冷油器设计(编辑修改稿)

冷油器设计(编辑修改稿)内容摘要：

带入 paP 4 7 32 5 8 1 39。 21  6 0 42 5 8 39。 22  ）（P PaP 1 0 4 4 0) 6 0 4 7 3(  12 4. 结构设计及强度校核 结构设 计和强度校核是换热器设计中最重要的部分之一，包括对换热器的壳体、管箱短节、管板、接管、法兰、封头、蒸汽出口和支座等零部件的设计。 壳体设计和强度计算 根据换热器壳体类型，考虑到操作难度，换热介质和造价费用，选择 U 型管换热器 因为壳体公称直径大于 400mm，使用板材卷制壳体和管箱壳体，材料采用Q245R，按照有关表格，此次设计 U型管壳体壁厚取 8mm，其中都包括厚度附加量 C2=3mm。 筒体强度计算： 由工艺设计给定设计温度 74℃，设计压力 Pc=，筒体材料为 Q245R，钢板 标准为 GB/T32742020，热轧、正火钢板。 则 设计厚度  = PDPc it c2[ ]  = 计算厚度 +3= 有效厚度 e =n C1 C2= 5mm 水压实验： PT = [][]t = MPa 所选材料的屈服应力为 235MPa 水压试验应力校核 T = p DT i ee.( ). 2 = MPa 13 试验压力允许通过的压力水平为 T s = 水压强度满足要求。 折流板的设计 本设计采用最常用的弓形支持板，在弓形支持板中，流体在板间错流冲刷管子，而流经支持板弓形缺口时候是顺流经过管子后进入下一板间，改变方向，流动中死区较少，比较优越。 结构比较简单，一般的标准换热器都采用弓形支持板。 弓形支持板主要参数是切口高度 h 和挡板间距 B。 切口高度一般是直径的2025%为宜，而板间距 B 的选取最好使壳体直径处的管间流动面积与支持板切口处的有效流动面积近似相等。 这样可以 减少介质在通过缺口前后由于流通面积的扩大与收缩而引起的压力损失。 而上述原则下确定的尺寸 h 和 B 并不是绝对的，应考虑制造、安装以及实际情况进行圆整以及调整为适于公称加工的尺寸。 综合GB1511999 的最小支持板间距和厚度，取间距为 200mm，厚度 6mm，支持板的布置参照零件图。 拉杆设计 支持板一般均采用拉杆与定距管等元件与管板固定，本设计固定方式采用螺纹焊接方式。 拉杆一端插入管板并与管板采用螺纹拧入，然后将每块折流板焊接在拉杆上，不需要定距管，详见装配图。 根据 GB1511999 换热管外径 25 的拉杆直径为 16mm，表 44 可以查得拉杆数为 6根。 拉杆位置：拉杆占据换热管位置，均匀布置在管束外边缘。 管箱短节设计 管箱结构设计 管箱的作用是把管道来的管程流体均匀分部到各传热管把管内流体汇集在一起送出换热器。 在多管程换热器中还起到改变流体流向的作用。 管箱结构分类： 14 A 型：装有盲板，清洗管程只要拆开盲板即可，而不必拆卸整个管箱。 缺点是盲板结构用材多，且尺寸较大时得用锻件，成本高，且有泄漏的可能，多用于DN900mm 的浮头式换热器。 B 型：用于单程或者多程管箱，优点 是结构简单，便于制作，适用高压，清洁介质，造价低廉，且椭圆封头受力情况比平端盖好，缺点是检查管子和清洗管程必须拆下连接管道和管箱，但这种形式用得最多。 C、 N 型：管箱端与壳体及管板连成一体，或者是用于可拆管束与管板制成一体的管箱，另一端可采用 A 型结构，减少泄漏的可能性，一般少有用，只在高压情况下采用。 C 型：多管程换热器的介质返回管箱。 D 型：单管程换热器管箱。 结合本设计具体情况采用 B型管箱 管箱长度，除考虑流通面积、各相邻焊缝之间的距离外，还应考虑管箱中内件的焊接和清洗。 因此 ，对多管程的管箱，除限制最小长度外，还应考虑最大长度。 管箱长度，除考虑流通面积、各相邻焊缝之间的距离外，还应考虑管箱中内件的焊接和清洗。 因此，对多管程的管箱，除限制最小长度外，还应考虑最大长度。 