F110填料函式換熱器設(shè)計含8張CAD圖
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F11O填料函式換熱器設(shè)計
摘 要
作為重要的節(jié)能裝置，換熱器在石油、化工、冶金等等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，可以有效提升能源使用的高效性。特別是在當(dāng)今可持續(xù)發(fā)展路線,節(jié)能環(huán)保成為工業(yè)發(fā)展的一個主題。國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)都對換熱器的研究給予了極大的重視。
根據(jù)任務(wù)書要求，本設(shè)計設(shè)計對象為F110填料函式換熱器，主要為換熱器的工藝計算、換熱器的結(jié)構(gòu)以及強(qiáng)度的設(shè)計。本設(shè)計涵蓋了以下幾個層面：工藝計算；換熱器選型、傳熱系數(shù)核對。計算出所需要的管殼程的各部分結(jié)構(gòu)，并初步選定結(jié)構(gòu)的各部分參數(shù)，如材料尺寸等；第二部分是關(guān)于結(jié)構(gòu)以及強(qiáng)度的設(shè)計校核，主要是對選定的各部件的設(shè)計進(jìn)行應(yīng)力計算；第三部分是對換熱器的制造安裝，防腐以及后期的維護(hù)保養(yǎng)做出說明。
經(jīng)過反復(fù)的修改結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，以及圖紙的繪畫，完成了填料函式換熱器的設(shè)計。
關(guān)鍵詞：填料函；強(qiáng)度；焊接；防腐
ABSTRACT
The heat exchanger is a very important energy-saving device that can greatly increase the efficiency of energy use. It is widely used in various fields such as petroleum, chemical industry, power, and metallurgy. It occupies a particularly important position in the national economy, especially in walking. Today, sustainable development has made energy conservation and environmental protection the main theme of industrial development. Heat exchangers are particularly important in the application of mitigation of energy shortages. Research institutions at home and abroad, universities and colleges have always attached
great importance to the study of heat exchangers.
According to the requirements of the mission statement, this design and design object is a F110 packing heat exchanger, which is mainly for the process calculation of the heat exchanger, the structure of the heat exchanger and the design of the strength. The main process of this design is divided into three parts. The first part is the process calculation part, which mainly consists of a given heat exchange area and other parameters. The heat exchanger is selected, the heat transfer coefficient is calibrated, and the required shell is calculated. The various parts of the structure, and the initial selection of various parameters of the structure, such as the size of the material, etc.; the second part is about the design and verification of the structure and strength, mainly for the stress calculation of the selected parts of the design; The part is to explain the manufacturing and installation of heat exchangers,
anti-corrosion and the maintenance of the later stage.
After repeated modification of the structural design parameters and drawing drawings, the design of the filler heat exchanger was completed.
