Ⅱ型甲烷化換熱器的設計畢業(yè)設計說明書

1、摘 要 換熱器是化工生產過程中的重要設備，它能夠實現(xiàn)介質之間熱量交換。廣泛應 用于石油、化工、制藥、食品、輕工、機械等領域。u 型管式換熱器是換熱器的一 種，它只有一個管板，結構簡單，密封面少，且 u 形換熱管可自由伸縮，不會產生 溫差應力，因此可用于高溫高壓的場合。一般高壓、高溫、有腐蝕介質走管程，這 樣可以減少高壓空間，并能減少熱量損失，節(jié)約材料，降低成本。 甲烷化換熱器，是合成氨生產中的重要設備之一, 它能將 27的 h2n2混合氣升 溫至 274，同時將 339的 h2n2精制氣降溫至 90。甲烷化換熱器一般選用 u 型 管換熱器，它由一臺型甲烷化換熱器與一臺型甲烷化換熱器連接組成。其

2、中 型甲烷化換熱器將 27的 h2n2混合氣升溫至 150，同時將 215的 h2n2精制氣 降溫至 90；型甲烷化換熱器能將 150的 h2n2混合氣升溫至 274，同時將 339的 h2n2精制氣降溫至 215。 本次設計主要根據(jù) gb150鋼制壓力容器及 gb151管殼式換熱器對設備 的主要受壓元件進行了設計及強度計算，又結合 hg/t20615鋼制管法蘭 、jb/t 4712容器支座等其它壓力容器相關標準，對其它各部件進行設計，最終完成了 型甲烷化換熱器的設計。 關鍵詞：關鍵詞：換熱器；甲烷化換熱器 abstract heat exchanger is important in the

3、 process of chemical production equipment, which can be achieved between the heat exchange media. widely used in petroleum, chemical, pharmaceutical, food, light industry, machinery and other fields. u-tube heat exchanger is a heat exchanger, it has only one tube plate, simple structure, less sealin

4、g surface, and the u-shaped tubes are free to stretch, no thermal stress, it can be used for high temperature and pressure of the occasion . general high-pressure, high temperature, corrosive media, take control process, thus reducing the pressure of space, and can reduce heat loss and saving materi

5、als and reduce costs. methanation heat exchanger, ammonia production is one of the important equipment, it will be 27 of h2n2 mixture heated to 274 , 339 while the h2n2 refined gas cooled to 90 . methanation heat exchanger is generally used in u-tube heat exchanger, which consists of type and type m

6、ethanation methanation heat exchanger connected to form a methanation type. heat exchanger type methanation of h2n2 to 27 heating the mixture to 150 , 215 while the h2n2 refined gas cooled to 90 ; -type heat exchanger can methanation 150 , heating the mixture to the h2n2 274 , 339 while the h2n2 ref

7、ined gas cooled to 215 . this design mainly based on gb150 steel pressure vesselsand gb151 shell and tube heat exchangers, the main pressure parts of the equipment was designed and strength calculation, but also with hg/t20615 steel pipe flange, jb / t 4712 containers bearing pressure vessels and ot

8、her relevant standards, the design of other components, he finally completed the methanation type heat exchanger design. keywords: heat exchanger;methanation heat exchanger 目 錄 圖表清單圖表清單.1 符號說明符號說明.3 引言引言.8 第一章第一章 換熱器件簡介換熱器件簡介.9 1.1 u 型管換熱器簡介.9 1.2 甲烷化換熱器簡介.9 1.2.1.型甲烷化換熱器的作用.9 1.2.2 甲烷化換熱器工作原理.10 第二

9、章第二章 設計方案的確定設計方案的確定.11 2.1 設計參數(shù)的確定.11 2.2 換熱器主要零部件結構形式的確定.12 第三章第三章 強度計算強度計算.13 3.1 圓筒的設計.13 3.2 封頭設計.13 3.2.1 下封頭設計.13 3.2.2 管箱封頭設計.14 3.3 管箱圓筒短節(jié)設計.15 3.4 壓力試驗.15 3.4.1 壓力試驗條件確定.15 3.4.2 水壓試驗時強度校核.15 3.5 換熱管設計.16 3.5.1 換熱管選取.16 3.5.2 布管形式.16 3.5.3 布管限定圓.17 3.5.4 u 形管長度選取.18 3.5.5 換熱管與管板的連接.18 3.6 管

10、板設計.19 第四章第四章 換熱器其他各部件設計換熱器其他各部件設計.23 4.1 進出口接管設計.23 4.1.1 精制氣入口接管.23 4.1.2 精制氣出口接管.25 4.1.3 混合氣入口接管.26 4.1.4 混合氣出口接管.26 4.1.5 管板排氣口接管設計.27 4.1.6 加強管設計.28 4.2 接管開孔補強的設計計算.28 4.2.1 精制氣進口處補強設計.28 4.2.2 精制氣出口處補強設計.31 4.2.3 混合氣入口處補強設計.33 4.2.4 混合氣出口處補強設計.36 4.2.5 上排氣口處補強設計.38 4.2.6 下排凈口處補強設計.40 4.3 管法蘭設

