F150浮頭式換熱器的設計含10張CAD圖,f150,頭式,換熱器,設計,10,cad 答辯及最終成績評定表 學院： 機械工程學院 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 學生姓名 學號 班級 答辯 日期 課題名稱 F150浮頭式換熱器 指導 教師 成 績 評 定 分值 評 定 小計 課題介紹 思路清晰，語言表達準確，概念清楚，論點正確，實驗方法科學，分析歸納合理，結論嚴謹，設計（論文）有應用價值。 30 21 24 23 25 22 23 答辯 表現(xiàn) 思維敏捷,回答問題有理論根據(jù)，基本概念清楚，主要問題回答準確大、深入,知識面寬。 必 答 題 40 30 29 31 28 32 30 自 由 提 問 30 23 21 22 24 20 22 合 計 100 74 74 76 77 74 75 答 辯 評 分 分值： 答辯小組長（簽章）： 答辯成績a： ×30％＝ 指導教師評分 分值： 指導教師評定成績b： ×60％＝ 評閱教師評分 分值： 評閱教師評定成績c： ×10％＝ 最終評定成績： 分數(shù)： 等級： 答辯委員會主任（簽章）： 年 月 日 說明：最終評定成績＝a+b+c，三個成績的百分比由各學院自己確定，但應控制在給定標準的10％左右。 答辯記錄表 題目 F150浮頭式換熱器 學生姓名 學 院 專 業(yè) 鄒志剛 答辯時間 答辯地點 指導教師 答辯組成員 答辯記錄： 問題1. 簡述你所設計的浮頭式換熱器的工作原理？ 回答：浮頭式換熱器的主要作用是將能量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到工藝流程規(guī)定的指標，以滿足工藝流程上的需要。浮頭式換熱器多用于溫度波動和溫差大的場合。 問題2、煙道氣與水是否分開？ 回答：煙道氣與水是分開的。煙道氣走管程；水走殼程。 問題3、本次設計的材料是怎么選的？ 回答：殼體材料選用16MnR號鋼；管板選用20號鋼；法蘭選用16MnR號鋼；外頭蓋、浮頭蓋選用OCr18Ni8。以上材料的選擇根據(jù)其重量、厚度、經(jīng)濟型來定。 答辯組秘書簽名： 任務書 學院： 機械工程學院 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 指導教師 學生姓名 課題名稱 F150浮頭式換熱器設計 內(nèi)容及任務 擬設計一單殼程雙管程浮頭式換熱器，用于熱量回收。 給定設計參數(shù)如下： 管程介質(zhì)：煙道氣 殼程介質(zhì)：水 管程設計壓力：1.65MPa 殼程設計壓力：1.55MPa 管程設計溫度：420℃ 殼程設計溫度：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、主體結構設計 3、材料選擇及零部件結構設計 4、強度計算與校核 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 擬達到的要求或技術指標 1、首先需在互聯(lián)網(wǎng)、圖書館、工廠廣泛查閱相關科技資料 2、進行結構、材料及裝置選擇論證時，要求資料詳實，數(shù)據(jù)充分 3、進行強度校核時，要求計算準確，分析詳細，公式的字母含義應標明 4、查閱15篇以上與題目相關的文獻，其中近三年的文獻不少于5篇，鼓勵引用一定的外文文獻；按要求格式獨立撰寫不少于12000字的設計說明書；寫出不少于400字的中文摘要，關鍵詞的個數(shù)一般取5個左右；鼓勵翻譯一篇本專業(yè)外文文獻 5、完成不少于3張零號圖紙的結構設計圖、裝配圖和零件圖，其中應包含一張以上用計算機繪制的具有中等難度的1號圖紙，同時至少有折合4號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、文字及尺寸標注等均應符合有關標準規(guī)定 進度安排 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)設計調(diào)研 集中實習 畢業(yè)設計 畢業(yè)答辯 主要參考資料 [1] 秦叔經(jīng)，葉文邦.化工設備設計全書-換熱器［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2003 [2] 工程材料實用手冊編輯委員會.工程材料實用手冊［Ｍ］.北京：中國標準出版社，2002 [3] 朱有庭.化工設備設計手冊［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2005 [4] 錢頌文.換熱器設計手冊［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2002 [5] 朱振華，邵澤波.過程裝備制造技術［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2011 [6] 華南理工大學化工原理教研組.化工過程及設備設計［Ｍ］.廣州：華南理工 大學出版社，1986 [7] 趙惠清，蔡紀寧.化工制圖 ［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2015 [8] 譚蔚.化工設備設計基礎［Ｍ］.