天然氣換熱器設(shè)計.doc

目錄1 換熱器的概述11.1換熱器的概述11.2換熱器的基本要求11.2.1 換熱器管子排列11.2.2制造工藝21.2.3質(zhì)量檢驗21.3換熱器的分類121.3.1 浮頭換熱器簡介31.4換熱器的工作方式1031.4.1 換熱器的防腐蝕41.4.2 換熱器的材料341.5換熱器的安裝1142 熱力計算62.1設(shè)計參數(shù)62.1.1計算熱負荷及重油的出口溫度62.1.2計算兩流體（暫按單殼程，多管程進行計算逆流時）的平均溫差62.2計算傳熱面積262.3換熱管規(guī)格72.3殼體尺寸及總管數(shù)572.4換熱器校核482.4.1核算壓力降82.4.2總傳熱系數(shù)K的計算93 結(jié)構(gòu)計算和強度校核14123.1設(shè)計計算條件123.2浮頭式換熱器筒體計算123.2.1計算條件123.2.2厚度及重量計算123.2.3壓力試驗時應(yīng)力校核6123.3前端管箱筒體計算:133.3.1計算條件133.3.2厚度及重量計算133.3.3壓力試驗時應(yīng)力校核133.4 前端管箱封頭計算7143.4.1設(shè)計條件143.4.2厚度及重量計算143.4.3壓力計算8153.4.4水壓實驗153.5后端管箱筒體計算153.5.1設(shè)計條件9153.5.2厚度及重量計算153.5.3壓力試驗時應(yīng)力校核163.6后端管箱封頭計算163.6.1設(shè)計條件163.6.2厚度及重量計算163.6.3壓力計算173.6.4壓力試驗時應(yīng)力校核173.7接管及其法蘭計算173.7.1筒體進料及出料接管計算173.7.2管箱進料及出料接管計算183.7.3法蘭厚度計算183.8筒體法蘭計算213.8.1設(shè)計條件213.9后端筒體法蘭計算253.9.1設(shè)計條件253.9.3應(yīng)力計算293.10前端管箱法蘭計算303.10.1設(shè)計條件303.11后端管箱法蘭計算343.11.1設(shè)計條件:343.11.3應(yīng)力計算373.12鉤圈設(shè)計12383.13浮頭計算13383.13.1設(shè)計條件383.14浮頭式換熱器管板計算393.14 浮頭式換熱器管板計算393.14.1 延長部分兼做法蘭的固定式管板計算393.15開孔補強16473.16支座選用15473.17折流板選用20483.18浮頭換熱器結(jié)構(gòu)特點483.19 換熱器管子的排列493.20 換熱器管子與管板的連接52結(jié) 論54參考文獻49致 謝50英文文獻50英文文獻譯文5653青海大學(xué)化工機械系換熱器的概述1 換熱器的概述1.1換熱器的概述換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。在石油、化工、輕工、制藥、能源等工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻，把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。這些過程均和熱量傳遞有著密切聯(lián)系，因而均可以通過換熱器來完成。 由傳熱學(xué)理論可知道，熱交換是一種復(fù)雜的過程， 它是由系統(tǒng)內(nèi)兩部分的溫度差異而引起的，熱量總是自動地從溫度較高的部分傳給溫度較低的部分。傳熱的基本方式有熱傳導(dǎo)、對流和輻射3種， 因此在換熱器中， 熱量總是從熱流體傳給冷流體，起加熱作用的熱流體又稱加熱介質(zhì)如水蒸汽、煙道氣、導(dǎo)熱油或其他高溫流體等；起冷卻作用的冷流體又稱冷卻介質(zhì)如空氣、冷凍水、冷凍鹽水等。在熱交換過程中，熱冷流體的溫度是因整個流程而不斷變化的，即熱流體的溫度由于放熱而下降，冷流體的溫度由于吸熱而上升1.2換熱器的基本要求隨著經(jīng)濟的發(fā)展，各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快，新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。為了適應(yīng)發(fā)展的需要，我國對某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標(biāo)準(zhǔn)，形成了系列。完善的換熱器在設(shè)計或選型時應(yīng)滿足以下基本要求： （1） 合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件； （2） 結(jié)構(gòu)安全可靠； （3） 便于制造、安裝、操作和維修； （4） 經(jīng)濟上合理1.2.1 換熱器管子排列管子構(gòu)成換熱器的傳熱面，管子尺寸和形狀對傳熱有很大影響。