F280填料函式換熱器設(shè)計含10張CAD圖.zip,F280,填料函,換熱器,設(shè)計,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、動力、冶金等各個領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟生產(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，國內(nèi)外各研究機構(gòu)、高等院校對換熱器的研究一直非常重視。 根據(jù)任務(wù)書要求，本設(shè)計設(shè)計對象為F280填料函式換熱器，主要為換熱器的工藝計算、換熱器的結(jié)構(gòu)以及強度的設(shè)計。此次設(shè)計的主要過程分三個部分，一是工藝計算部分，主要是由給定的換熱面積以及其他參數(shù)，進行換熱器的選型、校核傳熱系數(shù)、計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)以及強度的設(shè)計校核，主要是對選定的各部件的設(shè)計進行應(yīng)力計算；第三部分是對換熱器的制造安裝，防腐以及后期的維護保養(yǎng)做出說明。 經(jīng)過反復(fù)的修改結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，以及圖紙的繪畫，完成了填料函式換熱器的設(shè)計。 關(guān)鍵詞：填料函 強度 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 attached great 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 1 1.1設(shè)計背景 1 1.2.換熱器的分類 1 1.2.1按照作用原理和實現(xiàn)傳熱的方式分類 1 1.2.2按使用目的分類 2 1.2.3按照傳熱面的形狀和材料分類 2 1.3管殼式換熱器（列管式換熱器） 2 1.4 設(shè)計的任務(wù) 3 2 F280填料函式換熱器結(jié)構(gòu)選擇 4 2.1 F280填料函式換熱器設(shè)計工藝參數(shù)及要求 4 2.1.1煙道氣的物性 5 2.2.2水的物性 5 2.1.3流體空間的選擇 5 2.2換熱器結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇 5 2.2.1換熱管尺寸 5 2.2.2換熱管數(shù)量 6 2.2.3換熱管的排列和管心距 6 2.2.4換熱管的材料 7 2.2.5 殼體 7 2.3 進出口設(shè)計 9 2.3.1 接管接管伸出長度) 9 2.3.2 接管與筒體、管箱殼體的連接 9 2.3.3 排氣、排液管 9 2.4 接管最小位置 10 2.4.1 殼程接管位置的最小尺寸 10 2.4.2 管箱接管位置最小尺寸 10 2.5 管板 11 2.5.1管板結(jié)構(gòu)選擇 11 2.5.2管板的計算 12 2.5.1 最小厚度 13 2.6 管箱 13 2.6.1管箱結(jié)構(gòu)形式 13 2.6.2 管箱材料的選擇 14 2.7殼體與管板的連接結(jié)構(gòu) 15 2.7.1容器法蘭的結(jié)構(gòu)選擇 15 2.7.2容器法蘭的參數(shù)選擇 15 2.7.3外頭蓋法蘭、外頭蓋側(cè)法蘭與外頭蓋墊片、浮頭墊片 16 2.8管板與管箱的連接 16 2.9管板與換熱管的連接 16 2.9.1脹接 17 2.9.2焊接 17 2.9.3脹焊結(jié)合 17 2.9.4焊接方法及結(jié)構(gòu) 17 3 F280填料函式式換熱器其他各部件結(jié)構(gòu) 18 3.1 折流板與支承板 18 3.1.1 折流板的主要幾何參數(shù) 18 3.1.2 折流板的最小厚度 18 3.1.3 折流板的管孔 19 3.1.4 折流板外直徑及允許偏差 19 3.1.5 折流板間距 19 3.2 防沖與導流 20 3.2.1 防沖板的結(jié)構(gòu) 20 3.2.2 防沖板的位置和尺寸 21 3.3 拉桿與定距管 21 3.3.1 拉桿的結(jié)構(gòu)和尺寸 21 3.3.2 拉桿的布置 23 3.3.3 定距管尺寸 23 3.4縱向隔板 23 3.5 封頭、法蘭以及鞍座的選擇 23 3.5.1 封頭的選用 23 3.5.2 法蘭結(jié)構(gòu)類型 23 3.5.3 鞍座的選擇 24 4 填料函式換熱器部分強度設(shè)計及校核 25 4.1 法蘭的強度校核 25 4.1.1 墊片 25 4.1.2 螺栓 25 4.1.3 法蘭 26 4.1.4 法蘭設(shè)計力矩 27 4.2 管板厚度計算 27 4.2.1 管板參數(shù)計算 27 4.2.2 結(jié)構(gòu)尺寸 27 4.2.3 管板應(yīng)力計算 28 4.2.4 操作力力矩 29 4.2.5法蘭預(yù)緊力 30 4.3徑向應(yīng)力 30 4.3.1 計算設(shè)計力矩M和管板延長部分的法蘭應(yīng)力 30 4.3.2 應(yīng)力校核 31 管程設(shè)計壓力Pt = 1.05MPa，PS = 0MPa： 31 4.4 管子與管板連接拉脫力的校核 32 4.4.1 換熱管軸向應(yīng)力 32 4.4.2 換熱管與管板連接拉脫力 32 4.5 開孔補強的計算 33 4.5.1 概述 33 4.5.2 殼體開孔補強 33 4.6 壓力試驗 33 4.6.1 管程圓筒 33 4.6.2 殼程圓筒 34 5 填料函式換熱器的制造、安裝、檢驗、防腐，清洗和維修 35 5.1 概述 35 5.2 材料驗收 35 