u形管換熱器課程設計-- u形管換熱器結構設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　過程設備課程設計任務書3</p><p><b>　　前言4</b></p><p><b>　　摘 要5</b></p><p><b>　　第一章 緒論6</b></

2、p><p>　　1.1 管殼式換熱器的概述6</p><p>　　1.2 本畢業(yè)設計的目的6</p><p>　　1.3、設計的要求及內容6</p><p>　　1.4 、課程設計的步驟7</p><p>　　1.4.1設計的準備階段7</p><p>　　1.4.2機械結構設計8&

3、lt;/p><p>　　第二章 換熱器結構設計8</p><p>　　2.1換熱管數的計算8</p><p>　　2.2 換熱管排列方式，管間距的確定9</p><p>　　2.3 筒體結構設計10</p><p>　　2.4管箱及封頭10</p><p>　　2.4.1管箱管箱分類1

4、0</p><p>　　2.4.2封頭11</p><p>　　2.5 接管、接管法蘭11</p><p>　　2.5.1接管11</p><p>　　2.5.2接管法蘭的確定12</p><p>　　2.5.3管箱法蘭和管箱側殼體法蘭12</p><p>　　2.6 管箱的最小內測深

5、度12</p><p>　　2.7 分程隔板13</p><p>　　2.8 U形管13</p><p>　　2.8.1 U形管選擇13</p><p>　　2.8.2 U形管彎管段的彎曲半徑13</p><p><b>　　2.9 管板14</b></p><p

6、>　　2.91分程隔板槽14</p><p>　　2.9.2管板14</p><p>　　2.9.3 布管定圓14</p><p>　　2.9.4管孔15</p><p>　　2.9.3拉桿孔15</p><p>　　2.10換熱管與管板的連接15</p><p>　　2.11

7、折流板和支撐板管孔16</p><p>　　2.12 U型管尾部支撐17</p><p><b>　　2.11拉桿17</b></p><p>　　2.12 折流板18</p><p>　　2.12.1折流板的主要幾何參數18</p><p>　　2.12.2 折流板與殼體間隙18&

8、lt;/p><p>　　2.12.3 折流板厚度18</p><p>　　2.12.4 折流板的管孔19</p><p>　　2.12.4 材料的選取19</p><p>　　2.13 滑道19</p><p>　　2.14防短路結構20</p><p>　　2.14.1旁路擋板20&l

9、t;/p><p>　　2.14.2擋管20</p><p>　　2.14.3中間擋板21</p><p>　　2.15墊片設計21</p><p><b>　　2.16支座22</b></p><p>　　2.17 附件22</p><p>　　(1)起吊附件22&

10、lt;/p><p>　　三、確定設計壓力22</p><p>　　3.1筒體壁厚計算22</p><p>　　3.2筒體短節(jié)、封頭厚度計算23</p><p>　　3.3管箱短節(jié)、封頭厚度計算24</p><p>　　3.4管箱短節(jié)開孔補強的校核25</p><p>　　3.5殼體接管開孔

11、補強校核26</p><p><b>　　參考文獻27</b></p><p>　　過程設備課程設計任務書</p><p>　　設計題目： U形管換熱器結構設計</p><p><b>　　設計任務及條件：</b></p><p>　　表2-1冷卻流體參數</p&

12、gt;<p>　　表2-2冷卻介質參數</p><p><b>　　以下為參考數據</b></p><p><b>　　三、設計內容：</b></p><p>　　根據兩種介質的流量、進出口溫度、操作壓力等計算出換熱器所需的傳遞熱 </p><p><b>　　量</b

13、></p><p>　　根據介質性質選擇合適的材料。</p><p>　　選擇換熱器的結構形式。</p><p>　　計算所需要的換熱面積。</p><p><b>　　管字數的計算。</b></p><p>　　管子的排列方式，管間距的確定。</p><p>　　換

14、熱器殼體直徑、壁厚的確定；</p><p><b>　　換熱器封頭的選擇。</b></p><p><b>　　管板尺寸的確定。</b></p><p><b>　　管子拉脫力的計算。</b></p><p>　　計算是否安裝膨脹節(jié)。</p><p>　

15、　折流板，開孔補強和支座的設計。</p><p><b>　　設計成果：</b></p><p><b>　　設計說明書一份；</b></p><p><b>　　換熱器裝配圖一張；</b></p><p><b>　　前言</b></p>

16、<p>　　換熱器是一種廣泛使用的工藝設備，在煉油、化工、動力、鋼鐵、食品、發(fā)電及其他許多行業(yè)中是主要的工藝設備之一，在生產中占有重要的地位。尤其是化工生產中，換熱器關系到生產的正常運行和操作費用。因此，換熱器的研究倍受重視。從換熱器的設計、制造、結構改進到傳熱機理的試驗研究一直都在進行。特別是七十年代初發(fā)生能源危機以來，各國都紛紛尋找新的能源及節(jié)約能源的途徑，而換熱器是節(jié)約能源的有效設備。在余熱回收、利用地熱、太陽能等方面都

17、離不開換熱器。因而各國都在致力于研究各種高性能換熱器及換熱元件，其中不少是國家直接下達的重點課題。</p><p>　　工業(yè)生產中所用換熱器的種類很多，其中管殼式換熱器是目前應用最為廣泛的一種，因其操作彈性大，結構堅固，能在高溫、高壓條件下使用，而且可供選擇的結構材料范圍廣，適用性較強等原因，故它在工業(yè)生產中占據著主導地位。據資料表明，所有換熱設備中，管殼式占整個換熱器投資的50%～70%。而U形管式換熱器在管殼

18、式換熱器中又有如下特點：管束可以自由伸縮，不會產生溫差應力，結構簡單，造價較低，管外容易清洗。因此，U形管式換熱器的研究和設計對煉油和化工生產等行業(yè)具有重要的意義。</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　換熱器為石油,化工、食品、原子能及其它化工部門所廣泛使用的一種工藝設備。依據GB—150《鋼制壓力容器》和GB—151《管殼式換熱器》的相

