14m³双孔重叠加热半容积换热器的设计

14m³双孔重叠加热半容积换热器的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 摘 要 换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，使流体温度达到 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 流程规定的指标的热量交换设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。双孔重叠加热半容积式换热器内置加热器，主要原理是通过提高管内热媒与管外被加热水的流速，变层流换为紊流换热，充分发挥换热管的热交换作用，消除被加热水的短路现象，大幅度提高传热系数，从而达到提高传热效率，提高供热量。 本设计的双孔重叠加热半容积换热器。对于本设计我做了相关研究，主要包括以下几点:首先确定双孔重叠换热器的结构方案，并说明其工作原理。其次，设计了材料的选取方向以及参考参数进行计算。首先进行工艺计算，确认传热面积、平均温差、估计换热量及产热水量以及传热系数K，计算压力降。 U型管换热器的结构设计，其中包括:筒体内径的确定，管板和换热管的选择、支撑板、折流板拉杆与定距离.防短路结构，吊耳、防冲挡板、法兰的选用、垫片、支座。 U型管换热器开孔、罐体水压试验及其壳体的强度校核、换热器管程水压试验及其壳体强度校核、管板校核 检验与控制，这章主要介绍如何控制及使用此换热器，及需要注意的地方，并且配有图纸。 最后是制造、检验、安装与维修，这里包括个零件的制造的工艺要求，以及装配过程，出现故障的处理方法等等。 最后是结论。 关键字: 工艺计算; U型管换热器设计; 强度校核; 检测与控制; 制 造; 安全及维修 Abstract The heat exchanger is a device which can transfer the heat of the heat fluid to the cold fluid, so that the fluid temperature can reach the index of the process flow. Heat exchanger is a general equipment for chemical, petroleum, power, food and many other industrial sectors, and plays an important role in the production. Double overlapping heating semi volumetric heat exchanger built-in heater, the main principle is through improve the tube of the heat medium and the tube by heating the water flow rate, laminar convective turbulent convection heat transfer, give full play to the heat exchange tube heat exchange effect and to eliminate the short-circuit phenomenon of the water heating, greatly improve the transmission coefficient of heat, so as to improve the heat transfer efficiency, improve the amount of heating. The design of the double overlapping heating half volume heat exchanger. I did the research for the design, mainly including the following several points: first determine Double overlap for the structure design of the heat exchanger, and its work principle. Secondly, the design of the material selection direction and reference parameters are calculated. The process calculation is carried out, the heat transfer area, the average temperature difference, the heat transfer coefficient and the heat transfer coefficient K are calculated, and the pressure drop is calculated. U-tube heat exchanger structure design, including: the inner diameter of the cylinder body are determined, selection of tube plate and a heat exchange tube, a support plate, a baffle plate pull rod and fixed distance. Anti short circuit structure, lug, impingement baffle, the flange of the selection, gaskets, bearings. U tube heat exchanger opening, tank water pressure test and the strength of the shell check, heat exchanger tube pressure test and its shell strength check, tube sheet check. U tube heat exchanger opening, tank water pressure test and the strength of the shell check, heat exchanger tube pressure test and its shell strength check, tube sheet check Inspection and control, this chapter describes how to control and use the heat exchanger, and the need to pay attention to the place, and with drawings. Finally, manufacturing, testing, installation and maintenance, including parts of the manufacturing process requirements, as well as the assembly process, the failure of the processing methods and so on. The last is the conclusion. Key words: process calculation; design of U type tube heat exchanger; strength check; inspection and control; manufacture; safety and maintenance 目 录 第一章 绪论 ...................................................................................... 1 1.1 课题背景 ..................................................................................... 1 1.2 国内外研究动态 .......................................................................... 2 1.3 选题的依据和意义 ...................................................................... 4 第二章 工艺计算 ............................................................................... 6 2.1.设计已知条件 ............................................................................... 6 2.2 确定物性参数 .............................................................................. 6 2.3 确定传热面积 .............................................................................. 6 2.4 平均温度差 ................................................................................. 7 2.5 总传热系数K .............................................................................. 