天津：天津大學出版社，2014 教研室 意見 本課題符合專業(yè)人才培養(yǎng)要求，設計任務飽滿，同意下達任務書 □ 本課題不符合專業(yè)人才培養(yǎng)要求，不同意下達任務書□ 教研室主任（簽章）： 年 月 日 開題報告 題　　目 F150浮頭式換熱器設計 學生姓名 班級學號 專業(yè) 1 選題的目的與意義 換熱器是國民經(jīng)濟和工業(yè)生產(chǎn)領域中應用十分廣泛的熱量交換設備。隨著現(xiàn)代新工藝、新技術、新材料的不斷開發(fā)和能源問題的日趨嚴重。世界各國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)。換熱器的性能對產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性起著重要的作用，有時甚至是決定性的作用。目前在發(fā)達的工業(yè)國家熱回收率已達 96%。換熱設備在現(xiàn)代裝置中約占設備總重的 30%左右，其中管殼式換熱器仍然占絕對的優(yōu)勢，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)提高設備熱效率的同時，促進換熱設備的結構緊湊性、產(chǎn)品系列化、標準化和專業(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今應用最廣泛的換熱設備,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,管殼式更顯示其獨有的長處。 浮頭式換熱器的優(yōu)點如下： （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） 可用于結垢比較嚴重的場合； （5） 可用于管程易腐蝕場合。 其缺點如下： （1） 小浮頭易發(fā)生內(nèi)漏； （2） 金屬材料耗量大，成本高20%； （3） 結構復雜 給定設計參數(shù)如下： 管程介質(zhì)：煙道氣 殼程介質(zhì)：水 管程設計壓力：1.65MPa 殼程設計壓力：1.55MPa 管程設計溫度：420°C 殼程設計溫度：90°C 腐蝕余量：自定 換熱面積：150 m2 2 國內(nèi)、外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 目前各國在提高管殼式換熱器性能所開展的研究主要是強化傳熱，適應高參數(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)展所作的結構改進。 提高傳熱系數(shù)，擴大傳熱面積，增大傳熱溫差是強化傳熱的三種途徑。其中提高傳熱系數(shù)是當今強化傳熱的重點。它包括有源強化（即利用外部能量的機械和流體振動，電場、磁場沖擊的辦法，改善流動狀態(tài)而強化傳熱）和非源強化（即改變傳熱元件本身的表面形狀和便面處理方法，獲得粗糙表面和擴展表面：也有用內(nèi)插物增加流體本身的擾流來強化傳熱）兩種。目前用于管殼式換熱器的強化傳熱，多數(shù)采用非源強化的辦法。 采用強化傳熱管提高傳熱強度，減少換熱面積，使換熱器提高緊湊程度，節(jié)省材料，減緩結垢速度。 國內(nèi)外換熱器用強化傳熱管通常使用螺紋管和低翅管，我國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，試驗證明可以提高傳熱系數(shù) 30%左右。德國 Hde 公司的螺旋槽管，當230080mm接管就必須加開孔補強， 當殼體名義厚度小于或等于12mm時，Dg>50mm接管就必須加開孔補強。因此，必須在DG 100的管箱管和DG 150的管箱管上開孔進行加強。 在補強圈標準中規(guī)定了補強圈的尺寸，按標準尺寸Dg100的接管補強圈外直徑D0=210mm，Dg150的接管補強圈外直徑D0=300mm。補強圈的厚度可通過等面積補強法進行計算。此處不作具體計算，設定補強圈的厚度均為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。 這個密封面構造簡單，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 它由凸面和凹面構成，將墊圈放置在凹面上，按壓墊圈時，凹面的外側有支撐，因此墊圈不會被推出。 c.榫槽型密封面 密封面由榫和溝構成，墊圈進入溝內(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，搬運和拆卸時應注意。 選擇密封面時，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，不能只按標準選取。如圖6為殼體與浮頭箱的對接法蘭，DN=800mm的是按標準選取的，而DN=700的法蘭是按DN800法蘭螺栓孔的位來設計其尺寸的， 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體圖。 2.14.3 接管法蘭 管箱接管采用平頸對焊法蘭，如圖7示： 圖7 接管法蘭 設計尺寸按化工機械標準設計，其尺寸大致如下： 管箱接管：DN=100 　PN=2.5MPa時： 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 殼體接管：DN=150　 PN=1.6MPa時： 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 另外，對焊時法蘭要在頸部開坡口。 2.15 支座 臥式設備通常采用兩個鞍座。這是因為，如果使用多個支柱，基礎的水平高度可能不一致，這會導致支柱反應分布不均，從而增加設備的局部應力，因此采用兩個支柱。 