DN1000二分加热器机械设计毕业设计论文.doc

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1、本科生毕业设计说明书（毕业论文） 题 目：DN1000二分加热器机械设计学生姓名：苏辉学 号：0964134133专 业：过程装备与控制工程班 级：装备09-1班指导教师：孟智慧摘要本文是一篇关于固定管板式换热器的结构设计，主要用于尿液的冷却。对固定管板式换热器进行了深入的研究，首先，在换热器总体结构方面，对其筒体、封头进行了厚度计算和强度校核，得到了在工称直径DN1000，特定的公称压力下合理的筒体和封头的厚度，并对筒体和管箱的接管进行了选型与开孔补强校核。其次，在换热器内部结构方面进行了换热管的计算和管子的布置，按照正确的布管计算方法对换热器公称直径为1000mm的管板实施了单管程，单壳程

2、条件下的人工计算布管并画出了相应的CAD布管图。同时用BS法对管板厚度进行了计算和校核。在整个设计过程中，还包括一些其他零部件的设计和选型，也对整体制造和安装进行了分析。最后得到一套完整的固定管板式换热器的结构设计方案，包括CAD图纸。关键词： 换热器；固定管板式换热器；结构设计；强度校核；制造工艺 AbstractThis paper is fixed on a plate heat exchanger of the structural design, mainly used for cooling the urine. On the fixed plate heat exchanger

3、for an in-depth study, first of all, in the heat exchanger overall structure, its cylinder, head for calculating the thickness and intensity of the check, has been in the diameter DN1000, nominal pressure specific reasonable under the cylinder head and the thickness of the box and tube and a receive

4、r for the selection and opening reinforcement check. Secondly, in the heat exchanger aspects of the internal structure of the calculation of the Tube and pipe layout, the cloth in accordance with the correct method of calculating the heat exchanger for the 1000mm diameter of the tube plate implement

5、ation of the single-tube process, single-shell calculation under the conditions of the cloth and draw the corresponding CAD map of the cloth. At the same time with BS Law on the thickness of the plate and check the calculation. Throughout the design process, but also includes some other parts of the

6、 design and selection, but also to the overall manufacture and installation of an analysis. Finally get a complete set of fixed plate heat exchanger of the structural design of programmes, including CAD drawings.Key words： The heat exchanger; Fixed tube plate type heat interchanger ; Structural desi

7、gn ; Intensity examination; Manufacturing Technology目 录摘要IAbstractII第一章 概 述11.1换热器在工业中的应用11.2换热器的分类21.3换热器的结构和使用特点4管壳式换热器4板式换热器5板翅式换热器5热管式换热器61.4换热器研究现状与发展动向6第二章 换热器结构设计计算102.1 设计条件：102.2 壳程圆筒设计10圆柱型筒体10 设计计算142.3 管箱设计15封头计算15管箱法兰的选择与校核17垫片27等头双头螺栓282.4 接管29接管的选择29开孔补强校核29第三章 换热器内部结构设计333.1 管子的选择英语布

8、置33管子数n的确定33管子的布置333.2 管板的结构34管板的介绍34管板设计计算363.3 管子拉脱力的计算393.4 计算是否必须安装膨胀节403.5 其他零部件设计41防冲板41折流板41拉杆43支座44第四章 制造工艺464.1 筒体464.2 椭圆形封头474.3 管板474.4 管子484.5 管箱组装494.6 整体组装504.7 涂漆工艺504.8 焊接工艺51参 考 文 献52第一章 概 述换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。

9、这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。 随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求： （1） 合理地实现所规定的工艺条件； （2） 结构安全可靠； （3） 便于制造、安装、操作和维修； （4） 经济上合理。能源是当前人类面临的重要问题之一,能源开发及转换利用已成为各国的重要课题,而换热器是能源利用过程中必不可少的设备,几乎一切工业领域都要使用,化工、冶金、动力、交通、航空与航天等部门应用尤为广泛。近几年由于新技术发展

10、和新能源开发利用,各种类型的换热器越来越受到工业界的重视,而换热器又是节能措施中较为关键的设备,因此,无论是从工业的发展,还是从能源的有效利用,换热器的合理设计、制造、选型和运行都具有非常重要的意义。 1.1换热器在工业中的应用换热器在工、农业的各领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处可见，是不可或缺的工艺设备之一。因此换热设备的研究备受世界各国政府及研究机构的高度重视，在世界第一次能源危机爆发以来，各国都在下大力量寻找新的能源及在节约能源上研究新的途径。在研究投入大、人力资源配备足的情况下，一些具有代表性的高效换热器和强化传热元件诞生。随着研究的深入，工业应用取得了令人瞩目的成就，得到

