冷油器设计(50页).doc

-冷油器设计-第 41 页摘要换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，通过这种设备使物料能达到指定的温度以满足工艺的要求。换热器是化工、石油、动力、食品以及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有举足轻重的地位，已经得到了越来越广泛的应用。 本设计综合考虑介质性质，效益成本等因素，选择了固定管板式的换热器，固定管板式换热器的两端管板采用焊接方法与壳体连接固定。换热管可为光管或低翅管。其结构简单，制造成本低，能得到较小的壳体内径，管程可分成多样，壳程也可用纵向隔板分成多程，规格范围广，故在工程中广泛应用。在本设计过程中，严格按照GB150-1998钢制压力容器和GB151-1999管壳式换热器以及换热器设计手册等标准进行设计和计算。综合考虑各种因素，结构设计合理、经济，同时满足制造、检修、装备、运输和维修等要求；换热器的材料、主要尺寸选择恰当，满足强度、刚度、稳定性和水压试验等校核要求。 本设计按照任务书的要求，对给定的介质和处理量分析，对换热器进行选型，热流量恒算，估算出换热面积之后对传热系数进行严格校正，计算出实际换热面积，最后jinx那个压力降和壁温的计算。设计的后半部分对各个结构逐一进行分析和设计以及强度检验，主要是根据已经选定的换热器形式进行设备内各零件（如接管、折流板、管箱等），包括：材料的选择、具体尺寸的确定、具体位置的确定、管板厚度计算、开孔补强等。最终完成整个设备的设计。 关键词：换热器；吸收器；工艺设计；结构设计Abstract The evaporator is a type of heat exchanger, the heat exchanger is the transmission of heat to heat fluid to the cold fluid equipment, this equipment can make materials reaches the specified temperature to meet the technological requirements. Heat exchanger is the general equipment in chemical, petroleum, power, food and many other industrial sectors, has play a decisive role status in production, has been more and more widely used. The design consideration of media properties, cost and other factors, choose the U tube heat exchanger with evaporating space, U type tube type heat exchanger is only one tube plate, simple structure, less sealing surface, and U type tube heat exchanger can be freely telescopic, no temperature difference stress. In the design process, design and calculation in strict accordance with the" GB150-1998" steel pressure vessel and " GB151-1999 "shell and tube heat exchanger for heat exchanger design handbook" and other standards. Considering various factors, reasonable structure