化工设备机械基础(设备部分)教案(doc格式(编辑修改稿)

化工设备机械基础(设备部分)教案(doc格式(编辑修改稿)内容摘要：

易沉淀，利于传热。 2． 折流板尺寸 （ 1）厚度：其值取决于它所支撑的重量，即与壳体直径和板间距相关。 最小厚度由筒体公称直径和换热管无支撑跨距按表 413选取。 一般不做强度计算，折流板过厚造成 总重增加，材料浪费。 （ 2）管孔：其大小对传热性能、机械性能和加工制造都有影响。 管孔大则因间隙大而降低传热效果，换热管易震动。 （ 3）间隙：指折流板外径与壳体内径之间的间隙。 间隙小则装配困难，间隙大又影响传热，折流板自身强度降低，但加工方便，穿管方便。 故管孔应综合考虑， GB151给出具体尺寸。 缺口高度： 倍的圆筒内直径 （ 4）间距： 折流板间距应根据壳程介质的流量、粘度确定。 一般折流板应在换热管的有效长度上等间距布置。 间距过大或过小均不好，一般最小不得小于 Di/5，最大不得大于 Di 二、支持板 目的： 是支撑（换热管）、防止其产生过大的振动和挠度。 支持板的厚度、管孔、外径等尺寸等要求与折流板一致。 但对最大无支撑跨距有要求。 支持板与折流板外形一样，支持板也起折流板作用，折流板也起支持板作用只是设置的原始目的不同而已。 三、 折流 杆 一种新型结构，尚在研发中。 与 折流板相比阻力降小，无传热死区，换热管不易振动，固定效果好，加工不易。 无成型结构。 （按图 440 简单介绍） 第四节 冷凝器结构 冷凝器是换热器的一种，但因在传热过程中发生相变，故传热效果与结构有较大的关系，因此单独介绍一些应注意的 地方。 一、 冷凝器介质流程的选择 （被冷凝介质一般指水蒸汽、也可为其他可冷凝的气体如冷凝液 氨等） 一般要求冷凝蒸汽走壳程，冷凝介质走管程。 这样可提高传热系数。 （一般壳程传热系数小与管程传热系数，让壳程发生相变可大大提高壳程传热系数）在下列特殊情况下可以让蒸汽走管程： 冷凝蒸汽压力高或腐蚀性很强。 因为管子的承压能力强；腐蚀性介质走管程可避免壳程筒体采用耐腐蚀材料，降低冷凝器的成本。 冷凝介质粘度大或流量小 此时让冷凝介质走壳程可提高滞动程度，增大雷诺数以提高传热系数。 要求冷凝介质压 降小 因对相同介质，通常壳程流阻小于管程流阻，故对冷凝介质压降有特殊要求时可让冷凝介质走壳程。 冷凝器形式的确定 立式和卧式放置对一般换热器影响不大，但对冷凝器来讲却不一样。 因为如果冷凝液膜在换热管表面积累变厚，将对传热效果有较大的影响，为防止此种情况故一般采用卧式结构。 在下列特殊情况可考虑采用立式冷凝器。 冷凝液需过冷 对被冷凝成液体的介质需进一步降低温度可采用立式。 也保证换热器内存在一定的液位 高度，可达到目的。 普朗特准数 Pr高的介质 即冷凝负 荷大时，在厚液膜上形成滞流，有较高的传热系数。 冷凝蒸汽走管程 为使冷凝液膜能快速流走而不堆积需采用立式结构。 二、冷凝器设计中的其他问题 保证蒸汽流速 即防止随蒸汽冷凝，蒸汽量的减少而导致流速降低。 目的是为了保证较高的雷诺数且 能排除不凝性气体。 排除不凝性气体 不凝性气体的存在对传热效果影响很大，故应在上部死角处设置排气口以排除不凝性 气体。 减薄冷凝液液膜厚度 减薄冷凝液液膜厚度可改进传热效果。 对卧式冷凝器， 如前所述可将管束偏转安装。 对立式冷凝器可如图 441 所示设置泄液管罩或当液板。 冷凝液的排出 一般冷凝液的堆积会降低传热效率并可能会形成腐蚀，应尽快排出，在排除过程中要 注意防止带走蒸汽（图 442 a、 b 结构）和排净（图 442 c 结构） 第五节 管箱及其它结构 一、 管箱 管箱按其结构可分为固定端管箱、 滑动管箱、浮头管箱。 1．固定端管箱 主要用于固定管板式换热器及 U形管式换热器。 （填料函式、浮头式换热器物料进口也为固定端管箱） 组成： 容器法兰、圆筒短节、封头、及进出口的接管与法兰组成．有时还设有放空口、放净口、仪表接口、分程隔板等。 安图 443讲述几种常见固定管箱结构 2．滑动管箱 主要指用于填料函式换热器滑动端的管箱。 分为外填料函浮头式、单填料函滑动管板式和 双填料函滑动管板式三种。 （ 1）外填料函浮头式： 如图 444所示。 填料函在管板外，填料箱在壳体法兰内。 用于压力小于 的换热器。 （整 个管箱滑动） （ 2）单填料函滑动管板式： 如图 445 所示。 在管板上焊一短节，将填料函设在壳体法兰内，填料填在短节和填料函之间，用管箱法兰兼作填料压盖。 （仅管板滑动） （ 3）双填料函滑动管板式： 如图 446 所示。 该结构具有双重填料，内圈填料主要用密封管、壳程的压差密封，外圈填料主要起保险作用，一旦内圈填料有泄漏，外圈填料则能阻止漏出的介质扩散到空间，并能由接管收集漏出的介质，一般用于介质为易燃、易爆、有毒性介质等场合。 （仅管板滑动） 3．浮头管箱 浮头管箱指浮头式换热器浮头端管箱。 按图 447 所示介绍管箱结构 ，如何拆装。 4．高压管箱 对高压换热器，一般高压介质均走管程，高压管箱既要承受高压，又要防止泄露，选择合理的管箱结构对降低制造成本，便于拆装及安全性等均有重大意义。 注意事项：尽量减小管箱内径；尽量用锻件；尽量少用法兰结构；尽量采用简单结构；选择合理的物流流向。 （与图 448对应介绍） 5．分程隔板 设计要求 ：承受脉动流体或隔板两侧压差很大时，隔板的厚度应适当增厚，或改变隔板结构；大直径换热器隔板设计成双层结构；分程隔板上可设排净孔；厚度大于 10mm 的分程隔板，密封面处应削边至 10mm。 （强调：分程隔板端 面属于密封面，在与管箱整体焊后进行精加工） 二、其它结构 1. 拉杆与定距管 安装拉杆与定距管的目的是为了固定折流板或支持板，使两板保持一固定的距离。 （ 1）拉杆形式： 螺纹连接 ：拉杆与管板采用螺纹连接，折流板靠定距管固定间距，适用于外经大于等于 19 mm的管束。 焊接连接 ：拉杆与管板、折流板均采用焊接，适用于外经小于等于 14 mm的管束。 （ 2）拉杆的直径和数量： （由筒体公称直径和换热管直径确定） 由表 42 425 选取。 拉杆公称直径不得小于 10 mm，数量不得少于 4根。 （ 3）拉杆的布置与尺寸 ： 拉 杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，以便于较好地固定折流板。 对于大直径的换热器，在布管区内或靠近折流板缺口处应布置适量的拉杆， 任何折流板应不少于三个支撑点。 2．防冲板和导流筒 （ 1）设置防冲板的条件： 管程轴向接管或管内流速大于 3m/s 时，管程设置防冲板；壳程进口管流体的 ρν2超过一定值时，在壳程进口管处设置防冲板或导流筒；对有腐蚀或磨蚀的气体、蒸汽及气液混合物应设置防冲板。 （ 2）防冲板的设置： 防冲板外表面到圆筒内壁的距离，应不小于接管外径的 1/4； 防冲板的直径或边长，应大于接管外径 50 mm； 防冲板 的最小厚度：碳钢 mm，不锈钢 3 mm； 防冲板可采用三种固定形式：焊在定距管或拉杆上；焊在圆筒上；螺栓固定。 以焊在筒体较为常见，简介其常见形状。 （ 3）导流筒的设置： 当壳程进出口接管距管板较远，流体停滞区过大时，应设置导流筒，以减少流体停滞区，增加换热管的有效长度。 分为内外导流筒两种形式。 3．滑道 滑道的结构有滑板、滚轮、滑条等形式。 以滑板最为常见，对于可拆管束结构，必须设计滑道以便管束拆装。 简介其结构 4．壳体内径的确定 （仅为估算公式，且没考虑分程的影响） 首先根据换热管总数 Nt确定换热管束中 心管排的管数 Nc： 对于正方形排列： Nc= 对于正三角形排列： Nc= 壳体内径 Di: Di=s(Nc1)+d0+e Di也可以按下式估算： Di= s(Nc1)+4d0 式中： s换热管中心距， m d0外径， m e壳体内径与管束外径之差，一般在。 （简单介绍公式的意义） 第五章 管壳式换热器的强度设计 第一节 压力容器强度设计的基本概念 一、压力 P—— 除注明外，压力均指表压力 ，单位用 Mpa 表示。 工作压力 Pw—— 指在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。 设计压力 Pd—— 指设定的容器顶部的最高压力。 