11、計.42 4.4 折流板、支撐板設計.48 4.5 防沖板設計.49 4.6 分程隔板.49 4.7 縱向隔板設計.49 4.8 接管最小位置.50 4.8.1 殼程接管最小位置.50 4.8.2 管箱上接管最小位置.50 4.9 管箱的最小內測深度.51 4.10 管箱筒節(jié)長度確定.51 4.11 拉桿定距管.51 4.12 支座選取.51 參考文獻參考文獻.60 謝謝 辭辭.61 1 圖表清單 類別標號名稱 圖 3-1標準橢圓形封頭 圖 3-2換熱管布管圖 圖 3-3換熱管與管板的連接 圖 4-1凹凸面法蘭的密封面 圖 4-2帶頸對焊鋼制管法蘭 圖 4-3鋼制管法蘭蓋 圖 4-4墊片尺寸

12、圖 4-5分程隔板連接面 圖 4-6接管位置 圖 4-7偏心載荷簡化圖 圖 4-8設備質心計算簡化圖 圖 4-9支座 圖 4-10耳式支座安裝尺寸 插 圖 圖 4-11載荷近似計算簡圖 表 2-1鋼板許用應力 表 2-2鋼管許用應力 表 2-3鍛件許用應力 表 3-1eha 橢圓形封頭型式參數(shù) 表 3-2eha 橢圓形封頭質量 表 3-3低鉻鉬鋼彈性模量 表 4-1鋼管類別及剛號 表 4-2dn350 接管尺寸 表 4-3dn500 接管尺寸 表 4-4長半徑異徑彎頭 表 4-5dn300 接管尺寸 插 表 表 4-6dn50024 補強圈尺寸 2 表 4-7dn30024 補強圈尺寸 表 4

13、-8dn30022 補強圈尺寸 表 4-9dn35020 補強圈尺寸 表 4-10鋼制管法蘭用材料 表 4-11材料組別為 1.17 最大允許工作壓力 表 4-12法蘭密封面型式 表 4-13凹凸面法蘭的密封面尺寸 表 4-14class300 帶頸對焊鋼制管法蘭尺寸 .表 4-15class300 鋼制管法蘭蓋尺寸 表 4-16class300 法蘭的近似質量 表 4-17墊片型式選用表 表 4-18墊片選用表 表 4-19墊片的使用溫度范圍 表 4-20墊片尺寸 表 4-21螺栓/螺母的選用 表 4-22螺柱長度和質量 表 4-23緊固件用平墊圈尺寸 表 4-24支座參數(shù) 表 4-25支座

14、處殼體的允許彎矩 l m 130 a mp 插 表 表 4-26支座處殼體的允許彎矩 l m 150 a mp 3 符號說明 一根換熱管管壁金屬的截面積，； a 2 mm 在布管區(qū)范圍內，因設置隔板槽和拉桿結構的需要，而未能被換熱管支撐的 d a 面積，；例如雙管程管板，對于三角形排列： 2 mm (0.866 ) dn an s ss 管板布管區(qū)面積，； t a 2 mm 三角形排列 2 1.732 td ansa 開孔削弱所需要的補強截面積，； a 2 mm 補強有效寬度，； b mm 鋼板負偏差，； 1 cmm 腐蝕裕量，； 2 cmm 厚度附加量，； c mm 系數(shù)，按查參考文獻4(g

15、b151-1999)圖 19； c c 1/ ft k 和 系數(shù)，按查參考文獻4(gb151-1999)圖 20； e c 1/ ft k 和 系數(shù)，按查參考文獻4(gb151-1999)圖 21； m c 1/ ft k 和 開孔直徑，圓形孔取接管內直徑加兩倍厚度附加量，橢圓形或長圓形孔取所 d 考慮平面上的尺寸（弦長，包括厚度附加量)，；mm 管板開孔前的抗彎剛度，d n mm 3 2 12(1) p e d 容器外徑； 0 d 4 殼程圓筒和管箱圓筒內直徑，； i d mm 管板布管區(qū)當量直徑，； t d mm 4/ tt da 換熱管外徑，； d mm 下述對于 b 型連接方式，指管箱

16、圓筒材料的彈性模量，； h e a mp 管板材料的彈性模量，； p e a mp 下述對于 b 型連接方式，指殼程圓筒材料的彈性模量，； s e a mp 風壓高度變化系數(shù)，按設備質心高度取 i f 對于 b 類地面粗糙度 設備質心所在高度，m101520 風壓高度變化系數(shù) i f 1.001.141.25 強度削弱系數(shù)，等于設計溫度下接管材料與殼體材料許用應力之比值，當該 r f 比值大于 1.0 時，??；1 r f 重力加速度，??； g 2 9.8/gm s 偏心載荷，n； e g 容器總高度，mm； 0 h 水平力作用點至底板高度，mm； h 接管外側有效補強高度，； 1 h mm 接

