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凝汽器热力计算(总30页)本页仅作为文档页封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March1 凝汽设备的作用和特性1.1凝汽设备的作用凝汽设备主要由凝汽器（又称凝结器、冷凝器等）、冷却水泵（或称循环水泵）、凝结水泵及抽气器等组成，其中凝汽器是最主要的组成部分。
在现代大型电站凝汽式汽轮机组的热力循环中，凝汽设备起着冷源的作用，其主要任务是将汽轮机排汽凝结成水，并在汽轮机排汽口建立与维持一定的真空度。
凝气设备的任务是：（1）凝汽器通过冷却水与乏汽的热交换，把汽轮机的排汽凝结成水。
（2）凝结水由凝结水泵送至除氧器，经过回热加热作为锅炉给水继续重复使用。
（3）不断的将排汽凝结时放出的热量带走。
（4）不断地将聚集在凝汽器内的空气抽出，在汽轮机排汽口建立与维持高度的真空度。
（5）凝汽设备还有一定的真空除氧作用。
（6）汇集和贮存凝结水、热力系统中的各种疏水、排汽，能够缓冲运行中机组流量的急剧变化、增加系统调节稳定性。
图1.1为简单的凝汽设备原则性系统。
冷却水泵抽来的具有一定压力的冷却水（地下水、地表水或海水），流过凝汽器的冷却水管。
汽轮机的排汽进入凝汽器后，蒸汽凝结成水释放出的热量被由冷却水泵不断送来的冷却水带走，排汽凝结成水并流入凝汽器底部的热水井，然后由凝结水泵送往加热器和除氧器，送往锅炉循环使用。
抽气器不断地将凝汽器内的空气抽出以保持高度真空1图1.1 凝汽设备的原则性系统1—汽轮机；2—发电机；3—凝汽器；4—抽汽器；5—凝结水泵；6—冷却水泵优良的凝气设备应满足以下要求：（1）凝汽器具有良好的传热性能。
主要通过管束的合理排列、布置、选取合适的管材来达到良好的传热效果，使汽轮机在给定的工作条件下具有尽可能低的运行背压。
（2）凝汽器本体和真空系统要有高度的严密性。
凝汽器的汽侧压力既低于壳外的大气压力，也低于管内的水侧压力。
所以如果水侧严密性不好，冷却水就会渗漏到汽侧，恶化凝结水水质；如果汽侧严密性不好，空气将漏入汽侧，恶化传热效果。
管壳式换热器的结构设计摘要本文首先叙述了管壳式换热器的概念意义、发展历史、应用和发展前景、市场状况等。
以及关于管壳式换热器标准的常见问题，管壳式换热器的结构形式及传热性能比较，管壳式换热器的特性与用途及优缺点分析，进而确定设计换热器的类型。
本文设计主要是一些管壳式换热器结构的主要部件的确定跟选择，由于篇幅原因，一些小的参数跟附件并未涉及。
换热器的设计部分主要包括管子数确定及其排列方式，壳体壁厚计算，封头和容器法兰的选择，还有折流板支座的设计等。
管壳式换热器的结构设计，是为了保证换热器的质量和运行寿命，必须考虑很多因素，如材料、压力、温度、壁温差、结垢情况、流体性质以及检修与清理等等来选择某一种合适的结构形式。
对同一种形式的换热器，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，也常按其特定的条件进行设计，以满足工艺上的需要（得到适合工况下最合理最有效也最经济的便于生产制造的换热器等等）。
关键词：管壳式换热器管壳式换热器结构Structure design of shell-and-tube heat exchangerAbstractThis paper first describes the shell and tube heat exchanger conceptual meaning , history, application and development prospects, market conditions . And on shell and tube heat exchanger standards FAQs , shell and tube heat exchanger structure and heat transfer performance compared to shell and tube heat exchanger analysis of the characteristics and uses , advantages and disadvantages , and