原油常二线浮头式换热器结构设计 78页

'武汉工程大学本科毕业（设计）论文原油常二线浮头式换热器结构设计第一章换热器基本知识1.1、传热在化工生产中的应用传热，即热量传递，是自然界中普遍存在的现象。传热与化工过程的关系尤为密切。因为无论生产中的化学过程（化学反应操作），还是物理过程（化工单元操作），几乎都伴有热量的传递。传热在化工生产过程中的应用主要有以下几方面：（1）、物料的加热、冷却或冷凝，使物料达到指定的温度和相态，以满足反应、加工、储存等的要求；（2）、在某些单元操作（如蒸发、结晶、蒸馏和干燥等）中，都需要输入或输出热量，才能使这些单元操作正常的进行；（3）、化工生产中热能的合理利用和废热的回收；（4）、化工设备和管道的保温，减少热量（或冷量）的损失。传热设备不仅在化工厂的设备投资中占有相当大的比例，而且它们所消耗的能量也是很大的。化工生产过程中对传热的要求可分为两种情况：一是强化传热，如各种换热设备中的传热，要求传热速率快，传热效果良好；另一种是削弱传热，如设备和管道的保温，要求传热速率慢，以减小热损失。传热是一门内容很广的学科，应用于许多工程领域。这里讨论的重点是传热基本原理和典型传热设备在天然气处理厂的应用。1.2、传热的基本方式根据传热机理的不同，热传递有三种基本方式：热传导、热对流和热辐射。传热可以依靠一种方式进行，也可以以两种或三种方式同时进行。（1）、热传导78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文热传导又称导热。由于物质的分子、原子或电子的运动使热量从物体内高温处向低温处的传递过程称为热传导。一切物体，不论其内部有无质点的相对运动，只要存在温度差，就必发生热传导。可见热传导是静止物体内的一种传递方式。气体、液体和固体的热传导各不相同。在气体中，热传导是由分子不规则的热运动引起的；在大部分液体和不良导体的固体中，热传导是由分子的动量传递所致；在金属固体中，热传导起因于自由电子的运动，因此良好的导电体也是良好的导热体。热传导不能在真空中进行。（2）热对流（对流传热）热对流是指流体中质点发生相对位移而引起的热量传递。热对流仅发生在液体和气体中。由于引起流体质点相对位移原因的不同，对流可分为强制对流和自然对流。由于泵、风机或其它外力作用而引起的流体流动称为强制对流，在强制对流情况下进行的热量传递过程称为强制对流传热。由于流体各部分温度的不均而形成了密度的差异，使流体发生相对运动而传热，这种过程称为自然对流传热。在流体中发生强制对流传热的同时，往往伴随着自然对流传热。习惯上把流体与固体壁面间的传热，统称为对流传热。（3）、热辐射（辐射传热）因热的原因物体发出辐射能的过程，称为热辐射。它是一种通过电磁波传递能量的过程。具体的说，物体将热能转变为辐射能，电磁波的形式在空间传递，当遇到另一个能吸收辐射能的物体时，即被其部分地或全部地吸收而变为热能。辐射传热就是不同物体间相互辐射和吸收能量的总结果。因此辐射传热不仅是能量的传递，还同时伴有能量形式的转换。热辐射不需任何介质作媒介，即可在真空中传播。这是热辐射与其它传热方式不同的特点。应指出，只有在物体的温度较高时辐射传热才能成为主要的传热方式。实际上，传热过程往往不是以某种传热方式单独出现的，而是两种或三种传热方式的组合。例如化工厂普遍使用的间壁式换热器中冷、热流体间的换热，主要是以热对流和热传导相结合的方式进行传热。1.3、典型的间壁式换热器化工生产中最常见的是冷、热两种流体间的热交换。一般情况下，两种流体被固体壁面（传热面）所隔开，它们分别在壁面的两侧流动。固体壁面构成间壁式换热器。换热器是实现传热过程的基本设备。一、套管式换热器78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文套管式换热器是由直径不同的两根直管同心套在一起组成的，热、冷流体分别流经内管和环隙，进行热的传递。内管壁表面积为传热面积。二、管壳式换热器图6-5套管式换热器1—内管2—外管图6-6双层管壳式换热器1—隔板2—壳体3—管束4—管板管壳式换热器主要由壳体、管束、管板、隔板、防冲板和封头等部件构成。一种流体在换热器的管束内流动，该流体称为管程（或管方）流体；另一种流体在管束外流动，该流体称为壳程（或壳方）流体。若管程流体在管束内只流过过一次，则称为单程管壳式换热器。若流体在管束内来回流过多次，则称为多程（二程、四程等）换热器。图——为双程管壳式换热器，器内隔板将封头与管间板的空间（称为分配室）等分为二，管程流体先流过一半管束，流到另一分配室后折回再流过另一半管束，最后从接管流出换热器。由于两流体间的传热是通过管壁进行的，故管壳式换热器的传热面积是管束管壁的全部表面积，即：78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文S＝nπdL式中S——传热面积，m2；n——管束的管数；d——管径，m；L——管长，m。应予指出，因管径d可以分别用管内径di、管外径d0或管平均直径dm来表示，故对应的传热面积分别为管内侧表面积Si、管外侧表面积S0和管内、外侧的平均表面积Sm。对于一定的传热任务，确定换热器的传热面积是设计换热器的核心。1.4、换热管的排列方式流体横向流过管束时，由于管与管之间的影响，情况较复杂。管束的几何条件，如管径、管间距、排数及排列方式等都影响对流传热系数。通常管子的排列方式有正三角形、转角正三角形、正方形和转角正方形四种。（a）(b)(c)(d)（a）正三角形（b）转角正三角形（c）正方形（d）转角正方形图6-7管子排列方式1.5、换热器的分类化工生产中所用的换热器很多，通常可按其用途分类，也可按传热原理及换热方法分类。（一）、按换热器的用途分类1、加热器加热器用于将流体加热到所需的温度，被加热的流体在加热过程中不发生相变化。2、冷却器78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文冷却器用于冷却流体至所需的温度，冷却过程中流体无相变化。3、蒸发器蒸发器用于加热液体，使之蒸发气化。4、再沸器再沸器是蒸馏过程的附属设备，用于加热已被冷凝的液体，使之部分气化。5、冷凝器和分凝器冷凝器和分凝器用于冷凝饱和蒸汽，使之放出潜热而凝结或部分凝结为液体。（二）、按换热器传热原理分类1、间壁式换热器间壁式换热器又称间接式换热器或表面式换热器。在此类换热器中，冷、热流体被固体壁面隔开，使它们不互相混合，热量由热流体通过壁面传给冷流体。这类换热器的种类很多，其中管壳式换热器应用最广。2、混合式换热器混合式换热器又称直接接触式换热器。在此类换热器中，冷、热流体直接接触，互相混合传递热量。它主要用于气体的冷却和蒸汽的冷凝。该类换热器传热效果好、结构简单、易于防腐蚀，但是它适用于冷、热流体允许混合的场合。3、蓄热式换热器蓄热式换热器又称回流式换热器或蓄热器。它是借热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体。通常，在生产中采用两个并联的蓄热器交替的使用。蓄热器结构简单，可耐高温，因此多用于高温气体热量的回收和冷却。其缺点是设备体积庞大，且不能完全避免两流体的混合，所以这类设备在化工生产中使用较少。（三）、按换热器所用材料分类1、金属材料换热器金属材料换热器由金属材料制成，常用的金属材料有碳钢、合金钢、不锈钢、铜、铝等。因金属材料的导热系数较大，其传热效率较高。2、非金属材料换热器78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文非金属材料换热器由非金属材料制成，常用的材料有塑料、石墨、陶瓷、玻璃等。因非金属材料的导热系数较小，其传热效率较低。这类换热器用于具有腐蚀性物系的换热。1.6、间壁式换热器的类型按照换热面的型式，间壁式换热器主要有管式、板式和翅片式三种类型。一、管式换热器（一）、蛇管式换热器蛇管式换热器可分为两类。1、沉浸式蛇管换热器蛇管多以金属管弯制而成，或制成适应容器要求的形状，沉浸在容器中。两种流体分别在蛇管内、外流动进行热量交换。蛇管换热器的优点是结构简单，造价低廉，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造。其缺点是容器内液体湍动程度低，管外对流传热系数较小。为提高传热系数，可在容器内安装搅拌器。2、喷淋式换热器喷淋式换热器多用作冷却器。蛇管成行的固定在支架上热流体在蛇管内流动，自最上管进入，由最下管流出。冷水由最上面的淋水管流下，均匀地分布在蛇管上，并沿其两侧下降至下面的管子表面，最后流入水槽而排出。冷水在各管表面上流过时，与管内流体进行热交换。这种设备常放置在室外空气流通处，冷却水在空气中汽化时可带走部分热量，提高了冷却效果。它与沉浸式换热器相比，具有传热效果较好、耐高压、便于检修和清洗等优点，缺点是喷淋不易均匀。（二）、套管式换热器套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管，然后用“U”形弯管将多段套管串联而成。每一段套管称为一程，程数可根据传热要求而增减。每程的有效长度为4m～6m。若管子过长，管中间会向下弯曲，使环隙中的流体分布不匀。套管换热器的优点有：构造简单；能耐高压；传热面积可根据需要增减，应用方便；若适当选择两管的直径，可使两流体的流速增大，且两流体可作逆流，对传热有利。这种换热器的缺点为：管间接头多，易泄漏；占地较多，单位传热面消耗金属量大。因此它较适用于流量不大、所需传热面积不多而要求压强较高的场合。（三）、管壳式换热器78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文管壳式（又称列管式）换热器是目前化工生产中应用最广泛的换热设备。它与前述几种换热器相比，主要优点是：单位体积所具有的传热面积大及传热效果好；而且结构简单，操作弹性较大，可用多种材料制造，适用性较强等，尤其在高温、高压和大型装置上多采用管壳式换热器。在管壳式换热器中，由于管内、外流体温度不同，管束和壳体的温度也不同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温度差较大，由于有热应力而可能引起设备变形、管子弯曲，甚至破裂。因此，当两流体的温差超过50℃时，就应采取热补偿的措施。根据热补偿方法的不同管壳式换热器主要有以下几种。1、固定管板式固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，因此它具有结构简单和造价低廉的优点。但是壳程清洗和检修困难，因此要求壳程流体必须是洁净而不易结垢的物料。当两流体的温差较大时，应考虑热补偿。在外壳的适当部位上焊上一个补偿圈当外壳和管束热膨胀不同时，补偿圈发生弹性变形（拉伸或压缩），可以适应外壳和管束不同的热膨胀程度。这种热补偿方法简单，但不宜应用于两流体温差过大（应不大于70℃）和壳程流体压强过高（一般不高于600Pa）的场合。1—挡板2—补偿圈图6-8具有补偿圈的固定管板式换热器2、“U”管式换热器“U”管式换热器每根管子弯成“U”形，流体进、出口分别安装在同一端的两侧，封头内用隔板分成两室，因此每根管子可以自由伸缩，与其它管子及壳体均无关。