固定管板式換熱器設(shè)計(jì)說明書(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 側(cè)深度應(yīng)該滿足這樣的要求：使連接間流體流動(dòng)的橫截面積至少大于或等于單管程通過的截面。其結(jié)構(gòu)型式有以下幾種：⑴A型（平蓋管箱）如圖（a）裝有管箱平蓋（或稱盲板），清洗管程時(shí)只要拆開盲板即可，而不必拆卸整個(gè)管箱和與管箱相連的管路，缺點(diǎn)是盲板機(jī)構(gòu)用材多，且尺寸較大是得用鍛件，耗費(fèi)量大，機(jī)械加工時(shí)，提高了制造成本，并增加了一道密封的泄露的可能，一般多用DN＞900mm的浮頭式換熱器。⑵B型封頭管箱型 如圖（b），用于單程或多程管箱，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造，適于高壓，清潔介質(zhì)，可省掉一塊造價(jià)高的盲板、法蘭和幾十對(duì)螺栓，且橢圓封頭受力情況要比平端蓋好的多，缺點(diǎn)是檢查管子和清洗管程時(shí)必須拆下連接管道和管箱。⑶C型、D型管箱 這種形式是管箱一端與殼體及管板連成一體，或是用于可拆管束與管板制成一體的管箱，另一端可采用A型結(jié)構(gòu)，減少了泄露的可能性。一般用的較少，只在高壓情況下使用。圖35 管箱結(jié)構(gòu)形式本換熱器由于壓力不高，而且管程為4程所以采用B型管箱。管板在換熱器的制造成本中占有相當(dāng)大的比重，管板設(shè)計(jì)與管板上的孔數(shù)、孔徑、孔間距、開孔方式以及管子的連接方式有關(guān)。1本換熱器采用的是選用固定管板兼作法蘭形式的管板。圖36 管板結(jié)構(gòu)這種管板結(jié)構(gòu)尺寸，在依據(jù)確定的設(shè)計(jì)壓力，殼體內(nèi)徑來選擇或設(shè)計(jì)法蘭，然后根據(jù)法蘭相應(yīng)結(jié)構(gòu)尺寸來確定管板的最大直徑，密封面位置、寬度、螺栓直徑、位置、個(gè)數(shù)等等，根據(jù)上述確定的殼體內(nèi)徑D＝1100mm和設(shè)計(jì)壓力PN＝，根據(jù)JB47072000確定法蘭D＝1260mm D1=1215mm D2=1176mm D3=1156mm D4=1153mm δ=76mm d=27mm。螺柱規(guī)格M24，數(shù)量n=362管板孔直徑和允許公差，允許偏差為+ 03管板材料在選擇管板材料時(shí)，除了考慮力學(xué)性能外，還應(yīng)考慮管程和殼程流體的腐蝕性能，以及管板和換熱管之間電位差對(duì)腐蝕的影響。本換熱器所采用的材料是16MnR。封頭屬壓力容器中鍋爐部件的一種。通常是在壓力容器的兩端使用的。再有就是在管道的末端做封堵之用的一種焊接管件產(chǎn)品。壓力容器封頭的種類很多，分為凸形封頭、錐殼、變徑短、平蓋及緊縮口等，其中凸形封頭包括半球形分頭、橢圓形封頭、蝶型風(fēng)頭和球冠形封頭。采用什么樣的封頭要根據(jù)工藝條件的要求、制造的難易程度和材料的消耗等情況來決定。1） 半球形封頭，在均勻壓力作用下，薄壁球形容器的薄膜應(yīng)力分析為相同直徑圓筒的一半，故從受力分析來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但缺點(diǎn)是深度大，直徑小時(shí)，整體沖擊困難，大直徑采用分瓣壓其拼焊工作量較大。半球封頭常采用在高壓容器上。2） 橢圓形封頭是由半個(gè)橢圓面和短圓筒組成的，由于封頭的橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力分布比較均勻，且橢圓形封頭深度較半球封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中、低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭。3） 蝶型封頭是帶折邊的球面封頭，該邊緣彎曲應(yīng)力與薄膜應(yīng)力疊加，使該部分的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他部分，故應(yīng)力狀況不佳。但過度環(huán)殼的存在降低了封頭的深度，方便了成型加工，且壓制蝶型封頭的鋼模加工簡(jiǎn)單，使蝶型封頭的應(yīng)用范圍較為廣泛。4） 錐殼，軸對(duì)稱錐殼可以分為無折邊錐殼和折邊錐殼，由于結(jié)構(gòu)不連續(xù)，錐殼的應(yīng)力分布并不理想，但是其特殊的結(jié)構(gòu)形式有利于固體顆粒和懸浮或粘稠液體的排放，可作為不同直徑圓筒的中間過渡段，因而在中、低容器中使用較為普遍。對(duì)受均勻內(nèi)壓封的強(qiáng)度計(jì)算，由于封頭和圓筒相連接，所以不僅需要考慮封頭本身因內(nèi)壓引起的薄膜應(yīng)力，還考慮與圓筒連接處的不連續(xù)應(yīng)力。連接處總應(yīng)力的大小與封頭的幾何形狀和尺寸，封頭與圓筒厚度的比值大小有關(guān)。法蘭的基本結(jié)構(gòu)形式按組成法蘭的圓筒、法蘭環(huán)及錐頸三部分的整體性程度可分為松式法蘭、整體法蘭和任意式法蘭三種。1） 松式法蘭：指法蘭不直接固定在殼體上或者雖固定而不能保證與殼體作為一個(gè)整體承受螺栓載荷的結(jié)構(gòu)。