畢業(yè)設計--蒸汽冷凝器設計

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文檔簡介

1、　　本科畢業(yè) 設計 (論文)　　蒸汽冷凝器設計　　Design of Steam Condenser 　　畢業(yè)設計（論文）中文摘要　　畢業(yè)設計（論文）外文摘要<

2、;b>　　目錄　　1 緒論………………………………………………………………………………1　　1.1 換熱設備冷凝器過內外研究現狀水平和發(fā)展趨勢…………………………1　　1.2 冷凝器的類型及特點…………………………………………………………1<p&

3、gt;　　2換熱器的結構計算與強度校核……………………………………………………3　　2.1 已知條件…………………………………………………………………3　　2.2 確定管子數……………………………………………………………………3　　2.3 殼體的內徑和厚度………………………………………………………………4<

4、/p>　　2.4拉桿的確定……………………………………………………………………5　　2.5 確定折流板………………………………………………………………………5　　2.6右端管箱的設計…………………………………………………………………6　　2.7接管和管法蘭的設計………………………………

5、……………………………7　　2.8后端管板的設計…………………………………………………………………10　　2.9浮頭蓋的設計……………………………………………………………………15　　2.10右端管箱的設計……………………………………………………………… 22　　2.11

6、側法蘭的設計………………………………………………………………… 23　　2.12支座的設計與選擇…………………………………………………………… 27　　2.13吊環(huán)螺釘的設計……………………………………………………………… 27　　2.14防沖板的設計………………………………………………………………… 28<

7、;/p>　　2.15滑道的設計…………………………………………………………………… 28　　3設備的維護與檢修…………………………………………………………………29　　3.1設備的檢查………………………………………………………………………29　　3.2換熱器的清理和維護……………………

8、………………………………………29　　結論 …………………………………………………………………………………30　　致謝 …………………………………………………………………………………31　　參考文獻 ……………………………………………………………………………32<b

9、>　　1 緒論　　1.1換熱設備冷凝器國內外發(fā)展現狀　　冷凝器是一種用于冷卻流體的換熱設備。把壓縮機排出的高溫高壓制冷劑蒸汽，通過散熱冷凝為液體制冷劑，制冷劑從蒸發(fā)器中吸收的熱量，被冷凝器周圍的介質所吸收。有蒸汽冷凝器，鍋爐用冷凝器等。冷凝器常被用于空調系統(tǒng)，工業(yè)化工程序，發(fā)電廠及其他熱交換系統(tǒng)中。&l

10、t;p>　　早期的換熱器只能采用簡單的結構，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成一種管殼式換熱器；二十世紀20年代出現板式換熱器，并應用于食品工業(yè)；30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機發(fā)動機的散熱；30年代末，瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿工廠；60年代左右，為了適應高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管

11、殼式換熱器也得到了進一步的發(fā)展；70年代中期，在研究和發(fā)展熱管的基礎上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。盡管我國在部分重要換熱器產品領域獲得了突破，但我國換熱器技術基礎研究仍然薄弱。與國外先進水平相比較，我國換熱器產業(yè)最大的技術差距在于換熱器產品的基礎研究和原理研究，尤其是缺乏介質物性數據，對于流場、溫度場、流動狀態(tài)等工作原理研究不足。近年來，隨著我國石化、鋼鐵等行業(yè)的快速發(fā)展，換熱器的需求水平大幅上漲，但國內企業(yè)的供給能力有限，導致換熱器行業(yè)呈現

12、供不應求的市場狀態(tài)，巨大的供給缺口需要進口來彌補。目前我國在換熱器設計過程中還不能實現虛擬制造、仿真制造，缺乏自主知識產權的大型專業(yè)計算軟　　1.2冷凝器的類型和特點　　冷凝器有蒸汽冷凝器和鍋爐用冷凝器。　　蒸汽冷凝器這種冷凝常應用于多效蒸發(fā)器末效二次蒸汽的冷凝，保證末效蒸發(fā)器的真空度。&

13、lt;p>　　噴淋式冷凝器，冷水從上部噴嘴噴入，蒸汽從側面入口進入，蒸汽與冷水充分接觸后被冷凝為水，同時沿管下流，部分不凝汽體也可能被帶出。　　充填式冷凝器，蒸汽從側管進入后一上面噴下的冷水相接觸冷凝器里面裝了滿了瓷環(huán)填料，填料被水淋濕后，增大了冷水與蒸汽的接觸面積，蒸汽冷凝成水后沿下部管路流出，不凝氣體同上部管路被真空泵抽出，以保證冷凝器內一定的真空度。淋水板或篩板冷凝器，目的是增大冷水