7 2.6 估算换热量及产热水量 ............................................................... 7 2.7 校核传热系数K .......................................................................... 8 2.8 计算压力降 ................................................................................. 10 1.管程压力降Δp ............................................................................ 10 i 2.壳程压力降Δp ........................................................................... 12 s 2.9 本章小结 ................................................................................... 13 第三章 U型管换热器结构设计 ........................................................ 14 3.1 筒体内径确定 .............................................................................. 14 3.2 管板与换热器 .............................................................................. 14 3.3 支撑板 ......................................................................................... 14 3.4 折流板 ......................................................................................... 14 3.5 拉杆与定距管 .............................................................................. 15 3.6 防短路结构 ................................................................................. 16 3.7 防冲挡板 ..................................................................................... 17 3.8 法兰的选用 ................................................................................. 18 3.9 垫片 ............................................................................................. 18 3.10支座 ............................................................................................ 18 第四章 强度校准 ............................................................................... 20 4.1 换热器课客体计算 ...................................................................... 20 4.1.1 筒体 ...................................................................................... 20 4.1.2 封头 ...................................................................................... 20 4.2 罐体计算 ..................................................................................... 20 4.2.1 罐体 ...................................................................................... 20 4.3 开孔补强设计 .............................................................................. 21 4.3.1 接管h j .............................................................................. 21 4.3.2 接管f g .............................................................................. 23 4.4 U型管换热器开孔 .................................................................... 23 4.5 入孔开孔 ..................................................................................... 26 4.6 罐体水压试验及其壳体的强度校准 ............................................ 28 4.7 换热器管程水压试验及其壳体的强度 校准 ............................... 28 4.8 管板校准 ..................................................................................... 29 4.9 本章小结 ..................................................................................... 31 第五章 检测与控制 ........................................................................... 32 副调节器选用正作用，主调节器选用反作用 .................................... 32 第六章 制造、检验、安装与维修 .................................................... 35 6.1 概述 ............................................................................................. 35 6.2 材料验收 ..................................................................................... 35 6.3 筒体的制造 ................................................................................. 36 6.4 封头的制造 ................................................................................. 37 6.5 管板的制造 ................................................................................. 37 6.6 管束的制造 ................................................................................. 38 6.7 接管的制造 ................................................................................. 38 6.8 装配 ............................................................................................. 39 6.9油 漆、包装 ................................................................................ 40 6.10 换热器在使用中常见故障及处理 .............................................. 40 结论 ................................................................................................... 42 致谢 ................................................................................................... 