to determine the design of the heat exchanger types.This design choice is mainly identified with some of the major components of the shell and tube heat exchanger structure due to space reasons, some small argument with attachments not involved . The main part of the heat exchanger design includes determining the number and arrangement of tubes , shell wall thickness calculation , head and vessel flange options, there are baffles bearing design. Shell and tube heat exchanger design of the heat exchanger in order to ensure the quality and operating life , you must consider many factors , such as material , pressure, temperature , wall temperature, fouling , fluid properties , and to repair and clean-up , etc. select one of the appropriate structure.A form of the same heat exchanger, a variety of different conditions , is not the same structure are often used . In engineering design , in addition to try to use styling products , but also often carried out in accordance with specific conditions designed to meet the needs of workmanship ( to get the most reasonable and appropriate conditions effective to facilitate also the most economical manufacturing heat exchangers etc. ) .Keywords : shell and tube heat exchanger shell and tube heat exchanger structure目录摘要 (I)1绪论 (1)1.1换热器的概念及意义 (1)1.2换热器的发展历史 (1)1.3换热器的应用和发展前景 (2)1.4换热器的市场状况 (3)1.5管壳式换热器的分类以及各自特点 (4)1.5.1 固定管板式换热器 (4)1.5.2 浮头式换热器浮头 (5)1.5.3 U形管式换热器 (5)1.5.4 填料函式换热器 (6).1.6管壳式换热器的设计与选型 (7)1.6.1管壳式换热器的设计与选型 (7)1.6.2．设计与选型的具体步骤 (9)1．7设计条件 (10)2换热器设计部分 (11)2.1管数的确定 (11)2.2管子排列方式、管间距的确定 (11)2.3换热器壳体直径的确定 (12)2.4换热器壳体壁厚的计算 (12)2.4.1厚度计算 (12)2.4.2校核水压试验强度 (13)2.4.3强度校核 (13)2.5换热器封头的选择 (14)2.6容器法兰的选择 (14)2.7管板尺寸的确定 (15)2.8管子拉脱力的计算 (15)2.9计算是否安装膨胀节 (17)2.10折流板设计 (18)2.11开孔补强 (20)2.12支座 (21)2.12.1裙座设计 (21)2.12.2基础环设计 (23)2.12.3地脚栓的设计 (24)符号说明 (26)参考文献 (29)1绪论1.1换热器的概念及意义换热器（英语翻译：heat exchanger），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。