14、與蒸汽的接觸面積?；旌鲜嚼淠骶哂薪Y構簡單，傳熱效率高等優(yōu)點，腐蝕性問題也比較容易解決。　　鍋爐用冷凝器，又稱煙氣冷凝器，鍋爐使用煙氣冷凝器后，可有效節(jié)約生產成本，降低鍋爐的排煙溫度，提高鍋爐熱效率。使鍋爐運行符合國家節(jié)能減排標準。　　節(jié)能減排是國家“十一五”規(guī)劃綱要轉變經濟發(fā)展方式的關鍵和保證，是落實科學發(fā)展觀和保證經濟又好又快發(fā)展的重要標志，特種設備

15、作為耗能大戶，同時也是環(huán)境污染的重要源頭、加強特種設備節(jié)能減排的任務任重道遠?！秶窠洕蜕鐣l(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》確立了單位國內生產總能源消耗降低20%左右，主要污染物排放總量減少10%為經濟社會發(fā)展的約束性指標。其是有著工業(yè)生產“心臟”之稱的鍋爐是我國能源消耗的大戶。高效能特種設備主要是指鍋爐、壓力容器中的換熱設備等。　　2 結構設計與強度校核&

16、lt;b>　　2.1 已知條件　　表1 設計參數　　兩流體的溫差為110＞50.所以需要熱補償，可采用浮頭式換熱器。　　2.2 確定管子數　　選用，長為3m，材料為10

17、號鋼管的換熱管。　　由換熱面積得：　?。ü?-1）　　取管子數n為286根　　換熱管一般不小于1.25倍的換熱管外徑，參照文獻[1]取中心距a為25mm.

18、;　　管子采用正方形排列具體方式如下圖　　正方形排列　　圖1 管子的排列　　2.3 殼體的內徑和厚度　　2.3.1 筒體的內徑　　參考文獻［3］筒體的內徑

19、可由下列公式計算　?。ü?-2）　　式中為換熱管間距，位于管束中心線上的管束管子按正方形排列時，為最外層管子的中心到殼壁的距離一般取2倍的管子外徑。　　按標準圓整取筒體內徑　　2.3.2 筒體的壁厚<p

20、>　　根據設計要求筒體材料選擇Q345R，取設計壓力3.2MPa。根據國標150-1998查得設計壓力下許用Q345R許用應力為170MPa。。筒體上的焊接均采用相當于雙面焊的全焊透對接接頭（局部無損檢測），根據參考文獻[2]，取焊縫系數為0.85，估計厚度在8mm到25mm，取厚度負偏差，腐蝕裕量，。　　計算厚度（公式2-3）工藝要求需要取計算壓力取設計壓力3.2MPa，

21、以下計算皆如此　　設計厚度（公式2-4）　　根據文獻[1]查得公稱直徑在400mm到700mm的浮頭換熱器殼體最小厚度不得低于8mm，取名義厚度為14mm　　2.3.3 筒體的壓力試驗　　設備用于非極度危害的介質，所以不需要進行氣

22、密性試驗，但需要做液壓試驗。　?。ü?-5）　　液壓試驗產生的應力　?。ü?-6）　?。ü?-7）</p&g

23、t;　　因此所選封頭的強度足夠。　　2.4 拉桿與定距管的確定　　拉桿與管板螺紋連接的拉桿螺紋結構如下圖　　圖2 拉桿與管板的連接　　拉桿采用拉桿定距管結構，按文獻[1]表43和表44取拉桿直徑12mm，拉桿數為8，材料使用Q235-A.拉桿結構如下

24、　　圖3 拉桿結構示意圖　　根據文獻[1]表45可知，拉桿公稱直徑為的拉桿，拉桿螺紋公稱直徑，，，取100mm。。　　根據參考文獻[1]選取的定距管，材料采用10號鋼，長度按實際情況而定。　　2.5確定折流板&

25、lt;p>　　折流板采用單弓形折流板和環(huán)形折流板，環(huán)形折流板充當支持板，提高管子的穩(wěn)定性，防止換熱板產生過大的撓度。弓形折流板的圓缺高為殼體直徑的30%。則，切去的圓缺高度為　?。ü?-8）　　根據文獻[1]折流板的名義外直徑　　D=DN—4.5=600—4.5=59

26、5.5mm （公式2-9）　　弓形折流板的間距取250mm。　　折流板板數（公式2-10）　　根據浮頭換熱器的特點綜合考慮弓形折流板取8塊。　　在左側第一塊折流板與左側管板之

27、間設置一塊環(huán)形折流板。　　折流板材料選用Q235-A　　弓形折流板厚度取8mm　　環(huán)形折流板厚度取14mm，內圓直徑335mm。　　根據文獻[1]表35管空直徑取19.7mm。　　2.6 右端管箱的設計&l