11、了大量的回报，大大缓解了能源的紧张状况。换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是在石油、化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。在炼油、化工装置中换热器占总数的40%左右。近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。目前，在换热设备中，使用量最大的是管壳式换热器。管壳式换热器按用途分为无相变传热的换热器和有相变传热的冷凝器和重沸器。随着环境保护要求的提高，近年来加氢装置的需求越来越多，所需的高温、高压换热器数量随之增大。螺纹锁紧环换热器、金属垫圈式换热器、密封盖板式换热器技术发展越来越快，不仅在承温、承压上满足装置运

12、行要求，而且在传热与动力消耗上发展较快，同时亦适用于乙烯裂解、化肥中合成氨、聚合和天然气等场合，可满足承压高达35Mpa，承温达700度的使用要求。在这些场合，换热器占有的投资占50%以上。近年来国内在节能、增效等方面改进换热器性能，在提高传热效率，减少传热面积，降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。流程优化软件技术的发展带来了换热器应用的增多。换热器的大量使用有效地提高了能源的利用率，使企业成本降低，效益提高。1.2换热器的分类 换热器作为传热设备随处可见，在工业中应用非常普遍，特别是耗能用量十分大的领域，随着节能技术的飞速发展，换热器的种类开发越来越多。适用于不同介质、不同工

13、况，不同温度、不同压力的换热器，结构和型式亦不同，换热器种类随新型、高效换热器的开发不断更新，具体分类如下。一、换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。（1）混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。例如，化工厂和发电厂所用的凉水塔中，热水由上往下喷淋，而冷空气自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飞沫及水滴表面，热水和冷空气相互接触进行换热，热水被冷却，冷空气被加热，然后依靠两流体本身的密度差得以及时分离。（2）蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(

14、填料)表面，从而进行热量交换的换热器，如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于空气分离装置中。 （3）间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。 间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。管式换热器以管子表面作为传热面，包括蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器等；板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等；其他型式换热器是为满足某些特殊要求而设计的换热器，如刮面式换热

15、器、转盘式换热器和空气冷却器等。图2 蛇管的形状二、按传热种类分类1.无相变传热 一般分为加热器和冷却器。2.有相变传热 一般分为冷凝器和重沸器。三、按结构分类分为浮头式换热器、固定管板式换热器、填料函式换热器、U形管式换热器、蛇管式换热器、双壳程换热器、单套管换热器、多套管换热器、外导流筒换热器、折流杆式换热器、热管式换热器、插管式换热器、滑动管板式换热器。四、按折流板分布分类分为单弓形换热器、双弓形换热器、三弓形换热器、螺旋弓形换热器。五、按板状分类分为螺旋板换热器、板式换热器、板翅式换热器、板壳式换热器、板式蒸发器、板式冷凝器、印刷电路板换热器、穿孔换热器。六、按密封形式分此类换热器多用

16、于高温、高压装置中，具体分为：螺旋锁紧环换热器、薄膜密封换热器、钢垫圈换热器、密封盖板式换热器。七、非金属材料换热器分类分为石墨换热器、陶瓷纤维复合材料换热器、玻璃钢换热器。八、空冷式换热器分类分为干式空冷器、湿式空冷器、干湿联合空冷器、电站空冷器、表面蒸发式空冷器、板式空冷器、能量回收空冷器、自然对流空冷器、高压空冷器。换热器的种类繁多，还有按管箱分类等，各种换热器各适用于某一种工况。为此，应根据介质、温度、压力的不同选择不同种类的换热器，扬长避短，使之带来更大的效益。1.3换热器的结构和使用特点 管壳式换热器管壳式换热器是最常用的普通结构,它包括:固定管板式换热器、U 型管壳式换热器、带膨

