F150浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)含10張CAD圖,f150,頭式,換熱器,設(shè)計(jì),10,cad 任務(wù)書 學(xué)院： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 學(xué)生姓名 課題名稱 F150浮頭式換熱器設(shè)計(jì) 內(nèi)容及任務(wù) 擬設(shè)計(jì)一單殼程雙管程浮頭式換熱器，用于熱量回收。 給定設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 管程介質(zhì)：煙道氣 殼程介質(zhì)：水 管程設(shè)計(jì)壓力：1.65MPa 殼程設(shè)計(jì)壓力：1.55MPa 管程設(shè)計(jì)溫度：420℃ 殼程設(shè)計(jì)溫度：90℃ 腐蝕余量：自定 換熱面積：150m2 需完成的主要內(nèi)容如下： 1、緒論 2、主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3、材料選擇及零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4、強(qiáng)度計(jì)算與校核 5、加工工藝、裝配程序、安全防腐等 6、繪制裝配圖及零部件圖 7、翻譯外文文獻(xiàn) 擬達(dá)到的要求或技術(shù)指標(biāo) 1、首先需在互聯(lián)網(wǎng)、圖書館、工廠廣泛查閱相關(guān)科技資料 2、進(jìn)行結(jié)構(gòu)、材料及裝置選擇論證時(shí)，要求資料詳實(shí)，數(shù)據(jù)充分 3、進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí)，要求計(jì)算準(zhǔn)確，分析詳細(xì)，公式的字母含義應(yīng)標(biāo)明 4、查閱15篇以上與題目相關(guān)的文獻(xiàn)，其中近三年的文獻(xiàn)不少于5篇，鼓勵(lì)引用一定的外文文獻(xiàn)；按要求格式獨(dú)立撰寫不少于12000字的設(shè)計(jì)說明書；寫出不少于400字的中文摘要，關(guān)鍵詞的個(gè)數(shù)一般取5個(gè)左右；鼓勵(lì)翻譯一篇本專業(yè)外文文獻(xiàn) 5、完成不少于3張零號(hào)圖紙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖、裝配圖和零件圖，其中應(yīng)包含一張以上用計(jì)算機(jī)繪制的具有中等難度的1號(hào)圖紙，同時(shí)至少有折合4號(hào)圖幅以上的圖紙用手工繪制，并要求圖面整潔，視圖齊全，布局合理，線條、文字及尺寸標(biāo)注等均應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 進(jìn)度安排 起止日期 工作內(nèi)容 備注 2月18日—3月1日 3月4日—3月15日 3月18日—5月24日 5月27日—5月31日 畢業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)研 集中實(shí)習(xí) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)答辯 主要參考資料 [1] 秦叔經(jīng)，葉文邦.化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書-換熱器［Ｍ］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003 [2] 工程材料實(shí)用手冊(cè)編輯委員會(huì).工程材料實(shí)用手冊(cè)［Ｍ］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002 [3] 朱有庭.化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)［Ｍ］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 [4] 錢頌文.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)［Ｍ］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [5] 朱振華，邵澤波.過程裝備制造技術(shù)［Ｍ］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011 [6] 華南理工大學(xué)化工原理教研組.化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)［Ｍ］.廣州：華南理工 大學(xué)出版社，1986 [7] 趙惠清，蔡紀(jì)寧.化工制圖 ［Ｍ］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015 [8] 譚蔚.化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［Ｍ］.天津：天津大學(xué)出版社，2014 教研室 意見 本課題符合專業(yè)人才培養(yǎng)要求，設(shè)計(jì)任務(wù)飽滿，同意下達(dá)任務(wù)書 □ 本課題不符合專業(yè)人才培養(yǎng)要求，不同意下達(dá)任務(wù)書□ 教研室主任（簽章）： 年 月 日 開題報(bào)告 題　　目 F150浮頭式換熱器設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 班級(jí)學(xué)號(hào) 專業(yè) 1 選題的目的與意義 換熱器是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的熱量交換設(shè)備。