5.3 填料函式換熱器的制造 35 5.3.1 殼體圓筒 35 5.3.2 管箱 35 5.3.3 管板 36 5.3.4 管孔加工 36 5.3.5 換熱管道的組裝 36 5.4換熱器的安裝 36 5.5清洗 36 5.6換熱器的防腐 37 5.6.1換熱管的防腐 37 5.6.2管子與管板、折流板連接處的腐蝕 37 5.7 填料函式換熱器的操作與維護 37 5.7.1換熱器的正確使用 37 5.7.2換熱器的科學管理 37 5.8換熱器的定期檢驗 38 5.8.1外部檢查 38 5.8.2內(nèi)部檢查 38 5.8.3全面檢查 39 總結(jié) 40 致 謝 41 IX 1概述 1.1設(shè)計背景 能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，自從人類學會使用火開始，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，不管是蒸汽機的出現(xiàn)以及改進，還是內(nèi)燃機的不斷改進，還是電力時代的徹底解放。能源是一個國家綜合實力的體現(xiàn)，是生產(chǎn)力的體現(xiàn)。 中國在能源道路上，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)，還是出臺各種能源政策，旨在以更高效，更健康的發(fā)展經(jīng)濟，以為后代負責，為世界負責的態(tài)度，積極承擔作為大學的責任與擔當。 根據(jù)規(guī)劃，到2020年全國能源消費總量要控制在50億噸標準煤以內(nèi)，單位GDP能耗下降15%，重點推進節(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，同時也是壓力較大的推進領(lǐng)域。根據(jù)數(shù)據(jù)，2018年前兩個月，國內(nèi)工業(yè)增加值能耗下了2.08%，按照既定目標，“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。所以目前我們的節(jié)能減排形勢嚴峻，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，希望通過更高的能源使用效率，獲得更高的經(jīng)濟效益 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，通過固體壁面的導熱和對流換熱進行風量的傳遞。參加換熱的流體不會混合，傳熱過程連續(xù)而穩(wěn)定地進行。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)簡單，制造工藝成熟，適用性強，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)簡單，制造方便著稱。 （2）板式換熱器 以板與面進行傳熱。。這類換熱器傳熱效率高、熱損失小，缺點是承壓能力低，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)計簡單，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)計的任務(wù) 設(shè)計課題主要是對換熱器的機械結(jié)構(gòu)部分進行設(shè)計，并且通過計算選定合適的參數(shù)，并對設(shè)計后的換熱器進行強度和性能的校核。使其達到國家標準的各種要求。通過對圖形的繪制，畢業(yè)設(shè)計說明書的制作，熟練使用繪圖軟件和辦公軟件，強化我們的動手能力，保證步入社會時有更多的技能。設(shè)計完成之后，需要多次的反復(fù)修改，優(yōu)化設(shè)計，提高設(shè)計的合理性與專業(yè)性。畢業(yè)設(shè)計不僅要設(shè)計出合適的換熱器，還要對換熱器哥部件的選材，主體與部分的加工制造做出計劃和方案，還要對換熱器的防腐，維修保養(yǎng)等做出正確說明，保證設(shè)計的完整性與專業(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)計工藝參數(shù)及要求 表1 換熱器設(shè)計參數(shù)和要求 項目 設(shè)計要求 1 管程介質(zhì) 煙道氣 2 殼程介質(zhì) 水 3 管程設(shè)計壓力 1.05MPa 4 殼程設(shè)計壓力 0.95MPa 5 管程設(shè)計溫度 330℃ 6 殼程設(shè)計溫度 80℃ 7 換熱面積 280m2 8 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) 項目 設(shè)計要求 1 溫度t 300℃ 2 密度ρ1 0.617kg/m3 3 比熱容Cp1 0.268KJ/（Kg· ℃） 4 導熱系數(shù)λ1 4.16（m·h·℃) 5 粘度μ1 2.878×10-3Pa·s 6 普朗特數(shù)Pr1 0.65 2.2.2水的物性 表3 水的物性參數(shù) 項目 設(shè)計要求 1 溫度t 25℃ 2 比熱容Cp2 2.1KJ/（Kg· ℃） 3 導熱系數(shù)λ2 4.16（m·h·℃) 4 粘度μ2 0.89×10-3Pa·s 5 普朗特數(shù)Pr2 16.1 2.1.3流體空間的選擇 由設(shè)計參數(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)計手冊》填料函式換熱器基礎(chǔ)參數(shù)的選取。初選用外徑為d=φ25mm,管壁厚δ=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 25X2.5 25X2 正三角形 32 19X2 19X2 25 (2)管長 已知換熱面積為280㎡，公稱壓力PN=1.24Mpa，據(jù)《換熱器設(shè)計手冊》表1-2-7，可選換熱管長度4500mm。 