17、胀节式换热器、浮头式换热器、分段式换热器、套管式换热器等。 固定管板式换热器具有结构简单、重量轻、造价低等优点;缺点就是由于热膨胀而引起管子拉弯。U型管壳式换热器就是克服此缺点将管子作成“U”型,一端固定另一端活动,使得换热器不受膨胀的影响,结构较简单,重量轻,其缺点是不能机械清洗、管子不便拆换、单位容量及单位质量的传热量低,适用于温差大、管内流体介质比较干净的场合。带膨胀节式换热器可解决膨胀问题,用膨胀接头的结构,故适用温差大的流体和高压流体,因为可将接头拆下来进行清洗,所以可处理易结垢流体,而对低压气体则不适宜,但其缺点就是制造复杂。 浮头式管壳换热器,其浮头不与外壳相连,可自由伸缩,这样

18、既解决了热膨胀的问题,也方便清洗,检修时可将管芯抽出即可对于固定管板、列管、套管式换热器每一外壳容积为1 时,其传热面积约为3040 m3 。对U 型管壳式换热器、浮头式换热器每一外壳容积为1时,其传热面积为70 左右。 板式换热器由于板式换热器的传热面上可以压出凹凸形排液槽,在较低的雷诺数条件下既可出现紊流状态,故换热系数较高,一般可达3 0005 000Kcal/. h. ,与同样流速下的管壳式换热器相比,此值约为管壳式换热器的传热系数的35 倍,虽然,这时板式换热器的阻力会大一些,如在同样耗功的条件下相比,则板式换热器的放热系数比管壳式的高一倍左右。 由于板式换热器的结构紧凑、空隙小、因

19、而单位体积的传热面积增大,其安装面积约为管壳式的1/ 21/ 3 ,可节省占地面积与施工费用,每一外壳容积为1 时,其传热面积为80左右,另外,板式换热器容易增减换热面积,对于管壳式换热器在需要增加液体的处理量时,原有热交换器的传热面积几乎不可能增加,但板式换热器的传热面积却很容易增加,从而增加处理能力,另外,板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中,因此,散热损失可忽略不计,也不需保温措施。 板式换热器在运行维护方面的特点之一就是装拆比较方便,甚至可以不必完全拆开,仅把压紧螺栓松开就可抽出板片清洗、更换垫圈,以至更换板片。这对于换热介质容易产生沉积的物料就显得尤为重要。 允许用的温度和压力方

20、面:用于板式换热器靠每两板片之间的垫圈,来防止物料泄漏,因而它的密封周边的总长非常长,防止垫圈泄漏是板式换热器的一个重要环节,垫圈能承受的温度、压力和化学稳定性也常常成为板式换热器使用的温度和压力极限以及允许用的物料范围。另外,由于传热面之间的间隙小,传热面上有凹凸,因此比传统的光滑的压力损失大,另外,板式换热器所承受的工作压力较低。 板翅式换热器由于翅片的特殊结构,使流体在通道中形成强烈的紊动,就使热阻边界层不断破坏,从而有效地降低了热阻,提高了传热效率。一般沸水的给热系数是1 50030 000 Kcal/ . h. 。另外板翅式换热器的结构比较紧凑,单位体积的传热面积,一般要比列管式换热

21、器热效率大5 倍以上,每一外壳容积为1时,其传热面积为160 左右。板翅式换热器较轻巧而牢固,由于翅片很薄,一般为0. 20. 3 mm ,而由于结构紧凑、体积小,一般有用铝制造,因而重量很轻,同时,翅片既是主要的传热表面,又是两隔板的支撑,故强度高。板翅式换热器适应性强,在同一设备内可允许有29 种介质换热,且可用于气体气体、气体液体、液体液体之间的热交换。主要缺点:因流道狭小,容易引起堵塞而增大阻力降,当换热器结垢以后,清洗十分困难,而且由于换热器的隔板和翅片都是很薄的铝板(箔) 作成,故要求介质对铝不产生腐蚀,若一旦腐蚀而造成内部串漏,则很难修补。热管式换热器 热管是利用封装在密闭容器内

22、液体的蒸发与凝结过程,有效地输送热量的一种传热装置。用若干热管作为换热元件而组装的换热器称为热管式换热器。热管式换热器多用于气气热交换,这时,热管两端的受热段和放热段装有翅片,以提高传热效果。热管式换热器优点在于传热面基本上是等温的,每单位体积的传热面积较大,选择不同的工作工质,可使热管在不同的温度条件下使用,结构比较简单,由热膨胀等引起的问题较小。但是,热管式换热器的首要问题,是作为传热元件的热管内的工质对于所使用的工作环境是有一定临界热输送量和工作温度的极限的,如果超越这一极限温度继续工作,则蒸发段就会“烧干”而停止工作。1.4换热器研究现状与发展动向 20世纪80年代以来，换热器技术飞速