Keywords: stuffing box ;strength; welding ;anticorrosion
目錄
1概述 1
1.1設(shè)計背景 1
1.2.換熱器的分類 1
1.2.1按照作用原理和實現(xiàn)傳熱的方式分類 1
1.2.2按使用目的分類 2
1.2.3按照傳熱面的形狀和材料分類 2
1.3管殼式換熱器（列管式換熱器） 2
1.4 設(shè)計的任務(wù) 3
2 F110填料函式換熱器結(jié)構(gòu)選擇 4
2.1 F110填料函式換熱器設(shè)計工藝參數(shù)及要求 4
2.1.1煙道氣的物性 4
2.2.2水的物性 5
2.1.3流體空間的選擇 5
2.2換熱器結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇 5
2.2.1換熱管尺寸 5
2.2.2換熱管數(shù)量 6
2.2.3換熱管的排列和管心距 6
2.2.4換熱管的材料 7
2.2.5 殼體 7
2.3 進(jìn)出口設(shè)計 9
2.3.1 接管接管伸出長度 9
2.3.2 接管與筒體、管箱殼體的連接 9
2.3.3 排氣、排液管 9
2.4 管箱 9
2.4.1管箱結(jié)構(gòu)形式 9
2.4.2 管箱材料的選擇 10
2.5 管板 12
2.5.1管板結(jié)構(gòu)選擇 12
2.5.2管板的計算 12
2.5.1 最小厚度 13
2.6管板與管箱的連接 14
2.7管板與換熱管的連接 14
2.7.1脹接 14
2.7.2焊接 14
2.7.3脹焊結(jié)合 14
2.7.4焊接方法及結(jié)構(gòu) 15
2.8殼體與管板的連接結(jié)構(gòu) 16
2.8.1容器法蘭的結(jié)構(gòu)選擇 16
2.8.2容器法蘭的參數(shù)選擇 16
2.8.3外頭蓋法蘭、外頭蓋側(cè)法蘭與外頭蓋墊片、浮頭墊片 16
2.9 接管最小位置 17
2.9.1 殼程接管位置的最小尺寸 17
2.9.2 管箱接管位置最小尺寸 17
3 F110填料函式式換熱器其他各部件結(jié)構(gòu) 19
3.1 折流板與支承板 19
3.1.1 折流板的主要幾何參數(shù) 19
3.1.2 折流板的最小厚度 19
3.1.3 折流板的管孔 20
3.1.4 折流板外直徑及允許偏差 20
3.1.5 折流板間距 20
3.2 防沖與導(dǎo)流 21
3.2.1 防沖板的結(jié)構(gòu) 21
3.2.2 防沖板的位置和尺寸 22
3.3 拉桿與定距管 22
3.3.1 拉桿的結(jié)構(gòu)和尺寸 22
3.3.2 拉桿的布置 23
3.3.3 定距管尺寸 23
3.4縱向隔板 23
3.5 封頭、法蘭以及鞍座的選擇 24
3.5.1 封頭的選用 24
3.5.2 法蘭結(jié)構(gòu)類型 24
3.5.3 鞍座的選擇 24
4 填料函式換熱器部分強(qiáng)度設(shè)計及校核 25
4.1 管子與管板連接拉脫力的校核 25
4.1.1 換熱管軸向應(yīng)力 25
4.1.2 換熱管與管板連接拉脫力 25
4.2徑向應(yīng)力 26
4.3.1 計算設(shè)計力矩M和管板延長部分的法蘭應(yīng)力 26
4.2.2 應(yīng)力校核 27
4.3 管板厚度計算 28
4.3.1 管板參數(shù)計算 28
4.3.2 結(jié)構(gòu)尺寸 28
4.3.3 管板應(yīng)力計算 29
4.3.4 操作力力矩 30
4.3.5法蘭預(yù)緊力 30
4.4 法蘭的強(qiáng)度校核 31
4.5 壓力試驗 33
4.5.1 管程圓筒 33
4.5.2 殼程圓筒 34
4.6 開孔補(bǔ)強(qiáng)的計算 34
4.6.1 概述 34
4.6.2 殼體開孔補(bǔ)強(qiáng) 34
5 填料函式換熱器的制造、安裝、檢驗、防腐，清洗和維修 35
5.1 概述 35
5.2 材料驗收 35
5.3 填料函式換熱器的制造 35
5.3.1 殼體圓筒 35
5.3.2 管箱 35
5.3.3 管板 35
5.4換熱器的安裝 36
5.5清洗 36
5.6換熱器的防腐 36
5.6.1換熱管的防腐 36
5.6.2管子與管板、折流板連接處的腐蝕 36
5.7 填料函式換熱器的操作與維護(hù) 36
5.7.1換熱器的正確使用 36
5.7.2換熱器的科學(xué)管理 37
5.8換熱器的定期檢驗 37
5.8.1外部檢查 37
5.8.2內(nèi)部檢查 37
5.8.3全面檢查 38
總結(jié) 39
參考文獻(xiàn) 40
致 謝 41
1概述
1.1設(shè)計背景
能源，從人類學(xué)會利用它就越來越成為人類發(fā)展不可缺少的基礎(chǔ)。人類在使用能源的過程中，蒸汽機(jī)的出現(xiàn)為我們帶來了新一輪的工業(yè)改革，內(nèi)燃機(jī)的不斷改進(jìn)以及電力的徹底性改革都表現(xiàn)出了巨大的開拓能力。
中國頒布了很多關(guān)于能源利用率提升的政策和方案，希望通過這些手段可以促進(jìn)能源利用的高效性，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展不斷貢獻(xiàn)力量，為子孫后代謀取福利。
依據(jù)有關(guān)權(quán)威報告指出，在2018年的一月和二月，國內(nèi)工業(yè)增值能耗實現(xiàn)了約為百分之二的下降比，假如按照這個目標(biāo)發(fā)展下去，在“十三五”計劃可以實現(xiàn)工業(yè)增加值約為百分之十八的下降比。平均下降百分比可以達(dá)到百分之四左右。然而，直到去年下半年，年度目標(biāo)才得以實現(xiàn)。因此，我國節(jié)能減排的現(xiàn)狀依然是嚴(yán)峻的，特別是在工業(yè)領(lǐng)域。