2.2.2換熱管數(shù)量 (1) 可得n≈894（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－換熱管長度，m； δ－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。為了彌補缺點，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，因為換熱管管間要進行機械清洗，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 25X2.5 25X2 正三角形 32 19X2 19X2 25 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》（1-14）可知 （根） （4） 式中 n：單程管數(shù) m: 程數(shù) 由于設(shè)計的是雙管程結(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[σ]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》中的詳細計算數(shù)據(jù)計算厚度： (6) 取整得4mm 式中： Pc：管程設(shè)計壓力 D：i公稱直徑, [σ]t：管 Φ：脹接系數(shù)。 設(shè)計厚度： (7) 名義厚度： (8) 取整得mm 有效厚度： (9）設(shè)計溫度下圓筒計算應(yīng)力： (10) 設(shè)計溫度下圓筒最大工作應(yīng)力 (11) 管程設(shè)計壓力，設(shè)計溫度，依據(jù)，采用,查表得到[σ] ，Φ＝1，,。 計算厚度： 設(shè)計厚度： 名義厚度： mm 有效厚度： 設(shè)計溫度下圓筒計算應(yīng)力： 設(shè)計溫度下圓筒最大允許工作應(yīng)力： 1.32MPa＞1.05MPa 2.3 進出口設(shè)計 流體介質(zhì)進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。當然同時還需要慮到進出口壓強的狀況，使流體介質(zhì)充分進行熱交換。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，這個有計算保證，有利于保證安全和較高的換熱效率。 2.3.1 接管接管伸出長度) 接管法蘭面至殼體（管箱殼體）外壁距離是接管外伸長度。由《換熱器設(shè)計手冊》第頁，可得知接管其長度運算公式是： 式中：l――接管外伸長度，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準范圍選定。并且不設(shè)定開口補強。 2.3.3 排氣、排液管 在換熱器的殼程以及管程處設(shè)計了排氣排液口，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。 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。進出口管殼應(yīng)盡最大可能靠近管板兩端，而進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)計手冊》第144頁的圖1-6-2，如下圖3所示： 圖4 殼程接管位置 運算此下公式： 帶補強圈： 無補強圈： 2.4.2 管箱接管位置最小尺寸 換熱器設(shè)計手冊》第頁圖，如下圖5示： 圖5管箱接管位置 帶補強圈： 無補強圈： 通常要求mm，本設(shè)計要求達到40mm，以保證強度，延長使用壽命 根據(jù)公式運算得到出水進、出口高度=mm, 煙道氣進、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 管板是負責固定換熱管的機構(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，主要考慮強度和結(jié)構(gòu)設(shè)計。對外填料函式換熱器而言，一般不會將它兼做法蘭的管板，本設(shè)計選定管板亦是如此，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)計手冊》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)計手冊》第頁表（A）和（B）得管板尺寸： mm mm mm mm 2.5.1 最小厚度 管板最小厚度min根據(jù)《換熱器設(shè)計手冊》第頁的表，見表6。 表6 管板開孔尺寸 管子外徑d 管孔名義直徑d’ 最小脹接長度l 管子外伸長度l1 槽深度K 19 19.4 δ≤50 δ＞50 5 0.5 25 25.4 32 32.4 δ-3 6 0.6 45 45.5 2d 7 0.8 =C 所以最小厚度min為mm 2.6 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)計手冊》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 DN≤600 8mm 8mm 600＜DN≤1200 10mm 8mm DN＞1200 14mm 10mm 2.6.2 管箱材料的選擇 已經(jīng)得知設(shè)計溫度、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 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 