隨著現(xiàn)代新工藝、新技術(shù)、新材料的不斷開發(fā)和能源問題的日趨嚴(yán)重。世界各國(guó)已普遍把石油化工深度加工和能源綜合利用擺到十分重要的位置。換熱器因而面臨著新的挑戰(zhàn)。換熱器的性能對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性起著重要的作用，有時(shí)甚至是決定性的作用。目前在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家熱回收率已達(dá) 96%。換熱設(shè)備在現(xiàn)代裝置中約占設(shè)備總重的 30%左右，其中管殼式換熱器仍然占絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，約 70%。其余 30%為各類高效緊湊式換熱器、新型熱管熱泵和蓄熱器等設(shè)備。其中板式、螺旋板式、板翅式以及各類高效傳熱元件的發(fā)展十分迅速。在繼續(xù)提高設(shè)備熱效率的同時(shí)，促進(jìn)換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊性、產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化、并朝大型化的方向發(fā)展。 浮頭式換熱器屬于管殼式換熱器的范疇,管殼式換熱器仍然是當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的換熱設(shè)備,其可靠性和可能性已被充分證明。特別是在較高的參數(shù)的工況條件下,管殼式更顯示其獨(dú)有的長(zhǎng)處。 浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)如下： （1） 管束可以抽出，以方便清洗管、殼程； （2） 介質(zhì)間溫差不受限制； （3） 可在高溫、高壓下工作，一般溫度小于等于450度，壓力小于等于6.4兆帕； （4） 可用于結(jié)垢比較嚴(yán)重的場(chǎng)合； （5） 可用于管程易腐蝕場(chǎng)合。 其缺點(diǎn)如下： （1） 小浮頭易發(fā)生內(nèi)漏； （2） 金屬材料耗量大，成本高20%； （3） 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 給定設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 管程介質(zhì)：煙道氣 殼程介質(zhì)：水 管程設(shè)計(jì)壓力：1.65MPa 殼程設(shè)計(jì)壓力：1.55MPa 管程設(shè)計(jì)溫度：420°C 殼程設(shè)計(jì)溫度：90°C 腐蝕余量：自定 換熱面積：150 m2 2 國(guó)內(nèi)、外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 目前各國(guó)在提高管殼式換熱器性能所開展的研究主要是強(qiáng)化傳熱，適應(yīng)高參數(shù)和各類有腐蝕介質(zhì)的耐腐蝕材料以及為大型化的發(fā)展所作的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。 提高傳熱系數(shù)，擴(kuò)大傳熱面積，增大傳熱溫差是強(qiáng)化傳熱的三種途徑。其中提高傳熱系數(shù)是當(dāng)今強(qiáng)化傳熱的重點(diǎn)。它包括有源強(qiáng)化（即利用外部能量的機(jī)械和流體振動(dòng)，電場(chǎng)、磁場(chǎng)沖擊的辦法，改善流動(dòng)狀態(tài)而強(qiáng)化傳熱）和非源強(qiáng)化（即改變傳熱元件本身的表面形狀和便面處理方法，獲得粗糙表面和擴(kuò)展表面：也有用內(nèi)插物增加流體本身的擾流來(lái)強(qiáng)化傳熱）兩種。目前用于管殼式換熱器的強(qiáng)化傳熱，多數(shù)采用非源強(qiáng)化的辦法。 采用強(qiáng)化傳熱管提高傳熱強(qiáng)度，減少換熱面積，使換熱器提高緊湊程度，節(jié)省材料，減緩結(jié)垢速度。 國(guó)內(nèi)外換熱器用強(qiáng)化傳熱管通常使用螺紋管和低翅管，我國(guó)螺紋管的翅化率一般 3，該類管子適用于管內(nèi)介質(zhì)給熱系數(shù)比管外介質(zhì)的給熱系數(shù)大于 2 倍以上的換熱器，試驗(yàn)證明可以提高傳熱系數(shù) 30%左右。德國(guó) Hde 公司的螺旋槽管，當(dāng)230080mm接管就必須加開孔補(bǔ)強(qiáng)， 當(dāng)殼體名義厚度小于或等于12mm時(shí)，Dg>50mm接管就必須加開孔補(bǔ)強(qiáng)。因此，必須在DG 100的管箱管和DG 150的管箱管上開孔進(jìn)行加強(qiáng)。 在補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了補(bǔ)強(qiáng)圈的尺寸，按標(biāo)準(zhǔn)尺寸Dg100的接管補(bǔ)強(qiáng)圈外直徑D0=210mm，Dg150的接管補(bǔ)強(qiáng)圈外直徑D0=300mm。