2.105m2冷凝器的選型及工藝設(shè)計 2.1冷凝器設(shè)計示列 已知一臥式固定管板式換熱器的工藝條件如下：換熱器工程直徑為1000mm，換熱管長度3000mm，換熱面積105m2;殼程價質(zhì)為二次蒸汽，輕微腐蝕，操作壓力20Kpa（絕壓），工作溫度60C0，；管程價質(zhì)為冷卻水，操作壓力0.4Mpa，工作度3238C0，雙管程，換熱管規(guī)格為F25mm2mm,換熱管間距36mm，數(shù)量545根，材料0Cr8Ni9；蒸汽進口管F377mm8mm，冷凝水出口管F57mm，冷卻水進，出口管均為F219mm6mm。2.2冷凝器結(jié)構(gòu)設(shè)計材料選擇。根據(jù)換熱器的工作狀況及價質(zhì)特性，殼程選用0Cr18Ni9，管程選用Q235B，管板選用0Cr18Ni9。換熱管。換熱管是換熱器的元件之一，置于筒體之內(nèi)，用于兩介質(zhì)之間熱量的交換。選用較高等級換熱管，管束為級管束。 換熱管的選擇排列方式：正三角形、正方形直列和錯列排列。圖2-1換熱管排列方式 各種排列方式的優(yōu)點： 正方形排列：易清洗，但給熱效果差； 正方形錯列：可提高給熱系數(shù)； 等邊三角形：排列緊湊，管外湍流程度高，給熱系數(shù)大。 換熱管與管板的連接方式有強度焊、強度脹以及脹焊并用。強度脹接主要適用于設(shè)計壓力小4.0Mpa；設(shè)計溫度300；操作中無劇烈振動、無過大的溫度波動及無明顯應力腐蝕等場合。除了有較大振動及有縫隙腐蝕的場合，強度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何場合。脹焊并用主要用于密封性能要求較高；承受振動和疲勞載荷；有縫隙腐蝕；需采用復合管板等的場合。管板。管板選用兼作法蘭結(jié)構(gòu)，管板密封面選用JB!T4701標準中的突面密封面。換熱管在管板上的排列采用正三角形排列，分程隔板兩側(cè)換熱管中心距取44mm，實際排列548跟換熱管。分成隔板與分程隔板槽。分成隔板厚度10mm，開設(shè)F6mm淚孔；分成隔板槽寬12mm，深度4mm；墊片材料為石棉橡膠板，厚度為3mm。換熱管與管板的連接。換熱管與管板的連接采用焊接結(jié)構(gòu)，其中L1=2mm，L3=2mm。支持板。換熱器的殼程為蒸汽冷凝，不需折流板，但考慮到到換熱管的支撐，姑設(shè)置支持板。換熱管無支撐最大跨距為1850mm,因此換熱管至少需要3塊兒支持板。本設(shè)計采用3塊兒支持板，弓形缺口，垂直左右布置，缺口高度為25%筒體內(nèi)直徑。拉桿與拉桿孔。選用8根F16mm拉桿，拉桿與管板采用用螺紋連接。拉桿兩端螺紋為M16拉桿孔深度為24mm定距管及拉桿的選擇 拉桿常用的結(jié)構(gòu)型式有：a. 拉桿定距管結(jié)構(gòu)，見圖4-7-1（a）。此結(jié)構(gòu)適用于換熱管外徑d19mm的管束且l2>La（La按表4-5-5規(guī)定）b. 拉桿與折流板點焊結(jié)構(gòu)，見圖4-7-1（b）。此結(jié)構(gòu)適用于換熱管外徑d14mm的管束且l1d；c. 當管板較薄時，也可采用其他的連接結(jié)構(gòu)。圖2-1 拉桿結(jié)構(gòu)型式這里我們選用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。 拉桿的尺寸拉桿的長度L按實際需要確定，拉桿的連接尺寸由圖4-7-2和表4-7-1確定。圖2-2 拉桿連接尺寸 拉桿的位置 拉桿應盡量均勻布置在管束的外邊緣，對于大直徑的換熱器，在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應布置適當數(shù)量的拉桿，任何折流板不應少于3個支承點。 定距管尺寸 定距管的尺寸，一般與所在換熱器的換熱管規(guī)格相同。對管程是不銹鋼，殼程是碳鋼或低合金鋼的換熱器，可選用與不銹鋼換熱管外徑相同的碳鋼管作定距管。定距管的長度，按實際需要確定。管箱。管箱法蘭選用容器法蘭，規(guī)格為“RE 10000.6 JB!T47012000”。封頭選用標準橢圓形封頭，規(guī)格為“EHA 10008 JB!T47462002”。