28、t;p>　　2.6.1 分程隔板的設計　　根據文獻[1]表3-1，隔板的最小厚度為8mm，取隔板厚度10mm。　　分程隔板槽的槽深一般不小于4mm，因此，取分程隔板槽的槽深為5mm，寬度為12mm。　　2.6.2 封頭的設計　　封頭采用橢圓形封頭，材料為Q345R。

29、設計壓力下許用應力170MPa承受內壓2.5MPa，公稱直徑為600mm。　　封頭計算厚度　?。ü?-11）　　設計厚度（公式2-12）　　取名義厚度和殼體

30、一樣，所以取，根據《壓力容器與化工設備使用手冊》上冊，表2-2-6，對于內徑600mm，厚度12mm的標準橢圓形封頭，曲面高度150mm，直邊高度40mm。容積0.040m³，質量45kg。　　2.6.3 封頭的壓力試驗　　設備用于非極度危害的介質，所以不需要進行氣壓試驗，但需要做液壓試驗。<b&

31、gt;　　液壓試驗產生的應力　　因此所選封頭的強度足夠。　　管箱短節(jié)取和封頭厚度等厚，材料采用Q345R。　　2.6.4 管箱法蘭的設計與選取　　由于設備重量較大，應該采用剛度較大的法蘭連接。有筒體內徑DN=600mm，殼程壓力3.2MPa，管程壓力2

32、.5MPa。根據文獻[4]表3-1-4和文獻[6] ，選取長頸對焊法蘭。密封面形式選用凹面。材料為，法蘭為FM 600-4，質量G=85kg。對應的墊片采用纏繞墊片A22-600-4.00.　　2.7 接管與管法蘭的設計　　2.7.1 接管的設計　　對于內徑的圓筒，開孔的最大直徑，且。這里筒體直徑600mm，開孔

33、的最大直徑d=300mm。按照工藝，接管如下表：　　表2 管口表　　2.7.2 接管法蘭的設計　　根據設計條件以及接管尺寸，管法蘭選用帶頸對焊法蘭，材料使用16MnⅡ，密封面型式為凸面。　　2.7.3 計算開孔補強

34、;　　根據文獻[2]規(guī)定，當在設計壓力小于或者等于2.5MPa的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心距大于兩孔直徑和的兩倍，且接管公稱直徑小于或等于89mm時，就可以不另行補強。很明顯，蒸汽進出口，冷卻水出入口以及出液口需要進行補強計算。其中蒸汽出入口和出液口的接管尺寸和公稱壓力相同，可一起計算　　開孔直徑（公式2-13）

35、滿足等面積開孔補強的適用條件，故可用等面積法進行計算　?。?）殼程接管的計算步驟如下：　?、匍_孔補強所需的補強面積　　查文獻[2]接管材料使用10號鋼，在設計溫度170℃下的許用應力，殼體材料Q345R在設計溫度170℃下的許用應力。　　強度削弱系數

36、（公式2-14）　　接管有效厚度（公式2-15）　　前面殼體計算可知，開孔殼體處的計算厚度　　開孔所需的補強面積A　?。ü?-16）&l

37、t;b>　　有效補強范圍　　有效寬度B的計算如下：　?。ü?-17）　　所以B取200.6mm　　外側有效高度的計算如下：　?。ü?-18）&l

38、t;/b>　　所以取33.52mm　　外側有效厚度的計算如下：　?。ü?-19）　　所以取0　?、塾行аa強面積

39、;　　殼體有效厚度（公式2-20）　　殼體多余金屬面積的計算如下：　　（公式2-21）　　接管計算厚度<b&g

40、t;　?。ü?-22）　　接管多余金屬面積的計算如下：　?。ü?-23）　　焊腳高度h=6mm。　　焊縫金屬截面積計算如下：　　（公式2-24）<

41、;/b>　　有效補強面積　?。ü?-25）　　需要補強的面積　?。ü?-26）<

42、p>　?、苎a強圈的設計　　根據接管公稱直徑DN100，參考文獻[4]取補強圈D=200mm，內徑d=115mm。因B=200.6>D，補強圈在有效補強范圍內。　　補強圈厚度（公式2-27）　　考慮到厚度負偏差以及圓整以及表文獻[

43、4]3-6-1。材料與殼體一樣用Q345R。為了便于制造是準備材料，補強圈的名義厚度可以取和殼體一致即14mm。　?。?）管程冷卻水出入口的補強計算：　　開孔直徑　　滿足等面積開孔補強的適用條件，故可用等面積法進行　　開孔補強所需的補

44、強面積　　開孔處殼體計算厚度　　查文獻[2]接管材料使用10號鋼，在設計溫度60℃下的許用應力，殼體材料Q345R在設計溫度60℃下的許用應力。　　強度削弱系數　　接管有效厚度&