design, economic, manufacturing, maintenance, and meet the equipment, transport and repair requirements; select the appropriate size, the main material of heat exchanger, to meet the requirements of strength, rigidity, stability and hydraulic test check. The design in accordance with the requirements of the mission, the analysis and processing of a given amount of medium, selection of heat exchanger, heat flow balance, estimate of heat transfer area on the heat transfer coefficient is strictly correction, calculate the actual heat exchange area, at last jinx the pressure drop and wall temperature calculation. The latter part of the design of each structure tested one by one analysis and design as well as the strength, is mainly based on the heat exchangers have been selected components of equipment (such as pipe, baffle plate, tube box), including: the choice of materials, in particular to determine the size, specific to determine the position, the thickness of the tube plate opening reinforcement calculation, etc. The design of the final completion of the entire equipment.Keywords: heat exchanger evaporator; methanol; process design; structure design目 录1. 绪论11.1工程背景11.2换热器简介11.3设计概述21.4设计要求21.5设计题目32. 传热工艺计算42.1介质定性温度物性42.2热流量恒算42.3估算换热面积42.4管径和流速的选择52.5换热管的排列方式52.6平均温差校核62.7壳体直径确定63. 换热器核算73.1管程给热系数73.2壳程给热系数83.3总传热系数校核93.4传热面积校核、热流密度核算103.5壁温核算103.6压力降计算103.6.1管程压力降113.6.2壳程压力降114. 结构设计及强度校核124.1壳体设计和强度计算124.2折流板的设计134.3拉杆设计134.4管箱短节设计144.4.1管箱结构设计144.4.2前端管箱封头设计164.4.3管箱法兰174.4.4封头强度计算174.7壳体后端封头设计184.8管板设计194.9管板的连接214.9.1管板与壳体的连接214.9.2管板与换热管的连接224.9.3管板与管箱的连接245. 接管的设计265.1壳程接管设计275.2管程接管设计285.3开孔补强计算285.3.1壳体接管开孔补强295.3.2管箱接管开口补强305.4壳体排气接管设计325.6冷却水出口接管325.7垫片的选取345.8支座的设计35总 结381. 绪论1.1工程背景 在工业生产中，为了实现物料之间热量的传递过程的一种设备，统称换热器。