19、關規(guī)定，對設計的U型管式換熱器，進行了工藝方面的公稱直徑，管程殼程設計壓力，公稱換熱面積，公稱長度及換熱管外徑，管程和殼程的程數等的確定。再進一步結構設計確定設計的制造的材料，管子的排列形式，折流板數，支座，管板的尺寸，墊片寬度,管板外徑與殼體內徑間隙, 法蘭和的內外直徑,拉桿和滑道,相關部件的連接，防短路結構等。選擇石棉橡膠墊為非金屬軟墊片(JB4705--92)。對換熱器進行校核，試驗，得出強度等符合設計要求。</p>

20、<p>　　關鍵詞：U形管換熱器； 結構設計；強度計算</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 管殼式換熱器的概述</p><p>　?。?）管殼式換熱器是一種傳統(tǒng)的、應用最廣泛的熱交換設備。由于它結構堅固，且能選用多種材料制造，故適應性極強，尤其在高溫、高壓和大型裝置中得到普遍應用。GB1

21、51、JB1154、JB1168等國家和部標準中，比較詳細地規(guī)定了管殼式換熱器的標準形式、基本參數，以便各行業(yè)在工程設計中廣泛應用。  （2）管殼式換熱器由管箱、殼體、管束等主要元件構成。管束管殼式換熱器的核心，換熱管作為導熱元件，與折流板一起決定換熱器的傳熱性能。管箱與殼體則決定管殼式換熱器的承壓能力及操作運行的安全可靠性。  （3）管殼式換熱器屬于間壁式換熱器，其換熱管內構成的流體通道和稱為管程，換熱管外構成

22、的流體通道稱為殼程。管程和殼程分別通過兩種不同溫度的流體時，溫度較高的流體通過換熱管壁將熱量傳遞給溫度較低的流體，溫度較高的流體被冷卻，溫度較低的流體被加熱，進而實現兩流體換熱工藝目的。</p><p>　?。?）換熱器是一種實現物料之間熱量傳遞的節(jié)能設備，是在石油、化工、石油化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)普遍應用的一種工藝設備。它不僅可單獨作為冷卻器，加熱器使用，而且還是一些化工單元操作的重要附屬設備，因此

23、在煉油、化工裝置中換熱器占總設備數量的40%左右，占總投資的30%-45%。并且隨著化學工業(yè)的迅速發(fā)展及能源價格的提高，應用領域不斷擴大，利用換熱器進行高溫和低溫熱能回收帶來了顯著的經濟效益。因此對換熱器的研究倍受重視，換熱器設計的重要性也就不言而喻了，一些新型高效換熱器也相繼問世。</p><p>　　1.2 本畢業(yè)設計的目的</p><p>　　在大學畢業(yè)之際為了以后能系統(tǒng)地應用所學

24、知識解決實際問題，我們有必要認真地做一份畢業(yè)答卷——畢業(yè)設計。是為了培養(yǎng)學生在學完大學課程及其相關理論知識在畢業(yè)設計中綜合地加以運用把化工工藝條件與化工設備設計有機地結合起來，鞏固和強化我們的基本理論和基本知識。培養(yǎng)學生獨立分析問題解決問題的能力，樹立正確的設計思想掌握設計的基本方法和步驟，為以后的工作中創(chuàng)造性的設計打下堅實的基礎。也培養(yǎng)學生查閱和綜合應用資料、計算、識圖、制圖、編寫設計說明書等基本的技能，完成一個工程技術人員在設計方面

25、所必備的技能。</p><p>　　1.3、設計的要求及內容</p><p>　　為了能夠圓滿的完成畢業(yè)設計的任務，我們在實際中要求：樹立正確的設計思想。在實際中本著對設計認真負責的態(tài)度，從嚴從難要求自己，綜合考慮經濟性、實用性、安全可靠性，保證高質量的完成設計任務。具有積極主動的學習態(tài)度和進取精神，強調獨立思考，做好典型的設計，在整個過程中學會收集，整理，用運各種資料來正確使用標準和規(guī)范

26、，使得設計有有章可循，有法可依，當設計與行業(yè)標準有矛盾時必須嚴格計算和驗證，直到符合要求。要學到正確的設計方法就得統(tǒng)籌兼顧，抓住問題，處理好尺寸的圓整，一般圓整到標準規(guī)格尺寸，對于強度、剛度等計算應從設計的安全性出發(fā)向上圓整，同時也得兼顧到設備的經濟性。圓整要適度。</p><p>　　要處理設計中工藝計算與機械結構設計的關系，我們必須保證計算、選型、繪圖、修改同步進行。零件的尺寸以圖樣的尺寸為準，對尺寸的修改可

27、以適度地作出調整，以期達到經濟和功能的同步。</p><p>　　題目內容及要求：u形管換熱器進行設計，結構設計滿足給定的工藝要求，嚴格按照換熱器及壓力容器的相關設計標準和規(guī)范進行設計。</p><p>　　B:封頭管箱；I:U型管式換熱器；U：U型管束。</p><p>　　公稱直徑：500mm。</p><p>　　管程壓力：2.5 Mp

28、a；殼程壓力：1.0Mpa。</p><p>　　公稱換熱面積：90。</p><p>　　公稱長度即U型管的直管長度：6m;換熱管外徑：19mm。</p><p>　　管程數：2程；殼程數：2程。</p><p>　　圖1·1 U型管式換熱器</p><p>　　換熱器類型：U型管式換熱器</p>

29、;<p><b>　　主要工藝參數如下：</b></p><p>　　冷卻流體參數 冷卻介質參數</p><p>　　被冷卻流體熱空氣 冷卻介質類型循環(huán)水H20</p><p>　　進氣溫度 150℃ 進口溫度 30℃

30、 </p><p>　　出氣溫度 40℃ 出口溫度 40℃ </p><p>　　設計壓力 2.5Mpa 設計壓力 1.0MPa </p><p>　　設計壓力指設定的換熱器管、殼程頂部的最高壓力，與相應的設計溫度一

31、起作為設計載荷條件。</p><p>　　題目性質：結合生產。</p><p>　　1.4 、課程設計的步驟</p><p>　　1.4.1設計的準備階段</p><p>　?。?）設計前從圖書館借閱相關的資料、手冊、圖冊等設計中可能用到的資料；</p><p>　?。?）仔細研究設計任務，分析設計題目的原始數據和工藝

