固定管板式换热器.doc

固定管板式换热器的设计学生：库勇智，化学与环境工程学院指导教师：王小雨，江汉大学摘 要 换热器是用来在流体间交换热量的装置，在化学专业中具有非常重要的地位，被使用于化工各行业中。由于其中固定管板式换热器管板和壳体是一体构造，具有结构简单、造价十分便宜的优点，所以被普遍的使用。 这篇设计说明书上面着重说明了换热器的换热面积、各个设计压力和设计温度以及接管等数据参数。根据上面所给的数据和换热器类型来对换热器的各个零部件，即换热管根数，尺寸、排列方式，壳体和管箱、封头等等，最后校核、压力试验，根据工艺结构选出材料，最后作图。 本设计说明书的每一部分都是完全参照GB150-2011压力容器和GB151-2014热交换器中固定管板式换热器的有关标准来计算、校核和选型的。关键词管壳式换热器 ；固定管板式换热器 ；加热器IIAbstractHeat exchanger is a device for exchanging heat between the fluids and in chemistry has a very important position, is used in the chemical industry. Because of the fixed tube plate heat exchanger tube plate and the shell is an integral structure, with has the advantages of simple structure, low cost advantages, so be widely use.The design specification above illustrates the change of the heat exchange area of the heat exchanger, each design pressure and temperature and over data parameters. According to the data given above and the heat exchanger type heat exchanger parts, i.e. the heat exchange tube number, size, arrangement, shell and tube box, head, and so on, finally checking, pressure test, selected according to process structure materials. Finally, drawing.The design specification is strictly according to GB150-2011 and heat GB151-2014 fixed tube plate heat exchanger of the relevant provisions of the calculation, selection and checking.Key wordsShell and tube heat exchanger ；fixed tube heat exchanger ；heater 目 录摘 要-1目 录-3符号说明-5第一章 绪论-6第1.1节 换热器的分类-6第1.2节 固定管板式换热器的特点-6第2章 换热器的工艺设计-7第2.1节 各部件的材料-7第2.2节 换热器的工艺条件-7第2.3节 估算设备尺寸-8第三章 结构强度设计与校核-9第3.1节 壳体和管箱的厚度计算-9第3.2节 封头的计算-11第3.3节 垫片-12第3.4节 螺栓-12第3.5节 法兰-13第3.6节 开孔补强的计算-14第3.7节 压力试验-15第四章 零部件的选型-16第4.1节 换热管的型式和尺寸-16第4.2节 折流板-17第4.3节 定距管和拉杆-18第4.4节 防冲板-19第4.5节 接管-20第4.6节 管箱-22第4.7节 管板的结构尺寸-22第4.8节 封头-23第4.9节 螺栓的选型-24第4.10节 鞍座的选取-24第五章 换热器的连接形式-26第5.1节 