44 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 第一章 绪论 1.1 课题背景 换热器是一种物在料之间传递热量的设备，在石油、化工、冶金、电力、轻工、食品、制药等行业中应用广泛的一种通用设备。在化工设备的装置中换热器几乎占了总设备数量的40%，占了总投资的30%-45%左右。随着工业的快速发展，能源资源的消耗量不断增加，能源的短缺已成为了一个全球性问题。最近几年，一些新型换热器相继问世，随着节能新技术的发展和使用领域不断扩大，利用换热器对工业余热进行回收已经带来了非常显著的经济效益。半容积式换热器是广泛适用于工业和民用建筑等场所的热水供应系统，具有一定的储水量、热能稳定性好。热效率高的特点是，是供热及暖通给排水的理想设备。 随着近代工业的快速发展，以能源为中心的环境、生态等问题日益增加。如今世界各国都在寻找新的能源，同时也更加注重研发新节能新途径。加强传热技术的应用不但能节约能源而且还可以保护环境，大大节约了投资成本。换热器在化工、原子能、石油、动力等工业部门更是广泛应用，因此换热器的传热技术的强化一直以来备受研究人员的重视，各种研究成果也也不断涌现。随着经济的发展，换热器的发展非常迅速，新结构、新材料的换热器不断出现。换热器又称做热交换器，是一种将热流体部分热量传递给冷流体的设备，是实现化工生产过程中热量传递和交换不可缺少的设备之一，例如加热器、冷却器和凝汽器等等;也成为了某一工艺设备的组成主要部分，例如石化、煤炭工业中余热回收的装置等。本文主要介绍的是现有的换热器分类，各种换热器的特点、工作原理以及现应用情况，对目前换热器存在的问题和未来的发展趋势进行了较详细的分析。 半容积式水加热器最早源自于英国，这是一种带有一定适量调节容积的囚藏式的快速水加热器的设备。半容积式换热器的加热器是内置的，它的主要主要原理是通过提高管内的热媒与管外被加热水的流速，变层流换为紊流换热，充分利用了换热管的 1 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 热交换作用，避免了被加热水出现的短路现象，大幅度的提高了传热的系数，从而达到提高传热效率，提高供热量的目的。 半容积换热器有如下几个有优点。1.换热部分为改进的快速换热器，传热系数较高，换热量大，相同容积的该产品的换热量分别相当于传统容积式换热器的5-8倍;2.其中半容积式的特点，使得贮水部分贮有10-20分钟的热水量，被加热水的水头损失?0.2米，因此 它在设置一般自动温控阀的条件下仍能保持供水水压、温平稳、安全、节水、用水舒适的特点;3.加热部分为快速式，罐内贮水全部为热水、无滞水、冷水区、容积利用率达100% 1.2 国内外研究动态 管壳式换热器是目前使用最为广泛换热的设备。它具有很多明显的特点，如:结构坚固、可靠性很高、适用性广泛、便于制造、处理能力很大、生产费用低、供选用的材料范围较广、换热设备的表面清洗很方便、能承受住较高的操作压力以及温度。在大型高温、高压的换热器中，管壳式换热器依然占绝对的优势、是目前应用最广泛的一种换热器。为缓和能源紧张的压力，各国都致力于研究新型、高效、节能的换热器，努力减少消耗，减少环境污染，强化设备传热，提高传热的效率。 1974年前苏联首次提出了横纹管，它利用了一种普通管作为毛胚，在管的外壁由简单滚轧出与轴线垂直的凹槽，同时在管的内侧形成了一圈突起环肋。流体流动经过横纹管环槽处时，能频频发生由于与边界层分离而产生的轴向旋涡，强化了流体的湍流，旋涡不断产生，保持了连续而又稳定的强化作用，横纹管的研究在本国内研究较少，，目前只有华南理工大学对此进行试验，经过其研究表明:在相同流速的情况 [1]下，横纹管的流阻比单头螺旋槽管小。 螺旋扁管是由瑞士Allares公司首先提出的、 由美国Brown公司经过改进的一种换热管。这种传热管由压扁和扭转两个过程制造而成的，由于管的截面积和形状发生了变化，因此流体流动方向和速度也会随之改变，致使湍流加强，边界层减薄，因此传热加强。我国梁龙虎经实验研究表明，螺旋扁管管内膜传热系数通常比普通圆管有着大幅度提高，在低雷诺数时最为明显，可以达到2-3倍;随着雷诺数的增大，通常也可以将传热系数提高到50%以上。开发研制，从而使横槽纹管与螺旋槽管换热器的 [1]应用得到同步发展。 伞板式换热器是用带波纹的伞型板做为传热元件的换热器，是由我国和瑞典在 2 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 20世纪60年代初期的时候，各自独立创制的而成的，它的结构与板式换热器大部分相同。伞板式换热器的特点有以下几点:板片用旋压成形的，不需要大型的冲压设备和十分昂贵的大型冲压模;拆卸、清洗十分方便，板片的数量增减自如，而且能适应传热面积的变化。但是伞板式换热器适用于小流量、小温差、高粘度的流体的换热。它的缺点是:密封周边较长，容易发生泄漏;会受垫片材料性能的限制，不耐高温、高压，通常工作温度要低于120?，工作压力要在1MPa以下;流体阻力较大。 内翅片管是一种带肋的壁面，1971年美国首先提出内翅片管，用于强化管内单相流体的传热。日本，前苏联等国也进行大量的研究工作。 中国换热器产业起步比较晚。1963年抚顺机械设备制造有限公司参考美国TEMA要求的标准制造出了中国第一台管壳式换热器。1965年由兰州石油机械研究所研制出了中国第一台板式换热器，苏州新苏化工机械有限公司(原苏州化工机械厂)在20世纪60年代的时候，研制出了我国第一台螺旋式换热器。在此之后，兰州石油机械研究所首次引进了德国斯密特(Schmidt)换热器的技术，原四平换热器总厂也是引进了法国维卡勃(Vicarb)换热器的技术，国内换热器行业在消化并吸收国外新技术的基础上，开始获得很快的发展。在20世纪80年代后，中国有了自主研发传热技术的新能力，大量的强化元件很快被推向市场中，国内传热技术高潮时期的代表作包括折流杆换热器、新结构高效换热器、高效重沸器、高效冷凝器、双壳程换热器、板壳式换热器和表面蒸发式空冷器等一大批优良的高效的换热器。从进入21世纪后，大量的强化传热技术被应用在工业装置上，我国换热器产业在技术水平上获得了迅速提升，同样板式换热器也是日渐崛起。例如兰石换热设备公司，其板式换热器成功的进入了国内核电建设项目常规和核岛领域中，并陆续的将板式换热器应用于大乙烯项目中和钛白粉成产线领域中。四平巨元瀚洋板式换热器公司也成功的进入了大亚湾二期 [1]岭澳核电站的常规岛和核岛领域。 近几年，我国同样在大型管壳式换热器、大直径螺纹锁紧环高压换热器、高效节能板式换热器、大型板式空气预热器方面取得了重大突破。例如，飞速发展的柏恩品牌(BHE)就诞生与2004年。 2008年8月，由中国石化集团上海 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 公司和中国第一重型机械公司、兰州石油机械研究所、镇海炼化公司共同承担研制的镇海炼化百万吨/年乙烯项目-EO/EG装置大型管壳式换热器国产化研制已经通过了技术鉴定，这标志着我国在大型管壳式换热器领域种已经取得了重大得突破。该换热器是国内正在 3 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 制造的首台换热面积超过10000?的超大型管壳式换热器。2009年4月，中国石化组织专家对“大直径螺纹锁紧环高压换热器国产化研制攻关”项目进行了科学技术成果鉴定。该项目是根据中国石化青岛炼油化工有限责任公司的千万吨级炼油项目中的320万吨/年加氢处理装置开展的，由中国石化工程建设公司、兰州石化机械设备有限责任公司和抚顺机械设备制造有限责任公司共同承担的。该换热器的国产化黄庆军等标志着我国已经具备了独自设计和制造DN2000以下螺纹锁紧环高压换热器的能力，大大降低了石化工程建设费用，单台设备就可以节约了采购资金1400万元，并且更是缩短了交货日期，突破了国外公司垄断地位。2009年6月，由甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司自主研制开发的国产首台10500m2高效节能板壳式换热器—国产国产首台100万吨/年PX装置10910?板式空气预热器在上海通过了出厂验收。该板壳式换热器将应用在中国石油乌鲁木齐石化分公司100万吨/年芳烃联合装置中，是目前国内单台换热面积最大的国产板壳式换热器，其采用的RZ4版型、T型分布器等多项技术均属于国际领先水平，也标志着我国换热器的整体已到达国际先进水平。10500?高效节能板壳式换热器的研制成功是国产板壳式换热器发展中的一个重要的里程碑，它标志着国产板壳式换热器已经跨入了国际领先行列，并将结束同类产品依靠进口的历史。 1.3 选题的依据和意义 随着近年来国家对环保的意识越来越重视，对设备环保，节能的要求也越来越高，如果有效利用的工业余热度热成为研究的热门问题，同时随着人民生活水平的提升，对热水供暖的需求加大，快递传热，稳定供热的环保设备得到更多的认可。而半容积式换热器具有的换热快速，传热系数高，换热量大，容积利用率大，节能，节省空间等优点。目前其只能依靠GB150、等设计标准和 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 进行设计，因而不方便。本半容器式换热器的设计采用波节管传热，U型热交换器，使换热器能迅速产热，提供相对稳定的热水供应。对半容器式换热器的研究具有很大的意义，对以后相关设计标准的规定也有一定的参考价值。 半容器换热器的优点有很多，发展前景可观，但目前国家对此还没有具体的标准，只有不完善、不配套的行业标准，但是常规的U型管换热器的标准，国家是统一的，外侧的热水贮罐是标准的压力容器。在设备的设计和制造中，应尽量使用或接近国家 4 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 标准和行业标准，用国家标准来保证设备的安全性、设计者和制造者的人身安全，在保证安全的前提下，为祖国和人民创造更多的高科技产品。 5 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 工艺计算 第二章 工艺计算 2.1.