換熱器應(yīng)用廣泛，也是制造商關(guān)注的研究重點，希望通過更高的能源使用效率，獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，本次課題也是為了采取途徑完善換熱器，目的是推動能源使用率的提升，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和價值。
1.2.換熱器的分類
換熱器根據(jù)不同的方式有不同的分類，以下就是根據(jù)換熱器的原理，使用目的，形狀材料等對換熱器進(jìn)行分類并簡單介紹。
1.2.1按照作用原理和實現(xiàn)傳熱的方式分類
（1）直接接觸式換熱器：采用流體間的相互作用力，提升熱量交換率，在其中，導(dǎo)熱的實現(xiàn)效率最高。
（2）蓄熱式換熱器：依據(jù)載熱體，在其表面進(jìn)行傳熱導(dǎo)引。
（3）間壁式換熱器：在固體表面，利用流體將其分開，接著使用固體表面達(dá)到導(dǎo)熱的功能，這種換熱器由于操作便捷、適用于集中性組配，在工業(yè)生產(chǎn)中實現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用，所以它的使用范圍更廣。換熱器有冷管以及熱管這兩種，并且二者是分開的，可以依據(jù)固體壁面進(jìn)行熱導(dǎo)，而通過對流實現(xiàn)冷導(dǎo)。管式換熱器是一種傳熱換熱設(shè)備與管道表面和元素,常用tube-shell類型(管式),線圈型,螺旋型,袖型和熱管型,等。該換熱器構(gòu)造簡單，技術(shù)純熟，具有較強(qiáng)的功能性且導(dǎo)熱效率較高，是良好的工業(yè)傳熱工業(yè)，板式換熱器 在這個過程中可以促進(jìn)平板或者異形板制造傳熱效應(yīng)，其材料的選取大多是金屬，因此被稱為緊湊型熱換器。
1.2.2按使用目的分類
(1） 冷卻器，具有冷卻作用，利用水作為媒介實現(xiàn)冷卻；
(2） 加熱器，用于加熱；
(3） 再沸騰，在蒸餾塔底氣化物料中進(jìn)行沸騰處理；
(4） 冷凝器，利用氣態(tài)冷卻物進(jìn)行液化處理；
(5） 過熱器。
1.2.3按照傳熱面的形狀和材料分類
（1）管殼式換熱器
該換熱器具有構(gòu)造簡便、操作便捷以及可在其管壁實現(xiàn)換熱功能的特點，因此是應(yīng)用最廣泛的一種換熱器。
（2）板式換熱器
該換熱器在板與表面間實現(xiàn)導(dǎo)熱，具有導(dǎo)熱效率高、熱損較小、造價成本高、制造流程復(fù)雜以及承壓能力差等特點。
（3）熱管式換熱器
該換熱器是近年來較為新型的一種，以熱管作為導(dǎo)熱組件，具有組件簡單、制造流程便捷的特點。
（4）新材料換熱器
當(dāng)前，換熱器的材料大多來源于碳鋼，只有極少數(shù)采用不銹鋼。
1.3管殼式換熱器（列管式換熱器）
（1） 固定管板式換熱器
該換熱器可以在溫差較大的情況下使用，然而，其承壓能力卻一般，且其外殼介質(zhì)不容易結(jié)垢。
（2） 浮頭式換熱器
該換熱器通過連接管板以及殼體，可以實現(xiàn)較好的封密性，其小的一端被稱為浮頭，因此又有“浮頭換熱器”之稱。
（3） 填料函式換熱器
該換熱器屬于傳統(tǒng)的換熱器，可以采用填料函進(jìn)行封密處理。
（4） U形管式式換熱器
該換熱器組建簡單，省材料，然而不易清洗，加上管道的空隙較小，導(dǎo)熱的穩(wěn)定性不強(qiáng)，容易造成流體短路。
1.4 設(shè)計的任務(wù)
在本設(shè)計中，詳細(xì)分析了換熱器的硬件組成，通過合適的參數(shù)值計算，得到了換熱器的強(qiáng)度以及性能校對，然而，在圖形的繪制過程中，還需要一定的繪圖以及辦公軟件應(yīng)用能力，這為將來進(jìn)入社會，做了必要的技能準(zhǔn)備。再本設(shè)計完成的過程中，應(yīng)該以合理的設(shè)計理念、恰當(dāng)?shù)钠骷x擇以及較為完善的計劃方案等等方面作出反復(fù)修改，此外，還需要設(shè)計者挑選合適的換熱器材料，為其防腐、以及保養(yǎng)等方面做出精確說明，以保證設(shè)計的完備性。
2 F110填料函式換熱器結(jié)構(gòu)選擇
圖1 填料函式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖
2.1 F110填料函式換熱器設(shè)計工藝參數(shù)及要求
表1 換熱器設(shè)計參數(shù)和要求
2.1.1煙道氣的物性
表2 煙道氣物性參數(shù)
2.2.2水的物性
表3 水的物性參數(shù)
2.1.3流體空間的選擇
根據(jù)單殼工藝和雙管工藝參數(shù)設(shè)計了煙氣，燃?xì)夤艿篮退畾ぁ?
2.2換熱器結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇
2.2.1換熱管尺寸
(1)管徑
如果管的尺寸緊湊并且壓實，則成本變低并且壓降變大，但膜系數(shù)和阻力系數(shù)的比率變得更好。該項目的設(shè)計要求您考慮清潔是否仍然方便。 請參考換熱器設(shè)計手冊中根據(jù)已經(jīng)給予受試者的參數(shù)選擇加注器熱交換器的基本參數(shù)。 D=25mm，初始選擇壁厚=2mm的換熱器管。
表4 換熱管尺寸
(2)管長
換熱面積：280㎡，
公稱壓力PN=1.24Mpa，
查詢《換熱器設(shè)計手冊》表1-2-7，選取換熱管長度5200mm。
2.2.2換熱管數(shù)量
(1)
