浮头法兰的合理设计
浮头换热器浮头法兰浮头结构
浮头式换热器浮动端的结构——钩圈式浮头浮头换热器的浮头部分结构设计，除需考虑管柬能在设备内部自由伸缩，及检修、安裴、清洗方便外，还应保证浮头端盖的密封。
而钩圈对保证浮头端的密封、防止管壳间介质的串漏起重要的作用。
一、钩圈式浮头的结构及尺寸：5.7.1钩圈式浮头的结构及尺寸钩圈式浮头的详细结构见图5.7盖侧法兰一1。
外头盖法兰 B型钩圈浮头盖法兰图5. 7-1（或者GB151第82页图50）图5. 7-1中结构尺寸及符号说明如下：a-根据管束和壳体的伸缩量来确定；及、b2、bn -按5.3.3的规定； (GB151第25页)C-安装及拧紧浮头螺母所需空间尺寸，应考虑在各种情况下的热膨胀量，宜不小于60mm;Dfi——浮头法兰和钩圈的内直径，dfo=Di-2 (b1+ bn)，mm：Dfo——浮头法兰和钩圈的外直径，Dfo=Di+80，mm；Di——换热器圆筒内直径，mm：D L——布管限定圆直径，按5.5.3确定，mm：(GB151第25页)D-外头盖内直径，~Di+100，mm：Do——浮动管板外直径，Do=Di-2b1，mm。
图5.7.2钩圈：钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要的作用。
随着浮头换热器的设计、制造技术的发展、以及长期以来使用经验的积累，钩圈的结构形式也得到了不断的改进和完善。
钩圈一般都是对开式结构，要求密封可靠，结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。
二、钩圈分类：5.7.2.1 A型钩圈和B型钩圈，GB151给出了两种型式的钩圈，即A型钩圈和B型钩圈。
见图5.7-2a、b。
A型钩圈在上世纪70年代及以前采用较多，由于A型钩圈的底部距浮动管板较远，使得浮头端壳程介质的死角增大，减少管束的有效传热面积。
且A型钩圈的厚度比B型钩圈厚一上紧双头螺柱也比B型长，稳定性差。
B型钩圈为国外引进型式，其特点是浮头管板和钩圈的斜槽采用不同倾角，浮头管板斜角采用18。
，外圈斜角2×45。
浮头式换热器设计【毕业作品】
浮头式换热器设计摘要：本次设计的题目是浮头式换热器。
浮头式换热器是管壳式换热器的换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只是一端与外壳固定，另一端可相对壳体滑移，称为浮头式。
浮头由浮动管板钩圈和浮头端盖组成。
它不会因为管束之间的差胀而产生温差热效应，同时还具有拆卸方便、易清洗的优点，另外与其他类型的管壳式换热器一样，能在高温、高压下工作，所以在化工工业方面应用广泛。
本设计中的浮头式换热器主要参照GB151在给定的设计条件下进行工艺设计，然后对筒体、管束、浮头端进行详细的机械结构设计、计算和校核，对于换热器的一些零部件则根据设计参数查找标准。
对于具体的设计步骤与准则在设计说明书中有详细的说明。
关键字:换热器；浮头；管板；钩圈The design of floating-head heat exchangerAbstract:The topic of my study is the design of floating-head heat exchanger. The floating-head heat exchanger is a special type of tube and shell heat exchanger. It is special for its floating head. One of its tube sheet is fixed，while another can float in the shell，so called floating head. The floating head floating tube sheet hook and loop and floating head cover. It is not because of the differential expansion between the tubes and the temperature difference between the thermal effects, but also has to facilitate the demolition, the advantages of easy to clean, but in addition it can work in high temperature and high pressure same as the other tube and shell heat exchanger, so widely used in the chemical industry. The design of the floating head heat exchanger major reference GB151,first make process design in a given design conditions, and then on the cylinder, tube, floating head end, a detailed mechanical structural design, calculation and check, for some of the heat exchanger components according to the design parameters. The specific design steps and design criterion is described in design specification.Keywords:heat exchanger; floating head; tube plate; hook and loop前言换热器是实现热量传递的一种设备，在工业生产中起着重要的作用，在各个化工相关领域得到了广泛的应用。