17、管內側有效補強高度，； 2 h mm 不均勻系數(shù)，安裝 3 個支座時，k=1；安裝 3 個以上支座時，取 k=0.83； k 管板邊緣旋轉剛度參數(shù)，； f k a mp fff kkk 5 殼程圓筒與法蘭的旋轉剛度參數(shù)，； f k a mp 3 22 1 12 fff fs ifi e b ke dbd 管箱圓筒與法蘭（或凸緣）的旋轉剛度參數(shù)，； f k a mp 3 22 1 12 fff fh ifi e b ke dbd 旋轉剛度無量綱參數(shù)； f k 2 8 it ff d d kk d 質心距容器底端距離； l 換熱管與管板脹接長度或焊腳高度，按參考文獻4(gb151-1999)5.8

18、.2.3 或 l 5.8.3.2 規(guī)定，；mm 設備總質量，kg； 0 m 沿隔板槽一側的排管根數(shù)。 n u 形管根數(shù)，管板開孔數(shù)為; n 2n 計算壓力，； c p a mp 水平風載荷， w p 6 000 1.210 wi pf q d h 水平力，取的大值，n。 p 0.25 wew ppp和 水平地震力，n； e p 0e pam g 管板設計壓力，； d p a mp 殼程設計壓力，； s p a mp 管程設計壓力，； t p a mp 支座實際承受的載荷，kn； q 換熱管與管板連接的力，； q a mp 6 許用拉脫力，按參考文獻4(gb151-1999)5.7.5 規(guī)定，；

19、 q a mp 10m 高度處的基本風壓，此處按呼和浩特市區(qū)； 0 q 2 /n mm 2 0 500/qn mm 半徑，； r mm 對于 a 型連接方式，；/2 g rd 對于其他連接方式，/2 i rd 換熱管中心距，；smm 換熱管中心距，；s mm 隔板槽兩側相鄰管中心距，； n s mm 管板強度削弱系數(shù)，一般可??；0.4 管板材料泊松比，??； 0.3 布管區(qū)當量直徑與直徑之比； t t d2r 應力，； a mp 壓力作用下，分別為管板中心處，布管區(qū)周邊處，邊緣處的徑向應力， 0, t r rr r ； a mp 換熱管軸向應力，； t a mp 設計溫度下，管板材料的許用應力，

20、； t r a mp 設計溫度下，換熱管材料的許用應力，； t t a mp 設計溫度下殼體材料的許用應力，； t a mp 設計溫度下接管材料的許用應力，； t n a mp 系數(shù)，查參考文獻4(gb151-1999)圖 26； / sifi dd按和 系數(shù)，查參考文獻4(gb151-1999)圖 26； / hifi dd按和 焊接接頭系數(shù)。 7 偏心距，mm； e s 計算厚度，；mm 管箱圓筒厚度，； h mm 殼程圓筒厚度，； s mm 殼體開孔處的有效厚度，； e , en c mm 有效厚度，； et , etnt cmm 名義厚度，； n mm 接管名義厚度，； nt mm 接

21、管計算厚度，； t mm 換熱管壁厚，； t mm 8 引言 畢業(yè)設計是我們在校期間的一次重要教學環(huán)節(jié)，通過畢業(yè)設計可以讓我們對大 學四年所學的知識有更深的理解。過程裝備與控制工程涵蓋石油、化工、食品、制 藥、機械、輕工等多個領域。它的發(fā)展將直接促進國民經濟的發(fā)展。 工業(yè)生產中，利用一些設備，來進行熱量交換，這類設備統(tǒng)稱為換熱器。換熱 器是化工、制藥、石油、動力、食品等許多工業(yè)部門的通用設備，在生產中占有重 要的地位。換熱器的應用廣泛，日常生活中供暖系統(tǒng)、發(fā)動機的泠卻系統(tǒng)和動力裝 置的冷凝系統(tǒng)都用到換熱器。換熱器的較多，按其結構分類主要分為管式換熱器和 板式換熱器兩種。 由于經濟、科技的不斷發(fā)

22、展，節(jié)能減排被人們重視。換熱器的研究設計也就變 得越來越重要。隨著裝置的大型化，對換熱面積的需求也變大。但設備的大型化將 會使成本大大增加，因此緊湊型的換熱器就比較受歡迎；同時提高傳熱系數(shù)也是換 熱器研究的一個重要方向。換熱器的研究發(fā)展對其他領域的依賴也是比較大的，傳 熱理論研究的不斷完善，制造技術的發(fā)展，材料科學技術的不斷進步，都將促進換 熱器的發(fā)展。 本次設計的甲烷化換熱器采用 u 型管式換熱器，屬于管式換熱器。甲烷化換熱 器在高溫高壓下氫被金屬吸附，分解為原子氫溶解在金屬晶體中，并向晶體內部擴 散，與鋼中碳化物發(fā)生反應生成甲烷。因此在設計選材時應考慮抗氫腐蝕。 換熱器是化工、石油中的重要