可得n≈894（四舍五入取整數(shù)）
則管程流通面積：
（2）
2.2.3換熱管的排列和管心距
換熱管的兩種排列方式分別是，三角形排列方式：不僅有利于殼體側(cè)流體達(dá)到端部流動和管道數(shù)量，而且還有利于節(jié)省空間和材料。正方形排列方式，便于清洗外殼一側(cè)。為了彌補(bǔ)這些不足，所以選擇規(guī)則三角形排列方式。
下圖為幾種主要的換熱管排列方式：
圖2 換熱管的主要排列方式
盡管更緊湊的管的心臟的距離小，但是板管變厚，殼側(cè)壓降增加，并且不促進(jìn)清潔。一般范圍是（1.25-1.5）d，檢查GB 151-1999是熱交換器的32mm的中心距離。此外，相鄰管之間的間隙距離（S-D）必須為6mm或更小，這是因為熱交換器之間的機(jī)械清潔是必要的。
(3)
據(jù)上表可得：取管間距=32mm
2.2.4換熱管的材料
除了確保管道體與其他部件之間的良好連接外，管道還必須具有足夠的強(qiáng)度，并且該設(shè)計采用焊接延伸的組合，因此傳熱也具有良好的可塑性。在這種情況下，通常使用高質(zhì)量的碳鋼來保護(hù)它。
2.2.5 殼體
通過管束中心線的換熱管數(shù)量：由《化工過程及設(shè)備設(shè)計》（1-14）可知
（根） （4）
式中 n：單程管數(shù)
m: 程數(shù)
由于設(shè)計的是雙管程結(jié)構(gòu)，因而殼程內(nèi)徑為
（5)
所以取整得=800mm
殼程設(shè)計壓力=
溫度分別是=
查詢《鋼制壓力容器》中的表4-1，可以得知材料選為Q235-7，[σ]t=112MPa，
查詢《鋼制壓力容器》可以得知數(shù)據(jù)厚度為：
(6)
取整得4mm
式中：
Pc：管程設(shè)計壓力
D：i公稱直徑,
[σ]t：管
Φ：脹接系數(shù)。
設(shè)計厚度：
(7)
名義厚度：
(8)
取整得mm
有效厚度：
(9）設(shè)計溫度下圓筒計算應(yīng)力：
(10)
設(shè)計溫度下圓筒最大工作應(yīng)力
(11)
管程設(shè)計壓力，
設(shè)計溫度=，
依據(jù)，采用,查表得到[σ] ，Φ＝1，,。
計算厚度：
設(shè)計厚度：
名義厚度：
有效厚度：
設(shè)計溫度下圓筒計算應(yīng)力：
設(shè)計溫度下圓筒最大允許工作應(yīng)力：
1.32MPa＞1.05MPa
2.3 進(jìn)出口設(shè)計
流體介質(zhì)選擇需要充分考慮流體的均勻分布，位置選為噴嘴內(nèi)外側(cè)，盡量減小死角。在本設(shè)計中，噴嘴呈放射狀設(shè)置，與內(nèi)表面齊平。當(dāng)然，還需要考慮進(jìn)、出口壓力的情況，使流體介質(zhì)充分熱交換。該種計算可以保證換熱器導(dǎo)熱的高效性以及安全性。
2.3.1 接管接管伸出長度
查閱《換熱器設(shè)計手冊》第頁，了解到接管其長度運算公式是：
式中：l――接管外伸長度，mm；
h――接管法蘭厚度，mm；
h1――接管法蘭的螺母厚度，mm；
――保溫層厚度，mm。
2.3.2 接管與筒體、管箱殼體的連接
換熱器的接入方式主要是插入式焊接法，綜合考量其承壓以及溫度的改變，確定換熱器殼高度的水平標(biāo)準(zhǔn)。
2.3.3 排氣、排液管
由圖3可得，本設(shè)計主要安裝于接口的頂端或者低端，可以提升流體的互動性。
圖3 用于臥式換熱器之排氣（液）管
2.4 管箱
箱體半徑可以對折流板的厚度進(jìn)行衡量，可以推動剛度以及密度的寬度值。
2.4.1管箱結(jié)構(gòu)形式
圖7 管箱結(jié)構(gòu)
按照《換熱器設(shè)計手冊》選擇圖7（a）
分程隔板的最小厚度如下表7示：
表7 隔板材料選擇
2.4.2 管箱材料的選擇
已經(jīng)得知設(shè)計溫度、壓力分別為330℃、。根據(jù)，管箱材料選取
表8 管箱數(shù)據(jù)
2.5 管板
管板可以主要固定在管板，熱交換器和裝置的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)設(shè)計上，該裝置負(fù)責(zé)殼側(cè)介質(zhì)的沖擊和壓力，熱交換器的溫差應(yīng)力以及固定換熱器。在這個熱交換器中，Pd=|Pt|。
2.5.1管板結(jié)構(gòu)選擇
圖6 固定端管板
根據(jù)《換熱器設(shè)計手冊》P233，選擇結(jié)構(gòu)如圖6所示。為了充分滿足換熱器的要求，需要注意隔板彎曲部分倒角數(shù)據(jù)的選取，選取倒角的數(shù)據(jù)為。此處連接不焊接，殼體法蘭與管箱法蘭之間固定，便于日后拆卸、清洗和更換管道。
2.5.2管板的計算
式中Ad——未能被換熱管支承的面積，
n——隔板槽排管根數(shù)；
S——中心距；
Sn——隔板槽兩側(cè)鄰管的中心距；
式中 ——管板布管區(qū)的面積，
式中——布管區(qū)內(nèi)開孔后面積，；
；
式中，—管板布管區(qū)當(dāng)量直徑，
——換熱管外徑，；
——管板材料的彈性模量，Mpa；
——換熱管材料彈性模量，Mpa；
查閱《換熱器設(shè)計手冊》第頁表（A）和（B）得管板尺寸：
mm mm mm mm
2.5.1 最小厚度
管板最小厚度min根據(jù)《換熱器設(shè)計手冊》第頁的表，見表6。
表6 管板開孔尺寸
=C
所以最小厚度min為mm
2.6管板與管箱的連接
提升設(shè)備的封密性，這是因為管道需要通過延期進(jìn)行連接。因此，選擇圖9中的榫槽連接。
圖9 活法蘭與管箱的連接
2.7管板與換熱管的連接
管板和管板之間的連接是制造熱交換器的關(guān)鍵，并且是一個重要的結(jié)構(gòu)問題，并且還應(yīng)該防止鑰匙泄漏。該設(shè)計介紹了以下連接方式。