传热管与管板的连接-26第5.2节 管板与壳体的连接-27第5.3节 管板与法兰的连接-28第六章 换热器的制造、检验及安装-28第6.1节 总体制造工艺-28第6.2节 筒体的制造-29第6.3节 封头的制造-30第6.4节 管板的制造-31第6.5节 管束的制造-31第6.6节 折流板的制造-32第6.7节 换热器的质量检测-32第6.8节 装配-32第6.9节 油漆、包装-33总结-34致谢-34参考文献-35符号说明符 号意 义单 位t许用应力MPat计算应力MPaC厚度附加量mmC1钢材厚度偏差mmC2腐蚀裕量mmDi圆筒内直径mmPwt最大允许工作压力MPaPc计算压力MPaE材料的弹性模量Pa焊缝系数计算厚度mm d设计厚度mmn名义厚度mm e有效厚度mmm垫片系数mmye比压力MPa A补强截面积mm2B补强有效宽度mmF压力NK椭圆形封头形状系数M力矩N.mmVIII第一章 绪 论 换热器的工作原理是换热器中管程、壳程流体由于温度不同而产生热交换，流体来达到升高或降低温度的目的。在我们熟悉和掌握它的特点，以及按照它的相关的一些生产方法，才可以对换热器进行合理的设计和选型。目前换热器在我国化工行业中得到广泛的应用，所以其制造工艺的提高、设计的优化可大大提高化工企业的效益。1.1 换热器的分类换热器根据工作原理、结构特点及使用用途进行分类，常见的分类方法如下图1-1所示：图1-1 换热器的分类 1.2固定管板式换热器的特点 常见的固定管板式换热器结构特点如下图1-2所示，管束和管板相连，管板和壳体焊接在一起。优点：结构简单、制造价格低廉、承压能力强、结构紧凑，管程的清洗比较方便，管子损坏时更换方便；缺点：管束和壳体壁温相差很大时会产生的热应力。这种换热器一般用于物料清洁以及不容易结垢并清洗方便、管程与壳程温差不大或者壳体中流体压力不是很高小于600kpa的场合。 图1-2固定管板式换热器结构图 固定管板式换热器制造及检验应符合GB150-2011压力容器，GB151-2014管壳式换热器中的标准来进行。第二章 换热器的工艺设计2.1各部件的材料固定管板式换热器的主要零部件选用的材料如下表2-1：表2-1选材元件名称材料状态标准号供货状态壳体Q245R板材GB 9948固溶换热管20管材GB /T13296-2007固溶管板Q345R锻件2014E-46-02固溶管箱Q245R板材GB 713-2007固溶管箱法兰Q245R板材HG20592-2009固溶壳程接管20板材GB/T9948 -2006固溶筒体法兰Q245R锻件HG20592-2009固溶管程接管S30408板材GB/T13296-2007固溶管箱法兰Q245R锻件HG20592-2009固溶 2.2 换热器的工艺条件设 计 条 件：壳 程管 程工 作 介 质：蒸汽 水设 计 温 度：15280工 作 温 度:13580设 计 压 力：0.6MPa0.6Mpa工 作 压 力：0.56Mpa0.58Mpa焊 缝 系 数：0.850.85腐 蚀 余 量：1mm0mm换 热 面 积：15M22.3 设备尺寸的估算2.3.1 计算传热管数NT用传热管规格为25x2.5x2000mm（无缝钢管还有19x2和38x2.5，使用的只用前两种），传热管数NT为：用小管径可加大传热面积、符合本换热器结构紧凑的特点、耗材少经济实惠、也能提高传热系数，但是小管径流体阻力大，不便清洗，易结垢堵塞。一般大直径管子用于黏性大或污浊的流体，小直径管子用于较清洁的流体。（符合） （2-1） 式中： 换热管外径。 S 换热面积。 L 换热管长。 换热管总数。 2.3.2 排管方式 换热管的排管方式如下图2-1所示，正三角形、正方形、转角正方形、转角正三角形四种方式。各种排列方式都有其各自的特点：（1）正三角形排列：排管密集，流体湍流好，用得 最为普遍；（2）正方形排列：清洗比较方便，但传热效果不好；（3）转角正方形：和以上直排列比较，可稍微提高一些传热系数。考虑到给出设计条件和工艺要求，本设计选用正三角形的排管方式。 