32、條件，明確設計的內容和要求，以期做設計時不差分毫；</p><p>　　（3）設計前溫習閱讀設計任務中所給的教科書：工程制圖、工程力學、機械原理、機械設計、工程材料、金屬工藝學、過程設備設計、壓力容器相關設計標準和規(guī)范等。做到熟悉有關資料和設計步驟；</p><p>　?。?）回想以前在工廠實習時所參觀到設備實體，參考，比較其優(yōu)缺點以便選擇更好的設計結構；</p><p

33、>　?。?）做好機械設計前的工藝數據處理，查閱相關的參數；</p><p>　　1.4.2機械結構設計</p><p>　　換熱器的機械設計是在設備工藝設計后進行的。依據工藝設計所得工藝條件（介質物性、壓力、溫度、結構尺寸等）設備內、外附件的選型來進行結構設計、確定厚度大小進行強度、剛度和穩(wěn)定性的設計和校核。</p><p><b>　　其具體步驟如

34、下：</b></p><p>　?。?）全面的考慮換熱器中壓力的大小、溫度高低和腐蝕性大小等因素來選擇制造的材料。通常先按壓力因素來選材；由于我所設計的換熱器溫度在-40℃～200℃的區(qū)間內，故溫度不作為選材主要因素；由于換熱介質是水和空氣，它們的腐蝕性也可不予考慮。在綜合考慮以上幾方面的同時還要考慮材料的加工性能、焊接性能及材料的來源和經濟性。</p><p>　　（2）選用

35、零部件。設備的內部附件結構類型，管板、管箱、折流板、拉桿、擋板等常由工藝設計而定；外部結構附件形式，如法蘭、支座、加強圈、開孔附件，接管等，在滿足工藝要求的條件下，由受力條件、制造、安裝等因素來決定的；</p><p>　?。?）壓力載荷，包括內壓、外壓、設備自重、零部件的偏載、風載、地震載荷等；</p><p>　?。?）強度、剛度、穩(wěn)定性設計和校核計算。根據結構形式、受力條件和材料的力

36、學性能、腐蝕性能等進行強度、剛度和穩(wěn)定性計算，最后確定合理的結構尺寸；</p><p>　?。?）繪制設備總裝圖。初步計算后，確定大體結構尺寸，分配圖紙大小，來進行零件圖和裝配圖的繪制；</p><p>　　（6）繪制零部件圖。根據總裝配圖來繪制零件圖稱為拆圖。對于標準零部件不得繪制零件圖；</p><p>　?。?）提出技術要求。對設備制造、裝配、檢驗和試車等工序

37、提出合理的要求，以文字形式標注在總圖上；</p><p>　　第二章 換熱器結構設計</p><p>　　2.1換熱管數的計算</p><p>　　擬用傳熱管規(guī)格為19x2，管長L＝6000mm，傳熱管數NT為</p><p><b>　　換熱管取252根。</b></p><p><b&

38、gt;　　式中符號：</b></p><p>　　— 換熱管外徑。mm</p><p><b>　　— 所需換熱面積。</b></p><p>　　L — 換熱管長。 M</p><p><b>　　— 換熱管總數。根</b></p><p>　　2.2 換熱管排

39、列方式，管間距的確定</p><p>　　管子在管板上的排列有正三角形、正方形和同心圓排列三種方式，如圖所示。傳熱管的排列應使其在整個換熱器圓截面上均勻分布，同時還要考慮流體的性質，管箱結構及加工制造等方面的問題。正三角形排列的優(yōu)點有:管板的強度高；流體走短路的機會少，但管外流體擾動較大，因而對流傳熱系數較高；相同的殼徑內可排列更多的管子；但是正三角形排列蝕管外機械清洗較為困難。正方形排列的優(yōu)點是便于清洗列管的外

40、壁，適用于殼程流體易產生污垢的場合；但是在同樣的管板面積上可排列的管子數量為最少。同心圓排列方式優(yōu)點再也靠近殼體的地方管子分布較均勻，在殼體直徑較小的換熱器中可以排列的傳熱管數比三角形排列還多。如圖所示。</p><p>　　圖1-2 管子的排列方式</p><p>　　本換熱器流體的性質屬于比較潔凈和不易結垢，因此采用正三角形排列。</p><p>　　管板上

41、兩傳熱管中心距離稱為管心距，管心距的大小主要與傳熱管和管板的連接方式有關，此外還要考慮到管板強度和清洗管外表面時所需的空間。</p><p>　　換熱管中心距宜不小于1.25倍的換熱管外徑，取管心距 S=1.3do</p><p>　　S=1.3x19=24.7</p><p>　　根據GB151-1999</p><p>　　得換熱管中心距

42、S=25mm，分程隔板兩側相鄰管中心距</p><p>　　橫過管束中心線的管數</p><p>　　取中心線的管數為18根</p><p>　　采用雙管程結構，則殼程內徑為</p><p><b>　　圓整得</b></p><p>　　2.3 筒體結構設計</p><p&g

43、t;　　（1）一般來說，換熱器的殼體和管箱公稱直徑大于400mm時，其筒體使用板材卷制。當換熱器的公稱直徑小于等于400mm時，其筒體使用管材制作。本設計中換熱器公稱直徑500mm，故筒體選用板材卷制而成。</p><p>　　（2）壁厚的確定 筒體壁厚應按照GB150——1998第五章進行強度計算,但碳素鋼和低合金鋼應不小于表3-1的規(guī)定。規(guī)定殼體最小厚度的目的是為了增加殼體剛性，減小變形，以利于管板和管束的安

44、裝，尤其是浮頭換熱器的殼體由于得不到管板的加強又需要拆卸，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度計算中確定。不同材質的殼體厚度見下表.</p><p><b>　　殼體厚度表</b></p><p>　　按GB151-1999標準，選取殼體直徑為500mm，當換熱器為U型管式時，厚度為8mm。筒體采用板材卷制。選取板材的材料為Q235-B。</p