换热器是炼油、动力、原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备。它不仅可以单独作为加热器、冷却器等使用，而且也是一些化工单元操作的重要附属设备，在化工工业生产中占有举足轻重的位置。随着石油化工行业的飞速发展，对换热器的性能要求越来越高，换热器在总投资中所占的比重也越来越大，通常在化工厂的建设中，换热器约占总投资的10-20%。在石油炼厂中，换热器约占全部工艺设备投资的35-40%。 换热器的设计、制造、结构改进以及传热机理的研究越来越活跃，一些高新型高效换热器相继问世。在化工厂中经常应用换热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。换热器的类型也非常多，性能各异，各具特点，可以适应绝大多数工艺过程对换热器的要求。在换热器的设计过程中，首先应该根据工艺要求选用适当的类型，同时计算完成给定生产任务所需的传热面积，并确定换热器的工艺尺寸，进而进行各零部件的选取和设计。1.2换热器简介换热器随着使用目的的不同，可以把它分为：热交换器、加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器等。由于使用的条件不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。在化工生产过程中，换热器还经常作为一个单独的化工设备使用，有时候又把它作为某工艺设备中的一个组成部分如精馏塔底部的再沸器，氨合成塔中的下部热交换器等等。换热设备的类型按照传热方式的划分有直接接触式、蓄热式和间壁式三类。其中直接接触式和蓄热式换热设备具有结构简单，制造容易等特性，但是在换热过程中，有高温流体和低温流体互相混合或者部分混合使其在应用上受到了一定的限制。所以在工业生产中一般以间壁式换热器使用居多。间壁式换热器在结构上又可分为管式换热器和板式换热器。管式换热器主要包括蛇管、套管和列管式换热器；板式换热器主要包括型板式、螺旋式和板壳式换热器。不同的换热器当然也有各自不同的优缺点，在使用时应该合理使用。20世纪80年代以来，换热器技术飞速发展，带来了能源利用率的提高。各种新型换热器层出不穷，不仅带来了巨大的社会经济效益，也很大程度上降低了企业的成本。因而，在能源日益紧张、全球环境气温不断升高的背景下，换热设备的节能研究和开发备受关注。在地热、太阳能、核能、余热回收、风能的利用上，各国政府都加大了投入资金。国内外的研究机构也取得了很多可喜的成绩，在强化传热元件方面，华南理工大学相继开发出表面多孔管、螺旋槽管、纵横管等；天津大学在流路分析法、震动等方面研究成果显著；在强度软件方面，江苏化工学院开发出液压涨管器；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、高效重沸器等等一批使用价值较高的换热器。换热器的发展也朝着精确性，大型化和PC化发展。换热器的传热与流动计算的准确性取决与物性模拟的准确性。因此，物性模拟一直成为传热界的重点研究课题。而随着开发研究的不断大型化，换热器的直径也超过5m，传热面积将达到单位10000m2，紧凑型的换热器将越来越受欢迎。而各种新型换热技术也在向计算机软件靠拢，各种流体模拟和换热器的设计软件也相继问世，使设计者们在换热器的设计和各种实验当中更加的精确和方便。1.3设计概述本设计是合成氨工艺吸收制冷工段二级吸收器设计，实质上就是由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。这种形式也是石油化工行业中应用最广泛的形式。1.4设计要求完善的换热器在设计时应该满足下面各项要求：合理地实现所规定的工艺条件：传热量、流体的热力学参数（温度、压力、流量、相态等）与物理化学性质（密度、粘度、腐蚀性等）是工艺过程所规定的条件。设计者应根据这些条件进行热力计算，使所设计的换热器具有尽可能小的传热面积，在单位时间内传递尽可能多的热量。