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文这种类型换热器的结构也较简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。其主要缺点是：管内清洗较困难，因此要求管程流体须是洁净和不易结垢的物料；此外因管子须一定的弯曲半径，故管板的利用率较低。1—“U”形管2—管程隔板图6-9“U”形管式换热器3、浮头式换热器浮头式换热器其一端管板不与外壳连为一体，该端称为浮头。当管子受热时，管束连同浮头可以自由伸缩，与外壳的膨胀无关。这种结构不但完全消除了热应力的影响，而且由于固定端的管板以法兰形式与壳体联结，整个管束可以从壳体中抽出，因此便于清洗和检修，故浮头式换热器应用较于普遍，但他的结构较为复杂，造价较高。1、内浮头2、换热管3、隔板图6-10浮头式换热器二、板式换热器（一）、夹套式换热器夹套换热器是最简单的板式换热器。它是在容器外壁安装夹套而成，夹套与器壁之间形成的空间为加热介质或冷却介质的通路。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文夹套式换热器主要用于反应过程的加热或冷却。在用蒸汽进行加热时，蒸汽由上部接管进入夹套，冷凝水由下部接管流出。作为冷却时，冷却介质（如冷却水）由夹套下部接管进入，由上部接管流出。这种换热器结构简单，但其传热面受容器壁面的限制，且传热系数也较小。为提高传热系数，可在容器内安装搅拌器，为弥补传热面的不足，也可在容器内安装蛇管。（二）、螺旋板式换热器（三）、平板式换热器三、翅片式换热器在传热面上加装翅片，不仅增加了传热面积，而且增强流体的扰动程度，故可强化传热过程。翅片式换热器有翅片管换热器和板翅换热器两类（一）、翅片管换热器翅片管换热器的构造特点是，在管子表面上装有径向或轴向翅片。当两种流体的对流传热系数相差很大时，在传热系数较小的一侧加翅片可以强化传热。例如用水蒸汽加热空气，该过程的热阻主要在空气侧的对流传热方面。因此在空气侧加装翅片，可以强化换热器的传热效果。一般来说，当两种流体的对流传热系数之比为3：1或更大时，宜采用翅片管式换热器。翅片的种类很多，按翅片的高度可分为低翅片和高翅片两种。低翅片一般为螺纹管，适用于两流体的对流传热系数相差不太大的场合。高翅片适用于管内外对流传热系数相差较大的场合，现已广泛地应用于空气冷却器上。（二）、板翅式换热器板翅式换热器是一种更为紧凑、轻巧、高效的换热器。板翅式换热器的结构形式很多，但是基本结构元件相同，即在两块平行的薄金属板间夹入波纹状或其它形状的金属翅片，两边以侧条密封，组成一个换热基本单元。将各基本单元进行不同的叠积和适当的排列，并用钎焊固定，即可制成并流、逆流或错流的板束（又称芯部），然后将带有流体进、出口的集流箱焊到管板上，即成为板翅式换热器。我国目前常用的翅片形式有光直形翅片、锯齿形翅片和多孔形翅片三种。板翅式换热器的主要优点有：78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文（1）、总传热系数高，传热效果好。由于翅片促进了流体的湍动并破坏了热边界层的发展，故其传热系数很高，并且大部分热量通过翅片传递，因此提高了传热效果。（2）、结构紧凑，轻巧牢固。单位体积设备提供的传热面积一般能达到2500m2/m3，最高可达4300m2/m3。它通常用铝合金制造，故质量轻。在相同的传热面积下，其质量约为管壳式换热器的十分之一。波形翅片不单是传热面，又是两板间的支撑，故强度很高。（3）、适应性强，操作范围广。铝合金不仅导热系数高，而且在零度以下操作时，其延性和抗拉强度都较高，故操作范围广，可在200℃至绝对零度范围内使用，适用于低温和超低温的场合。它既可用于各种情况下的热交换，也可用于蒸发和冷凝。在操作方式上可以为逆流、并流、错流或错、逆流同时并进等。此外还可用于多种介质在同一设备内进行换热。板翅式换热器的缺点有：（1）、设备流导小，故易堵塞，压强降也较高，且换热器清洗和检修很困难，故处理的物料应洁净或需预先净制。（2）、由于隔板和翅片都由薄铝板制成，要求介质对铝不腐蚀。1.7、换热器的基本操作及故障处理一、换热器的基本操作1、加热化工生产中所需的热能可由各种不同的热源，采用不同的加热方法获得。物料在换热器内被加热，必须由中间载热体通过传热面把热量传给物料，因此在加热的操作过程中，需要注意以下几点：（1）、蒸汽加热。蒸汽加热必须不断排除冷凝水，否则冷凝水积于换热器，使传热效果变差，加热不能正常进行。采用蒸汽加热时，还必须经常排出不凝性气体，否则会大大降低蒸汽给热效果。（2）、热水加热。热水加热一般加热温度不高，加热速度慢，操作稳定。只要定期排出不凝性气，就能保证正常操作。（3）、烟道气加热。是利用燃料在加热炉或其它炉子中燃烧所产生的烟道气，通过传热面加热物料。特点是加热温度高，热源容易获得，但温度不易调节，大部分热量被废气带走，因此在操作过程中随时注意被加热物料的液位高度、流量和蒸汽产量，做到定期排污。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文（4）、导热油加热法。由于蒸汽加热的温度受到一定的限制，当物料加热需要超过180℃时，一般采用导热油加热，其特点是温度高（可达400℃），黏度较大，热稳定性差，易燃，温度调节较为困难。操作时必须严格控制热油炉出炉温度，定期检查进、出口管及介质流道是否结垢，做到定期排污、定期放空、过滤或更换导热油。2、冷却在化工生产过程中常用的冷却介质是水、空气、丙烷等。（1）、水冷却。用水冷却的优点是容易获得。缺点是水温受季节和水源变化的影响，在操作过程中，应定期检查水的温度，根具实际温度调节用水量。（2）、空气冷却。用空气作为冷却剂的优点是容易获得。缺点是传热系数小，需要大的传热面积，由于水源及水质污染等问题，空气作为冷却剂已日益广泛。在操作上要根据季节气候的变化调节空气用量。（3）、丙烷冷却。当物料需要的温度用冷却水无法达到时，可采用丙烷作为冷却剂。特点是温度低，无腐蚀性，在操作时应严格控制丙烷介质中进水，防止结冰堵塞介质通道，要定期换热器进、出口温度以及丙烷蒸发器液位、压力等。3、冷凝被冷却的物质由气态变为液态的过程称为冷凝。如果冷凝操作需在减压下进行须注意蒸汽中不凝性气体的排出。4、换热器的正确使用换热器是化工生产中的主要设备之一，安全正确的操作才能使其安全运行，发生较大的效能。换热器有多种结构形式，在此，只介绍列管式换热器的使用。（1）、投产前应检查压力表，温度计，安全液位计以及有关阀门是否齐全好用。（2）、输进蒸汽前先打开冷凝水排放阀门，排除积水和污垢；打开放空阀，排除空气和不凝性气体。（3）、换热器投产时，先打开冷态工作液体阀门和放空阀向其注液，当液面达到规定液位时缓慢或分数次开启蒸汽或其它加热剂阀门，做到先预热后加热，防止骤冷骤热损坏换热器，降低使用寿命。（4）、经常检查冷热两种工作介质的进出口温度、压力变化，发现温度、压力有超限度变化时，要立即查明原因，消除故障。（5）、定时分析介质成分变化，以确定有无内漏，以便及时处理。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文（6）、定时检查换热器有无泄漏，外壳有无变化及震动现象，若有应及时处理。（7）、定时排放不凝结气体和冷凝液，根据换热效率下降情况及时除掉污垢，提高传热效率。二、列管式换热器常见故障与处理方法表6-2列管式换热器常见故障与处理方法故障名称产生原因处理方法传热效率下降1、列管结垢和堵塞2、壳体内不凝气或冷凝液增多3、管路或阀门有堵塞1、清洗管子2、排放不凝气或冷凝液3、检查清理发生振动1、壳程介质流速太快2、管路振动所引起3、管束与折流板结构不合理4、机座刚度较小1、调节进气量2、加固管路3、改进设计4、适当加固管板与壳体连接处发生裂纹1、焊接质量不好2、外壳歪斜，连接管路拉力或推力过大3、腐蚀严重，外壳壁厚减薄1、清除补焊2、重新调整找正3、鉴定后修补管束和胀口渗漏1、管子被折流板磨破2、壳体和管束温差过大3、管口腐蚀或胀接质量差1、用管堵堵死或换管2、补胀或焊接3、换新管或补胀78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文第二章设计计算在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需要的传热面积。工艺设计中包括了热力设计以及流动设计，其具体运算如下所述：2.1设计条件表2-1常二线与原油的操作参数原油常二线设计压力（Mpa）进口温度（°C）出口温度（°C）流量（kg/h）进口温度（°C）出口温度（°C）流量（kg/h）901101051401104.2×1041.6表2-2常二线与原油的物性参数名称平均温度（℃）比热kJ/kg·k导热系数W/（m·k）密度kg/m3粘度（*10-3）Pa·S热阻（*10-3）㎡·K/w原油1003.150.1219005.470.49常二线1252.170.1238400.340.372.2核算换热器传热面积2.2.1流动空间的确定冷热流体在换热器内的流动路径，需进行合理安排，通常依据的原则有：①　不洁净和易结垢的流体宜走易于清洗的一侧。对于固定管板式、浮头式换热器，一般应将易结垢流体流经管程；对于U型管式换热器，易结垢流体应走壳程。②　具有腐蚀性的流体宜走管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀，节约耐腐蚀材料用量，降低成本。③　压强高的流体宜走管程，因为管径小，耐压力高，并避免采用耐压的壳体和密封措施。④　78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文具有饱和蒸汽冷凝器的换热器，应使饱和蒸汽走壳程。因为饱和蒸汽比较清洁，传热系数与流速无关且冷凝液容易排出。①　被冷却的流体走壳程，便于散热，有毒的走管程，减少泄漏的机会。②　为提高流体流速，以增大传热系数，宜将流体走管程，可降低管壁与壳壁的温差，减少热应力。③　流量小而粘度大的液体走壳程，因为壳程内流体在折流板作用下，流通截面和方向均不断变化，在较低雷洛数下就可以达到湍流，有利于提高传热系数。根据以上原则选择被冷却的常二线走壳程，被加热的原油走管程。2.2.2换热器热负荷计算热负荷：式中：——冷热流体的质量流量，kg/s；——冷热流体的定压比热，J/(kg·k)；——冷流体的进、出口温度，k；——热流体的进、出口温度，k。理论上，，实际上由于热量损失，，通常热负荷应该取max（，）。故。2.2.3平均温度差的计算选取逆流流向，这是因为逆流比并流的传热效率高。其中为较小的温度差，为较大的温度差。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文因为，故可取2.2.4估算传热面积查表选得；考虑到所用传热计算式的准确程度及其他未可预料的因素，应使所选用的换热器具有换热面积留有裕度10%-25%，故有，根据查选型手册，即老师发给的照片参数。