采用雙支架時，一個鞍座為固定支架，地腳螺栓為圓孔；另一個是活動支座，地腳螺栓為長圓孔，帶兩個螺母，將第一個螺母向后擰一圈，然后用第二個螺母鎖緊。這樣，隨著溫度的變化，設備可以自由擴展。如圖8示： 圖8 鞍式支座 24 3強度校核 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 前端管箱封頭計算 計算條件 橢圓封頭簡圖 計算壓力 Pc 1.35 MPa 設計溫度 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) 試驗溫度許用應力 [s] 43.00 MPa 設計溫度許用應力 [s]t 40.00 MPa 鋼板負偏差 C1 0.00 mm 腐蝕裕量 C2 1.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 0.85 厚度及重量計算 形狀系數(shù) K = = 1.0000 計算厚度 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 結論 滿足最小厚度要求 重量 14.44 Kg 壓 力 計 算 最大允許工作壓力 [Pw]= = 4.16426 MPa 結論 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 管箱筒體計算 計算條件 筒體簡圖 計算壓力 Pc 1.35 MPa 設計溫度 t 480.00 ° C 內(nèi)徑 Di 600.00 mm 材料 16MnR(正火) ( 板材 ) 試驗溫度許用應力 [s] 43.00 MPa 設計溫度許用應力 [s]t 40.00 MPa 試驗溫度下屈服點 ss 95.00 MPa 鋼板負偏差 C1 0.00 mm 腐蝕裕量 C2 1.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 0.85 厚度及重量計算 有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.00 mm 名義厚度 dn = 9.00 mm 壓力試驗時應力校核 壓力試驗類型 液壓試驗 試驗壓力下 圓筒的應力 sT = = 205.89 MPa 校核條件 sT￡ [s]T 校核結果 合格 壓力及應力計算 最大允許工作壓力 [Pw]= = 4.12845 MPa 設計溫度下計算應力 st = = 116.29 MPa [s]tf 120.02 MPa 校核條件 [s]tf ≥st 結論 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 殼程圓筒計算 計算條件 筒體簡圖 計算壓力 Pc 1.25 MPa 設計溫度 t 95.00 ° C 內(nèi)徑 Di 600.00 mm 材料 16MnR(正火) ( 板材 ) 試驗溫度許用應力 [s] 170.00 MPa 設計溫度許用應力 [s]t 162.30 MPa 試驗溫度下屈服點 ss 345.00 MPa 鋼板負偏差 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 壓力試驗時應力校核 壓力試驗類型 液壓試驗 試驗壓力值 PT = 1.25P = 1.9640 MPa 壓力試驗允許通過 的應力水平 [s]T [s]T￡ 0.90 ss = 310.50 MPa 試驗壓力下 圓筒的應力 sT = = 67.17 MPa 校核條件 sT￡ [s]T 校核結果 合格 壓力及應力計算 最大允許工作壓力 [Pw]= = 4.74538 MPa 設計溫度下計算應力 st = = 44.48 MPa [s]tf 137.96 MPa 校核條件 [s]tf ≥st 結論 合格 表5 管箱法蘭校核 管箱法蘭計算 設 計 條 件 簡 圖 設計壓力 p 4.000 MPa 計算壓力 pc 4.753 MPa 設計溫度 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 許用應力 143.0 MPa 法 材料名稱 0Cr18Ni9 許用 [s]f 130.0 MPa 蘭 應力 [s]tf 86.5 MPa 材料名稱 40MnVB 螺 許用 [s]b 230.0 MPa 應力 [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 Di 600.0 Do 680.0 墊 結構尺寸 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 算 預緊狀態(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 筒體法蘭計算 設 計 條 件 簡 圖 設計壓力 p 4.000 MPa 計算壓力 pc 4.753 MPa 設計溫度 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 許用應力 140.0 MPa 法 材料名稱 16MnR(正火) 許用 [s]f 140.0 MPa 蘭 應力 [s]tf 86.5 MPa 材料名稱 40MnVB 螺 許用 [s]b 230.0 MPa 應力 [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 Di 437.0 Do 515.0 墊 結構尺寸 