45、lt;/b>　　開孔所需的補強面積A　　有效補強范圍　　有效寬度B的計算如下：　　所以B取200.6mm　　外側有效高度的計算如下：　　所以取3

46、3.52mm　　外側有效厚度的計算如下：　　所以取0　　有效補強面積　　殼體有效厚度　　殼體多余金屬面積的計算如下：

47、　　接管計算厚度　　接管多余金屬面積的計算如下：　　焊腳高度h=6mm。　　焊縫金屬截面積計算如下：　　有效補強面積<p&g

48、t;　　所以不需要補強。　　2.8 后端管板的設計　　2.8.1 筒體法蘭與墊片的選擇　　根據文獻[4]表3-1-4和文獻[6] ，筒體法蘭選擇與管箱法蘭相同的長頸對焊法蘭。密封面形式選用凹面。材料為，法蘭為FM 600-4，質量G=85kg。對應的螺柱為，數量為32個。螺母

49、采用M24，數量為64.對應的墊片采用纏繞墊片A22-600-4.00.　　固定管板兼做凸面法蘭，材料為Q345R。因為管板兼做法蘭，所以管板與密封面相配的尺寸應按所選的法蘭的相應的尺寸來確定。　　2.8.2 右端管板的尺寸計算　?。?）為設計壓力，因不能保證、在任何情況下都能同時作用，故應取、中大值, ==

50、3.2MPa　　（2）設計溫度按文獻[2]-1998的3.4.6及文獻[1]的3.12.1規(guī)定，應取不低于元件的金屬溫度,但在管板計算中無法保證管、殼程介質同時作用;且管板的金屬溫度很難計算,故一般取較高側的設計溫度，所以選170℃。　　管子的參數：　　管子的外徑d=19mm

51、，厚度=2mm。換熱管中心距S=25mm，隔板槽兩側相鄰管中心距=38mm。換熱管根數n=286，管熱管長度=3000mm。　　查文獻[2]-1998表F5得換熱管設計溫度下的彈性模量　　查文獻[2]-1998表4-3得換熱管設計溫度下的許用應力=105MPa　　設計溫度下換熱管材料的屈服點=163MPa<

52、/p>　　管板的參數：　　管板材料取Q345R（正火）　　查文獻[2]-1998附表F5得：　　設計溫度下的彈性模量=1.88×105MPa　　查文獻[2]-1998表4-1得：

53、;　　設計溫度下許用應力=154MPa　　許用拉脫應力=0.5×=0.5×105=52.5MPa　　管板強度削弱系數μ=0.4　　管板剛度削弱系數η=0.4　　換熱管與管板脹接長度或焊接高度l=3mm<

54、;p>　　結構參數及系數得確定　　(1)墊片壓緊作用中心圓直徑DG　　查文獻[6]表得=665mm =625mm　?。ü?-28）　　所以（公式2-29）

55、　　=-2b=665-2×8=649mm （公式2-30）　　(2)-因設置隔板槽或拉桿而未能被換熱管支承得面積　?。ü?-31）　　(3)管板布管區(qū)面積

56、;　?。ü?-32）　　(4)管板布管區(qū)當量直徑　　（公式2-33）　　(5)管子總截面積na　　na== （公式2-34）<b&

57、gt;　?。ü?-35）　?。?）換熱管有效長度L，設管板的名義厚度為50mm　　mm （公式2-36）　　（7）管束模數　?。ü?/p>

58、2-37）　?。?）管束無量綱剛度　　（公式2-38）　?。?）無量綱壓力　?。ü?-39）

59、　（10）布管區(qū)內開孔的面積　?。ü?-40）　　（11）系數　?。ü?-41）　?。ü?-42）</p&g

60、t;　?。?2）系數C，　　根據和　　在文獻[1]中查圖23和圖24得到　　(13)換熱管穩(wěn)定許用應力　　系數（公式2-43）</p&g

61、t;　　換熱管受壓失穩(wěn)當量長度根據文獻[1]圖32查得　?。ü?-44）　　管子會裝半徑　?。ü?-45）　　因為/i=598/6.

62、05=98.84<Cr　　所以（公式2-46）　?。?4）管板的計算厚度及名義厚度　　計算厚度（公式2-47）　　管板的計算厚度及名義厚度為計算厚度加結構尺寸和腐蝕裕量管側的結構開槽為5mm，腐蝕裕量為3.2mm，取大值5mm，殼側的結構開槽

63、為5mm，腐蝕裕量為3.2mm，取大值5mm。所以名義厚度為59.16mm，前面假設不合理。　?。?5）重新假設　　假設名義厚度為62mm則　　重查C=0.535　　所以管板的名義厚度取62mm。