采用小直徑的管子時，換熱器單位體積的換熱面積大一些，設(shè)備比較緊湊，單位傳熱面積的金屬消耗量少，傳熱系數(shù)也較高。但制造麻煩，管子易結(jié)垢，不易清洗。大直徑管子用于粘性大或者污濁的流體，小直徑的管子用于較清潔的流體。 換熱器的管子在管板上的排列不單考慮設(shè)備的緊湊性，還要考慮到流體的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及加工制造方面的情況。管子在管板上的標(biāo)準(zhǔn)排列形式有四種：正三角形和轉(zhuǎn)角正三角形排列，適用與殼程介質(zhì)清潔，且不需要進行機械清洗的場合。正方形和轉(zhuǎn)角正方形排列，能夠使管間的小橋形成一條直線通道，便于用機械進行清洗，一般用于管束可抽出管間清洗的場合。 另外對于多管程換熱器，常采用組合排列方法，其每一程中一般都采用三角形排列，而各程之間則常常采用正方形排列，這樣便于安排隔板位置。 當(dāng)換熱器直徑較大，管子較多時，都必須在管束周圍的弓形空間內(nèi)盡量配置換熱管。這不但可以有效地增大傳熱面積，也可以防止在殼程流體在弓形區(qū)域內(nèi)短路而給傳熱帶來不利影響。 管板上換熱管中心距的選擇既要考慮結(jié)構(gòu)的緊湊性，傳熱效果，又要考慮管板的強度和清洗管子外表面所需的空間。除此之外，還要考慮管子在管板上的固定方法。若間距太小，當(dāng)采用焊接連接時，相鄰兩根管的焊縫太近，焊縫質(zhì)量受熱影響不易得到保證；若采用脹接，擠壓力可能造成管板發(fā)生過大的變形，失去管子和管板間的結(jié)合力。一般采用的換熱管的中心距不小于管子外徑的1.25倍。 當(dāng)換熱器多需的換熱面積較大，而管子又不能做的太長時，就得增大殼體直徑，以排列較多的管子。此時為了提高管程流速，增加傳熱效果，須將管束分程，使流體依次流過各程管束。 為了把換熱器做成多管程，可在一端或兩端的管箱中分別安置一定數(shù)量的隔板1.2.2制造工藝選取換熱設(shè)備的制造材料及牌號，進行材料的化學(xué)成分檢驗，機械性能合格后，對鋼板進行矯形，方法包括手工矯形，機械矯形及火焰矯形。 備料劃線切割邊緣加工（探傷）成型組對焊接焊接質(zhì)量檢驗組裝焊接壓力試驗1.2.3質(zhì)量檢驗 化工設(shè)備不僅在制造之前對原材料進行檢驗，而且在制造過程中要隨時進行檢查。 質(zhì)量檢驗內(nèi)容和方法： 設(shè)備制造過程中的檢驗，包括原材料的檢驗、工序間的檢驗及壓力試驗，具體內(nèi)容如下： （1）原材料和設(shè)備零件尺寸和幾何形狀的檢驗； （2）原材料和焊縫的化學(xué)成分分析、力學(xué)性能分析試驗、金相組織檢驗，總稱為破壞試驗 （3）原材料和焊縫內(nèi)部缺陷的檢驗，其檢驗方法是無損檢測，它包括：射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測、滲透檢測等(4）設(shè)備試壓，包括：水壓試驗、介質(zhì)試驗、氣密試驗等。1.3換熱器的分類1換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類?；旌鲜綋Q熱器是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器。由于兩流體混合換熱后必須及時分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，化工廠和發(fā)電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠兩流體本身的密度差得以及時分離。 蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體(填料)表面，從而進行熱量交換的換熱器，如煉焦?fàn)t下方預(yù)熱空氣的蓄熱室。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設(shè)備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣。 間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面式和其他型式。