2.7.1脹接
擴(kuò)大聯(lián)合方法的一端管退火后,用砂紙將表面的灰塵和銹加載管板預(yù)留孔,管道另一端固定和滾子的脹管器的力量作用下,管道直徑的增加,產(chǎn)生塑性變形, 為了固定和密封管的孔表面和外表面，管板孔的直徑也增加了彈性變形的發(fā)生，這導(dǎo)致彈性管板的孔的收縮并消除了彈簧和管板的孔，使原始直徑回來，管道和管道是碳鋼或低合金鋼和換熱器的特殊要求。 擴(kuò)展接頭適用于小于4Mpa的設(shè)計，強(qiáng)烈振動操作，設(shè)計溫度小于300℃，溫度變化過大，應(yīng)力明顯腐蝕能力差。
2.7.2焊接
管道和管板連接廣泛用于高溫，高壓，易燃和易爆介質(zhì)，并且焊接方法的使用非常簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)，無需開槽，適合大型制造，焊接對比 膨脹節(jié)如果壓力不是很高，則使用細(xì)管和焊接方法被廣泛使用，不易泄漏，這種方法非常簡單，在高溫下可以保證緊密連接 和高壓環(huán)境。它不適合腐蝕腐蝕的機(jī)會和間隙振動，這很容易腐蝕焊接接頭，因為管端和管板孔之間的間隙容易腐蝕，所以焊接也容易 導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕或中斷。
2.7.3脹焊結(jié)合
外觀形式有膨脹和焊接兩種，其結(jié)構(gòu)形式有:一個是擴(kuò)張和密封焊接的強(qiáng)度,承受負(fù)載,確保密封擴(kuò)張,焊接只是輔助泄漏預(yù)防;第二,焊接的強(qiáng)度和粘貼擴(kuò)張,焊接負(fù)載,確保密封,粘貼擴(kuò)張是消除差距,提高減振能力,延長使用壽命,適用于密封性能要求、疲勞或振動荷載,縫隙腐蝕的場合。
2.7.4焊接方法及結(jié)構(gòu)
在本設(shè)計中，考慮到管道壓力高、煙氣不確定性大，采用了強(qiáng)度焊接。
2.8殼體與管板的連接結(jié)構(gòu)
2.8.1容器法蘭的結(jié)構(gòu)選擇
捆綁通常需要使用尺子去除，清潔，防腐和其他操作，可拆卸的連接機(jī)制。根據(jù)熱交換器手冊第p168頁的可拆卸管板的設(shè)計要求，需要可拆卸管板的夾緊方法。如圖8所示
圖8 管板與管箱的連接機(jī)構(gòu)
2.8.2容器法蘭的參數(shù)選擇
對容器法蘭的參數(shù)選定如表9所示，
表9 容器法蘭的選擇
2.8.3外頭蓋法蘭、外頭蓋側(cè)法蘭與外頭蓋墊片、浮頭墊片
（1） 外封頭法蘭的型式、尺寸、材質(zhì)與容器法蘭相同如表9所示。
（2） 外頭蓋側(cè)法蘭選用凸密封面，材料為鍛件20MnMoⅡ，查JB/4721-92可知其具體尺寸如下表10。
表10 外頭蓋側(cè)法蘭尺寸
（3）查JB/ t4618-92，選擇外端蓋D和內(nèi)徑D分別為775mm和715mm的金屬墊片。通過JB/ t4618-92，法蘭墊片的類型也被選擇為金屬包墊片。外徑D為583mm，內(nèi)徑D為568mm，材質(zhì)為0Cr18Ni9。
2.9 接管最小位置
為了充分利用共接觸面積，提高了傳熱效率。
2.9.1 殼程接管位置的最小尺寸
依照《換熱器設(shè)計手冊》第144頁的圖1-6-2，如下圖4所示：
圖4 殼程接管位置
運算此下公式：
帶補(bǔ)強(qiáng)圈：
無補(bǔ)強(qiáng)圈：
2.9.2 管箱接管位置最小尺寸
《換熱器設(shè)計手冊》第頁圖，如下圖5示：
圖5管箱接管位置
帶補(bǔ)強(qiáng)圈：
無補(bǔ)強(qiáng)圈：
通常要求mm，此設(shè)計中，可以實現(xiàn)40mm，目的是確保其強(qiáng)度，促進(jìn)使用時間的延長。
3 F110填料函式式換熱器其他各部件結(jié)構(gòu)
3.1 折流板與支承板
與熱交換器相比，折疊板設(shè)計的主要功能是改善傳熱效果和支撐管道。 由于管道介質(zhì)是煙道氣，因此使用保形擋板可以顯著提高傳熱效率。
3.1.1 折流板的主要幾何參數(shù)
單弓形擋板的缺口高度一般為殼體內(nèi)徑的15% ~ 45%左右，且不小于50mm。
缺口高度： h=800×25％= 200 mm
折流間距： B=0.3× D=240 mm
折流板數(shù)：
3.1.2 折流板的最小厚度
瀏覽《換熱器設(shè)計手冊》第頁的表，正如下表12所示
表12 折流板或支撐板的最小厚度
殼體直徑已知。請參閱《換熱器設(shè)計手冊》第24頁的表格1-2-15。
3.1.3 折流板的管孔
因為管孔選中的材料是鋼，所以管束管孔直徑和偏差如表13所示：
表13 折流板管孔直徑和允許偏差
D為25mm，因此管孔直徑是25.8mm。
3.1.4 折流板外直徑及允許偏差
依據(jù)《換熱器設(shè)計手冊》第頁的表，獲取到表14參數(shù)：
表14 板外直徑及允許偏差
依照已知，所得折流板的外直徑是 （30）
3.1.5 折流板間距
最小間距則肯定是大于圓筒直接的零點二倍，最大間距如表15所示：
表15 最大無支撐跨距
已得取管子外徑為25mm，材質(zhì)是鋼，則跨距選定1850mm。
3.2 防沖與導(dǎo)流
設(shè)計反沖洗板的目的是防止介質(zhì)從直接影響管道徑向接觸表面的界面流入管道。 由于熱交換器設(shè)計為水平熱交換器，因此不需要設(shè)置迂回管，管道介質(zhì)是煙氣。 由于煙氣流量高且壓力高，因此必須在管道中設(shè)置防沖板。 無需設(shè)置防沖板，殼側(cè)介質(zhì)為普通水，無明顯腐蝕和腐蝕磨損。
3.2.1 防沖板的結(jié)構(gòu)
瀏覽《換熱器設(shè)計手冊》第的四類防沖板結(jié)構(gòu)，如圖所示：
圖11防沖板結(jié)構(gòu)