補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度可通過等面積補(bǔ)強(qiáng)法進(jìn)行計(jì)算。此處不作具體計(jì)算，設(shè)定補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度均為15mm。 2.14 法蘭 2.14.1 法蘭密封面的型式 管道法蘭和壓力容器連接中通常使用下面三種密封面型式。 a.平面型密封面 密封面是突出的光滑平面。 這個(gè)密封面構(gòu)造簡(jiǎn)單，加工容易，防腐蝕襯里容易完成。 但是，系緊螺栓后，墊圈的材料容易向兩側(cè)延伸，難以壓迫，因此，適用于必要的壓縮力不高，介質(zhì)沒有毒性的情況。 b.凹凸型密封面 它由凸面和凹面構(gòu)成，將墊圈放置在凹面上，按壓墊圈時(shí)，凹面的外側(cè)有支撐，因此墊圈不會(huì)被推出。 c.榫槽型密封面 密封面由榫和溝構(gòu)成，墊圈進(jìn)入溝內(nèi)。 密封面上的這些規(guī)定不是非金屬軟墊圈，而是采用螺旋式金屬墊圈，容易得到良好的密封效果。 用于密封易燃易爆、易爆炸、有毒介質(zhì)的密封裝置。密封面凸出部分易損壞，搬運(yùn)和拆卸時(shí)應(yīng)注意。 選擇密封面時(shí)，綜合考慮介質(zhì)因素和拆卸因素，殼體法蘭采用凹凸型密封面，管箱接管法蘭采用平面型密封面，殼體接管法蘭采用凹凸型密封面。 2.14.2 殼體法蘭 殼體接管采用平頸對(duì)焊法蘭，由于管箱、殼體、浮頭箱直徑都不一樣，因此在選用法蘭時(shí)，不能只按標(biāo)準(zhǔn)選取。如圖6為殼體與浮頭箱的對(duì)接法蘭，DN=800mm的是按標(biāo)準(zhǔn)選取的，而DN=700的法蘭是按DN800法蘭螺栓孔的位來(lái)設(shè)計(jì)其尺寸的， 圖6 凹凸面密封法蘭 大致尺寸如下: DN=800mm的法蘭，D=960mm， D1=915mm，D2=876mm，D3=866mm，H=115mm， h=35mm，δ=48mm，δ1=16倒圓角R=12mm，螺柱孔徑r=26，配M24的雙頭螺柱。 DN=700mm的法蘭，D=960mm，D1=915mm，D4=863mm， H=115mm， h=35mm， δ=46mm，δ1=16，倒圓角R=12mm，螺柱孔徑r=26，配M24的雙頭螺柱。 其它的法蘭裝配尺寸見三維實(shí)體圖。 2.14.3 接管法蘭 管箱接管采用平頸對(duì)焊法蘭，如圖7示： 圖7 接管法蘭 設(shè)計(jì)尺寸按化工機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其尺寸大致如下： 管箱接管：DN=100 　PN=2.5MPa時(shí)： N=132mm，K=190mm，D=235mm，H=66mm，H1=12mm，S=6mm，法蘭厚度C=24mm螺栓孔直徑L=22mm，配M20的螺栓8個(gè) 殼體接管：DN=150　 PN=1.6MPa時(shí)： N=132mm，K=190mm，D=285mm，H=61mm，H1=12mm，S=6.5mm，法蘭厚度C=22mm，螺栓孔直徑L=22mm，配M20的螺栓8個(gè) 另外，對(duì)焊時(shí)法蘭要在頸部開坡口。 2.15 支座 臥式設(shè)備通常采用兩個(gè)鞍座。這是因?yàn)?，如果使用多個(gè)支柱，基礎(chǔ)的水平高度可能不一致，這會(huì)導(dǎo)致支柱反應(yīng)分布不均，從而增加設(shè)備的局部應(yīng)力，因此采用兩個(gè)支柱。 采用雙支架時(shí)，一個(gè)鞍座為固定支架，地腳螺栓為圓孔；另一個(gè)是活動(dòng)支座，地腳螺栓為長(zhǎng)圓孔，帶兩個(gè)螺母，將第一個(gè)螺母向后擰一圈，然后用第二個(gè)螺母鎖緊。這樣，隨著溫度的變化，設(shè)備可以自由擴(kuò)展。如圖8示： 圖8 鞍式支座 24 3強(qiáng)度校核 3.1管箱封頭的校核 管箱封頭的校核如表2所示： 表2 管箱封頭校核 前端管箱封頭計(jì)算 計(jì)算條件 橢圓封頭簡(jiǎn)圖 計(jì)算壓力 Pc 1.35 MPa 設(shè)計(jì)溫度 t 480.0 ° C 內(nèi)徑 Di 600.00 mm 曲面高度 hi 100.00 mm 材料 16MnR(正火) (板材) 試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 [s] 43.00 MPa 設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 [s]t 40.00 MPa 鋼板負(fù)偏差 C1 0.00 mm 腐蝕裕量 C2 1.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 0.85 厚度及重量計(jì)算 形狀系數(shù) K = = 1.0000 計(jì)算厚度 d = = 6.77 mm 有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.00 mm 最小厚度 dmin = 0.50 mm 名義厚度 dn = 8.00 mm 結(jié)論 滿足最小厚度要求 重量 14.44 Kg 壓 力 計(jì) 算 最大允許工作壓力 [Pw]= = 4.16426 MPa 結(jié)論 合格 3.2管箱筒體的校核 管箱筒體的校核如表3所示： 表3 管箱筒體校核 管箱筒體計(jì)算 計(jì)算條件 筒體簡(jiǎn)圖 計(jì)算壓力 Pc 1.35 MPa 設(shè)計(jì)溫度 t 480.00 ° C 內(nèi)徑 Di 600.00 mm 材料 16MnR(正火) ( 板材 ) 試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 [s] 43.00 MPa 設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 [s]t 40.00 MPa 試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss 95.00 MPa 鋼板負(fù)偏差 C1 0.00 mm 腐蝕裕量 C2 1.