管式換熱器以管子表面作為傳熱面，包括蛇管式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器等；板面式換熱器以板面作為傳熱面，包括板式換熱器、螺旋板換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等；其他型式換熱器是為滿足某些特殊要求而設(shè)計的換熱器，如刮面式換熱器、轉(zhuǎn)盤式換熱器和空氣冷卻器等。1.3.1 浮頭換熱器簡介浮頭式換熱器的一端管板與殼體固定，而另一端的管板可在殼體內(nèi)自由浮動，殼體和管束對膨脹是自由的，故當(dāng)兩張介質(zhì)的溫差較大時，管束和殼體之間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭端設(shè)計成可拆結(jié)構(gòu)，使管束能容易的插入或抽出殼體。（也可設(shè)計成不可拆的）。這樣為檢修、清洗提供了方便。但該換熱器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而且浮動端小蓋在操作時無法知道泄露情況。因此在安裝時要特別注意其密封。 浮頭換熱器的浮頭部分結(jié)構(gòu)，按不同的要求可設(shè)計成各種形式，除必須考慮管束能在設(shè)備內(nèi)自由移動外，還必須考慮到浮頭部分的檢修、安裝和清洗的方便。 在設(shè)計時必須考慮浮頭管板的外徑Do。該外徑應(yīng)小于殼體內(nèi)徑Di，一般推薦浮頭管板與殼體內(nèi)壁的間隙b1=35mm。這樣，當(dāng)浮頭出的鉤圈拆除后，即可將管束從殼體內(nèi)抽出。以便于進行檢修、清洗。浮頭蓋在管束裝入后才能進行裝配，所以在設(shè)計中應(yīng)考慮保證浮頭蓋在裝配時的必要空間。 鉤圈對保證浮頭端的密封、防止介質(zhì)間的串漏起著重要作用。隨著幞頭式換熱器的設(shè)計、制造技術(shù)的發(fā)展，以及長期以來使用經(jīng)驗的積累，鉤圈的結(jié)構(gòu)形式也得到了不段的改進和完善。 鉤圈一般都為對開式結(jié)構(gòu)，要求密封可靠，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、便于制造和拆裝方便。 浮頭式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應(yīng)性，在長期使用過程中積累了豐富的經(jīng)驗。盡管近年來受到不斷涌現(xiàn)的新型換熱器的挑戰(zhàn)，但反過來也不斷促進了自身的發(fā)展。故迄今為止在各種換熱器中扔占主導(dǎo)地位。1.4換熱器的工作方式10換熱器中流體的相對流向一般有順流和逆流兩種。順流時，入口處兩流體的溫差最大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為最小。逆流時，沿傳熱表面兩流體的溫差分布較均勻。在冷、熱流體的進出口溫度一定的條件下，當(dāng)兩種流體都無相變時，以逆流的平均溫差最大順流最小。在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差增大，換熱器的傳熱面積減小；若傳熱面積不變，采用逆流時可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。前者可節(jié)省設(shè)備費，后者可節(jié)省操作費，故在設(shè)計或生產(chǎn)使用中應(yīng)盡量采用逆流換熱。 當(dāng)冷、熱流體兩者或其中一種有物相變化(沸騰或冷凝)時，由于相變時只放出或吸收汽化潛熱，流體本身的溫度并無變化，因此流體的進出口溫度相等，這時兩流體的溫差就與流體的流向選擇無關(guān)了。除順流和逆流這兩種流向外，還有錯流和折流等流向。 在傳熱過程中，降低間壁式換熱器中的熱阻，以提高傳熱系數(shù)是一個重要的問題。熱阻主要來源于間壁兩側(cè)粘滯于傳熱面上的流體薄層(稱為邊界層)，和換熱器使用中在壁兩側(cè)形成的污垢層，金屬壁的熱阻相對較小。增加流體的流速和擾動性，可減薄邊界層，降低熱阻提高給熱系數(shù)。但增加流體流速會使能量消耗增加，故設(shè)計時應(yīng)在減小熱阻和降低能耗之間作合理的協(xié)調(diào)。為了降低污垢的熱阻，可設(shè)法延緩污垢的形成，并定期清洗傳熱面1.4.1 換熱器的防腐蝕換熱器的目的是為了傳熱，經(jīng)常與腐蝕性介質(zhì)接觸的換熱表面積很大，為了保護金屬不遭受腐蝕，最根本的方法是選用耐腐蝕的金屬或非金屬材料，但同時對應(yīng)用最廣泛的鋼鐵材料設(shè)備采取防腐蝕措施也是十分必要的。