依照此設(shè)計條件，可以選取的防沖板型式是。
3.2.2 防沖板的位置和尺寸
公式31是計算防沖板的表面至管殼內(nèi)壁之間的距離。
抗沖擊板表面與殼體之間的長度小于管道外徑的四分之一。防沖板表面與殼體內(nèi)壁之間的距離計算公式依據(jù)《換熱器設(shè)計手冊》第187頁的1-6-10。
（31）
算得碳鋼、低碳合金鋼最小厚度是，不銹鋼最小厚度是。
3.3 拉桿與定距管
3.3.1 拉桿的結(jié)構(gòu)和尺寸
（1）拉桿的結(jié)構(gòu)型式
參見換熱器設(shè)計手冊的第188頁，發(fā)現(xiàn)杠桿有兩種結(jié)構(gòu)；另一種是拉桿結(jié)構(gòu)的拉管；一個是拉桿和折板焊接；前者適用于后者；用于束式熱交換器如圖12所示，管的直徑為14mm
圖12拉桿結(jié)構(gòu)形式
選取拉桿定距管結(jié)構(gòu)。
（2）拉桿的尺寸、直徑與數(shù)量
長度需要根據(jù)拉桿直徑來選擇，據(jù)《換熱器設(shè)計手冊》第188頁的拉桿尺寸圖，如圖13和第189頁表1-6-36拉桿尺寸表11，表12。
圖13 拉桿連接尺寸
表11 拉桿數(shù)量 （mm）
表12 拉桿的直徑 （mm）
查表11與表12可以知道其直徑，根。
3.3.2 拉桿的布置
熱交換器的穩(wěn)定運行對杠桿的布局有很大影響，因此需要設(shè)置杠桿的布局，杠桿位置也會影響傳熱效率，杠桿安裝可以延長使用壽命，邊緣束外部的熱量在交換器設(shè)計布置中杠桿的折疊分布可以以更快的流速提高熱交換器的效率，折疊板必須配置為支撐四個點。
3.3.3 定距管尺寸
外徑換熱器的設(shè)計是不銹鋼換熱器，因此是采用碳鋼定距管的工程設(shè)計。
3.4縱向隔板
這種設(shè)計是雙殼側(cè)熱交換器，帶有垂直表圈，必須設(shè)置垂直表圈以提高殼側(cè)傳熱系數(shù)。應(yīng)注意，垂直邊框的返回通道區(qū)域必須略大于邊框的間隙區(qū)域。 由于隔板與內(nèi)壁之間存在間隙，因此容易產(chǎn)生流體的短路，需要適當(dāng)密封溫度，因為傳熱效率受到影響，并且易于連接到 產(chǎn)生溫差應(yīng)力。主要有兩種密封方法:
(1)固定板換熱器，運用焊接接口，不使用本設(shè)計，省略說明。
(2) 可拆卸連接包裝功能熱交換器的一個優(yōu)點是重要的是可拆卸，因此可拆卸連接的使用由不銹鋼彈簧板，壓縮螺栓，螺母，壓力板和其他發(fā)動機(jī)組成，通過去除螺母可以是分離器。
3.5 封頭、法蘭以及鞍座的選擇
3.5.1 封頭的選用
根據(jù)壓力容器設(shè)計規(guī)范，頭蓋應(yīng)采用16MnR標(biāo)準(zhǔn)橢圓頭材料，厚度為10 mm。
名義厚度：
δ= δd+0.3+圓整= 10mm （32）
有效厚度：
δe=10-c1-c2=8-3-0.3=6.7mmm （33）
得橢圓形封頭h2=25mm,h1=178mm
3.5.2 法蘭結(jié)構(gòu)類型
必須選擇可移動堆棧連接，因為它需要管道移除和清潔過程，而不是外殼移除和清潔過程的一般維護(hù)。此外，由于頭頂容易放松，應(yīng)設(shè)置防止放松的機(jī)制，以配合耳朵停止放松。
3.5.3 鞍座的選擇
此次設(shè)計的是F110填料函式換熱器，選用鞍式支座。
4 填料函式換熱器部分強(qiáng)度設(shè)計及校核
4.1 管子與管板連接拉脫力的校核
4.1.1 換熱管軸向應(yīng)力
（1）根據(jù)前面所選的換熱管材料查GB150-2011查得設(shè)計溫度下?lián)Q熱管的許用力為
對殼程的設(shè)計壓力=，=0
（2）以管程的設(shè)計壓力Ps=1.05MPa
（3）殼程的設(shè)計壓力Ps=0.95MPa，管程的設(shè)計壓力Pt=1.05MPa，同時作用
綜上，符合要求。
4.1.2 換熱管與管板連接拉脫力
由GB151-1999規(guī)定
換熱管與管板焊腳高度l=2mm
(1) 以殼程的設(shè)計壓力Ps=0.95MPa,Pt=0MPa：
(2) 以管程的設(shè)計壓力Pt=1.55MPa,Ps=0MPa：
（3）殼程的設(shè)計壓力Ps=0.95MPa，管程的設(shè)計壓力Pt=1.05MPa，同時作用：
∴管子與管板連接拉脫力符合要求。
4.2徑向應(yīng)力
計算管板中心法蘭預(yù)緊力矩Mfo (r= o)、管分布區(qū)域外圍(r=Rt)和邊緣(r= R)引起的徑向應(yīng)力。
（1）以殼程設(shè)計壓力Ps=0.95MPa,Pt=0MPa：
（3）
（4） 以 (2）管程設(shè)計壓力Pt=1.05MPa,Ps=0MPa：
4.3.1 計算設(shè)計力矩M和管板延長部分的法蘭應(yīng)力
Ps=0.95MPa,Pt=0MPa
以管程設(shè)計壓力Pt=1.05MPa,Ps=0MPa：
4.2.2 應(yīng)力校核
管程設(shè)計壓力Pt = 1.05MPa，PS = 0MPa：
設(shè)計溫度下管板許用應(yīng)力
設(shè)計溫度下管板力
(
∴ 管板符合標(biāo)準(zhǔn)。
4.3 管板厚度計算
4.3.1 管板參數(shù)計算
未被換熱管支承的面積計算如下
管板布管區(qū)面積:
t = 1.732 ns2 +d = (55)
管板布管區(qū)當(dāng)量直徑：
(56)
系數(shù)為
4.3.2 結(jié)構(gòu)尺寸
根據(jù)先面選用的尺寸大?。簩挾萣f=133mm, 厚度δfˊ=40mm，厚度δ=50mm
==== =
由/Di=8/700=0.011和/Di=40/700=0.057,查圖26得=0.006；
由/Di=8/700=0.011和/Di=36/700=0.051,查圖26得=0.001.
