U形管換熱器設(shè)計(jì).doc

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1、長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘要 本文依據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格遵循GB151-99和GB150-98，著重介紹了U型管式換熱器的傳熱工藝的計(jì)算，及物料與結(jié)構(gòu)因素對(duì)換熱能力的影響和換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)，包括工藝結(jié)構(gòu)與機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和換熱器受力元件如管板的受力計(jì)算和強(qiáng)度校核，以保證蒸汽過熱器安全運(yùn)行，其中，前者主要是確定有關(guān)部件的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)尺寸和零件之間的連接，如封頭、接管、管板、折流板等的結(jié)構(gòu)形式和尺寸，管板與換熱管、殼體、管箱的連接等。還介紹了U型管式換熱器的制造、檢驗(yàn)、安裝和維修時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。 關(guān)鍵詞：蒸汽過熱器 傳熱計(jì)算 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 強(qiáng)度校核

2、 Abstract This thesis is based on relevant national, standards, and strictly follows the GB151-99 and GB150-98, emphatically introduces the calculation of heat technologic process of U-tube heat exchangers, the effect with the fluids and structure of heat ex

3、changer, and design of kinds of mechanical structure, including structure of technologic process and mechanical structure and the loading conditions of objects of heat exchanger and strength check ,such as, tube sheet, aimed to make the heat exchangers work safely, the former is mostly related to co

4、mponent structural form and dimension, such as Vessel Head, nozzle, tube sheet, and baffle plate, and so on. And it also involves connection between tube sheet and accessories, shell and channel. Besides it also introduces some events to taking into account when manufacturing, inspecting, installing

5、 and maintaining. Key words: Steam superheater; Calculation of heat transfer; Design of structure; Strength check 35 目錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1概述 1 1.2換熱器在工業(yè)中的應(yīng)用 1 1.3換熱器研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向 2 1.3.1研究現(xiàn)狀 2 1.3.2發(fā)展趨勢(shì) 3 1.4設(shè)計(jì)任務(wù)及思想 4 1.4.1設(shè)計(jì)任務(wù) 4 1.4.2設(shè)計(jì)思想 4 第2章 工藝計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 2.1確定物性參數(shù) 5 2.

6、2確定熱流量 7 2.2.1平均傳熱溫差 7 2.2.2熱流量 7 2.3工藝結(jié)構(gòu)尺寸 8 2.3.1管徑和管內(nèi)流速 8 2.3.2管程數(shù)和傳熱管數(shù) 8 2.3.3平均傳熱溫差校正 9 2.3.4傳熱管排列 9 2.3.5筒體 9 2.3.6折流板 10 2.3.7其他附件 11 2.3.8接管 11 2.3.9鞍座設(shè)計(jì) 12 2.4校核傳熱系數(shù)及換熱面積 12 2.4.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 12 2.4.2管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 12 2.4.3污垢熱阻和管壁熱阻 13 2.5換熱器主要參數(shù) 14 第3章 結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度計(jì)算 15 3.1 U型管換熱器基本參數(shù) 15

7、 3.1.1原始數(shù)據(jù) 15 3.1.2布管限定圓 15 3.2殼體設(shè)計(jì)及檢驗(yàn) 15 3.2.1殼程筒體壁厚 15 3.2.2筒體壁厚檢驗(yàn) 16 3.2.3殼程筒體封頭厚度的計(jì)算 17 3.2.4折流板設(shè)計(jì)及檢驗(yàn) 17 3.2.5驗(yàn)證U型管的尾部支撐 17 3.3管箱設(shè)計(jì) 18 3.3.1管箱短節(jié)設(shè)計(jì) 18 3.3.2管箱短節(jié)壁厚檢驗(yàn) 18 3.3.3管箱封頭設(shè)計(jì) 19 3.3.4管箱法蘭設(shè)計(jì) 19 3.4管板設(shè)計(jì)計(jì)算 20 3.5分程隔板的設(shè)計(jì) 22 3.6拉桿與定距管的設(shè)計(jì) 22 3.7開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) 23 3.7.1殼程進(jìn)出口接管補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 23 3

8、.7.2管箱短節(jié)進(jìn)出口接管補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 26 第4章 安裝使用及維修 28 4.1安裝 28 4.2維護(hù)和檢修 29 4.3設(shè)備施工中常見錯(cuò)誤的一些解決方案 30 4.3.1設(shè)備施工中管口錯(cuò)誤的解決方案 30 4.3.2材料選擇與代用 30 4.3.3試壓 31 4.3.4容器加工 31 結(jié)論 32 參考文獻(xiàn) 33 致謝 34 第1章 緒論 1.1概述 蒸汽過熱器是管殼式換熱器的一種，是以煤為原料的合成氨氮肥裝置中的主要設(shè)備。該設(shè)備用合成反應(yīng)氣來加熱蒸汽，既便于合成反應(yīng)氣達(dá)到下一道工序的溫度要求，同時(shí)使蒸汽的焓值升高，從而生成過熱蒸汽，達(dá)到節(jié)能增效的目的。換熱器在

9、日常生活中隨處可見，是不可缺少的工藝設(shè)備之一。因此換熱器的研究也備受世界各國(guó)政府及研究機(jī)構(gòu)的高度重視。隨著研究投入的加大，一批具有代表性的高效換熱器和強(qiáng)化傳熱元件也隨之誕生。隨著研究的深入，工業(yè)應(yīng)用取得了令人矚目的成就，社會(huì)效益得到了顯著提高，緩解了能源緊張問題。換熱設(shè)備是使熱量從熱流體傳遞到冷流體的設(shè)備，使化工、煉油、動(dòng)力、食品、輕工、原子能、制藥、機(jī)械及其他許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用設(shè)備。在化工廠中，換熱設(shè)備的投資約占總投資的10%～20%；在煉油廠中，約占總投資的35%～40%。 1.2換熱器在工業(yè)中的應(yīng)用 在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱設(shè)備的主要作用是使熱量由溫度較高的流體傳遞給穩(wěn)到較低的

10、流體，使流體溫度達(dá)到工藝流程的指標(biāo)，以滿足工業(yè)流程上的需要。 由于世界性的能源危機(jī)，為了降低能耗，工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)換熱器的需求量越來越多，對(duì)換熱器的質(zhì)量要求也越來越高。近幾十年來，緊湊式換熱器(板式、板翅式、壓焊板式換熱器等)、熱管式換熱器、直接接觸式換熱器等得到發(fā)展。 目前國(guó)內(nèi)使用的換熱器多為列管換熱器和螺旋板換熱器。它的主要特點(diǎn)是管內(nèi)外換熱面積相等。這樣當(dāng)交換系數(shù)相差較大的交換介質(zhì)在管內(nèi)外進(jìn)行熱量交換時(shí)，由于其不平恒性而達(dá)不到理想的交換目的，換熱效率相對(duì)較低。 雖然現(xiàn)在出現(xiàn)大量結(jié)構(gòu)緊湊高效的換熱設(shè)備，例如：波紋板換熱器、板翅式換熱器、螺旋板換熱器、傘板換熱器等，但在各行業(yè)的換熱設(shè)備中，管