64、　　2.8.3 應力校核　　a只有管程設計壓力,殼程設計壓力為零,此時　?。ü?-48）　　（公式2-49）　?。ü?-50）<

65、;/b>　　查文獻[1]圖24查得　?。ü?-51）　　故換熱管在此工況下安全　　b只有課程設計壓力，管程設計壓力為零，此時　　查文獻[1]圖24查得<p

66、>　　故換熱管在此工況下安全　　c殼程管程同時作用時　　查文獻[1]圖24查得　　故換熱管在此工況下安全　　2.8.4 校核換熱管與管板連接的拉脫力　　取換熱管軸向應力

67、;　　拉脫力（公式2-52）　　滿足要求　　結論：在三種工況下，換熱管的軸向應力以及換熱管與管板連接的拉脫力均滿足要求，所以取管板厚度62mm。為了便于管板的起吊，在管板上因設置支耳。　　2.9 浮頭蓋的設計

68、;　　浮頭法蘭設置在浮頭式換熱器的浮頭端，我國文獻[1]標準提供了一種結構形式的浮頭式換熱器，浮頭端為管板與浮頭法蘭和鉤圈呈夾持連接。　　2.9.1 球罐型封頭的設計　　查文獻[1]表3-26，殼體內直接600mm得,球冠形封頭的內半徑=500mm.　　球冠形封頭材料在150℃下的許用應力=170MPa</

69、p>　　應封頭采用全焊透對接接頭（局部無損檢測）焊接接頭系數=0.85　　不能保證在任何情況下封頭兩端的壓力都同時進行，根據文獻[2]-1998封頭的計算厚度計算如下：　　（1）由于殼程壓力3.2MPa，管程壓力2.5MPa，封頭受外壓（凸面受壓）　　封頭的計算厚度

70、（公式2-53）　　系數Q要在文獻[2]-1998圖7-7查得　?。ü?-54）　?。ü?-55）　　查得Q=1.7<

71、;/p>　?。ü?-56）　　為保險起見，取公稱名義厚度20mm。　　（2）外壓球殼所需的有效厚度　　假設封頭的名義厚度為20mm　?。ü?-57）</p&g

72、t;　　封頭的外徑（公式2-58）　　系數（公式2-59）　　查文獻[2]—1998圖6—4得系數B=157MPa　　封頭的許用外壓（公式6-60）　　滿

73、足要求，所以可根據內外壓的計算取封頭的厚度為20mm。　　2.9.2浮頭法蘭的設計　　浮頭法蘭為非標準法蘭，材料用16MnⅡ，法蘭材料在常溫下的許用應力為150MPa，在170℃下的許用應力為144MPa螺柱材料選用35CrMoA，墊片采用纏繞墊片。　　采用校核計算的方法，我們假設法蘭的厚度為90mm。封頭的外壁

74、與法蘭內壁交點距法蘭上表面的距離l為14mm.　?。?）管程壓力作用下　　管程設計壓力　　墊片外徑，墊片內徑　　墊片系數m=2.50，墊片比壓力y=69&

75、lt;b>　　墊片基本密封寬度　　>6.4mm （公式2-61）　　墊片的有效密封寬度（公式2-62） 　　墊片壓緊圓直徑（公式2-63）　?、俾菟ㄝd荷&l

76、t;/b>　　螺栓材料在常溫下的許用應力=210MPa　　螺栓材料在170℃時的許用應力=187MPa　　預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷　?。ü?-64）　　操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷

77、　　(公式2-65)　　螺栓面積　　預緊狀態(tài)所需的螺栓面積　?。ü?-66）　　操作狀態(tài)所需的螺栓面積</p

78、>　?。ü?-67）　　所需螺栓面積取與的大值，所以=4944mm²　　根據文獻[2]-1998中得9.5.2　　螺栓最大間距　?。ü?

79、-68）　　其中為螺栓孔直徑　　其中=635mm為法蘭螺栓圓直徑　　螺栓最小數量（公式2-69）　　查文獻[2]表9—3得螺栓的最小間距=46mm&l

80、t;p>　　螺栓最大數量（公式2-70）　　因此可以取螺栓的數量為20個，型號M20，由文獻[5]表10—1，查得相應螺栓的螺紋小徑=17.294mm　　每個M20螺柱的有效面積　?。ü?-71）<p&

81、gt;　　實際螺栓總面積（公式2-72）　　螺栓設計載荷　　預緊狀態(tài)下的螺栓設計載荷　　（公式2-73）　　操作狀態(tài)下的螺栓設計載荷<

82、;p>　?。ü?-74）　　法蘭力矩　　浮頭法蘭內徑　　根據文獻[1]，表15和圖13可知，可以取，　　圖4&l

83、t;/p>　　法蘭內徑（公式2-75）　　法蘭外徑（公式2-76）　?。ü?-77）　　作用在法蘭環(huán)內側封頭壓力載荷引起的軸向分力　　（公

84、式2-78）　　流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內徑截面上的流體壓力引起的軸向力差　?。ü?-79）　　窄面法蘭墊片壓緊力　?。ü?-80）</b