可选换热器的型式为：，且为达到所需换热面积，应采用四台同类换热器串联。所选浮头式换热器的规格参数以及其工艺计算常用参数可参考下表78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文表2-3所选浮头式换热器规格DNPN管长管程数型号计算传热面积m2规格管程出入口公称直径mm壳程出入口公称直径mm设备净重充水水重mmMpamkgkg8001.64.54121.320020061602840表2-4工艺计算常用参数公称直径DN（mm）管程Ｎ中心排管数换热管数管程平均通道面积（m2）弓形折流板缺口弓高（㎜）8004143520.0276以上表格依据老师发的参数照片和《换热器设计手册》P32表1-2-25及P57（1.2.3）2.2.3总传热系数K的校验管壳式换热换热器面积是以传热管外表面为基准，则在利用关联式计算总传热系数也应以管外表面积为基准，因此总传热系数K的计算公式如下：78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文式中：——总传热系数，；——分别为管程和壳程流体的传热膜系数，；——分别为管程和壳程的污垢热阻，；——分别是传热管内径、外径及平均直径，m；——传热管壁材料导热系数，；——传热管壁厚，m。2.2.3.1管程流体传热膜系数其计算过程如下：；，因时为过渡流状态，故流体处于过渡流状态；；当流体在管内流动为过渡流的时候，对流传热系数可先按湍流的公式计算，然后把计算结果乘以校正系数，即可得到过渡流下的对流传热膜系数。先计算校正系数：；而湍流情况下的计算如下：由于，故原油为高黏度的流体，故应用Sieder-Tate关联式，即式（4-20）：工程上，当液体被加热时，取，当液体被冷却时，取78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文，而管程流体原油是被加热的，则有；故管内流体传热膜系数为：；此处计算依据《化工原理》（王志魁第三版）P143-1442.2.3.2壳程流体传热膜系数：其计算过程如下：换热器内需装弓形折流板，根据GB151-1999可知，折流板最小的间距一般不小于圆筒内直径的1/5，且不小于，故根据浮头式换热器折流板间距的系列标准，即据《换热器设计手册》P28表1-2-20可取折流板间距。因为壳体选择为卷制圆筒，根据GB150-1999可知壳体内径。管间流速是根据流体流过管间最大截面积计算：其中：——管外径，即25㎜，——为换热管中心距，此时选择换热管在管板上的排列方式为正方形排列，因为这样便于机械清洗，查GB151-1999得。；；当换热管呈正方形排列时，其当量直径为；同时：；78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文；故可用《化工原理》P191式4-67求，即：与都已经算出，而平均直径，，，同时查钢管壁热导率为（见《化工过程及设备课程设计》第二版匡国柱P56表3-10），则有故，合适。2.2.4校核平均温差与平均温差有关参数的计算如下：；根据R、P值，查温度校正系数图（即《化工单元过程及设备课程设计》第二版匡国柱P48图3-9）可得温度校正系数，因此有效平均温度差为：。2.2.5校核换热面积：实际传热面积：；78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文校核：；为了保证换热器的可靠性，一般应使换热器的面积裕度大于或等于15%--25%，由上可知所选换热器面积满足要求。此处计算依据《换热器设计手册》P762.3压力降的计算流体流经换热器因流动引起的压力降，可按管程压降和壳程压降分别计算。2.3.1管程压力降管程压力降有三部分组成，可按下式进行计算：其中：——流体流过直管因摩擦阻力引起的压力降，Pa；——流体流经回弯管中因摩擦阻力引起的压力降，Pa；——流体流经管箱进出口的压力降，Pa；——结构校正因数，无因次，对的管子，取为1.4；对的管子，取为1.5；——管程数；——串联的壳程数。其中，、、的计算式如下：；；；式中：——管内流速，；——管内径，；——管长，；——管内流体密度，；——摩擦系数，无量纲，可由下式求取。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文由于，在范围内，且由于管为钢管即粗糙管，故可采用下面公式求取：经查《换热器设计手册》P56表1-3-1允许的压力降范围，可知上述压力降符合要求。以上计算依据《换热器设计手册》P772.3.2壳程的压力降当壳程装上折流板后，流体在管外流动为平行流和错流的耦合。尽管管束为直管，但流动却变得复杂化。由于制造安装公差不可避免地存在间隙，因而会产生泄漏和旁流，而流体横向冲刷换热管引起的旋涡，也使流动变得更加复杂。由于流动的复杂性，要准确地分析影响这种复杂流动的各种因素，精确地计算压力降是相当的困难。下面通过埃索法来计算：式中：——流体横过管束的压力降，Pa；——流体通过折流板缺口的压力降，Pa；——壳程压力降的结垢修正系数，无因次，对液体可取1.15；对气体可取1.0。其中：；78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文；式中：——管子排列方法对压力降的修正系数，对三角形排列。对正方形排列，对转置正方形排列；——壳程流体摩擦系数，当时，；——横过管束中心线的管子数，对三角形排列；对正方形排列；——按壳程流通截面计算的流速，；——折流板的数量。其中：因此；；；，取整为19。则有；可知此时的压力降在合理范围之类。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文2.4换热器壁温计算2.4.1换热管壁温计算符号说明：——以换热管外表面积为基准计算的总传热系数,W/（m·℃）；——污垢热阻，㎡·℃/w；——分别为热、冷流体的的平均温度，℃；——分别为热流体的进、出口温度，℃；——分别为冷流体的进、出口温度，℃；——流体的有效平均温差，℃；——以换热管外表面积为基准计算的给热系数，W/（m·℃）。热流体侧的壁温：；冷流体侧的壁温：；所以℃。2.4.2圆筒壁温的计算由于圆筒外部有良好的保温层，故壳体壁温取壳程流体的平均温度：到此换热器的工艺计算告一段落，其中工艺计算的主要目的是计算出其换热面积，选出相应的换热器型式，因此，接下来应该是进行换热器的结构设计和强度计算。第三章换热器结构设计与强度计算78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文在确定换热器的换热面积后，应进行换热器主体结构以及零部件的设计和强度计算，主要包括壳体和封头的厚度计算、材料的选择、管板厚度的计算、浮头盖和浮头法兰厚度的计算、开孔补强计算，还有主要构件的设计（如管箱、壳体、折流板、拉杆等）和主要连接（包括管板与管箱的连接、管子与管板的连接、壳体与管板的连接等），具体计算如下。3.1壳体与管箱厚度的确定根据给定的流体的进出口温度，选择设计温度为200℃；设计压力为1.6Mpa。3.1.1壳体和管箱材料的选择由于所设计的换热器属于常规容器，并且在工厂中多采用低碳低合金钢制造，故在此综合成本、使用条件等的考虑，选择16MnR为壳体与管箱的材料。16MnR是低碳低合金钢，具有优良的综合力学性能和制造工艺性能，其强度、韧性、耐腐蚀性、低温和高温性能均优于相同含碳量的碳素钢，同时采用低合金钢可以减少容器的厚度，减轻重量，节约钢材。（依据《换热器设计手册》P38主要材料）3.1.2圆筒壳体厚度的计算焊接方式：选为双面焊对接接头，100%无损探伤，故焊接系数；（依据《过程设备设计》郑津洋P116）根据GB6654《压力容器用钢板》P313《化工设备用刚》和GB3531《低温压力容器用低合金钢板》规定可知对16MnR钢板其。假设材料的许用应力（厚度为6～16mm时），依据GB150P16壳体计算厚度按下式计算为：；设计厚度；78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文名义厚度（其中为向上圆整量）；查其最小厚度为10mm，则此时厚度满足要求，且经检查，没有变化，故合适。3.1.3管箱厚度计算管箱由两部分组成：短节与封头；且由于前端管箱与后端管箱的形式不同，故此时将前端管箱和后端管箱的厚度计算分开计算。3.1.3.1前端管箱厚度计算前端管箱为椭圆形管箱，这是因为椭圆形封头的应力分布比较均匀，且其深度较半球形封头小得多，易于冲压成型。此时选用标准椭圆形封头，故，且同上，则封头计算厚度为：；设计厚度；名义厚度（为向上圆整量）；经检查，没有变化，故合适查JB/T4746—2002《钢制压力容器用封头》P14表B.1中EHA椭圆形封头可得封头的型号参数如下：表3-1DN800标准椭圆形封头参数DN(mm)总深度H(mm)内表面积A(㎡)容积(m3)封头质量（㎏）8002250.75660.079659.3短节部分的厚度同封头处厚度，为12mm。3.1.3.2后端管箱厚度计算78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文由于是浮头式换热器设计，因此其后端管箱是浮头管箱，又可称外头盖。外头盖的内直径为900mm，这可在“浮头盖计算”部分看到。选用标准椭圆形封头，故，且同上，则计算厚度为：；设计厚度；名义厚度（为向上圆整量）；经检查，没有变化，故合适。查JB/T4746—2002《钢制压力容器用封头》可得封头的型号参数如下：表3-2DN900标准椭圆形封头参数DN(mm)总深度H(mm)内表面积A(㎡)容积(m3)封头质量（㎏）9002500.94870.111374.1短节部分的厚度同封头处厚度，为12mm。3.2开孔补强计算在该台浮头式换热器上，壳程流体的进出管口在壳体上，管程流体则从前端管箱进入，而后端管箱上则有排污口和排气口，因此不可避免地要在换热器上开孔。开孔之后，出削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连接性被破坏，会产生很高的局部应力，会给换热器的安全操作带来隐患。因此此时应进行开孔补强的计算。由于管程与壳程出入口公称直径均为200mm，按照厚度系列，可选接管的规格为，接管的材料选为20号钢。依据GBT17395-2008无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差P113.2.1壳体上开孔补强计算3.2.1.1补强及补强方法判别：①补强判别：根据GB150表8-1，允许不另行补强的最大接管外径是，本开孔外径为219mm，因此需要另行考虑其补强。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文②开孔直径，满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。