11、殼式換熱器仍占據(jù)著主導(dǎo)地位。因?yàn)樵S多工藝過程都具有高溫、高壓、高真空、有腐蝕等特點(diǎn)，而管殼式換熱器具有選材范圍廣(可為碳鋼、低合金鋼、高合金鋼、鋁材、銅材、鈦材等)，換熱表面清洗較方便，適應(yīng)性強(qiáng)，處理能力大，特別是能承受高溫和高壓等特點(diǎn)，所以管殼式換熱器被廣泛應(yīng)用于化工、煉油、石油化工、制藥、印染以及其它許多工業(yè)中，它適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等方面。 管殼式換熱器主要由換熱管束、殼體、管箱、分程隔板、支座等組成。換熱管束包括換熱管、管板、折流板、支持板、拉桿、定距管等。換熱管可為普通光管，也可為帶翅片的翅片管，翅片管有單金屬整體軋制翅片管、雙金屬軋制翅片管、繞片式翅片管、疊片式

12、翅片管等，材料有碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅材、鋁材、鈦材等。殼體一般為圓筒形，也可為方形。管箱有橢圓封頭管箱、球形封頭管箱和平蓋管箱等。分程隔板可將管程及殼程介質(zhì)分成多程，以滿足工藝需要。 管殼式換熱器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮許多因素，例如傳熱條件、材料、介質(zhì)壓力、溫度、管殼程壁溫溫差、介質(zhì)結(jié)垢情況、流體性質(zhì)以及檢修和清洗條件等等，從而確定一種適合的結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于同一種形式的換熱器，由于各種不同工況，往往采用的結(jié)構(gòu)并不相同。在工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)按其特定的條件進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，以滿足工藝需要。 新型換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)及材料研究及過程裝備CAD/CAE/CAM技術(shù)研究方向以工程流體力學(xué)、傳熱學(xué)、應(yīng)用力學(xué)為理論

13、基礎(chǔ)，集過程、工藝、結(jié)構(gòu)于一系統(tǒng)之中，進(jìn)行了優(yōu)化與綜合研究，推出了傳統(tǒng)擋板管殼式換熱器的換代產(chǎn)品。首次系統(tǒng)地研究和論述了“縱流殼程換熱器”的流體力學(xué)、傳熱性能及強(qiáng)化機(jī)理，組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度分析，強(qiáng)化換熱管及管束制造，結(jié)構(gòu)性能的模糊優(yōu)化，管束的動(dòng)力和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及仿真模擬技術(shù)。從理論上為新型“縱流殼程換熱器”技術(shù)的發(fā)展與工程應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 八十年代中至今，主要從事新型管殼式換熱器的研究工作。由于傳統(tǒng)的擋板式橫向流殼程管殼式換熱器，它的高度可靠性和廣泛適應(yīng)性，是其它板式高效換熱器所不能替代的。因此，至今它仍在工業(yè)生產(chǎn)中占主要地位。在日本其產(chǎn)量占全部換熱器的70％，在我國(guó)高達(dá)90％以上。但它

14、卻存在傳熱效率低、流體流動(dòng)阻力大和易產(chǎn)生誘導(dǎo)振動(dòng)等缺點(diǎn)。因此進(jìn)一步研究開發(fā)新型高效節(jié)能管殼式換熱器，無論在理論和在工程實(shí)踐中均有重要意義。此項(xiàng)成果將直接產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 1.3換熱器研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向 20世紀(jì)80年代以來，換熱器技術(shù)飛速發(fā)展，帶來了能源利用的提高。各種新型、高效換熱器的相繼開發(fā)與應(yīng)用帶來了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、私有化比例的加大，降低成本已成為企業(yè)追求的最終目標(biāo)。因而節(jié)能設(shè)備的研究與開發(fā)備受關(guān)注。能源的日趨緊張、全球環(huán)境氣溫的不斷升高、環(huán)境保護(hù)要求的提高給換熱器及高溫、高壓換熱器帶來了日益廣闊的應(yīng)用前景。 1.3.1研究現(xiàn)狀 美國(guó)傳熱研究公司（

15、Heat Transfer Research Inc.）即HTRI，是1962年發(fā)起組建的一個(gè)國(guó)際性、非贏利的合作研究機(jī)構(gòu)。在傳熱機(jī)理、兩相流、振動(dòng)、污垢、模擬及測(cè)試技術(shù)方面做出了重要貢獻(xiàn)。近年來，該公司在計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件開發(fā)上發(fā)展很快，所開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化軟件、各種換熱器工藝設(shè)計(jì)軟件計(jì)算精度準(zhǔn)確，不僅節(jié)省了人力，提高了效率，而且提高了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。 英國(guó)傳熱及流體服務(wù)中心（Heat Transfer and Fluid Flow Service）即HTFS，于1967年成立，隸屬于英國(guó)原子能管理局。該公司長(zhǎng)期從事傳熱與流體課題的研究，所積累的經(jīng)驗(yàn)和研究成果不僅廣泛應(yīng)用于原子能工業(yè)，而且用于一般工

16、業(yè)。最大特點(diǎn)是與各大學(xué)和企業(yè)合作，進(jìn)行專門的課題研究，研究成果顯著。在傳熱與流體計(jì)算上更準(zhǔn)確，開發(fā)的HTFS、TASC各類換熱器微機(jī)計(jì)算軟件備受歡迎。 國(guó)內(nèi)各研究機(jī)構(gòu)和高等院校研究成果不斷陳列出新，在強(qiáng)化傳熱元件方面華南理工大學(xué)相繼開發(fā)出表面多孔管、螺旋槽管、波紋管、縱橫管等；天津大學(xué)在流路分析法、振動(dòng)等方面研究成果顯著；清華大學(xué)在板片傳熱方面有深入的研究；在強(qiáng)度軟件方面化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站開發(fā)出SW6等；這些技術(shù)成果為國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，為中國(guó)煉油、化工工業(yè)的發(fā)展起到了重要作用，也使中國(guó)的傳熱技術(shù)水平步入國(guó)際先進(jìn)水平。 1.3.2發(fā)展趨勢(shì) 物性模擬研究 換熱器傳熱與流體流動(dòng)計(jì)算的準(zhǔn)確

17、性，取決于物性模擬的準(zhǔn)確性。因此，物性模擬一直為傳熱界重點(diǎn)研究課題之一，特別是兩相流物性的模擬。其基礎(chǔ)來源于實(shí)驗(yàn)室實(shí)際工況的模擬，這恰恰是與實(shí)際工況差別的體現(xiàn)。有時(shí)實(shí)驗(yàn)室與實(shí)際工況差別較大，為此，要求物性模擬在實(shí)驗(yàn)手段上更加先進(jìn)，測(cè)試的準(zhǔn)確率更高。從而使換熱器設(shè)計(jì)更加精確，材料更節(jié)省。 分析設(shè)計(jì)的研究 分析設(shè)計(jì)是近代發(fā)展的一門新興學(xué)科，通過分析設(shè)計(jì)可以得到流體的流動(dòng)分布場(chǎng)，使得給常規(guī)強(qiáng)度計(jì)算帶來更準(zhǔn)確、更便捷的手段。這一技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展，將帶來技術(shù)水平的飛躍。將會(huì)逐步取代強(qiáng)度試驗(yàn)，擺脫實(shí)驗(yàn)室繁重的勞動(dòng)。 大型化及能耗的研究 換熱器將隨裝置大型化而大型化，緊湊型換熱器將越來越受到