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 0.85 厚度及重量計(jì)算 有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.00 mm 名義厚度 dn = 9.00 mm 壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核 壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn) 試驗(yàn)壓力下 圓筒的應(yīng)力 sT = = 205.89 MPa 校核條件 sT￡ [s]T 校核結(jié)果 合格 壓力及應(yīng)力計(jì)算 最大允許工作壓力 [Pw]= = 4.12845 MPa 設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 116.29 MPa [s]tf 120.02 MPa 校核條件 [s]tf ≥st 結(jié)論 合格 3.3殼程圓筒的校核 殼體圓筒的校核如表4所示： 表4 殼程圓筒校核 殼程圓筒計(jì)算 計(jì)算條件 筒體簡(jiǎn)圖 計(jì)算壓力 Pc 1.25 MPa 設(shè)計(jì)溫度 t 95.00 ° C 內(nèi)徑 Di 600.00 mm 材料 16MnR(正火) ( 板材 ) 試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 [s] 170.00 MPa 設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 [s]t 162.30 MPa 試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss 345.00 MPa 鋼板負(fù)偏差 C1 0.00 mm 腐蝕裕量 C2 1.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 0.85 厚度及重量計(jì)算 有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.00 mm 名義厚度 dn = 8.00 mm 重量 153.26 Kg 壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核 壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn) 試驗(yàn)壓力值 PT = 1.25P = 1.9640 MPa 壓力試驗(yàn)允許通過 的應(yīng)力水平 [s]T [s]T￡ 0.90 ss = 310.50 MPa 試驗(yàn)壓力下 圓筒的應(yīng)力 sT = = 67.17 MPa 校核條件 sT￡ [s]T 校核結(jié)果 合格 壓力及應(yīng)力計(jì)算 最大允許工作壓力 [Pw]= = 4.74538 MPa 設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 44.48 MPa [s]tf 137.96 MPa 校核條件 [s]tf ≥st 結(jié)論 合格 表5 管箱法蘭校核 管箱法蘭計(jì)算 設(shè) 計(jì) 條 件 簡(jiǎn) 圖 設(shè)計(jì)壓力 p 4.000 MPa 計(jì)算壓力 pc 4.753 MPa 設(shè)計(jì)溫度 t 480.0 ° C 軸向外載荷 F 80000.0 N 外力矩 M 1430000.0 N.mm 殼 材料名稱 16MnR(正火) 體 許用應(yīng)力 143.0 MPa 法 材料名稱 0Cr18Ni9 許用 [s]f 130.0 MPa 蘭 應(yīng)力 [s]tf 86.5 MPa 材料名稱 40MnVB 螺 許用 [s]b 230.0 MPa 應(yīng)力 [s]tb 155.5 MPa 栓 公稱直徑 d B 24.0 mm 螺栓根徑 d 1 16.0 mm 數(shù)量 n 20 個(gè) Di 600.0 Do 680.0 墊 結(jié)構(gòu)尺寸 Db 625.0 D外 654.0 D內(nèi) 598.0 δ0 8.0 片 mm Le 17.5 LA -3.5 h 50.0 δ1 25.0 材料類型 軟墊片 N 5.0 m 2.00 y 11.0 螺 栓 受 力 計(jì) 算 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷Wa Wa= πbDG y = 38099.6 N 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷Wp Wp = Fp + F = 772798.5 N 所需螺栓總截面積 Am Am = max (Ap ,Aa ) = 4685.9 mm2 實(shí)際使用螺栓總截面積 Ab Ab = = 4698.0 mm2 3.4管箱法蘭的校核 管箱法蘭的校核如表5所示： 