23、发展，带来了能源利用率的提高。各种新型、高效换热器的相继开发与应用带来了巨大的社会经济效益，市场经济的发展、私有化比例的增大，降低成本已成为企业追求的最终目标。因而节能设备的研究与开发备受瞩目。能源的日趋紧张、全球环境气温的不断升高、环境保护要求的提高给换热器带来了日益广阔的应用前景。在地热、太阳能、核能、余热回收、风能的利用上，各国政府、民间研究机构和企业都加大了投入资金力度，主要表现在下列几个方面。一、研究机构及研究现状 美国传热研究公司是1962年发起组建的一个国际性、非赢利的合作研究机构，会员数百家，遍及全球，取得了大量的研究成果，积累了换热器设计的丰富经验，在传热机理、两相流、振动、

24、污垢、模拟及测试技术方面作出了巨大贡献。近年来，该公司在计算机应用软件开发上发展很快，所开发的网络优化软件、各种换热器工艺设计软件计算精度准确，不仅节省了人力，提高了效率，而且提高了技术经济性能。目前国内有近20家成为会员。 英国传热及流体服务中心于1967年成立，隶属于英国原子能管理局。该中心有会员数百家，长期从事传热与流体课题的研究，所积累的经验和研究成果不仅广泛用于原子能工业，而且用于一般工业。它最大特点是与各大学和企业合作，进行专门的课题研究，研究成果显著。在传热与流体计算上更精确，开发的HTFS、TASC各类换热器微机计算软件备受欢迎，国内有30多家企业成为会员。 国内各研究机构和高

25、等院校研究成果不断推陈出新，在强化传热元件方面华南理工大学相继开发出多孔管、螺旋槽管、波纹管、纵横管等；天津大学在流路分析法、振动等方面研究成果显著；清华大学在板片传热方面有深入的研究；西安交大在板翅式换热器研究方面已取得初步成果；重庆建工学院开发出翅管换热器；在强度软件方面化工设备设计技术中心站开发出SW6；在液压胀管方面江苏化工学院开发出液压胀管器；以换热器起家的兰州石油机械研究所率先开发出板式换热器、板式冷凝器、板式蒸发器、螺旋板换热器、外导流筒换热器等一批实用价值的系列高效换热器，近年来又在强度软件上开发出Lansys PV、在CAD软件上开发出浮头式换热器Lansys HF 、U形管

26、式换热器，含标准图2000余套；中国石化工程建设公司与兰州石油化工机器厂联合开发出螺纹锁紧环换热器，这些技术成果为国民经济的快速发展，为中国炼油、化工工业的发展起到了决定作用，也使中国的传热技术水平步入国际先进水平。二、换热器的发展过程 由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。 二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为

27、多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。 60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热

28、，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。换热设备因其用途不同，类型繁多，性能不一，但均可归结为管壳式结构和板式结构两大类。三、换热器研究及发展动向1.物性模拟研究换热器传热与流体流动计算的准确性，取决于物性模拟的准确性。因此，物性模拟一直为传热界重点研究课题之一，特别是两相流物性的模拟。两相流的物性基础来源于实验室实际工况的模拟，这恰恰是与实际工况差别的体现。实验室模拟实际工况很复杂，准确性主要体现与实际工况的差别。纯组分介质的物性数据基本上准确，但油气组成物的数据就与实际工况相差较大，特别是带有固定颗粒的流体模拟更复杂。为此，要求物性模拟在实验手段上更加先进，测试的准确率更高。从而使

29、换热器计算更精确，材料更节省。物性模拟将代表换热器的经济技术水平。2.分析设计的研究分析设计是近代发展的一门新兴学科，通过分析设计可以得到流体的流动分布场，也可以将温度场模拟出来，这无疑给流路分析发技术带来发展，同时也给常规强度计算带来更精确、更便捷的手段。在超常规强度计算中，可模拟出应力的分布图，使常规方法无法得到的计算结果能方便、快界、准确地得到，使换热器更加安全可靠。这一技术随着计算机应用的发展，将带来技术水平的飞跃。将会逐步取代强度试验，摆脱实验室繁重的劳动强度。3.大型化及能耗研究换热器将随装置的大型化而大型化，直径将超过5m，传热面积将达到单位10000平方米，紧凑型换热器将越来越