45、><p><b>　　2.4管箱及封頭</b></p><p>　　2.4.1管箱管箱分類</p><p>　?。?）、A型（平蓋管箱）如圖（a）裝有管箱平蓋（或稱盲板），清洗管程時只要拆開盲板即可，而不必拆卸整個管箱和與管箱相連的管路，缺點是盲板結構用材多，且尺寸較大是得用鍛件，耗費大量機加工時，提高制造成本，并增加一道密封的泄漏可能。一一般多用

46、于DN<900mm的浮頭式換熱器中。</p><p>　?。?）、B型封頭管箱型 如圖（b），用于單程或多程管箱，優(yōu)點是結構簡單，便于制造，適于高壓，清潔介質，可省掉一塊造價高的盲板、法蘭和幾十對螺栓，且橢圓封頭受力情況要比平端蓋好的多，缺點是檢查管子和清洗管程時必須拆下連接管道和管箱。</p><p>　?。?）、C型、D型管箱 這種形式是管箱一端與殼體及管板連成一體，或是用于可拆

47、管束與管板制成一體的管箱，另一端可采用A型結構，減少了泄漏的可能性。一般用的較少，只在高壓情況下采用。</p><p>　　在本設計中管程分為2程，它就還起著改變流體流向的作用。本設計管箱采用的是B型封頭管箱型，這種管箱用于單程或多程管箱，優(yōu)點是結構簡單，便于制造，適于高壓，清潔介質可以節(jié)省一塊造價高的盲板、法蘭和幾十對螺栓，且橢圓封頭受力情況良好，缺點是檢查管子和清洗管城時必須拆下連接管道和管箱。</p&

48、gt;<p>　　管箱所要確定的尺寸主要是管箱長度，分程隔板位置尺寸是由配管圖確定，管箱直徑是由殼程直徑決定。管箱長度尺寸的確定是以保證流體分布均勻、流速合理以及強度因素來確定最小長度，而以制造安裝方便來限制最大長度。</p><p>　　管箱長度除考慮流通面積，各相鄰焊縫間的距離外還應考慮管箱中內件的焊接和清理。</p><p>　　多管程換熱器必須按照分程方法在管箱內安放

49、分程隔板，分程隔板的材料為碳鋼，當殼體直徑為500mm時，分程隔板的厚度為10mm，各版應被連續(xù)的焊接在管箱壁上。</p><p><b>　　2.4.2封頭</b></p><p>　　換熱器的管箱封頭一般為橢圓形或者平蓋形。平蓋形拆裝方便，維修管程時不必拆卸管道。一般小直徑壓力低維修需要拆卸時，傾向于使用平蓋封頭。在壓力不高的情況下，換熱器直徑小于等于900mm時

50、，可用平蓋或者橢圓形封頭；換熱器直徑大于900mm，通常使用平蓋。本設計中換熱器公稱直徑500mm，故選用標準橢圓形封頭。封頭尺寸如下表：</p><p>　　2.5 接管、接管法蘭</p><p><b>　　2.5.1接管</b></p><p>　　接管（含內焊縫）不應突出殼體內表面，并在該部位打磨平滑，以免妨礙管束的拆裝；接管應盡量沿徑

51、向或軸向布置，以方便配管和檢修；對利用接管（或接口）仍不能放氣和排液的換熱器，應在管程和殼程的最高點設置放氣口，最低點設置排液口其最小公稱尺寸為20mm。</p><p>　　接管的確定：管徑的選擇取決于適宜的流速，處理量，結構協調及強度要求。</p><p>　　管程接管定為內徑為80mm，外徑為89mm的接管；殼程接管定為內徑為150mm,外徑為159mm。這樣既滿足了換熱器外型結構勻

52、稱、合理、協調以及強度要求。</p><p>　　接管的伸出長度（高度）確定，接管伸出殼體（或管箱殼體）外壁的長度，主要考慮法蘭的形式，焊接操作條件，螺栓拆裝等因素。</p><p><b>　?。╩m）</b></p><p>　　式中 h：接管的法蘭厚度，mm；</p><p>　　：接管法蘭的螺母厚度，mm；&l

53、t;/p><p>　　：保溫層厚度，mm；</p><p>　?。航庸艿陌惭b高度，mm。</p><p>　　上述估算后應圓整到標準尺寸，常見接管高度150mm、200mm、250mm、300mm。取管程接管高度為150mm；殼程接管高度為200mm。</p><p>　　2.5.2接管法蘭的確定</p><p>　　按G

54、B 9112～9125，法蘭的結構形式和密封面形式，應根據使用介質，設計壓力，設計溫度公稱直徑等因素來確定。由于凹凸面對中性好，所以常在換熱器法蘭密封面上使用。法蘭上的螺栓孔中換熱器的中心線，在中心線兩側均勻布置。本設計中的接管公稱直徑為80mm和150mm，接管法蘭按照HG20594—97選取帶頸平焊法蘭（SO）.帶頸法蘭應采用熱軋或鍛件加工制成，加工后法蘭的軸線須與原坯件的軸線平行。必要時采用鋼板制造帶頸法蘭。</p>

55、<p>　　圖1-3平焊帶頸法蘭</p><p>　　2.5.3管箱法蘭和管箱側殼體法蘭</p><p>　　管箱法蘭通常采用長頸法蘭和平焊法蘭。以工藝條件：管側壓力2.5Mpa和殼體壓力1.0Mpa，以及設計溫度殼體40℃，管箱150℃和公稱直徑500mm，按JB4701-2000甲型平焊法蘭標準選取。乙型型平焊法蘭選用的壓力范圍為0.25～4Mpa。符合要求。</p&

56、gt;<p>　　2.6 管箱的最小內測深度</p><p>　　軸向開口的單管程，開口中心處的最小深度應不小于按管內直徑的 </p><p><b>　　1/3；</b></p><p>　　（2）多管程管箱的內側深度應保證兩程之間的最小流通面積不小于每程換熱管流通面積的1.3倍；當操作允許時，也可等于每程換熱管的流通面積。&l

57、t;/p><p>　?。?）管箱上各相鄰焊縫間的距離不應小于3倍的筒體壁厚且不小于50毫米。</p><p>　　所以管箱的最小內測深度為：340mm。其中管箱筒體長度190mm。</p><p><b>　　2.7 分程隔板</b></p><p>　　在換熱器中，不論是管外還是管內的流體，要提高它們的給熱系數，通常是采