管箱接管采用徑向接管，前端管箱開設(shè)冷卻水進，出口管，后端管箱上不開設(shè)3!4壓力表接口，下部開設(shè)DN25排凈口。前端管箱筒節(jié)長度500mm，后端管箱筒節(jié)長度260mm。支座。臥式換熱器多采用鞍式支座，立式換熱器可采用耳式支座，大型立式換熱器也可采用裙座支座承。當采用耳式支座，公稱直徑DN800mm時，應至少安裝2個支座，且對稱布置；工程直徑DN>800mm時，應至少安裝4個支座，均勻布置。當選用鞍式支座時，支座在換熱器上的布置按下列原則確定（其中個參數(shù)代號如圖5-15所示）圖2-3 臥式換熱器鞍座安裝位置1.當L3000mm時，取LB=（0.40.6）L；2.當L>3000mm時，取LB=（0.50.7）3.盡量使LC和L相近。換熱器采用鞍式支座，型號為“BI 1000JB!T 4712.12007”，固定式和滑動式支：座各一個，固定式支座安裝在靠近冷卻水進口端，兩支座距離為1700mm，支座螺栓孔中心矩管板密封面650mm。接管。換熱器接管選用無縫鋼板。蒸汽進口焊接連接，壓力表口采用螺紋連接，其余為法蘭連接，法蘭標準為HG!T 205922009，法蘭類型為板式平焊（PL），法蘭密封面為頭面（RF），法蘭公稱壓力均為16bar。采用補償圈結(jié)構(gòu)進行開孔不強。3. 強度與穩(wěn)定性計算3.1殼程圓筒厚度計算已知條件:筒體內(nèi)徑 工作壓力工作溫度 筒體長度 L=3000mm材料0Cr18Ni19設(shè)計參數(shù)：設(shè)計壓力 設(shè)計溫度通體計算長度L=3000mm 腐蝕裕量3.1.1筒體厚度圓筒承受外壓，故需進行穩(wěn)定性計算。圓筒名義厚度取值為表5-2規(guī)定的最小厚度6mm，取鋼板厚度負偏差,則筒體有效厚度為 筒體外直徑 由GB150表6-2查得，A=0.00017。查GB150圖6-7，得E=1.91105Mpa,A直落在曲線的直線段上，所以 圓筒穩(wěn)定性滿足要求。3.1.2管箱圓筒已知條件：筒體內(nèi)徑 工作壓力 工作溫度 材料Q235B設(shè)計參數(shù)：設(shè)計壓力P=0.45Mpa 設(shè)計溫度腐蝕裕量 焊接接頭系數(shù)3.1.3管箱厚度 設(shè)計厚度 考慮鋼板厚度負偏差，可取筒體名義厚度。根據(jù)表5-1，管箱最小厚度應不小于為8mm。所以去管箱名義厚度為，有效厚度 3.1.4管箱封頭已知條件：封頭內(nèi)經(jīng) 工作壓力工作溫度材料Q235B設(shè)計參數(shù)：設(shè)計壓力 設(shè)計溫度腐蝕裕量 焊接接頭系數(shù)計算壓力 封頭計算厚度3.1.5管箱封頭厚度 設(shè)計厚度 （mm)考慮鋼板厚度負偏差，可取筒體名義厚度。根據(jù)表5-1，管箱最小厚度應不小于為。所以取管箱名義厚度為，有效厚度 滿足最小厚度要求3.2水壓試驗應力校核3.2.1 壓力試驗及其強度校核 容器制成以后（或檢修后投入生產(chǎn)前），必須作壓力試驗或增加氣密性試驗，其目的在于檢驗容器的宏觀強度和有無滲漏現(xiàn)象，即考察容器的密封性，以確保設(shè)備的安全運行。 對需要進行焊接后熱處理的容器，應在全部焊接工作完成并經(jīng)熱處理之后，才能進行壓力實驗和氣密性試驗；對于分段交貨的壓力容器，可分段熱處理，在安裝工地組裝焊接，并對焊接的環(huán)焊縫進行局部熱處理之后，再進行壓力試驗。壓力實驗的種類、要求和試驗壓力值應在圖樣上注明。壓力試驗一般采用液壓試驗，對于不適合作液壓試驗的容器，例如容器內(nèi)不允許有微量殘留液體，或由于結(jié)構(gòu)原因不能充滿液體的容器，可采用氣壓試驗。液壓試驗： 液壓試驗一般采用水，需要時也可采用不會導致發(fā)生危險的其他液體。試驗時液體的溫度應低于其閃電或沸點。奧氏體不銹鋼制容器用水壓進行液壓試驗后，應將水漬清除干凈。當無法清除時，應該控制水中氯離子含量不超過25 mg/L。 試驗溫度：對碳鋼、16MnR、15MnNbR和正火的15MnVR鋼制容器液壓試驗時，液體溫度不得低于5；其他低合金鋼制容器液壓試驗時，液體溫度不得低于15。