安全可靠：换热器是压力容器，在进行强度、刚度、温差计算时候，应该遵循相关文献和国家行业标规定。以免造成安全隐患。有利于安装、操作和维修：设备与部件之间应该便于拆卸和运输，在移动时候在厂房里不会收到楼梯、梁等的妨碍，还要根据需要添置气、液排放口，人口以及保温层等。经济合理：换热器评价的最终指标是：在一定时间内（通常为1年）固定费用（设备的购置费、安装费等）与操作费（动力费、清洗费、维修费等）的总和为最小。在设计和选型时，如果有几种换热器能完成生产任务，这个指标尤为重要。1.5设计题目 工艺条件：已知条件壳程管程工作压力（MPa）0.20.1进口温度（）5533出口温度（）43操作介质透平油循环水流量(kg/h)720001420002. 传热工艺计算 传热工艺设计是通过已知条件，通过介质定性温度下的物性，算出热流量Q，估算出传热面积，确定管径和管子排列方式之后对换热器的各个参数进行核算，包括传热系数核算、换热面积核算和壁温核算等内容。由已知透平油流量为62648.6kg/h,进出口温度，可以求得管程和壳程物质的定性温度。2.1介质定性温度物性 壳程物质透平油，定性温度,管程冷却水定性温度定为33。 在定性温度下，透平油物性：密度,粘度: ,定压比热: ,导热系数：。 循环水物性：密度，粘度,定压比热：，导热系数: 。2.2热流量恒算 由已知条件可以求得热流量：由此可以算出循环水出口温度为35.8。2.3估算换热面积 假设总传热系数为,可以估算实际传热面积 。因为逆流平均温差公式：带入数据：所以，由计算传热面积考虑10%的面积裕度，。2.4管径和流速的选择：由管子的规格，选取，由表选择循环水流速3m/s，再通过管程的流量可以求得管子数管子数（根）因为透平油易结垢，所以选择U型管换热器，管程数为2，所以管板需要布置368根。根据实际布管可知，DN700管板可以布置370根换热管，2.5换热管的排列方式 换热管在管板上的排列方式有：正方形排列、同心圆排列和等边三角形排列三种。正方形排列的传热管使用比较少，但便于管外表面进行机械清洗。同心圆在靠近壳体的地方布管均匀。在小直径的换热器中，其可排下的管数比三角形还多。但圈数超过六圈时，所排管数就比三角形少。这种排列法几乎只用于空分设备上。 三角形排列使用最普遍。其优点是在同一管板面积上，可以排列比较多的传热管，管外传热系数较高，流动阻力也相对较大。用三角形排列时候，排列面积是一个正六角形。当管束的管数超过127根时候，就必须在最外排管子和壳体间的弓形部分另排管子。这不仅是为了多排列管子，更重要的是为了消除管间的有害通道。本设计采用正三角行排管。管心距。布管图依据单程换热器管长公式，由换热面积可以求得管长。按照标准管长，取管长5m。2.6平均温差校核查表得温差系数=0.86所以由于平均传热温差校正系数大于0.8 ，且壳体流体流量较大，所以采用单壳程。2.7壳体直径确定由布管可以确定筒体直径=700mm3. 换热器核算3.1管程给热系数其中 计算得 普朗特数，查表得4.32，n冷流体取0.3，热流体0.4带入数据3.2壳程给热系数因为换热器列管中心距为32mm，则流体通过管间最大截面积为：S=三角形排列时由壳程中透平油被冷却，取所以3.3总传热系数校核由总传热系数方程：带入计算得之前假设传热系数为100，所以安全系数为：，此系数在15%25%范围内，符合要求。3.4传热面积校核、热流密度核算校核传热面积：=m²面积裕度可以说明该换热器满足要求3.5壁温核算 在操作初期，管外热阻较小，壳体和传热管之间壁温差可能较大，应该最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管温差。管程壳程管壁由上式可计计算壳体壁温可近似取壳程流体平均温度T=45.8壳体壁温和传热管壁温之差为45.8-38.68=7.123.6压力降计算压力降指的是压差，一般指流体经过某容器或设备等所损失的压力。3.6.1管程压力降由换热器设计手册1-3-47，1-3-48，1-3-49直管因摩擦引起的压力降流体经回弯管中摩擦引起的压降:管程数2:结构校正因子 取1.5。