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 算 預緊狀態(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 應力 性質(zhì) 計 算 值 許 用 值 結 論 軸向 應力 82.00 MPa =126.2 或 =353.0( 按整體法蘭設計的任意式法蘭, 取 ) 校核合格 徑向 應力 22.27 MPa = 84.2 校核合格 切向 應力 21.98 MPa = 84.2 校核合格 綜合 應力 = 52.13 MPa = 84.2 校核合格 法蘭校核結果 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 剪應力校核 計 算 值 許 用 值 結 論 輸入法蘭厚度δf = 45.0 mm時, 法蘭應力校核 應力 性質(zhì) 計 算 值 許 用 值 結 論 軸向 應力 109.76 MPa =215.1 或 =405.8( 按整體法蘭設計的任意式法蘭, 取 ) 校核合格 切向 應力 28.99 MPa = 142.5 校核合格 綜合 應力 = 70.05 MPa = 142.5 校核合格 法蘭校核結果 校核合格 3.8總體強度校核方法 將換熱器主要通過不同厚度和重量有多重目的,實驗壓力不同,換熱器組件分別計算,以便準確排除,通過計算結構尺寸、工藝計算、壁溫計算熱流,換熱器流體流動阻力計算、零件和內(nèi)部結算單位,完成換熱器的設計。熱交換器的安裝和接收。當U型管的兩邊固定在同一塊管板上時，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。使用計算機程序優(yōu)化熱交換器的結構尺寸。 在這里使用電子表格來計算數(shù)據(jù)的不同部分，以便更直觀地了解項目的每個部分是否符合要求，并根據(jù)熱交換器的單獨部分計算。這樣就不會有混亂，條理更加清晰。 4.加工工藝 4.1簡體 換熱器筒體的橢圓度要求更高，因為需要在筒體和折疊板之間有適當?shù)拈g隙。如果它太大就不能影響熱效應，如果它太小了，不可能安裝起來。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。切割方法有機械切割方法，氧和等離子體等。機械切割由斜切割器、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;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，在簡形成一個圓后，圓簡立即被釋放，在縱向縫合線之后，羅爾的扳機被釋放。電焊接使用手動電弧焊接或掩埋電極，這需要在焊接過程中得到注意。電極應保持干燥，如發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，應完全鑿去，再進行下一層的焊接，盡可能地使用平焊，減少應力和應變。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。接管不應該開在焊痕上,而應該與相連接的內(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，而不是加強板塊。對角線橫膈膜必須兩邊都有長度，并且必須有相應的縫合線。由于焊接應力大，故管箱和封頭法蘭等焊接后，需進行消除應力的熱處理，最后進行機械加工。 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，并且進行了廣泛的研究。目前，隨著我國石油加工、化學和石油化學工業(yè)的發(fā)展，熱交換條件變得越來越嚴格。為了適應國內(nèi)外的熱浪和鞏固需要，已經(jīng)成功地研究了許多新技術，這些技術將在未來逐步用于生產(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，以避免滾動問題，因為連接是通過支架通過的。 U型管的最小彎曲半徑，現(xiàn)在可能是國內(nèi)外側管道大小的兩倍。彎曲必須通過管子直徑0.85倍的球的強度測試來測試它的周長。 4.4管板 管校毛坯可以是合金制的，焊制的和復合的。假設是鋼板材料，在加工前表面不平度時，但直經(jīng)小于1000毫米時小于2毫米;在相等或超過1000毫米的情況下，不應該超過3毫米，如果超過以上規(guī)定，應該先進行校平，然后進行精加工。 鍛造時的碳鋼材料,由于位移導致空穴形成裂縫和管焊后應檢查管子管板表面含碳量,以便含碳量達到0.19%。從任何點,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，鉆頭在鉆洞時的力會使管狀板的中心變形，這樣在鉆洞完全圓后，鉆頭就可以對齊、重疊、擠壓，然后一起鉆洞。請注意，一旦這些板塊被折疊起來，它們就不可能超過鉆井平臺的四分之五厚。為了防止鉆洞時產(chǎn)生彎曲，需要在鉆洞時在底部的墊子上放一塊木板來支撐鉆頭的推力。 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行鉆孔,即基于鉆孔布置管板,應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進行加工。但請注意，用于防止誤差積累，故當做鉆模的管板必須是第一塊管板。 這種加工方法的優(yōu)點是: 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)省加工時間，提高生產(chǎn)率。 