天瑞热能制供工程高压除氧器技术要求书招标方：宁夏大地化工有限公司二○一三年十月附件1 技术要求书 ................................................................................ 错误！未定义书签。
附件2 供货范围 (01)附件3 技术资料和交付进度 (14)附件4交货进度 (26)附件5 监造与检验 (36)三、高压除氧器技术要求书附件11.总则1.1 本技术要求书适用于天瑞热能制供工程4X480t/h高温高压循环流化床锅炉的高压除氧器及辅机设备，它提出设备的功能设计、结构、性能、安装和试验等方面的技术要求。
1.2本技术要求书提出的是最低限度的要求，并未对一切细节作出规定，也未充分引述有关标准和规范的条文。
卖方必须保证提供符合本技术要求书和相关有效、最新工业标准的高质量产品。
1.3 卖方如对本技术要求书有异议，以书面形式明确提出，在征得买方同意后，可对有关条文进行修改。
在该技术协议提交至合同生效前，如卖方没有以书面形式对本技术要求书明确提出异议，那么买方认为卖方提供的产品完全满足本技术要求书的要求。
1.4在合同签定后，需方有权因规范、标准、规程发生变化而提出一些补充要求，在设备投料生产前，卖方应设计上给以修改。
1.5本技术要求书所引用的标准若与投标方所执行的标准发生矛盾时，按较严格的标准执行。
1.6合同签定后1个月，按本协议要求，卖方提出合同设备的设计，制造、检验/试验、装配、安装、调试、试运、验收、运行和维护等标准清单给买方，买方确认。
1.7卖方对提供的成套系统设备（含辅助系统与设备）负有全责，即包括分包（或采购）的产品。
1.8如卖方提供的产品由于设计、制造质量问题而导致电厂无法正常投产，供货设备无法长期连续、安全、稳定、可靠地运行并满足所有技术性能要求，则供方必须为此负全部(直接、间接)责任。
1.9本技术要求书经买卖双方签字认可后作为订货合同的附件，与合同正文具有同等法律效力。
目录1 前言 (4)1.1 换热器的应用: (4)1.2 固定式管板换热器简介: (4)2 工艺计算 (5)2.1 设计任务书 (5)2.2 设计方案 (5)2.3确定物性数据 (5)2.4 估算传热面积 (6)2.5 工艺结构尺寸 (7)2.6 换热器核算 (9)2.6.1 热流量核算 (10)2.6.2 壁温核算 (12)2.7 换热器内流体的流动阻力 (12)2.7.1 管程阻力∆Pt (12)2.7.2 壳程阻力∆Ps (13)2.8 换热器的主要结构尺寸和计算结果 (14)3 换热器结构设计与强度校核 (16)3.1 壳体与管箱厚度的确定 (16)3.1.1 壳体和管箱材料的选择 (16)3.1.2 圆筒壳体厚度的计算及校核 (16)3.1.3 管箱厚度计算及校核 (17)3.2 隔板 (18)3.3接管设计 (19)13.3.1 壳程接管 (19)3.3.1 管程接管 (20)3.3.2 排液口、排气口 (21)3.4 开孔补强 (21)3.5 法兰与垫片 (21)3.5.1管箱法兰与封头法兰 (21)3.5.2 垫片 (22)3.6 管板设计 (23)3.6.1管板厚度设计 (23)3.6.2 换热管与管板连接方式 (24)3.6.3 换热管与管板连接拉脱力校核 (24)3.6.4 管板与筒体连接方式 (25)3.6.5 管板尺寸 (25)3.7接管位置确定 (25)3.7.1 壳程接管位置的最小尺寸 (25)3.7.2 管程接管位置的最小尺寸 (26)3.8 管箱和封头长度及与筒体的连接方式 (26)3.9 折流板 (27)3.9.1 折流板的形式和尺寸 (27)3.9.3 折流板的布置 (27)3.10 拉杆、定距管 (27)3.10.1拉杆尺寸 (28)3.10.2 定距管 (28)3.11 防冲板 (28)23.12 旁路挡板 (29)3.13保温层 (29)3.14 鞍座 (29)3.14.1 鞍座安装尺寸 (29)3.14.2 鞍座尺寸: (29)总结 (31)参考文献 (32)31前言1。