58、用設置隔板的方式來增加程數以提高流體的流速來實現其目的的。這就是分程隔板，這種隔板在殼程習慣稱作縱向隔板，對管程來說習慣稱為分程隔板。</p><p>　　管程分程隔板用來將管內流體分程，分程隔板裝置在管箱內隔板的形式要簡單，焊縫盡量少，密封長度要短，程與程之間的面積差不宜過大，溫差以不超過28℃為宜。分程隔板應與封頭、管箱短節(jié)等同材料，要求管箱隔板密封面與管箱法蘭密封面，管板密封面與分程槽面必須處于同一基面。&

59、lt;/p><p>　　分程隔板的最小厚度應不小于下表的規(guī)定：</p><p>　　縱向隔板是安裝在殼程內的一平行于傳熱管充滿殼體內的矩形平板。使得殼程流體形成雙殼程。由于加進隔板在殼體內，使隔板與殼體內壁及隔板與管板面接觸部分存在間隙，介質易產生短路，降低換熱效率，故縱向隔板與殼體內壁間要求嚴密?？v向隔板厚度一般為：碳鋼和低合金鋼6～8mm；合金鋼不小于3mm。</p><

60、;p>　　所以本設計分程隔板的厚度為8mm。</p><p><b>　　2.8 U形管</b></p><p>　　2.8.1 U形管選擇</p><p>　　本設計采用光管，光管是管殼式換熱器換熱管的傳統(tǒng)形式，它廉價，易于制造，安裝，檢修，清洗方便。管徑采用標準管徑19×2，采用標準管徑在結構上和經濟上均有好處，而且19&#

61、215;2屬于小徑管，管徑小，單位體積傳熱面積大，結構緊湊性高，金屬耗材量少，傳熱系數也高。而且循環(huán)水不屬于粘度大或污濁流體，不會造成太多的沉淀。</p><p>　　根據計算管長采用6m，管徑為0.6m，管長與管徑之比為10，應采用臥式設備。管子材料采用碳鋼。</p><p>　　2.8.2 U形管彎管段的彎曲半徑</p><p>　　U形管彎管段的彎曲半徑R應不

62、小于兩倍的換熱管外徑，常用的換熱管的最小彎曲半徑可按表3·2選取。</p><p>　　圖1-3 U形管彎管段的彎曲半徑</p><p>　　U型管的彎曲程度如下表：</p><p>　　U形管彎管段的最小彎曲半徑</p><p>　　U型管彎管段的圓度偏差應不大于換熱管名義外徑的10%，但彎曲半徑小于2.5倍換熱管名義外徑的U形彎

63、管段可按15%驗收。</p><p><b>　　2.9 管板</b></p><p><b>　　2.91分程隔板槽</b></p><p>　?。?）槽深宜不小于4mm；</p><p>　?。?）分程隔板槽的寬度為：碳鋼12mm，不銹鋼11mm；</p><p>　?。?/p>

64、3）分程隔板槽拐角處的倒角一般為45°倒角寬度b近似等于分程墊片的 </p><p><b>　　圓角半徑R。</b></p><p>　　隔板槽密封面應與環(huán)形密封面齊平，或略低于環(huán)形密封面（控制在</p><p><b>　　0.5mm以內）。</b></p><p><b>

65、;　　2.9.2管板</b></p><p>　?、俟馨蹇字睆?查表得19.4mm。</p><p>　?、谧畲蟛脊軋A直徑 490mm。</p><p>　?、酃芸讛岛凸茏訑?相同為224根。</p><p>　?、芄馨迮c殼體及管箱的連接 采用將管板夾在殼體法蘭和管箱法蘭之間構成可拆式連接，可是殼程清洗方便。<

66、/p><p>　?、莨馨宓暮穸?應比封頭的厚度厚，因為管板要開孔，強度會降低當殼徑為500mm時常用的管板厚度為45mm，因孔較多，封頭厚度為8mm；取為50mm。</p><p>　　2.9.3 布管定圓</p><p>　　布圓定管可按下表確定。</p><p><b>　　布管定圓</b></p>

67、<p>　　由資料得：為圓筒內直徑，mm；為固定管板換熱器或U型管換熱器管束最外層換熱管外表面至殼體內壁的最短距離，=0.25d，一般不小于8mm。</p><p><b>　　布管圓直徑：</b></p><p><b>　　2.9.4管孔</b></p><p>　　不銹鋼換熱管的管板管孔直徑及允許偏差應符合

68、表</p><p><b>　　確定管孔</b></p><p>　　鉆孔后應抽查不小于60°管板中心角區(qū)域內的管孔，在這一區(qū)域內允許有14%的管孔上偏差比表中的數值大0.15mm；換熱管與管板脹接連接時。管孔表面粗糙度Ra值不大于12.5；脹接連接時，管孔表面不應有影響脹接緊密形的缺陷，如貫通的縱向或螺旋狀刻痕等。</p><p>

69、<b>　　2.9.3拉桿孔</b></p><p>　　拉桿與管板焊接連接的拉桿孔結構見圖3·2，拉桿空深度等于拉桿孔直徑。拉桿孔直徑安式（3·1）確定。</p><p><b>　?。?·2）</b></p><p>　　式中：d:拉桿直徑，mm；</p><p>

70、　　：拉桿孔直徑，mm。</p><p><b>　　拉桿孔結構圖</b></p><p>　　拉桿形式為拉桿定距離的形式。使用12根拉桿，直徑為12mm。拉桿孔13mm。</p><p>　　2.10換熱管與管板的連接</p><p>　　換熱管與管板連接的方式有脹接、焊接、脹焊并用等形式。不論采用哪種形式都必須保證：

71、連接處保證介質無泄漏的充分氣密性；承受介質壓力的充分結合力。</p><p>　　強度脹接是為了保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強度的脹接。脹接的結構簡單，管子的更換和修補容易，所以應用較廣。由于脹接管端產生塑性變形，存在著殘余應力，隨著溫度上升，殘余應力逐漸消失，這樣使得管端處失去密封和結合的作用，所以在采用脹接結構時會受到一定的限制。</p><p>　　強度脹接的適用范圍為：&

