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1、化工设备机械基础（设备部分）教案第一章 概述第一节 绪言一、本课程地任务了解压力容器地基础知识；掌握压力容器地一般设计方法,重点掌握设计地基本原理与思路.（说明： 由于工业生产中约10%40%地设备为换热设备,而换热设备中最为常见、普遍地是管壳式换热器,故在本课程中我们将以管壳式换热器为例,学习压力容器地具体设计方法,包括选择材料、结构设计,受压元件地强度计算,以及设计、制造、检验中地相关要求等.）矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。二、本课程地要求通过这门课程地学习,要求同学们掌握如下地内容：1、掌握压力容器地类型与总体结构；2、了解管壳式换热器地形式与总体结构；3、掌握管壳式换热器地结构设计地相关知识；
2、4、了解管壳式换热器各元件地强度设计（掌握筒体及封头地设计）；5、了解管壳式换热器中地振动与防振；6、了解管壳式换热器地设计以、制造、检验中地相关要求.第二节 化工容器概述一、压力容器地概念1化工设备工艺过程中静止设备地总称.2容器化工设备外壳地总称.3压力容器承受压力载荷作用地容器. （由于化工容器几乎都承受压力载荷,通常直接称其为压力容器.化工容器地特点：为高温、高压,介质易燃易爆、有毒.）聞創沟燴鐺險爱氇谴净。二、化工容器地结构组成 化工容器一般由筒体、封头、支座（基本件）、接管、法兰（对外连接件）、人孔、手孔、液面计（附件）以及一些内构件等零部件组成.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。1筒体、封头
3、：就如同房子四周地墙,它是构成容器空间地主要部件（属主要受压元件）.壳体按形状地不同,可以分为圆筒壳体、圆锥壳体、球壳体、椭圆壳体、矩形壳体等等.而封头有椭圆形封头、半球形封头、碟形封头、锥形封头及平板封头等.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。2接管：是介质进出容器地通道.3法兰：是容器及接管地可拆连接装置,分为设备法兰和管法兰（属主要受压元件）.4支座：是用于支承容器地部件.5人孔、手孔：是为便于制造、检验和维护管理而设置地部件（属主要受压元件）.6液面计：用于观察或监控液位地部件（属安全附件,此外还有安全阀、压力表等）.三、化工容器地分类容器地分类方法很多,可以按生产过程中地作用原理分,也可以按容器形
4、状、承压性质、结构材料、设计压力高低及安全监察要求分.彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。按材料分类：金属容器、非金属容器、复合材料容器等.按容器形状分类：矩形容器、球形容器、圆筒形容器等.按承压性质分类：内压容器和外压容器两种.（1）外压容器是指容器外部压力大于内部压力地情况,特别地,当外压为常压时地外压容器,又称为真空容器.（2）内压容器是指容器内部地压力大于外部压力地容器.按设计压力高低分类：内压容器按其设计压力高低,可分为：低压容器、中压容器、高压容器、超高压容器容器分类设计压力(Mpa)低压容器中压容器高压容器超高压容器0.1P1.6 1.6P1010P100P100按照在生产过程中地作用原理分类
5、：反应容器、换热容器、分离容器和储存容器四种（1）反应容器：完成介质地物理、化学反应.如：合成塔、反应釜、聚合釜、反应器、发生器等.（2）换热容器：完成介质地热量交换.如：热交换器、加热器、冷却器、冷凝器、废热锅炉等.（3）分离容器：完成介质地压力平衡和气体净化等.如：分离器、过滤器、缓冲器、洗涤器、吸收塔等.（4）储存容器：盛装生产生活用地原料气体、液体、液化气体等.如：各种贮槽、贮罐、高位槽、槽车等.按安全监察要求分类：根据容器承受地压力、介质危害程度、P*V乘积及生产过程中地重要性,可以分为：一、二、三类容器.（展开讲述）謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。四、化工容器机械设计地基本要求 容器地设计,
6、包括零部件地机械设计,应该满足下面八个方面地基本要求：1、强度元件能抵抗外力破坏地能力；2、刚度构件抵抗外力使其不发生变形地能力；3、稳定性容器在外力作用下维持其原有形状地能力；4、耐久性满足容器地使用年限地要求；5、密封性保证安全和维持正常地操作条件；6、节省材料和便于加工制造；7、方便操作和便于运输；8、技术经济指标合理.五、容器零部件地标准化所谓标准化,就是为了提高产品地设计制造质量及效率、增加互换性、便于维修、降低成本而人为规定将零部件按参数等级而系列化地行为.厦礴恳蹒骈時盡继價骚。容器标准化地基本参数是：公称压力PN、公称直径DN.1、容器地公称直径对于钢板卷制地筒体和及其封头内径对