2.3.3换热器的传热管如果按正三角形排列，壳程直径D计算如下：取管心距 t=1.25do （焊接法）（化工原理上277页） t=1.3x25=32(mm) 横过管束中心线的管数： 采用单管程结构（流量、传热面积小化工原理277页），则壳体内径为：D=t(nc-1)+(2-3)do=32x(11-1)+(2-3)x25=370-395(mm) （2-2） 圆整得D400mm（化工原理上278页）（最小壁厚10mm）图2-1换热管排列方式第三章结构及强度设计与校核 3.1 壳体、管箱的壁厚和封头的厚度计算 3.1.1 壳体厚度和校核 使用Q245-R，设计压力为0.6MP，许用应力t=131MP,接头系数0.85，公称直径Di=400mm,钢板厚度负偏差C10.1mm，腐蚀裕量C21mm。 计算厚度： (3-1) 设计厚度： 名义厚度： 由GB151-2014，固定管板式换热器筒体最小壁厚取（可抽管束） 有效厚度： 进行液压试验压力为： 由GB150-2011附录F，Q245屈服极限是245MPa。查表得,即，即液压试验通过。3.1.2 管箱厚度和校核使用Q245-R，设计压力0.6MPa，许用应力t=147Mpa ，接头系数0.85，公称直径Di=400mm，厚度负偏差C10.1mm，腐蚀裕量C20mm。 计算壁厚为 (3-2) 设计厚度： 名义厚度 由GB151固定管板式换热器管箱最小壁厚规定 取 有效厚度： 进行液压试验压力为： 由GB150-2011附录F，Q245屈服极限是245MPa。查表得,即，即液压试验通过。 3.2封头的计算和校核 3.2.1换热器封头的选择由于本次设计的固定管板式壳程压力为0.6MPa，管程压力为0.6MPa，属于低压容器，椭圆形封头就能够满足要求，所以本设计中的管箱封头与壳体封头都选取椭圆形封头。封头的椭球部分的压力分布均匀，容易冲压成型，是目前中、低压容器中使用比较广泛的封头之一，本设计封头环焊缝采用双面对接焊并用局部无损探伤。3.2.2封头厚度及水压实验校核 (3-3) （其中 K是标准椭圆形封头形状系数为1.0） 腐蚀余量C2=0mm，钢板负偏差C1=0.1mm， 设计厚度： 名义厚度：为方便焊接和避免形状不连续导致应力集中，封头厚度取值与管箱一致，故 取 有效厚度：液压试验时的压力为：根据GB150-2011附录F，Q245R屈服极限为245MPa。查表得 即,所以液压试验通过。3.3垫片的计算采用D470mm，d=426 mm,=3mm的石棉橡胶板。根据GB1502011表72：m=2.0mm（垫片系数）,y=11MPa（比压力） 1)垫片的有效密封宽度 接触宽度N22mm，基本密封宽度bON/2=22/2=11mm 根据GB1502011查表得，当bO6.4mm 2)垫片压紧力作用中心圆直径 当bO6.4mm时，可得垫片压紧力作用中心圆直径 DGD-2b=427-2x8.39=453.22mm 3)垫片压紧力预紧状态下需要的最小垫片压紧力FG=Fa=3.14DGby=3.14x453.22x8.3911x11=131757.17N 4)操作状态下需要的最小垫片压紧力FG=FP=6.28DGbmPC=6.28x453.22x8.39x2.0x0.58=27700.57N 3.4螺栓 3.4.1螺栓的布置尺寸GB150-2011表7-3，法兰尺寸为LA27mm，Le26螺栓间距： 3.4.2螺栓的载荷计算(1).预紧状态下需要的最小螺栓载荷WaFa=3.14DGby=131757.17N (2).操作状态下需要的最小螺栓载荷WP=F+FP=0.785DG2PC+6.28DGbmPC=0.785x453.22x0.58+6.28x453.22x8.39x2.0x0.58=121223N 3.4.3螺栓面积的计算 (1)预紧状态下需要的最小螺栓面积 (2)操作状态下需要的最小螺栓面积 (3)需要的螺栓面积 取Aa和Ab的最大值Amax=1063.36mm2 (4)实际螺栓面积Ab AbAm ,符合螺栓设计要求 3.4.5螺栓载荷的设计 (1).预紧状态下螺栓设计载荷 (2).操作状态下螺栓设计载荷 3.5法兰的计算 1)法兰力矩 2)预紧状态下的法兰力矩 3)操作状态下的法兰力矩 4)法兰设计力矩 法兰材料Q235B在设计温度90下的许用应力 法兰材料在常温下的许用应力 3.6节 开孔补强的计算 3.6.1 概述接管是换热器结构设计上的必备结构，因此需要在设备上开孔，在容器的开孔部位产生的应力集中将引起壳体局部强度削弱以及给容器的安全操作带来隐患。