如果由于板厚等因素造成材料無塑性轉(zhuǎn)變溫度升高，則需相應提高試驗液體的溫度。 試驗方法：試驗時容器頂部應設(shè)排氣扣，充液時應將容器內(nèi)的空氣排盡，試驗過程中應保持容器觀察表面干燥；試驗時壓力應緩緩上升至設(shè)計壓力無泄漏，再緩緩上升，達到規(guī)定的試驗壓力后，保壓時間一般不少于30 min。然后將壓力降至規(guī)定試驗壓力的80%，并保持足夠長的時間以對所有焊接接頭和連接部位進行檢查。如有滲漏，修補后重新試驗，直至合格。對于夾套容器，先進行內(nèi)筒液壓試驗，合格后再焊夾套，然后進行夾套內(nèi)的液壓試驗；液壓試驗完畢后，應將液體排盡并用壓縮空氣將內(nèi)部吹干。本換熱器的設(shè)計采用水壓試驗來檢驗強度應力的校核。3.2.2管程水壓試驗壓力 取。由于殼程試驗壓力小于管程試驗壓力，故去殼程試驗壓力等于管程試驗壓力。3.2.3管程試驗壓時圓筒應力 <試驗應力滿足要求。3.2.4殼程試驗時圓筒應力 <實驗應力滿足要求。3.3開孔補強3.3.1殼程筒體開孔補強已知條件：殼體材料0Cr18Ni9, 許用應力內(nèi)徑 名義厚度厚度負偏差 腐蝕裕量有效厚度 接管材料0Cr18Ni9許用應力 外徑名義厚度 厚度負偏差腐蝕裕量 有效厚度 強度削弱開孔直徑 有效補強寬度 外側(cè)有效高度 內(nèi)側(cè)有效高度 根據(jù)外壓圓筒穩(wěn)定性計算方法，試算得到圓筒和接管的計算厚度分別為和。3.3.2開孔削弱所需的補強面積 （mm2)殼體多余金屬面積 =(726-363)(5.4-5.15)=91(mm2)接管多余金屬面積 =253.9（7-0.92）1.0=655（mm2)焊縫金屬面積 （mm2)有效補強面積 （mm2)需要另加補強面積 （mm2)采用補強圈補強，選用標準補強圈，外徑620mm，則補強圈計算厚度為 取補強圈名義厚度為6mm。管箱筒體開孔補強通過計算不需另加補強（此出計算略)。3.4管板計算3.4.1殼程圓筒設(shè)計壓力 設(shè)計溫度平均金屬溫度 裝配溫度材料名稱0Cr18Ni9設(shè)計溫度下的的許用應力 平均金屬溫度下的彈性模量平均金屬溫度下的熱膨脹系數(shù)殼程圓筒內(nèi)經(jīng) 殼程圓筒名義厚度殼程圓筒有效厚度殼體法蘭在設(shè)計溫度下的彈性模量 殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積 殼程圓筒金屬橫截面積 3.4.2管箱圓筒設(shè)計壓力 設(shè)計溫度材料Q235B設(shè)計溫度下彈性模量 管箱圓筒名義厚度（管箱為高頸法蘭取法蘭頸部大小端平均值）管箱圓筒有效厚度管箱法蘭設(shè)計溫度下彈性模量 3.4.3換熱管材料名稱0Cr18Ni9 管子平均溫度設(shè)計溫度下管子材料許用應力 設(shè)計溫度下管子材料屈服應力 設(shè)計溫度下管子材料彈性模量 平均金屬溫度下管子材料彈性模量 平均金屬溫度下管子材料熱膨脹系數(shù) 管子外徑 管子壁厚 管子根數(shù)n=548 換熱管中心距 S=36mm一根管子金屬橫截面積 換熱管長度 管子有效長度（兩管板內(nèi)測間距，假設(shè)管板厚度為31mm） L=2938mm管束模量 管子回轉(zhuǎn)半徑 管子受壓失穩(wěn)當量長度 系數(shù)比值管子穩(wěn)定許用壓應力 3.4.4管板材料名稱0Cr18Ni9 設(shè)計溫度設(shè)計溫度下許用應力 設(shè)計溫度下彈性模量 管板腐蝕裕量 假設(shè)管板厚度31mm管板計算厚度隔板糟面積（包括拉桿和假管區(qū)面積）mm2管板強度削弱系數(shù)管板剛度削弱系數(shù)管子加強系數(shù) ，K=9.05管板和管子連接形式和尺寸焊接，焊接高度 焊接許用拉脫應力 3.5 法蘭3.5.1管箱法蘭材料名稱Q245R（正火）管箱法蘭厚度 法蘭外徑基本法蘭力矩 管程壓力操作工況下法蘭力矩 (法蘭力矩的計算GB150第9章進行）法蘭寬度 比值 系數(shù)（按，查GB1511999圖25） 系數(shù)（按，查GB1511999圖26） 旋轉(zhuǎn)剛度 3.5.2殼體法蘭材料名稱0Cr18Ni9 殼體法蘭法蘭外徑法蘭寬度 比值 ，系數(shù)（按，查GB1511999圖25） 系數(shù)（按，查表GB1511999圖26） 旋轉(zhuǎn)剛度 法蘭外徑與內(nèi)經(jīng)之比 旋轉(zhuǎn)剛度量綱一參數(shù) 3.5.3系數(shù)計算管板第一 彎矩系數(shù)（按K，查GB1511999圖27） 系數(shù)系數(shù)（按K，Q或查GB1511999圖29（a)或（b） 換熱管束與不帶膨脹節(jié)殼體剛度之比 管板第二彎矩系數(shù)按K，Q或查GB1511999圖28（a）或（b) 系數(shù) 系數(shù)（K，Q查圖30） 法蘭力矩折減系數(shù) 管板邊緣力矩變化系數(shù) 法蘭力矩變化系數(shù) 3.5.4管板參數(shù)管板開孔后面積 管板布管區(qū)面積 管板布管區(qū)當量直徑 系數(shù) 系數(shù) 系數(shù) 系數(shù) 管板布管區(qū)當量直徑與殼體內(nèi)徑之比 區(qū)量綱一寬度 3.6壓力作用下的危險組合工況 3.6.1僅有殼程壓力作用下的危險組合工況 表3-1僅有殼程壓力作用下的危險組合工況（）不計溫差應力計溫差應力換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差0.0-0.0004178當量壓力組合-0.1-0.1有效壓力組合-0.557-13基本法蘭力矩系數(shù)-0.04628-0.001985管板邊緣力矩數(shù)-0.04496-0.0006627管板邊緣剪切力系數(shù)-3.089-0.04553管板總彎矩系數(shù)3.5820.01448系數(shù)僅用于時 0.4750.00192系數(shù)當時，按K和m查圖31（b）當時，按K和m查圖31（a）實線0.8410.1557系數(shù)0.8410.145管板徑向應力系數(shù)-0.040640.003201管板布管區(qū)周邊處徑向應力系數(shù)-0.057370.000106管板布管區(qū)周邊處切應力系數(shù)-0.048320.02208殼體法蘭力矩系數(shù)-0.006706-0.0007334計算機許用計計算機許用應力管板徑向應力55.11101.2管板布管區(qū)周邊處徑向應力34.1568.22管板布管區(qū)周邊處徑向應力1.52-16.19殼體法蘭應力42.14107.4換熱管軸向應力6.26949.14殼程圓筒軸向應力3.264-34.77換熱管與管板連接拉脫應力 3.29625.83 3.6.2僅有管程壓力作用下的危險組合工況 表3-2僅有管程壓力作用下的危險組合工況（）不計溫差應力計溫差應力換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差0.0-0.0004178當量壓力組合 -0.519-0.519有效壓力組合 -3.817-16.26操作情況下法蘭力矩系數(shù)-0.007726-0.001813管板邊緣力矩系數(shù)-o.007726-0.001813管板邊緣剪切力系數(shù)-0.5308-0.1246管板總數(shù)彎矩系數(shù) -2.518-0.2066系數(shù)僅用于時 0.33390.0274系數(shù)當時，按K和m查圖31（b）當時，按K和m查圖31（a）實線0.90990.2158系數(shù)0.90990.2158管板徑向應力系數(shù)0.0098750.00437管板布管區(qū)周邊處徑向應力系數(shù)-0.00906-0.001387管板布管區(qū)周邊處切應力系數(shù)0.010850.02025殼體法蘭力矩系數(shù)-0.001686-0.0008885計算機許用計計算機許用應力管板徑向應力91.65172.8管板布管區(qū)周邊處徑向應力54.1 109管板布管區(qū)周邊處徑向應力-2.336-18.57殼體法蘭應力72.5162.8換熱管軸向應力16.4562.51殼程圓筒軸向力15.7-19.16換熱管與管板連接拉脫應力 8.6532.86 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