容器法蘭的結(jié)構(gòu)選擇管束需要經(jīng)常清洗，除垢，防腐等操作，所以采用可拆式連接機(jī)構(gòu)，據(jù)換熱器手冊(cè)p168中可拆式管板設(shè)計(jì)要求可知，需要用可拆式管板夾持型式.如圖8圖8 管板與管箱的連接機(jī)構(gòu)2.7.2容器法蘭的參數(shù)選擇對(duì)容器法蘭的參數(shù)選定如表9所示，表9 容器法蘭的選擇序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式數(shù)值1法蘭類型可拆式管板夾持型式JB/T4703-2000PN=4MPa2法蘭外徑d0mmJB/T4703-200011203螺栓圓直徑d1mmJB/T4703-20009604法蘭直徑dnmmJB/T4703-200010005法蘭材料16MnR6墊片類型JB/T4703-2000PN=2.5MPa7墊片材料不銹鋼GB/T3985-20008墊片外徑D0mmJB/T4704-200011259墊片內(nèi)徑DmmJB/T4704-2000112510法蘭厚度mmJB/T4704-20007011墊片厚度1mmJB/T4704-2000312螺栓數(shù)量240M282.7.3外頭蓋法蘭、外頭蓋側(cè)法蘭與外頭蓋墊片、浮頭墊片（1） 外頭蓋法蘭的型式與尺寸、材料均同容器法蘭，如表9所示。（2） 外頭蓋側(cè)法蘭選用凸密封面，材料為鍛件20MnMo，查JB/4721-92可知其具體尺寸如下表10。表10 外頭蓋側(cè)法蘭尺寸dd1d2d3d4Hha112R860825786776773481608228264022（3）查JB/T4618-92選定外頭蓋墊片為外徑D為775mm，內(nèi)徑d為715mm的金屬墊片，通過JB/T4618-92也選法蘭墊片的型式為金屬包墊片，外徑D為583mm，內(nèi)徑d為568mm，材料為0Cr18Ni9。2.8管板與管箱的連接根據(jù)工藝要求，與管板法蘭的連接形式需要一定的密封形式。因?yàn)楣艹套叩氖菬煹罋猓枰^高的密封性能，所以選擇圖9榫槽連接。圖9 管板與管箱的連接2.9管板與換熱管的連接管子與管板之間的連接是一個(gè)比較重要的結(jié)構(gòu)問題，是換熱器加工制造中的關(guān)鍵，有時(shí)防止泄漏的重點(diǎn)。所以，管子在管板上的連接方法，必須保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。在這里重點(diǎn)對(duì)其連接方法做介紹與對(duì)比。常用的方法有脹接，焊接和焊脹結(jié)合等。2.9.1脹接脹接方法是將管子的一端退火后，用砂紙去除表面的污垢以及鐵銹，裝入管板預(yù)先設(shè)定的孔內(nèi)，管子另一端固定，在脹管器強(qiáng)力滾子的作用下，管徑增大，產(chǎn)生塑性變形，管板孔的直徑也增大產(chǎn)生彈性變形，取出脹管器之后，管板孔產(chǎn)生彈性收縮企圖回到原來的直徑，從而使管端外表面與孔內(nèi)表面緊密結(jié)合，達(dá)到固定和密封的作用。脹接連接適用于設(shè)計(jì)壓力小于4MPa，設(shè)計(jì)溫度小于300，操作中無劇烈的振動(dòng)，無過大的溫度變化的及無明顯的應(yīng)力腐蝕，管子與管板的材質(zhì)均為碳鋼或者低合金鋼并無特殊要求的換熱器。2.9.2焊接對(duì)于高溫高壓以及易燃易爆的介質(zhì)，管子與管板的連接多采用焊接辦法應(yīng)用廣泛不需要開槽加工制造很簡(jiǎn)便，適合規(guī)模化生產(chǎn)，焊接對(duì)比脹接有以下主要優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單，不易泄漏，在高溫高壓環(huán)境下仍然能夠保證連接的緊密型；管板加工要求低，可節(jié)約孔的加工的同時(shí)，焊接工藝也比脹接更加工藝簡(jiǎn)便，并且在壓力不太高時(shí)可使用較薄的管板，因此焊接法應(yīng)用廣泛。由于焊接接頭處管端與管板孔之間有間隙，易腐蝕，焊接時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力還容易造成應(yīng)力腐蝕與破裂，所以不適合有劇烈震動(dòng)及有間隙腐蝕的場(chǎng)合。2.9.3脹焊結(jié)合單獨(dú)采用脹接或者焊接均有一定的局限性。為此，出現(xiàn)了脹接加焊接的形式，其結(jié)構(gòu)有兩種形式：一是強(qiáng)度脹加密封焊，脹接承受載荷并且保證密封，焊接僅是輔助性防漏；二是強(qiáng)度焊加貼脹，焊接承載并保證密封，貼脹是為了消除間隙，提高抗振動(dòng)能力，延長(zhǎng)使用壽命，適用于密封性能要求較高，承受疲勞或振動(dòng)載荷，以及有間隙腐蝕的場(chǎng)合。2.9.4焊接方法及結(jié)構(gòu)在此設(shè)計(jì)中，考慮到管程壓力比較大，以及煙道氣的不確定性，本設(shè)計(jì)中采用強(qiáng)度焊的方式。管板材料為Q235B，換熱管的材料為20鋼。