设计已知条件 已知:卧式贮罐容积:14m?;工作压力(MPa):壳程?0.6MPa，管程?0.6MPa;设计温度(气-水换热)?:热媒蒸汽进口温度:Ti=152?，出口温度:To=75?;壳程循环水进口温度ti=10?，出口温度to=60?，壳程?100?。 2.2 确定物性参数 由已知数据可查《化工原理》得，如下表2-1所示: 进 口 出 口 平 均 密度ρ 定压比热导热系数黏度普朗 特 温 温 温 容Cp 数 Pr Kg/m? λ×10?W/ μ×10^5P 度 ? 度 ? 度 ? (?.?) Kj/kg.? a.s 管程 152 75 113.5 948 4.246 68.54 25.13 1.66 壳程 10 60 35 994 4.174 62.57 72.84 4.87 此外，由上述已知条件取设计温度为160?。管程、壳程的工作压力为:管程?0.6MPa，壳程?0.6MPa,取管程设计压力为1.0MPa，壳程设计压力为1.0MPa。 2.3 确定传热面积 设总传热面积为32?，每个换热器16?，取波纹管长为2850mm，则总面积: A=2n[πdL×1.2+πd×0.1]可得: 波 [3] =A/2[πdL 管子根数n×1.2+πd×0.1] (2-1) 波 6 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 工艺计算 =16/2[3.14×0.019×2.85×1.2+3.14×0.025×0.1]=38 然后，根据管板布置图(管的排列方式为正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列)验算上述估算结果，此外，为了结构上的合理性，每壳程布管数为40根。最后总布置管数为80根。 则总布管后得每个换热器的面积为: A=2n[πdL波×1.2+πd×0.1]=16.9? 2.4 平均温度差 热媒与被加热水的平均温度Δtm: 先按照逆流时计算，因为: 1Δt152,75,,1.54?2 2Δt60,10 所以Δtm按照算数平均温度差算， (，),(，)(152，75),(60，10)T0Tit0ti,,78.5 Δt= (2-2) 22 2.5 总传热系数K 根据波纹管半容器式换热器中，汽-水换热时总传热系数一般范围，首先假设总传热系数K=2500 Kcal/(??h??)=2907W/(???) 2.6 估算换热量及产热水量 Q=KAΔt=2907×16.9×2×78.5=7713.14KW 热媒耗量: Q7713.14，36005,,0.85，10kg/h G= (2-3) hC(T-T)4.246，(152,75)phi0 产热水量: 7 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 工艺计算 Q7713.14，36005 G==1.33×10Kg/h ,cCpc(ti-ti)4.174，(60,10)(2-4) 2.7 校核传热系数K 1. 壳程换热系数α0 换热管的平均直径d=(d+d)/2=(19+25)/2=22mm (2-5) m10 流体横过管束时的流通面积: F=hD(1-d/t) (2-6) 1im =0.325×0.442×(1-0.022/0.032) =0.045? 其中，D——壳体内径442mm 1 t——换热管中心距32mm h——折流板间距400mm 折流板切除高度: ,2,,120H,Dsin,110.5mmi ? (2-7) 4 折流板弦长: ,b,Disin,383mm (2-8) 2 折流板弓形面积 DDii2A,0.(5),-0.5b(,H)2 (2-9) 22 0.4421200.44222 ,0.5，()，，2π-0.5，0.383，(-0.1105) )23602 2,0.03m 管子截面0积与壳体截面积之比: dm2 ,,0.785，()t (2-10) 8 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 工艺计算 0.0222 ,0.785，() 0.032 =0.37 圆缺区内流通面积:F=As(1-β)=0.019 (2-11) 2 几何平均流通面积: A==0.032? (2-12) F1F2m 几何平均流速: Gc Vm= (2-13) 3600，1000Am 1.33，1000000, 3600，1000，0.032 2,1.16m/s DVmc0.025，1.16，994e,, 几何平均雷诺数:Re==39574 (2-14) 0Vc72.84，0.0001 壳程平均换热系数: ,c0.603 α=0.3286(Re)(Pr)0.4 (2-15) 00cDe 0.62570.6030.4 =0.3286××(39574)×(4.87)0.025 2=9151W/(m??) 2. 管程换热平均系数 2[4] α=(1164+17.5tpj-0.0466tpj)w0.64/d0.36 (2-16) i 式中:tpj—水的平均温度 tpj=35? 水的流速 W=1.16m/s W— d—管径 d=0.025m 将上述未知数代入式子得 α=7137W/??? i 3. 传热系数K 9 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 工艺计算 1 K,,w11i，，r，r0，,,,wi0 (2-17) 1 = 110.8，0.01，，9151713717.45 =3380W/??? 2.8 计算压力降 1. 管程压力降Δp i 管程压力降由三部分组成，即: Δp=Δp+Δp+Δpi1rn (2-18) 式中: Δp—流体流过波纹管部分的压力值(Pa) 1 Δp—管程转弯压力降(Pa) r Δp—管箱进出口压力降(Pa) n 上述三项可由下式分别求得: ml,hWi,Wii, Δp=4 (2-19) 12id 4m,hWi,Wi Δp= (2-20) r2 1.5,hVn,Vn Δp= (2-21) n2 式中: ƒ—管内流体的摩擦系数 i W—以波纹管最小的内径计算的流速(m/s) i m—管程数 V—管箱进出口的流速(m/s) n 由下式可得摩擦系数为: -0.25 ƒ=0.035+0.264Re (2-22) ii 10 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 工艺计算 Gh 2 计算: W= iπNt3600,he,e，，DD44 10000000.85，2 = π803600，948，0.025，0.025，，44 =1.27m/s 0.025，2.54，948,eihDV5 雷诺数: Re===2.39×10iVh25.13，0.0001 (2-23) 由(2-22)式子得: -0.25 ƒ=0.035+0.264Re ii -0.25 =0.035+0.264×239000(2-24) =0.047 ml,hWi,Wii, 因此由式子(2-19)得:Δp=4 12id(2-25) 948，1.27，1.272，2850 =4×0.047×× 252 =32770Pa 由式子(2-20)得: 4m4，2，948，1.27，1.27,hWi,Wi,6116Pa Δp== r22 (2-26) 取V=10m/s,因此: n 1.51.5，948，100,hVn,Vn,7100Pa Δp== 由(2-18)式子可得: n22 Δp=Δp+Δp+Δpi1rn =32770+6116+71100 5 =1×10Pa 11 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 工艺计算 2.壳程压力降Δps 壳程压力降由三部分组成，即: Δp=Δp’+Δp’+Δp’ s1rn (2-27) 式中: Δp’—壳程流体在流动路径上所产生的压力降(Pa) 1 Δp’—流体在壳程回弯处产生的压力降(Pa) r Δp’—壳程进出口压力降(Pa) n 而以上三项分别由下式可得: 1zicbb(N，)D,V,V Δp’=40 (2-28) ,,12md 41(Nz，),cVb,Vb Δp’= (2-29) r2 1.5,cVn,Vn (2-30) Δp’=n2 式中: ƒ—壳程流体的摩擦系数; 0 N—壳程折流板的数目; z D—壳体内直径;(m) i d—换热管的平均直径;(m) m ρ—壳程流体的密度;(kg/?) c V—最小流通面积处流速;(m/s) b 由下式可求得摩擦系数: -0.25 ƒ=0.035+0.264Re00 (2-31) 1000000Gc1.33，22 流速: Vb= = 3600，,cAm3600，994，0032 =0.58m/s DVbc0.025，1.16，994e, Rei===19787 (2-32) Vc72.84，0.0001 由(2-31)可得: 12 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 工艺计算 -0.25 ƒ=0.035+0.264Re 0i -0.25 =0.035+0.264×39574 =0.057 根据式子(2-28)得: 1zicbb(N，)D,V,V Δp’=4 0,,12md 4，442994，0..58，0.58， =4×0.057× 222 =9243Pa 根据式子(2-29)得: 41(Nz，),cVb,Vb Δpr’= 2 4，7，994，0.58，0.58 = 2 =4681Pa 根据式子(2-30)得: 1.5,cVn,Vn Δpn’= 2 1.5，994，2，2 = 2 =2982Pa 一般来说对于液体、两侧的压力降一般控制在0.001-0.1MPa 2.9 本章小结 在本章的设计及学习中，初步对换热器有所了解，对自己设计换热器半容积换热器有了大体的轮廓，对接下来的设计有了大体眉目，当然在本章设计中也出现有很多问题。但是通过自己的翻阅资料以及老师的耐心指导与讲解，这写问题也都克服了，最重要的是在本章设计中，我学到了很多东西，同时对自己接下里的设计也更加有信心了。 