30、受欢迎。随着全球水资源的紧张，循环水将被新的冷却介质取代，循环将被新型、高效的空冷器所取代。保温绝热技术的发展，热量损失将减少到目前的50%以下。4.强化技术研究各种新型、高效换热器将逐步取代现有常规产品。电场动力效应强化穿热技术、添加物强化沸腾传热技术、通入惰性气体强化传热技术、滴状冷凝技术，微生物传热技术将会在新的世纪得到研究和发展。同心管换热器、高温喷流式换热器、印刷线路板换热器、穿孔板换热器将在工业领域及其他领域得到研究和应用。5.新材料研究材料将朝着强度高、制造工艺简单、防腐效果好、重量轻的方向发展。随着稀有金属价格的下降，钛等稀有金属使用量将扩大，CrMo钢材料将实现不预热和后热的

31、方向发展。6.控制结垢及腐蚀的研究国内污垢数据基本上是20世纪6070年代从国外照般而来。四十年来，污垢研究技术发展缓慢。随着节能、增效要求的提高，污垢研究将会受到国家的重视和投入。通过对污垢形成的机理、生长速度、影响因素的研究，预测污垢曲线，从而控制结垢，这对传热效率的提高将带来重大的突破。保证装置低能耗、长周期的运行，超声波防垢技术将得到大力发展。腐蚀技术的研究将会有所突破，低成本的防腐涂层特别是金属防腐镀层技术将得到发展，电化学防腐技术将成为主导。第二章 换热器结构设计计算管壳式换热器的结构设计必须考虑许多因素，如材料、压力、温度、壁温差、结垢情况、流体的性质以及检修与清理等来选择一些合

32、适的结构形式对同一形式的换热器，由于各种条件不同，往往采用的结构亦不相同。在工程设计中，除尽量选用定型系列产品外，也按其特定的条件进行设计，以满足工艺上的需要。2.1 设计条件： 管程介质：尿液； 壳程介质：蒸汽； 换热面积：305 管程操作温度：155-158； 管程操作压力：2.15MPa；壳程操作温度：193； 壳程操作压力：1.3MPa； 公称直径：1000mm；管程数：1；2.2 壳程圆筒设计 圆柱型筒体（1）筒体直径 容器和封头的直径GB/T9019-2001压力容器公称直径规定如下。对于用钢板卷焊的筒体，规定用筒体的内径作为它的公称直径。其值从300mm至6000mm,DN在10

33、00以内50进一挡，10006000，100进一挡。祥见下表。表2.4压力容器的公称直径300350400450500550600650700750800850900950100011001200130014001500160017001800190020002100220023002400250026002700280029003000当采用无缝钢管作筒体，规定用钢管外径作为筒体的公称直径。 表2.5 无缝钢管制作筒体时容器的公称159219273325377426（2）工作压力与设计压力 设计压力是指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件。设计压力从概念上说不同于容

34、器的工作压力。工作压力是由工艺过程决定的，在工作过程中工作中工作压力可能是变动的，同时在容器的顶部和底部压力也可能是不同的。容器的工作压力既然可能是变动的，所以将容器在正常操作条件下容器顶部可能出现的最高工作压力称为容器的最大工作压力。容器的设计压力应该高与其最大工作压力，根据具体条件不同，可按如下规定确定。1. 装有安全阀的容器，其设计压力不得低于安全发的开启压力，安全发的开启压力是根据容器最大工作压力调定的。据此，容器的设计压力可取p=（1.051.1）pw。2. 装有爆破片的容器，起设计压力不得低于爆破片的设计爆破压力上限。根据所选用爆破片形式的不同，可取（1.151.75）pw为设计压

35、力。3. 固定式液化气体压力容器设计压力应不低于表2-1-3的规定。表2.6 液化气体压力容器的设计压力液化气化临界温度设计压力无保冷设施有可靠保冷设施无试验实测温度有试验实测最高工作温度且能保证低于临界温度5050饱和蒸汽压力可能达到的最高工作温度下的饱和蒸汽压力50设计所规定的最大充装量时，温度为50的气体压力试验实测最高温度下的饱和蒸汽压力4. 固定式液化石油气贮罐的设计压力应按不低于50时的混合液化石油气组分的实际饱和蒸汽压来确定，设计单位应在单位应在图样上注明限定的组分和对应的压力。若无实际组分数据或不做组分分析，其设计压力侧应不低于表-1-4规定的压力。 表2.7混合液化石油气压力