23、熱工設備, 對換熱器進行科學的計算,合理的結構 設計, 是換熱器性能及安全的重要保證。在保證安全的前提下，應盡可能降低成本， 換熱器的結構設計就變得尤為重要, 因此在換熱器的設計中, 只有經過對換熱器結 構參數(shù)的不斷調整, 反復計算, 才能使換熱器的性能更高, 設計更加合理。 9 第一章 換熱器件簡介 工業(yè)生產中，利用一些設備，來進行熱量交換，這類設備統(tǒng)稱為換熱器。換熱 器化工生產必不可少的單元設備，廣泛的應用于化工、石油、輕工、機械、冶金、 動力、制藥等領域。據(jù)統(tǒng)計，在現(xiàn)代石油化工企業(yè)中，換熱器投資約占裝置建設總 投資的 30%；在合成氨廠中，換熱器約占全部設備總臺數(shù)的 40%。由此可見，換

24、熱 器對整個企業(yè)的建設投資及經濟效益有著著重的影響。 1.1 u 型管換熱器簡介 u 型管換熱器是一種典型的管殼式換熱器，其管子彎成 u 形，管子的兩端固定 在同一管板上，因此每根管子可以自由伸縮，殼體和管壁不受溫差限制，不會產生 溫差應力，且換熱管流程較長，流速較高，管側傳熱性能好，承壓能力強。u 型管 換熱器僅有一塊管板，所以結構簡單，造價比其他換熱器便宜。u 型管換熱器可用 于高溫、高壓、有腐蝕性工況。一般高溫、高壓、有腐蝕性介質走管內，這樣可以 減少高壓空間，降低成本。 1.2 甲烷化換熱器簡介 甲烷化換熱器在高溫高壓下氫被金屬吸附，分解為原子氫溶解在金屬晶體中， 并向晶體內部擴散，與

25、鋼中碳化物發(fā)生反應生成甲烷。 1.2.1.型甲烷化換熱器的作用 型甲烷化換熱器采用 u 型管式換熱器，是合成氨生產中的重要設備之一,它能 將 150的混合氣升溫至 274，同時將 339的精制氣降溫至 215。u 型管式換 熱器的特點是結構簡單，重量輕，適用于高溫高壓的場合。 10 1.2.2 甲烷化換熱器工作原理 150的 75混合氣體由混合氣體入口進入殼程，339的 75 22 hn、 精制氣由精制氣入口進入管程，由于管道內精制氣和殼程的混合氣體存在溫 22 hn、 度差，會形成熱交換，高溫物體的熱量向低溫物體傳遞，這樣就把管道里精制氣的 熱量交換給了殼程的混合氣體，將 150的混合氣升溫

26、至 274，同時將 339的精 制氣降溫至 215。 11 第二章 設計方案的確定 2.1 設計參數(shù)的確定 管程、殼程的工作壓力均為 3.2。 a mp 設計壓力 取設計壓力為 3.5。1.1(11.1) 3.23.23.52 wa ppmp a mp 計算壓力 3.5 ca ppmp 混合氣出口溫度 274，取殼程設計溫度為 300。 22 h n 精制氣進口溫度 339，取管程設計溫度為 350。 22 h n 依據(jù)介質溫度、壓力以及含氫、氮特點，在選材、加工制造方面，首先考慮抗 氫腐蝕。是中溫抗氫鋼板，常用于設計溫度不超高 550的壓力容器。筒15 ro c m r 體、管箱、封頭材料選

27、擇。換熱管、進出口接管材料選擇，管板材15 ro c m r15 ro c m 料選擇鍛件。15 ro c m 由參考文獻1(gb150-1998)表 4-1，表 4-3，表 4-5 查鋼板、鋼管、鍛件許用應 力如下。 表 2-1 鋼板許用應力 常溫強度指標 在下列溫度（） 下許用應力， a mp 鋼號 鋼板標 準 使用狀 態(tài) 厚度 mm b a mp s a mp 20300350 15 ro c m r gb 6654 正火加 回火 660450295150131125 12 表 2-2 鋼管許用應力 常溫強度指標 在下列溫度（） 下許用應力， a mp 鋼號 鋼管標 準 厚度 mm b

28、a mp s a mp 300350 15 ro c m gb 99481644023510195 表 2-3 鍛件許用應力 常溫強度指標 在下列溫度（） 下許用應力， a mp 鋼號 鍛件標 準 厚度 mm b a mp s a mp 300350 15 ro c m jb 4726300440275123116 由1(gb150-1998)10.8.2.1 規(guī)定，容器及受壓元件當鋼材為厚度的16 s mm 時，對其 a 類和 b 類焊接接頭，進行百分之百射線或超聲檢測。焊接接頭15 ro c m r 系數(shù)按1(gb150-1998)3.7 雙面焊對接接頭和相當于雙面焊的全焊透對接接頭 10

29、0% 無損檢測 。1.00 2.2 換熱器主要零部件結構形式的確定 由于氫氣易燃易爆，不允許有泄漏，且管程、殼程走的均為氣體，不易結垢， 換熱管不需經常清洗，所以管板與筒體及管箱宜采用焊接。 管程工作溫度 339，換熱管與管板不宜采用脹接形式，所以采用焊接形式。 13 第三章 強度計算 3.1 圓筒的設計 0.4 0.4 131 1.0052.4 t ca pmp 3.5 1200 16.25 2 2 131 1.003.5 ci t c pd mm p 取腐蝕裕量，鋼板負偏差 2 2cmm 1 0.3cmm 12 0.322.3cccmm 設計厚度 2 16.25218.25 d cmm 鋼