18、歡迎。當(dāng)今換熱器的發(fā)展將振動(dòng)損失逐漸克服，高溫、高壓、安裝、可靠地?fù)Q熱器結(jié)構(gòu)將朝著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、重量輕發(fā)展。 強(qiáng)化技術(shù)研究 各種新型、高效換熱器將逐步取代現(xiàn)有常規(guī)產(chǎn)品。電場(chǎng)動(dòng)力效應(yīng)強(qiáng)化傳熱技術(shù)、添加物強(qiáng)化沸騰傳熱技術(shù)、通入惰性氣體強(qiáng)化傳熱技術(shù)、滴狀冷凝技術(shù)，微生物傳熱技術(shù)、磁場(chǎng)動(dòng)力傳熱技術(shù)在新的世紀(jì)得到研究和發(fā)展。 新材料研究 材料將朝著強(qiáng)度高、制造工藝簡(jiǎn)單、防腐效果好、重量輕的方向發(fā)展。 控制結(jié)垢即腐蝕的研究 隨著節(jié)能、增效要求提高，污垢研究將會(huì)受到國(guó)家的重視和投入。通過對(duì)污垢的形成機(jī)理、生長(zhǎng)速度、影響因素的研究，預(yù)測(cè)污垢曲線，從而控制結(jié)垢，這將傳熱效率的提高將帶來重大突破

19、。 1.4設(shè)計(jì)任務(wù)及思想 1.4.1設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一臺(tái)蒸汽過熱器，設(shè)計(jì)條件如下： 殼程 管程 物料名稱 蒸汽 合成反應(yīng)氣 介質(zhì)性質(zhì) 無 毒 易燃易爆，中度毒性 設(shè)計(jì)壓力（MPa） 4.6 6 工作壓力（MPa） 3.75 5.5 工作溫度（C） 248.2/400 443.1/416.3 設(shè)計(jì)溫度（C） 400

20、 450 換熱面積 （m2） 105 程數(shù) 1 2 使用壽命 12年 結(jié)構(gòu)型式 BIU 1.4.2設(shè)計(jì)思想 設(shè)計(jì)應(yīng)遵循優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低耗的原則，盡可能采用先進(jìn)的技術(shù)、最新的國(guó)家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理之要求，具體可概括為： （1）根據(jù)GB151-1999《鋼制壓力容器》與壓力容器用鋼等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （2）滿足工藝和操作要求。所設(shè)計(jì)的流程和設(shè)備

21、應(yīng)確保得到質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品，同時(shí)所設(shè)計(jì)的流程與設(shè)備要具有一定的操作彈性，以期方便地對(duì)流量和傳熱量進(jìn)行調(diào)節(jié)。 （3）滿足經(jīng)濟(jì)上的要求。設(shè)計(jì)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備與基礎(chǔ)的費(fèi)用，選擇合適的回流比，節(jié)省水蒸汽，設(shè)計(jì)時(shí)要全面考慮，力求總費(fèi)用盡可能的低。 （4）保證生產(chǎn)安全。所設(shè)計(jì)的換熱器應(yīng)具有一定的剛度和強(qiáng)度，設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)壓力確定壁厚,再校核其他零件的強(qiáng)度,進(jìn)行水壓試驗(yàn)，并保證容器具有足夠的腐蝕裕度。 第2章 工藝計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1確定物性參數(shù) 定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值[1]。故殼程

22、蒸汽的定性溫度為： ℃ 管程合成反應(yīng)氣的定性溫度為： ℃ 根據(jù)定性溫度，分別查取計(jì)算殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù) 合成反應(yīng)氣的組分及比例見表2-1。 表2-1 合成反應(yīng)氣組分比例表 組分 合計(jì) 含量% 11.78 3.27 44.33 16.16 0.27 24.19 100 根據(jù)表2-1以及化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)[2]查得各組分在定性溫度下的物性參數(shù)，見表2-2。 表2-2 物性參數(shù)表 組分 比熱 密度 粘度 導(dǎo)熱系數(shù) 1042.22 94.13 0.049 1112.14 57.82

23、 0.050 14604 3.86 0.33 1096.25 57.85 0.051 3974.91 33.69 0.11 2838.9 41.34 0.0766 根據(jù)查得的物性參數(shù)及常用化工單元設(shè)備的設(shè)計(jì)[3]關(guān)于混合氣體的計(jì)算公式計(jì)算合成反應(yīng)氣的各項(xiàng)物性參數(shù)。 的摩爾分率為： 的摩爾分率為： 的摩爾分率為： 的摩爾分率為： 的摩爾分率為： 的摩爾分率為： 合成反應(yīng)氣物性參數(shù)計(jì)算公式為： （2-1

24、） （2-2） （2-3） （2-4） 按式（2-1）計(jì)算得出合成反應(yīng)氣密度為： 按式（2-2）計(jì)算得出合成反應(yīng)氣粘度為： 按式（2-3）計(jì)算得出合成反應(yīng)氣比熱為： 按式（2-4）計(jì)算得出合成反應(yīng)氣導(dǎo)熱系數(shù)為： 則有： 蒸汽在324.1℃，4.6下的物性數(shù)據(jù)如下： 密度 定壓比熱容 導(dǎo)熱系數(shù)

25、 粘度 合成反應(yīng)氣在429.7℃，6下的物性數(shù)據(jù)如下： 密度 定壓比熱容 導(dǎo)熱系數(shù) 粘度 2.2確定熱流量 2.2.1平均傳熱溫差 先按照純逆流計(jì)算，根據(jù)式（2-5）計(jì)算 （2-5） 得： ℃ 2.2.2熱流量 為求得熱流量，需先求出傳熱系數(shù)K，而K值又與給熱系數(shù)、污垢熱阻等有關(guān)。在換熱器的直徑、流速等參數(shù)均未確定時(shí)，給熱系數(shù)也無法計(jì)算，所以只能進(jìn)行試算。假設(shè)，則估算的熱流量根據(jù)式（2-6）計(jì)算

26、 （2-6） 為： 根據(jù)熱流量可求出殼程蒸汽及管程合成氣的流量分別為： 2.3工藝結(jié)構(gòu)尺寸 2.3.1管徑和管內(nèi)流速 換熱管有光管、焊接管、螺紋管、波節(jié)管、波紋管、三維內(nèi)外肋管等。在沒有特殊要求的情況下，一般選用光管因?yàn)楣夤芗庸し奖恪r(jià)格便宜，本裝置采用光管。 選擇管徑時(shí)，應(yīng)盡可能使流速高些，但一般不應(yīng)超過規(guī)定的流速范圍。易結(jié)垢、粘度較大的液體宜采用較大的管徑。我國(guó)目前試用的列管式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中僅有及兩種規(guī)格的管子。采用小管徑，可使單位體積的傳熱面積增大、結(jié)構(gòu)緊湊、金屬耗量減少、傳熱系數(shù)提高。 管長(zhǎng)的選擇是以清洗方便及合理使用管材為原則。長(zhǎng)管不便于