13 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 14 第三章 U型管的结构设计 第三章 U型管换热器结构设计 3.1 筒体内径确定 筒体内径为DN=450mm 3.2 管板与换热器 用可拆式管板夹持型式，厚度初选为35mm，与法兰连接采用凹凸面密封。分程隔板槽宽14mm,深4mm。 采用普通精度的冷拔钢管即Ι级换热管，其标准长度为3mm，且由于PN=1.0MPa<6.4MPa,不必进行强度计算，换热管选用不锈钢波节换热管，换热管尺寸: 波谷:19mm、 波峰:25mm、壁厚0.8mm，排列方式采用正三角形。换热管中心距S=100mm。 3.3 支撑板 采用弓形折流板，内环直径为外环直径的50%，支撑板外径取442-6=436mm， +0.3内径为436/2=218，支撑板最小厚度取8mm，支撑板管孔Φ25.4mm,材料选00Cr18Ni9钢。 3.4 折流板 折流板选用单弓形折流板，折流板厚度与壳体直径和折流板间距有关，见表4-3所列数据。折流板最小厚度取8mm，折流板缺口高度为壳体内径的25%，则切去圆缺高度为110.5mm,折流板间距B=400mm,管束两端折流板尽可能靠近壳程进、出口接 +0.3管，折流板外径取450-8=442mm,折流板管孔Φ25.4mm，材料选0Cr18Ni9钢，折0 流板与折流板间距300mm。 14 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 U型管换热器结构设计 ,12022折流板切除高度:H=Disin2=44×sin=110.5mm, θ=120?。 44 表4-3 折流板厚度 相邻两折流板间距/mm 壳体公称内径?300 300-450 450-600 600-750 >750 /mm 200-500 3 5 6 10 10 400-700 5 6 10 10 12 700-1000 6 8 10 12 16 >1000 6 10 12 16 16 3.5 拉杆与定距管 3.5.1 拉杆 [8] 由于换热管内径为19mm，故拉杆采用拉杆定距管的形式，查GB151表43及表44可得450mm内径，8mm壁厚的换热器的拉杆的直径为12mm,上下管板各4根，数量为8。其结构如下图3-6 图3-6 拉杆 15 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 U型管换热器结构设计 [8] 经查GB151，拉杆尺寸如下表3-7 图3-7 拉杆孔示意图 d=12mm，l2=1.5d=1.5×12=18mm nn 3.5.2定距管 定距管的尺寸与所在换热器的换热管规格相同，选用材料为10号钢。 3.5.3折流板、拉杆、定距管的连接 折流板与拉杆和定距管的连接形式如图3-8 图3-8 折流板与拉杆和定距离的连接形式 3.6 防短路结构 3.6.1 旁路挡板 在换热器壳程，由于管束的边缘和分程部位都排不满换热管，因此这些部位会形 16 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 U型管换热器结构设计 成旁路。为了防止物料在这些部位短路，可以在管束边缘的合适位置上安装旁路挡板和在分程部位的合适位置上安装假管，从而增大旁路的阻力，迫使物料通过管束进行换热。 在DN小于500mm时需设1对挡板，因为DN=450 mm，但由于布管比 较稀疏，所以设1对旁路挡板。挡管取2根为宜。其结构如图3-9 图3-9 旁路档管 3.6.2 档管 档管为两侧堵死的换热管，设置与分程隔板槽背面两管板之间，档管与与换热管 -4排换热管设置的规格相同，与折流板点焊固定。查GB151-1999图48得假管每隔3一根，不应设在折流板缺口处。本设计没有2根档管。 3.7 防冲挡板 [8] 根据GB151-1999的5.11，档当管程采用轴向入口接管或换热管内流速超过3m/s时，应设置防冲板，以减少流体的不均匀分布和对换热管端的冲蚀。换热管内流速为1.5m/s小于3m/s，因此不需要设置防冲板。壳程进口管速较大，因此需要设置防冲板。 [8] 根据GB151-1999的5.14，壳程防冲板的结构为: ? 防冲板表面到圆筒内壁的距离，一般为接管外径的1/4-1/3之间，取壳程接管外径的1/3，即76×1/3=25.3mm，为避免影响的设置，取为50mm， ? 防冲板直径或边长，应大于接管外径50mm，故取防冲板边长为200×290mm。直径100mm。 17 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 U型管换热器结构设计 ? 防冲板的最小厚度，碳钢为45mm，不锈钢为3mm,为了便于制造材料，切防冲板的材料0Cr18Ni9，故取防冲板的厚度为8mm。 ? 防冲板的固定形式采用:防虫吧焊在靠近管板额第一块折流板上。 3.8 法兰的选用 3.8.1 管箱法兰选用 管箱法兰根据设计压力选用，法兰-RF 450-1.0;JB/T4701-2009，由于使用寿命较长，对蜜密封、防腐的要求较高，因此，根据JB/T4704-2009标准，选用垫片450-1.0。法兰材料用450MnR的锻件，锻件质量要求达到二级标准。 3.8.2 接管法兰选用 管程接管法兰根据HG20592-2009标准中选用PL65(B)-10RF法兰，法兰材料选用Q345R(与接管材料相同)。 3.9 垫片 壳程和管箱侧壳体垫片:JB/4704-2000垫片450-1.0，σ=3mm 石棉橡胶板 壳程接管法兰相应垫片:HG/T20606 RF150-10 XB350 材料:石棉橡胶板 管程接管法兰相应垫片:HG/T20606 RF65-10 XB350 材料:石棉橡胶板 3.10 支座 由半容器式换热器系列估算换热质量m=17804.8kg=17405KN，由于该换热器卧式摆放，采用鞍式支座，按照JB/T4712-92标准，选用轻型A型支座，DN=2000。材料为Q235-A?F，筋板与底板的材料选用Q235-A-F，螺栓为M24，垫板材料为0Cr18Ni9.鞍座标记:JB/T4712-92，鞍座A2000-s。 18 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 U型管换热器结构设计 3.11 本章小结 本章暗中工艺的尺寸的要求，按照GB151《管壳式换热器》中的规定对换热器的零件进行选取和设计，通过这个设计选取的过程对各个零件有了较深层次的认识，初步选取相关的材料和部件，对于作用也有了一些了解，本章为制图和强度校准提供数据参数。 19 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 强度校准 第四章 强度校准 4.1 换热器壳体计算 4.1.1 筒体 根据工艺条件壳程筒体的设计压力为p=1.0MPa,焊缝采用双面对接焊局部无损1 探伤，焊接接头系数Φ=0.85，材料选Q345R，[σ]2=183MPa,按照GB6654-1996，取钢材厚度负偏差:C=0.3mm,腐蚀裕量C=1mm，C=C+C=1.3mm 1212 圆筒计算壁厚σ为: 1.0，450t σ=PD/2[σ]Φ-P==1.45mm cic2，183，0.85-1.0 -33) (2 名义厚度:σ=σ+C+C=2.755mm,圆整后取8mm n12 4.1.2 封头 D 由于换热器直径小于900mm，且工作压力不高，故可标准椭圆形封头，即=2，2hK=1.00，其厚度与筒体厚度相同，根据JB/T4737-1992标准，取管箱封头为DN450×8，曲边高度h1=112mm，直边高度取h2=25mm，材料先用Q345R，冲压成型。 4.2 罐体计算 4.2.1 罐体 iD 根据工艺条件壳程同体的设计压力不高，故可选用标准椭圆形封头，即=2，2hK=1.00，其厚度与筒体厚度相同，根据JB/T4737-1992标准，取管箱封头为DN=2000×14-16MnR，曲边高度h1=500mm，直边高度取h2=40mm，材料选用Q345，冲压成型。 20 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 强度校准 4.3 开孔补强设计 标号 数量 公称尺寸(mm) 公称压力(Mpa) 规格(外径×壁厚) 用途或说明 安全阀口 a 1 25 1 Φ36×3.5 热水出口 b 1 65 1 Φ76×3.5 压力表口 c 1 1/2 1 Rc1/2 温度计口 d 1 1 1 Rc1/2 温控接口 e 1 1 1 Rc1 热媒水接口 f 1 65 1 Φ76×5 热媒水出口 g 1 65 1 Φ76×5 被加热水进口 h 1 150 1 Φ159×4.5 排污口 i 1 25 1 Φ36×3.5 被加热水出口 j 1 150 1 Φ159×4.5 4.3.1 接管h j 取接管内水流速为2m/s，则接管内径为: 4，0.374V,0.15mm D== 3.14，2π, (2-34) 取标准DN=150 h接管Φ159×4.5 壳程的名义厚度σ=8mm n 设计压力p1=1.0Mpa，设计温度:150? 壳体和补偿圈的材料均为Q345R，其许用应力为[σ]t=183Mpa，接管材料为Q345R，其许用应力为[σ]t=183Mpa，壳体和接管的附加量为C=2mm， 补强及补强方法的判别 补强判别:允许不另行补强的最大接管外径为Φ89，本开孔外径等于150mm，故需另外考虑其补强。 由先前结构校核结果得出，换热器筒体计算厚度σ=11.27mm，C=C+C=13mm，12接管有效厚度及削弱系数分别如下: t σ=σ-C=4.5-1.3=3.2mm， Fr=[σ]/[σ]=1 etntηr 开孔直径d=150+2C=155mm 开孔所需补强面积: 21 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 强度校准 A=d+2σσ(1-F)=155×1.45=225? (2-35) σBtr 封头多余金属面积: A=(B-d)(σ-σ)=(310-155)×(12.7-11.27)=221.65? (2-36) 1B 取两者较大者，故B=310mm， ? 