85、>　　作用在法蘭環(huán)內側封頭壓力載荷引起的徑向分力　?。ü?-81）　　螺栓中心至法蘭環(huán)內側的徑向距離　　mm （公式2-82）　　螺栓中心至作用位

86、置處的徑向距離　?。ü?-83） 　　螺栓中心至作用位置處的徑向距離　?。ü?-84）　　對法蘭環(huán)截面形心的力臂　?。ü?-85）

87、;　　管程壓力操作工況下的法蘭力矩　?。ü?-86）　　預緊法蘭力矩　　=1012200×18=18219600 N﹒mm （公式2-87）</p&

88、gt;　　系數（公式2-88）　　系數J　　操作工況下的　?。ü?-89）　　預緊工況<

89、;/p>　?。ü?-90）　?、莘ㄌm厚度　　操作工況下厚度　?。ü?-91）<b&

90、gt;　　預緊工況下的厚度　?。ü?-92）　　浮頭法蘭的公稱厚度取兩種工況下的大者　　（公式2-93）　　所以假設的90mm符合要求。<p&g

91、t;　?。?）殼程壓力作用下　?、俾菟ㄝd荷　　螺栓材料在常溫下的許用應力=210MPa　　螺栓材料在170℃時的許用應力=187MPa　　預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷　　操作狀態(tài)下需要的最小螺

92、栓載荷　　螺栓面積　　預緊狀態(tài)所需的螺栓面積　　操作狀態(tài)所需的螺栓面積　　所需螺栓面積取與的大值，所以=6101mm²　　根據文獻[2]-1998中得9.5.2

93、　　螺栓最大間距　　其中為螺栓孔直徑　　其中=635mm為法蘭螺栓圓直徑　　螺栓最小數量　　查文獻[2]表9—3得螺栓的最小間距=46mm

94、　　螺栓最大數量　　因此可以取螺栓的數量為20個，型號M20，由文獻[5]表10—1，查得相應螺栓的螺紋小徑=17.294mm　　每個M20螺柱的有效面積　　實際螺栓總面積

95、　　螺栓設計載荷　　預緊狀態(tài)下的螺栓設計載荷　　操作狀態(tài)下的螺栓設計載荷　　法蘭力矩　　浮頭法蘭內徑

96、;　　根據文獻[1]，表15和圖13可知，可以取，　　法蘭內徑　　法蘭外徑　　作用在法蘭環(huán)內側封頭壓力載荷引起的軸向分力　　流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內徑截面上的流體壓力引起的軸向力差&l

97、t;/p>　　窄面法蘭墊片壓緊力　　作用在法蘭環(huán)內側封頭壓力載荷引起的徑向分力　　螺栓中心至法蘭環(huán)內側的徑向距離　　mm　　螺栓中心至作用位置處的徑向距離</p&

98、gt;　　螺栓中心至作用位置處的徑向距離　　對法蘭環(huán)截面形心的力臂　　管程壓力操作工況下的法蘭力矩　　（公式2-94）　　預緊法蘭力矩

99、;　　=1133685×18=20406330 N﹒mm　　系數　　系數J　　操作工況下的　　預緊工況<

100、/p>　　⑤法蘭厚度　　操作工況下厚度　　預緊工況下的厚度　　浮頭法蘭的公稱厚度取兩種工況下的大者　　所以假設的90mm符合要求。

101、　　2.9.3吊耳的設計　　根據文獻[1]的規(guī)定，重量大于30kg的管箱或管箱蓋須設置吊耳。吊耳的尺寸如下：內圓直接為25mm，下方長寬都為60mm，厚度為20mm。　　2.9.4 浮頭鉤圈的計算　　選用B型鉤圈，材料采用與浮頭管板相同的16MnII。

102、　　鉤圈的設計厚度（公式2-95）　　式中：—鉤圈設計厚度，mm　　—浮頭管板厚度，mm　　根據國標中關于B型鉤圈的尺寸規(guī)定以及計算結果，確定鉤圈的其它尺寸　　圖5 鉤圈示意圖&

103、lt;/p>　　2.10 右端管箱的設計　　2.10.1 封頭的設計　　由于壓力較大，選用應力較好的標準橢圓形封頭，材料采用Q345R　　封頭內直徑（公式2-96）　　封頭計算厚度</b&

104、gt;　?。ü?-97）　　設計厚度 　　取名義厚度和筒體等厚為14mm。　　封頭曲面高度為175mm，直邊高度為40mm。容積0.060m³，質量為71kg。<p&g

105、t;　　2.10.2 封頭的校核　　液壓試驗產生的應力　　因此所選封頭的強度足夠。　　2.10.3 筒節(jié)的設計　　筒節(jié)材料采用和殼體一樣的Q345R。　　長度為217mm。&