27、清洗，且易彎曲。我國(guó)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)鋼管長(zhǎng)度為，當(dāng)選取管長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)鋼管長(zhǎng)度規(guī)格，合理裁減，避免材料的浪費(fèi)。本裝置的換熱管采用的光管。取管內(nèi)流速。 2.3.2管程數(shù)和傳熱管數(shù) 可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速按式（2-7）確定 （2-7） 則單程傳熱管數(shù)： （根） 所需的傳熱管長(zhǎng)度按式（2-8）確定 （2-8） 為： 根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)。 2.3.3平均傳熱溫差校正

28、 平均溫差校正系數(shù)有： ， 根據(jù)單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查GB150[4]得： 則平均傳熱溫差為： ℃ 2.3.4傳熱管排列 換熱管外徑為，查GB151[5]得最小換熱管最小彎曲半徑為，取離分程隔板最近一排的換熱管彎曲半徑為，由分程隔板向上每一排布管的彎曲半徑相等。U型換熱管段彎曲前的最小壁厚按式（2-9）確定 （2-9） 有： 換熱管采用正方形排列。 取管心距，則，換熱管排列方式見裝配圖中的布管圖。 2.3.5筒體 （1）一般來說，換熱器的殼體和管箱公稱直徑大于400mm

29、時(shí)，其筒體使用板材卷制。當(dāng)換熱器的公稱直徑小于等于400mm時(shí)，其筒體使用管材制作。 （2）壁厚的確定 筒體壁厚應(yīng)按照文獻(xiàn)[4]進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。規(guī)定殼體最小厚度的目的是為了增加殼體剛性，減少變形，以利于管板和管束的安裝，尤其是浮頭換熱器的殼體由于得不到管板的加強(qiáng)又需要拆卸，故保證最小厚度更為重要。筒體的有效厚度及名義厚度在強(qiáng)度計(jì)算中確定。 由于本過熱器采用雙管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按下式估算。取管板利用率，則殼體內(nèi)徑按式（2-10）計(jì)算 （2-10） 為： 按U型管換熱器殼體標(biāo)準(zhǔn)直徑系列，可取。 2

30、.3.6折流板 列管式換熱器的殼程流體流通截面積大，在殼程流體屬對(duì)流傳熱條件時(shí)，為增大殼程流體的流速，加強(qiáng)其湍動(dòng)程度，提高其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，需要設(shè)置折流板。折流板有橫向折流板和縱向折流板兩類[6]，單殼程的換熱器僅需設(shè)置折流板，橫向折流板同時(shí)兼有支承傳熱管，防止產(chǎn)生振動(dòng)作用。 管殼式換熱器中常用的折流板形式如圖2-1： 圖2-1常用折流板形式 管殼式換熱器常用的有弓形和盤環(huán)形。在弓形折流板中，流體在板間錯(cuò)流沖刷管子，而流經(jīng)折流板弓形缺口時(shí)是順流經(jīng)過管子后進(jìn)入下一板間，改變方向，流動(dòng)中死區(qū)較少，比較優(yōu)越，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一般標(biāo)準(zhǔn)換熱器中只采用這種。盤環(huán)形折流板制造不方便，流體在管束中為軸向流

31、動(dòng)，效率較低。而且要求介質(zhì)必須是清潔的，否則沉淀物將會(huì)沉積在圓環(huán)后面，是傳熱面積失效，此外，如有惰性氣體活溶解氣體放出是，不能有效地從圓環(huán)上部排出，所以一般用于壓力比較高而又清潔的介質(zhì)。因此，采用單弓形折流板。去弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為： ， 可取。 取折流板間間距為： ， 取。 折流板數(shù)目： 其中一個(gè)折流板不去圓缺，如裝配圖中所示。 按化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)中關(guān)于折流板厚度的規(guī)定，取折流板厚度為8。 2.3.7其他附件 查文獻(xiàn)[5]中關(guān)于拉桿與定距管的相關(guān)規(guī)定，選擇拉桿直徑，本換熱器殼體內(nèi)徑為700，拉桿數(shù)量取為6根。 根據(jù)文獻(xiàn)[

32、5]設(shè)置中間擋板2塊，中間擋板設(shè)置在U型管束的中間通道處，并與折流板點(diǎn)焊固定。見裝配圖。 2.3.8接管 接管內(nèi)徑按式（2-11）計(jì)算： （2-11） 殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)氣體流速為，則接管內(nèi)徑為 圓整后取管內(nèi)徑為。 管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)氣體流速，則接管內(nèi)徑為 圓整后取管內(nèi)徑為。 2.3.9鞍座設(shè)計(jì) 該設(shè)備為臥式換熱器，由于筒體直徑，根據(jù)JB/T4712[7]選BI型重型鞍式支座：BI700-F/S，材料選用Q235-B。安裝尺寸根據(jù)JB/T4717[8]

33、中相關(guān)規(guī)定取值，其中， ，根據(jù)文獻(xiàn)[5]中相關(guān)規(guī)定，取，。見裝配圖。 2.4校核傳熱系數(shù)及換熱面積 2.4.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 用克恩法[9]按式（2-12）計(jì)算： （2-12） 當(dāng)量直徑為： 殼程流通截面積為： 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為： 普朗特?cái)?shù)為： 粘度校正 根據(jù)（2-12）計(jì)算出殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)有： 2.4.2管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 根據(jù)式（2-13）計(jì)算： （2-13） 管程流體流通截面積為：

34、 管程流體流速及雷諾數(shù)為： 普朗特?cái)?shù)為： 根據(jù)式（2-18）計(jì)算出管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為： 2.4.3污垢熱阻和管壁熱阻 取管外側(cè)污垢熱阻 ，管內(nèi)側(cè)污垢熱阻。管壁熱阻按式（2-14）計(jì)算： （2-14） 根據(jù)文獻(xiàn)[3]，碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為， 根據(jù)文獻(xiàn)[9]按式（2-15）計(jì)算傳熱系數(shù) （2-15） 為： 校核傳熱系數(shù)有： ，K值符合條件。 校核傳熱面積，計(jì)算傳熱面積為： 該換熱器的實(shí)際

35、傳熱面積為： 該換熱器的面積裕度為： 傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。 2.5換熱器主要參數(shù) 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸及參數(shù)見表2-1： 表2-1 換熱器參數(shù) 參數(shù) 管程 殼程 進(jìn)/出口溫度/℃ 443.1/416.3 248.2/400 壓力/MPa 6 4.6 物性參數(shù) 定性溫度/℃ 429.7 324.1 密度/（kg/m3） 8.45 18.68 定壓比熱容/[kj/（kg?k）] 13.42 2.76 粘度/（Pa?s） 熱導(dǎo)率（W/m?k） 0.28 0.054 普朗特?cái)?shù) 1.069 1.071

36、 設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù) 形式 U型管式 殼程數(shù) 1 殼體內(nèi)徑/㎜ 700 臺(tái)數(shù) 1 管徑/㎜ Φ252.5 管心距/㎜ 32 管長(zhǎng)/㎜ 6000 管子排列 正方形 管數(shù)目/根 129 折流板數(shù)/個(gè) 12 傳熱面積/㎡ 121.5 折流板間距/㎜ 450 管程數(shù) 2 材質(zhì) 碳鋼 主要計(jì)算結(jié)果 管程 殼程 流速/（m/s） 16.53 3.86 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/[W/（㎡?k）] 3960 337 污垢熱阻/（㎡?k/W） 0.00052 0.00009 熱流量/KW 2024.19 傳熱溫差/K 87.2 傳熱系數(shù)/