：摩擦系数：由于 换热器设计手册公式1-3-54：（适用范围为：）可以算得带入公式可以计算得所以管程流体阻力在允许的范围内。3.6.2壳程压力降由换热器设计手册式1-3-76，1-3-77，1-3-78:壳程压力降结垢修正系数液体取1.15，气体1.0:管子排列方法压力降修正系数，三角形F=0.5:壳程流体摩擦系数。:横过管束中心线的管子数，对于三角形排管已知： 带入4. 结构设计及强度校核 结构设计和强度校核是换热器设计中最重要的部分之一，包括对换热器的壳体、管箱短节、管板、接管、法兰、封头、蒸汽出口和支座等零部件的设计。4.1壳体设计和强度计算 根据换热器壳体类型，考虑到操作难度，换热介质和造价费用，选择U型管换热器 因为壳体公称直径大于400mm，使用板材卷制壳体和管箱壳体，材料采用Q245R，按照有关表格，此次设计 U型管壳体壁厚取8mm，其中都包括厚度附加量C2=3mm。筒体强度计算： 由工艺设计给定设计温度74，设计压力Pc=0.2Mpa，筒体材料为Q245R，钢板标准为GB/T3274-2007，热轧、正火钢板。则设计厚度 d = = 1.36mm计算厚度1.36+3=4.07mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 5mm水压实验： PT = 1.25P = 0.7000 MPa 所选材料的屈服应力为235MPa 水压试验应力校核sT = = 49.82 MPa 试验压力允许通过的压力水平为 sT£ 0.85 ss = 220.50MPa水压强度满足要求。4.2折流板的设计 本设计采用最常用的弓形支持板，在弓形支持板中，流体在板间错流冲刷管子，而流经支持板弓形缺口时候是顺流经过管子后进入下一板间，改变方向，流动中死区较少，比较优越。结构比较简单，一般的标准换热器都采用弓形支持板。弓形支持板主要参数是切口高度h和挡板间距B。切口高度一般是直径的20-25%为宜，而板间距B的选取最好使壳体直径处的管间流动面积与支持板切口处的有效流动面积近似相等。这样可以减少介质在通过缺口前后由于流通面积的扩大与收缩而引起的压力损失。而上述原则下确定的尺寸h和B并不是绝对的，应考虑制造、安装以及实际情况进行圆整以及调整为适于公称加工的尺寸。综合GB151-1999的最小支持板间距和厚度，取间距为200mm，厚度6mm，支持板的布置参照零件图。4.3拉杆设计 支持板一般均采用拉杆与定距管等元件与管板固定，本设计固定方式采用螺纹焊接方式。拉杆一端插入管板并与管板采用螺纹拧入，然后将每块折流板焊接在拉杆上，不需要定距管，详见装配图。 根据GB151-1999换热管外径25的拉杆直径为16mm，表44可以查得拉杆数为6根。拉杆位置：拉杆占据换热管位置，均匀布置在管束外边缘。4.4管箱短节设计4.4.1管箱结构设计 管箱的作用是把管道来的管程流体均匀分部到各传热管把管内流体汇集在一起送出换热器。在多管程换热器中还起到改变流体流向的作用。 管箱结构分类： A型：装有盲板，清洗管程只要拆开盲板即可，而不必拆卸整个管箱。缺点是盲板结构用材多，且尺寸较大时得用锻件，成本高，且有泄漏的可能，多用于DN<900mm的浮头式换热器。 B型：用于单程或者多程管箱，优点是结构简单，便于制作，适用高压，清洁介质，造价低廉，且椭圆封头受力情况比平端盖好，缺点是检查管子和清洗管程必须拆下连接管道和管箱，但这种形式用得最多。 C、N型：管箱端与壳体及管板连成一体，或者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，减少泄漏的可能性，一般少有用，只在高压情况下采用。 C型：多管程换热器的介质返回管箱。 D型：单管程换热器管箱。 结合本设计具体情况采用B型管箱 管箱长度，除考虑流通面积、各相邻焊缝之间的距离外，还应考虑管箱中内件的焊接和清洗。因此，对多管程的管箱，除限制最小长度外，还应考虑最大长度。 管箱长度，除考虑流通面积、各相邻焊缝之间的距离外，还应考虑管箱中内件的焊接和清洗。因此，对多管程的管箱，除限制最小长度外，还应考虑最大长度。对于B型管箱，由化工单元过程及设备课程设计公式E按改文献表4-21选取计算取和中较大者，故取538.