有效宽度B: B=2d=310mm B=d+2α+2σ=155+2×4.5=192mm (2-37) nnt 取两者较大值，故B=310mm ? 有效高度: ? 外伸有效高度h: 1 d,nt155，4.5 h===26.41mm (2-38) 1 h=200mm(实际外伸高度) 1 取两者较小值，h=26.41mm 1 内侧有效高度: d,nt155，4.5 h===26.41mm 2 h=0mm 2 取两者较小值，故h2=0mm， ? 接管多余金属面积 接管计算厚度: σ=PcDi/2[σ]tΦ-Pc=1.0×150/2×183×0.85-1.0=0.49mm (2-39) 接管多余金属面积:A=2h(σ-σ)-ƒ+2h(σ-C)ƒ=2×26.41×(4.5-0.49) 21ettt2et2r =211.8mm ? 接管区焊接面积A:(焊脚取6mm) 3 12，，6，6,36 A=? (2-40) 32 A+A+A>A,开孔无需补强 123 22 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 强度校准 4.3.2接管f g 管程接管有f: 蒸汽进口(Φ89x4.5 ) g:水出口(Φ89x4.5 )，开孔尺寸一样计算一个即可，以接管f为例计算如下: 取接管内蒸汽流速为10 m/s，则接管内径为: 4，0.0254V D=,0.056mm= 3.14，10π, (2-41) 取标准DN=65 管程流体进出口接管Φ76x5 管程的名义厚度σ= 8mm n 设计压力p=1.0 M Pa，设计温度:100? t t 管箱和补偿圈的材料均为Q345R，其许用应力为[σ]=183MPa，接管材料为Q345R，其许用应力为[σ]t=183MPa，壳体和接管的附加量为C=1.3 mm。补强及补强的方法判别 补强判别:允许不另行补强的最大接管外径为Φ89，本开孔外径等于66mm，故无需另外考虑其补强。 4.4 U型管换热器开孔 1. 椭圆形封头非中心孔处部位开孔补强的计算: Di:封头内直径，2000mm d:开孔内直径，466mm H:曲面高度，500mm x:接管-封头中心距，525mm σ:封头开口处的壁厚，14mm σ:封头开口处的计算壁厚，11.2mm 0 σ:补强圈厚度，8mm t σ:接管计算壁厚，1.45mm t0 σ:补强圈厚度，8mm r 23 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 强度校准 C :封头壁厚附件量，2mm C:接管壁厚附加量，2mm t C:补强圈壁厚附件量，1mm r C:封头腐蚀裕度，1mm 2 C:接管腐蚀裕度，1mm 2t t [σ]:封头材料的许用应力，105MPa t [σ]:接管材料的许用应力，183MPa t t [σ]:补强圈材料的许用应力，183MPa r 椭圆封头计算直径: [(D,D)-4H,H]i2D=D/2H=1-4X,XRii(D,D) 2，2(2，2-4，0.5，0.5),1-4，0.525,3.1mm2，0.52，2 (2-42) 接管开口的计算直径 4662 d===495.3mm (2-43) R2x2x2，5252，5251(-)，()1(-)，()DRDR31003100 接管周围封头补强区的计算宽度: DR(,-C),3100，(4-2),192.9m L= (2-44) 补强圈计算厚度: L= DR(,-,t-Cr-C),3100，(4,8,2,2),78.74mm (2-45) 接管外侧补强区计算高度: d(,t-Ct),466(8-2),52.89mm h= 1 (2-46) 接管内侧补强区计算高度: 0.5d(,t,C,C2t),0.5466，(8,2,1),24.14 h=mm (2-47) 2t h、h之计算值，应分别与其实际数值相比邻，取两者中的较小值 12 接管许用应力比值: 24 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 强度校准 t,[]183t X=，X=1.0，取两者最小值 ,,1.7411t,[]105t 补强圈许用应力比值: t,[]183r X2=，X1=1.0，取两者较小值 ,,1.74t,[]105 封头因开孔削弱需要补强面积: 2 A=0.5σd+σ(σ-C)(1-x)=0.5×11.2×485.3=2773.7mm(2-48) 0R0111 封头多余金属面积: A=L(σ-σ-C)+(σ-C)(σ-σ-C)x 10ttt1 =192.9×(14-11.2-2)+(8-2)×(14-8-2) 2 =178.32mm(2-49) 补强圈的金属面积: 2 A=1(σ-C)x2=78.7×(8-2)=472.44mm2rt (2-50) 接管外侧多余金属面积: 2 A=h(σ-σ-C)x=52.89×(8-1.45-2)=240.65mm31t10t1 (2-51) 接管内侧的金属面积: 2 A=h(σ-C-C)x=24.14×(8-2-1)=120.7mm42tt2t1 (2-52) 一个孔需要的补强面积: 2 A=A-A-A-A-A=1761.6mm 51234 (2-53) 2. 补强圈设计 根据接管公称直径DN450选补强圈，参照补强圈标准JB/T4736取补强圈外径为 D2=760mm，内径取D1=459mm，因B>D2,补强圈在有效补强范围内。 补强圈厚度为: 25 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 强度校准 5A1761.6 σ’= ,,5.85mm21D,D760,459 (2-54) 故需要开孔补强。 考虑钢板负偏差并圆整，补强圈名义厚度为7mm，但为便于制造时准备材料，补强圈名义厚度也可以去筒体厚度，即σ’=8mm 4.5 入孔开孔 入孔开口处直径为Φ500 罐体的名义厚度为σ=14mm n 设计压力p1=1.0MPa，设计温度:150? 客体与补偿圈的材料均为Q235-B，其许用应力为[σ]t=105MPa，入孔筒节材料为Q235-B，其许用应力为[σ]t=105MPa，壳体与入孔筒节的附加量为C=1.3mm。 1. 补强及补强方法的辨别 ? 补强判别: 允许不另行补强的最大接管外径为Φ89，本开孔外径等于500mm，故需另外考虑其补强。 ? 补强计算方法辨别: 开孔直径:d=d1+2C=500+2×14=528mm 本为圆筒上开孔直径d=528mmD，N212 补强圈在有效补强范围内。 3222.882A σ’=,=9.74mm，考虑负偏差，圆整后名义厚度取10mm便于材2-1840-509DD 料制造材料，可取筒体厚度14mm。 4.6 罐体水压试验及其壳体的强度校准 ,[]113 水压试验压力为P=ηp ,1.25，,1.35MParT[11],[]105 ,[] (容器各元件材料不同时，应取各元件材料的比值中小者)。 t[,] ,ieP(D，)1.35，(200，11.7)r,r ,,,136.5MPa[11] ,e,22，11.7，0.85 (2-63) 所有钢板的材料在常温时。 t [σ]=0.9σ=211.5MPa Ts 可见水压试验时罐体应力小于[σ]，水压试验安全。 r 4.7 换热器管程水压试验及其壳体的强度 校准 水压试验压力 ,[]189[10],p,1.25， P==1.29MPa TT[,]183 28 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 强度校准 P—压力容器的设计压力: η—耐压试验压力系数 ,，)1.29，(450，5.7)TeP(Di[10] σ==60.7MPa ,T2,e,2，5.7，0.85 (2-64) ,[] (容器各元件材料不同时，应取各元件材料的比值中小者)。 t[,] t所用Q345R钢板的材料在常温时。σ=345MPa s t [σ]=0.9σ=211.5MPa Ts σ<[σ],水压试验安全 TT 4.8 管板校准 采用A型U型管布置设计，管板材料，16Mn锻件，[σ]t=137MPa。换热管材料，0Cr18Ni9，[σ]t=135MPa。换热管公称直径DN=450mm，换热管规格Φ25×2，管长L0=300mm，换热管根数:80根。管心距S=32mm。 根据设计条件，查JB4701-2000，管箱法兰选:法兰-RF 450-1.0。 垫片G6-450-1.0-2，Φ504/Φ460，σ=3mm。 504-460)/2=22mm。基本密封密度，查GB150-1998，垫片接触面密封密度N=( 表9-1，b0=N/2=11mm。垫片材料:石棉橡胶板。垫片压紧力作用中心圆直径D:c b02.53，11b>6.4mm时:b=2.53==8.4mm。D=487-2×8.4=470.2mm。 0c 沿隔板槽一侧排管根数:n=10，隔板槽两侧相邻中心距S=50mm。 c 在布管范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，因未能被换热管支撑的面积: 2 A=n'S×(Sn-0.866s)=10×32(100-0.866×32)=23132mmd 管板布管区面积: 222 A=1.732nS+A=1.732×40×32+23132=94074mm td 一根换热管管壁金属的横截面积a: 2查表GB151-1999附录J1得a=144.51mm 管板布局区的当量直径: 29 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 强度校准 4A4，94074t D=,,346.18mm tπ3.14 (2-65) tD 管板布管区的当量直径与壳程圆筒内径之比:ρ=，对于a型接2R=D。tG 2R tD346.18 ρ===0.7362,1/ρ=1.3582 (2-66) ttDG470.2 按1/ρ查GB151-1999表22得:C=0.2615 tt 确定管板压力 不能保证PS与Pt在任何情况下都同时使用，并且两侧均为正压时，取两者中的 大者。 