1、 1 2.105m2 冷凝器的选型及工艺设计 2.1 冷凝器设计示列 已知一卧式固定管板式换热器的工艺条件如下：换热器工程直径为 1000mm，换热管长度 3000mm，换热面积 105m2;壳程价质为二次蒸汽，轻微腐蚀，操作压力20Kpa（绝压），工作温度 60C0，；管程价质为冷却水，操作压力 0.4Mpa，工作度3238C0，双管程，换热管规格为 25mm2mm,换热管间距 36mm，数量 545 根，材料 0Cr8Ni9；蒸汽进口管 377mm8mm， 冷凝水出口管 57mm，冷却水进，出口管均为 219mm6mm。 2.2 冷凝器结构设计 材料选择。 根据换热器的工作状况及价质特性，
2、壳程选用 0Cr18Ni9，管程选用 Q235B，管板选用 0Cr18Ni9。 换热管。 换热管是换热器的元件之一，置于筒体之内，用于两介质之间热量的交换。 选用较高等级换热管，管束为级管束。 换热管的选择 排列方式：正三角形、正方形直列和错列排列。 图 2-1换热管排列方式 各种排列方式的优点： 正方形排列：易清洗，但给热效果差； 正方形错列：可提高给热系数； 等边三角形：排列紧凑，管外湍流程度高，给热系数大。 换热管与管板的连接方式有强度焊、强度胀以及胀焊并用。 强度胀接主要适用于设计压力小 4.0Mpa；设计温度 300；操作中无剧烈振动、无过大的温度波动及无明显应力腐蚀等场合。 除了有
3、较大振动及有缝隙腐蚀的场合，强度焊接只要材料可焊性好，它可用2 于其它任何场合。 胀焊并用主要用于密封性能要求较高；承受振动和疲劳载荷 ；有缝隙腐蚀；需采用复合管板等的场合。 管板。 管板选用兼作法兰结构，管板密封面选用 JBT4701 标准中的突面密封面。换热管在管板上的排列采用正三角形排列，分程隔板两侧换热管中心距取 44mm，实际排列 548 跟换热管。 分成隔板与分程隔板槽 。分成隔板厚度 10mm，开设 6mm 泪孔；分成隔板槽宽 12mm，深度 4mm；垫片材料为石棉橡胶板，厚度为 3mm。 换热管与管板的连接 。换热管与管板的连接采用焊接结构，其中L1=2mm， L3=2mm。
4、支持板。 换热器的壳程为蒸汽冷凝，不需折流板，但考虑到到换热管的支撑，姑设置支持板。换热管无支撑最大跨距为 1850mm,因此换热管至少需要 3块儿支持板。本设计采用 3 块儿支持板，弓形缺口，垂直左右布置，缺口高度为25%筒体内直径。 拉杆与拉杆孔 。选用 8 根 16mm 拉杆，拉杆与管板采用用螺纹连接。拉杆两端螺纹为 M16 拉杆孔深度为 24mm 定距管及拉杆的选择 拉杆常用的结构型式有： a. 拉杆定距管结构，见图 4-7-1（ a）。此结构适用于换热管外径 d 19mm 的管束且 l2La（ La按表 4-5-5规定） b. 拉杆与折流板点焊结构，见图 4-7-1（ b）。此结构适
5、用于换热管外径 d 14mm的管束且 l1 d； c. 当管板较薄时，也可采用其他的连接结构。 3 图 2-1 拉杆结构型式 这里我们选用拉杆定距管结构。 拉杆的尺寸 拉杆的长度 L按实际需要确定，拉杆的连接尺寸由图 4-7-2和表 4-7-1确定。 图 2-2 拉杆连接尺寸 拉杆的位置 拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，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当数量的拉杆，任何折流板不应少于 3个支承点。 定距管尺寸 定距管的尺寸，一般与所在换热器的换热管规格相同。对管程是不锈钢，壳程是碳钢或低合金钢的换热器，可选用与不锈钢换热管外径相同的碳钢管作定距管。定距 管的长度，按实
6、际需要确定。 管箱。 管箱法兰选用容器法兰，规格为“ RE 1000 0.6 JBT47012000”。封头选用标准椭圆形封头，规格为“ EHA 10008 JBT4746 2002”。管箱接管采用径向接管，前端管箱开设冷却水进，出口管，后端管箱上不开设34压力表接口，下部开设 DN25 排净口。前端管箱筒节长度 500mm，后端管箱筒节长度 260mm。 支座。 卧式 换热器多采用鞍式支座，立式换热器可采用耳式支座，大型立式换热器也可采用裙座支座承。当采用耳式支座，公称直径 DN800mm 时，应至少安装 2 个支座，且对称布置；工程直径 DN800mm 时，应至少安装 4 个支座，均匀布置