106、lt;/b>　　厚度和殼體和封頭都等厚都是14mm。　　2.10.4 法蘭的選擇　　因為管箱的直徑為700，壓力為2.5MPa。根據文獻[6]，選擇長頸對焊法蘭，密封面凹面型式。即FM700-2.5。螺柱規(guī)格為M24×220-B，數量為28。材料為35CrMoA。<p

107、>　　2.11側法蘭的設計　　該法蘭與浮頭蓋法蘭相連接由于內徑不相等，該法蘭屬于非標準法蘭，按照文獻[2]，確定該法蘭的步驟如下：　　2.11.1確定墊片壓緊力　　墊片選用纏繞墊片A-22-700-4.0，墊片外徑，墊片內徑,厚度為4.5mm，m=2.5，y=69。

108、　　基本密封寬度　　>6.4mm （2-98）　　墊片的有效密封寬度（2-99）　　墊片壓緊圓直徑（2-100）　　預緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓

109、緊力　　（2-101）　　操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力　?。?-102）　　2.11.2確定螺栓材料規(guī)格和數量　　由外頭蓋法蘭的設計可知，應采用M24&

110、#215;210-B，數量為28個，材料采用35CrMoA，假設法蘭名義厚度。　　操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷　?。?-103）　　預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷　?。?-104）

111、;　　常溫下螺栓材料的許用應力　　設計溫度下螺栓材料的許用應力　　預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積　?。?-105）　　操作狀態(tài)所需的螺栓面積　　（2-10

112、6）　　所需螺栓面積取與的大值，所以=7737mm²　　查文獻[5]得M24螺栓的小徑=23.752（mm）　　實際螺栓面積　　（2-107）

113、　　預緊狀態(tài)螺栓的設計載荷　　（2-108）　　操作狀態(tài)下螺栓設計載荷　?。?-109）　　2.11.3確定法蘭材料，密封面型式及結構尺寸

114、;　　法蘭材料選用16MnⅡ，密封面型式采用凸面密封，與外頭蓋法蘭相匹配。　　法蘭力臂　　由外頭蓋設計中查標準長頸對焊法蘭的螺栓分布圓直徑D=840.　　取法蘭頸部大端有效厚度。螺栓中心至法蘭頸部與法蘭背面交點的徑向距離<b&g

115、t;　?。?-110）　　螺栓中心至的作用位置處的徑向距離　?。?-111）　　螺栓中心至的作用位置處的徑向距離　?。?-112）

116、螺栓中心至作用位置處的徑向距離　?。?-113）　　預緊狀態(tài)的法蘭力矩　?。?-114）　　操作狀態(tài)的法蘭力矩</

117、p>　?。?-115）　　（2-116）　?。?-117）　　設計溫度下法蘭材料的許用應力　　常溫下法蘭材料的許用應力</p

118、>　　法蘭設計力矩取　?。?-118）　　和的大值　　所以取127067173N·mm　　2.11.4側法蘭法蘭應力&l

119、t;/p>　　取法蘭頸部小端有效厚度=40mm　?。?-119）　　取法蘭頸部高度h=50mm　?。?-120）　　查文獻[2]圖9-7得整體法蘭頸部應力校正系數f=2

120、.0　　查文獻[2]圖9-3得整體法蘭系數　　參數（2-121）　　系數（2-122）　　式中為法蘭有效厚度</p&

121、gt;　?。?-123）　　由K=1.49查文獻[2]表9—5得T=1.77，Z=3.28，Y=6.32，U=6.95　　系數（2-124）　　查文獻[2]圖9—4得</p&

122、gt;　　參數（2-125）　　參數（2-126）　　（2-127）　　軸向應力&l

123、t;b>　?。?-128）　　徑向應力　?。?-129）　　環(huán)向應力　?。?-130）<

124、/p>　　剪切力　　預緊狀態(tài)的剪切載荷W=2114385N　　操作狀態(tài)的剪切載荷W=1446872N　　剪切面積（2-131）　　式中剪切面計算直徑</b&g

125、t;　　剪切面計算高度　　預緊狀態(tài)剪應力　?。?-132）　　操作狀態(tài)剪應力&

126、lt;b>　?。?-133）　　2.11.5應力校核　　設計溫度下圓筒材料的許用應力　?。?）允許軸向應力取　?。?）環(huán)向應力　　（3）徑向應力&l

127、t;/b>　　（4）組合應力　?。?-134）　?。?-135）　?。?）剪應力<p

128、>　　預緊狀態(tài)下，許用的剪應力為　　由前面的計算得　　操作狀態(tài)下，許用的剪應力為　　由前面的計算得　　結論：設計的法蘭在軸向應力，徑向應力，環(huán)向應力，組合應力及剪應力均滿足要求，所假設的法蘭