依据《过程设备设计》P1623.2.1.2开孔所需补强面积计算：强度削弱系数；接管有效厚度；开孔所需补强面积按下式计算：；3.2.1.3有效补强范围①有效宽度B：②有效高度：（a）外侧有效高度为：；（b）内侧有效高度为：；见《换热器设计手册》P142表1-6-63.2.1.4有效补强面积①壳体多余金属面积：78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文壳体有效厚度：则多余的金属面积为：②接管多余金属面积：接管计算厚度：；接管多余金属面积：；③接管区焊缝面积（焊脚取为6mm）：；④有效补强面积：；所以开孔后不需另行补强3.2.2前端管箱开孔补强计算3.2.2.1补强及补强方法判别：①补强判别：根据GB150表8-1，允许不另行补强的最大接管外径是，本开孔外径为219mm，因此需要另行考虑其补强。②开孔直径，满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文3.2.2.2开孔所需补强面积计算：强度削弱系数；接管有效厚度；开孔所需补强面积按下式计算：3.2.2.3有效补强范围①有效宽度：②有效高度：（a）外侧有效高度为：；（b）内侧有效高度为：；3.2.2.4有效补强面积①管箱多余金属面积：管箱有效厚度：则多余的金属面积为：②接管多余金属面积：78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文接管计算厚度：；接管多余金属面积：；③接管区焊缝面积（焊脚取为6mm）：；④有效补强面积：；所以不需要另行补强3.2.3外头盖开孔补强计算外头盖上的排污口与排气口接管材料也为20号钢，选用规格为，主要是通过采用厚壁接管进行补强。见GBT17395-2008无缝钢管尺寸P113.2.3.1开孔所需补强面积其开孔直径；强度削弱系数；接管有效厚度；开孔所需补强面积：；3.2.3.2有效补强范围①有效宽度：78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文②有效高度：（a）外侧有效高度为：；（b）内侧有效高度为：；3.2.3.3有效补强面积①外头盖多余金属面积：外头盖有效厚度：则多余的金属面积为：；②接管多余金属面积：接管计算厚度：；接管多余金属面积：；③接管区焊缝面积（焊脚取为4mm）：；④有效补强面积：78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文由此可知已经达到了补强的目的。3.3水压试验设试验温度为常温，则有；—试验时器壁金属温度下材料的许用应力，Mpa—设计温度下材料的许用应力，Mpa查GB150-1998P16表4-1中16MnR在200℃下=170Mpa=156Mpa则校核水压试验时圆筒的薄膜压力：—试验压力下圆筒的压力，Mpa—圆筒的有效厚度，mm液压试验时应满足—常温下材料的屈服极限（依据GB150—1998表4-1=345Mpa）满足条件78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文3.4换热管换热管的规格为，材料选为20号钢。3.4.1换热管的排列方式换热管在管板上的排列有正三角形排列、正方形排列和正方形错列三种排列方式。各种排列方式都有其各自的特点：①正三角形排列：排列紧凑，管外流体湍流程度高；②正方形排列：易清洗，但给热效果较差；③正方形错列：可以提高给热系数。在此，选择正方形排列，主要是考虑这种排列便于进行机械清洗。查GB151-19995.6.3.2可知，换热管的中心距S=32mm，分程隔板槽两侧相邻管的中心距为44mm；同时，由于换热管管间需要进行机械清洗，故相邻两管间的净空距离（S-d）不宜小于6mm。3.4.2布管限定圆布管限定圆为管束最外层换热管中心圆直径，其由下式确定：查GB151-19995.6.3.3可知，b=5，b1=5，bn=14，故b2=bn+1.5=15.5，则。3.4.3排管(依据《换热器设计手册》P164)排管时须注意：拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，在靠近折流板缺边位置处布置拉杆，其间距小于或等于700mm。拉杆中心至折流板缺边的距离应尽量控制在换热管中心距的（0.5～1.5）范围内。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文多管程换热器其各程管数应尽量相等，其相对误差应控制在10%以内，最大不能超过20%。相对误差计算：；其中：——各程的平均管数；——各程中最小或最大的管数。实际排管如下所示：由上图可知，经过实际排管后发现，每个管程的布管数目分别是73，111，111，73，而各管程的平均管数为47，因此可知各程管数的相对误差是：3.4.4换热管束的分程在这里首先要先提到管箱。管箱作用是把从管道输送来的流体均匀地分布到换热管和把管内流体汇集在一起送出换热器，在多管程换热器中管箱还起改变流体流向的作用。由于所选择的换热器是4管程，故管箱选择为多程隔板的安置形式。而对于换热管束的分程，为了接管方便，采用平行分法较合适，且平行分法亦可使管箱内残液放尽。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文3.4.5换热管与管板的连接换热管与管板的连接方式有强度焊、强度胀以及胀焊并用。强度胀接主要适用于设计压力小≤4.0Mpa；设计温度≤300℃；操作中无剧烈振动、无过大的温度波动及无明显应力腐蚀等场合。除了有较大振动及有缝隙腐蚀的场合，强度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何场合。胀焊并用主要用于密封性能要求较高；承受振动和疲劳载荷；有缝隙腐蚀；需采用复合管板等的场合。在此，根据设计压力、设计温度及操作状况选择换热管与管板的连接方式为强度焊。这是因为强度焊加工简单、焊接结构强度高，抗拉脱力强，在高温高压下也能保证连接处的密封性能和抗拉脱能力。3.5管板设计管板是管壳式换热器最重要的零部件之一，用来排布换热管，将管程和壳程的流体分隔开来，避免冷、热流体混合，并同时受管程、壳程压力和温度的作用。由于流体只具有轻微的腐蚀性，故采用工程上常用的16MnR整体管板。（依据《换热器设计手册》P38材料）3.5.1管板与壳体的连接由于浮头式换热器要求管束能够方便地从壳体中抽出进行清洗和维修，因而换热器固定端的管板采用可拆式连接方式，即把管板利用垫片夹持在壳体法兰与管箱法兰之间。3.5.2管板计算（依据GB151-1999P29）符号说明：——在布管区范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，而未能被换热管支承的面积，，对正方形排列，；78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文——隔板槽一侧的排管根数；——换热管中心距；——隔板槽两侧邻管的中心距；——管板布管区面积，；对多管程正方形排列换热器，；——管板布管区内开孔后的面积，；；——一根换热管管壁金属的横截面积，；——固定端管板垫片压紧力作用中心圆直径，；根据所选的垫片的尺寸，且选择其压紧面型式为GB150图9-1法兰型式的a-1P89，可知密封面宽度；则，故；——管板布管区当量直径，，；——换热管外径，；——设计温度时，管板材料的弹性模量，Mpa；——设计温度时，换热管材料的弹性模量，Mpa；——系数，按和查GB151图24；——管束模数，Mpa；；——管束无量纲刚度，Mpa；；——换热管有效长度（两管板内侧间距），；——换热管与管板胀接长度或焊脚高度，；——换热管根数；——无量纲压力，；78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文——当量压力组合；Mpa；——管板设计压力，Mpa；——壳程设计压力，Mpa；——管程设计压力，Mpa；——换热管与管板连接拉脱力，Mpa；——许用拉脱力，查GB151，Mpa；——系数，；——管板计算厚度，；——换热管管壁厚度，；——管板刚度削弱系数，一般可取值；——管板强度削弱系数，一般取；——系数，；——换热管轴向应力，Mpa；——换热管稳定许用压应力，Mpa；——设计温度时，管板材料的许用应力，Mpa；；——设计温度时，换热管材料的许用应力，Mpa；管板厚度计算过程如下：3.5.2.1管板名义厚度计算：；；78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文；；；；查GB150可知，；则；式中L应为换热管的有效长度，但由于管板厚度尚未计算出，暂估算管板厚度为50mm进行试算，待管板厚度算出再用有效长度核算，。；当中的的计算如下：；；查GB151-1999可知，则，（lb为折流板间距）同时由于前面换热管的材料选为20号钢，故，；由于此时不能保证与在任何时候都同时作用，则取；故78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文，故；根据和查GB151图23，图24P47可知，则管板计算厚度为：；管板的名义厚度应不小于下列三部分之和，即式中Cs和Ct分别是指壳程、管程的腐蚀裕量；而h1是指壳程侧管板结构槽深，为0；h2是指管程隔板槽深，为4mm。此时应根据得到的管板名义厚度，重复以上步骤，使得管子有效长度对应于管板厚度。依据GB151-1999P285.6.6.2；；故，查图可知不变，则；3.5.2.2换热管的轴向应力换热管的轴向应力在一般情况下，应按下列三种工况分别计算：①壳程设计压力，管程设计压力：；；明显地，；78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文②管程设计压力，壳程设计压力：；；明显地，；③壳程设计压力与管程设计压力同时作用：；；明显地，。由以上三种情况可知，换热管的轴向应力符合要求3.5.2.3换热管与管板连接拉脱力；式中，（《换热器设计手册》P173表1-6-22）其中：——换热管最小伸出长度，查GB151-1999可知；——最小坡口深度，；许用拉脱力；明显地，。3.5.3管板重量计算管板有固定管板以及活动管板，两者的重量计算分别如下所示：78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文3.5.3.1固定管板重量计算3.5.3.2活动管板重量计算：3.6折流板（依据GB151-1999P725.9）设置折流板的目的是为了提高壳程流体的流速，增加湍动程度，并使管程流体垂直冲刷管束，以改善传热，增大壳程流体的传热系数，同时减少结构，而且在卧式换热器中还起支撑管束的作用。常见的折流板形式为弓形和圆盘—圆环形两种，其中弓形折流板有单弓形，双弓形和三弓形三种，但是工程上使用较多的是单弓形折流板。在浮头式换热器中，其浮头端宜设置加厚环板的支持板。3.6.1折流板的型式和尺寸此时选用两端选用环形折流板，中间选用单弓形折流板，上下方向排列，这样可造成液体的剧烈扰动，增大传热膜系数。