pd=max(pt，ps)=max(1.0,1.0)=1.0MPa 管板计算厚度: Ccpd0.2615，1.0 σ=0.82×DG=26.83mm (2-67) ,0.82，470.2t,[,]0.4，135r 管板设计厚度:σ=26.83+5+2=33.83mm d 管板名义厚度:σ=35mm n 200时许用应力[σ]换热管在200?=130MPa，管板在200?时许用应力 t 200 [σ]=135MPa t 按三种情况分别计算换热器轴向压力Pt=0 223.14，25πd， σ=-(P-P)-P=-(1.0-0)-0=-3.4MPa (2-68) tstt4a4，144.51 只有管程设计压力P，壳程设计压力P=0 ts 223.14，25πd， σ=-(P-P)-P=-(0-1)-0=2.4MPa (2-69) tstt4a4，144.51 壳程设计压力P和管程设计压力P同时作用 st 223.14，25πd， σ=-(P-P)-P=-(1-1)-1=-1MPa (2-70) tstt4a4，144.51 t 此工程工况计算值均满足[σ]合格 t, 换热管与管板的焊脚高度按GB151-1999中5.8.3.2规定，L=2mm 3.14，144.51,ta q=||=||=3.13MPa πd13.14，25.2 30 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 强度校准 t q<[q]=0.5[σ]=0.5×130=65MPa,合格 t 4.9 本章小结 本章主要内容是半容器式换热器进行强度计算，通过计算确定了罐体、筒体、管箱、封头的厚度、材料等参数。对管板进行了设计计算，并且按照三种危险工况进行校准，对接管补强、入孔补强进行了设计。对管板，罐体和换热器的进行了水压试验及壳体的厚度校准。 31 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 检测与控制 第五章 检测与控制 冷水进水管 热进水管 图5-1 流程图 图5-2 流量液位串缓控制系统 副调节器选用正作用，主调节器选用反作用 ?. 从工艺安全角度选用气关阀 ?. 从保证正反馈的角度副调节器选用正作用，主调节器选用反作用。 32 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 检测与控制 ?. 因主调节器是定值调节，负调节器是随动调节，主调节器输出作为负调节器的给定，如上的选择可以保证在水压波动时系统稳定调节。假如当水压升高，阀流量增大而使液位升高时，流量测量信号增大，副调节器的正作用，输山增大，则气关阀开度减小，流量减小。而液位升高，主回路测量信号增大，因主调节器反作用。其输出信号减小，而主调节器的输出是副调节器的给定，给定值相当于测量信号增大，则因副 [3]调节器正作用，输出增大，则气关阀开度减小，流董减小，液位下降。 图5-3 工艺流程图 图5-4 控制系统 ?. 从工艺安全角度选用气关阀。 ?. 从保证负反馈的角度负调节器选用正作用，主调节阀选用反作用当热水出口压力下降，由于压力调节的作用，使调节阀逐渐打开，增加冷水流量。如果阀门开度过大，阀后压力达到极限状态，此时，由于阀门后压力调节器时反作用，其输出立即减小， [12]通过低值选择器取代了热水热水出口压力调节器的作用，阀门开度减小。 33 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 34 第五章 检测与控制 图5-5 应用流程图 图5-6 控制系统 ?. 从工艺安全角度用气关阀， ?. 从保证负反馈的角度潜亏控制反作用，反馈控制系统选用正作用。当冷却水流量增加时，由于为反作用，调节器输出减小，从而阀门开度增大，相反当热水温度较高出口时，由于是正作用，调节器输出增大，阀门开度减小。 34 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 制造、检验、安装及维修 第六章 制造、检验、安装与维修 6.1 概述 设计确定后，制造质量是换热器最终建造质量的重要组成部分。因此，换热器的制造单位必须依照《压力容器安全技术监察规程》(1999版)中的各项规定标准，必须保证要具有完整的质量保障体系，还必须持有国家相关的主管部门颁发的批准书和许可证书。在制造过程中，制造单位必须无条件的接受安全监察机构(或者其授权的检验机构)全面监督。倘若在制造过程中，主要制造监理时(监理内容在 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 中商定)制造单位还应配合好业主做好监理工作。 在制造完成后，制造单位必须向业主提供健全的制造出厂相关资料和各个零件制造商或者供应商，所有的材料以及配件必须符合国家的相关标准规定，并必须附有相关安全监察机构给予的监督检验报告和该机构的公章。还应该向业主提供监督检验机构已经打好的钢印产品铭牌。 6.2 材料验收 选择材料应考虑使用条件，焊接性能，制造工艺以及经济合理性，符合相应的标准。制造单位从材料生产单位获得材料时，应取得材料质量证明书，其内容必须齐全、清晰、并有材料生产单位质量检验章。在材料的明显部位必须有清晰的、牢固的标签，至少要包括材料制造的标准代号、材料的生产单位的名称和检验印鉴标志，当从供应商处获得材料时，必须同时取得该材料的出厂质量说明书和相关检验机构给予的证书和经办人员公章的复印件。如果要采用国外材料时，使用单位必须按照国内压力容器的各项使用规定并且要确认国外已经有运用该材料的实例，其使用的范围应符合材料生产国的各项标准化规定，技术要求一般不能低于国内相应的技术指标，并有该材料的质量证明书。 35 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 制造、检验、安装及维修 6.3筒体的制造 筒体的制造有两种方式:一种时用锻件筒节加工而成，另一种是用钢板卷制而成。一般生产中，通常采用的是钢板卷制的筒体。 钢板卷制的筒体成形前板厚应在设计图纸最小壁厚的基础上增加工艺减薄量。工艺减薄量包括热成形时的减薄量、多次热处理时的烧损量、保证筒体圆度的内壁加工量及必要的工艺打磨量等。 筒节上的主焊缝的焊接影响着产品整体质量的关键之一，焊缝的返修会造成金属组织结构的变化，由此可见，采用先进的焊接设备以及先进的焊接技术是相当关键的，到目前为止，在国内有很多大型制造厂都采用了埋弧自动焊进行焊接，并严格控制焊接的质量。 对于立式热虹吸换热器的筒体焊缝检测主要是通过无损检测完成的，其中包括MT(磁粉检测);UT(超声检测);RT(射线检测);CT(化学成分分析);HB(硬度检测)。 MT检测主要是在IS R热处理的前后、PWHT后和水压试验后对设备A,B和D类焊接接头内外表面进行详细检测，按照JB 4730第四篇“磁粉检测”进行，若缺陷显 [9]示的是累积长度，则为工级合格。 UT检测主要是在ISR热处理、PWHT后和水压试验后对设备A, B和D类焊接接头进行100%检测，一般按JB 4730第三篇“钢制压力容器焊缝超声检测”进行，缺陷等级工级为合格。其中，筒体与接管的D类焊缝，因为厚度差大，给探头的声祸合带来了困难，标准上又没有明确规定，制造厂需要经过检测工艺模拟试验，"K'’值的选择计算，编制相应的检测工艺，采用多探头、多角度的方法进行，并选择有经验 [9]的检测工进行操作。 RT检测主要是在IS R热处理之后，对设备A,B和D类焊接接头进行的100检测，一般按照JB4730第二篇进行，II级合格，RT透照质量不得低于AB级。因为壳 [9]体的厚度较大，通常采用直线加速器进行。 CT化学成分的分析是在设备主体焊缝(A, B, D类)上按照相关规定，提取试样进 [9]行的化学成分检测。 36 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 制造、检验、安装及维修 HB硬度检测是设备在最终热处理之后和密封面最终加工后对主体焊缝和密封面硬度是否合格进行的检验。焊缝硬度检测主要包括焊缝金属、热影响区和母材这3个部分。 6.4封头的制造 换热管在材料进厂验收合格后，主要制造工序是为划线?气割?坡口?加工?加热?冲压?切除余量?检查。封头成形主要分两种，一种是旋压，另一种是冲压，而冲压又分为整体冲压和分瓣冲压两种方式。本设备中的封头采用的是整体冲压成形。 过程可以分为一次冲压成形、二次冲压成形和多次冲压成形。封头成封头成形的 [10]形的过程中，加热温度及成形后的热处理温度推荐如下。 封头冲压时的加热温度:950?士20? ; 15 封头的正火温度:920士? ; 10 15 封头回火的温度:690士? 10 为了控制好封头成形尺寸，冲压时需注意以下几点: 封头冲压之前，模具安装要准确不能有偏心现象; 冲压过程中模具必须清理干净，控制好压边力度的大小; 控制好终压、脱模的温度。 椭圆形、无折边锥形封头冲压时，壁厚减薄量不应大于毛坯壁厚的10%。冲压封头的表面禁止有裂纹、刻痕和降低强度的皱纹，椭圆形直边部分上的纵向皱褶深度不应大于1.0mm。 封头成形后，对母材必须要进行全面积100%检测，封头的表面必须进行100%MT检测。重沸器的上封头为无折边锥形封头，下封头为椭圆形封头。 封头在冲压过程中，必须用带封头母材的试板。试板要随着封头正火+回火后， [23]取1/2的模拟热处理之后送检。待试板的各项性能合格后，封头才进行后序的工作。 6.5管板的制造 管板起固定管子作用，其加工的工艺随着毛坯材料来源的差异而改变。 37 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 38 第六章 制造、检验、安装及维修 用作管板的材料是OCr18Ni9，采用锻件坯料，在毛坯处在精车之前时，按照JB755-85《压力容器锻件技术条件》的各项规定，对材料还需要进行超声波探伤以及机械性能的检验。锻件的机械性能检验试样一定要在同炉、同罐、同牌号以及同一锻压工艺(包括热处理工艺)的饼形锻件上切向方向取样。单孔质量很重要，他的质量好坏能决定管板的整体质量，甚至可以影响到整台换热器的制造和使用寿命，更是增加了很多不必要的麻烦。因此，管板孔的加工是相当重要的一道工序。对这一步的加工要求也是非常严格的，它需要多种加工工艺以及配合多种刃具经加工，否则想要达到相应管孔垂直度和合格的小桥尺寸是很困难的。