有時在設(shè)計換熱器時，根據(jù)所處介質(zhì)的腐蝕性，已考慮到采用合適的耐腐蝕材料，但如制造時焊接方法不當(dāng)，則在焊縫及其附近亦易發(fā)生腐蝕。另外，在離換熱管子入口端4050cm處的管端，由于介質(zhì)的渦流磨損與腐蝕共存而經(jīng)常發(fā)生管端腐蝕；管子內(nèi)側(cè)存在異物沉積或粘著產(chǎn)生點腐蝕等。這樣也要求采取一些必要的防腐蝕措施。關(guān)于金屬材料的防腐蝕措施， 1.4.2 換熱器的材料3管子材料的選擇應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的壓力、溫度及腐蝕性來確定。一般換熱器都用金屬材料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的材料；銅、鋁及其合金多用于制造低溫換熱器；鎳合金則用于高溫條件下；非金屬材料除制作墊片零件外，有些已開始用于制作非金屬材料的耐蝕換熱器，如石墨換熱器、氟塑料換熱器和玻璃換熱器等1.5換熱器的安裝11安裝換熱器的基礎(chǔ)必須滿足以使換熱器不發(fā)生下沉，或使管道把過大的變形傳到傳熱器的接管上?；A(chǔ)一般分為兩種：一種為磚砌的鞍形基礎(chǔ)，換熱器上沒有鞍式支座而直接放在鞍形基礎(chǔ)上，換熱器與基礎(chǔ)不加固定，可以隨著熱膨脹的需要自由移動。另一種為混凝土基礎(chǔ)，換熱器通過鞍式支座由地腳螺栓將其與基礎(chǔ)牢固的連接起來。 在安裝換熱器之前應(yīng)嚴(yán)格的進行基礎(chǔ)質(zhì)量的檢查和驗收工作，主要項目如下：基礎(chǔ)表面概況；基礎(chǔ)標(biāo)高，平面位置，形狀和主要尺寸以及預(yù)留孔是否符合實際要求；地腳螺栓的位置是否正確，螺紋情況是否良好，螺帽和墊圈是否齊全；放置墊鐵的基礎(chǔ)表面是否平整等。 基礎(chǔ)驗收完畢后，在安裝換熱器之前在基礎(chǔ)上放墊鐵，安放墊鐵處的基礎(chǔ)表面必須鏟平，使兩者能很好的接觸。墊鐵厚度可以調(diào)整，使換熱器能達到設(shè)計的水平高度。墊鐵放置后可增加換熱器在基礎(chǔ)上的穩(wěn)定性，并將其重量通過墊鐵均勻地傳遞到基礎(chǔ)上去。墊鐵可分為平墊鐵、斜墊鐵和開口墊鐵。其中，斜墊鐵必須成對使用。地腳螺栓兩側(cè)均應(yīng)有墊鐵，墊鐵的安裝不應(yīng)妨礙換熱器的熱膨脹。 換熱器就位后需用水平儀對換熱器找平，這樣可使各接管都能在不受力的情況下連接管道。找平后，斜墊鐵可與芝座焊牢，但不得與下面的平墊鐵或滑板焊死。當(dāng)兩個以上重疊式換熱器安裝時，應(yīng)在下部換熱器找正完畢，并且地腳螺栓充分固定后，再安裝上部換熱器?？沙楣苁鴵Q熱器安裝前應(yīng)抽芯檢查，清掃，抽管束時應(yīng)注意保護密封面和折流板。移動和起吊管束時應(yīng)將管束放置在專用的支承結(jié)構(gòu)上，以避免損傷換熱管。 根據(jù)換熱器的形式，應(yīng)在換熱器的兩端留有足夠的空間來滿足條件（操作）清洗、維修的需要。浮頭式換熱器的固定頭蓋端應(yīng)留有足夠的空間以便能從殼體內(nèi)抽出管束，外頭蓋端必須也留出一米以上的位置以便裝拆外頭蓋和浮頭蓋。 固定管板式換熱器的兩端應(yīng)留出足夠的空間以便能抽出和更換管子。并且，用機械法清洗管內(nèi)時。兩端都可以對管子進行刷洗操作。U形管式換熱器的固定頭蓋應(yīng)留出足夠的空間以便抽出管束，也可在其相對的一端留出足夠的空間以便能拆卸殼體。 換熱器不得在超過銘牌規(guī)定的條件下運行。應(yīng)經(jīng)常對管，殼程介質(zhì)的溫度及壓降進行監(jiān)督，分析換熱管的泄漏和結(jié)垢情況。管殼式換熱器就是利用管子使其內(nèi)外的物料進行熱交換、冷卻、冷凝、加熱及蒸發(fā)等過程，與其他設(shè)備相比較，其余腐蝕介質(zhì)接觸的表面積就顯得非常大，發(fā)生腐蝕穿孔結(jié)合處松弛泄漏的危險性很高，因此對換熱器的防腐蝕和防泄漏的方法也比其他設(shè)備要多加考慮，當(dāng)換熱器用蒸汽來加熱或用水來冷卻時，水中的溶解物在加熱后，大部分溶解度都會有所提高，而硫酸鈣類型的物質(zhì)則幾乎沒有變化。冷卻水經(jīng)常循環(huán)使用，由于水的蒸發(fā)，使鹽類濃縮，產(chǎn)生沉積或污垢。又因水中含有腐蝕性溶解氣體及氯離子等引起設(shè)備腐蝕，腐蝕與結(jié)垢交替進行，激化了鋼材的腐蝕。因此必須經(jīng)過清洗來改善換熱器的性能。