壳式换热器等标准对换热器各零部件结构与强度进行设计，包括筒体管箱封头折流板及管板等，管板是连接壳体管束和管箱，并承受压力和热膨胀以及来自此三部件载荷的主要部件。特别的，对于管板，我们分析了其危险截面应力并加以校核，保证其安全性。在加工制造方面，用简单的流程图将各零部件的加工与装配次序表现得清晰明了，对管子与管板的连接管孔的加工提出了更详细具体的要求。关键词固定管板式换热器管板折流板章引言.概述换热器在工业中的应用换热设备是使热量从热流体传递到冷流体的设备，使化工炼油动力食品轻工原子能制药机械及其他许多工业部门广泛使用的种通用设备。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的在炼油厂中，约占总投资的。目前国内使用的换热器多为列管换热器和螺旋板换热器。它的主要特点是管内外换热面积相等。这样当交换系数相差较大的交换介质在管内外进行热量交换时，由于其不平恒性而达不到理想的交换目的，换热效率相对较低。管壳式换热器主要由换热管束壳体管箱分程隔板支座等组成。换热管束包括换热管管板折流板支持板拉杆定距管等。换热管可为普通光管，也可为带翅片的翅片管，翅片管有单金属整体轧制翅片管双金属轧制翅片管绕片式翅片管叠片式翅片管等，材料有碳钢低合金钢不锈钢铜材铝材钛材等。壳体般为圆筒形，也可为方形。管箱有椭圆封头管箱球形封头管箱和平盖管箱等。分程隔板可将管程及壳程介质分成多程，以满足工艺需要。新型换热设备结构及材料研究及过程装备技术研究方向以工程流体力学传热学应用力学为理论基础，集过程工艺结构于系统之中，进行了优化与综合研究，推出了传统挡板管壳式换热器的换代产品。首次系统地研究和论述了“纵流壳程换热器”的流体力学传热性能及强化机理，组合结构的设计强度分析，强化换热管及管束制造，结构性能的模糊优化，管束的动力和计算机辅助设计及仿真模拟技术。从理论上为新型“纵流壳程换热器”技术的发展与工程应用奠定坚实基础。第二章换热器的选型.选型的基本原则换热器类型的选取因为管壳式换热器单位体积具有的传热面积较大以及传热效果较好,特别是固定管板式换热器结构简单紧奏能承受较高的压力,造价低,管程清洗方便,管子损坏时易于堵管或更换.所以选取固定管板式换热器。介质流向的确定若传热面积不变，采用逆流时可使加热流体的消耗量降低。可节省操作费，故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。设计参数中已给定换热面积,因此介质流向确定为逆流.介质流程的选择根据固定板式换热器流体流径的选择原则,尿液应走管程,水蒸汽走壳程.换热管的结构尺寸易结构的液体宜采用较大的管径,而设计参数中的尿液易结垢,并且有气液两相流的工艺流体,所以选用中.规格的管子.般取为,所以管子的长度取管子的排列和管心距的确定管子按等边三角形排列,管板的强度高,流体走短路的机会少,且管外流动扰动较大,因而对流传热系数较大,相同的壳程内可以排列更多的管子.所以管子按等边三角形排列。管心距。所以管壳程数及管子数所需管子的数量。.管板利用率η.管板利用率在的范围内,管数适合.管子选用钢。取管程数为,则每程的管子数为因为温度差校正系数﹥.,壳程数取为。折流板排列与间距单壳程的换热器仅需设置横向折流板,横向折流板同时兼有支撑传热管,防止产生振动的作用.此处选择弓形折流板,其结构简单,性能优良.具有横向折流板的换热器不需另设支撑板.弓形流板的排列采用水平装配,这样可造成流体的强烈扰动,传热效果好。