推荐采用数控钻床及专用的深孔钻技[23]术。 6.6管束的制造 换热管在材料进厂验收合格后，主要制造工序是:固溶化热处理?酸洗钝化?逐根水压试验?待组装。 换热器管子的表面积就是传热面积，通常将其外径上的表面积作为计算传热导面积的依据。当管径和管子根数确定了之后，管子越长，传热面积也相应越大。一般选用的管子长度是2000mm, 3000mm,和6000mm等。为了减低成本并且在检验和维修时的方便，供应商都会根据客户需求材料的进行生产并供货。否则会因管子对接焊缝的加长而可能出现焊接质量问题，也增加了制造成本。 为了保证管子在制造后进行水压试验以及使用运行中不发生泄漏，还必须对管子数的5%、且不能少于2根作拉力、硬度以及扩口等抽样检验。此外，用作换热器管束的管子一定要对每一根管子进行水压试验，其试验压力为0.84MPa，合格者才能使用。 6.7接管的制造 堆焊结构法兰与外管线有两种连接方式:一是对接即焊接形式，另一种是法兰连接形式。 结构内壁的堆焊分为两层:一层是过渡层，通常堆焊309L;一层是面层，通常堆焊347L。过渡层堆焊时还需进行预热，焊后需进行中间消除应力或者是消氢处理。接管 38 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 制造、检验、安装及维修 的内壁一般采用焊条电弧堆焊，对于制造工艺比较先进的制造厂来说，接管内壁的堆焊都采用二氧化碳药芯自动堆焊，堆焊质量较理想。 对与接形式的接管对外管线连接的坡口出堆焊一层镍基焊条隔离层，堆焊的是Ni182或INCONEL112焊条，目的是现场组焊的时候，不用加热直接冷焊和减小在设备运行中因为异种材料温度变化产生的应力。该堆焊隔离层的厚度至少应不少于4mm。 法兰连接形式的接管密封面的面层通常先不堆焊，待产品最终热处理后在堆焊和加工，以减少产品使用过程中密封面的应力腐蚀。 6.8装配 6.8.1筒体、法兰的组装与焊接 筒体在装焊端法兰的时候，除了注意使筒体纵缝的布置符合立式容器的规定之外，还需以法兰端面基准来保证法兰与筒体轴线的垂直度以及法兰螺孔的方位。法兰螺孔一般要以轴线成对称分布(亦称跨中分布)，其偏差不应大于5?角。 为了防止平焊法兰密封面发生变形，应先焊接法兰的背面，然后再进行端焊;当然也可以两面同时施焊。 6.8.2管箱的组装、焊接与加工 管箱的组焊过程为，先将焊好并经过检验合格的筒节两端分别与己粗加工过的法兰按找要求进行装焊。待环焊缝或者其它焊缝经过无损探伤检验合格后。 由于管板焊缝很密集，焊接应力也较大，当其投入使用运行后，随着高温下材料强度极度的降低而应变松弛，使得密封连接处出现了泄漏。 6.8.3管束的组装 管束的组装一定要在专用的工装架上进行，组装前对要组装的零件进行全面检查，合格后才能组装，装配时要注意下列几点: a. 要保证折流板与管束轴线是垂直的; b. 要保证折流板的组装方向和钻孔方向是一致，且管孔同心; c. 严格遵守图纸要求控制管束的尺寸以及折流板的方向。 39 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 制造、检验、安装及维修 6.8.4管束、壳体及内件装配 首先，必须确定所有要装配的零部件都是合格品，并要对壳体内部和零部件表面 [10]进行清理。 竖起一块管板作为基准; 装拉杆; 在拉杆上装定距管和折流板; 穿管; 把管束穿进壳体; 装另一块管板点焊上; 在棍轮架上焊接管板与筒体; 管子在管板的固定; 装接管和支座; 作壳体的水压实验(检查管子和管板是否连接好)，水压验试，水温不得低于15?，并控制试压水的氯离子含量?25mg/L; 装上两侧的管箱; 管作程水压试验(检查管箱和管连接板的连接情况和法兰的情况)，试压合格后应立即放净设备内的试压用水，对管、壳程分别用热压缩空气导流，将设备内的水吹干。 6.9油漆、包装 在设备制造完成后，表面需要进行喷砂处理，表面的粗造度应达到GB/T8923规定中Sa 2.5级的要求。表面应分别喷一遍底漆加一遍外漆，设备使用的喷漆材料、包装材料及方式以及运输等问题需满足JB 2536的各项规定。 设备发货前内部还应充0.1-0.2MPa的氮气。 6.10换热器在使用中常见故障及处理 6.10.1原因 1.操作不当，导致温度剧烈变化，产生严重热胀冷缩。 40 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 制造、检验、安装及维修 2.管、壳程设备的汽蚀、腐蚀严重。 3.密封垫损坏，检修质量差。 6.10.2现象 1. 内漏: a.当管程压力高于壳程时，则管程的介质漏入壳程，管壳程的压力、温度变 化大。 b.当壳程压力高于管程时，壳程的介质漏入管程，管壳程压力、温度变化 大。 c.有可能导致下游设备内温度、压力变化大，或者夹带液体、介质的浓度 变化。 2. 外漏: a.设备外壳有渗漏或蒸汽喷出，壳程压力降低。 [23] b.管程出口温度简单，或温度变化大 6.10.3处理 介质走副线，关管壳程入口、出口阀。 采用单体设备停用检查法，按停工步骤处理。 全面切出设备，进行解体处理。 通知检修单位进行检修 41 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考文献 结论 本设计严格遵照GB150《钢制压力容器》与GB151《管壳式换热器》，通过对半容积式换热器的设计过程，初步了解了半容积式换热器的技术特点和应用范围，掌握了对U形管换热器的工艺计算，结构设计和强度校核以及零部件的选取，还有制造安装检修等方面的内容。 通过对半容积式换热器相关资料的学习，了解了半容积式换热器的发展过程和研究现状和其他同类换热器，如容积式换热器和即热式换热器相比的特点，明白了这种换热器在工业和民用建筑供暖方面的优势，确定了本次设计的意义。 通过设计过程中对国家标准及相关设计资料的查阅，对压力容器的设计过程更加熟悉，不像以前一样只会“纸上谈兵”，而是更多地将其设计过程和工艺、制造、使用、维修等方面的内容联系起来，从而能够做到统筹兼顾。 在设计的过程我，我一直在发现自己专业知识等方面的不足之处，比如对GB151, GB151一些内容知其然而不知其所以然，对一些零件设计也存在短板，为了提高自己的专业水平，达到本次设计的目的，我始终保持着谦虚谨慎的态度，多多像老师和同学们学习，提高自己的专业水平，深度和广度，现在的不懈努力必然为以后的成就打好坚实的基础!对以后研究生的学习研究和以后的工作起到积极的促进作用和实践指导意义。 424 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考文献 参考文献 [1] 换热器的研究发展现状:支浩,汤慧萍.化工进展.2009年第28卷增刊. [2] 半容积式水加热器:刘振印.1995-11-11. 朱跃钊,廖传华,史勇春.传热过程与设备「M].北京:中国石化出版社. [3] [4] 史美中,王中铮.热交换器原理与设计「M].南京:东南大学出版社. [5] 中国专利:ZL9328596- 1. [6] 杜满河.波节管换热器.化工装备技术,2000, 21(J): 41-44. [7] 郑体宽.热力发电厂「M].北京:水利电力出版社,1997. [8] GB 151-1999,管壳式换热器[s]. [9] 换热器设计.化工设备设计全书.上海科学技术出版社. [10] 换热器设计手册.化学工业出社. [11] 朱跃钊,廖传华,史勇春.传热过程与设备[M].中国石化出版社，2008. [12] 史美中,王中铮.热交换器原理与设计「M].南京:东南大学出版社. [13] Shah R K,Thononb B,Benforado D M. Opportunities for heat exchanger applications in. environmental systems[J]. Applied Thermal Engineering,2000,20:631-650. [14] Khorrammanesh M,Amidpour M，Nasr M R J. Application ofprocess decomposition in multi-stream plate fin heat exchangers design to use in heat recovery networks[J]. Chemical Engineering and Processing,2007,46:941-954. [15] Yau Y H, Ahmadzadehtalatapeh M. A review on the application of horizontal heat pipe heat exchangers in air conditioning systems in thetropics[J].Applied Thermal Engineering,2009. 43 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 致谢 时间如白驹过隙，转眼间大学四年的生活即将结束，而随着毕业之际的到来，我也因此面临着毕业最大的难题—毕业设计，与此同时，我发自内心的感谢我的论文设计指导教师—王昭春老师。刚拿到毕业设计题目时，仿佛自己拿的是一本天书一样，对于论文我总是有许多的问题，但是王老师，都是耐心的帮助我，为我解答各种问题。王老师对我的要求十分严格，我知道这是对我负责的一种表现。老师也的确想让我从这次设计中学到知识。从一开始完全不懂论文，到现在，在老师的帮助下，成功的完成了属于自己的论文，王老师为我付出的心血和努力，我都会记在心里。 对于刚毕业的我来说，社会经验几乎为零，王老师不但在论文上给予我帮助，更是在私下给我讲了许多社会经验，对我的影响也非常大。通过这次毕业论文的设计工作，我不但收获了很多专业性的知识，更是收获了许多社会经验。未来的路还很长。无论走多远，王昭春老师都是我认证中最重要的导师。 最后也很感谢在本次设计中，给予过我帮助的人，同时也很感谢专家编写的书籍，供我参考。最后祝我的母校的明天更加辉煌～祝王老师在以后的日子里，工作顺利，心想事成～ 44