由于清洗的困難程度是隨著垢層厚度或沉積的增加而迅速增大的，所以清洗間隔時間不宜過長，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)裝置的特點，換熱介質(zhì)的性質(zhì)，腐蝕速度及運行周期等情況定期進行檢查，修理及清洗。熱力計算2 熱力計算2.1設(shè)計參數(shù) 介質(zhì) 原油 柴油進口溫度 90 200出口溫度 130 130質(zhì)量流量 Kg/h 40000 Wc 比熱容 KJ/Kg1.925 2.62工作壓力MPa0.81.2導(dǎo)熱系數(shù)W/（m）0.131 0.133密度 Kg/m3795 830黏度 PaS0.00290.0064結(jié)垢系數(shù) W/（m） 0.00007870.000085982.1.1計算熱負荷及重油的出口溫度 Q=WhCph（T1-T2）=400001.925（130-90）=3080000KJ/h因為總換熱量相等：Q=Wc2.62(200-130) Wc=16.794t/h2.1.2計算兩流體（暫按單殼程，多管程進行計算逆流時）的平均溫差 熱流體 200 130 冷流體 130 90t m 70 40則 tm =53.66 P=0.364 R=1.75查圖4-19知：查表： 所以校正后：tm=0.8553.66=45.612.2計算傳熱面積2根據(jù)兩流體的狀況，假設(shè)K=130 W/（m2）則 S= = =144.3m2考慮10的面積裕量 S=1.1 =144.31.1=158m22.3換熱管規(guī)格考慮到原油具有腐蝕性，而柴油黏度較大易走管間，故選擇原油走管程，重油走殼程。選用16Mn低合金鋼 規(guī)格 252.5mm L=6m2.3殼體尺寸及總管數(shù)5取管中心距1）管數(shù)： Nt=3372）殼體直徑的確定：D=t(nc-1)+2b 式中； D殼體內(nèi)徑, t管中心距,m nc 橫過管束中心線的管數(shù) b 管束中心線上最外層的中心至殼體內(nèi)壁的距離,m管子按正三角形排列：nc=1.1=20取b=1.28do=1.280.025=0.032m則D=t(nc-1)+2b=0.032（20-1）+20.032=0.672m圓整后DN=700mm原油黏度1.5103 Pa.s 查表6-2知最大流速為u=0.6m/s 取ui =0.44m/s 設(shè)所需管程數(shù)為n 252.5mm di =0.02m則 0.022 0.4427953600=40000知 n=101又知傳熱面積 A=l=158m2 則 l=24m選用6m管，需要4程。2.4換熱器校核42.4.1核算壓力降 管程壓力降7式中:-分別為直管及回彎管中因摩擦阻力引起的壓強降，N/m2; -結(jié)垢校正因數(shù)，無因次，對于2.52.5mm的管子，取為1.4，對于192mm的管子，取為1.5; Np-管程數(shù); Ns-串聯(lián)的殼程數(shù).所以Ft=1.4 Np=24 Ns=1 ui=0.42m/s對于碳鋼管，取管壁粗糙度=0.1mm由-Re關(guān)系圖中查得=0.05030KPa殼程壓力降式中:-流體橫過管束的壓強降， N/m2; -流體通過折流板缺口的壓強降， N/m2 ; -殼程壓強降的結(jié)垢校正因數(shù)， 無因次，對于液體取為1.15，對于氣體或可凝蒸汽，取為1.0; Fs=1.5 Ns=1管子按正三角形排列 F=0.5 nc =1.1=20折流擋板間距h=0.15m 折流擋板數(shù) NB = 殼程流通截面積殼程流速 2.4.2總傳熱系數(shù)K的計算l 管內(nèi)傳熱膜系數(shù)6Re=2302Pr=42.6管程流體被加熱 取n=0.4i=330 W/m2l 管外傳熱膜系數(shù)o=管子按正三角形排列，則傳熱當(dāng)量直徑為：De=0.0202m殼程流通截面積:A =0.01640625m2u=0.36m/sRe=296000查圖5-30知 NuPr-1/3 =15殼體內(nèi)流體冷卻取 =0.95o =*664-1/3*0.95=383 W/m2考慮短路因素：o =0.9o =344.7 W/m2污垢熱阻和管壁熱阻:管內(nèi)、外側(cè)熱阻分別取 Ri=0.0008598m2/W Ro=0.000777 m2/W已知管壁厚度為=0.002m，取碳鋼導(dǎo)熱系數(shù)=45W/（m2）=108.5 W/m2l 以知前邊所選的K=130 W/m2在確定的流動條件下，計算出KO =108.5 W/m2故所選K值合適。計算結(jié)果表明，管程和殼程的壓力均能滿足設(shè)計要求.