適用于有色金屬和不銹鋼制設(shè)備或管道上。且法蘭用碳素鋼制作，以節(jié)約貴重金屬。但法蘭剛度小，厚度較厚，一般只適用于壓力較低的場(chǎng)合。2） 整體法蘭：將法蘭與殼體鍛或鑄成一體或經(jīng)全熔透的平焊法蘭，這種結(jié)構(gòu)能保證殼體與法蘭同時(shí)受力，使法蘭厚度可以適當(dāng)減薄，但會(huì)在殼體上產(chǎn)生較大應(yīng)力。其中的帶頸法蘭可以提高法蘭與殼體的連接剛度，適用于壓力、溫度較高的重要場(chǎng)合。3） 任意法蘭：從結(jié)構(gòu)來看，這種法蘭與殼體連成一體，但剛性介于整體法蘭和松式法蘭之間，這類法蘭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，故在低壓容器或管道中得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)JB/T47022000故選用整體式乙型平焊法蘭。設(shè)備墊片主要有：非金屬墊片、纏繞墊片和金屬包墊片。一般情況下，非金屬軟墊片適用于甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭、長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，法蘭密封面式為光滑密封或凹凸密封面。纏繞墊片適用于乙型平焊法蘭、長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，法蘭密封面式為光滑密封或凹凸密封面以及榫槽密封面。金屬包墊片適用于乙型平焊法蘭、長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，法蘭密封面式為光滑密封或凹凸密封面以及榫槽密封面。本換熱器殼程和管程介質(zhì)為泵用冷卻水和循環(huán)水，工作溫度與壓力不高，采用非金屬墊片，可以按照J(rèn)B/T4720進(jìn)行選用與驗(yàn)收。本換熱器是臥式換熱器，換熱器鞍式支座可按JB/T4712 選用。鞍式支座在換熱器上的分布應(yīng)按下列原則確定： a）當(dāng)L≦300mm時(shí) ，取Ls=（～）L b) 當(dāng)L3000mm時(shí) 取Ls=（～）L c）盡量使Lc和Lc1相近圖37 鞍座第4章 換熱器的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管子與管板的連接，在管殼換熱器的設(shè)計(jì)中，是一個(gè)比較重要的結(jié)構(gòu)部分。它不僅加工工作量大，而且必須是每個(gè)連接處在設(shè)備的運(yùn)行中，保證介質(zhì)無法泄露及承受介質(zhì)壓力的能力。管子與管板的連接形式有強(qiáng)度脹接、強(qiáng)度焊接與脹焊接的混合結(jié)構(gòu)。無論采用何種連接方式，都必須滿足以下兩個(gè)條件:連接處保證介質(zhì)無泄漏的充分氣密性。承受介質(zhì)壓力的充分結(jié)合力。強(qiáng)度脹接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，換熱管修補(bǔ)容易。由于脹接管端處在脹接使產(chǎn)生塑性變形，存在著殘余應(yīng)力。不銹鋼管與管板無論壓力大小，溫度高低，一般均采用焊接結(jié)構(gòu)，目的是消除換熱管與管板孔的間隙，從而消除間隙腐蝕。管板與殼體的連接依據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)形式分為可拆連接及不可拆連接。可拆連接主要用于浮頭式，U型管式和填料函式換熱器的固定端管板，不可拆連接在剛性結(jié)構(gòu)換熱器中采用，其兩端管板的內(nèi)側(cè)面直接焊在殼體上，而根據(jù)兩端管板的外側(cè)面連接形式又分為管板兼法蘭和不兼作法蘭。目前用于管側(cè)介質(zhì)壓力及密封性能要求不高的場(chǎng)合即通常稱為固定管板式換熱器；后者多見于管側(cè)壓力很高或密封性能要求也高的高溫高壓換熱器中。本設(shè)備選取了延長(zhǎng)部分兼作法蘭的管板。如圖為常見的兼作法蘭的管板與殼體連接結(jié)構(gòu)，根據(jù)具體情況也可選用其他形式的結(jié)構(gòu)。其使用壓力及場(chǎng)合主要根據(jù)焊縫是否焊透及焊縫受力的情況。可焊透結(jié)構(gòu)及對(duì)接焊縫使用壓力則較高，反之則較低，如圖（a）為角焊縫，無論采用對(duì)接雙面焊，但是進(jìn)行殼程強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，只能依這里的焊縫為最薄弱環(huán)節(jié)取用適于殼體板厚大于10mm，殼程壓力Ps≦1MPa，不適用于易燃、易揮發(fā)及有毒介質(zhì)的場(chǎng)合。圖（b）、（c) 形式的焊接質(zhì)量科大大提高，因此適適用在壓力較高（Ps≦4MPa），設(shè)備直徑較大，管板較厚的場(chǎng)合。圖（b）（e）形式的使用壓力更高，一般 Ps，其焊接結(jié)構(gòu)性能已由交接變?yōu)閷?duì)接，故承載能力更佳。在選定上述結(jié)構(gòu)形式時(shí)，要特別注意殼程介質(zhì)有無間隙腐蝕作用，則只能選擇圖（b）（d）兩種不