换热器及零部件结构设计
换热器及零部件结构设计1.绪论换热设备是化工、炼油、食品、轻工、能源、制药机械及其他许多工业部门广泛使用的通用设备。
随着工业的发展，换热设备在能量储存、转化、余热回收以及新能源利用和污染治理中得到广泛应用。
1.1 换热器的分类1.1.1 换热器的分类及特点按照传热方式的不同，换热器可分为三类：1.直接接触式换热器；2.蓄热式换热器；3.间壁式换热器.1.2 管壳式换热器的分类及特点管壳式换热器可分为五类：1.固定管板式换热器；2.浮头式换热器3.U形管式换热器；4.填料函式换热器；5重沸器。
浮头式换热器的特点浮头式换热器两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动，成为浮头。
浮头部分是由浮头管板，钩圈与浮头端盖组成的可拆联接，因此可以容易抽出管束，故管内管外都能进行清洗，也便于检修。
浮头式换热器的优点是管间和管内清洗方便，不会产生热应力；但其结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求高。
适用于壳体和管束之间壁温差较大的或壳程介质易结垢的场合。
2.换热器的工艺条件与选型2.1 换热器的工艺条件设计条件壳程管程工作介质设计压力工作压力设计温度介质特性换热面积烃循环水-0.0781MPa0.495MPa-0.071MPa0.45MPa80℃60℃易爆/78㎡2.2 换热器的选型根据换热器流体的性质和各种管壳式换热器的特点，本回收塔冷却器选用浮头式换热器。
3. 换热器的零部件结构设计3.1换热管3.1.1 换热管的材料、形式及尺寸回收塔冷却器采用光管，因为光管加工方便、价格便宜。
根据换热流体的性质选用Φ25mm×2.5mm长度L=60000mm的20号无缝钢管作为换热管的材料。
根据GB151-89表3-11（a ）I 级换热器换热管外径允许的偏差是Φ25±0.20管板管孔允许的偏差是Φ+0.15025。
3.1.2 换热管的排列方式及管心距如图所示，换热管在管板上的排列形式主要有正三角形、正方形和转角正三角形、转角正方形。
浮头换热器结构设计要点要点
浮头换热器结构设计常用要点汇总（根据标准和手册综合整理）（碳钢、卧式、内导流）2011-11-11目录一、换热管————————————————————————————3二、筒体、隔板————————————————————————————3三、法兰——————————————————————————————3四、缠绕垫片————————————————————————————3五、双头螺柱/带肩双头螺柱/支耳————————————————————4六、管板结构————————————————————————————5七、钩圈与浮动管板——————————————————————————8八、折流板与支持板——————————————————————————9九、拉杆——————————————————————————————10十、滑道———————————————————————————————10 十一、内导流筒与防冲板———————————————————————11 十二、防短路结构—————————————————————————12 十三、排液（排气）口—————————————————————————13 十四、吊耳与顶丝——————————————————————————14附件1: Ⅰ级管束的管板管孔/折流板管孔—————————————————15 附件2 球面封头半径SR尺寸—————————————————————15 附件3 隔板槽处管孔中心距—————————————————————15 附件4 关于螺纹的一般要求—————————————————————15 附件5 关于技术要求—————————————————————15 附件6 分程隔板密封面加工——————————————————————16一、换热管（冷拔管）1.常用规格（PN≤6.4MPa）：φ25x2.5 φ19x2 ；常用材料：10#、20#外径偏差：±0.3（GB/T8163-2008）------仅为Ⅱ级管束（±0.2为Ⅰ级）普通级：±0.2 高级：±0.15 （GB9948-2006）----均为Ⅰ级管束可见，GB9948中普通级已达到GB151中高精度要求2.长度L：3、4.5、5、6、7.5、9、12m3.管心距：规格φ25x2.5 φ19x2管心距32 25分程隔板处44 （转角正方形取32x2-1/2=45.25）384.换热管数据：规格质量Kg/m 外表面积m2/m 内表面积m2/m 内截面积cm2φ25x2.5 1.390 0.0785 0.0628 3.142φ19x2 0.838 0.0597 0.0471 1.7675.换热管伸出管板最小长度（强度焊）：规格φ25x2.5 φ19x2长度 2 1.5二、筒体、分程隔板1．筒体规格：1）无缝钢管制筒体：DN300（φ324）2）钢板制筒体：DN400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800。