30、板負偏差取名義厚度 1 0.3cmm20 n mm 有效厚度202.317.7 en cmm 3.2 封頭設計 橢圓形封頭由兩個半橢球面和短圓筒組成，由于封頭的橢球部分經線曲率變化 連續(xù)平滑，故應力分布較平均，且橢圓形封頭易于沖壓成型，是中低壓容器應用較 多的封頭，故此設備選擇標準橢圓形封頭。 3.2.1 下封頭設計 3.5 1200 16.14 2 0.52 131 1.000.5 3.5 ci t c pd mm p 設計厚度 2 16.14218.14 d cmm 鋼板負偏差取名義厚度 1 0.3cmm20 n mm 有效厚度202.317.7 en cmm 14 封頭最小成形厚度 取

31、mind min 18.2mm 由參考文獻2(gb/t25198-2010)選取 eha 橢圓形封頭 圖 3-1 標準橢圓形封頭 由參考文獻2(gb/t25198-2010)附錄 c 表 c.1 查 eha 橢圓形封頭型式參數(shù)如 下表 表 3-1 eha 橢圓形封頭型式參數(shù) 公稱直徑 dn/mm總深度 h/mm 內表面積 2 /a m 容積 3 /v m 12003251.65520.2545 由參考文獻2(gb/t25198-2010)表 c.2 查 eha 橢圓形封頭質量 表 3-2 eha 橢圓形封頭質量 （kg） 封頭名義厚度/ n mm公稱直徑 dn/mm 20 1200261.8

32、封頭標記： eha 1200 20 18.215/25198 ro c m r gb t 3.2.2 管箱封頭設計 3.5 ca pmp 350時15 ro c m r 125 t a mp 3.5 1200 16.92 2 0.52 125 1.000.5 3.5 ci t c pd mm p 設計厚度 2 16.92218.92 d cmm 15 鋼板負偏差取名義厚度 1 0.3cmm20 n mm 有效厚度202.317.7 en cmm 封頭最小成形厚度 取 mind min 19mm 封頭參數(shù)見表 3-1 及表 3-2 封頭標記： eha 1200 20 1915/25198 ro

33、c m r gb t 3.3 管箱圓筒短節(jié)設計 ，設計溫度為 350。3.5 ca pmp 350時15 ro c m r 125 t a mp 3.5 1200 17.04 2 2 125 1.003.5 ci t c pd mm p 設計厚度 2 17.04219.04 d cmm 鋼板負偏差取名義厚度 1 0.3cmm20 n mm 有效厚度202.317.7 en cmm 3.4 壓力試驗 3.4.1 壓力試驗條件確定 進行液壓試驗，介質選水，水壓試驗溫度 20。 試驗壓力的確定 1.25 t t pp 3.4.2 水壓試驗時強度校核 （1）筒體強度校核 16 150 1.25 3.5

34、5.0 131 ta pmp ()5 (1200 17.7) 171.99 22 17.7 tie ta e p d mp 0.90.9 1.00 295265.5 sa mp 滿足水壓試驗強度要求0.9 ts （2）管箱短節(jié)強度校核 150 1.25 3.55.3 125 ta pmp ()5.3 (1200 17.7) 182.31 22 17.7 tie ta e p d mp 0.90.9 1.00 295265.5 sa mp 滿足水壓試驗強度要求0.9 ts （3）封頭強度校核 150 1.25 3.55.3 125 ta pmp (0.5)5.3 (12000.5 17.7) 1

35、80.99 22 17.7 tie ta e p d mp 0.90.9 1.00 295265.5 sa mp 滿足水壓試驗強度要求0.9 ts 3.5 換熱管設計 3.5.1 換熱管選取 由參考文獻3(gb9948-2006) 選取 低合金鋼管。252.5mmmm15 ro c m 3.5.2 布管形式 采用正三角形排列 17 由參考文獻4(gb151-1999)表 12 換熱管中心距 s 取。32mm 圖 3-2 換熱管布管圖 3.5.3 布管限定圓 由參考文獻4(gb151-1999)表 13 布管限定圓直徑 3 2 li ddb u 形管換熱器管束最外層換熱管外表面至殼體內壁的最短距

36、離， 3 b ，一般不小于。 3 0.25bd8mm 12002 81184 l dmm 換熱管最小彎曲半徑由參考文獻4(gb151-1999)表 11 取。 min r50mm 18 考慮布置防沖板及縱向隔板的密封，可布 511 個 u 形管，由參考文獻4 (gb151-1999)表 43、表 44，選拉桿直徑，拉桿數(shù) 12 根，u 形管數(shù)為 505 根。12mm 3.5.4 u 形管長度選取 換熱管最小有效長度 min 3 346 4.364 22 505 3.14 25 10 s lm n d 考慮管板厚度，取 u 形管直邊段長。 4600mm 3.5.5 換熱管與管板的連接 圖 3-3

37、 換熱管與管板的連接 由參考文獻4(gb151-1999) 5.8 采用焊接型式，結構型式及尺寸按圖 34 和表 33 的規(guī)定選圖 c 的工況 19 取 1 2lmm 2 3lmm 3 2lmm 3.6 管板設計 根據(jù)參考文獻4(gb151-1999)進行管板計算。 由參考文獻4(gb151-1999) 圖 18 管板與殼體、管箱的連接方式選 b 型。 由參考文獻4(gb151-1999) 5.7.1.3b 型連接方式管板的計算。 （1）根據(jù)布管尺寸計算, dttt aa d和 (0.866 ) dn an s ss 35n 32smm 100 n smm 505n 2 35 32 1000.