如果开孔很小，并且接管又可以使强度的削弱得到弥补，那么就不需要补强：如果开孔很大，有应力集中就需要开孔补强，这就是所谓的开孔补强设计。然而接管的补强区只能降低应力集中，却无法将应力集中消除，所以压力容器的结构设计必须腰考虑到开孔补强的问题。1. 在GB150-2011上壳体开孔满足以下几点时，不用补强。 1)Pc2.5Mpa.2)相近的开孔中心距小于两个孔直径和的两倍3).接管最小壁厚满足GB150-2011表6-14)接管公称外径小于或等于89mm5)壳体开孔的排污口、排气口和排凝出口接管选择32*3.5和766的接管，可不用补强。 2.壳体饱和蒸汽入口、 热水入口、出口开孔补强的校核 ， 因壳体和管箱开孔尺寸相同，两者计算其一即可。 3.6.2壳体上开孔补强计算（过程设备设计106 ） 开孔直径对于内径,当筒体开孔直径=78mmmm，且时，所以使用等面积开孔补强法计算。圆筒计算厚度0.96mm，有效厚度e7.05mm，设计压力为0.6MPa,设计温度为152，在圆筒接76x4的接管，接管高度L=106mm,圆筒和接管材料为Q245-R,其许用应力t=131MPa,封头和接管的厚度附加量C1.0mm，焊接接头系数0.85。 接管计算壁厚： （3-4）名义厚度有效厚度： 开孔直径 ： 接管有效补强宽度 ： 接管外侧有效补强高度 ： 需要补强面积： 可以作为补强的面积为： 开孔不需另设补强结构。 3.7 耐压试验（过程设备设计178页） 除材料本身的缺陷外，容器在制造（特别是焊接过程）和使用中会产生各种缺陷，为检验各种缺陷对压力设备安全性的影响，压力容器制造完毕后或定期检验时，需要进行压力试验。压力试验可分为液压试验、气压试验和气液组合压力试验。根据本设计说明书只进行液压试验，在液压试验时，为防止材料发生低应力脆性破坏，耐压试验时容器壁金属温度应当比容器壁金属的韧脆转变温度高30度。 3.7.1 管程圆筒： 即：设计压力为0.6，设计温度为80，试验压力： （3-5）当压力容器各元件（圆筒、封头、接管、法兰等）所用材料不同时，应取各元件材料许/比之中的最小值。 强度校核： S=143.2MPa,(查化工设备用钢 的表8-13) 3.7.2壳程圆筒 即：设计压力为0.6MPa, 设计温度为152，试验压力： （3-6） 强度校核： S=143.2MPa,(查化工设备用钢 的表8-13) 此换热器强度校核满足要求。第四章零部件的选型4.1节 折流板折流板的安装是为了提高壳程流体的流速，加快湍流来提高传热效果。折流板有横向折流板和纵向折流板两种，但是该换热器为单壳程的换热器，所以只需布置横向折流板，横向折流板既可支承传热管又可防止产生振动。换热器中一般有弓形和圆盘-圆环形俩种折流板。弓形折流板：流动死区少，结构简单，制造方便，用于小直径的换热器。盘环形折流板：制造不方便，流体流动效率较低。并且对介质的要求比较高，通常用在压力较高且介质较清洁的场合。所以本换热器采用单弓形折流板。 4.2.1折流板的切口高度切口高度应使流体通过缺口时与横向流过管束时的流速相近，由内直径比来确定，h=0.25x400=100mm。 4.2.2折流板间距的计算 折流板间距，取B=400mm4.2.3折流板外径的计算公称直径DN400400500500900900130013001700170020002000230023002600折流板名义外直径DN-2.5DN-3.5DN-4.5DN-6DN-8DN-10DN-12DN-14允许偏差0-0.50-0.80-1.20-1.40-1.6折流板和支撑板外直径和相应的允许偏差应符合下表4-1的规定（mm），查表可得折流板的外直径为396.5。表4-1折流板直径及允许偏差 4.2.4折流板的厚度因为选用弓形折流板并非全直径折流板，所以无支撑跨距L=2B=800mm。折流板和支撑板的最小厚度由下表4-2得知：6mm。 