毕业设计：浮头式换热器设计
摘要随着石油化工行业的迅速发展，换热器在石化行业设备中占据着重要的部分和地位。
换热器是一种实现物料之间能量传递的设备，本设计主要是针对的浮头式换热器，浮头式换热器属于管壳式换热器的一种，是利用间壁使高温流体和低温流体进行对流传热从而实现物料间的热量传递。
在设计的整个过程中，严格按照GB150-1998《钢制压力容器》和GB151-1999《管壳式换热器》等标准进行设计和计算。
以及对换热器的强度，刚度和稳定性的校核。
本设计包括四个部分：说明部分；计算部分；绘图部分和翻译部分。
说明部分主要阐述了浮头式换热器的工艺流程及其在炼油化工生产中的地位，换热器设备及其发展现状和国内外换热器的最新发展趋势，同时介绍了换热器的结构设计，换热器主要零部件结构的设计及压力容器常用材料等。
最后对压力容器的制造，检验和验收等问题也作了简单的介绍。
计算部分主要针对筒体，封头，和法兰进行了详细计算，并对其进行了水压试验校核，还对换热器的管板，折流板，鞍座等进行了相关的设计计算。
除此之外，还参阅相关的设计手册及大量的文献，完成了各个零件图的绘制，还对两万字符的外文进行了翻译等工作。
因此，这是份比较具有创新性的毕业设计。
关键词：浮头式换热器；筒体；压力试验；校核AbstractWith the oil of the rapid development of the chemical industry, heat exchanger equipment in the petrochemical industry occupies an important part and status. Is a heat exchanger to achieve energy transfer between the materials of the equipment, mainly for the design of the floating head heat exchanger, floating head heat exchangers are shell and tube heat exchanger type is the use ofpartitions so that high-temperature fluid and low-temperature fluid for convective heat transfer in order to achieve the heat transfer between materials.In the design of the whole process, in strict accordance with GB150-1998 "Steel Pressure Vessels" and GB151-1999 "shell and tube heat exchanger" and other standards for the design and calculation. As well as the heat exchanger strength, stiffness and stability of the check.The design includes four parts: that part of it; calculation part; mapping and translation of some parts. Note on some of the main floating head heat exchanger and its application in the process of refining the position of chemical production, heat exchanger and the development of equipment and heat exchangers at home and abroad the latest development trends, at the same time introduced the structure of heat exchanger design, heat exchanger design of the structure of the main components and pressure vessels commonly used materials. Finally, pressure vessel manufacturing, testing and acceptance of other issues also made a brief introduction. Calculated for some of the main cylinder, head, and carried out a detailed calculation of the flange, and its hydraulic test checking, but also on the heat exchanger tube sheet, baffle, such as a saddle-related design calculation. In addition, see the related design manuals and a lot of