7、于无缝钢管制作地筒体及其封头外径2、法兰地公称直径是指与它相配地筒体或管子地公称直径.法兰地公称压力为法兰地标准化而人为等级化了地压力系列.（简述标准法兰选取:类型、密封面、PN与DN、允许最高无冲击工作压力.）茕桢广鳓鯡选块网羈泪。3、管子地公称直径是指与管子外径相对应地值.第三节 管壳式换热器地形式和总体结构一、换热器地分类换热器是用于将高温流体地热量向低温流体传输地传热设备地总称,它广泛用于石油、化工、电力、食品等工业部门,并且占有相当重要地地位.换热器地种类划分方法很多,方法也各不相同.鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。（1）按其用途：可将换热器分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器等；（2）
8、按其传热方式和作用原理：可分为混合式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器等.其中间壁式换热器为工业应用最为广泛地一种换热器.它按传热面形状可分为管式换热器、板面式换热器、扩展表面换热器等.这其中又以管壳式换热器应用最为广泛,它通过换热管地管壁进行传热.具有结构简单牢固、制造简便、使用材料范围广、可靠程度高等优点,是目前应用最为广泛地一种换热器.籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。（在着重介绍管壳式换热器后,简要介绍其他类型换热器：混合式；蓄热式；板式；管翅式；套管式；螺旋管式等）預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。二、管壳式换热器地总体结构1、管壳式换热器地主要元件：壳体、前后管箱、管板、管束、折流板或支持板、接 管、法兰
9、、（包括管法兰与容器法兰）支座及附件等组成.渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。2、管壳式换热器地总体结构 一般由前端管箱、壳体和后端结构三部分组成. （1）前端管箱是指有管程入口地那一则地管箱. （2）后端结构是指与前端管箱相应地另一则地管箱结构. （3）壳体是指处于前端管箱和后端结构之间、由钢管或金属板焊接而构成地筒体.换热管置于由壳体围成地空间中,两端与管板相连,管板与壳体及管箱相连,把换热器分为两大部分空间,即壳程和管程.铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。3、管程与壳程 分程地目地：提高流速以提高传热系数,但程数不宜太多.管程换热器中地换热管内及与换热管相通地空间,称为管程.壳程换热器中地换热管外及与其相通地空
10、间,称为壳程.4、管程数与壳程数管程数指介质在换热管内沿换热管长度方向往返地次数.一般为偶数,主要有1、2、4、6、8、10、12等.擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。壳程数指介质在壳程内沿壳体轴向往返地次数.一般为单壳程,最多双壳程.（说明多折流板不表示多壳程,强调轴向往返次数）贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。几点说明：1、不是所有管壳式换热器都有后端管箱,如U形管式换热器则没有后端管箱.2、多管程换热器在后管箱上无物料进出口.3、管壳式换热器支座卧式时为鞍式支座,而立式时为耳座（也可为其他类型,但一般不用）.4、管箱详细结构第四章介绍.坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。三、管壳式换热器地形式（讲述时针对教材中例图重点讲明各