72、lt;/p><p>　　設計壓力小于等于4Mpa；</p><p>　　設計溫度小于等于300℃；</p><p>　　操作中無劇烈振動，無過大的溫度變化及無明顯的壓力腐蝕。</p><p>　　但必須要求換熱管的材料硬度值低于管板的材料硬度值，有應力腐蝕時不應采用管端局部退火的方式來降低換熱管的硬度。</p><p>&

73、lt;b>　　脹接的結構尺寸：</b></p><p>　?。?）強度脹接的最小脹接長度應取管板的名義厚度減去3mm或50mm二者的最小值；</p><p>　?。?）當有要求時，管板的名義厚度減去3mm與50mm之間的差值可采用貼脹；或管板的名義厚度減去3mm全長脹接；</p><p>　?。?）結構形式及尺寸按下表：</p>&l

74、t;p><b>　　脹接尺寸（mm）</b></p><p>　　（4）脹接結構用于≤25mm的結構如圖：</p><p><b>　　脹接結構</b></p><p>　　2.11折流板和支撐板管孔</p><p>　　應為Ⅰ級管束（適用于碳素鋼、低合金鋼和不銹鋼換熱管），折流板和支撐板管孔

75、的直徑以允許偏差如下表：</p><p><b>　　管孔直徑及偏差</b></p><p>　　折流板上管孔中心距包括分程隔板處的管孔中心距，公差為相鄰兩孔的±0.30，任意兩孔的±1.00mm。管孔加工后兩端必須倒角0.5×45°。</p><p>　　2.12 U型管尾部支撐</p>

76、<p>　　U型管換熱器靠近彎管段起支撐作用的折流板，如圖3·10所示，結構尺寸A+B+C之和應不大于最大無支撐跨距，超過表中數值時，應在管板部位加特殊支撐。</p><p><b>　　U型管支撐</b></p><p>　　當換熱器殼程介質無相變化時，無需設置折流板，而換熱管無支撐跨距超過表3·10規(guī)定時，應設置支撐板用來支撐換熱管，

77、以防止換熱管產生過大的撓度或誘導振動。其形狀和尺寸均按折流板一樣來處理。</p><p>　　表3·10換熱管的最大無支撐長度（mm）</p><p><b>　　2.11拉桿</b></p><p>　　拉桿是用來固定折流板與支撐板與管板的連接。</p><p>　　拉桿定距管的結構，適用于換熱管外徑大于等于

78、19mm的管束，＞；拉桿定居換的結構形式如圖：</p><p><b>　　拉桿定距管結構</b></p><p>　　拉桿的直徑和數量，查表得：當換熱管外徑14mm＜＜25mm時，拉桿的直徑為12mm；筒體的公稱直徑400mm≤DN＜700mm時，此時拉桿的數量為4根。 </p><p>　　拉桿盡可能均勻布置在管束的外邊緣。拉桿的直徑為

79、12mm時，=15mm。</p><p>　　在安裝時，拉桿傷的螺母應擰緊，以免在裝入和抽出管束時，因折流板竄動而損傷換熱管。</p><p><b>　　2.12 折流板</b></p><p>　　列管式換熱器的殼程流體流通截面積大，在殼程流體屬對流傳熱條件時，為增大殼程流體的流速，加強其湍動程度，提高其表面?zhèn)鳠嵯禂?，需要設置折流板。折流板

80、有橫向折流板和縱向折流板兩類，單殼程的換熱器僅需設置橫向折流板，橫向折流板同時兼有支承傳熱管，防止產生振動作用。</p><p>　　管殼式換熱器常用的有弓形和盤環(huán)形。在弓形折流板中，流體在板間錯流沖刷管子，而流經折流板弓形缺口時是順流經過管子后進入下一板間，改變方向，流動中死區(qū)較少，比較優(yōu)越，結構比較簡單，一般標準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動，效率較低。而且要求介質必須是清

81、潔的，否則沉淀物將會沉積在圓環(huán)后面，傳熱面積失效，一般用于壓力比較高而又清潔的介質。因此，采用單弓形折流板。本設計采用特殊折流板排列方式。排列方式如圖所示：</p><p>　　2.12.1折流板的主要幾何參數</p><p>　　根據GB151-1999弓形折流板圓缺大小用切去弓弦高占圓筒內直徑的百分比來確定，單弓形折流板缺口弦高h值，宜取0.20-0.45倍的圓筒內直徑,取系數為0.4

82、5，切去圓缺高度h=0.45x500=225mm</p><p>　　2.12.2 折流板與殼體間隙</p><p>　　折流板外周與殼體內徑之間的間隙越小，殼程流體介質在此處的泄漏越小，使傳熱效率提高，但間隙越小，給制造、安裝帶來困難。選取折流板名義外直徑D=DN-3=500-4.5=495.5mm，允許偏差 </p><p>　　2.12.3 折流

83、板厚度</p><p>　　折流板厚度與殼體直徑、換熱管無支承長度有關，其厚度根據參考選取δ＝5mm。</p><p>　　2.12.4 折流板的管孔</p><p>　　①、折流板的管孔直徑和公差按GB151-99規(guī)定，Ⅰ級管束換熱器折流板管孔直徑d+0.4=19+0.4=19.4mm，及允許偏差</p><p>　　②、管孔中心距折流板上

84、管孔中心距（包括分程隔板處的管孔中心距）t=32,公差為相鄰兩孔 ，任意兩孔 1.00mm</p><p>　?、酃芸准庸ふ哿靼迳瞎芸准庸ず髢啥吮仨毜菇?.5X45°。</p><p>　　2.12.4 材料的選取</p><p>　　設計溫度180℃和設計壓力P＝0.6MPa,根據GB150-1998選取Q235-B鋼板，它的適用范圍：容器設

85、計壓力P≤1.60MPa；鋼板使用溫度為0～35℃；用于殼體時，鋼板厚度不大于20mm；不得用于液化石油氣介質以及毒性程度為高度或極度危害介質的壓力容器。Q235-A.F和Q235-A鋼板技術要求低，鋼板質量差，以往因鋼材供應情況的限制，不得不采用。線技術要求較高的Q235－B已大量生產。從標準的技術合理性、壓力容器的使用安全性以及鋼材供應的可能性等方面綜合考慮，2002年7月1日起，在現有國內規(guī)范中取消了Q235－A.F和A235－A