literature, completed the mapping of various parts, but also on the20,000 foreign-language characters for the translation work. Therefore, it is a comparison of graduates with innovative design.Key words:Floating head heat exchanger; cylinder; pressure test; check目录1前言 (1)1.1管壳式换热器的分类 (1)1.2管壳式换热器的结构 (2)1.2.1管束 (2)1.2.2壳程 (3)1.2.3管子的排列方式 (3)1.2.4管板 (3)1.2.5折流板与折流杆 (3)1.3管壳式换热器相关分析 (4)1.3.1传热系数 (4)1.3.2平均温差 (4)1.3.3流体流速 (4)1.3.4流体压降 (4)1.3.5振动 (4)1.3.6其他 (4)1.4提高管壳式换热器传热能力的措施 (5)1.5管壳式换热器工作原理 (6)1.6管壳式换热器的发展 (7)1.6.1板式支承结构的发展 (7)1.6.2杆式支承结构的发展 (7)1.6.3空心环支承结构 (8)1.6.4管式自支承 (9)1.7管壳式换热器特点 (10)1.8管壳式与其他换热器的比较 (11)1.9腐蚀与防护 (14)1.9.1换热器腐蚀的原因 (14)1.9.2管壳式换热器的防腐蚀措施 (16)1.10换热器设计软件简介 (19)1.10.1HTFS (20)1.10.2 HTRI (21)1.10.3 ASPEN PLUS B—JAC (22)1.11结语 (23)2设计部分 (24)2.1浮头式换热器筒体的计算： (24)2.1.1计算条件 (24)2.1.2厚度的计算 (24)2.2前后端管箱封头的计算 (25)2.2.1设计条件 (25)2.2.2厚度计算 (25)2.2.3压力试验应力校核 (26)2.2.4压力试验应力校核 (27)2.3带法兰无折边球形封头及法兰计算 (27)2.3.1设计条件 (27)2.3.2厚度计算 (28)2.4管子排列方式的设计 (31)2.5开孔补强的计算 (31)2.5.1筒体开孔所需的补强面积要求 (32)2.5.2在有效补强范围内作为补强的截面积 (32)2.5.3选择补强圈补强 (33)2.6外头盖法兰厚度计算 (33)2.6.1设计条件 (33)2.6.2厚度计算 (34)2.7管板的厚度计算 (38)2.7.1设计条件 (38)2.7.2计算各参数 (39)2.7.3厚度计算 (41)2.7.4校核换热管轴向力 (42)3 致谢 (45)4 参考文献 (46)1 前言换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，在石油、化工、冶金、电力、轻工、食品等行业应用普遍。
浮头法兰设计计算程序
浮头法兰设计计算一、a值计算主要参数的意义：1.Pt-换热器管程设计压力2.5Mpa2.Ps－换热器壳程设计压力 1.5MPa3.Di－法兰内直径755mm4.Ri-封头球面内半径700mm5.[δ]f t 法兰材料在设计温度下的许用应力135Mpa6.D-法兰外直径880mm7.δn－封头名义厚度15mm8.β1＝0.5335690.562814753 弧度 计算过程：Fst=-6.5935101Frt=1773202.98Bt=227.554525Frs=1063921.79Bs=136.532715B=27.6095155a=762.285344二、b值计算主要参数的意义：1.Db-螺栓中心圆直径840mm2.DG-垫片压紧力作用中心圆直径773mm3.b-垫片有效密封宽度17.5mm4.m－垫片系数 2.5计算过程：LD=42.5LG=33.5LT=38At=8648.23184Ft=16.4837753Ct=8919.94669As=793.921256Fs=9.89026519Cs=-696.10391φ＝-9572.5762Φ＝725.908964b=-40220.522三、c值计算c=Φ2-Cs=527639.929δf-浮头法兰计算厚度40mm 结论：（一）：当管程设计压力大于壳程设计压力时Lr=28.3319218mm那么L=-17.1997214mm (二)当管程设计压力小于壳程设计压力时Lr=24.4311578mm 那么L=-13.2989574mm (三）当管程设计压力等于壳程设计压力时Lr=34.578354mm。
浮头盖的设计要点
４球 冠 形 封 头
球 冠 形 封 头 球 面 内半 径 按 Ｇ ５ 表 ４ 的规 定 Ｂ１ １ ６ 取 值 ，根 据 公 式 （ ５ 即可 得 出计 算 厚 度 ，然 后 ４） 根 据计 算 厚 度取 一 个适 当 的名 义厚 度 ６ｌ 。此 时注 ＇ ｌ 意 浮 头 法 兰 计 算 时 ，球 冠 形 封 头 的名 义 厚 度 应 输 入 实 际厚 度 ，腐 蚀 裕量 输 入 ０ ，并考 虑 腐 蚀前 、腐 蚀后 两种 工 况 。 腐 蚀 前 ： 实 际 厚度 ＝ 义 厚 度 一 名 厚度 负偏 差 一 成 型减 薄量 腐 蚀 后 ：实 际 厚度 ＝ 义 厚 度 ． 度 负偏 差 一 名 厚 成 型减 薄量 一 蚀裕 量 腐 如 果 球 冠 形 封 头 的名 义 厚 度 与 实 际 厚度 对 应 的材 料 许 用 应 力 不 一 样 ， 则还 需 计 算 一种 工 况 ， 主 要 是核 算 球 冠 形封 头 厚度 是 否 合格 ，球 冠 形封 头 的名 义 厚度 输 入 名 义 厚度 ， 腐蚀 裕 量 输 入 实 际 腐 蚀裕 量 加厚 度 负偏 差 。