36、容器的设计压力混合液化石油气50饱和蒸汽压力设计压力无保冷设施有可靠保冷设施异丁烷50饱和蒸汽压力丙烷50饱和蒸汽压力等于50丙烷的饱和蒸汽压力可能达到的最高工作温度下丙烯的饱和蒸汽压力以上设计压力的规定均只限于固定式压力容器，移动式压力容器设计压力另有规定。（3）设计温度t设计温度是指容器在正常操作情况，在相应设计压力下，设定的受压元件的金属温度。设计温度从概念上说不同于容器工作时器壁的金属温度。设计温度是在相应设计压力下设定的一个温度。其值不得低于容器工作时器壁金属可能达到的最高温度。如果容器器壁金属温度在0以下，则设定的设计温度不能高于器壁金属可能达到的最低温度。设计温度视不同情况按下法

37、设定：1. 若容器内的介质是用蒸汽直接加热，或用电热元件插入介质加热，或进入容器的介质已被加热，这时可取介质的最高温度为设计温度。2. 若容器内的介质是被热载体从外边间接加热，取热载体的最高工作温度或冷载体最低工作温度为设计温度。3. 设计储存容器，当壳体的金属温度受大气环境气温条件所影响时，其最底设计温度可按该地区气象资料，取历年来月平均最低气温的最低值。4. 对间歇操作的设备，若容器内介质的温度和压力随反应和操作程序进行周期性变化时应按最苛刻的但却属同一时刻的温度与压力作为设定设计压力与设计温度的依据。（4）计算压力 计算压力是指在相应设计温度下，用以确定受压元件厚度的压力，其中包括液柱静

38、压力。当元件所承受的液柱静压力小与百分之五设计压力时，可不计液柱静压力。在实际工作中要区分好设计压力与计算压力，并考虑到下述几点。第一， 确定压力容器受压元件尺寸一般是两个途径，象筒体，封头需通过计算来确定其壁厚，在计算公式时应用计算压力。譬如夹套容器的内筒，其设计压力根据化工生产工艺要求可能出现正压，也可能是负压，然而当夹套中用蒸汽加热时，内筒的计算压力应该按生产中可能出现的最大压差来确定，而且往往是要进行稳定计算，这样一来内筒的计算压力就不同于其设计压力了。所以，当需要利用公式计算容器的壳体 或封头厚度时，引入和采用计算压力更为贴切。此外压力容器中还有一些受压元件如法兰等，这些零件的尺寸大

39、都不需要设计人员用公式计算，它们基本都是通过有关标准查取的，但是在使用这些标准时却必须知道容器的设计压力，不同的设计压力会查得不同的零件尺寸，所以在这些场合下，决定受压元件尺寸的，说是设计压力更妥当。第二，容器进行压力试验时，其试验压力的确定都是以容器的设计压力为基准乘以一定的系数，特别是多腔压力容器更是如此。譬如夹套容器内筒的水压试验压力完全按其设计压力确定与其计算压力无关。第三， 在对压力容器的监察管理上，要对压力容器进行分类，容器的设计压力是容器分类的重要依据之一。从以上讨论可以看到：设计压力一计算压力的应用要广泛的多。（5）焊接接头系数 圆筒是经卷制成型后焊接而成，筒体与封头之间也要通

40、过焊接接连在一起。因此焊接接头处的强度是高于，等于还是小于钢板自身的强度同样是影响整个容器强度高低的重要因素之一。一般来说，由于焊接加热，冷却过程中金属组织的变化在焊接接头处金属的强度指标，很有可能低于没有参与焊接的钢板自身的强度指标。为此通常在钢板许用应力基础上乘以一个等于或小于1的焊接接头系数作为焊接接头处金属的许用应力，所以焊接接头系数就成为了影响容器筒体强度的又一个参数了。 容器壳体与封头的焊接接头都是对接接头对接焊缝，有纵向和环向的两种。从宏观受力分析，纵向的 焊接接头承受的环向应力要比环向的焊接接头承受的颈向应力大一倍，所以焊接接头系数应该是针对承受应力大的纵向焊接接头而 不是环向