为方便选材，可选折流板的材料选为16Mn，由前可知，弓形缺口高度为160mm，折流板间距为200mm，数量为17块，查GB151-1999P74表3-4可知折流板的最小厚度为10mm，故此时可选其厚度为10mm。同时查GB151-1999P75表4-1可知折流板名义外直径为。3.6.2折流板排列该台换热器折流板排列示意图如下所示：78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文3.6.3折流板的布置一般应使管束两端的折流板尽可能靠近壳程进、出口管，其余折流板按等距离布置。靠近管板的折流板与管板间的距离l应按下式计算：；其中：——壳程接管位置的最小尺寸，mm；见《换热器设计手册》P144图1-6-2，对于无补强圈接管，，其中——管板的名义厚度，mm；=65mm——为防冲板长度，若无防冲板时，应为接管的内径，mm；3.6.4折流板重量计算(依据《换热器设计手册》P1844.2.7)符号说明如下：——折流板质量，kg；——折流板外圆直径；=795.5mm——折流板切去部分的弓形面积，，，——系数，由查表求取；换热器设计手册表1-6-35——折流板切去部分的弓形高度，mm；=160mm——管孔直径，mm；=25mm78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文——拉杆孔直径，mm；=16mm见换热器设计手册P189表，计算见后面拉杆部分——管孔数量；——拉杆孔数量；=6——折流板厚度，mm。=10mm计算过程如下：，查得；3.7拉杆与定距管3.7.1拉杆的结构形式常用拉杆的形式有两种：（1）拉杆定距管结构，适用于换热管外径大于或等于19mm的管束，（按GB151-1999表45规定）；（2）拉杆与折流板点焊结构，适用于换热管外径小于或等于14mm的管束，；（3）当管板比较薄时，也可采用其他的连接结构。由于此时换热管的外径为25mm，因此选用拉杆定距管结构。3.7.2拉杆的直径、数量及布置其具体尺寸如下所示：见《换热器设计手册》P188图1-6-62表1-6-3678 武汉工程大学本科毕业（设计）论文表3-3拉杆的参数拉杆的直径d拉杆螺纹公称直径dnＬaＬbb拉杆的数量161620≥6026其中拉杆的长度L按需要确定。3.7.3拉杆的布置拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。若对于大直径的换热器，在布管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板应不少于3个支承点。对于本台换热器拉杆的布置可参照零件图。3.7.4定距管定距管的规格同换热管，其长度同实际需要确定。本台换热器定距管的布置可以参照部件图。3.8防冲板由于壳程流体的，管程换热管流体的流速，因此在本台换热器的壳程与管程都不需要设置防冲板。依据《换热器设计手册》P1864.33.9保温层根据设计温度选保温层材料为脲甲醛泡沫塑料，其物性参数如下：78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文表3-4保温层物性参数密度（kg／m3）导热系数（kcal／mh℃）吸水率抗压强度（kg／m３）适用温度（℃）13～200.0119～0.02612%0.25～0.5-190～+5003.10法兰与垫片换热器中的法兰包括管箱法兰、壳体法兰、外头盖法兰、外头盖侧法兰、浮头盖法兰以及接管法兰，另浮头盖法兰将在下节进行计算，在此不作讨论。垫片则包括了管箱垫片和外头盖垫片。3.10.1固定端的壳体法兰、管箱法兰与管箱垫片（1）查JB4700-2000压力容器法兰可选固定端的壳体法兰和管箱法兰为长颈对焊法兰，凹凸密封面，材料为锻件20MnMoⅡ，其具体尺寸如下：（单位为mm）78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文表3-5DN800长颈对焊法兰尺寸DN法兰螺柱对接筒体最小厚度DD1D2D3D4　Hhaa1　　Rd规格数量8009609158768668634811535211816261227M242412依据JB/T4703-2000P9表1（2）此时查JB4700-2000压力容器法兰，根据设计温度200℃可选择垫片型式为金属包垫片，材料为镀锡薄钢板包石棉板（见换热器手册P38主要材料），其尺寸为：表3-6管箱垫片尺寸PN(Mpa)DN(mm)外径D(mm)内径d(mm)垫片厚度反包厚度Ｌ1.68008658253478 武汉工程大学本科毕业（设计）论文3.10.2外头盖侧法兰、外头盖法兰与外头盖垫片、浮头垫片（1）外头盖法兰的型式与尺寸、材料均同上壳体法兰，凹密封面，查JB/T4703-2000P9表1压力容器法兰可知其具体尺寸如下所示：（单位为mm）。表3-7外头盖法兰尺寸DN法兰螺柱对接筒体最小厚度DD1D2D3D4　Hhaa1　　Rd规格数量900106010159769669635211535211816261227M242812（2）外头盖侧法兰选用凸密封面，材料为锻件20MnMoⅡ，查JB/4721-92可知其具体尺寸如下表：DN法兰螺柱对接筒体最小厚度DD1D2D3D4　Hha1　　Rd规格数量8001060101597696696352130541816341227M242812表3-8外头盖侧法兰尺寸78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文（3）查JB/T4718-92P44.2以及P7表4选外头盖垫片的型式为金属包垫片，其外径D为965mm，内径d为925mm且查JB/T4718-92也选浮头垫片的型式为金属包垫片，则其外径D为792mm，内径d为760mm，两者材料均为0Cr18Ni9。3.10.3接管法兰型式与尺寸根据接管的公称直径，公称压力可查HG20592～20635－97钢制管法兰、垫片、紧固件，选择带颈对焊钢制管法兰，选用凹凸密封面，材料为Q235-A其具体尺寸如下表所示：（单位为㎜）78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文表3-9带颈对焊钢制管法兰公称通径DN钢管外径（法兰焊端外径）A1连接尺寸法兰厚度C法兰颈法兰高度H法兰理论重量（㎏）法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径Ｌ螺栓孔数量n螺纹ThＮＳＨ１≈ＲABＡＢ3242.438140100184M161856562.666422.0200219.1219340295228M20242342346.316106211.5HG20592-2009P50表8.2.3-1理论质量见P115表D-33.11钩圈式浮头本台浮头式换热器浮头端采用B型钩圈式浮头，其详细结构如下图所示，而浮头盖采用了球冠形封头。GB151-1999P825.1478 武汉工程大学本科毕业（设计）论文3.11.1浮头盖的设计计算球冠形封头、浮头法兰应分别按管程压力作用下和壳程压力作用下进行内压和外压的设计计算，取其大者为计算厚度。符号说明如下：——换热器圆筒内直径，mm；——浮头法兰与钩圈的内直径，，见前面3.4.2布管限定圆；——浮头法兰与钩圈的外直径，mm，；——外头盖内直径，mm，；——浮头管板外直径，mm，；——螺栓中心圆直径，mm，；——垫片压紧力作用中心圆直径，；——作用在法兰环内侧封头压力载荷引起的轴向分力，N；；——作用在法兰环内侧封头压力载荷引起的径向分力，N；；——计算压力，Mpa；分别取管程压力（内压）和壳程压力（外压）；——封头球面内半径，mm；按GB151表46P83选取；——螺栓中心至法兰环内侧的径向距离，mm；——对法兰环截面形心的力臂，mm；——封头边缘处球壳中面切线与法兰环的夹角，（°）；；78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文——球冠形封头的计算厚度，mm；——球冠形封头的名义厚度，mm；——封头材料在设计温度下的许用应力，Mpa；——焊接接头系数。3.11.1.1管程压力作用下（内压）浮头盖的计算：（1）球冠形封头计算厚度按下式计算：；为方便选材，故可将浮头盖的材料选择为16MnR，故=156Mpa，选择为双面焊对接接头，100%无损探伤，故，则。实际画图时取14mm。（2）浮头法兰计算厚度计算：首先根据所选的浮头垫片可先确定：；根据经验值选定螺栓数目为16，则可通过计算螺栓的根径，从而知道螺栓的规格：，故将其圆整为规格为M24的螺柱，其根径为20.65mm。关于浮头法兰厚度的计算按GB151-1999的格式制作成一张表格，这样比较清晰明了，具体计算如下所示：浮头法兰厚度计算：设计条件：pc=1.6Mpa温度t=200℃垫片及螺栓计算：垫片：材料：0Cr18Ni9外径×内径×厚度：792×760×3螺栓材料：25Cr2MoVA直径螺栓数量n=16许用应力法兰：材料：锻件JB/T472620MnMo许用应力78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文设或（取两者中较大值）=4927操作情况下法兰的受力力臂力矩78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文操作情况下法兰总力矩：预紧螺栓时法兰的受力力臂力矩操作状态：预紧状态：法兰厚度操作状态：；预紧状态：；法兰厚度取与之大者，且不小于球冠形封头名义厚度的两倍，故，则。3.11.1.2壳程压力作用下（外压）浮头盖的计算（1）球冠形封头GB150-1998第6章“外压圆筒和外压球壳”进行外压计算，即将球冠形封头当作球壳进行计算，具体过程如下：假设，腐蚀裕量，则；，故；所以；查GB150可知78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文，此时许用外压力为：，故合适。（2）浮头法兰厚度的计算可按上表进行，由于管程与壳程的设计压力相等，所以大部分的数据都与内压情况下相同，只是此时，表中的应改为：则此时操作状态下：；所以此时；根据上述内压与外压的计算可知浮头法兰的计算厚度应为，则圆整后其名义厚度为。3.11.2钩圈钩圈的型式查GB151可知选为B型钩圈，其图示如下：而其设计厚度可按下式计算：其中：——钩圈设计厚度，mm；——浮动管板厚度，mm；78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文则。3.12分程隔板由于是多管程换热器，故此处需要用到分程隔板。查GB151-1999可知：分程隔板槽槽深，槽宽为12mm，且分程隔板的最小厚度为8mm。3.13鞍座选择鞍座应首先计算支座反力，再根据支反力选择合适的鞍座。3.13.1支反力计算如下：管板的质量：；圆筒的质量：；式中：——是指换热器中相当于圆筒的部分的总长度，包括了壳体的有效长度与前后端管箱的短节部分；——是指材料的密度，由于壳体与管箱的材料均选用16MnR，故。