６７ ～ ｍｍ ￣ 可 。 Ｏ
２双 头 螺 柱
螺 柱 的规 格 和 数 量 可 参照 设备 法 兰 的螺 栓 规 格 ， 由于 浮数 量 可 根 据情 况 适 当减 少 。 当浮 头 端 空 间尺 寸 不 够 时 ，可 采 用减 小 螺栓 尺 寸 而 增 加 螺 栓 数量 的方 法 ，此 时应 注 意 核 算 螺栓 间距 是 否 满 足 ＧＢ１ ０ 表 ５
当２ ＞ｌ ２ 时 ，法 兰 计 算 厚度 开始 转 为 由正 ６ ＞０ 压 工 况 决 定 ，并 在 这 个 区 间 内计 算 厚 度 保 持 不 变
当Ｄｉ ７ ０ ｎ ０，ｂ ＝ ＜ ０ ，ｂ ＞１ ｌ ３；
浮头法兰的设计
法兰所受净力矩 * ) ! 增大。 由此可见， 较大的 %$ ， 虽然对降低 !" 作用时的
" 有利， 但会对 !) 作用下法兰所受净 法兰净力矩 *!
矩， 故一般应将 # "$ 作用位置设于法兰形心之上方，
" 则 可 与 #& 、 以此产生 的 # "$%$ 力 矩 方 向 为 顺 时 针， " " 、 产生的力矩抵消一部分， 使法兰在 !" 作用 #’ #(
力， （ !0； #/ K ’L,*M $% ； ) ( ! "）
— —壳程压力 ’& 作用的 #/ ， #& 0； /—
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（ !K ’L,*M $( ； ) ( ! "） $(!" ! ) -" ( !" ( ［ （ * "］ . ! ( !" ）
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!" 作用时的法兰受力图
) （ %& % %’ ）$ #（ ］ ， 所以增大 %$ ， 则会导致 ( %( % %’ ）
# "$%$ 力矩方向为顺时针； # "&、 # "’、 # "( 力矩方向为逆时针。
" " " 法兰在 !" 作用下， 法兰上的 #& 、 、 对法兰 #’ #( 产生的力矩方向是逆时针的。为了减小法兰所受力
设
计
计
算
浮头法兰的设计
中国石化工程建设公司
摘
桑如苞
浮头式换热器(过程设备设计课程设计说明书)
目录设计题目及工艺参数---------------------------------------------------1一、换热器的分类及特点---------------------------------------------------2二、结构设计-------------------------------------------------------------51、管径及管长的选择---------------------------------------------------52、初步确定换热管的根数n和管子排列方式-------------------------------53、筒体内径确定-------------------------------------------------------54、浮头管板及钩圈法兰结构设计-----------------------------------------65、管箱法兰、管箱侧壳体法兰和管法兰设计-------------------------------76、外头盖法兰、外头盖侧法兰设计---------------------------------------77、外头盖结构设计-----------------------------------------------------88、接管的选择--------------------------------------------------------------------------------------89、管箱结构设计-------------------------------------------------------810、管箱结构设计------------------------------------------------------811、垫片选择----------------------------------------------------------912、折流板------------------------------------------------------------------------------------------913、支座选取----------------------------------------------------------1014、拉杆的选择--------------------------------------------------------1315、接管高度（伸出长度）确定------------------------------------------1316、防冲板------------------------------------------------------------1317、设备总长的确定----------------------------------------------------1318、浮头法兰---------------------------------------------------------------------------------------1419、浮头管板及钩圈----------------------------------------------------14三、强度计算--------------------------------------------------------------141、筒体壁厚的计算-----------------------------------------------------142、外头盖短节，封头厚度计算-------------------------------------------153、管箱短节、封头厚度计算 --------------------------------------------164、管箱短节开孔补强的核校 --------------------------------------------165、壳体压力试验的应力校核---------------------------------------------166、壳体接管开孔补强校核-----------------------------------------------177、固定管板计算-------------------------------------------------------188、无折边球封头计算 --------------------------------------------------199、管子拉脱力计算-----------------------------------------------------20四、设计汇总-----------------------------------------------------21五、设计体会--------------------------------------------------------------21参考文献--------------------------------------------------------------22设计题目：浮头式换热器工艺参数：管口表：符号公称直径（mm）管口名称a 130 变换气进口b 130 软水出口c 130 变换气出口d 130 软水进口e 50 排尽口设备选择原理及原因：浮头式换热器的结构较复杂，金属材料耗量较大，浮头端出现内泄露不易检查出来，由于管束与壳体间隙较大，影响传热效果。
六管程浮头式换热器设计
六管程浮头式换热器设计摘要换热器是化工、炼油等生产中最常见的过程设备之一，是用于物料之间进行热量传递的过程设备，使热量从热流体传递到冷流体的设备。
在目前大型化工及石油化工装置中，采用各种换热的组合，就能充分合理地利用各种等级的能量，使产品的单位能耗降低，从而降低产品的成本已获得好的经济效益。
在化工厂中，换热器所占比例也有了明显提高，成为最重要的单元设备之一。
本设计说明书是关于浮头式换热器的设计，主要进行了换热器的工艺计算，换热器的结构和强度设计。
并且阐述了换热器的特点、换热器设备及其发展现状、国内发展趋势和研究热点以及换热器的分类，同时说明了浮头式换热器的优点，介绍了换热器的结构设计，换热器主要零部件结构的设计及压力容器常用材料等。
计算部分主要对浮头换热器的筒体、封头和法兰进行了详细的计算，并对其进行了水压试验的校核；还对换热管、管板、折流板、鞍座和钩圈等各个受压元件按照GB-150和GB-151的标准进行简单的结构设计，使其屈服应力在许用应力范围内。
除此之外，还参阅相关的设计手册及大量的文献，完成了各个零件图的绘制，还对一篇外文进行了翻译等工作。
关键词：浮头式换热器；换热管；校核Six tube heat exchangers designAbstractHeat exchanger is widely used in chemical,oilrefining ect.It is used in materials to carry on the thermal transmission the process. At present, in large-scale chemical industry and in the petroleum chemical industry installment, each kind of heat transfer the combination can reasonably use each rank fully the energy, cause the production the unit energy consumption to reduce, thus reduce the production the cost to obtain the high economic efficiency. Thus, in the large-scale chemical industry and in the petroleum chemical industry production process, the heat exchanger obtains the more and more widespread application. In the chemical plant, the heat exchanger accounted for the proportion also