41、焊接接头。但对于半球形封头与筒体连接的环向焊接接头是一个例外。 容器的焊接接头系数的大小取决于接头的结构和对全部焊接接头处的金属进行无损探伤的比例。 表2.8序号焊接接头结构焊接接头系数全部无损探伤局部有损探伤1双面焊或相当与双面焊的全焊透对接焊接接头1.00.852单面焊的对接焊接接头，在焊接过程中沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板0.90.8 设计计算由GB151-99查得，换热器公称直径=1000mm400mm。选其材料为Q235-B。筒体厚度计算由GB150-98得， 圆筒厚度计算公式:根据工艺条件，壳程操作压力为1.3Mp由GB150-98可查得焊接接头系数=0.85。由GB150-

42、1998可查得=113Mpa。.则， 计算厚度： mm设计厚度: 。考虑到换热器卧式摆放，壳体上需安装支座。因此应适当增加壁厚。圆整取 名义厚度则，有效厚度。采用水压试验的环境条件比气压试验的条件低。液体的温和性比气体强。 由GB150-98，考虑筒体，封头，接管，法兰，紧固件材料，取， 容器元件材料在设计温度下的许用应力， 容器元件材料在试验温度下的许用应力， 试验压力， 液压试验时，由中取一大值。为方便压力表读数，取。 检验液压试验时圆筒的薄膜应力，由GB150-98查得,所用Q235-B板材在常温时。故，。可见水压试验时筒体壁内应力都小于179.8MPa，故水压试验检验合适。2.3 管箱

43、设计按照封头内直径与封头曲面高度比值的不同，可以有多种形式的椭圆形封头， 在GB150中规定了不同K值椭圆形封头厚度的统一计算公式以及它们的最小厚度。选取材料Q235-B，标准椭圆封头，由JB/T4746-2002知，椭圆封头是由半个椭球面很短圆筒组成。直边段的作用是避免封头和圆筒的连接焊缝处出现经向曲率半径的突变，以改善焊缝的受力状况。由于封头的椭球部分经线曲率变化平滑连续，故应力比较均匀，而且椭圆形封头较半球形封头小的多，易冲压成型，是目前中、低压力容器中应用较多的封头之一。由JB/T4746-2002可知，对于由标准椭圆封头，K=1，。 由JB/T4746-2002，取， 故封头校核满足

44、要求。按JB/T4746-2002选取曲面高度h=25mm，H=275mm，1 法兰的结构与类型 就法兰的承载能力而言，法兰有3种类型，即甲型平焊法兰，乙型平焊法兰和长颈对焊兰器，用于不锈钢容器时，法兰端面焊有不锈钢衬环。（1）甲型平焊法兰 甲型平焊法兰就是一个截面基本为矩形的圆环，这个圆环通常称为法兰盘，它直接与容器的筒体或封头焊接。根据法兰受力分析可知，这种法兰在上紧和工作时均会作用给容器器壁一定的附加弯距。法兰盘自身的刚度也比较小，所以适用于压力等级较低和筒体直径较小的范围内。（2）乙型平焊法兰乙型平焊法兰与甲型平焊法兰相比是除法兰盘外增加了一个厚度常常是大于筒体壁厚的短节。有了这个短节

45、，既可以增加整个法兰的刚度，又可使容器器壁避免承受附加弯距。因此这种法兰适用于较大直径和较高压力的条件下。乙型法兰平焊法兰所覆盖的公称直径与公称压力的范围正好与甲型平焊法兰相衔接。（3） 长颈对焊兰器长颈对焊兰器是用根部增厚的颈取代了乙型平焊法兰中的短节，从而更有效的增大了法兰的整体刚度,由于去掉了乙型法兰中法兰盘与短节的焊缝,所以也消除了可能发生的焊接变形及可能存在的焊接残余应力。而且这种法兰可以轧制成专门供弯制法兰用的型钢，在大批量使用时，比单件锻制成本要低。就法兰的密封面结构形式而言，容器法兰密封面共有三种形式。（1） 平面型密封面密封表面是一个突出的光滑平面，这种密封面结构简单，加工方便，便于进行防腐衬里。但螺栓上紧后，螺圈材料容易往两侧伸展，不易压紧，用于所需压紧力不高且介质无毒的场合。（2） 凹凸型密封面它是由一个凸面和一个凹面所组成，在凹面上放置垫圈，压紧时，由于凹面的外侧有挡台，垫圈不会挤出来。（3） 槽型密封面密封面是由一个和一个槽组成，垫圈放在槽内。这种密封面规定不用非金属软垫圈，可采用缠绕式或金属包垫圈，垫圈宽度1625mm，容易获得良好的密封效果。它适用于密封易燃，易爆，有毒介质。密封面的凸型部