封头的质量：；保温层的质量：附件（如接管、法兰、浮头盖等）质量取为全部质量的20%：圆筒的体积：；封头的体积：；78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文故总体积为：；由于水的密度比常二线与原油的密度均大，故鞍座应在水压试验时所受支反力较大，即如下：水压试验时充液重量：；水压试验时总质量：；水压试验时单位长度载荷：；水压试验时支座反力：3.13.2鞍座的型号及尺寸根据支反力查JB/T4712-92选择鞍座的型号为：DN800、120°包角重型带垫板鞍式支座。表3-11鞍座尺寸公称直径ＤＮ允许载荷Ｑ（ＫＮ）鞍座高度h底板腹板筋板垫板螺栓间距l2　鞍座质量（kg）增加１００mm高度增加的质量（kg）l1b1　　l3b3　弧长b4e8002202007201501010400120109402606655303873.14接管的最小位置在换热器设计中，为了使传热面积得以充分利用，壳程流体进、出口接管应尽量接近两端管板，而管箱进、出口接管尽量靠近管箱法兰，可缩短管箱、壳体长度，减轻设备重量。然而，为了保证设备的制造安装，管口距地的距离也不能靠得太近，它受到最小位置的限制。依据换热器设计手册P14478 武汉工程大学本科毕业（设计）论文3.14.1壳程接管位置的最小尺寸接管无补强圈，故应按下式计算：式中：——壳程接管位置最小尺寸，mm；——补强圈外边缘至管板与壳体连接焊缝之间的距离，计算中，取（S为壳体厚度，mm），且；——接管外直径，mm；——管板厚度，mm。；经过实际画图后，，满足最小位置的要求。3.14.2管箱接管位置的最小尺寸无补强圈的接管，应按下式计算：式中：——法兰高度，为44mm则经过实际画图后，，满足最小位置的要求。到此，换热器结构设计及强度计算已经基本结束。可以说，换热器的主要设计计算已经完成，其计算结果将通过装配图、部件图以及零件图表现出来。第四章换热器的腐蚀、制造与检验4.1换热器的腐蚀换热器腐蚀的主要部位是换热管、管子与管板连接处、管子与折流板交界处、壳体等。腐蚀原因如下所述。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文4.1.1换热管腐蚀由于介质中污垢、水垢以及入口介质的涡流磨损，易使管子产生腐蚀，特别是在管子入口端的40～50mm处的管端腐蚀，这主要是由于流体在死角处产生涡流扰动有关。4.1.2管子与管板、折流板连接处的腐蚀换热管与管板连接部位及管子与折流板交界处都有应力集中，容易在张胀管部位出现裂纹，当管子与管板存在间隙十，易产生Cl+的聚积及氧的浓差，从而容易在换热管表面形成点坑或间隙腐蚀。管子与折流板交界处的破裂，往往是由于管子长，折流板多，管子稍有弯曲，容易造成管壁与折流板处产生局部应力集中，加之间隙的存在，故其交界处成为应力腐蚀的薄弱环节。4.1.3壳体腐蚀由于壳体及附件的焊缝质量不好也易发生腐蚀，当壳体介质为电解质，壳体材料为碳钢，管束用折流板为铜合金时，易产生电化学腐蚀，把壳体腐蚀穿孔。4.2换热器的制造与检验4.2.1总体制造工艺制造工艺：选取换热设备的制造材料及牌号，进行材料的化学成分检验，机械性能合格后，对钢板进行矫形，方法包括手工矫形、机械矫形及火焰矫形。具体过程为：备料——划线——切割——边缘加工（探伤）——成型——组对——焊接——焊接质量检验——组装焊接——压力试验4.2.2换热器质量检验化工设备不仅在制造之前对原材料进行检验，而且在制造过程中也要随时进行检查，即质量检验。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文设备制造过程中的检验，包括原材料的检验、工序间的检验及压力试验，具体内容如下：1.原材料和设备零件尺寸和几何形状的检验；2.原材料和焊缝的化学成分分析、力学性能分析试验、金相组织试验，总称为破坏试验；3.原材料和焊缝内部缺陷的检验，其检验方法是无损检测，它包括：射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测等；4.设备试压，包括：水压试验、介质试验、气密性试验等。4.2.3管箱、壳体、头盖的制造与检验1.壳体在下料和辊压过程中必须小心谨慎，因为筒体的椭圆度要求较高，这主要是为了保证壳体与折流板之间有合适的间隙；2.管箱内的分程隔板两侧全长均应焊接，并应具有全焊透的焊缝；3.用板材卷制圆筒时，内直径允许偏差可通过外圆周长加以控制，其外圆周允许上偏差为10mm，下偏差为零；4.圆筒同一断面上，最大直径与最小直径之差为e≤0.5%DN，且由于DN≤1200mm，则其值≤5mm；5.圆筒直线度允许偏差为L/1000（L为圆筒总长），且由于此时L=6000mm，则其值≤4.5mm；6.壳体内壁凡有碍管束顺利装入或抽出的焊缝均应磨至与母材表面齐平；7.在壳体上设置接管或其他附件而导致壳体变形较大，影响管束顺利安装时，应采取防止变形措施；8.由于焊接后残余应力较大，因此管箱和封头法兰等焊接后，须进行消除应力热处理，最后再进行机械加工。4.2.4换热管的制造与检验1.加工步骤：下料——校直——除锈（清除氧化皮、铁锈及污垢等杂质）；2.换热管为直管，因此应采用整根管子而不允许有接缝。3.由于换热管的材料选为20号钢，则其管端外表面也应除锈，而且因为采用焊接方法，则管端清理长度应不小于管外径，且不小于25mm。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文4.2.5管板与折流板的制造与检验1.管板在拼接后应进行消除应力热处理，且管板拼接焊缝须经100%射线或超声波探伤检查；2.由于换热管与管板是采用焊接连接，则管孔表面粗糙度Ra值不大于25；3.管板管孔加工步骤：下料——校平——车削平面外圆及压紧面——划线——定位孔加工——钻孔——倒角；4.管板钻孔后应抽查不小于60°管板中心角区域内的管孔，在这一区域内允许有4%的管孔上偏差比+0.20大0.15；5.折流板管孔加工步骤：下料——去毛刺——校平——重叠、压紧——沿周边点焊——钻孔（必须使折流板的管孔与管板的管孔中心在同一直线上）——划线——钻拉杆——加工外圆；6.折流板外圆表面粗糙度Ra值不大于25。，外圆面两侧的尖角应倒钝；7.应去除管板与折流板上任何的毛刺。4.2.6换热管与管板的连接1.连接部位的换热管和管板孔表面应清理干净，不应留有影响胀接或焊接连接质量的毛刺、铁屑、锈斑、油污等；2.焊接连接时，焊渣及凸出于换热管内壁的焊瘤均应清除。焊缝缺陷的返修，应清除缺陷后焊补。4.2.7管束的组装4.2.7.1组装过程：将活动管板、固定管板和折流板用拉杆和定距管组合。调整衬垫使管板面与组装平台垂直，并使固定管板、活动管板与折流板的中心线一致，然后一根一根地插入传热管。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文4.2.7.2组装时应注意：1.两管板相互平行，允许误差不得大于1mm；两管板之间长度误差为±2mm；管子与管板之间应垂直；2.拉杆上的螺母应拧紧，以免在装入或抽出管束时，因折流板窜动而损伤换热管；3.穿管时不应强行敲打，换热管表面不应出现凹瘪或划伤；4.除换热管与管板间以焊接连接外，其他任何零件均不准与换热管相焊。4.2.8管箱、浮头盖的热处理碳钢、低合金钢制的焊有分程隔板的管箱和浮头盖以及管箱的侧向开孔超过1/3圆筒内径的管箱，在施焊后作消除应力的热处理，设备法兰密封面应在热处理后加工。4.2.9换热器水压试验水压试验的目的是为了检验换热器管束单管有否破损，胀口有否松动，所有法兰接口是否严密，而不同管壳式换热器的水压试验的顺序不一样，因此在此特别说明一下浮头式换热器的水压试验顺序：1.用试验压环和浮头专用试压工具进行管头试压：管束装入壳体后，在浮头侧装入试压环，在管箱侧装试压法兰或将管箱平盖卸下用管箱代替也可以，然后对壳程试压，检查胀口是否泄漏，如果从管板的某个管口滴水，则该管已经破损，由现场技术人员决定更换新管或堵死；2.管程试压：将浮头侧试压环卸掉，清理净浮头封面，将浮头上好，管箱侧将管箱或平盖清理换垫安装，然后对管程加压，检查浮头钩圈密封及管箱法兰结合处有无泄漏；3.壳程试压：安装壳体封头，对壳体加压，检查封头接口有无泄漏。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文第五章焊接工艺评定本章主要叙述各主要部件的焊接工艺以及当中应注意的问题。5.1壳体焊接工艺5.1.1壳体焊接顺序焊接壳体时，应先焊筒节纵缝，焊好后校圆，再组装焊接环缝。要注意的是必须先焊纵缝后焊环缝，因为若先将环缝焊好再焊纵缝时筒体的膨胀和收缩都要受到环缝的限制，其结果会引起过大的应力，甚至产生裂纹。每条焊缝的焊接次序是先焊筒体里面，焊完后从外面用碳弧气刨清理焊根，将容易产生裂纹和气孔的第一层焊缝基本刨掉，经磁粉或着色探伤确信没有缺陷存在后再焊外侧。5.1.2壳体的纵环焊缝壳体的材料为16MnR，其可焊性较好。焊前不需要进行预热，采用埋弧自动焊，开V型坡口，采用H08Mn2焊丝和HJ431焊剂，焊完后需将其加热到600～650℃，要进行焊后热处理，以消除残余应力，而且也可软化淬硬部位，提高韧性。5.2换热管与管板的焊接5.2.1焊接工艺换热管与管板的焊接一般采用手工电弧焊，也广泛采用惰性气体保护焊，在此选择其焊接方式为手工电弧焊。管子的材料为20号钢，而管板的材料为锻件16MnⅡ，两者的焊接性能都较好，由于管板厚度较大，此时应进行焊前预热，预热温度为100～200℃，选用焊条J506，焊后热处理温度为600～650℃，以消除残余应力。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文5.2.2焊接缺陷管子与管板焊接最主要的问题是焊接缺陷，缺陷一般为气孔或裂纹。它们直接关系到工程的质量。产生气孔的主要是附在管子和管板孔上的油脂、铁锈、空气和堆焊管板时复层中夹有的焊渣在受热时分解而造成。因此在焊接前，要特别注意焊接部位的脱脂和除锈。另一个可能产生的缺陷是裂纹，如果接头的化学成分控制不当，热影响区过度硬化，结点处有油污及管子与管板孔配合间隙过大等，都易在焊缝处引起裂纹。5.3法兰与筒体的焊接法兰与筒体的焊接属于C类接头。法兰的材料为锻件20MnMoⅡ，筒体的材料为16MnR，两者都具有良好的综合机械性能和焊接性能，此时可以采用埋弧自动焊，焊丝为H10MnSiA，焊剂为HJ250，焊后需要进行消除应力热处理，需要将热处理温度控制在550～650℃。第六章换热器的安装、试车与维护6.1安装6.1.1场地和基础1.应根据换热器的结构型式，在换热器的两端留有足够的空间来满足拆装、维修的需要；2.活动制作的基础面撒谎能够应预埋滑板。6.1.2安装前的准备1.可抽管束换热器安装前应抽芯检查、清扫。抽管束时，应注意保护密封面和折流板。移动和起吊管束时，应将管束放置在专用的支承结构上，以避免损伤换热管；2.安装前一般应进行压力试验。当图样有要求时，应进行气密性实验。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文6.1.3地脚螺栓和垫铁1.