汽轮机设备选型原则一、汽轮机：1、汽轮机的一般要求1、1主要设计参数：汽轮机额定功率12MW汽轮机最大功率15MW进汽压力 3.43MPa进汽温度435°C额定进汽量/最大进汽量 90/120t/h抽汽压力0.687MPa抽汽温度200°C±20°C额定抽汽量/最大抽汽量 50/80t/h排汽压力 0.0049MPa(绝压)冷却水温 20℃～33℃1、2机组运行方式：定压方式运行，短时可滑压运行。
1、3负荷性质：带可调整的供热负荷：压力、温度为抽汽口参数，承包商根据现场用汽参数可进行计算调整。
1、4 冷却方式：机力通风冷却塔1、5汽轮机机组应满足规定的操作条件。
在规定的操作条件下，机组应能全负荷、连续、安全地运行。
1、6汽轮机的设计寿命(不包括易损件)不低于30年，在其寿命期内能承受以下工况，总的寿命消耗应不超过75％。
1、7汽轮机及所有附属设备应是成熟的、先进的，并具有制造类似容量机组、运行成功的经验。
不得使用试验性的设计和部件。
1、8机组的设计应充分考虑到可能意外发生的超速、进冷汽、冷水、着火和突然振动。
防止汽机进水的规定按ASME标准执行。
1、9机组配汽方式为喷嘴调节，其运行方式为定压运行,短时可滑压运行。
1、10汽轮机进排汽及抽汽管口上可以承受的外力和外力矩至少应为按NEMA SM23计算出的数值的1.85倍。
1、11所有与买方交接处的接管和螺栓应采用公制螺纹。
1、12轴封应采用可更换的迷宫密封以减少蒸汽泄漏量，优先选用静止式易更换的迷宫密封。
1、13转子的第一临界转速至少应为其最大连续转速120%。
1、14整个机组应进行完整的扭振分析，其共振频率至少应低于操作转速10%或高于脱扣转速10%。
1、15材料：所使用的材料应是新的，所有承压部件均为钢制。
所有承压部件不得进行补焊。
主要补焊焊缝焊后需热处理。
1、16 低压缸与凝结器联接方式为弹性连接。
2、汽轮机转子及叶片2、1汽轮机设计允许不揭缸进行转子的动平衡，即具有不揭缸在转子上配置平衡重块的条件，并设有调整危急保安器动作转速的手孔。
电站压力式除氧器安全技术规定中华人民共和国能源部文件中华人民共和国机械电子工业部能源安保［1991］709号关于颁发《电站压力式除氧器安全技术规定》的通知各电管局，各省、自治区、直辖市电力局，华东电力设计院、苏州热工研究所、电力规划设计总院，各发电设备（集团）公司，有关省机械厅（局），上海发电设备成套所：为了确保除氧器安全经济运行，防止和减少事故发生，现颁发试行《电站压力除氧器安全技术规定》，请各有关单位认真贯彻执行。
执行中发现的问题，请及时告华东电力设计院，并抄送能源部安全环保司、机电部第一装备司。
中华人民共和国能源部中华人民共和国机械电子工业部一九九一年八月二十九日抄送：中国电力企业联合会，华能集团公司，成套设备局，电力机械局，中国电工设备总公司，有关直属研究所，劳动部。
第一章总则第1·0·1条为了确保火力发电厂压力式除氧器（包括除氧头和给水箱，以下统称为除氧器）的安全运行，保护人民生命和国家财产安全，使锅炉、汽轮机组达到安全、经济、满发，特制定本规定。
第1·0·2条本规定适用于火力发电厂单机容量为25MW（供热式机组）～600MW机组或额定工作压力P≥0.10MPa表压力（以下压力单位均指表压力）的热力除氧器。
凝汽式25MW及以下汽轮机组的大气式热力除氧器和PWR核电站二回路除氧器可参照执行本规定。
第1·0·3条除氧器的外部汽水系统设计、本体结构设计、制造、安装和使用单位必须认真遵守本规定。
各级主管部门应认真监督检查。
除氧器的安全技术除应符合本规定外，尚应符合国家颁发的压力容器通用技术标准中的有关规定。
第1·0·4条除氧器的设计、制造单位必须持有相应类别的压力容器设计、制造许可证。
除氧器的使用单位必须持有关于除氧器的压力容器使用登记证。
第二章设计第1节一般规定第2·1·1条除氧器的设计压力应根据运行中的最高工作压力确定。
加热器及除氧器接管许用外力和外力矩的计算
余雏麟;邓科;季敏东
【摘要】在美国闭式加热器标准和除氧器标准中,给出的接管最大允许外力及外力矩公式存在差异.针对这些问题,以某台换热设备为计算对象进行对比,提出了在采用国外标准时,需注意计算公式方面的差异.同时,对于接管安全性校核,在给定所有外力分量的情况下,采用了有限元应力分析方法,对标准的适用性进行验证.