38、866 3280962.6 d amm 222 1.7321.732 505 3280962.6976614 td ansamm 4/4 976614/3.141115.4 tt damm 對于 b 型連接方式，/21200/2600 i rdmm 1115.4 0.93 22 600 t t d r （2）假設管板計算厚度140mm （3）計算管板抗彎剛度 d 和各項旋轉剛度參數(shù)；, ffff kkkk 對于 b 型連接方式：；0,0,0; fffshff bkk以、計算和 20 s mm20 h mm 查57-1 常用金屬材料的物理性能 表 3-3 低鉻鉬鋼彈性模量 下列溫度()下的彈性模

39、量/ 3 10 a mp 材料 300350 低鉻鉬鋼（至） 3ro c m190186 5 1.90 10 sa emp 20 20 0.0167 1200 s i d 0 0 1200 f i d 查參考文獻4(gb151-1999)圖 26 0.00063 3 5 22 11 00.00063 1.9 109.975 1212 fff fsa ifi e b kemp dbd 5 1.86 10 ha emp 20 0.0167 1200 h i d 0 0 1200 f i d 查參考文獻4(gb151-1999)圖 26 0.00063 3 5 22 11 00.00063 1.86

40、 109.765 1212 fff fha ifi e b kemp dbd 9.9759.76519.74 fffa kkkmp 假設管板計算厚度 140mm 5 1.86 10 pa emp 0.3 3 53 10 2 2 1.86 10140 4.67 10 12(1)12 1 0.3 p e dn mm 23 10 12001115.4 19.740.085 88 4.67 10 it ff d d kk d 11 1.08 0.93 t （4）由圖 19，圖 20 和圖 21 按和分別查取。 f k 1 t , cem c c c 0.27,0.005,0.018 cem ccc （

41、5）確定管板設計壓力 3.5 dsta pppmp （6）計算徑向應力 0.4 21 1.51.5 116174 t a r mp 22 0 0.271200 3.5173.6 0.4140 ci r rda cd pmp 0 1.5 t r r r 22 0.0051200 3.53.2 0.4140 t ei r r rda cd pmp 1.5 t t r r r r 22 331200 0.018 3.56.94 22140 i r r rmda d c pmp 1.5 t r r r r （7）換熱管軸向應力 2 4 tstt d ppp a 換熱管尺寸為 252.5mmmm 25d

42、mm 222 1 2520176.6 4 amm 只有殼程設計壓力，管程設計壓力。 s p0 t p 2 3.14 25 3.5009.7 4 176.6 ta mp 350 換熱管許用應力15 ro c m 95 t a t mp t t t 只有管程設計壓力，殼程設計壓力。 t p0 s p 2 3.14 25 03.53.56.2 4 176.6 ta mp t t t 22 殼程設計壓力和管程設計壓力同時作用。 s p t p 0 t t t t 換熱管滿足要求 （8）換熱管與管板連接的拉脫應力 ta q dl 由 3.6.5 4lmm 9.7 176.6 5.46 3.14 25 4

43、 a qmp 由參考文獻4(gb151-1999) 5.7.5 規(guī)定 0.50.5 9547.5 t a t qmp 滿足要求 qq （9）管板的厚度 管板厚度不小于下列三者之和： 管板的計算厚度或參考文獻4(gb151-1999) 5.6.2 規(guī)定最小厚度，取大者。 管板的計算厚度，參考文獻4(gb151-1999) 5.6.2 規(guī)定最小厚度。 140mm25mm 取140mm 殼程腐蝕裕量或結構開槽深度，取大者。 殼程腐蝕裕量，結構開槽深度 0。 2mm 取2mm 管程腐蝕裕量或分程隔板槽深度，取大者。 管程腐蝕裕量，分程隔板槽深度 2mm8mm 取管板名義厚度 14082150mm 16

44、0mm 23 第四章 換熱器其他各部件設計 4.1 進出口接管設計 根據(jù)參考文獻6(hg20553-93)選接管。 表 4-1 鋼管類別及剛號 鋼管類別標準號鋼號使用溫度，備注 合金鋼管gb 9948 15 ro c m 上限 550 相當 12 335astm ap 焊接采用全焊透，局部無損檢測。 焊接接頭系數(shù)按參考文獻1(gb150-1988) 3.7 雙面焊對接接頭和相當于雙面焊 的全焊透對接接頭局部無損檢測 。0.85 3.5 ca pmp 2 2cmm 1 0.3cmm 12 0.322.3cccmm 4.1.1 精制氣入口接管 取設計溫度與管箱相同 350。 （1）dn350 接管