結(jié)構(gòu)選用粒式換熱器焊接結(jié)構(gòu)。3 F280填料函式式換熱器其他各部件結(jié)構(gòu)3.1 折流板與支承板折流板的構(gòu)造設(shè)計(jì)根據(jù)工藝來選定的，相對(duì)換熱器來說設(shè)計(jì)折流板主要產(chǎn)生的作用是為了提升傳熱效果以及對(duì)管子支撐力度。由于管程介質(zhì)為煙道氣，此時(shí)采用不等距的折流板可以明顯提升傳熱效率。折流板的分類主要是三種，它分別是弓形、盤形、矩形。其中弓形折流板又是為三大類分別是單弓形、雙弓形、以及三弓形。而此次設(shè)計(jì)采用的是圓缺形折流板。并且由于殼體與管束之間不存在過大間隙，所以并不需要采用旁路短板。3.1.1 折流板的主要幾何參數(shù)單弓形折流板缺口高度通常大概是殼體內(nèi)徑的百分之十五至百分之四十五，并且不小于50mm。缺口高度： h=80025= 200 mm 折流間距： B=0.3 D=240 mm 折流板數(shù)： 3.1.2 折流板的最小厚度瀏覽換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)第頁(yè)的表，正如下表12所示表12 折流板或支撐板的最小厚度工程直徑DN l300 300l600 600l900 900l1200 1200l1500 l1500DN400 3 4 5 8 10 10400DN700 4 5 6 10 10 12700DN900 5 6 8 10 12 16900DN1500 6 8 10 12 16 161500DN2000 - 10 12 16 20 202000DN2600 - 12 14 18 20 22已經(jīng)知道殼徑，瀏覽換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)第頁(yè)的表，采用跨距，然后折流板最小厚度為5mm。3.1.3 折流板的管孔因?yàn)楣芸走x中的材料是鋼，所以管束管孔直徑和偏差如表13所示：換熱管外徑管孔直徑允許偏差1414.61616.61919.6+0.42525.8+0.453232.803838.8+0.54545.80表13 折流板管孔直徑和允許偏差D為25mm，因此管孔直徑是25.8mm。在管孔的擋板處進(jìn)行處理，對(duì)管孔兩側(cè)需要進(jìn)行倒角處理。3.1.4 折流板外直徑及允許偏差 依據(jù)換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)第頁(yè)的表，獲取到表14參數(shù)：表14 板外直徑及允許偏差公稱直徑DN 折流板名義外尺寸 允許偏差DN400 DN-2.5 0400DN500 DN-3.5 -0.5500DN900 DN-4.5 0900DN1300 DN-6 -0.81300DN1700 DN-8 01700DN2000 DN-10 -1.22000DN2300 DN-12 0 - - -1.42300DN2600 DN-14 0 - - -1.6 依照已知，所得折流板的外直徑是 （30）3.1.5 折流板間距 最小間距則肯定是大于圓筒直接的零點(diǎn)二倍，最大間距如表15所示：表15 最大無支撐跨距換熱管外徑最小鋼管有色金屬管道19mm1500mm1300mm25mm1850mm1600mm32mm2200mm1900mm38mm2500mm2200mm44mm2800mm2500mm已得取管子外徑為25mm，材質(zhì)是鋼，則跨距選定1850mm。3.2 防沖與導(dǎo)流設(shè)計(jì)防沖板的目的是為了預(yù)防介質(zhì)從接口流入時(shí)，對(duì)管子的徑向接觸面產(chǎn)生直接沖擊，管程介質(zhì)為煙道氣，由于煙道氣流速很快，壓力大，所以需要在管程設(shè)置防沖板。殼程介質(zhì)為普通水，無明顯腐蝕性以及腐磨性，所以不需要設(shè)置防沖板。由于本設(shè)計(jì)換熱器為臥式換熱器，所以不需要設(shè)置導(dǎo)流筒3.2.1 防沖板的結(jié)構(gòu)瀏覽換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)第的四類防沖板結(jié)構(gòu)，如圖所示：圖11防沖板結(jié)構(gòu)一般用于普通固定板換熱器；用于流通介質(zhì)為氣體的裝置； 用于上、下缺邊折流板的換熱器；用于左右缺邊折流板的換熱器。依照此設(shè)計(jì)條件，可以選取的防沖板型式是。3.2.2 防沖板的位置和尺寸殼體內(nèi)未設(shè)定有防沖壓板，管殼內(nèi)部設(shè)有防沖板，防沖板表面到管殼之間的長(zhǎng)度小于接管外徑的四分之一。并且擋板的焊接角度設(shè)定為90度，防沖板表面到管殼內(nèi)壁間的距離運(yùn)算公式根據(jù)換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)第頁(yè)的。公式31是計(jì)算防沖板的表面至管殼內(nèi)壁之間的距離。 （31）算得碳鋼、低碳合金鋼最小厚度是，不銹鋼最小厚度是。3.3 拉桿與定距管3.3.1 拉桿的結(jié)構(gòu)和尺寸（1）拉桿的結(jié)構(gòu)型式 查詢換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)第頁(yè)，得到拉桿具有2種結(jié)構(gòu)，一種是拉桿和折流板焊接，用于換熱光管外徑小于14mm的管束，另一種為拉管定距離管拉桿結(jié)構(gòu)，如圖。前者適用于，后者用于。除此以外，當(dāng)管板厚度很小時(shí)，也可以選定其他的結(jié)構(gòu)形式。圖12拉桿結(jié)構(gòu)形式選取拉桿定距管結(jié)構(gòu)。（2）拉桿的尺寸、直徑與數(shù)量長(zhǎng)度需要根據(jù)拉桿直徑來選擇，據(jù)換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)第188頁(yè)的拉桿尺寸圖，如圖13和第189頁(yè)表1-6-36拉桿尺寸表11，表12。 圖13 拉桿連接尺寸 表11 拉桿數(shù)量 （mm）拉桿直徑 拉桿數(shù)量DN400 400DN700 700DN900 900DN1300 1300DN1500 1500DN1800 10 4 6 10 12 16 2412 4 4 8 10 12 1816 4 4 6 6 8 12 表12 拉桿的直徑 （mm）換熱管外徑 拉桿直徑10 1014 1219 1225 1632 1638 1645 1657 16查表11與表12可以知道其直徑，根。3.3.2 拉桿的布置 換熱器的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)受到拉桿布置合理性的明顯影響，因此拉桿的布置需要設(shè)定在合適的位置，拉桿的位置也能夠影響換熱器的傳熱效率，拉桿安裝好能提高換熱器的工作效率，延長(zhǎng)使用壽命，本換熱器設(shè)計(jì)中拉桿均勻布置在管束的外邊緣，并且由于流速較快，折流板應(yīng)當(dāng)設(shè)置4個(gè)支撐點(diǎn)。3.3.3 定距管尺寸定距管的尺寸是和換熱器的換熱管規(guī)格相同的。因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)的換熱管采取的外徑是不銹鋼換熱管，所以此次采取的是碳鋼定距管。3.4縱向隔板本設(shè)計(jì)為帶縱向隔板的雙殼程換熱器，所以需要設(shè)置縱向隔板，有利于提高殼程給熱系數(shù)。其形狀是一塊矩形平板，這里需要注意的是，縱向隔板回流端的通道面積應(yīng)該稍微大于折流口缺口面積，為了避免損失，需要注意。由于隔板與內(nèi)壁存在間隙，容易導(dǎo)致部分流體在通道內(nèi)發(fā)生短路，從而影響換熱效率以及容易導(dǎo)致溫差應(yīng)力的產(chǎn)生，所以需要妥善的密封。密封方式主要有兩種：（1） 焊接式連接 應(yīng)用于固定板換熱器，由于不適用本設(shè)計(jì)，在此不贅述。（2） 可拆式連接 填料函換熱器的重要優(yōu)勢(shì)就是可拆，所以在此運(yùn)用可拆式連接，即以不銹鋼彈簧片，壓緊螺栓，螺母，壓緊板組合成的機(jī)構(gòu)，通過拆解螺母就可以拆解隔板。 由于隔板兩側(cè)壓差明顯，需要比平時(shí)所用6mm隔板更厚，根據(jù)前文計(jì)算，選定隔板厚度10mm。3.5 封頭、法蘭以及鞍座的選擇3.5.1 封頭的選用 按照壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范外，頭蓋應(yīng)采取材料16MnR的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，它的厚度是7mm。名義厚度： = d+0.3+圓整= 8mm （32）有效厚度： e=10-c1-c2=8-3-0.3=4.7mmm （33） 得橢圓形封頭h2=25mm,h1=178mm3.5.2 法蘭結(jié)構(gòu)類型 由于管程需要拆開清洗而殼程在一般維護(hù)中不需要拆卸，應(yīng)當(dāng)選用可拆式螺柱連接。并且由于螺柱的緊固容易伴隨松動(dòng)，所以需要設(shè)置防松機(jī)構(gòu)，且搭配防松支耳。 3.5.3 鞍座的選擇此次設(shè)計(jì)的是F280填料函式換熱器，選用鞍式支座。4 填料函式換熱器部分強(qiáng)度設(shè)計(jì)及校核4.1 法蘭的強(qiáng)度校核4.1.1 墊片 管板與法蘭之間設(shè)置墊片，加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減少了松動(dòng)的可能性，有效防止容器泄漏。 據(jù)化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書-化工容器上的表7-1，已知參數(shù)得出外徑D為775mm，內(nèi)徑d為735mm，厚度為6mm的石棉橡膠墊片。