【期刊名称】《电站辅机》
【年(卷),期】2015(036)001
【总页数】4页(P1-4)
【关键词】加热器;除氧器;接管;外力;外力矩;计算;校核;探讨
【作者】余雏麟;邓科;季敏东
【作者单位】东方电气集团东方锅炉股份有限公司,四川成都611731;东方电气集团东方锅炉股份有限公司,四川成都611731;东方电气集团东方锅炉股份有限公司,四川成都611731
【正文语种】中文
【中图分类】TK223.5
闭式给水加热器和除氧器是电站辅机系统中重要的设备［1］。
通常情况下，当加热器或除氧器运行时，在接管处会受到外力和外力矩。
在我国标准GB150和固定式容器安全技术监察规程中，并没有明确给出壳体上接管承受外加力和力矩时的校核方法。
一般对加热器接管最大允许的外力和外力矩计算，均参照美国换热器协会
的闭式给水加热器标准（简称加热器标准）［2］，目前最新版本是第八版；而对除氧器接管最大允许的外力和外力矩计算，则参照美国换热器协会的除氧器标准（简称除氧器标准），目前最新版本是第九版［3］。
尽管加热器标准和除氧器标准接管外载计算章节的引言中提到的计算公式均源于WRC107公报，但具体的计算公式却并不一致。
并且，国内外文献中，也没有这两部标准中接管载荷公式的推导过程，这给设计者的应用带来盲目性。
为此，本文首先分别简要介绍了加热器和除氧器标准中关于接管外载的计算公式。
然后以某台除氧器的计算为例，采用两部标准分别进行计算，综合对比两部标准的异同，并给出应用这两部标准计算接管外力和外力矩时需注意的事项。
此外，针对工程中经常遇到的给出接管三个方向的力和力矩的情况，结合实例计算，采用有限元应力分析方法，探讨了加热器标准和除氧器标准中接管外载计算是否适用的问题。
1.1 按加热器标准进行计算
在加热器标准中，关于接管外载计算的步骤有如下5步。
（1）首先计算β和γ。
（2）从标准中给出的相应图表中，查取α、Σ和Δ。
（3）计算内压引起的应力σ。
如果σ比Sa大，则用Sa代替σ。
（4）计算FRRF，MRCM和MRLM。
（5）根据计算得到的FRRF，MRCM和MRLM值得到FRF和MRM，并以MRM为横坐标，FRF为纵坐标绘制出允许力和力矩三角形，只要合力和合力矩在三角形内，则认为接管在此外力和外力矩作用下是安全的。
在式（1）～（6）中：β和γ为无量纲因子；ro为接管外半径，mm；Rm为壳体平均半径，mm；T为壳体壁厚，mm；Sa为ASMEⅧ一篇中壳体材料设计温度下的许用应力，MPa；Sy为设计温度下壳体材料的屈服强度，MPa；σ为设计
压力引起的应力，MPa；FRRF为最大允许的径向力，N；MRCM为最大允许的
环向合力矩，N·m；MRLM为最大允许的径向合力矩，N·m；FRF为最大允许的
合力，N；MRM为最大允许的合力矩，N·m。
加热器和除氧器接管许用外载计算的模型，如图1所示。
1.2 按除氧器标准进行计算
在除氧器标准中，关于接管外载计算的步骤也有如下5步。
（1）首先计算β和γ。
（2）从标准中给出的相应图表中，查取α、Σ和Δ。
（3）计算内压引起的应力σ。
（5）根据计算得到的FRRF，MRCM和MRLM值得到FRF和MRM，并以MRM为横坐标，FRF为纵坐标绘制出允许力和力矩三角形，只要合力和合力矩在三角形内，则认为接管在此外力和外力矩作用下是安全的。
式（7）～式（12）中符号的意义同式（1）～式（6）。
为比较加热器标准和除氧器标准关于接管允许外力和力矩的计算公式的异同，此处以工程中实际设计的某台除氧器为例进行比较，该除氧器的基本参数，如表1所示。
筒体材料为Q345R，接管材料为16MnⅢ。
根据高加和除氧器标准，计算所
得的最大允许力和力矩，如表2所示。
从表2可知，对于同样的开孔圆筒，按加热器和除氧器标准给出的计算结果却是
不同的。
在加热器和除氧器标准中，关于接管外力和外力矩的计算公式和计算过程的差异，主要表现在两方面：