37、[W/（㎡?K）] 231 裕度/% 20.9% 第3章 結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度計(jì)算 3.1 U型管換熱器基本參數(shù) 3.1.1原始數(shù)據(jù) 蒸汽過熱器設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)見表3-1： 表3-1 原始數(shù)據(jù) 名稱 設(shè)計(jì)壓力 MPa 設(shè)計(jì)溫度 ℃ 焊接系數(shù) 腐蝕裕量 mm 換熱面積 m2 容器類型 管程 6 450 1 2 105 Ⅱ 殼程 4.6 400 1 2 根據(jù)第一章計(jì)算結(jié)果，參照換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)[10]，選擇標(biāo)準(zhǔn)換熱器，型號(hào)為，基本參數(shù)見下表3-2： 表3-2 換熱器基本參數(shù) 筒體公稱直徑DN mm 換熱

38、管 根數(shù) n 換熱管外d mm 中心排管數(shù) 管程流通面積 m2 傳熱面積 m2 管程數(shù) N 700 129 25 19 0.411 119.4 2 實(shí)際換熱面積為。 3.1.2布管限定圓 查文獻(xiàn)[5]可知布管限定圓直徑按式（3-1）計(jì)算： （3-1） 其中，但一般不小于8mm，故取，則有： ， 取。 3.2殼體設(shè)計(jì)及檢驗(yàn) 3.2.1殼程筒體壁厚 由工藝設(shè)計(jì)選擇設(shè)計(jì)溫度400℃，設(shè)計(jì)壓力4.6MPa，選用低合金結(jié)構(gòu)鋼板16卷制，查得材料在400℃時(shí)

39、許用應(yīng)力，；焊縫系數(shù)=1，腐蝕裕度；對(duì)16鋼板的負(fù)偏差，根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計(jì)[11]內(nèi)壓圓筒計(jì)算厚度公式（3-2）計(jì)算： = （3-2） 有下列結(jié)果： 計(jì)算厚度：； 設(shè)計(jì)厚度：； 名義厚度：，圓整?。? 有效厚度：。 3.2.2筒體壁厚檢驗(yàn) 應(yīng)力校核 設(shè)計(jì)溫度下殼體圓筒的計(jì)算應(yīng)力按式（3-3）計(jì)算 （3-3） 為： 而 由于，故筒體名義厚度滿足條件。 設(shè)計(jì)溫度下最大允許工作作壓力校核

40、 設(shè)計(jì)溫度下圓筒的最大允許工作壓力按式（3-4）計(jì)算 （3-4） 為： 由于，故筒體名義厚度滿足條件。 水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核： 查得實(shí)驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力為， 試驗(yàn)壓力按式（3-5）計(jì)算： （3-5） 有： 圓筒的薄膜應(yīng)力按式（3-6）計(jì)算 （3-6） 有： 而 由于，故水壓試驗(yàn)合格。

41、3.2.3殼程筒體封頭厚度的計(jì)算 查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746[12]中表1，得公稱直徑，選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，長(zhǎng)短軸比值為2，根據(jù)文獻(xiàn)[4]按式（3-7）計(jì)算橢圓形封頭厚度： （3-7） 有： 焊縫系數(shù)=1，腐蝕裕度；對(duì)16鋼板的負(fù)偏差，則有： 封頭的名義厚度為： ； 取封頭名義厚度與殼體名義厚度相等，取為。 封頭參數(shù)見表3-3： 表3-3 封頭參數(shù)表 公稱直徑DN mm 總深度H mm 內(nèi)表面積A 容積 質(zhì)量 Kg 700 200 0.5861 0.0545

42、 75.3 3.2.4折流板設(shè)計(jì)及檢驗(yàn) 根據(jù)2.3.6有，折流板數(shù)目為12，間距，根據(jù)文獻(xiàn)[3]中關(guān)于換熱管最大無支撐跨距的規(guī)定，外徑為25的換熱管最大無支撐跨距為1850mm，，且有，滿足要求。折流板材料選用，此時(shí)折流板的最小厚度為5mm，取折流板的厚度為6mm，滿足要求。 3.2.5驗(yàn)證U型管的尾部支撐 根據(jù)文獻(xiàn)[5]中U型管換熱器規(guī)定，靠近彎管段起支撐作用的折流板，如下圖，結(jié)構(gòu)尺寸A+B+C之和應(yīng)不大于最大無支撐跨距，超過表中數(shù)值時(shí)，應(yīng)在彎管部分加特殊支撐。 圖3-1 U型管的尾部支撐 參照本設(shè)計(jì)U型管換熱器裝配圖有： ，，； 則有： ， 故滿足條件，不需要另行設(shè)置

43、特殊支撐。 3.3管箱設(shè)計(jì) 3.3.1管箱短節(jié)設(shè)計(jì) 管箱壁厚計(jì)算： 管箱材料取為，查文獻(xiàn)[4]得，。焊縫系數(shù)=1，腐蝕裕度，鋼板的負(fù)偏差。 則有： 計(jì)算厚度：； 設(shè)計(jì)厚度：； 名義厚度：，圓整??； 有效厚度：。 3.3.2管箱短節(jié)壁厚檢驗(yàn) 應(yīng)力校核 設(shè)計(jì)溫度下管箱短節(jié)的計(jì)算應(yīng)力按式（3-3）計(jì)算為： 由于，故筒體名義厚度滿足條件。 設(shè)計(jì)溫度下最大允許工作作壓力校核 設(shè)計(jì)溫度下圓筒的最大允許工作壓力按式（3-4）計(jì)算為： 由于，故筒體名義厚度滿足條件。 水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核： 查得實(shí)驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力為， 試驗(yàn)壓力按式（3-5）計(jì)算： 圓筒的薄

44、膜應(yīng)力按式（3-6）計(jì)算 由于，故水壓試驗(yàn)合格。 3.3.3管箱封頭設(shè)計(jì) 選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，長(zhǎng)短軸比值為2，公稱直徑，封頭材料選用，，，焊縫系數(shù)=1，腐蝕裕度，鋼板的負(fù)偏差。 根據(jù)式（3-7）計(jì)算： 則有封頭的名義厚度為： ； 取封頭名義厚度與管箱筒體名義厚度相等，取為。 3.3.4管箱法蘭設(shè)計(jì) 長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭與殼體之間為對(duì)接焊縫，連接強(qiáng)度很好，且可以采用各種方法進(jìn)行焊縫質(zhì)量檢查，加之有頸部支撐，使其具有較好的剛性，不易變形而發(fā)生泄露，本設(shè)計(jì)采用此種法蘭。參考JB4703-2000[13]采用帶頸對(duì)焊法蘭，凹凸面密封，參數(shù)見下表3-4： 表3-4 法蘭參數(shù)表