取弓形流板切去圆缺的高度为壳体内径的℅即弓形折留板的高度为折流板间距取壳体内径的℅即折流板间距为。第三章结构设计.筒体的计算计算厚度设计厚度.名义厚度圆整有效厚度.水压实验压力设计温度下圆筒的计算应力.值应小于或等于满足要求设计温度下圆筒的最大允许工作压力.水压实验应力校核﹤管板的计算与应力校核管板是管壳式换热器的主要部件。管板的设计是否合理对确保换热器的安全运行节约金属材料降低制造成本是至关重要的。此次设计的固定管板式换热器的管板是依据中计算与校核的。表固定管板式换热器管板尺寸螺柱数量假定管板的有效厚度为,管板的腐蚀欲量,管程分程隔板槽深,壳程结构槽深则管板的公称厚度用管板的公称厚度和管板的设计温度确定管板的许用应力,管板的设计温度管板采用锻件法兰力矩垫片查垫片标准,石棉橡胶板垫片垫片外径垫片内径垫片系数.垫片比压力垫片基本密封宽度.因.垫片有效密封宽度垫片压紧力作用中心圆直径.螺栓载荷螺栓材料选用根据表螺栓材料在常温下的许用应力螺栓材料的许用应力预紧状态下需要的最小螺栓载荷.操作状态下需要的最小螺栓载荷螺栓面积预紧状态下所需螺栓面积所需螺栓面积取和的最大值螺栓强度计算直径.实际螺栓面积螺栓设计载荷预紧状态下螺栓设计载荷操作状态下螺栓的设计载荷法兰力矩管程压力操作工况下法兰力矩.基本法兰力矩.壳体法兰应力系数.按.查图换热管稳定许用应力换热管回转半径.换热管受压失稳当量长度换热管材料在设计温度下的屈服点换热管材料在换热管平均金属温度下的弹性模量系数.换热管稳定许用应力.参数和系数计算壳体圆筒内径面积壳体圆筒金属横截面积.换热管金属横截面积.换热管有效长度管束模数管板材料在管板设计温度下的弹性模量管板强度削弱系数η.热管加强系数.沿隔板槽侧的排管根数,隔板槽两侧相邻管中心距,布管区内未被换热管支撑的面积,对于三角形排列管板步管区面积管板步管区当量直径系数.管板周边不布管区无量纲宽度.法兰外径法兰宽度.管箱法兰厚度〞法兰颈部大端厚度法兰颈部小端厚度管箱圆筒厚度管箱法兰材料在管程设计温度下的弹性模量.〞.查图得〞.管箱旋转刚度〞.取壳体法兰厚度〞壳体厚度壳体材料在平均金属温度下的弹性模量.〞.查图得ˊ.壳体旋转刚度ˊ.旋转刚度无量纲参数.管板开孔后面积.按.查图得.查图得按查图得.查图得.ε第种计算工况壳程压力作用下无温差的工况不记入热膨胀差。.,.当量组合压力.有效压力组合.基本法兰力矩系数.管板边缘力矩系数管板边缘剪切系数.管板总弯矩系数当时，按和查图实线，得.管板布管区周边剪切应力系数.管板径向应力系数.管板布管区周边处径向应力系数.壳体法兰力矩系数.管板径向应力.管板材料在设计温度下的许用应力.合格管板布管区周边处径向应力.ˊ合格管板布管区周边剪切应力合格壳体法兰应力合格壳体圆筒轴向应力.合格换热管轴向应力.合格换热管与管板连接拉脱力.合格结论第种计算工况全部应力合格。经计算其余三种工况也满足要求。第四章管束的振动计算及防振设计假设水蒸气流量为,密度为,尿液的密度为.计算横流速度计算各排换热管之间的总间隙量,其中第六排换热管的总间隙量最小.进,出口处的横流速度折流板间的横流速度.计算卡曼旋涡频率节径比,排列角为.查的进,出口处的卡门旋涡频率为折流板间的门旋涡频率为.计算紊流抖振主频率.,•进,出口处的紊流抖振主频率为.计算声频水蒸气的定压比热与定容比热的比值取水蒸气的压缩系数声速为声波为.换热管的固有频率换热管刚性较差的部位在折流板的缺口处,故跨数折流板缺口区跨距管板与相邻折流板间的距离换热管材料的弹性模量换热管空管质量.