表4-2折流板和支撑板的最小厚度公称直径DN 换热管无支撑距L mm 3003006006009009001200120015001500折流板和支撑板的最小厚度400345810104007004561010127009005681012169001500681012161615002000/101216202020002600/1214182022 4.2.5折流板管孔的计算由下列表4-3折流板和支撑板的管孔直径的规定，管孔直径为25.4mm。 表4-3 折流板和支撑板管孔直径换热管外径1416192532384557管孔直径14.3016.3519.3525.4032.4038.5045.6557.70允许偏差+0.20 0+0.25 0+0.30 0 4.3 定距管与拉杆根据GB/T151-2014,由于换热管规格为252.5，采用拉杆与定距管形式固定。材料选用Q245-R。折流板的固定是靠拉杆和定距管来完成的，防止移动。拉杆的一端旋入管板中固定，另一端固定在支持板上。拉杆结构见下图。 图4-1拉杆、定距管 4.3.1 拉杆直径、数量和尺寸根据GB/T151-2014 （表43、44），查得拉杆直径为16，查得拉杆数量为6。表4-4 拉杆直径换热管外径d10d1414d2525d57拉杆直径dn101216 表4-5 拉杆数量拉杆直径dn(mm)公称直径DN(mm)900130010121210166 表4-6 拉杆尺寸拉杆直径d/拉杆螺纹公称直径/管板上拉杆孔深101013401.516121215502.018161620602.020各数据参数由上表可知：拉杆螺纹公称直径=16、=20、=60、=2.0。图4-2 拉杆 4.3.2布置拉杆 沿管束的外侧均匀布置拉杆。拉杆的位置采用换热管的位置，如果是大直径换热器，需要在换热管束中间区域或者靠近折流板缺口处布置拉杆。 4.3.3定距管折流板之间距离的固定是靠定距管来完成的。采用和换热管相同尺寸的定距管。取25mm.4.4 防冲板防冲挡板一般装在在壳程进口接管处，或称缓冲板。它可防止进口流体直接冲击管束而造成管子的侵蚀和管束振动，还有使流体流体沿管束均匀分布的作用。也有在管束俩端放置导流筒，不仅起防冲板的作用，还可改善俩端流体的分布，提高传热效率。 4.5节 接管 4.5.1 接管高度（伸出长度）的确定 伸出壳体（或管箱壳体）外壁接管的长度的计算方法，一般最短应符合下式：l h+h1 +15 (mm)式中：h为接管法兰的厚度 h1 为接管法兰的螺母厚度 保温层厚度，mm； l接管安装高度，如图a、b图a 壳程接管位置 图b 管箱接管位置4.5.2 接管位置最小尺寸 壳程接管图a，计算：无补强圈 L2do/2+(b-4)+C管程接管图b，计算：无补强圈 L2do/2+hf+C （a ） ( b )依据上述要求接管高度为：热水进口接管高度为100mm, 热水出口接管高度为100mm, 蒸汽进口接管高度为100mm, 排凝出口接管高度为100mm。 4.6 管箱管箱具备把管道输送来的流体分布到传热管以及把管内流体具集送出换热器的功能。4.6.1 管箱的结构形式（1） A型平盖管箱，清洗管程非常方便拆开盖即可，不用拆除连接管，缺点是耗材多，制造成本高，并且存在密封泄漏的可能。（2） B型封头管箱 ，用在单程或多程管箱的场合，优点是结构简单，制造方便，介质干净；缺点是连接管道和管箱一起拆下才能检查管子和清洗管程。（3）C型、D型管箱 这种形式是管箱一端与壳体及管板连成一体，或是用于可拆管束与管板制成一体的管箱，另一端可采用A型结构，可完全避免在管板密封处的泄漏。一般用的较少，只在高压情况下采用。 本换热器的设计压力为0.6mpa，采用B型管箱。 4.7节 管板的结构尺寸 1、固定管板兼作法兰形式的管板图4-3 固定管板式换热器管板尺寸这种管板结构尺寸，根据上述确定的壳体内径D=400mm和设计压力PN0.6MPa，螺栓孔数n=32。2 、参考得管孔直径为25.25，允许偏差为。 4.7节 封头封头设计时，一般应优先选用封头标准中推荐的型式与参数，然后根据受压情况进行强度或稳定性计算，确定合适的厚度。（计算如前） 根据JB/T 25198-2010 选取椭圆形封头为Dg426x6 直边高度h2=25mm,曲面高度h=100mm。图4-4 封头 4.8螺柱选型根据JB/T 5782-2000,本设计采用的等长双头螺柱为B型螺柱，材料为Q-245，见图4-5所示。图4-5 螺柱螺柱的基本尺寸见下4-7表所示。