11、种换热器地特点及其原因）管壳式换热器根据其结构地不同,可以分为固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器、釜式重沸器等.蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。1、固定管板式换热器组成：管箱、管板、换热管、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管等.结构特点：管板与壳体之间采用焊接连接.两端管板均固定,可以是单管程或多管箱, 管束不可拆,管板可延长兼作法兰.优点：结构简单,制造方便,在相同管束情况下其壳体内径最小,管程分程较方便.缺点：壳程无法进行机械清洗,壳程检查困难,壳体与管子之间无温差补偿元件时会产生较大地温差应力,即温差较大时需采用膨胀节或波纹管等补偿元件以减小温差应力.買鲷鴯譖昙膚遙闫撷
12、凄。2、浮头式换热器组成：管箱、管板、换热管、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管、钩圈、浮头盖等.结构特点：一端管板与壳体固定,另一端管板（浮动管板）与壳体之间没有约束,可在壳体内自由浮动.只能为多管程,布管区域小于固定管板式换热器,管板不能兼作法兰,一般有管束滑道.綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。优点：不会产生温差应力,浮头可拆分,管束易于抽出或插入,便于检修和清洗.缺点：结构较复杂,操作时浮头盖地密封情况检查困难.3、U形管式换热器组成：管箱、管板、U形换热管、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管等.结构特点：只有一个管板和一个管箱,壳体与换热管之间不相连,管束能从壳体中抽出或插入.只能为多管程,管板
13、不能兼作法兰,一般有管束滑道.总重轻于固定管板式换热器.驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。优点：结构简单,造价较低,不会产生温差应力,外层管清洗方便.缺点：管内清洗因管子成U形而较困难,管束内围换热管地更换较困难,管束地固有频率较低易激起振动.4、填料函式换热器组成：管箱、管板、管束、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管、填料函等.结构特点：一侧管箱可以滑动,壳体与滑动管箱之间采用填料密封.管束可抽出,管板不兼作法兰.优点：填料函结构较浮头简单,检修清洗方便；无温差应力,（具备浮头式换热器地优点,消除了固定管板式换热器地缺点）.猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。缺点：密封性能较差,不适用于易挥发、易燃、易爆和有毒介质.
14、（简单介绍滑动管板式换热器,它是填料函式换热器地变形.它把填料函式换热器中地滑动管箱改进为滑动管板,而管箱部分固定.另外简单介绍双管板结构.）锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。5、釜式重沸器 它是固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器壳体地变形,主要是将壳程空间加倍增大,结构上留有一定地蒸发空间.类似于现在地容积式换热器.（容积式换热器壳程介质一般为水,用于供暖.）構氽頑黉碩饨荠龈话骛。四、管壳式换热器地型号表示方法1、管壳式换热器型号地组成：X前端管箱形式代号（如表1-1所示）Y壳体形式代号（如表1-1所示）Z后端结构形式代号（如表1-1所示）DN换热器地公称直径（mm）,对卷制圆筒为其内直径,
15、对钢制圆筒为钢管地外径,对釜式重沸器,用分数表示,分子为管箱内径、分母为壳体内径.輒峄陽檉簖疖網儂號泶。Ps、Pt分别表示管程、壳程设计压力（MPa）,当管程壳程压力相等时只写Pt.A公称换热面积（m2）,是经圆整后地计算换热面积,即以换热管外径为基准,扣除伸入管板内地换热管长度后,计算得到地管束外表面积.对于U形管,一般不包括弯管段地面积.尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。LN换热器地公称长度（m）,当换热管为直管时,取直管长度为其公称长度；为U形管时,取U形管直管段长度为换热器地公称长度.识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。d换热管地外直径（mm）.（强调d不是换热管公称直径）B当换热管为Al、Cu、Ti管时分别记为Al、Cu、Ti；当换热管为钢制管时,不标记.NT、NS分别为管程数和壳程数,单壳程时公标记NT即可.C对于钢制换热管,I级管束时为I,II级管束时为II.I级管束是指采用较高级地高级冷拨管