3.5筒體法蘭的校核 筒體法蘭的校核如表6所示： 表6 筒體法蘭校核 筒體法蘭計(jì)算 設(shè) 計(jì) 條 件 簡(jiǎn) 圖 設(shè)計(jì)壓力 p 4.000 MPa 計(jì)算壓力 pc 4.753 MPa 設(shè)計(jì)溫度 t 480.0 ° C 軸向外載荷 F 14211.0 N 外力矩 M 15400.0 N.mm 殼 材料名稱 16MnR(正火) 體 許用應(yīng)力 140.0 MPa 法 材料名稱 16MnR(正火) 許用 [s]f 140.0 MPa 蘭 應(yīng)力 [s]tf 86.5 MPa 材料名稱 40MnVB 螺 許用 [s]b 230.0 MPa 應(yīng)力 [s]tb 155.5 MPa 栓 公稱直徑 d B 24.0 mm 螺栓根徑 d 1 16.0 mm 數(shù)量 n 24 個(gè) Di 437.0 Do 515.0 墊 結(jié)構(gòu)尺寸 Db 480.0 D外 446.0 D內(nèi) 436.0 δ0 8.0 mm Le 17.5 LA -3.5 h 40.0 δ1 25.0 片 材料類型 軟墊片 N 5.0 m 2.00 y 11.0 螺 栓 受 力 計(jì) 算 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷Wa Wa= πbDG y = 38099.6 N 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷Wp Wp = Fp + F = 682716.0 N 所需螺栓總截面積 Am Am = max (Ap ,Aa ) = 3849.5 mm2 實(shí)際使用螺栓總截面積 Ab Ab = = 4698.0 mm2 筒體法蘭的校核 校核合格 3.6管箱螺栓間距的校核 管箱螺栓的間距校核如表7所示： 表7 管箱螺栓間距校核 管箱螺栓間距校核 實(shí)際間距 = 73.2 mm 最小間距 46.0 (查GB150-98表9-3) mm 最大間距 150.0 mm 形 狀 常 數(shù) 確 定 59.13 h/ho = 0.6 K = Do/DI = 1.124 3.2 由K查表9-5得 T=1.848 Z =6.144 Y =11.905 U=13.082 應(yīng)力 性質(zhì) 計(jì) 算 值 許 用 值 結(jié) 論 軸向 應(yīng)力 82.00 MPa =126.2 或 =353.0( 按整體法蘭設(shè)計(jì)的任意式法蘭, 取 ) 校核合格 徑向 應(yīng)力 22.27 MPa = 84.2 校核合格 切向 應(yīng)力 21.98 MPa = 84.2 校核合格 綜合 應(yīng)力 = 52.13 MPa = 84.2 校核合格 法蘭校核結(jié)果 校核合格 3.7筒體螺栓間距的校核 筒體螺栓的間距校核如表8所示： 表8 筒體螺栓間距校核 筒體螺栓間距校核 實(shí)際間距 = 73.2 mm 最小間距 44.0 (查GB150-98表9-3) mm 最大間距 150.0 mm 形 狀 常 數(shù) 確 定 59.13 h/ho = 0.6 K = Do/DI = 1.124 3.2 由K查表9-5得 T=1.854 Z =6.324 Y =11.930 U=13.21 剪應(yīng)力校核 計(jì) 算 值 許 用 值 結(jié) 論 輸入法蘭厚度δf = 45.0 mm時(shí), 法蘭應(yīng)力校核 應(yīng)力 性質(zhì) 計(jì) 算 值 許 用 值 結(jié) 論 軸向 應(yīng)力 109.76 MPa =215.1 或 =405.8( 按整體法蘭設(shè)計(jì)的任意式法蘭, 取 ) 校核合格 切向 應(yīng)力 28.99 MPa = 142.5 校核合格 綜合 應(yīng)力 = 70.05 MPa = 142.5 校核合格 法蘭校核結(jié)果 校核合格 3.8總體強(qiáng)度校核方法 將換熱器主要通過不同厚度和重量有多重目的,實(shí)驗(yàn)壓力不同,換熱器組件分別計(jì)算,以便準(zhǔn)確排除,通過計(jì)算結(jié)構(gòu)尺寸、工藝計(jì)算、壁溫計(jì)算熱流,換熱器流體流動(dòng)阻力計(jì)算、零件和內(nèi)部結(jié)算單位,完成換熱器的設(shè)計(jì)。熱交換器的安裝和接收。當(dāng)U型管的兩邊固定在同一塊管板上時(shí)，熱交換器具有共同的熱交換加熱器效率，一根管子可以膨脹。如果溫度不同，船體和U型熱交換器的溫度不可能產(chǎn)生。使用計(jì)算機(jī)程序優(yōu)化熱交換器的結(jié)構(gòu)尺寸。 在這里使用電子表格來(lái)計(jì)算數(shù)據(jù)的不同部分，以便更直觀地了解項(xiàng)目的每個(gè)部分是否符合要求，并根據(jù)熱交換器的單獨(dú)部分計(jì)算。這樣就不會(huì)有混亂，條理更加清晰。 4.加工工藝 4.1簡(jiǎn)體 換熱器筒體的橢圓度要求更高，因?yàn)樾枰谕搀w和折疊板之間有適當(dāng)?shù)拈g隙。如果它太大就不能影響熱效應(yīng)，如果它太小了，不可能安裝起來(lái)。因此，在下料和輾壓過程中，殼體必須小心安裝，下料須正確的。切割方法有機(jī)械切割方法，氧和等離子體等。機(jī)械切割由斜切割器、低效和非硬性材料組成:氧氣切割器可以切割更厚的碳鋼板，但不能切割不銹鋼和其他高熔化金屬;等離子體制動(dòng)不僅能切割高血漿溫度的金屬或非金屬，而且還能有效地切割光滑光滑的切口，而且還能產(chǎn)生少量的熱活動(dòng);材料生產(chǎn)率沒有重大變化;人工制品的變形成本較低。 