活动支座的地脚螺栓应装有两个锁紧的螺母，螺母与底板间应留有1～3㎜的间隙。2.地脚螺栓两侧均应有垫铁。设备找平后，斜垫铁可与设备支座底板焊牢，但不得与下面的平垫铁或滑板焊死；3.垫铁的安装不应妨碍换热器的热膨胀。6.1.4其他要求1.应在不受力的状态下连接管线，避免强力装配；2.拧紧换热器螺栓时，一般应按GB151-1999图63表示的顺序进行，并应涂抹适当的螺纹润滑剂。6.2试车1.试车前应查阅图纸有无特殊要求和说明，铭牌有无特殊标志，如管板是否按压差设计，对试压、试车程序有无特殊要求等；2.试车前应清洗整个系统，并在入口接管处设置过滤网；3.系统中如无旁路，试车前应增设临时旁路；4.开启放气口，使流体充满设备；5.当介质为蒸汽时，开车前应排空残液，以免形成水击；有腐蚀性的介质，停车后应将残存介质排净；6.开车或停车过程中，应缓慢升温和降温，避免造成压差过大和热冲击。6.3维护1.换热器不得在超过铭牌规定的条件下运行；78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文2.应经常对管、壳程介质的温度及压降进行监督，分析换热器的泄漏和结垢情况；在压降增大和传热系数降低超过一定数值时，应根据介质和换热器的结构，选择有效的方法进行清洗；3.应经常监视管束的振动情况。总结在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,它们也是这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器也各有优缺点，性能各异。列管式换热器是最典型的管壳式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。本次设计的是浮头式换热器，它主要有壳体、浮动式封头管箱、管束等部件组成。浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动，也就是壳体在管束热膨胀自由，管束与壳体之间没有温差应力。一般浮头设计成可拆卸结构，使管束可自由地抽出和装人。常用的浮头有两种形式，第一种是靠夹钳形半环和若干个压紧螺钉使浮头盖和活动管板密封结合起来，保证管内和管间互不渗漏。另一种是使浮头盖法兰直接和勾圈法兰用螺栓紧固，使浮头盖法兰和活动管板密封贴合，虽然减少了管束的有效传热面积，但密封性可靠，整体较紧凑。 浮头式换热器的特点是：（1）清洗方便，管束可以抽出，清洗管壳、管程；（2）介质间温差不受限值；（3）可在较高的温度和压力下工作，一般温度≤450℃，压力≤6.4MPa；（4）可用于结垢比较严重的场合；（5）可用于管程易腐蚀的场合；（6）浮头式换热器的缺点是，小浮头易产生泄漏，金属材料耗量大，结构复杂。通过此次设计，了解了很多关于换热器的知识，如换热器的选型，换热器结构和尺寸的确定，以及计算换热器的传热面积和流体阻力等等。最最重要的是我深刻认知做设计计算时要非常小心，因为一不留神就会出错，如果前面错了没发现，后面就全错。这是设计中的禁忌。还有，虽然换热器的设计比精馏塔的简单很多，但是还是要付出努力才可以。为此，也要感谢老师及同学的互相帮助。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文致谢在整个大学期间的一个极为重要的内容—毕业设计终于结束了。此时，我觉得自己对专业知识经历了一个巩固、落实、和知新的过程，基本完成了大学四年学习知识由量变到质变的过程，受益颇丰。刚刚着手去做这个浮头式换热器的设计时，很多常识都不太清楚，主要是刚开始感觉设计的内容包涵很多细节的东西，以至于无从下手。对于相关标准还不了解，不知道查哪些文献。经过最近一段时间的设计，再回过头看觉得知识的学习必须经历一过程的，在过程的开始不要心急，慢慢来踏踏实实的按部就班，只要做到这些一定能够学到很多东西的。但在当初，这些简单的问题又必须搞清楚，举个例子吧，最初我用标准去查浮头法兰时，就拿本接管法兰的行业标准去查，结果找不到符合要求的法兰，种类并不齐全，现在觉得再也不会犯这种低级错误了。所以当时还是虚心请教了各位老师和同学，得到了耐心和细致的讲解，在此，尤其要感谢我们机械工程学院的刘丽芳老师的大力支持，最后、还要感谢机械工程学院资料管理处提供的种类齐全的国标。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文参考文献1.国家标准与行业标准：⑴.GB150-1999钢制压力容器；⑵.GB151-1999管壳式换热器；⑶.压力容器安全技术监察规程，1999年；⑷.JB／T4700～4707-2000，压力容器法兰；⑸.JB／T4714－92，浮头式换热器和冷凝器型式与基本参数；⑹.JB／T4718－92，管壳式换热器用金属包垫片；⑺.JB／T4721－92，外头盖侧法兰；⑻.JB／T4712－92，鞍式支座；⑼.HG20592～20635－97，钢制管法兰、垫片、紧固件；⑽.JB／T4736－2002，补强圈；⑾.JB／T4746－2002，钢制压力容器用封头；⑿.HG20580－～HG20581-1998，钢制化工容器设计基础规定等；⒀.CD130A20－86，化工设备设计文件编制规定；⒁.TCED41002－2000，化工设备图样技术要求；⒂.JB4726－94，压力容器用碳素钢和低合金钢锻件。2.其它参考书：⑴.钱颂文主编，换热器设计手册，化学工业出版社，2002；⑵.石油化学工业部石油化工规划设计院组织编写，冷换设备工艺计算，石油工业出版社，1979；⑶.李功祥，陈兰英，崔英德编，常用化工单元设备设计，华南理工大学出版，2003；⑷.贾绍义，柴诚敬主编，化工原理课程设计，天津大学出版社，2002；⑸.郑津洋，董其伍，桑芝富主编，过程设备设计，化学工业出版社，2001；⑹.王志魁主编，化工原理，化学工业出版社，2005；⑺.聂清德主编，化工设备设计，化学工业出版社，1991。78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文附录A相关文献关键词：浮头1.【篇名】换热器浮头密封失效原因分析及处理【作者】夏成广【单位】中国石化集团洛阳石化总厂隆惠公司河南洛阳【刊名】石油化工设备技术,2003年04期【中文关键词】换热器浮头;密封;钩圈;垫片;防治措施【中文摘要】通过对换热器浮头密封结构件、垫圈和安装过程的分析,找到了影响浮头密封效果的各种因素,并提出了解决办法。2.【篇名】浮头式换热器浮头管板管头简易试压胎具【作者】裘速超【刊名】石油化工设备,1994年01期【中文关键词】换热器;管板;管子;压力试验;胎具;工艺装备【中文摘要】介绍了一种适用于中低压换热器浮头管板管头试压检漏的简易胎具。3.【篇名】换热器浮头试压用焊接筒体【作者】周亚新【单位】长沙散热器厂【刊名】化工装备技术,1995年01期【中文关键词】换热器;压力试验;焊接;筒体【中文摘要】用焊接筒体进行换热器浮头试压，结构简单可靠，适用范围广泛，经济效益显著。4.【篇名】浮头式换热器浮头法兰合理设计方法分析【作者】桑如苞;林上富【单位】中国石化工程建设公司;【刊名】压力容器,2005年07期【中文关键词】浮头法兰;偏心力臂;厚度【中文摘要】78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文浮头法兰由于受偏心力臂Lr多方面复杂影响关系的作用,使国内外对此设计长期存在问题。本文就偏心力臂Lr对浮头法兰各设计厚度的多种影响关系进行深入分析,进一步阐明其合理设计的原理与方法。5.【篇名】浮头法兰的合理设计【作者】桑如苞【单位】中国石化工程建设公司【刊名】石油化工设备技术,2002年04期【中文关键词】浮头式换热器;浮头法兰;设计原理;设计方法【中文摘要】浮头式换热器的浮头法兰是一种特殊法兰,不能采取一般法兰的“分工况独立计算法兰厚度,尔后取其大值”的方法进行设计。同时,浮头法兰设计中涉及一重要参数Lr,能否适当地确定Lr,是浮头法兰设计成败的关键。文中介绍了该种法兰的合理设计原理及方法,并附以实例。实例表明,用这种方法设计的浮头法兰厚度仅约为用SW6(经校正,使之全面满足强度要求)软件计算厚度的1/2,体现出合理设计的价值关键词：封头1.【篇名】板翅式换热器封头极限载荷的分析【作者】顾天杰【单位】杭州制氧机研究所【刊名】深冷简报,1974年S2期【中文关键词】板翅式换热器;有限元分析;极限载荷;数值模拟【中文摘要】运用大型有限元分析软件ANSYS,对板翅式换热器封头的承载能力进行了极限分析,研究了同一壁厚下结构形式不同对封头极限载荷的影响。2.【篇名】板翅式换热器封头结构的数值模拟【作者】伍国臣【单位】西安交通大学能动学院【刊名】化工学报,2002年11期【中文关键词】板翅式换热器;物流分配;封头;CFD;优化设计【中文摘要】建立了板翅式换热器封头结构的湍流数学模型,并采用此模型对目前工业中应用的基本型封头内部的速度场分布进行了数值计算3.【篇名】板翅式换热器封头强度的分析设计研究【作者】王伟;陈亮;何富均78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文【单位】福州大学;四川空分设备(集团)有限责任公司【刊名】中国机械工程,2011年16期【中文关键词】分析设计;直接法;塑性载荷;非线性有限元【中文摘要】准则和非线性有限元技术相结合的直接法计算了工业封头产品的塑性压力和塑性接管载荷,并将其与其他方法的计算结果进行了比较。4.【篇名】板翅式换热器封头强度的有限元分析【作者】周帼彦;凌祥;涂善东【单位】南京工业大学【刊名】石油化工设备，第31卷第3期2002年5月【中文关键词】板翅式换热器;有限元分析;极限载荷;数值模拟【中文摘要】运用大型有限元分析软件ANSYS6.0对板翅式换热器封头的承载能力进行了极限分析5.【篇名】国外空分设备铝制板翅式换热器【作者】王巍，倪云峰；霍凤华【单位】中国石油工程设计有限公司东北分公司设备室；中国石油吉化集团公司农药化工有限责任公司【刊名】深冷简报,1974年S2期【中文关键词】板翅式换热器;有限元分析;极限载荷【中文摘要】：应用ASME锅炉和压力容器标准第八卷第二册中“AD-140设计准则”对在最大允许设计压力作用下的封头最大应力点进行了评定,得到了板翅式换热器不同结构形式封头相应的特点和应用范围,为板翅式换热器封头的设计提供了可行性方法和依据。关键词：法兰1.【篇名】换热器法兰密封面垫子失效原因分析及解决方法【作者】蒋学军;狄敏燕;刘军【单位】江苏油田试采二厂【刊名】油气田地面工程,2003年01期【中文关键词】长输管道;换热器;密封【中文摘要】浮头式换热器是大型焊接的压力容器设备,长期经受高温、高压的工作环境,其设计、制造、维修都需严格遵守各种规程,针对目前换热器法兰经常刺漏现象,提出几点解决方法2.【篇名】不锈钢换热器法兰密封面缝隙腐蚀的防护措施78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文【作者】李景胜【单位】中国石化宁波工程公司【刊名】腐蚀与防护,1994年01期【中文关键词】不兼做法兰管板，GB151，TEMA【中文摘要】该换热器为固定板卧式换热器,其尺寸为φ550×2994mm,换热面积50m~2,材料为SUS304不锈钢。