86、兩種鋼號。</p><p>　?。?） (2) (3)</p><p><b>　　折流板通氣口</b></p><p>　　折流板的最大無支撐跨距：換熱管的外徑是19mm查表可得折流板的最大無支撐跨距為1500mm。當采用縱向隔板時，折流板的加工仍與弓形折流板的加工相同，只是將一塊折流板沿中間切

87、除隔板厚度變?yōu)閷ΨQ的兩塊，分別裝于隔板的上下。</p><p>　　折流板外圓表面粗糙度Ra值不大于25，外圓面兩側的尖角應倒鈍，應除去上面的毛刺。</p><p><b>　　2.13 滑道</b></p><p>　　滑道的結構分為滑板、滾輪、滑條形式，在本設計中選取滑板形式，因為本設計中殼體直徑不大，滑板強度適中。滑道角度如圖3·

88、;8：</p><p><b>　　滑道角度圖</b></p><p>　　滑板焊在折流板的槽內，在直徑方向高出折流板1mm，并和管束成為一整體</p><p><b>　　2.14防短路結構</b></p><p>　　2.14.1旁路擋板</p><p>　　在換熱器殼程

89、，由于管束邊緣和分程部位都不能排滿換熱管，所以在這些部位形成旁路。為防止殼程物料從這些部位大量短路，可在管束邊緣的適當位置安裝旁路擋板和在分程部位的設當地方安裝假管或帶定距管的拉桿，在滿足拉桿布置原則的前提下，可將換熱管排列圖中的拉桿的位置移至分程部位來增大旁路的阻力，迫使物料通過管束進行換熱。</p><p>　　旁路擋板可用鋼板或扁鋼制成。</p><p>　　旁路擋板應與折流板焊接牢

90、固，它們的厚度可以相同，旁路擋板的數量當公稱直徑：500mm＜DN＜1000mm時，二對擋板。將旁路擋板分段焊在折流板之間。旁路擋板如圖3·14：</p><p><b>　　圖3·14旁路擋板</b></p><p><b>　　2.14.2擋管</b></p><p>　　擋管為兩端堵死的換熱管，設

91、置于分程隔板槽背面兩管板之間，擋管與換熱管的規(guī)格相同可與折流板點焊固定，也可用拉桿代替。擋管應每隔3～4排換熱管設置一根，但不得設置在折流板的缺口處。擋板伸出第一塊計最后一塊折流板或支撐板的長度不應大于50mm，可與任一塊折流板焊接固定。擋管如圖3·15：</p><p><b>　　擋管布置</b></p><p>　　2.14.3中間擋板</p&g

92、t;<p>　　中間擋板設置在U型管束的中間通道處，并與折流板點焊固定，把最里面的一排U型彎管傾斜布置使中間通道變窄，同時加上擋管以防止流體短路。當公稱直徑：500mm＜DN＜1000mm時，二塊擋板。中間擋板如圖3·16：</p><p><b>　　中間擋板</b></p><p><b>　　2.15墊片設計</b>

93、</p><p>　　管箱墊片 墊片的材料選取根據換熱器的介質的性質，操作壓力，操作溫度，以及需要密封的程度。按照GB151-1999附錄H選用。由于管程介質為空氣殼程介質為循環(huán)水，所以選取橡膠石棉墊片。查閱《化工設備設計手冊》P567表5-52非金屬軟墊片系列尺寸，墊片結構尺寸為：外徑D=622mm，內徑d=602mm，厚度=3mm，墊片的圓角直徑R=8mm，隔板槽部分墊片寬度為8mm。</p>

94、<p><b>　　墊片的選擇</b></p><p>　　密封墊片應為整體墊片，特殊情況下允許拼接，但墊片拼接接頭不得影響密封性能。換熱的密封面應予以保護，不得因磕碰劃傷、電弧損傷、焊瘤、飛濺等而損壞密封面。</p><p><b>　　2.16支座</b></p><p>　　換熱器的鞍式支座可按JB/T47

95、12選用。鞍式支座的布置：當L≤3000mm時，取=（0.4～0.6）L；盡量使和相近，高度為200mm。如圖：</p><p><b>　　鞍式支座</b></p><p>　　本換熱器采用固定F型和滑動S型鞍式支座各一個，靠近管箱側的為固定鞍座。</p><p><b>　　2.17 附件</b></p>

96、<p><b>　　(1)起吊附件</b></p><p>　　質量大于30㎏的管箱及管箱蓋應設置吊耳。吊裝換熱器時，應防止管束變形和損傷換熱管。</p><p>　　U型管式換熱器可在管板上設置環(huán)首螺釘孔；在正常操作時，應安裝絲 </p><p>　　堵和墊片加以保護；維修時換裝環(huán)首螺釘以便抽裝管束。</p><

97、;p>　　(3)地腳螺栓選用M28。</p><p><b>　　三、確定設計壓力</b></p><p>　　根據GB150-1998的規(guī)定，設計壓力是指容器底部的最高壓力，其與相應設計溫度一起作為設計載荷條件，其值不能低于工作壓力。在本設計換熱器中，其工作壓力及正常工作情況下殼程可能達到的最高壓力。設計壓力通常取為最高工作壓力的1.05-1.10倍。<

98、/p><p><b>　　設計壓力：</b></p><p><b>　　管程：2.5Mpa</b></p><p><b>　　殼程：1.0Mpa</b></p><p><b>　　3.1筒體壁厚計算</b></p><p>　　由

99、工藝設計給定的設計溫度40℃,設計壓力=1.0Mpa選Q235-B鋼板卷制，材料40℃時許用應力=113Mpa，屈服應力，取焊縫系數=1，腐蝕裕度2mm，筒體公稱直徑200mm。則：</p><p>　　計算厚度 （4·1）</p><p>　　板負偏差；腐蝕余量：</p><p><b>　　設計厚度</b>&l