表4-7螺柱尺寸 mmdL0Crd2241202616 4.9鞍座的选取根据设计要求，选取了重型带垫板的鞍式支座。材料选用Q245R，选F型和S型俩个鞍座，用来防止温度引起的伸缩变化，适当 减小温差应力。本设计的鞍式支座如图：标记：JB/T 4712.1-2007,鞍座 BI 400-F JB/T 4712.1-2007,鞍座 BI 400-S根据GB/T151-2014,LB=(0.50.7)L，取LB=0.5L=0.7*2000=1400。 图4-6鞍座的位置查JBT4712-2007,鞍座的各部分尺寸为: 表4-8鞍式支座的结构参数公称直径/DN鞍座高度h底板腹板筋板垫板螺栓间距L3b33弧长4007028080127155100101045140540840 图 47鞍式支座的结构第五章 换热器的连接方式 5.1 管子与管板的连接结构在本固定管板式换热器的结构设计中，换热管和管板的连接占有非常重要的地位。一个是因为它的工作量非常大，再一个是在它的连接处必须保证介质没有泄漏还可以承受介质压力的能力。换热管与管板有这很多的连接形式，包括胀接、焊接与胀焊结合。不管采用哪一种，都需要满足两种条件：无泄漏、气密性好；连接好。胀接结构简单，设备的换修方便，但容易产生塑性变形，有残余应力。不锈钢管与管板的连接通常采用焊接的方法，就是为了消掉孔的空隙，进而消除间隙腐蚀，保证接头良好的严密性。 图5-1 焊接结构图5.2管板与壳体的连接结构（换热器设计手册166）管板与壳体的连接通常有可拆连接和不可拆连接俩种。可拆连接在浮头式，U型管式中采用的比较多；不可拆连接又有管板兼法兰和不兼作法兰俩种。前者多用在固定管板式换热器中；后者多用于高压高温换热器中。本换热器的法兰是由管板的延长部分来替代的。如图（a）焊接容易，焊接质量好，可用于低压的换热器中，不宜用于易爆、易燃场合；图（b）、（c）所示之型式，管板开槽对接焊接，焊缝强度好，适用于壳程设计压力为（1-4mpa)的换热器。若果是直径比较小的换热器，必须采用俩个短节先于俩端管板焊妥后再与壳体对接焊接。（b）、（c） 所示的结构，特点是容易对中，能保证焊透，而且焊后不变形，图（b）用于壳程有间隙腐蚀的场合。图（c）勇用于壳程无间隙腐蚀要求的场合。（d）、（e）结构，也是采用管板背面开槽对接焊接，用于对壳程设计压力要求比较高的换热器中。图（d）用于壳程有间隙腐蚀的情况下，焊缝最好采用单面焊双面成型（e）用于壳程无间隙腐蚀要求的情况下。 本换热器的直径小，且介质没有间隙腐蚀，选择带有垫片的存在间隙的结构形式。 5.3 管板与管箱的连接结构这两个的连接就比前面的比较简单了，靠法兰连接，法兰的结构形式需要按照设计压力和设计温度以及工艺要求来进行。图（a）应用在管程与壳程的操作压力不高和对气密性没有很高的要求。图（b）在气密性要去较高时，虽然密封性能好但制造成本高、不好加工和安装，所以一般用凹凸面的形式来代替，如图（c）。 第六章 换热器的制造、检验和安装6.1 总体制造工艺 本次固定管板式换热器在各个方面如制造、检验、安装的程序都要严格按照GB151-2014和GB150-2011中的有关标准执行，相应的实施程序如下：筒体下料、成型，管板加工，管板组对，折流板、定距管、拉杆下料，穿管，焊接管束，支座、胀管接管制作，水压试验，竣工验收。 6.2筒体的制造 6.2.1 筒体下料在日常生产中，由于材料受温度的影响，筒体钢板在卷制过程中会产生一定的塑性变形，展开中径会比板下料时的长度大，因此在制作之前要对筒体最小壁厚的增加减薄量。减薄量又包括很多方面，比如：热成形时的减薄量、热处理时的烧损量等等。在实际生产中筒节的下料长度尺寸计算如下：式中：Di -筒节中径； L1 -在卷制程序中筒节的伸长量；L2 -焊缝收缩；L3 -筒体内壁在焊接时的圆周收缩量。 6.2.2 筒节成形 筒节的成形制造需要根据多方面因素来决定，如：钢板的厚度和卷板制造设备装置的能力，筒体卷板又有三种形式，可分为冷卷、中温卷板、高温卷板。冷卷成形通常适用在温度比较低的场合，对Q245-20钢材料，成形时温度应控制在室温左右。中温卷板成形适用在温度比较高的场合，通常温度控制在700左右。