根据作图查得H值，通过H值，查该文献表4-21查取管箱最大长度为600，因为B型管箱< < 故取400mmDN,mm材料壳程或管程公称压力PN，MPa0.61.01.62.54.06.4厚度，mm600Q235-A/B/C88810Q245R888812161Cr18Ni9Ti55681218管箱壁厚按GB151-1999管壳式换热器即表4-2规定，材料为Q245R，时，管箱壁厚t=8。强度计算：由之前的计算知，壳体和管箱壳体外径为600mm，选取管箱材料与筒体材料相同为Q245R，钢板标准为GB/T3274-2007，热轧、正火钢板。下面确定其壁厚，取工作压力等于设计压力，则pc=0.494MPa，提高到管程设计压力计算，焊接接头系数。计算壁厚 d = = 1.21mm设计壁厚 取腐蚀裕量C2=3mm。则 de =dn - C1- C2= 5mm名义壁厚取8mm。有效厚度 de =dn - C1- C2= 5mm PT = 1.25P = 0.6523 MPa强度满足要求。4.4.2前端管箱封头设计依据标准GB151-1999管壳式换热器，该换热器为单壳程、两管程，故封头选用类型代号为“EHA”的标准椭圆形封头。材料选用与筒体相同的材料Q245R，厚度t=8mm，其结构如下图4-4所示：图4-4 封头结构 封头参数： 根据GB/T 25198-2010表C.1，当H=175mm，时， 所以 4.4.3管箱法兰管箱法兰按NB/T47021-2012选择标准件-RF600-1.0,材料16Mn。4.4.4封头强度计算下面确定其壁厚，取工作压力等于设计压力，则Pc=0.56MPa，焊接接头系数,受内压（凹面受压）的椭圆形封头的计算壁厚为：而对于标准椭圆形封头，K=1.00，故壁厚 mmpDpSctc4.5656.05.085.0148260056.05.02i=´-´´´=-×=fs设计壁厚 取腐蚀裕量C2=3mm。则 此时负偏差为C1=1mm，则名义壁厚 D+=.1CSSdn可取名义壁厚与筒体相同为8mm。有效厚度 4mmCCSS31821ne=-=-= PT = 1.25Pc= 0.7000MPa强度满足要求。4.5管板设计管板是换热器的主要部件。管板的设计是否合理对保证换热器平时的正常运行、节约材料和降低制造成本都是非常重要的。97年之前我们国家都没有自己的管板设计计算公式，1967年颁布的钢制化工容器设计规定中关于管板的厚度计算也是引用的英国的计算公式。在当时世界的工业强国大多都有了自己的管板设计计算公式或者相关规定。而这些管板的强度计算公式大多可以概括为以下几种：（1）将管板看作广义弹性基础上受均布载荷的圆板，最大弯矩取决边缘的支承，载荷的大小和几何尺寸等等因素。（2）以承受均布载荷为基础加入一定的修正系数来决定管板具有的特性。（3）让换热管保持一定的刚度来为管板的支承，管板看作在固定支承下的平板，管板的厚度取决管板没有布管的面积，按照平板计算来计算其强度。 各种推导的依据相差很大，采用的假定也不相同，所以造成使用不同的假设，同的公式计算出来的结果相差非常大。知道现在也没有完全统一的标准。 我们国家钢制管壳式换热器设计规定中对管壳式换热器的管板设计方法进行了详细阐述。使管板的支承情况比较符合实际，但是在推导过程中，还存在一些问题，有待进一步的提高和改进。 因为管板的结构比较复杂，关乎着换热器的设计复杂成都，制造成本和使用性能等。在管板的设计中主要是选定合适的结构后进行结构尺寸的确定和强度尺寸的计算。管板选用碳素钢即材料Q245R，查相关标准得：，在设计温度下，。选择普通平管板，采用管板延长兼做法兰的结构，这种形式的管板，先要确定壳体的内径，再依照确定的设计压力和壳体的内径在选择或者设计法兰，然后根据法兰的相应尺寸来确定管板的最大外径，密封面的位置、宽度、螺栓直径、位置和螺栓使用数量等。如图4-5所示，依据石油化工过程设备设计表2-34确定尺寸，具体如表4-3所示：DN=600管板尺寸表PsMPaPtMPaDD1D3D4D5b螺柱（栓）规格数量0.10.2790750700730 69832M00244.9管板的连接 管板的连接主要是讨论管板与壳体的连接方式，管板与换热管的连接方式和管板与管箱的连接方式三种。