管板開孔前的抗彎剛度：
旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)：
管板布管區(qū)當(dāng)量直徑：
由GB151-1999的圖19、圖20和圖21，可以查得：
,
4.3.3 管板應(yīng)力計算
管中心處的徑向應(yīng)力（r=0）計算管分布區(qū)域（r=RT）和管邊緣（r=R）的周邊。 這是另一個計算。
以殼程設(shè)計壓力Ps=0.95MPa,Pt=0Mpa、
以管程設(shè)計壓力 Pt=1.05MPa,Ps=0MPa：
4.3.4 操作力力矩
計算基本法蘭力矩Mm，操作工況法蘭力矩Mp
4.3.5法蘭預(yù)緊力
計算法蘭預(yù)緊力矩Mfo
(1）Ps作用下：
(2) Pt作用下：
4.4 法蘭的強(qiáng)度校核
4.4.1 墊片
墊圈放置在管板和法蘭之間，以增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少松動的可能性，并有效地防止容器泄漏。
查閱《化工設(shè)備設(shè)計書——化工容器》表7-1，可以得知D=775mm, D=735mm，厚度δ=6mm石棉橡膠墊片。墊片系數(shù)m=2.0mm，預(yù)緊力y=11MPa。
墊片的有效密封寬度
接觸寬度N＝10mm，基本密封寬度bo＝N/2=10/2=5mm
根據(jù)GB150－1997，當(dāng)bo<6.4mm時，
(34)
墊片壓緊力作用中心圓直徑
當(dāng)b0<6.4mm時，墊片壓緊力作用中心圓直徑
(35)
最小墊片壓緊力
預(yù)緊狀態(tài)下壓緊力：
N (36)
操作狀態(tài)下壓緊力：
N (37)
4.4.2 螺栓
（1）查取標(biāo)準(zhǔn)HG20634-1997，選取35CrMoA作為螺栓材料，尺寸為M20160的雙頭螺柱，從GB150-2011表12，螺栓在常溫下[σ]b為8.45MPa，設(shè)計溫度[σ]tb為191.25MPa，n為40個。法蘭徑向尺寸，，螺栓最小間距
檢查標(biāo)準(zhǔn)HG20634-1997，選用35CrMoA作為螺栓材料，尺寸為M20160雙頭螺柱，從GB150-2011表12中，螺栓室溫[σ]b為8.45Mpa，設(shè)計溫度[σ]tb為191.25mpa, n為40。法蘭徑向尺寸，，螺栓最小間距
(2)螺栓載荷
預(yù)緊狀態(tài)下螺栓載荷：
N (38)
操作狀態(tài)下螺栓最小載荷：
N (39)
最小螺栓面積
預(yù)緊狀態(tài)下螺栓面積：
(40)
操作狀態(tài)下螺栓面積：
故最大值為Am=2901.19mm2
實際螺栓面積：
Ab≥Am ,符合設(shè)計要求
在預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計載荷：
在操作狀態(tài)下的螺栓設(shè)計載荷：
4.4.3 法蘭
法蘭厚度
（1）法蘭力距
mm
（49）
（2）預(yù)緊狀態(tài)下和操作狀態(tài)下的法蘭力矩分別如下：
(51)
(52)
=
4.4.4 法蘭設(shè)計力矩
法蘭材料選用Q235-B，在設(shè)計溫度80℃下的許用應(yīng)力
4.5 壓力試驗
4.5.1 管程圓筒
設(shè)計壓力P＝1.05MPa， 設(shè)計溫度330℃，試驗壓力：
不同元件采用的材料各有差異，其應(yīng)用比為[σ]/[σ]t，得到其最小值。
應(yīng)力校核：
查《化工設(shè)備用鋼》 的表9-13
σS=180.2MPa,
∴滿足設(shè)計要求。
4.5.2 殼程圓筒
設(shè)計溫度=80℃，壓力=0.95MPa,各元件材料許用應(yīng)力比[σ]/[σ]t小就是符合設(shè)計要求。
應(yīng)力校核
σS=170.2MPa,
∴滿足設(shè)計要求。
4.6 開孔補(bǔ)強(qiáng)的計算
4.6.1 概述
假如開口尺寸規(guī)格小，可以連接導(dǎo)管，目的是減弱管控的硬度。
4.6.2 殼體開孔補(bǔ)強(qiáng)
按照GB150-2011的規(guī)定，不考慮孔的加固情況如下：
（1） 殼體設(shè)計壓力小于2.5mpa；
（2） 接管公稱外徑不得大于89mm
（3） 符合BG150-2011規(guī)定的要求。
5 填料函式換熱器的制造、安裝、檢驗、防腐，清洗和維修
5.1 概述
它廣泛用于管式和貝類熱交換器，在工業(yè)生產(chǎn)中具有很高的地位。 特別是，該熱交換器可以大大提高效率，并且具有成本低，結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便的優(yōu)點。
5.2 材料驗收
選材是根據(jù)材料制造工藝，焊接性能，工作環(huán)境，腐蝕等設(shè)計的關(guān)鍵點之一，因此通過計算和要求，考慮合適的材料是設(shè)計的關(guān)鍵點之一。選擇，經(jīng)濟(jì)以及工作效率的設(shè)計工作重點得到。
5.3 填料函式換熱器的制造
5.3.1 殼體圓筒
由于需要頻繁的泵束，有必要確定殼體圓筒的內(nèi)徑誤差，橫截面的最小和最大差異，以及直線度誤差，以確保熱交換器的優(yōu)異性能和使用壽命。
（1）在相同橫截面的殼體圓柱體上，最大直徑和最小直徑之間的差值小于橫截面設(shè)計內(nèi)徑的5％，即小于40mm。
（2）殼體圓柱的線性度可以產(chǎn)生4.5毫米的偏差。
（3）中心線的水平和垂直表面需要是直的（即沿著圓的四個位置的直線）。
（4）焊接尺寸：高度0至2毫米。 焊接寬度50mm內(nèi)的最大寬度和最小寬度之差小于2mm，焊接的總寬度小于3mm。
5.3.2 管箱
管道箱將從管道流入管道的煙氣均勻分布，使流體被收集。管盒的設(shè)計在很大程度上影響著介質(zhì)的熱交換穩(wěn)態(tài)，加工難度較大。因此，應(yīng)該特別注意它。在這種結(jié)構(gòu)中，通常只有一個焊縫，焊接在分離器的一側(cè)。分層隔板上應(yīng)設(shè)置直徑為6mm的透明孔。分離器厚度大于10mm的切削刃為10mm，切削刃長度為一比四。
5.3.3 管板
作為連接機(jī)構(gòu)，管板以各種方式連接管道和箱子。在填充功能換熱器的設(shè)計中，前一章對管板和管板進(jìn)行了詳細(xì)的分析，運用延長焊接的方法，此處不再重復(fù)說明。