7、。当选用鞍式支座时，支座在换热器上的布置按下列原则确定（其中个参数代号如图 5-15 所示） 4 图 2-3 卧式换热器鞍座安装位置 1.当 L3000mm 时，取 LB=（ 0.40.6） L； 2.当 L3000mm 时，取 LB=（ 0.50.7） 3.尽量使 LC 和 L相近。 换热器采用鞍式支座，型号为“ BI 1000JBT 4712.1 2007”，固定式和滑动式支： 座各一个，固定式支座安装在靠近冷却水进口端，两支座距离为 1700mm，支座螺栓孔中心矩管板密封面 650mm。 接管。 换热器接管选用无缝钢板。蒸汽进口焊接连接，压力表口采用螺纹连接，其余为法兰连接，法兰标准为
8、HGT 20592 2009，法兰类型为板式平焊（ PL），法兰密封面为头面（ RF），法兰公称压力均为 16bar。采用补偿圈结构进行开孔不强。 5 3.强度与稳定性计算 3.1 壳程圆筒厚度计算 已知条件 : 筒体内径 mmDi 1000 工作压力 MpaP 08.0 工作温度 060Ct 筒体长度 L=3000mm 材料 0Cr18Ni19 设计参数： 设计压力 MpaP 1.0 设计温度 060Ct 通体计算长度 L=3000mm 腐蚀裕量 02C MpaRel 205 3.1.1 筒体厚度 圆筒承受外压，故需进行稳定性计算。圆筒名义厚度取值为表 5-2 规定的最小厚度 6mm，取钢板
9、厚度负偏差 mmC 6.01 ,则筒体有效厚度为 )(4.56.06 mme 筒体外直径 )(1 0 1 2621 0 0 00 mmD 6 96.2,4.1 8 7 00 DLD e 由 GB150 表 6-2 查得， A=0.00017。查 GB150 图 6-7，得 E=1.91105Mpa,A直落在曲线的直线段上，所以 M p aEAB 65.2130 0 0 1 7.01091.1232 5 PM p aDBPe 116.04.5101265.210 圆筒稳定性满足要求。 3.1.2 管箱 圆筒 已知条件： 筒体内径 mmDi 1000 工作压力 MpaP 4.0 工作温度 0383
10、2 Ct 材料 Q235B 设计参数： 设计压力 P=0.45Mpa 设计温度 038Ct 腐蚀裕量 mmC 12 焊接接头系数 85.0 MpaRel 235 3.1.3 管箱厚度 设计厚度 )(35.245.085.011321 0 0 045.02 mmPDP t ic )(35.3135.22 mmCd 考虑钢板厚度负偏差，可取筒体名义厚度 mmn 4 。 根据表 5-1，管箱最小厚度应不小于为 8mm。所以去管箱名义厚度为 mmn 8 ，有效厚度 )(2.618.08 mmn 3.1.4 管箱封头 7 已知条件： 封头内经 mmDi 1000 工作压力 MpaP 4.0 工作温度 0
11、3832 Ct 材料 Q235B 设计参数： 设计压力 MpaP 45.0 设计温度 038Ct 腐蚀裕量 mmC 12 焊接接头系数 85.0 计算压力 MpaPc 45.0 Mpat 113 封头计算厚度 3.1.5 管箱封头厚度 )(35.245.05.085.01 1 32 1 0 0 045.05.02 mmPDPt ic 设计厚度 35.3135.22 Cd （ mm) 考虑钢板厚度负偏差，可取筒体名义厚度 mmn 4 。 根据表 5-1，管 箱最小厚度应不小于为 mm8 。所以取管箱名义厚度为 mmn 8 ，有效厚度 )(5.11 0 0 0%15.0%15.0)(2.618.0
12、8 mmDmm in 满足最小厚度要求 3.2 水压试验应力校核 3.2.1 压力试验及其强度校核 容器制成以后（或检修后投入生产前），必须作压力试验或增加气密性试验，其目的在于检验容器的宏观强度和有 无渗漏现象，即考察容器的密封性，以确保设备的安全运行。 对需要进行焊接后热处理的容器，应在全部焊接工作完成并经热处理之后，才能进行压力实验和气密性试验；对于分段交货的压力容器，可分段热处理，在安装工地组装焊接，并对焊接的环焊缝进行局部热处理之后，再进行压力试验。 8 压力实验的种类、要求和试验压力值应在图样上注明。压力试验一般采用液压试验，对于不适合作液压试验的容器，例如容器内不允许有微量残留液