4.9.1管板与壳体的连接 管板与壳体的连接与换热器的形式密切相关。固定管板换热器的管板与壳体的连接常常使用的不可拆的方式进行焊接连接，对于浮头式、U型管式及填函式换热器等换热器的管板与壳体的连接则常常采用可拆卸的连接方式。（1）不可拆连接方式 在固定管板式换热器中，两端的两块管板在通常情况下是直接焊在壳体上，并且兼作法兰的作用。其中特点是：结构不易焊透，适用于壳程设计压力较低的场合。当然，如果把焊接结构改为角焊缝为单面对接焊，则是有利于焊接质量的显著提高的，可用于壳程设计压力较高的场合，但是这种结构焊接时不易调整。这种结构是一种带衬塑环的单面对焊结构，它的使用压力一般是在14MPa。（2）可拆连接方式 一般浮头式、U型管式及填料函式换热器中，有一块管板是刚性固定的，为了能让管束能方便从壳体中抽出来进行清洗和检修，所以将一端管板做成可以拆卸的连接方式，即是把固定端的管板夹在壳体法兰和管箱法兰之间。对于这种连接方式的管板，当卸下管箱后就可把管板连同管束从壳体中抽出。如使用中只需经常卸下管箱，不必抽出管束、则可采用这种结构。 管板与壳体的连接在管壳式换热器的设计中是一个比较重要的结构部分，它不仅给加工工作量大，而且必须使每个连接处在设备运行中，保证无泄漏及能承受介质压力。而本设计采用的是延长部分兼作法兰的管板结构，它的使用压力和场合主要取决于焊缝是否焊透还有焊缝的受力情况。可以焊透的结构和对接焊缝使用压力则可以稍微高点，比如角焊缝，但是无论壳体其他环焊缝的质量有多好，都可以采用对接双面焊，用这种焊接方式的时候，在进行壳体强度计算的时候则只能按照这里的焊缝为最薄弱的环节取焊缝系数。管板上开槽是让壳体容易保证与管板对中，这可以让焊接更加方便，当然这种结构只适合与壳体厚度在10mm之上的换热器，而且不适用与易燃易爆易挥发和有毒介质的换热器。从制造工况以及经济和壳体介质性质等方面考虑，我选用了如下图所示的强度焊接方式。4.9.2管板与换热管的连接 换热管与管板的连接是列管式换热器制作中最重要的问题之一，它不仅要耗费大量的工作时间，更重要的是这个部位是换热器中的一个薄弱环节，它的主要失效形式是连接处容易发生泄漏，在高温和热冲击的情况下经常发生管板和换热管的连接处发生开裂而造成破坏的情况。造成连接处破坏的因素有很多，主要归结与以下几种形式：（1） 高温情况下应力松弛失效，这种情况主要发生在胀接的连接形式中，当换热管在高温应力下发生蠕变，在塑性变形应力下松弛而失效。（2） 间隙腐蚀破坏，这种情况主要发生在焊接连接形式中，由于换热管和管板间有间隙存在，这些间隙中的流体不流动久而久之就会在间隙中产生腐蚀破坏，还有在高温高压下，焊接处有焊接应力的存在也会让金属晶格发生变化而产生应力腐蚀破坏。（3） 疲劳破坏，包括两方面的破坏，一种是换热管束在高压气流冲击下震动，在接头处产生机械疲劳破坏，另外是在换热器工作过程中由于操作不规范，管板的温度产生周期性或者忽冷忽热的变化引起的疲劳破坏。（4） 热补偿引起的破坏，主要是因为温差应力让换热管和管板的连接处承受了过大的应力而产生破坏。 所以，为了防止换热管和管板处的破坏，让换热器工作性能得到更好的发挥和使用寿命变长，我们必须正确的选择连接方式和制造工艺来防止管束的震动，在有高温介质冲刷时候，应该采取隔热防护结构，在温差应力过大的情况下应该采取有效的温差补偿办法。 换热管和管板的连接形式可以分为三种：强度胀接，强度焊接和胀焊接合的方式。不过无论使用哪种连接方式，必须保证：连接处的介质不能泄漏，必须能够承受介质压力的充分结合力。 换热管与管板强度胀接的方式：强度胀接是为了确保管子和管板连接的密封性和抗拉脱的方式，这种连接方式的优点是制造简单，换热管的更换和修补比较方便。但是因为胀接接管端易产生塑性变形，存在残余应力，在温度上升的情况下，残余应力就会慢慢消除，这样会让端部失去密封作用和结合力的作用。所以胀接的连接方式都要收到温度和压力的限制，在管板材料为碳素钢，低合金钢，换热管是碳钢，设计压力小于4.0Mpa的时候可以采用。