它与设计温度一起作为设计载荷条件，其值不小于工作压力。 一般在装有安全阀时， wd Pp )~( ，当无安全阀时， wd Pp )~( 计算压力 Pc—— 在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，包括液柱的静压力。 当元件所承受的液柱静压力小于 5%设计压力时，可以忽略液柱静压力。 试验压力 PT—— 进行压力试验时容器顶部的压力。 二、温 度 金属温度 —— 沿元件金属截面的温度平均值。 设计温度 —— 容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度。 试验温度 —— 进行压力试验时，壳体的金属温度。 （标志在设备铭牌上的设计温度应是壳体设计温度） 三、厚度 （单位为 mm） 1．计算厚度 c —— 按公式计算得到的厚度。 2．设计厚度 d —— 计算厚度 c +腐蚀裕量 C2，即： 2Ccd 。 3．名义厚度 n —— 设计厚度 d +钢材厚度负偏差 C1+向上圆整至钢材标准规格厚度的差  ,即：  211 CCC cdn 。 名义厚度为标注在图样上的厚度。 4．有效厚度 e ——  ne CCC  21 5．厚度附加量 C—— 钢材厚度负偏差 C1+腐蚀裕量 C2，即： 21 CCC  6．最 小厚度 min —— 为了满足制造工艺要求以及运输和安装过程中的刚度要求，根据工程实践经验所规定的不包括腐蚀裕量 C2的最小元件厚度值。 对于不锈钢容器，取 mm2min  对于碳素钢和低合金钢容器件确定根据运输和制造安装条时内径且不小于时内径,3 8 0 03,1 0 0 02,3 8 0 0 m i nmmDmmmmDmmDiii  对于换热设备，其最小厚度 min 的规定更为严格，具体规定见 P118 表 5 55。 四、耐压试验及气密性试验 耐压试验目的 —— 检验容器在超设计压力情况下的宏观强度以 及焊缝和其它连接部位的致密性。 一般为液压试验，以水、油等为试验介质，特殊情况下作气压试验，以 N惰性气体为试验介质。 耐压试验试验压力 1．液压试验：tdT pp ][ ][  2．气压试验：tdT pp ][ ][  注意：以公式计算的试验压力 Tp 是指试验压力的下限值（最低值）。 对于外压或真空容器，压力试验时也用内压进行试验，其试验压力为： 液压试验： ppT  气压试验： ppT  3．气密性试验： 主要用于介质的毒性程度为极度或高度危害的介质的容器，以检验其密封性能，必须在压力试验合格后进行。 气密性试验的压力可取为 dp ，介质一般为 NH3等渗透力强的气体。 4．压力试验前的应力校核 （ 1）液压试验时：se eiTT Dp   )(  （ 2）气压试验时： se eiTT Dp   )(  符号： T —— 压力试验时的应力， Mpa s —— 材料在试验温度下的屈服点， MPa 五、焊接接头系数  —— 指材料在焊接时，焊缝区的强度由于各种因素的影响而有所降低，为了保证安全，在材料的许用应力前乘以一个系数  ，这个系数就称为焊接接头系数。 焊接接头系数  的选择，一般规则为： （ 1）双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头系数： 100%无损检测时取  ； 局部无损检测时取  =。 （ 2）单面焊对接接头系数： 100%无损检测时取  ； 局部无损检测时取  =。 六、内压圆筒的薄膜应力理论 薄膜应力理论又称为无力矩理论。 即在应力分析中只考虑两向薄膜应力 , 而不考虑弯曲应力和剪切应力得到的理论。 在仅考虑介质压力情况下对圆筒的应力，其结论简化为： 环向应力 ：  pRpD  2 轴向应力：  24 pRpD  从上面的计算公式可以看出：内压圆筒壳体的应力只与几何尺寸有关，而与所用材料无关。 筒 体 第二节 筒体 换热器的筒体（包括管箱上的短节）做强度计算时应按 GB150 中的有关规定进行。 一、 内压圆筒 其计算公式为： 计算厚度： )][2( PDP ti   mm。