管内流体质量查得附加惯性系数.管外流体虚拟质量单位管长质量.因查图得换热管阶固有频率.临界横流速度排列角为,节径比为.的管束,查表得值为假设换热管的对数衰减率,则结论由于故不会发生振动。由于故管束不会发生振动。故在壳程流体进出口处及折流板缺口区管束不会发生振动。第五章焊接工艺设计.主要受压元件的材料选择及其可焊性评价与焊接材料选择说明材料的选择筒体材料的选择根据壳程设计压力和操作温度,选择筒体的材料为，是种低碳低合金钢，合金元素含量少总量不超过℅，具有优良的综合力学性能，其强度韧性耐腐蚀性低温和高温性能均优于相同含碳量的碳素钢。采用不仅可以减小容器的厚度，减轻重量，节约钢材，而且能解决换热器在制造检验运输安装中因厚度太大所带来的各种困难。管板材料的选择管板材料选择锻件，是低合金结构钢,它具有良好的综合力学性能焊接性能及低温冲击韧性，冷冲压及可切削性均好，和号钢相比，成分上仅多了点锰，除具有同样好的塑性和焊接性外，而屈服强度却提高左右，耐大气腐蚀约提高，低温冲击韧性也比钢优越，但其缺口敏感性较碳钢大，在有缺口存在时，疲劳强度比钢低，且易产生裂纹，故在加工时应引起注意。这种钢般在热轧或正火状态下使用，正火后可改善钢材的塑性低温冲击韧性或冷压成型等加工性能。管箱补强圈材料的选择为了材料准备和焊接的方便，管箱补强圈材料材料也选用。法兰材料的选择法兰的材料也选用锻件。材料的可焊性评价金属材料的可焊性是项极其重要的工艺性能，可以按不同标准或不同角度来衡量其可焊性。通常把金属材料在焊接时形成裂纹的倾向及焊接接头区脆化的倾向作为评价金属材料可焊性的主要指标。下面用碳当量来评定可焊性。.时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，可焊性好。般不会产生裂缝。在之间，钢材塑性下降，强度增加，淬硬倾向明显，可焊性较差。工件应采取焊前预热，焊后缓冷等工艺防止裂缝。.，钢材塑性较低，强度较高，淬硬倾向很强，可焊性不好。工件焊前经预热到较高温度，焊接时采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后还应进行热处理，确保焊接接头质量。锻件的值和.相差不大，所以锻件的可焊性比较优良。钢板，所以钢板可焊性优良。焊接材料的选择根据焊接材料的设计原则，在保证焊接接头与母材相同的高温蠕复强度和抗淬化性的前提下改善其焊接性，即提高其抗裂性，应使用与母材成份基本相同的同类焊材，而且异种钢的焊接般选用与较低强度等级钢材相匹配的焊条。焊接采用电弧焊,间用焊条,与碳钢,碳钢与碳钢间用焊条.管子与管板的焊接用焊条.第六章固定管板式换热器的零件加工封头的备料及加工换热器选用标准封头,这是因为封头中心有最大的拉应力。赤道边缘有最大的压应力拉应力与压应力相等,标准封头带有定的直边高度,使连接处的边缘应力不至发生在焊缝上,直边高度的大小随公称直径和壁厚的不同而不同。封头展开直径由经验公式得出,.展开直径超出钢板的宽度,根据之规定,封头拼缝进行射线探伤,合格级别同容器壳体相应的对接接头,且各条焊缝间距大于倍钢板厚度,且,还由于对封头的规定,即封头成型后最小厚度不低于图纸中标注的厚度减去钢板的负偏差,考虑到封头压制成形的减薄量,般采用比图纸标注尺寸略厚的钢板制造封头.封头在冲压过程中,由于毛坯钢板边缘的相互挤压,使封头的直边部分增长且参差不齐,多余部分必须切除,同时将封头端面加工出焊接坡口,以便与筒节焊接.切割边缘可以用氧