换热管的端部残余应力的消失根据温度材料的不同而有差别，对于碳钢来说，使用温度应该小于300，为了保证胀管的质量，管板的材料硬度必须要大于换热管，管板开孔与管子的间隙大小，接合面的粗糙度，对胀接连接方式也有一定的影响。换热管与管板的强度焊接连接方式：焊接连接方式是目前使用比较多的连接方式，因为这种连接方式管孔不需要开槽，对管孔的粗糙度要求也不高，换热管的端部不用退火处理和磨光，加工和制作都相对方便。而且也不用像胀接连接那样必须让管子的端部和管板要有一定的硬度差。再者，焊接连接结构的强度和抗拉脱能力都非常好，即使在高温高压下也能保证连接处的紧密性和抗拉脱性。在换热管焊接处有渗漏的情况下还可以补焊。当换热管有破漏的情况下还可以用专门的工具划掉焊缝重新更换换热管。强度焊接的适用范围如下：（1） 温度和压力在条件高的情况下：在碳素钢和普通低钢温度在300-400的时候应该采用焊接连接方式，在压力超过了7.0Mpa的情况下也应该采用焊接连接。（2） 对于不锈钢换热管和管板的连接，不论压力和温度的大小，都应该使用焊接连接方式。（3） 对于薄管板中因为管板厚度小于胀接需要的最小厚度的情况，应该采用焊接连接方式。（4） 要求接头必须严密且不泄露的情况，比如易燃易爆有毒性的气体的换热器必须采用焊接连接方式。（5） 在管间距比较小或者换热器的直径比较小的时候难以胀接，考虑使用焊接连接方式。 换热管与管板的胀焊接连接方式：随着高温高压换热器的诞生，让接头在操作中受到了反复的变形和热冲击、热腐蚀和介质压力作用等等不利因素，这种极其恶劣的工作环境中，连接处产生破坏的几率更大，虽然内孔焊接比较理想地解决了部分问题，但是因为焊接的工具复杂，管板加工难度大，因此在石油化工行业中，对于这种情况通常使用胀焊接合的连接方式。 本设计综合考虑，选用焊接结构，因为焊接管孔不需要开槽，对管孔粗糙度要求不高，管子端部不需要退火和磨光，加工制造方便，在高温高压下能保证连接处的紧密性和抗拉脱能力。当管子焊接处有渗漏可以补焊。管子破漏，可以用专门刀具划掉焊缝，更换新管子。是目前广泛采用的连接方式。其焊接结构尺寸：焊接形式如下：4.9.3管板与管箱的连接 管板和管箱的连接通常情况下是通过法兰来连接，其连接的形式也多样，根据不同的温度、压力和腐蚀情况的不同而有差别。在设计中应该合理的选用连接方式，减少设备的制造成本，提高设备的运行性能等。 固定管板式换热器的管板与管箱的连接方式：固定管板式的换热器管板与管箱法兰的连接方式较为简单，除了满足工艺上所需要的要求密封外，还应该依照温度和压力来合理选用法兰的形式。其中有三种常见的固定管板换热器和管箱法兰的连接形式：平面密封形式，适用管程压力不大于1.6Mpa而且对气密性的要求比较低的条件下；榫槽密封形式，一般使用在气密性要求比较高的情况，但是这种形式的制作要求比较高，而且加工也不简单，安装困难，在中低压中一般不使用；凹凸面密封形式，依据压力的大小，法兰的形式可以用平焊法兰也可以用长颈法兰。浮头式、填料式和U型管以及釜式重沸器的管板与管箱的连接，一般使用的是可拆卸的管板，因为管束会经常抽出来清洗和检修。它的常见形式是管箱的法兰和壳体的法兰一起把管板固定，因而成为固定端的管板，另一端不论有管板还是无管板都是自由伸缩的。 本设计综合考虑，采用下图所示形式，法兰的密封面采用凹凸面形式，按照压力高低，法兰形式可为对焊法兰。根据NB/T47028-2012螺母 选用M30,螺柱M30X300-A。5. 接管的设计 接管的一般要求如下：（1）接管（含内焊缝）不应凸出壳体内表面，并在该部位打磨平滑，防止影响管束的拆卸和安装。（2）接管应该尽量沿着径向或者轴向布置，这样在配管和检修的时候会更方便。（3）设计温度如果大于300时候，不能使用平焊法兰，应该使用整体法兰。（4）对于使用接管仍然不能排液体和放气体的换热器，应该在管程和壳程的最高点设置放气口，在最低点设置排液口。（5）在操作条件允许时候，一般在高温高压或者不允许泄漏的场合，接管和外部的管线可以使用焊接。（6）在有必要的时候要设置温度计接口和压力表接