100、t;/p><p>　　由表GB151-1999表8可知：</p><p><b>　　名義厚度：</b></p><p><b>　　有效厚度：</b></p><p><b>　　水壓試驗壓力</b></p><p><b>　　所選材料的屈服應

101、力</b></p><p><b>　　水壓試驗應力校核</b></p><p>　　53.1Mpa＜0.9=0.9×235×1=211.5MPa水壓強度滿足要求。</p><p><b>　　氣密性實驗應力</b></p><p>　　3.2筒體短節(jié)、封頭厚度計算

102、</p><p>　　由工藝設計給定的設計溫度40℃,設計壓力=1.0Mpa選Q235-B鋼板卷制，材料40℃時許用應力=113Mpa，屈服應力，取焊縫系數=1，腐蝕裕度2mm，筒體公稱直徑500mm。則</p><p>　　短節(jié)計算壁厚 （4·2）</p><p><b>　　短節(jié)設計厚度</b></p>

103、<p>　　由表GB151-1999表8可知：</p><p><b>　　名義厚度：</b></p><p><b>　　有效厚度：</b></p><p><b>　　壓力試驗應力校核</b></p><p>　　52.71Mpa＜0.9=0.9×235

104、×1=211.5（MPa）壓力試驗滿足強度要求。</p><p>　　外頭蓋封頭選用標準橢圓封頭，由工藝設計給定的設計溫度40℃,設計壓力=1.0Mpa選Q235-B鋼板壓制，材料40℃時許用應力=113Mpa，屈服應力，取焊縫系數=1，腐蝕裕度2mm，公稱直徑500mm。。</p><p><b>　　封頭計算厚度=</b></p><

105、p><b>　　封頭設計厚度：</b></p><p>　　由表GB151-1999表8可知：</p><p><b>　　封頭名義厚度：</b></p><p>　　3.3管箱短節(jié)、封頭厚度計算 </p><p>　　工藝設計給定的設計溫度150℃,設計壓力=2.5Mpa選Q235-B鋼板卷

106、制，材料150℃時許用應力=113Mpa，屈服應力，取焊縫系數=1，腐蝕裕度2mm，筒體公稱直徑500mm。則</p><p>　　計算厚度 （4·3）</p><p><b>　　設計厚度</b></p><p>　　由表GB151-1999表8可知：</p><p><b>　

107、　名義厚度：</b></p><p><b>　　有效厚度：</b></p><p><b>　　水壓試驗壓力</b></p><p><b>　　壓力試驗應力校核</b></p><p>　　131.771Mpa＜0.9=0.9×235×1=2

108、11.5MPa壓力試驗滿足強度要求。</p><p>　　外頭蓋封頭選用標準橢圓封頭，由工藝設計給定的設計溫度40℃,設計壓力=1.0Mpa選Q235-B鋼板壓制，材料40℃時許用應力=113Mpa，屈服應力，取焊縫系數=1，腐蝕裕度2mm，公稱直徑500mm。。</p><p><b>　　封頭計算厚度=</b></p><p><b&

109、gt;　　封頭設計厚度：</b></p><p>　　由表GB151-1999表8可知：</p><p><b>　　封頭名義厚度：</b></p><p>　　3.4管箱短節(jié)開孔補強的校核 </p><p>　　開孔補強采用等面積補強法，有工藝設計給定的接管尺寸為89×4.5，考慮實際情況選Q23

110、5-B碳素鋼管，溫度為150℃時，=113Mpa，。</p><p>　　接管計算壁厚 （4·4）</p><p>　　接管的有效壁厚有效厚度：</p><p>　　開孔直徑d=+2=84mm</p><p><b>　　接管有效補強寬度</b></p><p>　　接管外側有

111、效補強高度</p><p>　　接管內側有效補強高度</p><p><b>　　需要補強面積</b></p><p>　　可以作為補強的面積為</p><p><b>　　需要另設補強</b></p><p>　　3.5殼體接管開孔補強校核</p><p

112、>　　殼體接管開孔補強校核開孔補強采用等面積補強法。有工藝設計給定的接管尺寸為159×4.5，考慮實際情況選Q235-B碳素鋼管，溫度為150℃時，=113Mpa，。</p><p>　　接管計算壁厚 （4·4）</p><p>　　接管的有效壁厚有效厚度：</p><p>　　開孔直徑d=+2mm</p><

113、p><b>　　接管有效補強寬度</b></p><p>　　接管外側有效補強高度</p><p>　　接管內側有效補強高度</p><p><b>　　需要補強面積</b></p><p>　　可以作為補強的面積為</p><p><b>　　不需要需要另設

114、補強</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】鄭津洋，董其伍，桑芝富.過程設備設計[M].北京：化學工業(yè)出版社.2010.</p><p>　　【2】朱有庭，曲文海，于浦義.化工設備設計手冊.北京:化學工業(yè)出版社.2005.</p><p>　　【3】陳慶，邵澤波.過程

115、設備設計概論.北京：化學工業(yè)出版社.2008.</p><p>　　【4】匡國柱，史啟才.化工單元過程及設備課程設計[M].北京：化學工業(yè)出版 </p><p><b>　　社.2005.</b></p><p>　　【5】譚天恩，竇梅，周明華.化工原理（上，下冊）[M].北京: 化學工業(yè)出版社，</p><p><

116、;b>　　2007.</b></p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本次畢業(yè)設計歷時近2周，這次設計既是對我們大學三年半所學知識的一次綜合運用，又是一次難得的實踐的機會。 在設計過程中，深蒙我的指導老師——**老師的悉心指導，在指導設計的過程中，她誨人不倦，對我在設計過程中所出現的問題給以耐心細致的解答，對設計中的

117、錯誤和不合理的地方給以予以指正，引導我更好的完成此次課程設計，使我對整個設計的內容有了更加深刻的認識，對于U形管換熱器的整個系統(tǒng)的設計工作有了細致的分析和理解，通過這次設計，大大提高了我對于實際工作的分析問題和解決問題的能力，在此我向她表示深深衷心的感謝。 同時，我還要向各科老師們表達我的謝意，感謝您們三年半來對我的孜孜教誨， 教導我不僅學到了許多專業(yè)知識，更學到了很多做人的道理，這對我以后的學習和生活都將產生深遠的影響。