45、選取 選取參考文獻6(hg20553-93)系列接管。 a 表 4-2 dn350 接管尺寸 壁厚和理論重量公稱直徑 dn40sch ab 外徑 mm mm/kg m 35014355.611.093.48 11.0 nt mm355.6 o dmm 2355.62 11333.6 iont ddmm 24 11 2.38.7 etnt cmm 對接管進行強度校核 iet et () 2 t c pd 3.5333.68.7 68.85 2 8.7 a mp 95 0.8580.75 t a mp 滿足強度要求 t （2）dn500 接管選取 精制氣進口接管與管箱連接處選用公稱直徑的接管充當人

46、孔500mm 選取參考文獻6(hg20553-93)系列接管 a 表 4-3 dn500 接管尺寸 壁厚和理論重量公稱直徑 dn40sch ab 外徑 mm mm/kg m 5002050816.0194.12 16.0 nt mm508 o dmm 25082 16.0476 iont ddmm 162.313.7 etnt cmm 對接管進行強度校核 iet et () 2 t c pd 3.5476 13.7 62.55 2 13.7 a mp 95 0.8580.75 t a mp 滿足強度要求 t （3）異徑彎頭選取 按參考文獻7(gb/t12459-2005) 選取彎管為長半徑異徑

47、彎頭 90e（l）r 25 表 4-4 長半徑異徑彎頭 單位：毫米 坡口處外徑 大端d 大端 1 d 公稱尺寸 dn 系列系列 中心至端面 a 500 350508355.6762 500 35040 1590/ 12459 ro dnschc me l r gb t 4.1.2 精制氣出口接管 取設計溫度與管箱相同 350 選取參考文獻6(hg20553-93)系列接管 a 表 4-5 dn300 接管尺寸 壁厚和理論重量公稱直徑 dn40sch ab 外徑 mm mm/kg m 30012323.910.077.41 10.0 nt mm323.9 o dmm 2323.92 10.030

48、3.9 iont ddmm 10.02.37.7 etnt cmm 對接管進行強度校核 iet et () 2 t c pd 26 3.5303.97.7 70.82 2 7.7 a mp 95 0.8580.75 t a mp 滿足強度要求 t 4.1.3 混合氣入口接管 取設計溫度與筒體設計溫度相同 300。 選取參考文獻6(hg20553-93)系列接管尺寸同表 4-5 a 10.0 nt mm323.9 o dmm 2323.92 10.0303.9 iont ddmm 10.02.37.7 etnt cmm 對接管進行強度校核 iet et () 2 t c pd 3.5303.97

49、.7 70.82 2 7.7 a mp 101 0.8585.85 t a mp 滿足強度要求 t 4.1.4 混合氣出口接管 取設計溫度與筒體設計溫度相同 300。 選取參考文獻6(hg20553-93)系列接管尺寸同表 4-2 a 11.0 nt mm355.6 o dmm 2355.62 11333.6 iont ddmm 11 2.38.7 etnt cmm 對接管進行強度校核 27 iet et () 2 t c pd 3.5333.68.7 68.85 2 8.7 a mp 101 0.8585.85 t a mp 滿足強度要求 t 4.1.5 管板排氣口接管設計 取設計溫度與管板

50、設計溫度相同 350。 選取參考文獻6(hg20553-93)系列接管 a 表 4-6 dn20 接管尺寸 壁厚和理論重量公稱直徑 dn40sch ab 外徑 mm mm/kg m 20 3 4 26.92.91.72 2.9 nt mm26.9 o dmm 226.92 2.921.1 iont ddmm 2.92.30.6 etnt cmm 對接管進行強度校核 iet et () 2 t c pd 3.521.10.6 63.3 2 0.6 a mp 95 0.8580.75 t a mp 滿足強度要求 t 28 4.1.6 加強管設計 參照 hgt 21630-1990，選擇符合 jbt

51、4726-2000 的截面為圓形的條形鍛件，材 料選擇。15 ro c m 利用機加工，將棒料加工成加強管，具體尺寸見加強管零件圖。 4.2 接管開孔補強的設計計算 開孔補強按參考文獻1(gb150-1998)進行設計計算。 4.2.1 精制氣進口處補強設計 1）基本參數(shù) 16.0 nt mm508 o dmm 25082 16.0476 iont ddmm 162.313.7 etnt cmm 17.04mm 20 n mm 202.317.7 en cmm 2）補強計算方法判別 開孔直徑 24762 2.3480.6 i ddcmm 且 滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積 1

52、 2 i dd520dmm 法進行開孔補強計算。 3）開孔所需補強面積 95 0.76 125 t n rt f 所需補強面積 29 2 21 480.6 17.042 17.04 13.71 0.76 8301.5 etr adf mm 4）有效補強范圍 有效寬度 b 取下列兩式中大者 22 480.6961.2 22480.62 202 16552.6 nnt bdmm bdmm 故 961.2bmm 外側有效高度取下列兩式中小者 1 480.6 1687.69 nt hdmm 1 hmm接管實際外伸高度 故 1 87.69hmm 內側有效高度取下列兩式中小者 2 480.6 1687.6