to have the distinct enhancement, became one of most important unit equipment.The design manual is about floating head heat exachanger, which included technology, calculate of heat exchanger, the structure and intensity of heat exchanger. And described the characteristics of heat exchanger, heat exchanger equipment and the development of the status quo, development trend of domestic and research hot spots and the classification of heat exchanger, floating head at the same time illustrates the advantages of heat exchanger. Introduced the structural design of heat exchangers, heat exchanger design of the structure of the main components and pressure vessels commonly used materials. The main part of the calculation of the cylinder, head and flange of the calculation in detail, and its verification of hydraulic test; also heat exchanger, tube sheet，baffle，circle hooks，such as saddles and all by pressure components in accordance withthe GB-150 and GB-151 standard for strength calculation, checking water pressure test intensity to yield stress in the range of allowable stress. In addition, see the related design manuals and a lot of literature, completed the mapping of various parts, but also a translation of a foreign languages and so on.Keywords :Floating Head Heat Exchanger; Heat Exchanger Tube;Check目录1 换热器概述 (1)1.1换热器的历史 (1)1.2换热器的概念及工作原理 (4)1.3换热器的分类 (4)1.4浮头式换热器的简介 (10)2浮头式换热器的设计 (11)2.1设备材料选择 (12)2.2设计参数的确定 (13)2.2.1设计压力 (13)2.2.2设计温度 (13)2.2.3厚度及厚度附加量 (14)2.2.4焊接接头系数 (14)2.2.5许用应力 (15)2.3结构的选择与论证 (16)2.3.1换热管 (16)2.3.2管板 (16)2.3.3管束分程 (17)2.3.4封头 (18)2.3.5折流板 (18)2.3.6开孔和开孔补强设计 (20)2.3.7法兰 (21)2.4各部件连接方式及结构 (22)3计算部分 (24)3.1后端管箱筒体计算 (24)3.1.1厚度计算 (24)3.1.2压力试验时应力校核 (25)3.1.3压力及应力计算 (25)3.2前端管箱封头计算 (26)3.2.1厚度计算 (26)3.2.2压力试验时应力校核 (27)3.2.3压力计算 (27)3.3前端管箱筒体计算 (27)3.3.1厚度计算 (28)3.3.2压力试验时应力校核 (28)3.3.3压力及应力计算 (29)3.4外头盖封头的计算 (29)3.4.1厚度计算 (30)3.4.2压力试验时应力校核 (30)3.4.3压力计算 (31)3.5浮头盖的设计计算 (31)3.5.1球冠形封头厚度计算 (31)3.5.2浮头法兰厚度计算 (33)3.6壳体圆筒计算 (41)3.6.1厚度计算 (41)3.6.2压力试验时应力校核 (42)3.6.3压力及应力计算 (42)3.7管板设计 (43)3.7.1符号说明 (43)3.7.2管板厚度计算 (44)3.7.3换热管的轴向应力校核 (47)3.7.4换热管与管板连接的拉脱力校核 (48)3.8开孔补强 (49)结论 (53)谢辞 (54)参考文献 (55)1 换热器概述换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，又称热交换器。
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浮头法兰的合理设计与法兰所受力矩的大小 密切相关 ,其中 L r 起着重要的作用 , 对法兰操作 力矩 ( 无论 ps 或 pt 工况) 具有很大的影响 。 3 浮头法兰的合理设计原理 欲使浮头法兰厚度得到较经济合理的设计结 果 ,其关键是控制合适的 L r ( 封头中面与法兰的 连接点至法兰环形心的垂直距离) ,其对法兰操作 力矩有至关重要的影响 。以下先就 L r 对法兰操 作力矩的影响进行分析 ,尔后讨论最佳 L r 的确定 ( L r 对法兰预紧力矩不发生影响) 。