13、体，或由于结构原因不能充满液体的容器，可采用气压试验。 液压试验： 液压试验一般采用水，需要时也可采用 不会导致发生危险的其他液体。试验时液体的温度应低于其闪电或沸点。奥氏体不锈钢制容器用水压进行液压试验后，应将水渍清除干净。当无法清除时，应该控制水中氯离子含量不超过 25 mg/L。 试验温度：对碳钢、 16MnR、 15MnNbR 和正火的 15MnVR 钢制容器液压试验时，液体温度不得低于 5；其他低合金钢制容器液压试验时，液体温度不得低于15。如果由于板厚等因素造成材料无塑性转变温度升高，则需相应提高试验液体的温度。 试验方法：试验时容器顶部应设排气扣，充液时应将容器内的空气排尽，试验
14、过程中应保 持容器观察表面干燥；试验时压力应缓缓上升至设计压力无泄漏，再缓缓上升，达到规定的试验压力后，保压时间一般不少于 30 min。然后将压力降至规定试验压力的 80%，并保持足够长的时间以对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验，直至合格。对于夹套容器，先进行内筒液压试验，合格后再焊夹套，然后进行夹套内的液压试验；液压试验完毕后，应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干。本换热器的设计采用水压试验来检验强度应力的校核。 3.2.2 管程水压试验压力 )(5625.011311345.025.125.1 M p aPP tT 取 MpaPT 57.0 。由于壳程试验压力小于管
15、程试验压力，故去壳程试验压力等于管程试验压力。 3.2.3 管程试验压时圆筒应力 )(25.462.62 )2.61 0 0 0(57.02 M p aDPeeiTT )(8.1 7 985.02 3 59.09.0 Mp aR el 试验应力满足要求。 3.2.4 壳程试验时圆筒应力 9 )(06.534.52 )4.51 0 0 0(57.02 )( M p aDP e eiTT )(8.1 5 685.02 0 59.09.0 Mp aR el 实验应力满足要求。 3.3 开孔补强 3.3.1 壳程筒体开孔补强 已知条件： 壳体材料 0Cr18Ni9, 许用应力 Mpat 137 内径
16、mmDi 1000 名义厚度 mmn 6 厚度负偏差 mmC 6.01 腐蚀裕量 02C 有效厚度 mme 4.5 接管材料 0Cr18Ni9 许用应力 Mpatt 137 外径 mmd 3770 名义厚度 mmnt 8 厚度负偏差 mmCt 0.11 腐蚀裕量 02 tC mmCCC ttt 121 有效厚度 mmet 00.7 强度削弱 0.1rf 开孔直径 )(3 6 312823 7 7220 mmCdd tnt 有效补强宽度 )(72636322 mmdB 外侧有效高度 )(9.5383 6 31 mmdh nt 内侧有效高度 02h 根据外压圆筒稳定性计算方法，试算得到圆筒和接管的
17、计算厚度分别为mm15.5 和 mmt 92.0 。 3.3.2 开孔削弱所需的补强面积 10 93515.53635.0)1(25.0 ret fdA （ mm2) 壳体多余金属面积 )1)(2)(1 reete fdBA =(726-363)(5.4-5.15)=91(mm2) 接管多余金属面积 retrtet fChfhA )(2)(2 2212 =253.9（ 7-0.92） 1.0=655（ mm2) 焊缝金属面积 36663 A （ mm2) 有效补强面积 7 8 2366 5 591321 AAAA e （ mm2) 需要另加补强面积 1537829354 eAAA （ mm2)
18、 采用补强圈补强，选用标准补强圈 )20024736( TjB ，外径 620mm，则补强圈计算厚度为 )(63.0377620 153 mm 取补强圈名义厚度为 6mm。 管箱筒体开孔补强 通过计算不需另加补强（ 此出计算略 )。 3.4 管板计算 3.4.1 壳程圆筒 设计压力 MpaPs 1.0 设计温度 060CTs 平均金属温度 060Cts 装配温度 00 15Ct 材 料名称 0Cr18Ni9 设计温度下的的许用应力 Mpat 137 平均金属温度下的弹性模量 MpaEs 51093.1 平均金属温度下的热膨胀系数 ).(1066.1 05 Cmmmma s 壳程圆筒内经 mmDi 1000 壳程圆筒名义厚度 mms 6