切割的鋼板必須在邊緣進(jìn)行加工，這取決于鋼板的厚度和用于高壓和低壓工作的形狀。 需要注意的是，在簡(jiǎn)形成一個(gè)圓后，圓簡(jiǎn)立即被釋放，在縱向縫合線之后，羅爾的扳機(jī)被釋放。電焊接使用手動(dòng)電弧焊接或掩埋電極，這需要在焊接過程中得到注意。電極應(yīng)保持干燥，如發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，應(yīng)完全鑿去，再進(jìn)行下一層的焊接，盡可能地使用平焊，減少應(yīng)力和應(yīng)變。所有縱向、環(huán)形縫合線(除汽化器外)都必須重新加工成水平平面，以使管束更容易組裝。接管不應(yīng)該開在焊痕上,而應(yīng)該與相連接的內(nèi)表面齊平。 4.2封頭和管箱 封頭和管狀盒子的厚度一般不小于殼體的最小厚度，而開口的吸收通常發(fā)生在整體上，而不是加強(qiáng)板塊。對(duì)角線橫膈膜必須兩邊都有長(zhǎng)度，并且必須有相應(yīng)的縫合線。由于焊接應(yīng)力大，故管箱和封頭法蘭等焊接后，需進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理，最后進(jìn)行機(jī)械加工。 在腐蝕性環(huán)境中，管狀盒子和墊圈可以用作合金的組合或腐蝕襯里，也可以作為焊接在法蘭內(nèi)和兩端。 在熱交換過程中，管道加工、管板加工、管道與管板連接是熱交換板的一個(gè)特征，特別是在管道與管連接過程中是熱交換過程中最重要的部分，這在全世界都很重要，并且進(jìn)行了廣泛的研究。目前，隨著我國(guó)石油加工、化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，熱交換條件變得越來(lái)越嚴(yán)格。為了適應(yīng)國(guó)內(nèi)外的熱浪和鞏固需要，已經(jīng)成功地研究了許多新技術(shù)，這些技術(shù)將在未來(lái)逐步用于生產(chǎn)。 4.3 管子 直管采用整根管子，不可以讓中間存在縫隙，U型管可以拼接，對(duì)接焊接必須經(jīng)過JB1147-80的檢查。連接的位置必須正確地選擇，以便盡可能接近彎曲，以避免滾動(dòng)問題，因?yàn)檫B接是通過支架通過的。 U型管的最小彎曲半徑，現(xiàn)在可能是國(guó)內(nèi)外側(cè)管道大小的兩倍。彎曲必須通過管子直徑0.85倍的球的強(qiáng)度測(cè)試來(lái)測(cè)試它的周長(zhǎng)。 4.4管板 管校毛坯可以是合金制的，焊制的和復(fù)合的。假設(shè)是鋼板材料，在加工前表面不平度時(shí)，但直經(jīng)小于1000毫米時(shí)小于2毫米;在相等或超過1000毫米的情況下，不應(yīng)該超過3毫米，如果超過以上規(guī)定，應(yīng)該先進(jìn)行校平，然后進(jìn)行精加工。 鍛造時(shí)的碳鋼材料,由于位移導(dǎo)致空穴形成裂縫和管焊后應(yīng)檢查管子管板表面含碳量,以便含碳量達(dá)到0.19%。從任何點(diǎn),或添加兩層狀板焊接在堆肥低,避免影響極化。 大型熱交換管管板可以由數(shù)塊組成，但連接接縫必須經(jīng)100%輻射或超聲波探傷，符合JB1147-80的要求。允許在縫合線上開洞。 4.5折流板 由于折流板一般很薄，鉆頭在鉆洞時(shí)的力會(huì)使管狀板的中心變形，這樣在鉆洞完全圓后，鉆頭就可以對(duì)齊、重疊、擠壓，然后一起鉆洞。請(qǐng)注意，一旦這些板塊被折疊起來(lái)，它們就不可能超過鉆井平臺(tái)的四分之五厚。為了防止鉆洞時(shí)產(chǎn)生彎曲，需要在鉆洞時(shí)在底部的墊子上放一塊木板來(lái)支撐鉆頭的推力。 為了確保順利通過管道，折流板上的管孔必須與管板中心在同一直線上。管板可以作為鉆模在折流板上進(jìn)行鉆孔,即基于鉆孔布置管板,應(yīng)該鉆出和管板孔距一致的定位孔,然后取下管板,換上適合折流板的鉆頭,通過引出的定位孔為基準(zhǔn)進(jìn)行加工。但請(qǐng)注意，用于防止誤差積累，故當(dāng)做鉆模的管板必須是第一塊管板。 這種加工方法的優(yōu)點(diǎn)是: ①可以節(jié)省劃線所需要的工序。 ②每塊板之間的距離都是一樣的，以避免制造困難。 ③節(jié)省加工時(shí)間，提高生產(chǎn)率。 在鉆洞的基礎(chǔ)上，橫切桿使用外圓的孔和加工，然后根據(jù)需要的靈活折疊板的形式處理并標(biāo)記為對(duì)稱方向，以確保未來(lái)的平滑裝配。 4.6膨脹節(jié) 膨脹區(qū)域補(bǔ)償了波形的可伸縮變形。波形橫斷面的形狀多種多樣，而它們使用的大多數(shù)形式都是U型，其次是Q型。 4.7管束的組裝 裝管是一項(xiàng)艱苦的體力勞動(dòng)，許多工廠或人造管在不利的工作條件下效率低下。蘭州煉油廠有一個(gè)完整的管道、風(fēng)車、管道、排水管、排水管和管道，以及一個(gè)機(jī)械化管道，用于機(jī)械化和機(jī)械化處理這一問題。 熱交換板的組裝要求兩個(gè)管道并行，允許誤差不超過1毫米;兩個(gè)管之間長(zhǎng)度的誤差為2mm土;管子應(yīng)該是垂直的，管子拉桿應(yīng)牢固固定;小心放置遙測(cè)管的兩端;當(dāng)管子穿過管子時(shí)，管子的頭不能用鐵棒直接擊打。 4.8管子與管板的連接 管子與管板之間的連接是管式熱交換的主要問題，這已經(jīng)成為所有國(guó)家普遍存在的問題。這不僅需要大量的工作時(shí)間，而且更重要的是，連接的地方經(jīng)常在工作中崩潰。因此，開發(fā)高效、高質(zhì)量的通信技術(shù)已成為熱交換生產(chǎn)的主要研究主題。 