結(jié)構(gòu)計算和強度校核3 結(jié)構(gòu)計算和強度校核143.1設(shè)計計算條件殼程: 設(shè)計壓力 1.3MPa 管程: 設(shè)計壓力 1MPa設(shè)計溫度 200 設(shè)計溫度 200筒體公稱直徑 Di=700mm 管子規(guī)格 252.5mm材料名稱 Q235-B 材料名稱 16MnR(熱扎)3.2浮頭式換熱器筒體計算3.2.1計算條件 計算壓力 Pc = 1.3MPa 設(shè)計溫度 t=200 C內(nèi)徑 Di =700mm試驗溫度許用應(yīng)力 s=113MPa 8設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st =100 MPa試驗溫度下屈服點 ss =235MPa抗拉強度 sb =375MPa鋼板負偏差 C1 =0.6mm腐蝕裕量 C2 =2mm焊接接頭系數(shù) f=1.00材料 Q235-B ( 板材 )3.2.2厚度及重量計算 計算厚度9: d = = =4.57mm對于低合金鋼來說最小厚度為dmin=3mm 名義厚度: dn =d + C1+ C2+=4.57+0.6+2+=8mm 有效厚度: de= dn -C1- C2 =5.4mm 重量: 300x3=900Kg3.2.3壓力試驗時應(yīng)力校核6 壓力試驗類型: 液壓試驗 試驗壓力值10: PT = 1.25P = 1.251.3= 1.625MPa 壓力試驗允許通過的應(yīng)力水平sT0.90ss = 211.5MPa試驗壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = =119.9MPa校核條件 : sTsT校核結(jié)果 : 合格3.3前端管箱筒體計算:3.3.1計算條件 計算壓力 Pc=1.3MPa 設(shè)計溫度 t=200 C內(nèi)徑 Di =700mm筒體長度 l=150mm材料 16MnR(熱扎) ( 板材 )試驗溫度許用應(yīng)力 s=170Mpa設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st =170MPa試驗溫度下屈服點 ss =345MPa鋼板負偏差 C1 =0.6mm腐蝕裕量 C2 =2.00mm焊接接頭系數(shù) f=1.003.3.2厚度及重量計算計算厚度: d = =3.5mm 名義厚度: dn =d + C1+ C2+=8mm 有效厚度: de= dn -C1- C2 =6mm 重量: 15Kg3.3.3壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型: 液壓試驗 試驗壓力值: PT = 1.25P = 1.625MPa壓力試驗允許通過的應(yīng)力水平sT0.90ss ss = 345MPa試驗壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = = 109.1MPa0.90ss =0.91.00345=310.5MPa校核條件 : sT0.90ss校核結(jié)果 : 合格 3.4 前端管箱封頭計算73.4.1設(shè)計條件 計算壓力 Pc = 1MPa設(shè)計溫度 t=200 C選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 K=1內(nèi)徑 Di =700mm曲面高度 hi =125mm直邊高度 h=25mm試驗溫度許用應(yīng)力 s=170MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st =170 MPa 試驗溫度下屈服點 ss =345MPa鋼板負偏差 C1 =0.6mm腐蝕裕量 C2 =2.00mm焊接接頭系數(shù) f=1.00材料 16MnR(熱軋) ( 板材)3.4.2厚度及重量計算計算厚度 d = = 3.2mm名義厚度: dn =d + C1+ C2+=8mm 有效厚度: de= dn -C1- C2 =6mm 重量: 20Kg結(jié)論 滿足最小厚度要求3.4.3壓力計算8最大允許工作壓力: Pw= = 3.5MPa知 PPw結(jié) 論: 合格3.4.4水壓實驗0.90ss =0.91.00345=310.5MPaPT = 1.25P = 1.2511.00=1.25MPa sT = = 73.54MPa 校核條件 : sT0.90ss校核結(jié)果 : 合格橢圓封頭標(biāo)準(zhǔn) JB/1154-84公稱直徑Dg/mm 曲面高度mm 直邊高度mm700 125 253.5后端管箱筒體計算3.5.1設(shè)計條件9計算壓力 Pc = 