高温卷板成形适用在温度很高的场合，通常温度控制在960左右，但是经过高温成形的筒节要进行正火+回火热，等性能检验合格之后，筒节才可以进行下个生产工序，如果不合格则需要再次进行正火+回火热处理，直到合格为止。筒节焊缝按照工艺标准焊接完成后，要对圆筒进行校圆检测，校圆后筒节的圆度需要符合GB151-2014中规定的要求值。 6.2.3 筒节组对因为在GB151-2014中，对换热器的直线度有着很高的要求，为了保证换热器相对标准的直线度，还需要对环缝坡口用立式车床进行相应的加工处理，在组对时还必须注意要自动定心工装。组对时应该注意： 1检查环焊缝对口间隙：2mm0.5mm ；2内口错边量在3mm以下 ；3筒节上的检漏孔沿筒身在一条直线上 ；4控制好筒节椭圆度。 6.2.4 筒节焊接筒节上主焊缝的焊接的好坏直接关系到产品质量的好坏，就算之后进行返厂补修也会使焊缝金属的组织结构发生很大的变化，所以，采用可靠、先进工艺手段和焊接设备是必要的，就目前国内来说，大型的制造厂商基本采用埋弧自动焊，并且对返修次数有着严格的控制。 6.2.5筒体主焊缝的检测目前国内筒体焊缝的检测一般通过无损检测来完成，包括：MT（磁粉检测）、UT（超声检测）、RT（射线检测）、CT（化学成分分析）、HB（硬度检测）。MT检测主要对焊接接头内外表面的一个检测。一般是在热处理前后和水压试验后进行。UT检测一般是在热处理和水压试验后对焊接接头进行100检测。RT检测一般是通过直线加速器进行的，对焊接接头进行100检测。CT化学成分分析一般是通过提取检测设备上试样进行检测的。HB硬度检测是在最终热处理之后和最终加工后对焊缝金属、热影响区和母材3个部分硬度是否合格进行检验。6.2.6筒体整体制造工艺 备料、矫形划线切割下料边缘加工卷圈焊接校圆热处理 在加工过程中要注意以下几点：一方面，筒体内壁的焊缝与母材内壁表面保持平齐，方便管束的顺利装入和抽出；另一方面，在筒体上焊接接管时，要保证壳体不能变形过大。 6.3 封头 封头的成形包括旋压、冲压和爆炸成形，冲压又有整体冲压和分瓣冲压，该换热器的封头成形采用整体冲压成形。封头成形包括一次冲压成形，二次冲压成形和多次冲压成形。并且要严格控制在封头成形过程中的加热温度和热处理温度。封头加热温度：96010。封头正火温度：920。封头回火温度：690。 封头冲压时应注意以下几点来保证封头的成形尺寸：1.封头冲压前，模具安装不能有偏心现象。2.在封头冲压过程中要保证模具的清洁干净，还要严格控制好压边力。3.要对终压温度和脱模温度进行严格的控制。 封头成形后还要进行各项的检测，其中包括母材100UT检测，封头表面100MT检测。封头冲压过程中还需要进行母材试板。在封头正火+回火后，取部分材料送检。在各项性能检测合格后，就可以进行封头的后面工序。 6.4管板制造 管板是固定管子的，其加工工艺包括标记、下料、坡口加工、组对、焊接、校平、热处理、机加。该换热器管板的材料是Q245R，并且还需进行超声波探伤和机械性能检验。锻件的机械性能检验必须取样相同。管板属群孔结构，单孔质量决定了管板整体质量，严重的话还会影响整台换热器的性能和使用。因此管板孔的加工工序非常重要。要使用专用的加工工序和刀刃。 6.5管束的制造与组装换热管检验合格后，制造工序为：热处理、酸洗钝化、水压试验、待组装。先用螺纹把拉杆和管板连接起来，用定距将折流板固定，再进行穿管并保证换热管与管孔在同一条中心线上，再将换热管与管板焊接起来。穿换热管完成后将管束通过滑槽推入筒体中，进行管板与筒体的焊接。 组装注意事项：为了避免折流板的移动损伤管子，还应当将其紧固在拉杆上；穿管发生困难时，不能用力强行敲打，以防管子划伤；并且只有管板与换热管子才能焊接其他的都不准焊在换热管上。 6.6 折流板的制造 折流板的对应孔必须要有一定的尺寸和位置精度才能被同一根管子穿过。所以，在加工过程中一般将610块放在一起，然后固定起来，一起加工折流板的外圆。 为了方便穿管，折流板的叠放顺序分别对应剪切成弓形，以防止孔间位置发生改变所造成的安装误差。折流板的剪切折流板在矫平后才能进行加工程序，平面度允许差为0.3mm，并且折流板两侧的尖角还需要进行倒钝处理。 6.7换热器质量检验6.7.1 换热器水压试验水压试验可以检验法兰连接的严密性、检验容器宏观强度(是否出现裂纹,是否变形过大)及密封点和焊缝的密封情况换热管束是否完好、胀接的胀口是否发生松动。