計算壓力 Pc MPa 1.48 2 管箱內(nèi)徑 di mm 1400 3 管箱材料 Q235R 4 設(shè)計溫度下許用應(yīng)力 [σ]t MPa GB150-98 140 5 管箱計算厚度 δ mm δ=Pcdi/（2[σ]tΦ-Pc） 10 6 焊接接頭系數(shù) Φ mm 0.895 7 腐蝕余量 C2 mm 2.0 9 設(shè)計厚度 δd mm δd=δ+ C2 9.7 10 名義厚度 δn GB151-1999項目5.3.2 16 2.7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構(gòu)，據(jù)換熱器手冊p168中可拆式管板設(shè)計要求可知，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構(gòu) 2.7.2容器法蘭的參數(shù)選擇 對容器法蘭的參數(shù)選定如表9所示， 表9 容器法蘭的選擇 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 法蘭類型 可拆式管板夾持型式JB/T4703-2000 PN=4MPa 2 法蘭外徑 d0 mm JB/T4703-2000 1120 3 螺栓圓直徑 d1 mm JB/T4703-2000 960 4 法蘭直徑 dn mm JB/T4703-2000 1000 5 法蘭材料 16MnR 6 墊片類型 JB/T4703-2000 PN=2.5MPa 7 墊片材料 不銹鋼 GB/T3985-2000 8 墊片外徑 D0 mm JB/T4704-2000 1125 9 墊片內(nèi)徑 D mm JB/T4704-2000 1125 10 法蘭厚度 δ mm JB/T4704-2000 70 11 墊片厚度 δ1 mm JB/T4704-2000 3 12 螺栓數(shù)量 2×40×M28 2.7.3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20MnMoⅡ，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 d d1 d2 d3 d4 H h a1 δ1 δ2 R 860 825 786 776 773 48 160 82 28 26 40 22 （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。因為管程走的是煙道氣，需要較高的密封性能，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，有時防止泄漏的重點。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。在這里重點對其連接方法做介紹與對比。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，達到固定和密封的作用。 脹接連接適用于設(shè)計壓力小于4MPa，設(shè)計溫度小于300℃，操作中無劇烈的振動，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便，適合規(guī)?；a(chǎn)，焊接對比脹接有以下主要優(yōu)點：方法簡單，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，焊接工藝也比脹接更加工藝簡便，并且在壓力不太高時可使用較薄的管板，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及有間隙腐蝕的場合。 2.9.3脹焊結(jié)合 單獨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，提高抗振動能力，延長使用壽命，適用于密封性能要求較高，承受疲勞或振動載荷，以及有間隙腐蝕的場合。 2.9.4焊接方法及結(jié)構(gòu) 在此設(shè)計中，考慮到管程壓力比較大，以及煙道氣的不確定性，本設(shè)計中采用強度焊的方式。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)計根據(jù)工藝來選定的，相對換熱器來說設(shè)計折流板主要產(chǎn)生的作用是為了提升傳熱效果以及對管子支撐力度。由于管程介質(zhì)為煙道氣，此時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=800×25％= 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)計手冊》第頁的表，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 l≤300 300＜l≤600 600＜l≤900 900＜l≤1200 1200＜l≤1500 l＞1500 DN≤400 3 4 5 8 10 10 400＜DN≤700 4 5 6 10 10 12 700＜DN≤900 5 6 8 10 12 16 900＜DN≤1500 6 8 10 12 16 16 1500＜DN≤2000 - 10 12 16 20 20 2000＜DN≤2600 - 12 14 18 20 22 已經(jīng)知道殼徑，瀏覽《換熱器設(shè)計手冊》第頁的表，采用跨距，然后折流板最小厚度為5mm。 3.1.3 折流板的管孔 因為管孔選中的材料是鋼，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 14 14.6 16 16.6 19 19.6 +0.4 25 25.8 +0.45 32 32.8 0 38 38.8 +0.5 45 45.8 0 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。