此类换热器共有五台。每年大修都发现五台换热器的法兰密封面损坏严重2.【篇名】U型管换热器法兰计算【作者】王定标，李培宁；董其伍，刘敏珊【单位】华东理工大学；郑州工业大学【刊名】化工设备设计,1988年04期【中文关键词】纵流壳程换热器，薄管板，可行性，设计计算【中文摘要】　U型管换热器法兰计算,不能直接采用《规定》中的华脱尔斯法进行计算,而是以华脱尔斯法为基础又考虑了U型管换热器法兰计算的特点。4.【篇名】管壳式换热器法兰密封面泄漏问题探讨【作者】杨维强【单位】江苏省金桥盐业有限公司银海化工厂【刊名】苏盐科技，2000年6月第2期【中文关键词】换热器;密封性能;法兰密封面;泄漏原因【中文摘要】从设计、制造、使用3个方面对引起换热器法兰与管板密封面泄漏的原因进行了分析,探讨了提高和保证同类换热设备密封性能的方法5.【篇名】大型换热器法兰泄漏问题探讨【作者】丁雪晶【单位】吉化公司化肥厂设计所【刊名】化工设计，2003年04期【中文关键词】换热器法兰;密封;泄漏【中文摘要】对大型换热器法兰泄漏原因进行了分析,对密封结构设计提出了解决方案。关键词：换热管78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文1.【篇名】乙二醛换热器换热管断裂原因分析【作者】桑如苞，林上富【单位】中国石化工程建设公司【刊名】压力容器，第22卷第7期【中文关键词】换热管;热疲劳;应力腐蚀【中文摘要】对某硫酸厂乙二醛换热器换热管断裂原因进行了分析,表明换热管的失效是热应力导致的热疲劳破坏,氯离子引起的应力腐蚀加速了换热管的开裂泄漏;2.【篇名】高效换热器换热管失效分析【作者】黄小兰，张义辉【单位】广州石油化工总厂建安公司【刊名】化工机械,2011年03期【中文关键词】换热器;换热管;应力腐蚀;失效分析【中文摘要】通过对高效换热器换热管进行宏观观察、微观观察、金相、X射线荧光和X射线衍射等方面的分析,确定了其失效的主要原因是应力腐蚀,同时针对失效发生的原因提出了相应的预防措施。3.【篇名】波纹管换热器换热管破坏原因分析及改进措施【作者】秦叔经【单位】全国化学设备设计技术中心站【刊名】化工设备与管道，2001第2期【中文关键词】换热器;波纹管;折流杆【中文摘要】本文分析了一台波纹管换热器换热管发生泄漏破坏的原因,论述了波纹管换热器采用折流杆代替传统的弓形折流板后换热管抗破坏性能和换热器整体性能的提高4.【篇名】管壳式换热器换热管稳定性问题研究【作者】贺玲【单位】中国石化集团洛阳石油化工工程公司【刊名】炼油技术与工程，2003年12月第33卷第12期【中文关键词】管壳式换热器;屈曲;换热管轴向应力78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文【中文摘要】：分别利用GB151—1999计算方法、JB4732—1995计算方法和弹性系统稳定性分析方法对换热管稳定性问题进行了研究。5.【篇名】管壳式换热器换热管与管板胀管率的确定【作者】丁伯民【单位】华东理工大学【刊名】压力容器,2007年06期【中文关键词】胀管率;强度胀;贴胀;内径控制法【中文摘要】通过对浮头法兰计算原理分析并以数值解为基础作出线算图，对可能存在最佳设计或最经济设计作出判别，作出最佳或最经济设计的程序框图。关键词：浮头盖1.【篇名】换热器浮头盖中不锈钢膨胀石墨缠绕垫片的密封性能【作者】厉学臣【单位】中国石油化工总公司第三建设公司【刊名】石油化工设备，1991年01期【中文关键词】浮头式换热器，石墨缠绕垫片，密封比压【中文摘要】不锈钢膨胀石墨金属缠绕垫片以它独特的性能而被广泛应用,但在换热器浮头盖密封应用中也因比压较低,可压缩量较大而存在一定问题。笔者从施工实际问题出发,通过试验和计算,提出了解决该问题的建议。2.【篇名】浮头式换热器浮头盖焊接冷裂纹的消除【作者】王记兵，刘政军，曾谢波，尹奕君【单位】沈阳工业大学材料科学与工程学院（110023）【刊名】焊接，2006（9）【中文关键词】焊接冷裂纹，拘束度，结构设计，焊接坡口【中文摘要】钢材的淬硬倾向、焊接接头含氢量及其分布，以及接头所承受的拘束应力状态是产生焊接冷裂纹的三大主要因素。对于低淬硬倾向的钢材，采用低氢型焊材，合理设计焊接结构，降低接头的拘束应力状态，通过合理的焊接工艺，可以消除浮头式换热器浮头盖焊接时出现的焊接冷裂纹。3.【篇名】浮头式换热器中盘盖类零件的CAD/CAPP/CAM集成系统的开发【作者】高瞩【单位】常州工学院78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文【刊名】福建电脑，2006年06期【中文关键词】浮头式换热器，盘盖类零件，CAD/CAPP/CAM集成，开发【中文摘要】在CIMS环境下,根据浮头式换热器中盘盖类零件的CAD、CAPP、CAM信息集成的功能需求,在基于加工特征的零件信息模型、工艺计划模型和制造环境模型的支持下,开发出UCAD、UCAPP、UCAM等子系统,并完成一个集成化的CAD/CAPP/CAM系统。4.【篇名】浮头式换热器浮头法兰合理设计方法分析【作者】桑如苞;林上富【单位】中国石化工程建设公司;【刊名】压力容器,2005年07期【中文关键词】浮头法兰;偏心力臂;厚度【中文摘要】浮头法兰由于受偏心力臂Lr多方面复杂影响关系的作用,使国内外对此设计长期存在问题。本文就偏心力臂Lr对浮头法兰各设计厚度的多种影响关系进行深入分析,进一步阐明其合理设计的原理与方法。5.【篇名】浮头法兰的合理设计【作者】桑如苞【单位】中国石化工程建设公司【刊名】石油化工设备技术,2002年04期【中文关键词】浮头式换热器;浮头法兰;设计原理;设计方法【中文摘要】浮头式换热器的浮头法兰是一种特殊法兰,不能采取一般法兰的“分工况独立计算法兰厚度,尔后取其大值”的方法进行设计。同时,浮头法兰设计中涉及一重要参数Lr,能否适当地确定Lr,是浮头法兰设计成败的关键。文中介绍了该种法兰的合理设计原理及方法,并附以实例。实例表明,用这种方法设计的浮头法兰厚度仅约为用SW6(经校正,使之全面满足强度要求)软件计算厚度的1/2,体现出合理设计的价值78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文附录：B等面积补强VB源程序VB标准模块中三个函数Functionmax(ByVall!,ByValm!)Ifl>=mThenmax=lElsemax=mEndIfEndFunctionFunctionmin(ByValo!,ByValp!)Ifo<=pThenmin=oElsemin=pEndIfEndFunctionFunctionoushu(ByVals!)Dims1AsInteger,s2AsIntegers1=Int(s)s2=s1+1Ifs2Mod2=0Thenoushu=s2+2Elseoushu=s2+3EndIfEndFunction窗体模块程序DimdAsSingle"开孔直径Dimd1AsSingle"公称直径DimpAsSingle"设计压力DimdertAsSingle"壳体开孔处的计算厚度Dimdert_nAsSingle"壳体开孔处的名义厚度Dimdert0AsSingle"接管计算厚度Dimdertnt0AsSingle"接管名义厚度Dimsxma_ntAsSingle"设计温度下接管材料的许用应力Dimsxma_nAsSingle"设计温度下壳体材料的许用应力DimhAsSingle"焊脚高度Dimh10AsSingle"接管外侧实际高度Dimh20AsSingle"接管内侧实际高度DimA4AsSingle"开孔削弱所需要的补强面积PrivateSubCommand1_Click()78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文Dimh1AsSingle"接管外侧有效高度Dimh2AsSingle"接管内侧有效高度DimfrAsSingle"强度削弱系数DimA1AsSingle"壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积DimA2AsSingle"接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积DimA3AsSingle"有效补强区内焊缝金属的截面积DimAeAsSingle"有效补强范围内另加的补强面积DimBAsSingle"补强有效宽度d=Val(Text1.Text)dert=Val(Text2.Text)dert_n=Val(Text3.Text)sxma_nt=Val(Text4.Text)sxma_n=Val(Text5.Text)d1=Val(Text6.Text)p=Val(Text7.Text)h10=Val(Text9.Text)h20=Val(Text8.Text)h=Val(Text10.Text)DimT1!,T2,X1!,X2!T1=sxma_nt/sxma_n"计算frfr=min(T,1)dert0=(p*d1)/(2*sxma_nt-p)"计算接管计算厚度dertnt0=oushu(dert0)A=d*dert+2*dert*(dertnt0-2)*(1-fr)X1=2*d"计算有效宽度BX2=d+2*dert_n+2*dertnt0B=max(X1,X2)T2=Sqr(d*dertnt0)"计算外侧高度h1=min(T2,h10)h2=min(T2,h20)"计算内侧高度A1=(B-d)*(dert_n-2-dert)-2*(dertnt0-2)*(dert_n-2-dert)*(1-fr)A2=2*h1*((dertnt0-2)-dert0)*fr+2*h2*(dertnt0-2-0.5)*frA3=h^2Ae=A1+A2+A3IfAe>=AThenMsgBox("开孔后不需要另行补强")ElseA4=A-AeMsgBox"开孔需要另外补强，所需要补强面积为"&A4EndIfEndSubPrivateSubCommand2_Click()Dimdert2AsSingle,dert3AsIntegerDimd1AsSingle"补强圈外径78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文Dimd2AsSingle"补强圈内径d1=Val(InputBox("照JB/T4736取，根据接管公称直径，请输入补强圈外径："))d2=Val(InputBox("照JB/T4736取，根据接管公称直径，请输入补强圈内径："))dert2=A4/(d1-d2)dert3=oushu(dert2)MsgBox"补强圈的名义厚度为"&dert3EndSubPrivateSubCommand3_Click()EndEndSub窗体运行结果78 武汉工程大学本科毕业（设计）论文78'