45、 N 法蘭 D D1 D2 D3 D4 H h a R d 7 0 0 9 5 0 8 8 0 8 2 9 8 1 9 8 1 6 9 0 1 8 0 4 8 2 6 2 3 2 6 4 2 1 8 3 9 螺柱采用M36,數(shù)量為32個(gè)； 管箱法蘭墊片根據(jù)JB/T4704-2000[14]選型，基本參數(shù)見表3-5： 表3-5 墊片尺寸 公稱壓力 MPa 4 公稱直徑 mm D d 7

46、00 787 737 圖3-2 管箱法蘭 3.4管板設(shè)計(jì)計(jì)算 管板是管殼式換熱器的一個(gè)重要元件，它除了與管子和殼體連接外，還是換熱器中的一個(gè)主要受壓元件。它或者與筒體直接相焊（固定管板式換熱器），或者被夾持在兩法蘭之間，起著管、殼程之間隔板和固定管板換熱的雙重作用。對(duì)管板的設(shè)計(jì)，除了滿足強(qiáng)度要求外，同時(shí)應(yīng)合理的考慮其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 管板與殼程圓筒、管箱圓筒之間可以有不同的連接方式，本U型管換熱器采用a型連接方式。 管板材料采用16MnR，查得在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力為：，。 按照文獻(xiàn)[3]中關(guān)于U型管換熱器a型連接方式的計(jì)算步驟計(jì)算有：

47、殼程圓筒壁厚，管箱圓筒壁厚為，換熱管管長(zhǎng)，中心排管數(shù)為19，換熱管外徑，排列方式為正方形。 （a）根據(jù)布管尺寸計(jì)算，根據(jù)法蘭密封面形式和墊片尺寸計(jì)算計(jì)算。按式（3-8）進(jìn)行計(jì)算 （3-8） 根據(jù)墊片尺寸及法蘭密封面可知，，則 根據(jù)公式（3-8）計(jì)算得： （b）按式（3-9）計(jì)算 （3-9） 以查表得 根據(jù)文獻(xiàn)[5]中表22查得。 （c）確定管板設(shè)計(jì)壓力，管程與殼程壓力同

48、時(shí)作用下，有： 。 （d）按式（3-10）計(jì)算管板計(jì)算厚度： （3-10） 厚度附加量，則名義厚度為： 圓整為。 （e）計(jì)算換熱管軸向應(yīng)力 換熱管材料選用20號(hào)碳素鋼鋼管，其在設(shè)計(jì)溫度下的需用應(yīng)力為，換熱管與管板間采用強(qiáng)度焊接連接。換熱管軸向應(yīng)力按式（3-11）計(jì)算： （3-11） 其中： 按下列三種工況分布計(jì)算換熱管的軸向應(yīng)力： 只有殼程設(shè)計(jì)壓力，管程的設(shè)計(jì)壓力為時(shí)，根據(jù)公式（3-11）： 只有管程

49、設(shè)計(jì)壓力，殼程設(shè)計(jì)壓力時(shí)，根據(jù)公式（3-11）： 殼程設(shè)計(jì)壓力和管程設(shè)計(jì)壓力同時(shí)作用時(shí)，根據(jù)公式（3-11）： 不同工況下的計(jì)算結(jié)果均滿足，故換熱管滿足軸向應(yīng)力強(qiáng)度要求。 （f）換熱管與管板連接的拉脫力 按式（3-12）進(jìn)行計(jì)算： （3-12） 取不同工況下?lián)Q熱管的最大軸向應(yīng)力計(jì)算，若最大軸向應(yīng)力滿足要求則換熱管與管板的拉脫離滿足強(qiáng)度要求，有： 按文獻(xiàn)[5]中關(guān)于的規(guī)定，有： ， 根據(jù)計(jì)算結(jié)果有，則換熱管與管板連接的拉脫力滿足強(qiáng)度要求。 3.5分程隔板的設(shè)計(jì) 管

50、箱隔板一邊與管箱封頭進(jìn)行配合，另一邊與固定管板的槽面進(jìn)行連接。他起著改變介質(zhì)流向，縮小單程流通面積，延長(zhǎng)流動(dòng)距離，增加換熱時(shí)間的作用。根據(jù)文獻(xiàn)[3]中關(guān)于分程隔板的規(guī)定，規(guī)定隔板最小厚度為10mm，取隔板厚度為12mm。 3.6拉桿與定距管的設(shè)計(jì) 拉桿的作用是與定距管配合將換熱器的管束上的折流板連接固定起來，防止竄動(dòng)。拉桿的一端靠螺扣旋入管板中固定，它從數(shù)塊折流板中間的拉桿孔中穿過，另一端用螺母固定在支持板上。拉桿結(jié)構(gòu)見圖3-3。為了使各塊折流板間距符合設(shè)計(jì)要求，均勻受力，保證折流板與換熱管垂直，就需要在一個(gè)管束中布置一定數(shù)量的拉桿。但拉桿又位于布管區(qū)內(nèi)，一根拉桿就要占一跟換熱管的位置。因

51、此拉桿的布置既要合理，數(shù)量又不能太多。拉桿直徑的選擇與換熱管外徑有關(guān)，拉桿數(shù)量則視換熱器的直徑而定。 拉桿應(yīng)盡量布置在管束的邊緣，對(duì)于大直徑的換熱器，不布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于三個(gè)支承點(diǎn)。 由2.3.7知拉桿直徑，拉桿數(shù)量取為6根。拉桿尺寸見下表3-6： 表3-6 拉桿尺寸表 拉桿直徑d 拉桿螺紋公稱直徑dn La Lb b 16 16 20 60 2.0 拉桿孔直徑為。 定距管的作用是將折流板之間的距離固定下來，并保持它與換熱管垂直。當(dāng)換熱管外徑大于等于19mm時(shí)，定距管外徑與換熱管相同。取25mm。

52、 3.7開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) 由2.3.8知，殼程進(jìn)出口接管管內(nèi)徑為，管箱短節(jié)處進(jìn)出口接管管內(nèi)徑為。 選用20號(hào)碳素鋼，查得個(gè)接管管口法蘭尺寸見表3-7： 表3-7 接管管口法蘭參數(shù) DN 鋼管 外徑 連接尺寸 法蘭 厚度 法蘭 高度 法蘭 頸高 法蘭 理論 重量 法蘭 外徑 螺栓孔中心圓 直徑 螺紋規(guī) 格 螺栓孔數(shù)量 200 219 340 295 M20 8 24 62 16 31.3 250 273 395 350 M20 12 26 70 16 35.4

53、圖3-3 拉桿結(jié)構(gòu)圖 3.7.1殼程進(jìn)出口接管補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 殼體進(jìn)出口接管開孔，外伸高度為150mm。計(jì)算壓力4.6MPa，設(shè)計(jì)溫度400℃。殼體型式為圓形筒體，殼體材料為16MnR,殼體開孔處焊縫街頭系數(shù)為1mm。殼體內(nèi)直徑為700mm。殼體開孔處名義厚度為16mm。殼體厚度負(fù)偏差C1為0，腐蝕裕量C2為2mm，接管材料20號(hào)碳素鋼。其在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力為。接管腐蝕裕量2mm。開孔直徑為，由于，故可采用等面積法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。計(jì)算中符號(hào)： —開孔削弱所需要的補(bǔ)強(qiáng)截面積，； —補(bǔ)強(qiáng)面積，； —?dú)んw有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積，； —接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積，；