2 浮头法兰设计现状
法兰厚度回代到另一工况进行校核计算时 , 可能 出现强度尚不能满足要求的情况 。其原因是随着 法兰厚度的加厚 ,当封头焊入法兰的深度 ( l ) 保持 不变时 ,由于封头水平力 Fr 对法兰形心的作用力 臂 L r 也随之增大 ,故使 Fr L r 增加 ,导致法兰力矩 Mp 增大 ,使法兰的计算厚度需进一步加厚 。因此
收稿日期 :2002202226
) ,男 , 浙江绍兴人 。1964 年毕业于 作者简介 : 桑如苞 (1945 —
浮头法兰的设计通常应用 SW6 软件进行计 算 。老版 SW6 软件在浮头法兰设计中存在经常
1〕 发生死循环的问题〔 ,使设计难于进行 。 ( ) 新版 98 版 SW6 软件进行了改造 , 可免于死
FD , FT 产 生 的 反 向 力 矩 , 即 法 兰 净 力 矩 M P = Fr L r - [ FD ( L D - L G) + FT ( L T - L G) ] 。所以增大 L r ,则会导致法兰所受净力矩 M s P 增大 。
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油化工设备技术 ,2002 ,23 ( 4 ) ・ 4・ 静设备 石 Petro2Chemical Equipment Technology
浮头法兰的合理设计
桑如苞
( 中国石化工程建设公司 ,北京 100101)
摘 要 : 浮头式换热器的浮头法兰是一种特殊法兰 ,不能采取一般法兰的 “分工况独立计算法兰厚度 ,尔 后取其大值” 的方法进行设计 。同时 ,浮头法兰设计中涉及一重要参数 L r , 能否适当地确定 L r , 是浮头法兰 设计成败的关键 。文中介绍了该种法兰的合理设计原理及方法 ,并附以实例 。实例表明 ,用这种方法设计的 浮头法兰厚度仅约为用 SW6 ( 经校正 ,使之全面满足强度要求) 软件计算厚度的 1/ 2 ,体现出合理设计的价值 。 关键词 : 浮头式换热器 ; 浮头法兰 ; 设计原理 ; 设计方法 中图分类号 :TE969 文献标识码 :B 文章编号 :100628805 (2002) 0420004206
计算 ,而后取其大值作为最终设计结果 。然而这 种作法存在问题 , 即当按某工况的 “大值” 确定的
第 23 卷第 4 期 桑如苞 . 浮头法兰的合理设计
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311 L r 对法兰力矩的影响 L r 的存在 ,使 Fr ( 封头薄膜力的水平分量 ) 对
法兰环形心产生力矩 M r , M r = Fr L r 。在 pt 作用 时 ( 相当于法兰受内压) 和在 ps 作用时 ( 相当于法 兰受外压) , M r 对法兰的作用方向相反 。 a) pt 作用时的情况
循环的发生 , 可以设计出一定的结果 。因为浮 头法兰需经受管程设计压力 ( pt ) 和壳程设计压力
( ps) 两种工况 , 所以软件中分业大学 ( 现名) 化工机械专业 ,高级工程师 。长期从事 压力容器设计标准工作 ,为 G B150 等十项标准的主要编制人 之一 。专长压力容器强度设计 , 在法兰 、 管板 、 凸缘 、 开孔补 强及应力分类等专题上 ,提出合理设计方法并指出国外同类 方法中的错误 ,发表系列论文 50 余篇 。
t 在 pt 作用下 ,作用于法兰上的力 FD , FtG , FtT 对法兰产生的力矩方向是逆时针的 。为了减小法 兰所受力矩 ,故一般应将 Ftr 作用位置设于法兰形
受的净力矩 , 如图 2 所示 。否则也会因两部分力 矩相叠加 ,导致法兰力矩大增 ,对设计不利 。 需要明确的是 : 在 pt ( 正压 ) 作用时 , 作用于
1 前言
浮头式换热器的浮头法兰设计是一项费事的 工作 。浮头法兰设计主要是法兰厚度的设计存在 困难 。通常需在假设厚度的基础上经反复叠代试 算才能完成 。 浮头法兰的厚度受控于强度和结构两个方 面 。强度方面包括法兰在管程压力和壳程压力单 独作用下的厚度计算 , 并应分别考虑预紧和操作 两种情况 ,其中较复杂的是球冠形封头与法兰连 接位置的确定 , 其位置得当与否对法兰设计结果 有很大的影响 ( 可使法兰厚度相差一倍之多) 。此 外该种法兰的厚度尚受结构要求的限制 。总之 , 设计时既要保证封头与法兰的连接焊缝尺寸又要 确保浮头盖内侧有足够的 “横跨流通面积” 。 上述影响法兰设计厚度的各个因素在不同的 设计条件下 ,均可成为控制因素且互相影响 ,为此 使浮头法兰的设计复杂化 。
t 法兰上的两个方向的力矩 , 由 FD , FtG , FtT 产生的
力矩的绝对值一般大于由 Ftr L r 产生的反向力矩 ,
t t t 即法兰净力矩 M tP = ( FD L D + FTL T + F GL G) t Ftr L r 。所以增大 L r 则可平衡掉较多的由 FD 等产
生的力矩 ,从而使法兰所受净力矩 ( M tP) 减小 , 故 对法兰设计有利 ,即 L r ↑ 可使 M tP ↓。 相反在 ps ( 正压) 作用下 ,作用于法兰上的两 个方向的力矩 ,由 Frs L r 产生的力矩值一般大于由