129、名義厚度=85mm合理。因此，取側法蘭的名義厚度為85mm。　　2.12 支座的設計與選擇　　2.11.1 支座的選擇　　根據設計溫度和設計載荷以及臥式容器的特點選用鞍式支座，材料為Q235-B，墊板的材料選用與筒體相同的Q345R。　　根據筒體內徑，按文獻[4]，對于選

130、用重型鞍座，帶墊板，因為筒體內徑為600mm，所以采用BI焊制，120°包角，采用兩個鞍座，一個為固定鞍座BI600-F，一個為滑動鞍座BI600-S。h=300mm，質量為29KG，允許載荷為165kN。　　經計算，得到設備的充水質量為3710KG，即37100N=37.1kN遠小于鞍座的允許載荷165kN，所以滿足要求。　　2.12.2 支

131、座的布置　　根據文獻[1]中的3.18.2對于，兩支座的間距　　所以選用，支座到筒體兩端的距離盡量等距。　　2.13 吊環(huán)螺釘的設計　　為了便于裝拆管束，應在浮頭式換熱器的固定管板上設置吊環(huán)螺釘，根據筒體身本的結構和尺寸，采用一個M20，L=180mm的螺釘，材料選用20

132、號鋼。　　圖6 吊環(huán)螺釘管板連接圖　　2.14 防沖板的設計　　在殼程的進口處設置一個防沖板，材料用Q235-A，防沖板的邊長應大于接管外徑50mm以上，所以取防沖板的邊長為200mm。防沖板的最小厚度，對于碳鋼，不得小于4.5mm，因此取=6mm。防沖板焊接在定距管上

133、　圖7 防沖板布置簡圖　　2.15 滑道的設計　　滑道焊在折流板或支持板的槽內，在直徑方向高出折流板0.5mm-1mm，并與管束成一體。滑板的尺寸可根據換熱器直徑、長度和管束重量確定。具體數據如下圖　　圖8 滑道示意圖

134、;　　3設備的維護與檢修　　3.1設備的檢查　　打開換熱器，拆去兩端封頭，裝上試驗環(huán)，然后向殼體內打水壓。根據漏水情況即可檢查管子穿孔、波裂以及管子和管板泄露的位置，需要注意的是，試壓用水應使用常溫。　　3.2換熱器的清理和維護&l

135、t;p>　　換熱器長期工作后換熱管的內外都會有不同程度的污垢，甚至是阻塞。因此必須在停工維修時對其進行清掃。冷凝器的結垢中含有大量的鈣、鎂物質。用一般的簡單方法很難完全把它清洗掉，所以要用酸洗的方法。酸洗結束后進行檢查，如果合格可再次循環(huán)清洗酸洗用的酸。各廠應根據需要可設置機動式酸洗設備輪流到各車間進行清洗。　　換熱器的運轉周期應和裝置的生產周期一致。但有時因為換熱器積垢滿足不了生產周期要

136、求，或操作不當引起不正常運轉，還有由于墊片質量不好和螺栓緊固不好。所以換熱器要時常進行維護，保證生產正常進行。日常維護要保證壓力穩(wěn)定，絕不超壓運行。換熱器的檢修要按照正規(guī)步驟進行，對于損壞的管子要就地更換。　　結論　　通過一個多月的努力，我終于在張志文老師和同學的幫助下完成了本次畢業(yè)設計——蒸汽冷凝器的設計。通過

137、對已知條件的分析，采用了浮頭式換熱器的結構。本次蒸汽冷凝器是利用冷卻水對氫氣進行冷凝。換熱器通過換熱管使管內外介質進行熱力交換達到冷凝效果。由換熱管數量和排布通過計算確定了換熱器的筒體內徑選取600mm。由筒體內徑和材料得出筒體的厚度14mm。通過對筒體和封頭的校核來保證換熱器的安全性。由于需要介質的進出，所以殼體上有很多開孔，必須對開孔進行補強計算，通過計算確定筒體上的開孔需要另行補強，選擇了補強圈補強法。換熱管需要利用折流板和支撐板

138、對其起支撐作用，我確定了間隔250mm的弓形折流板。本次的換熱器設計主要的難點在于浮頭蓋那邊的浮頭法蘭的設計以及與浮頭外頭蓋連接的側法蘭的設計，兩個非標法蘭的設計與校核對我是很大的考驗。這次設計，用到了大學四年來所學的很多知識，幾乎是把大學所學復習了一遍。通過這次設計，我提高了分析查閱的技巧，提高了理論計算和繪圖能力。由于畢業(yè)設計比較重要和嚴格。培養(yǎng)了我嚴肅認真的科學態(tài)度和嚴謹的學風作風。今后我會繼續(xù)努力，為我們這個換熱器行業(yè)貢獻自己的

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