分别按加热器标准和除氧器标准计算时，计算σ和MRCM时的公式不一致；
按加热器标准，计算因内压引起的应力σ后，需要与Sa比较，以确定最终的取值，而除氧器标准计算时，则不需此项的比较。
1.3 公式的应用
由于加热器和除氧器标准的接管载荷计算公式，均来源于WRC107公报，虽然标准中没有给出公式应用时的注意事项和限制［4-8］，但笔者认为，在实际应用时还应该注意几个方面的问题。
（1）公式仅适用于圆筒上的径向接管，不适用于封头上的接管，且不考虑其它边缘效应对接管的影响。
因此，接管与封头切线的距离或与壳体端部的距离需大于Rm。
（2）计算时，筒体壁厚的取值，应为筒体的有效厚度。
接管外径的取值，应为接管加强段的外径。
（3）在加热器标准中，Sa为一个与安全系数有关的值，而在美国ASME标准和中国标准中，所选的抗拉强度安全系数并不一致。
（4）如果接管同时受横向推力和扭矩，在加热器标准和除氧器标准中，未明确规定公式是否适用。
通过这几方面的分析，在选用加热器标准和除氧器标准进行设计时，不应该盲目套用接管外力和外力矩的计算公式。
在实际工程中，经常会遇到这样一种情况，即设计院会给出接管处受到的三个方向的外力和外力矩。
此时，应考虑是否采用加热器标准或除氧器标准中的接管计算方法进行评定。
此处，仍以表1中除氧器的设计参数为例，假设接管受到三个方向的力和力矩，其分量数值，如表3所示。
除氧器接管的允许力和力矩三角形，如图2所示。
在图2中，平行于筒体的轴线代表X轴，垂直纸面向里延伸的轴线代表Y轴，剩下另一个带箭头的轴线代表Z轴。
力和力矩的方向以右手螺旋法则确定。
为验证结果的正确性，同时采用有限元的应力分类法进行对比。
将接管横向推力按力的平移法则，由接管处平移至筒体上，得到的X方向的等效力矩MXEQ和Y方向上的等效力矩MYEQ，其数值，如表4所示。
力和力矩的坐标点，如图2所示。
按加热器和除氧器标准进行计算，所得最大允许力和力矩三
角形，如图3所示。
利用有限元验证时，采用ansys软件，单元为20节点solid182，边界条件为：
约束筒体一个端面的轴向位移，约束筒体轴对称面上的法向位移，同时约束筒体轴对称面一点的切向位移，以限制模型的刚体位移，在筒体另一个端面施加轴向拉力，接管端面施加三个方向的力和力矩，在外载荷作用下的应力强度云图，如图4所示。
采用JB4732-1995的应力评定方法，选取6条路径进行应力评定，路径的位置示意图，如图5所示。
载荷系数K取为1。
评定时，两种材料交界面处的路径的许
用应力值，以具有较小许用应力的材料为准。
评定的结果，如表5所示。
从图3可知，接管外力分量等效后的点也位于允许的力和力矩三角形范围内，这
说明采用加热器和除氧器标准进行判断，结果是安全的。
从表5可知，各条路径
上的应力分类结果，均满足JB4732的要求，这也验证了接管的安全性。
值得说明的是，加热器和除氧器标准中并没有计及扭矩和推力，这可能与扭矩和推力对计算结果的影响较小有关。
考虑到有限元法进行评定时，不仅需要大量时间而且其结果还取决于分析者的水平，而采用标准进行计算，不仅快速，而且公式都是给定的，不会产生较多的不确定因素。
现仅以一个实例进行了对比计算，但在加热器标准和除氧器标准中，给出评定接管在外载荷作用下安全性的简化思路，却是值得借鉴的，对进一步探究公式的应用场合和应用范围具有重要的意义。
在美国闭式加热器设计标准和除氧器设计标准中，针对给出的接管最大允许外力和外力矩计算公式存在差异的问题，结合工程实例，指出在应用这些公式时需要注意的问题。
同时，工程中经常遇到需校核接管在给定所有外力分量下安全性的情况，采用有限元应力分析方法，对标准的适用性进行了验证。
【相关文献】
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