不同的换热设备进行水压实验的顺序不也一样，本设计的水压实验顺序为：壳程试压，接头，管程试压。6.7.2 焊接接头的检测A、B类焊接接头采用100%无损检测：壳程：JB/T4730.4/射线 RT/管程检测：JB/T4730.5/射线 RT/其他采用局部无损检测。 6.8装配 6.8.1 筒体、法兰的组装与焊接筒体焊端法兰，不仅要符合卧式容器规定，还要保证法兰与筒体轴线的垂直度及法兰螺孔的方位。法兰螺孔一般对称分布，其偏差不应大于5。为了避免法兰密封面变形，需要先焊接法兰背面，再进行端口焊接，也可以两、者一起进行。 6.8.2 管箱的组装与焊接管箱的焊接，需要将合格的筒节两端先与粗加工过的法兰按照要求焊接。由于管箱直径小，不能由人工进入管箱内进行焊接，所以在制定工艺的时候选择氩弧焊打底+手弧焊的方法焊接，开U型坡口。 6.8.3 管束、壳体及内件装配装配之前必须保证所有零部件均是合格标准的，之后再对壳体内部和零、部件进行清洁。（1）竖起一块管板作为基准 （2）装拉杆； （3）将定距管和折流板装载拉杆上面； （4）穿管； （5）把管束穿进壳体； （6）装另一块管板点焊上； （7）将接管板和筒体焊接在轮架上； （8）管子在管板的固定； （9）装接管和支座； (10) 对壳体进行水压实验（包括检查管子和管板连接情况）。 (11) 装上两侧的管箱； （12）对管程进行水压试验（包括检查管箱和管板的连接情况和法兰的连接情况），试压完成后，抽去里面的水，对管、壳程分别用热压缩空气导流，直到将装置内的水吹干。 6.9油漆、包装 换热器制造完成后，对表面的粗糙度应进行喷沙处理，应达到GB/T 8923中Sa 2.5级的要求。表面喷漆包括底漆和面漆，设备的油漆、包装、运输应符合JB/T 4711中的相关规定执行。设备的发货运输之前还要充一定的氮气。 总 结 进行了3个月的毕业设计终于接近尾声了。从前期拿到设计技术参数，再查找相关文献、资料，再查找设计步骤并开始一步一步地计算，校核，选型。因此能顺利完成，也历经了许多波折。毕业设计的不同点就是，每个人分配的选题都不同，需要自己独立完成。没有人一起商量、合作，需要自己在规定的时间内去完成每一步。通过这次的毕业设计，我对固定管板式换热器有了更佳宏观的了解，包括它们的用途、国内目前的使用情况和国内外最新的研究情况及突破。这次换热器的设计是根据相关规范、标准，严格按照GB150-2011钢制压力容器国家标准和GB151-1999管壳式换热器标准，对本固定管板换热器进行了工艺设计、结构设计等等，换热器的零部件选材、工艺结构等方面都满足很高的要求，满足实际生产应用。本次毕业设计，由于本人在大学四年里学识有限，叙述表达的地方还有很多失误之处，希望老师和大家多多理解。致 谢在这次毕业设计接近尾声的时候，我特别要感谢王小雨老师，也就是我们的指导老师的热情关怀和细心指导。王老师工作态度十分认真、治学严谨一丝不苟、待人真诚，不仅细心认真的指导我们的毕业设计，而且还给我们讲了走入社会怎么学习和怎么做人。虽然在这次毕业设计中，碰到了很多问题，但是每次王老师的即时、认真的指导都让我们重拾热情，让我越过了一道又一道的障碍，以至于我的毕业设计能够顺利进行。所以在此，我向王老师表达我内心对他由衷的感谢和崇高的敬意！在此，衷心的感谢教导我四年的母校以及那些过去教导并且在困难时候帮助过我的老师们，因为有了你们，所以我的大学生活更加丰富，我的人生又添加了一笔巨大的财富，我相信这将会成为我之后人生的基石，同时也希望各位老师的事业一帆风顺，谢谢！参考文献 1 顾芳珍，化工设备设计基础，大学出版社2 郑津洋主编，过程设备设计基础，化学工业出版社3 王菲主编，化工设备用钢，化学工业出版社4 蔡纪宁编，化工设备机械基础，化学工业出版社5 匡国柱编，化工单元过程及设备课程设计，化学工业出版社6 蔡纪宁编,化工制图，化学工业出版社7 席伟光编，机械设计课程设计，高等教育出版社8 秦叔经编，换热器，化学工业出版社 9齐福来，管线系统的气-液两相流动压降，“医药工程设计”，第30卷第2期，（2009）10 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