連接方法根據(jù)不同的換熱器，不同的處理?xiàng)l件，可分為膨脹、焊接和焊接。 所有的熱交換企業(yè)都有足夠的經(jīng)驗(yàn)來(lái)承受更高的壓力，特別適用于材料可焊性差及制造廠的焊接工作量過大的情況。但脹接存在應(yīng)力腐蝕和疲勞問題，并在使用溫度較高時(shí)，由于材料的蠕變使脹接殘余應(yīng)力松地會(huì)引起接頭脫落或松動(dòng)而造成泄調(diào)。所以膨脹通常局限于溫度，一般適用于溫度不超過300~ 350°C。 4.9焊后熱處理 根據(jù)不同材料、厚度、焊接方法和使用條件等標(biāo)準(zhǔn)，熱處理通常應(yīng)在下列情況下進(jìn)行: (1)管箱必須有熱處理，在精加工之前中和電壓，否則，在加工過程中，管道中的電壓會(huì)以影響處理精度的方式重新分配。 (2)產(chǎn)生破壞概率腐蝕的結(jié)構(gòu)。 (3)鋼、鍍鉻鋼的屈服強(qiáng)度500MPa以上，需要立即處理退火，以消除焊接電壓、避免裂紋和改進(jìn)化合物的機(jī)械性能。 4.10設(shè)備組裝 重要的是，在組裝封頭管箱和簡(jiǎn)體時(shí)，必須注意法蘭的螺栓的緊固程序，特別是在高壓力的大直徑熱交換器上，應(yīng)均勻地沿直徑方向相對(duì)錯(cuò)開上緊。否則，很難保證在水壓試驗(yàn)時(shí)達(dá)到嚴(yán)密不漏。 5.換熱器的安全防腐 5.1 換熱器的腐蝕 換熱器的腐蝕主要是換熱器中的金屬被腐蝕。 金屬腐蝕是指金屬受到環(huán)境的化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)的影響。 金屬腐蝕造成的危險(xiǎn)是驚人的。根據(jù)相關(guān)資料，每年有三分之一的金屬因氧氣而腐爛，即使經(jīng)過防腐處理，其中十分之一的金屬也會(huì)被腐蝕。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局進(jìn)行了一項(xiàng)研究，每年損失70億美元相當(dāng)于560億人民幣。在我們國(guó)家沒有做過這方面的統(tǒng)計(jì)，但從每年的鍋爐腐蝕報(bào)廢情況來(lái)看是相當(dāng)驚人的。 5.2換熱器的防腐 5.2.1 BF 30a防腐阻垢劑 BF 30a防腐阻垢劑:該藥由北京化工學(xué)院研制，它是根據(jù)緩蝕作用原理，利用閾值效應(yīng)規(guī)律，把具有多種功能的防腐阻垢劑配制成為BF 30a藥劑，投放到水系統(tǒng)中，擴(kuò)散到達(dá)并吸附于金屬表面，從而連續(xù)地起到防止鍋爐及換熱器在運(yùn)行時(shí)腐蝕結(jié)垢和停用時(shí)腐蝕的作用。 1.藥劑的使用方法 (1)對(duì)于用原水的蒸汽鍋爐和熱水鍋爐系統(tǒng) a. 隨鍋爐上水按2kg/m3量基礎(chǔ)投藥; b.運(yùn)行期間隨補(bǔ)水按1kg/ m3量補(bǔ)充投藥; c.停用時(shí)按Ikg/ m3 量投藥、封閉鍋爐。 (2)對(duì)于用軟化水的蒸汽鍋爐和熱水鍋爐系統(tǒng) a.隨鍋爐上水按1.5kg/ m3量基礎(chǔ)投藥; b. 運(yùn)行期間隨補(bǔ)水按0.8kg/m3量補(bǔ)充投藥: c.停用時(shí)按1kg/ m3量投藥、封閉鍋爐。 2.藥劑的優(yōu)點(diǎn) (1)高效:對(duì)運(yùn)行鍋爐系統(tǒng)的緩蝕率、阻垢率達(dá)99%。 (2)方便:只是按工藝要求投藥。 (3)連續(xù):不管運(yùn)行或停用都能長(zhǎng)期做到防腐阻垢。 (4)全面:不僅對(duì)鍋爐的運(yùn)行和停用起到防腐，而且對(duì)整個(gè)熱網(wǎng)系統(tǒng)提供全面的防腐阻垢。 (5)廉價(jià):不需要昂貴的除氧器及軟化水器的投資費(fèi)用，在停用或運(yùn)行時(shí)均不需要更換藥品從而可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。 5.2.2海綿鐵除氧防腐 從給水中除去溶解氧，以往常用的方法有熱力除氧法、真空除氧法、解吸除氧法、氧化還原型樹脂法等。海綿鐵除氧法于1994年由武漢水利電力大學(xué)王蒙聚教授研究，航空設(shè)計(jì)院姚榮佑高工設(shè)計(jì)及試驗(yàn)。該產(chǎn)品具有低投入、易控制、易維修、除氧效果好、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，是很有發(fā)展前途的新型除氧設(shè)備。 5.3換熱器的清洗 5.3.1機(jī)械清洗法 機(jī)械凈化方法通常采用噴水清洗。這項(xiàng)方法適用于碳化物污垢層，化學(xué)凈化無(wú)法去除，其好處是設(shè)備磨損程度較低。缺點(diǎn)是需要拆除設(shè)備。 噴水清洗，水壓力的選擇是重要的，通常用于50到70 mpa的壓力。壓力太低，凈化效率太低，壓力過大可能會(huì)損壞設(shè)備。因此，初步壓力試驗(yàn)必須在噴水清洗前進(jìn)行。 噴管的清潔不僅可以從內(nèi)部，而且可以從管道的外部和簡(jiǎn)體內(nèi)部進(jìn)行。更令人滿意的結(jié)果可以用來(lái)清潔塑料鰭、熱交換器或爐子。水中氯氣的含量必須由不銹鋼熱交換加熱器的凈化控制。 5.3.2栲膠與堿劑清洗 1.凈化原理 栲膠與堿劑清洗是用橡膠強(qiáng)力提取物和堿性清潔劑一起進(jìn)行作用。它的機(jī)制有三個(gè)功能: (1)疏松:由于乙烯的主要成分是堿性介質(zhì)中的單寧，很容易溶解在無(wú)營(yíng)養(yǎng)酸中，它對(duì)泥漿中的金屬離子產(chǎn)生復(fù)雜影響，溶解二氧化碳，使它們更容易發(fā)酵。 (2)滲透: 橡膠中單寧甚至可以穿透粘土層和設(shè)備基質(zhì)中的金屬之間，在金屬表面形成單寧被鐵保護(hù)膜，破壞粘土和金屬之間的結(jié)合強(qiáng)度，使其更容易剝離。 (3)改變晶型結(jié)構(gòu):橡膠提取物和硫酸鹽納基發(fā)生作用，硫酸鹽用硬殼制成晶體，棒狀結(jié)構(gòu)變成更松軟的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 2.除垢方法 (1)栲膠用量:根據(jù)結(jié)垢厚度計(jì)算栲膠用量，一般每噸水加栲膠5 ~ 10kg。 (2)調(diào)整pH值: pH用氫氧化鈉或磷酸三鈉校正pH，除垢劑的 pH> 7，其劑量根據(jù)垢厚來(lái)確定。在垢厚2至5毫米之間，磷酸三鈉為每噸水3至5kg，或者每噸水2至4kg氫氧化鈉。堿劑的加入不僅有利于栲膠的除垢效果，，而且有利于硫酸鹽水垢的去除。 5.3.3鹽酸清洗 鹽酸是一種廉價(jià)易得的商品，所以都用鹽酸來(lái)去除污垢，它的除垢機(jī)理有以下四種作用: 1.溶解作用 鹽酸在碳酸鹽土壤中很容易反應(yīng)，產(chǎn)生一種容易溶解的氯化物，溶解了這種污垢。 2.剝離作用 鹽酸可以溶解金屬表面的氧化物，從而破壞金屬與粘土的結(jié)合，使其很容易從附在金屬氧化劑上的鹽酸中分離出來(lái)。 3.氣掀作用 鹽酸與碳酸鹽水垢作用所產(chǎn)生的大量二氧化碳，在逸出過程中，對(duì)于難溶解或溶解速度較慢的垢層，具有一定的氣掀動(dòng)力，使之從管壁上脫落下來(lái)，水垢中碳酸鹽成分愈多，在酸洗時(shí)這種氣掀作用就愈強(qiáng)烈。 4.疏松作用 對(duì)于含有硅酸鹽和硫酸鹽的混合水垢，雖然鹽酸反應(yīng)無(wú)法溶解，但與鹽酸混合的氧化碳酸鹽和鐵在鹽酸溶液后溶解，殘留的水垢就會(huì)變得疏松，在流動(dòng)酸洗情況下，它們很容易被沖刷下來(lái)。 5.4換熱器的防垢處理 換熱器運(yùn)行一定時(shí)間以后，熱交換器就會(huì)將一層白水粘附在熱交換墻的內(nèi)部和外部。水垢形成的主要原因是水中含有鈣和鹽，具有共同的特性，其溶解度隨著水溫的升高而下降，變成了難以溶解的鹽。這種鹽的存在對(duì)熱交換產(chǎn)生了以下影響: 1. 水垢的熱傳導(dǎo)率很差，比鋼低30- 50倍，泥漿的存在會(huì)在加熱表面產(chǎn)生熱傳導(dǎo)環(huán)，導(dǎo)致加熱表面無(wú)法達(dá)到預(yù)期的溫度下降。根據(jù)相關(guān)信息，試驗(yàn)產(chǎn)生Imm厚度的水垢，換熱器會(huì)降低10%的效率。 2. 附著在熱線表面的水垢使得清理變得困難，增加了維修成本，不僅是勞動(dòng)力，還有預(yù)防性加熱損傷，降低了熱交換壽命。 3. 水垢產(chǎn)生后，減少了外層和內(nèi)層熱傳熱，增加了熱表面內(nèi)外循環(huán)阻力，而強(qiáng)的循環(huán)截面非常小，甚至完全堵塞，導(dǎo)致熱交換器無(wú)法正常工作。 加藥軟化處理對(duì)于處理水垢具有簡(jiǎn)單、高效、節(jié)約和缺乏專門生產(chǎn)水的設(shè)備等特點(diǎn)，且更溫和。加藥軟化處理是一種非常實(shí)用的方法。根據(jù)添加藥物的方法，目前有兩種方法。根據(jù)加藥的方法不同，分校正制處理和防垢劑處理兩種方法。 1.常用的校正劑 常用的校正劑有NaoH 、NaHCO3,等。水中的穩(wěn)定和修正劑對(duì)水垢的形成做出反應(yīng)，而不會(huì)產(chǎn)生永久的固體。海水中的校正器可以作為水中恒定強(qiáng)度的校正功能。 2.常用的防垢劑 廣泛的防垢劑包括藥物修正劑和三氯丙磷酸鈉，一種由藥物混合物等物質(zhì)組成的強(qiáng)力提取物。在與水分離后，它們與離子源和鹽鹽分離，產(chǎn)生離子能量和水中的固體，形成光滑的表面，不含污垢。在循環(huán)系統(tǒng)中通常保持適度的數(shù)量，如水泥等防腐劑可以作為防止水垢產(chǎn)生的工具，即使水質(zhì)發(fā)生變化(水硬度上升)，拷膠等防垢劑仍可起到防止生成水垢的作用。 當(dāng)給水的永硬較大，暫硬較小，且其計(jì)算硬度不超過3- 4mol/L一般采用校正劑進(jìn)行循環(huán)水系統(tǒng)處理。 30 參考文獻(xiàn) [1] 秦叔經(jīng)，葉文邦.化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書-換熱器［Ｍ］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.15～16 [2] 工程材料實(shí)用手冊(cè)編輯委員會(huì).工程材料實(shí)用手冊(cè)［Ｍ］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.13～14 [3] 朱有庭.化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)［Ｍ］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.28～30 [4] 錢頌文.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)［Ｍ］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.24～26 [5] 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