1.3MPa設(shè)計溫度 t=200 C內(nèi)徑 Di =800mm管箱長度 l=150mm試驗溫度許用應(yīng)力 s=113MPa 設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st =100 MPa試驗溫度下屈服點 ss =235MPa鋼板負偏差 C1 =0.6mm 腐蝕裕量 C2 =2mm焊接接頭系數(shù) f=1.00材料 Q235-B ( 板材 )3.5.2厚度及重量計算計算厚度: d = = 5.23mm名義厚度 dn =d + C1+ C2+=8mm 有效厚度: de= dn -C1- C2 =5.4mm 重量: 20.15Kg結(jié)論 滿足最小厚度要求3.5.3壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型: 液壓試驗 試驗壓力值: PT = 1.25P = 1.84MPa 壓力試驗允許通過的應(yīng)力水平sT0.9ss ss = 235MPa試驗壓力下圓筒的應(yīng)力 sT= = 137.2MPa 0.90ss=0.91.00235=211.5MPa校核條件 : sT0.90ss校核結(jié)果 : 合格3.6后端管箱封頭計算3.6.1設(shè)計條件計算壓力 Pc = 1MPa設(shè)計溫度 t=200 C內(nèi)徑 Di =800mm曲面高度 hi =25mm試驗溫度許用應(yīng)力 s=113MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st =100 MPa 試驗溫度下屈服點 ss =325MPa鋼板負偏差 C1 =0.6mm腐蝕裕量 C2 =2mm焊接接頭系數(shù) f=1.00材料 16MnR(熱軋) ( 板材)3.6.2厚度及重量計算形狀系數(shù) K = 1.00計算厚度 d = = 4.01mm名義厚度 dn =d + C1+ C2+=8mm 有效厚度: de= dn -C1- C2 =5.4mm 重量: 28.3Kg3.6.3壓力計算最大允許工作壓力: Pw= = 1.35MPa知P6.4mmb= m=2.00 y=11MPa 連接接觸面總在緊載荷：=6.2849491.322=73711N總的靜壓軸向力：在操作狀況下螺栓承受的載荷：=252870+73711=326581N在預(yù)緊狀況下螺栓承受的載荷：在操作狀況下所需的螺紋根部載荷總截面積或承受應(yīng)力下的最小直徑處總截面積：式中：操作條件下的螺栓許用應(yīng)力則 取 螺栓的螺紋根部實際總截面積或承受應(yīng)力下實際最小總截面積：式中： n 螺栓個數(shù) do 螺紋直徑,mm法蘭螺栓設(shè)計載荷：作用在法蘭內(nèi)表面積上的流體軸向靜壓力：作用位置處螺栓圓徑向距離：式中：Db 螺栓中心圓直徑作用于法蘭內(nèi)側(cè)的載荷產(chǎn)生的力矩：墊片載荷，即法蘭螺栓設(shè)計載荷與總的流體靜壓軸向應(yīng)力的差值：作用位置處至螺栓圓的徑向距離：則 總的流體靜壓軸向力與作用在法蘭內(nèi)直徑面積上的流體靜壓軸向力之差：作用位置處至螺栓直徑圓的徑向距離：內(nèi)壓力作用于法蘭上總載荷與法蘭內(nèi)側(cè)所承受的載荷之差產(chǎn)生的力矩：作用在法蘭圈內(nèi)側(cè)與半球形蓋厚度中心線處的球形段中薄膜載荷的徑向奮力：式中： 由半球形厚度中心線與法蘭圓的交點所作用的一根切線與垂直于半球形蓋軸線所成的夾角作用位置處至法蘭形心軸的距離：式中： 浮頭法蘭厚度，假設(shè)=30mm 法蘭上表面至半球形封頭外表面與法蘭圓內(nèi)側(cè)交點的距離，取=10 mm操作狀況下法蘭總力矩：預(yù)緊時：預(yù)緊時法蘭力矩：總力矩： 式中： 設(shè)計溫度下法蘭材料的許用應(yīng)離，MPa 常溫下法蘭材料的許用應(yīng)力，MPa法蘭厚度計算：計算出的與假設(shè)的比較，知 =30mm,故假設(shè)值合適結(jié)論：校核合格3.8筒體法蘭計算3.8.1設(shè)計條件設(shè)計壓力 p=1 MPa 計算壓力 pc =1 MPa 設(shè)計溫度 t=200 C 軸向外載荷 F=0 N 外力矩 M=0 N.mm殼 體: 材料名稱 Q235-B(熱軋)許用應(yīng)力 =113 MPa法 蘭: 材料名稱 Q235-B(熱軋) 許用應(yīng)力 sf =113 MPa 螺 栓: 材料名稱 Q235-B(熱軋)許用應(yīng)力 sf =87MPa 螺栓規(guī)格 M16 數(shù)量 n=20個法蘭選用要求：在石油化工設(shè)備管道生產(chǎn)中，由于生產(chǎn)工藝的要求，或者制造，運輸，安裝，檢修方便。