在鉆洞的基礎上，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記為對稱方向，以確保未來的平滑裝配。 4.6膨脹節(jié) 膨脹區(qū)域補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 裝管是一項艱苦的體力勞動，許多工廠或人造管在不利的工作條件下效率低下。蘭州煉油廠有一個完整的管道、風車、管道、排水管、排水管和管道，以及一個機械化管道，用于機械化和機械化處理這一問題。 熱交換板的組裝要求兩個管道并行，允許誤差不超過1毫米;兩個管之間長度的誤差為2mm土;管子應該是垂直的，管子拉桿應牢固固定;小心放置遙測管的兩端;當管子穿過管子時，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)成為所有國家普遍存在的問題。這不僅需要大量的工作時間，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，不同的處理條件，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)驗來承受更高的壓力，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。但脹接存在應力腐蝕和疲勞問題，并在使用溫度較高時，由于材料的蠕變使脹接殘余應力松地會引起接頭脫落或松動而造成泄調(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準，熱處理通常應在下列情況下進行: (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構。 (3)鋼、鍍鉻鋼的屈服強度500MPa以上，需要立即處理退火，以消除焊接電壓、避免裂紋和改進化合物的機械性能。 4.10設備組裝 重要的是，在組裝封頭管箱和簡體時，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，應均勻地沿直徑方向相對錯開上緊。否則，很難保證在水壓試驗時達到嚴密不漏。 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)境的化學或電化學反應的影響。 金屬腐蝕造成的危險是驚人的。根據(jù)相關資料，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被腐蝕。美國標準局進行了一項研究，每年損失70億美元相當于560億人民幣。在我們國家沒有做過這方面的統(tǒng)計，但從每年的鍋爐腐蝕報廢情況來看是相當驚人的。 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:該藥由北京化工學院研制，它是根據(jù)緩蝕作用原理，利用閾值效應規(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，擴散到達并吸附于金屬表面，從而連續(xù)地起到防止鍋爐及換熱器在運行時腐蝕結垢和停用時腐蝕的作用。 1.藥劑的使用方法 (1)對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量基礎投藥; b.運行期間隨補水按1kg/ m3量補充投藥; c.停用時按Ikg/ m3 量投藥、封閉鍋爐。 (2)對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量基礎投藥; b. 運行期間隨補水按0.8kg/m3量補充投藥: c.停用時按1kg/ m3量投藥、封閉鍋爐。 2.藥劑的優(yōu)點 (1)高效:對運行鍋爐系統(tǒng)的緩蝕率、阻垢率達99%。 (2)方便:只是按工藝要求投藥。 (3)連續(xù):不管運行或停用都能長期做到防腐阻垢。 (4)全面:不僅對鍋爐的運行和停用起到防腐，而且對整個熱網(wǎng)系統(tǒng)提供全面的防腐阻垢。 (5)廉價:不需要昂貴的除氧器及軟化水器的投資費用，在停用或運行時均不需要更換藥品從而可節(jié)約運行費用。 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王蒙聚教授研究，航空設計院姚榮佑高工設計及試驗。該產(chǎn)品具有低投入、易控制、易維修、除氧效果好、運行成本低等優(yōu)點，是很有發(fā)展前途的新型除氧設備。 5.3換熱器的清洗 5.3.1機械清洗法 機械凈化方法通常采用噴水清洗。這項方法適用于碳化物污垢層，化學凈化無法去除，其好處是設備磨損程度較低。缺點是需要拆除設備。 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，壓力過大可能會損壞設備。因此，初步壓力試驗必須在噴水清洗前進行。 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體內(nèi)部進行。更令人滿意的結果可以用來清潔塑料鰭、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力提取物和堿性清潔劑一起進行作用。它的機制有三個功能: (1)疏松:由于乙烯的主要成分是堿性介質(zhì)中的單寧，很容易溶解在無營養(yǎng)酸中，它對泥漿中的金屬離子產(chǎn)生復雜影響，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備基質(zhì)中的金屬之間，在金屬表面形成單寧被鐵保護膜，破壞粘土和金屬之間的結合強度，使其更容易剝離。 (3)改變晶型結構: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，棒狀結構變成更松軟的網(wǎng)狀結構。 2.除垢方法 (1)栲膠用量:根據(jù)結垢厚度計算栲膠用量，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 鹽酸是一種廉價易得的商品，所以都用鹽酸來去除污垢，它的除垢機理有以下四種作用: 1.溶解作用 鹽酸在碳酸鹽土壤中很容易反應，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合，使其很容易從附在金屬氧化劑上的鹽酸中分離出來。 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，對于難溶解或溶解速度較慢的垢層，具有一定的氣掀動力，使之從管壁上脫落下來，水垢中碳酸鹽成分愈多，在酸洗時這種氣掀作用就愈強烈。 4.疏松作用 對于含有硅酸鹽和硫酸鹽的混合水垢，雖然鹽酸反應無法溶解，但與鹽酸混合的氧化碳酸鹽和鐵在鹽酸溶液后溶解，殘留的水垢就會變得疏松，在流動酸洗情況下，它們很容易被沖刷下來。 5.4換熱器的防垢處理 換熱器運行一定時間以后，熱交換器就會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。這種鹽的存在對熱交換產(chǎn)生了以下影響: 1. 水垢的熱傳導率很差，比鋼低30- 50倍，泥漿的存在會在加熱表面產(chǎn)生熱傳導環(huán)，導致加熱表面無法達到預期的溫度下降。根據(jù)相關信息，試驗產(chǎn)生Imm厚度的水垢，換熱器會降低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，不僅是勞動力，還有預防性加熱損傷，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，而強的循環(huán)截面非常小，甚至完全堵塞，導致熱交換器無法正常工作。 加藥軟化處理對于處理水垢具有簡單、高效、節(jié)約和缺乏專門生產(chǎn)水的設備等特點，且更溫和。加藥軟化處理是一種非常實用的方法。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)定和修正劑對水垢的形成做出反應，而不會產(chǎn)生永久的固體。海水中的校正器可以作為水中恒定強度的校正功能。 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。 當給水的永硬較大，暫硬較小，且其計算硬度不超過3- 4mol/L一般采用校正劑進行循環(huán)水系統(tǒng)處理。 30 參考文獻 [1] 秦叔經(jīng)，葉文邦.化工設備設計全書-換熱器［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2003.15～16 [2] 工程材料實用手冊編輯委員會.工程材料實用手冊［Ｍ］.北京：中國標準出版社，2002.13～14 [3] 朱有庭.化工設備設計手冊［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2005.28～30 [4] 錢頌文.換熱器設計手冊［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2002.24～26 [5] 朱振華，邵澤波.過程裝備制造技術［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2011.33～35 [6] 華南理工大學化工原理教研組.化工過程及設備設計［Ｍ］.廣州：華南理工 大學出版社，1986.72～75 [7] 趙惠清，蔡紀寧.化工制圖 ［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2018.45～46 [8] 譚蔚.化工設備設計基礎［Ｍ］.天津：天津大學出版社，2017.64～66 [9] 顧芳珍,陳國桓.化工設備設計基礎[M].天津:天津大學出版社,1997.28～30 [10]黃振仁,魏新利.過程裝備成套技術[M].北京:化學工業(yè)出版社,2001.55～60 [11]黃振仁,魏新利.過程裝備成套技術設計指南[M].北京:化學工業(yè)出版社，2003.44～46 [12] 鄭津洋,董其伍,桑芝富.過程裝備設計[M].北京:化學工業(yè)出版社,2018.52～54 [13] 鄒廣華,劉強.過程裝備制造與檢測[M].北京:化學工業(yè)出版社,2018.37～39 [14]N．Jing, L．Zhen,B．P．Xu 《Study on control limits of secondary stress strength in pressure vessels》［J］．International Journal of Pressure Vessels and Piping， 2017.6～8 [15]Johann Turnow,Nikolai Kornev,Valery Zhdanov,Egon Hassel.Flow structures and heat transfer on dimples in a stagger