5.4換熱器的安裝
安裝熱交換器的主要前提是熱交換器在安裝后不會下沉，熱交換器管在操作過程中不會引起大的變形。
熱交換器的安裝是一個持續(xù)改進(jìn)和試驗過程。因此，需要反復(fù)進(jìn)行操作才可得出準(zhǔn)確的安裝流程。 在安裝的初始階段，必須修理墊鐵的底面，這有利于熱交換器的穩(wěn)定性。然后，放置熱交換器主體，并使用最終水平儀進(jìn)行調(diào)平。
5.5清洗
其他換熱器易拆卸，結(jié)構(gòu)緊湊，結(jié)構(gòu)簡單，換熱器清洗非常方便，兩臺安裝速度非?？臁Ｇ鍧嶞c是除垢。外殼和管道工藝都需要定期清洗。殼內(nèi)的水處理容易結(jié)垢，并能有針對性地去除結(jié)垢。
由于煙氣中可能含有大量的酸性物質(zhì)，因此有必要對換熱管進(jìn)行進(jìn)一步的防腐處理，具體到煙氣的具體成分，然后再做相應(yīng)的防腐處理。
5.6換熱器的防腐
由于熱交換器結(jié)構(gòu)緊湊，日常生活中的操作損失不大，一般熱交換器的使用壽命很長，可以滿足普通設(shè)備更換的需要。 基本上，如果是防銹的目的，熱交換器可以獲得長壽命。
5.6.1換熱管的防腐
由于煙氣中可能含有大量的酸性物質(zhì)，需要更換熱管進(jìn)行防銹處理，而煙氣成分應(yīng)具體到相應(yīng)的防銹工藝，對產(chǎn)品的化學(xué)腐蝕，注意熱管的化學(xué)特性由于工業(yè)生產(chǎn)中試管的高溫，必須重點放在金屬保護(hù)層的設(shè)置上。
5.6.2管子與管板、折流板連接處的腐蝕
由于應(yīng)力大小的存在，很容易出現(xiàn)裂縫，管道與擋板連接處斷裂，一般由于管道過長，且存在縫隙，因此其連接處區(qū)域已成為腐蝕的“重災(zāi)區(qū)”。
5.7 填料函式換熱器的操作與維護(hù)
換熱器工作條件危險、煙氣溫度高、壓力大，換熱器的技術(shù)管理、精心操作和維護(hù)對安全生產(chǎn)具有絕對意義。
5.7.1換熱器的正確使用
（1） 使用熱交換器，一次檢查閥門的開關(guān)狀態(tài)，并觀察壓力表，安全閥和報警
（2） 為了使閥門平穩(wěn)工作，必須緩慢地打開和關(guān)閉閥門，以便可以平穩(wěn)地升高或降低壓力，減少溫差應(yīng)力。
（3） 嚴(yán)格控制發(fā)生在控制之外的許多要求，并應(yīng)逐步停止換熱器工作的所有部分。
（4） 如果熱交換器的壓力元件的裂紋，鼓組和壓力參數(shù)發(fā)生突然變化，則需要立即采取措施并與設(shè)計人員聯(lián)系。
5.7.2換熱器的科學(xué)管理
學(xué)生生產(chǎn)是連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)是一個環(huán)節(jié)，其次是一個環(huán)節(jié)，特定機(jī)器的故障可能導(dǎo)致整體停產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，提高經(jīng)濟(jì)效益，因此，壓力容器必須科學(xué)管理。以提升換熱器的導(dǎo)熱效率。
（1）建立和完善換熱器技術(shù)檔案，如原材料，維護(hù)，使用記錄，事故記錄，使用時間和使用條件，以方便后續(xù)維護(hù)和生產(chǎn)。
（2）開發(fā)技術(shù)管理系統(tǒng)專用組，制定個人計劃，制定安全操作程序，定期檢查系統(tǒng)，事故報告系統(tǒng)等，并有相應(yīng)的要求。
（3）主要內(nèi)容的維護(hù)和檢查，設(shè)備的定期維護(hù)檢查是必不可少的，定期維護(hù)時間應(yīng)根據(jù)具體的工作條件和維護(hù)記錄確定。 關(guān)于維護(hù)檢查可以說同樣的事情。 這里我們主要參考設(shè)備的操作，我們需要定期檢查設(shè)備的煙霧，溫度，外觀，內(nèi)部和外部聲音。
5.8換熱器的定期檢驗
在通常使用的熱交換器中，不同的傳統(tǒng)方法用于測試熱交換器的所有壓力部件和附件，以解決早期檢測問題的問題，不僅節(jié)省時間而且提高生產(chǎn)效率，以及 有效防止許多生產(chǎn)事故的產(chǎn)生
5.8.1外部檢查
外檢是指換熱器外存在明顯的安全隱患或缺陷時，應(yīng)按規(guī)定的步驟立即停止。換熱器運行時應(yīng)進(jìn)行檢查。由于熱交換器的穩(wěn)定運行，可以容易地進(jìn)行外部檢測。 重要的是要注意，由于熱交換器的高溫和高壓，應(yīng)該進(jìn)行現(xiàn)場測試。 檢查的主要內(nèi)容如下。
（1）換熱器的防銹涂層
是否在熱交換器的外表面上存在裂縫，變形或局部過熱
（3）接管焊接部分的熱交換器沒有密封結(jié)構(gòu)的下落或變形
（4）安全附件是否完整，固定腳沒有下沉或傾斜
5.8.2內(nèi)部檢查
進(jìn)行內(nèi)部檢查時，換熱器應(yīng)當(dāng)停止運行，拆卸部件或結(jié)構(gòu)。鑒于煙氣成分的不確定性，應(yīng)每兩年進(jìn)行一次檢測。內(nèi)部檢查的主要內(nèi)容如下。
外部檢查的所有內(nèi)容：
（2）殼體內(nèi)外是否有腐蝕，變形和磨損。
（3）換熱器的所有焊接接頭。 頭過渡區(qū)和其他應(yīng)力集中區(qū)域是否有裂縫。
（4）仔細(xì)檢查所有緊固螺栓
5.8.3全面檢查
綜合檢查是指根據(jù)熱交換器的外部檢查和內(nèi)部檢查進(jìn)一步檢查熱交換器。主要內(nèi)容是壓力測試，主要焊接接頭的無損檢測，以及所有焊接接頭的檢查點檢查。 總檢查時間通常為5年，具體取決于使用條件。綜合考試的具體內(nèi)容和結(jié)果對未來的設(shè)計和使用具有良好的領(lǐng)導(dǎo)意義。
總結(jié)
本次的論文設(shè)計是一個漫長的過程，也是一個學(xué)習(xí)的經(jīng)歷，在設(shè)計的過程中了解了生產(chǎn)的整個過程，一件產(chǎn)品的問世，從加工零件毛坯的選擇，到粗基準(zhǔn)、精基準(zhǔn)選擇，到加工夾具的選擇和設(shè)計，再到加工工藝的過程，種種的一切都是環(huán)環(huán)相扣，每一
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