常可采用可拆的聯(lián)接機構(gòu)，常見的聯(lián)接機構(gòu)有法蘭聯(lián)接，螺栓聯(lián)接和插套聯(lián)接。由于法蘭聯(lián)接有較好的強度和緊密性，適用的尺寸范圍廣，在設(shè)備和管道中都能引用，所以法蘭連接最普遍。缺點：不能很快的裝配和拆卸，制造成本高。 查表2-18 PN=1.6MPa公稱直徑DN法蘭螺柱非金屬墊片700d規(guī)格數(shù)量8207807557457426225M1620544504墊片選用要求：墊片是螺栓法蘭連接的核心，密封效果的好壞主要取決于墊片的蜜蜂性能，設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的特性，壓力，溫度和壓緊面的形狀選擇墊片的結(jié)構(gòu)形式，材料和尺寸，同時兼顧價格，制造和更換是否方便等因素。基本要求是制作墊片的材料不污染工作介質(zhì)，耐腐蝕，具有良好的變形能力和回彈能力，以及在工作溫度下不易變質(zhì)硬化或軟化。墊片選用 查表4-1介質(zhì)法蘭公稱壓力MPa工作溫度密封面形式墊片油品，油氣，化工原料及產(chǎn)品形式材料凹凸面耐油墊橡膠石棉板3.8.2螺栓設(shè)計校核1）墊片預(yù)緊力：式中： 御緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力。N 墊片的有效密封寬度，mm 墊片壓緊力作用中心圓計算直徑,mm當(dāng) 時， 等于墊片接觸面的平均直徑當(dāng)時 ，等于墊片接觸面的外徑減去2b 墊片壓緊力,MPa由前知 N=20 則 則 操作狀態(tài)下：式中：Fp 操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力，N m 墊片系數(shù) Pc 計算壓力，MPa則2）螺栓載荷計算： 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷等于保證墊片初始密封的壓緊力。即式中： 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷N操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷由兩部分組成：介質(zhì)產(chǎn)生的軸向力和保持墊片密封所需的墊片壓緊力，即式中：操作狀態(tài)下需要的最小載荷，N3)螺栓設(shè)計校核通常螺栓與螺母采用不同的材料或同種材料但不同的熱處理條件，使其具有不同的硬度，螺栓材料應(yīng)比螺母材料硬度高30HB以上。預(yù)緊狀態(tài)下：按常溫計算，螺栓所需截面積為式中：常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力查 GB150-1998知，常溫下=87MPa則操作狀況下，按螺栓設(shè)計溫度計算螺栓所需截面積式中：設(shè)計溫度下螺栓材料的許用應(yīng)力查 GB150-1998知 設(shè)計溫度下=71MPa則需要的螺栓截面積取與的較大值。故取=6182.2mm2由 可確定螺栓直徑與個數(shù)式中： 螺紋根徑或螺栓最小截面直徑,mm N 螺栓個數(shù)選定螺栓個數(shù)n=20則 而前邊選用 M16 的螺栓，故螺栓強度足夠。4)螺栓間距校核確定螺栓個數(shù)不僅考慮螺栓法蘭的密封性，還要考慮安裝的方便。螺栓個數(shù)多，墊片受力均勻，密封效果好，但螺栓個數(shù)太多，螺栓間距變小，可能放不下扳手，引起裝拆困難，法蘭環(huán)上兩個螺栓孔中心距 應(yīng)在 的范圍，若螺栓間距太大，在螺栓孔之間將引起附加的法蘭彎距，且墊片受力不均導(dǎo)致密封性下降。為此，螺栓間距不超過下式所確定的數(shù)值。式中： 螺栓公稱直徑,mm 法蘭有效厚度,mm則 =220+=145.6mm知 3.5dB因此所選螺栓間距合適3.9后端筒體法蘭計算3.9.1設(shè)計條件設(shè)計壓力 p=1MPa 計算壓力 pc =1MPa 設(shè)計溫度 t=200 C 軸向外載荷 F=0 N 外力矩 M=0 N.mm殼 體: 材料名稱 Q235-B(熱軋)許用應(yīng)力 =113 MPa法 蘭: 材料名稱 Q235-B(熱軋)許用應(yīng)力 sf =113 MPa 螺 栓: 材料名稱 Q235-B(熱軋許用應(yīng)力 sf =87MPa 螺栓規(guī)格 M20 數(shù)量 n=28個法蘭選用要求：在石油化