54、—焊縫金屬面積，； —補(bǔ)強(qiáng)有效寬度， —開孔直徑，圓形孔取接管內(nèi)徑加兩倍厚度附加量， —強(qiáng)度削弱系數(shù)，等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比值，當(dāng)該比值大于1.0時(shí)，??； —接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度，； —接管內(nèi)側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度，； —?dú)んw開孔處的計(jì)算厚度，； —?dú)んw開孔處的有效厚度，； —接管有效厚度，； —?dú)んw開孔處的名義厚度，； —接管名義厚度，； —接管計(jì)算厚度，； —設(shè)計(jì)溫度下接管材料的許用應(yīng)力，； —設(shè)計(jì)溫度下殼體材料的許用應(yīng)力，。 補(bǔ)強(qiáng)面積按式（3-13）計(jì)算：

55、 （3-13） 式中： 殼體開孔處的計(jì)算厚度 接管的有效厚度 強(qiáng)度削弱系數(shù) 根據(jù)式（3-13）有： 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍： 有效寬度B按下式計(jì)算，取二者最大值 由以上計(jì)算B取508mm 內(nèi)外側(cè)有效高度分別按下式計(jì)算并去其中最小者： 取 取 殼體多余金屬面積為： 接管多余金屬面積為： 焊腳取6 焊縫金屬面積為： 則有效補(bǔ)強(qiáng)面積為： 因?yàn)?，所以開孔需另行補(bǔ)強(qiáng) 另行補(bǔ)強(qiáng)面積為 補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)： 根據(jù)接管公稱直徑選補(bǔ)強(qiáng)圈，參照補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)JB/T4736[15]取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑內(nèi)徑，因，補(bǔ)強(qiáng)圈在有

56、效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度按式（3-14）計(jì)算： （3-14） 取實(shí)際補(bǔ)強(qiáng)圈厚度，滿足補(bǔ)強(qiáng)面積要求。 3.7.2管箱短節(jié)進(jìn)出口接管補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 管箱短節(jié)處進(jìn)出口接管開孔，外伸高度為150mm。計(jì)算壓力6MPa，設(shè)計(jì)溫度450℃。殼體型式為圓形筒體，殼體材料為，殼體開孔處焊縫街頭系數(shù)為1mm。殼體內(nèi)直徑為700mm。殼體開孔處名義厚度為20mm。殼體厚度負(fù)偏差C1為0，腐蝕裕量C2為2mm，接管材料20號(hào)碳素鋼。其在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力為。接管腐蝕裕量2mm。由于，故可采用等面積法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)

57、計(jì)算： 式中： 殼體開孔處的計(jì)算厚度 接管的有效厚度 強(qiáng)度削弱系數(shù) 接管計(jì)算厚度 按式（3-17）有： 。 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍： 有效寬度B按下式計(jì)算，取二者最大值 由以上計(jì)算B取408mm 內(nèi)外側(cè)有效高度分別按下式計(jì)算并去其中最小者： 取 取 殼體多余金屬面積為： 接管多余金屬面積為： 焊腳取6 焊縫金屬面積為： 則有效補(bǔ)強(qiáng)面積為： 因?yàn)?，所以開孔需另行補(bǔ)強(qiáng) 另行補(bǔ)強(qiáng)面積為 補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)： 根據(jù)接管公稱直徑選補(bǔ)強(qiáng)圈，參照文獻(xiàn)[15]取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑內(nèi)徑，因，補(bǔ)強(qiáng)圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。 根據(jù)式（3-14）計(jì)算得補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為：

58、取實(shí)際補(bǔ)強(qiáng)圈厚度與筒體等候，，滿足補(bǔ)強(qiáng)面積要求。 第4章 安裝使用及維修 4.1安裝 安裝換熱器的基礎(chǔ)必須足以使換熱器不發(fā)生下沉，或使管道把過大的變形傳到換熱器的接管上。基礎(chǔ)一般分為兩種：一種為磚砌的鞍形基礎(chǔ)，換熱器上沒有鞍式支座而直接放在鞍形基礎(chǔ)上，換熱器與基礎(chǔ)不加固定，可以隨著熱膨脹的需要而自由移動(dòng)。另一種為混凝土基礎(chǔ)，換熱器通過鞍式支座由地腳螺栓將其與基礎(chǔ)牢固地連接起來。 在安裝換熱器之前應(yīng)嚴(yán)格地進(jìn)行基礎(chǔ)質(zhì)量的檢查和驗(yàn)收工作，主要項(xiàng)目如下:

59、基礎(chǔ)表面概況、基礎(chǔ)標(biāo)高、平面位置、形狀和主要尺寸以及預(yù)留孔是否符合設(shè)計(jì)要求，地腳螺栓的位置是否正確，螺紋情況是否良好，螺帽和墊圈是否齊全，放置熱鐵的基礎(chǔ)表面是否平整等。 基礎(chǔ)驗(yàn)收完畢后，在安裝換熱器之前應(yīng)在基礎(chǔ)上放墊鐵，安放墊鐵處的基礎(chǔ)表面必須鏟平，使兩者能很好接觸。墊鐵厚度可以調(diào)整，使換熱器能達(dá)到設(shè)計(jì)的水平度和標(biāo)高。墊鐵放置后可增加換熱器在基礎(chǔ)上的穩(wěn)定性，并將其重量通過墊鐵均勻地傳遞到基礎(chǔ)上去。墊鐵可分為平墊鐵、斜墊鐵和開口墊鐵。其中，斜墊鐵必須成對(duì)使用。地腳螺栓兩側(cè)均應(yīng)有墊鐵，墊鐵的安裝不應(yīng)妨礙換熱器的熱膨脹。 換熱器就位后需用水平儀對(duì)換熱器找平，這樣可使各接管都能在不受力的情況下連接

60、管道。找平后，斜墊鐵可與支座焊牢，但不得與下面的平墊鐵或滑板焊死。當(dāng)兩個(gè)以上重疊式換熱器安裝時(shí)。應(yīng)在下部換熱器找正完畢，并用地腳螺栓充分固定后，再安裝上部換熱器。可抽管束換熱器安裝前應(yīng)抽芯檢查、清掃，抽管束時(shí)應(yīng)注意保護(hù)密封面和折流扳。移動(dòng)和起吊管束時(shí)應(yīng)將管束放置在專用的支承結(jié)構(gòu)上，以避免損傷換熱管。 根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)在換熱器的兩端留有足夠的空間來滿足操作、清洗、維修的需要。浮頭式換熱器的固定頭蓋端應(yīng)留出足夠的空間以便能從殼體內(nèi)抽出管束。外頭蓋端必須也留出一米以上的位置以便裝拆外頭蓋和浮頭蓋。固定管板式換熱器的兩端應(yīng)留出足夠的空間以便能抽出和更換管子。并且，用機(jī)械法清洗管內(nèi)時(shí)，兩端都可

