浮头式换热器结构设计及应力分析

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压力容器焊接工艺
• 焊接工艺评定 • 焊接材料 • 焊接接头分类 • 焊接坡口 • 施焊环境 • 预热 • 焊接要求 • 后热 • 焊缝返修
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应力分析
• 定义工作文件名及工作标题 • 定义材料属性及单元类型 • 建立几何模型 • 划分有限单元网格 • 施加约束条件 • 施加载荷 • 求解与结果分析
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结构设计
浮头设计
浮头是浮头式换热器内的重要构件，所 谓浮头指的是换热器两端的管板一个是固定 的，一个是浮动的 ；管束可以从壳体内抽出 来，便于清洗；管束的热变形不会受到壳体 的约束，因此消除了热应力。 但浮动管板处 容易泄露，因此密封性要求较高。 钩圈是浮头内的重要部件，为对开式结 构。此处设计的是深钩圈。材料为16MnR。
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结构设计
壳程结构设计
折流板可提高壳程介质流速，强化传热 效率 ，还具有支撑管束的作用 。 拉杆和定距管是用来固定折流板的。 挡管避免产生管间短路（管间短路对传 热效率的影响较大）。
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结构设计
滑道是为了防止管束在抽出或装入壳体 时折流板损坏。 浮头式换热器为了减少短路，强化传热， 在壳程两端的进出口增设内导流筒。 排气液口试为了回收或排除介质、空气 及凝液。
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结构设计
浮头封头为带法兰的球冠形封头，材 料为20号钢，尺寸结构如图：
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结构设计
管板设计
设计中共有两个管板，一侧为固定 管板，另一侧为浮头管板。管板一般 采用低合金钢锻造，此处管板材料为 16MnR ，固定管板厚度为60mm ，浮 头管板厚为62mm。 管板上管孔加工时要保证孔的位 置及尺寸精度。
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总结
本文为浮头式换热器设计。在老师的 指导下，经过与讨论并查阅资料和标准， 反复修改订正，终于完成了该换热器的设 计。
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附
换热器结构图
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附
爆炸示意图
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谢谢-
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课题设计背景及意义
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本课题设计的是浮头式换热器，浮头 式换热器以其高度的可靠性和广泛的适 应性，在长期使用过程中积累了丰富的 经验。尽管近年来受到不断涌现的新型 换热器的挑战，但反过来也不断促进了 自身的发展。故迄今为止在各种换热器 中扔占主导地位。
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课题设计背景及意义
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结构设计
• 筒体和封头设计
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筒体和封头设计步骤相似，先求出计算 厚度，最终确定出名义厚度，筒体与封头 选材都为20R钢板，筒体厚度为10mm; 封头 厚度也为10mm。筒体用钢板弯卷制成，封 头用冲压方法加工。
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结构设计
法兰设计
法兰连接是化工设备、管道中最常用的 可拆连接，法兰可分为容器法兰和管法兰。 在设计时尽可能地选用标准法兰，便于检修 及更换的方便。也利于制造单位成批生产法 兰，降低成本。法兰之间用密封垫片和双头 螺柱进行密封连接。法兰直接用长径法兰锻 件加工，材质为20号钢。
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LC
结构设计
容器支座结构设计
此设计中选用BI型鞍座，即为带垫板 重型鞍座。一侧为F型，一侧为S型，这样 当容器出现热变形时，S型鞍座可以随容 器一起做轴向运动。 鞍座的定位: Lc=600mm，Lc’=350 mm。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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结构设计
开孔补强设计
补强计算最简单的方法是等面积补强准 则。 等面积补强准侧：由于开孔，壳体承受 应力所必需的金属截面被削去多少，就在 开孔周围的补强范围内补回同样面积的金 属截面。
浮头式换热器结构设 计及应力分析
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论文主要内容
1.绪论 2.结构设计 3.焊接工艺 4.管板应力分析 5.结论
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课题设计背景及意义
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换热器在工、农业的各领域应用十分广 泛，是不可缺少的化工设备之。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。常用换热器有固定管板管式 换热器、浮头式换热器、U型管式换热器和 螺旋板式换热器等，产生的效益非常显著 ，大大缓解了能源的紧张情况。
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ANSYS软件具有很高的计算精度和强大 的分析功能，可作为化工机械设计辅助分析 的强有力工具。 • 该软件在化工机械设计中具有广泛的应 用前景。此处用来对管板或钩圈进行受力分 析，校核其厚度是否合格。
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结构设计
• 筒体和封头设计 • 法兰设计 • 浮头设计 • 管板设计 • 壳程结构设计