53、9 nt hdmm 2 h 接管實際內伸高度 故 2 0h 5）有效補強面積 管箱多余金屬面積 1 2 21 961.2480.6 17.7 17.042 13.717.7 17.04 1 0.76 312.86 eeter abdf mm 接管多余金屬面積 接管計算厚度 3.5 476 10.54 2 95 0.853.5 2 ci tt c n pd mm p 2122 2 22 2 87.6913.7 10.540.760 421.19 ettretr ahfhcf mm 30 接管區(qū)焊縫面積 焊腳取6.0mm 2 3 1 26.0 6.036.0 2 amm 有效補強面積 123 2

54、312.86421.1936770.05 e aaaa mm 所需另行補強面積 4123 2 8301.5770.057531.45 aaaaa mm 6）補強圈設計 根據(jù)選補強圈，參照參考文獻8(jb/t4736-2002)選取補強圈 500dn 選擇圖 1 e 型補強圈 材料選擇15 ro c m e 型適用于殼體為內坡口的全焊透結構 強圈內徑 10 355084512ddmm 補強圈外徑，補強圈在有效補強范圍內。 2 840dmmb 補強圈厚度 取補強圈厚度 4 21 7531.45 22.96 840512 a mm dd 24mm 表 4-6 dn50024 補強圈尺寸 厚度, c

55、mm 接管公稱直徑 dn d 外徑 2 d 內徑 1 d 24 尺寸，mm質量，kg 50084051262.2 標記：500 2415/4736 nro dec mjb t 4.2.2 精制氣出口處補強設計 1）基本參數(shù) 31 10.0 nt mm323.9 o dmm 2323.92 10.0303.9 iont ddmm 10.02.37.7 etnt cmm 17.04mm 20 n mm 202.317.7 en cmm 2）補強計算方法判別 開孔直徑2303.92 2.3308.5 i ddcmm 且 滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積 1 2 i dd520dmm

56、法進行開孔補強計算。 3）開孔所需補強面積 95 0.76 125 t n rt f 所需補強面積 2 21 308.5 17.042 17.04 7.71 0.76 5319.82 etr adf mm 4）有效補強范圍 有效寬度 b 取下列兩式中大者 22 308.5617 22308.52 202 10368.5 nnt bdmm bdmm 故 617bmm 外側有效高度取下列兩式中小者 1 308.5 1055.54 nt hdmm 1 hmm接管實際外伸高度 故 1 55.54hmm 內側有效高度取下列兩式中小者 32 2 308.5 1055.54 nt hdmm 2 h 接管實際

57、內伸高度 故 2 0h 5）有效補強面積 管箱多余金屬面積 1 2 21 617308.5 17.7 17.042 7.717.7 17.04 1 0.76 201.17 eeter abdf mm 接管多余金屬面積 接管計算厚度 3.5 303.9 6.73 2 95 0.853.5 2 ci tt c n pd mm p 2122 2 22 2 55.547.76.730.760 81.89 ettretr ahfhcf mm 接管區(qū)焊縫面積 焊腳取6.0mm 2 3 1 26.0 6.036.0 2 amm 有效補強面積 123 2 201.1781.8936319.06 e aaaa

58、mm 所需另行補強面積 4123 2 5319.82319.065000.76 aaaaa mm 6）補強圈設計 根據(jù)選補強圈，參照參考文獻8(jb/t4736-2002)選取補強圈 300dn 選擇圖 1 e 型補強圈 材料選擇15 ro c m e 型適用于殼體為內坡口的全焊透結構 33 強圈內徑 10 35323.94.1328ddmm 補強圈外徑，補強圈在有效補強范圍內。 2 550dmmb 補強圈厚度 取補強圈厚度 4 21 5000.76 22.53 550328 a mm dd 24mm 表 4-7 dn30024 補強圈尺寸 厚度 , c mm 接管公稱直徑 dn d 外徑 2

59、 d 內徑 1 d 24 尺寸，mm 質量，kg 30055032828.7 標記：300 2415/4736 nro dec mjb t 4.2.3 混合氣入口處補強設計 1）基本參數(shù) 10.0 nt mm323.9 o dmm 2323.92 10.0303.9 iont ddmm 10.02.37.7 etnt cmm 16.25mm 20 n mm 202.317.7 en cmm 2）補強計算方法判別 開孔直徑2303.92 2.3308.5 i ddcmm 且 滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積 1 2 i dd520dmm 法進行開孔補強計算。 3）開孔所需補強面積

60、 34 101 0.77 131 t n rt f 所需補強面積 2 21 308.5 16.252 16.25 7.71 0.77 5070.68 etr adf mm 4）有效補強范圍 有效寬度 b 取下列兩式中大者 22 308.5617 22308.52 202 10368.5 nnt bdmm bdmm 故 617bmm 外側有效高度取下列兩式中小者 1 308.5 1055.54 nt hdmm 1 hmm接管實際外伸高度 故 1 55.54hmm 內側有效高度取下列兩式中小者 2 308.5 1055.54 nt hdmm 2 h 接管實際內伸高度 故 2 0h 5）有效補強面積