61、對(duì)管子進(jìn)行刷洗操作。U形管式換熱器的固定頭蓋應(yīng)留出足夠的空間以便抽出管束。也可在其相對(duì)的一端留出足夠的空間以便能拆卸殼體。 換熱器不得在超過銘牌規(guī)定的條件下運(yùn)行。應(yīng)經(jīng)常對(duì)管、殼程介質(zhì)的溫度及壓降進(jìn)行監(jiān)督，分析換熱器的泄漏和結(jié)垢情況。管殼式換熱器就是利用管子使其內(nèi)外的物料進(jìn)行熱交換、冷卻、冷凝、加熱及蒸發(fā)等過程，與其它設(shè)備相比較，其與腐蝕介質(zhì)接觸的表面積就顯得非常大，發(fā)生腐蝕穿孔及接合處松弛泄漏的危險(xiǎn)性很高，因此對(duì)換熱器的防腐蝕和防漏的方法也比其它沒備要多加考慮。當(dāng)換熱器用蒸汽來加熱或用冷水來冷卻時(shí)，水中的溶解物在加熱后，大部分溶解度都會(huì)有所提高，而硫酸鈣類型的物質(zhì)則幾乎沒有變化。冷卻水經(jīng)常循

62、環(huán)使用，由于水的蒸發(fā)，使鹽類濃縮產(chǎn)生沉積或污垢。又因水中含有腐蝕性溶解氣體及氯離子等引起設(shè)備腐蝕，腐蝕與結(jié)垢交替進(jìn)行，激化了鋼材的腐蝕。因此，必須通過清洗來改善換熱器的性能。由于清洗的困難程度是隨著垢層厚度或沉積物的增加而迅速增大的。所以清洗間隔時(shí)間不宜過長(zhǎng)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)裝置的特點(diǎn)、換熱介質(zhì)的性質(zhì)、腐蝕速度及運(yùn)行周期等情況定期進(jìn)行檢查、修理及清洗。 4.2維護(hù)和檢修 為了保證換熱器長(zhǎng)久正常運(yùn)行，提高其生產(chǎn)率，必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)與檢修。應(yīng)以預(yù)防性維修擺在首位，強(qiáng)調(diào)安全預(yù)防，以保證換熱器連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，減少任何可能發(fā)生的事故。檢修應(yīng)注意合理施工，檢修之前需進(jìn)行檢查和清洗管子，并應(yīng)拆開管子與管箱的連

63、接處，再將整個(gè)管箱全部拆開以確定清洗或檢修。應(yīng)把換熱器內(nèi)的介質(zhì)，特別是帶有腐蝕性或形成聚合物的液體排出。在直立的固定管板換熱器中，排液管接頭應(yīng)安裝在管板底部，否則不能把殼程的流體全部排出。依據(jù)應(yīng)排流體的性質(zhì)，流體可排向大氣或低壓系統(tǒng)。換熱器的排水應(yīng)單獨(dú)接出而不用支管排放。水平式換熱器排污或放空應(yīng)在折流板和管板底部開口，換熱器上應(yīng)安裝閥門以提供反向沖洗。 檢修換熱器時(shí)常常需要把換熱管從殼體中抽出。但由于腐蝕、結(jié)垢等原因，換熱管抽出比較用難。這就要求管束抽出裝置有足夠的抽出或推進(jìn)力，能適應(yīng)不同高度的位置變化，并能自動(dòng)對(duì)中，能適應(yīng)不同的換熱器直徑變化，機(jī)體輕、靈活方便、操作安全。其驅(qū)動(dòng)方式有液壓式

64、和機(jī)械式。液壓式機(jī)構(gòu)體積小，拉或推力大，適合于管束開始抽出或推進(jìn)時(shí)的高負(fù)荷。 而機(jī)械式驅(qū)動(dòng)速度快，適用于在管束抽出或推進(jìn)一段距離后的快速操作，所以以液壓和機(jī)械聯(lián)合驅(qū)動(dòng)為好。 換熱器由于腐蝕、沖擊、振動(dòng)、應(yīng)力等原因會(huì)造成損壞，主要發(fā)生在換熱管上。基本上有以下兩種情況： （1）換熱管出于外界因素而減薄或穿孔，當(dāng)出現(xiàn)泄漏劍就必須更換管子。 把損壞的換熱管從管板上拆下來，一般可采用鉆削或銳削的方法進(jìn)行。注意不能損壞管板孔，否則，可能產(chǎn)生泄漏。因此，要采用比管孔直徑略小的鉆頭。如用銑削的方法，則不能將管壁銑穿，留下很簿的一層管廣外壁、不僅保護(hù)了管孔免受損傷，而且也便于將整根管子抽出。如果是脹接則

65、應(yīng)先鉆孔，除掉脹管頭，拔出壞管，然后插入新管再進(jìn)行脹接。操作中要注意不能讓異物嵌人管孔槽中，以免影響隨后的脹接、在脹管時(shí)，對(duì)周圍不需更換的管子的脹管處會(huì)有影響，聽以對(duì)周圍的管子可輕脹一下。如果是焊接則需先用專用刀具將焊縫刮下，然后拔出壞管。新管的兩端應(yīng)事先退火打磨，管子兩端連接部位的內(nèi)外表面均應(yīng)清洗干凈，管板孔的表面上也應(yīng)保持干凈，換上新管后即可進(jìn)行脹接或焊接。 更換管子是較麻煩的，尤其是開槽的脹管在更換管子時(shí)更是麻煩，因此當(dāng)泄漏的管子不多，而且堵住這些管子對(duì)換熱器的操作影響不大時(shí)。可以采用堵管的方法。最簡(jiǎn)單的堵管方法是將堵頭焊接在泄漏的管子端部。管堵材料的硬度應(yīng)低丁或等于管子的硬度。管堵的

66、錐度在3-5之間，堵死的管于數(shù)量不得超過換熱器管程管數(shù)的10%。除此之外還有一些更有效的堵管方法。例如，爆炸堵管就是利用炸藥爆炸產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊波，使堵塞與管子熔融在一起，達(dá)到堵死管子的目的；液壓堵管的原理是堵頭中心孔有充填介質(zhì)的孔，采用一種特殊的槍對(duì)準(zhǔn)堵頭中心的孔發(fā)射一顆子彈。堵頭中心的鉆孔比子彈略小，當(dāng)子彈射到孔中時(shí)，因?yàn)橐后w不可壓縮，從而產(chǎn)生很高的液體靜壓，將堵頭牢牢脹接在管子內(nèi)壁上。而子彈則因失去能量而自動(dòng)掉出來。堵頭外表面加工有若干環(huán)形溝槽。有助于堵頭與管子的固定，而且可以消除管子內(nèi)表而可能腐蝕而產(chǎn)生的滲漏通道。 （2）由于溫度變化產(chǎn)生膨脹、收縮，換熱管人口端介質(zhì)的渦流磨損及由于管束振動(dòng)等原因使管子與管板連接處松弛而泄漏。如果是脹接可用脹管器對(duì)管子進(jìn)行補(bǔ)脹.由于脹管應(yīng)力可能影響周圍管子，故對(duì)其附近的管子也要輕脹一下。如果是焊接則需對(duì)泄漏處進(jìn)行補(bǔ)焊。 4.3設(shè)備施工中常見錯(cuò)誤的一些解決方案 4.3.1設(shè)備施工中管口錯(cuò)誤的解決方案 一、方位正確，但口開大了：用異徑管對(duì)接； 二、方位正確，但口開小了：再開大即可； 三、管口和法蘭焊好，但方位錯(cuò)了，且不影響周圍的開孔：