在管孔的擋板處進行處理，對管孔兩側(cè)需要進行倒角處理。 3.1.4 折流板外直徑及允許偏差 依據(jù)《換熱器設(shè)計手冊》第頁的表，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 DN≤400 DN-2.5 0 400＜DN≤500 DN-3.5 -0.5 500＜DN≤900 DN-4.5 0 900＜DN≤1300 DN-6 -0.8 1300＜DN≤1700 DN-8 0 1700＜DN≤2000 DN-10 -1.2 2000＜DN≤2300 DN-12 0 - - -1.4 2300＜DN≤2600 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 19mm 1500mm 1300mm 25mm 1850mm 1600mm 32mm 2200mm 1900mm 38mm 2500mm 2200mm 44mm 2800mm 2500mm 已得取管子外徑為25mm，材質(zhì)是鋼，則跨距選定1850mm。 3.2 防沖與導流 設(shè)計防沖板的目的是為了預(yù)防介質(zhì)從接口流入時，對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)計換熱器為臥式換熱器，所以不需要設(shè)置導流筒 3.2.1 防沖板的結(jié)構(gòu) 瀏覽《換熱器設(shè)計手冊》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)壁間的距離運算公式根據(jù)《換熱器設(shè)計手冊》第頁的。 公式31是計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)計手冊》第頁，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，當管板 厚度很小時，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 長度需要根據(jù)拉桿直徑來選擇，據(jù)《換熱器設(shè)計手冊》第188頁的拉桿尺寸圖，如圖13和第189頁表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 DN＜400 400≤DN＜700 700≤DN＜900 900≤DN＜1300 1300≤DN＜1500 1500≤DN＜1800 10 4 6 10 12 16 24 12 4 4 8 10 12 18 16 4 4 6 6 8 12 表12 拉桿的直徑 （mm） 換熱管外徑 拉桿直徑 10 10 14 12 19 12 25 16 32 16 38 16 45 16 57 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)定運轉(zhuǎn)會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，延長使用壽命，本換熱器設(shè)計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)當設(shè)置4個支撐點。 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。因為此次設(shè)計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，在此不贅述。 （2） 可拆式連接 填料函換熱器的重要優(yōu)勢就是可拆，所以在此運用可拆式連接，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，需要比平時所用6mm隔板更厚，根據(jù)前文計算，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)計規(guī)范外，頭蓋應(yīng)采取材料16MnR的標準橢圓形封頭，它的厚度是7mm。 名義厚度： δ= δd+0.3+圓整= 8mm （32） 有效厚度： δe=10-c1-c2=8-3-0.3=4.7mmm （33） 得橢圓形封頭h2=25mm,h1=178mm 3.5.2 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中不需要拆卸，應(yīng)當選用可拆式螺柱連接。并且由于螺柱的緊固容易伴隨松動，所以需要設(shè)置防松機構(gòu)，且搭配防松支耳。 3.5.3 鞍座的選擇 此次設(shè)計的是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度設(shè)計及校核 4.1 法蘭的強度校核 4.1.1 墊片 管板與法蘭之間設(shè)置墊片，加強了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減少了松動的可能性，有效防止容器泄漏。 據(jù)《化工設(shè)備設(shè)計全書-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δ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N＝10mm，基本密封寬度bo＝N/2=10/2=5mm 根據(jù)GB150－1997，當bo<6.4mm時， (34) 墊片壓緊力作用中心圓直徑 當b0<6.4mm時，墊片壓緊力作用中心圓直徑 (35)