对于 B 型管箱，由《化工单元过程及设备课程设计》公式 )(439。 12g m in mmShENdL pcpi   432gm in39。 39。 LLLL  E 按改文献表 421 选取 计算 15 0 061 5 39。 2g m i n  L 5382561502532260039。 39。 m i n gL 取 gmin39。 L 和 min39。 39。 gL 中较大者，故取 538. 根据作图查得 H值，通过 H 值，查该文献表 421 查取管箱最大长度为 600，因为 B型管箱 gminL gL gmaxL 故取 400mm DN,mm 材料 壳程或管程公称压力 PN， MPa 厚度， mm 600 Q235A/B/C 8 8 8 10 —— —— Q245R 8 8 8 8 12 16 1Cr18Ni9Ti 5 5 6 8 12 18 管箱壁厚按 GB1511999《管壳式换热器》即表 42 规定，材料为 Q245R，MpaPN  时，管箱壁厚 t=8。 强度计算： 由之前的计算知，壳体和管箱壳体外径为 600mm，选取管箱材料与筒体材料相同为 Q245R，钢板标准为 GB/T32742020，热轧、正火钢板。 下面确定其壁厚，取工作压力等于设计压力，则 pc=，提高到管程设计压 力计算，焊接接头系数 。 计算壁厚  = PDPc it c2[ ]  = 设计壁厚 取腐蚀裕量 C2=3mm。 则 e =n C1 C2= 5mm 名义壁厚取 8mm。 16 有效厚度 e =n C1 C2= 5mm PT = [][]t = MPa M P aSe SeDiT )(P T  M p aM p a s 7 2 . 8 0   强度满足要求。 前端管箱封头设计 依据标准 GB1511999《管壳式换热器》，该换热器为单壳程、两管程，故封头选用类型代号为“ EHA”的标准椭圆形封头。 材料选用与筒体相同的材料 Q245R，厚度 t=8mm，其结构如下图 44所示： 图 44 封头结构 封头参数： 根据《 GB/T 251982020》表 ，当 H=175mm，mmDN 600时，iD， 所以 mmDHh i 25460 017 542  mmh 15025175h21  管箱法兰 管箱法兰按 NB/T470212020 选择标准件 ,材料 16Mn。 封头强度计算 下面确定其壁厚，取工作压力等于设计压力，则 Pc=，焊接接头系数 ,受内压（凹面受压）的椭圆形封头的计算壁厚为： 17 2)]2(2[][2iictic hDKpDpKS   与 而对于标准椭圆形封头， K=，故壁厚 设计壁厚 取腐蚀裕量 C2=3mm。 则 此时负偏差为 C1=1mm，则 mmCS d  名义壁厚 可取名义壁厚与筒体相同为 8mm。 有效厚度 PT = t][][ = M P aSe SeDiT )(P T  M p aM p a s 7 2 . 8 0   强度满足要求。 管板设计 管板是换热器的主要部件。 管板的设计是否合理对保证换热器平时的正常运行、节约材 料和降低制造成本都是非常重要的。 97 年之前我们国家都没有自己的管板设计计算公式， 1967 年颁布的《钢制化工容器设计规定》中关于管板的厚度计算也是引用的英国的计算公式。 在当时世界的工业强国大多都有了自己的管板设计计算公式或者相关规定。 而这些管板的强度计算公式大多可以概括为以下几种： （ 1）将管板看作广义弹性基础上受均布载荷的圆板，最大弯矩取决边缘的支承，载荷的大小和几何尺寸等等因素。 mm p D p S c t c 56 . 0 5 . 0 85 . 0 148 2 600 56 . 0 5 . 0 ] [ 2 i                 . 1 C S S d n 4mm C C S S 3 1 8 2 1 n e        18 （ 2）以承受均布载荷为基础加入一定的修正系数来决定管板具有的特性。 （ 3）让换热管保持一定的刚度来为管板的支承，管板看作在固 定支承下的平板，管板的厚度取决管板没有布管的面积，按照平板计算来计算其强度。 各种推导的依据相差很大，采用的假定也不相同，所以造成使用不同的假设，同的公式计算出来的结果相差非常大。 知道现在也没有完全统一的标准。 我们国家《钢制管壳式换热器设计规定》中对管壳式换热器的管板设计方法进行了详细阐述。 使管板的支承情况比较符合实际，但是在推导过程中，还存在一些问题，有待进一步的提高和改进。 因为管板的结构比较复杂，关乎着换热器的设计复杂成都，制造成本和使用性能等。 在管板的设计中主要是选定合适的结构后进行结 构尺寸的确定和强度尺寸的计算。 管板选用碳素钢即材料 Q245R，查相关标准得： MPab 510，s 345，在设计温度下，MPat 170][ 。 选择普通平管板，采用管板延长兼做法兰的结构，这种形式的管板，先要确定壳体的内径，再依照确定的设计压力和壳体的内径在选择或者设计法兰，然后根据法兰的相应尺寸来确定管板的最大外径，密封面的位置、宽度、螺栓直径、位置和螺栓使用数量等。 如图 45 所示，依据《石油化工过程设备设计》表 234确定尺寸，具体如表 43所示： 19 DN=600 管板尺寸表 Ps MPa Pt MPa D D1 D3 D4 D5 b 螺柱 （栓） 规格 数量 790 750 700 730 698 32 M00 24 管板的连接 管板的连接主要是讨论管板与壳体的连接方式，管板与换热管的连接方式和管板与管箱的连接方式三种。 管板与壳体的连接 管板与壳体的连接与换热器的形式密切相关。 固定管板换热器的管板与壳体的连接常常使用的不可拆的方式进行焊接连接，对于浮头式、 U 型管式及填函式换热器等换热器的管板与壳体的连接则常常采用可拆卸的连接方式。 （ 1） 不可拆连接方式 在固定管板式换热器 中，两端的两块管板在通常情况下是直接焊在壳体上，并 20 且兼作法兰的作用。 其中特点是：结构不易焊透，适用于壳程设计压力较低的场合。 当然，如果把焊接结构改为角焊缝为单面对接焊，则是有利于焊接质量的显著提高的，可用于壳程设计压力较高的场合，但是这种结构焊接时不易调整。 这种结构是一种带衬塑环的单面对焊结构，它的使用压力一般是在 1~4MPa。 （ 2）可拆连接方式 一般浮头式、 U 型管式及填料函式换热器中，有一块管板是刚性固定的，为了能让管束能方便从壳体中抽出来进行清洗和检修，所以将一端管板做成可以拆卸的连接方式，即是把 固定端的管板夹在壳体法兰和管箱法兰之间。 对于这种连接方式的管板，当卸下管箱后就可把管板连同管束从壳体中抽出。 如使用中只需经常卸下管箱，不必抽出管束、则可采用这种结构。 管板与壳体的连接在管壳式换热器的设计中是一个比较重要的结构部分，它不仅给加工工作量大，而且必须使每个连接处在设备运行中，保证无泄漏及能承受介质压力。 而本设计采用的是延长部分兼作法兰的管板结构，它的使用压力和场合主要取决于焊缝是否焊透还有焊缝的受力情况。 可以焊透的结构和对接焊缝使用压力则可以稍微高点，比如角焊缝，但是无论壳体其他环焊缝的质量 有多好，都可以采用对接双面焊，用这种焊接方式的时候，在进行壳体强度计算的时候则只能按照这里的焊缝为最薄弱的环节取焊缝系数。 管板上开槽是让壳体容易保证与管板对中，这可以让焊接更加方便，当然这种结构只适合与壳体厚度在 10mm 之上的换热器，而且不适用与易燃易爆易挥发和有毒介质的换热器。 从制造工况以及经济和壳体介质性质等方面考虑，我选用了如下图所示的强度焊接方式。 管板与换热管的连接 换热管与管板的连接是列管式换热器制作中最重要的问题之一，它不仅要耗费大量的工作时间，更重要的是这个部位是换热器中的 一个薄弱环节，它的主 21 要失效形式是连接处容易发生泄漏，在高温和热冲击的。