墊片系數(shù)m=2.0mm,預(yù)緊比壓力y=11MPa。墊片的有效密封寬度 接觸寬度N10mm，基本密封寬度boN/2=10/2=5mm 根據(jù)GB1501997，當(dāng)bo6.4mm時(shí)， (34) 墊片壓緊力作用中心圓直徑 當(dāng)b06.4mm時(shí)，墊片壓緊力作用中心圓直徑 (35) 設(shè)計(jì)課題任務(wù)書學(xué)院： XX 專業(yè)：XX 指導(dǎo)教師學(xué)生姓名課題名稱F280填料函式換熱器設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù)擬設(shè)計(jì)一單殼程雙管程外填料函式換熱器，用于熱量回收。給定設(shè)計(jì)參數(shù)如下：管程介質(zhì)：煙道氣 殼程介質(zhì)：水管程設(shè)計(jì)壓力：1.05MPa 殼程設(shè)計(jì)壓力：0.95MPa管程設(shè)計(jì)溫度：330 殼程設(shè)計(jì)溫度：80 腐蝕余量：自定 換熱面積：280m2 需完成的主要內(nèi)容如下：1、緒論2、主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3、材料選擇及零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4、強(qiáng)度計(jì)算與校核5、加工工藝、裝配程序、安全防腐等6、繪制裝配圖及零部件圖7、翻譯外文文獻(xiàn)擬達(dá)到的要求或技術(shù)指標(biāo)1、首先需在互聯(lián)網(wǎng)、圖書館、工廠廣泛查閱相關(guān)科技資料2、進(jìn)行結(jié)構(gòu)、材料及裝置選擇論證時(shí)，要求資料詳實(shí)，數(shù)據(jù)充分3、進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí)，要求計(jì)算準(zhǔn)確，分析詳細(xì)，公式的字母含義應(yīng)標(biāo)明4、查閱15篇以上與題目相關(guān)的文獻(xiàn)，其中近三年的文獻(xiàn)不少于5篇，鼓勵(lì)引用一定的外文文獻(xiàn)；按要求格式獨(dú)立撰寫不少于12000字的設(shè)計(jì)說明書；寫出不少于400字的中文摘要，關(guān)鍵詞的個(gè)數(shù)一般取5個(gè)左右；鼓勵(lì)翻譯一篇本專業(yè)外文文獻(xiàn)5、完成不少于3張零號(hào)圖紙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖、裝配圖和零件圖，其中應(yīng)包含一張以上用計(jì)算機(jī)繪制的具有中等難度的1號(hào)圖紙，同時(shí)至少有折合4號(hào)圖幅以上的圖紙用手工繪制，并要求圖面整潔，視圖齊全，布局合理，線條、文字及尺寸標(biāo)注等均應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)度安排起止日期工作內(nèi)容備注2月26日3月9日3月1日3月13日4月1日5月28日5月28日6月3日畢業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)研集中實(shí)習(xí)畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯主要參考資料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，20032 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，20023 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，20054 錢頌文.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20025 朱振華，邵澤波.過程裝備制造技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20116 華南理工大學(xué)化工原理教研組.化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì).廣州：華南理工 大學(xué)出版社，19867 趙惠清，蔡紀(jì)寧.化工制圖 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20158 譚蔚.化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ).天津：天津大學(xué)出版社，2014教研室意見本課題符合專業(yè)人才培養(yǎng)要求，設(shè)計(jì)任務(wù)飽滿，同意下達(dá)任務(wù)書 R本課題不符合專業(yè)人才培養(yǎng)要求，不同意下達(dá)任務(wù)書教研室主任（簽章）：年 月 日