畢業(yè)設(shè)計(jì)論文1500TD合成氨工藝耐硫變換工段第一換換熱器設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：1500t/d合成氨工藝耐硫變換工段第一變換換熱器畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）：畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要目的是培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立進(jìn)行過程設(shè)備設(shè)計(jì)、控制方案制定及和制造中技術(shù)問題處理的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要求學(xué)生完成以下任務(wù)：1 了解合成氨生產(chǎn)工藝，掌握耐硫變換、轉(zhuǎn)化/變換或煤氣水分離工段的工藝流程及控制方法。2 使用國家最新壓力容器和換熱器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。掌握最新化工容器及設(shè)計(jì)的全過程。3 查閱翻譯綜合分析各種文獻(xiàn)資料，進(jìn)行設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)方案的可行性研究和論證。4 設(shè)計(jì)計(jì)算以手算、電算相結(jié)合，要求設(shè)計(jì)思路新穎、計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠、且正確掌握計(jì)算機(jī)操作

2、和專業(yè)軟件使用。5 采用CAD繪制所設(shè)計(jì)的工程圖紙。6 畢業(yè)設(shè)計(jì)全部工作由設(shè)計(jì)者獨(dú)立完成。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)物 料溫度（進(jìn)口/出口）操作壓力(MPa)體積流量 (N/hr)粗煤氣147240變換煤氣184904畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容：具體內(nèi)容包括：1 合成氨生產(chǎn)工藝、耐硫變換、轉(zhuǎn)化/變換或煤氣水分離工段工藝流程及控制方法設(shè)計(jì)；2 評述所設(shè)計(jì)的換熱器在生產(chǎn)中的地位、作用及設(shè)備選型（附工藝流程圖）；3 單體設(shè)備工藝計(jì)算及初選設(shè)備輪廓尺寸（如：管徑、管長、管子數(shù)、管殼程數(shù)、殼徑等）；4 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；5 設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算；6 編制制造、檢驗(yàn)、安裝、運(yùn)輸?shù)燃夹g(shù)條件；7 繪制設(shè)備總裝配圖及零件圖；8 編制設(shè)計(jì)說明書

3、。學(xué)生應(yīng)交出的設(shè)計(jì)文件（論文）：1 設(shè)計(jì)說明書一份。2 合成氨生產(chǎn)工藝物料流程圖、耐硫變換、轉(zhuǎn)化/變換或煤氣水分離工段工藝物料流程圖各一張(A1)、總裝配圖一張(A1)、零部件圖不少于四張（折合 A1 圖紙）3 相關(guān)題目中文文獻(xiàn)綜述一篇，譯文一篇。主要參考文獻(xiàn)（資料）：1 天津大學(xué)化工原理教研室，化工原理上冊，天津科技出版社，1992年 2 國家技術(shù)監(jiān)督局，鋼制管殼式換熱器（GB151-99） 3 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院，化工工藝設(shè)計(jì)手冊（上、下冊），化學(xué)工業(yè)出版社，1987 4 國家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，壓力容器（GB150-2011）5 燕山石化總公司設(shè)計(jì)院化工設(shè)計(jì)院，鋼制列管式固定

4、管板換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊，化工部設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站，1985 6 化工部第六設(shè)計(jì)院，化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求（上、下冊），化工部設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站，2000 7 石油化學(xué)工業(yè)部化工設(shè)計(jì)院，小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊，石油化學(xué)工業(yè)出版社，1979 8 化學(xué)工業(yè)部設(shè)備技術(shù)中心站，全國壓容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)手冊（共4冊）19979過程裝備成套設(shè)計(jì)，化學(xué)工業(yè)出版社，200210過程裝備成套技術(shù)課程設(shè)計(jì)指南，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年工業(yè)出版社，200211 國家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，鋼制焊接壓力容器及標(biāo)準(zhǔn)釋義（JB/T4735 1997）12 國家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，壓力容器用鍛件、壓力容器用鎳銅

5、合金（JB47264728、JB47414743-2000）13 國家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，鋼制管法蘭、墊片、緊固件（HG 2059220635-2009）14 國家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，鋼制壓力容器焊接工藝評定、鋼制壓力容器焊接規(guī)程、鋼制壓力容器產(chǎn)品焊接試板的力學(xué)性能測試（JB4708、JB/T4709、JB4744-2000）15 國家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，壓力容器法蘭（GB47004707-2000）16 國家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，壓力容器波形膨脹節(jié)及標(biāo)準(zhǔn)釋義（GB16749-1997）17 國家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，容器支座（JB/T4712、4713、4724、4725-92）18

6、國家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，換熱器基本參數(shù)（JB/T47144720、JB4721、JB/T47224723-92）19 國家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，壓力容器封頭（GB/T25198-2010）20 國家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程，2010專業(yè)班級學(xué)生要求設(shè)計(jì)（論文）工作起止日期指導(dǎo)教師簽字日期教研室主任審查簽字日期系主任批準(zhǔn)簽字日期摘要本次設(shè)計(jì)在安全前提下，以經(jīng)濟(jì)實(shí)用為原則，從原始數(shù)據(jù)開始經(jīng)工藝計(jì)算、機(jī)械設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核三步詳盡地闡述了本臺(tái)換熱器的設(shè)計(jì)過程。此設(shè)計(jì)過程有五個(gè)部分：緒論，工藝計(jì)算，機(jī)械設(shè)計(jì)，強(qiáng)度校核和技術(shù)條件的編制。在緒論中主要敘述了合成氨生產(chǎn)工藝中的耐硫變

7、換工段W-301所在的工段工藝流程、變換煤氣冷卻的工藝說明?？刂品桨傅脑O(shè)計(jì)主要是通過對整體設(shè)備的綜合分析，確定設(shè)備的控制方案，達(dá)到自動(dòng)控制目的；工藝計(jì)算主要是通過對熱量負(fù)荷的計(jì)算得到換熱器的傳熱面積、初步確定換熱器的基本尺寸，為下一步提供依據(jù)；機(jī)械設(shè)計(jì)主要任務(wù)是在設(shè)計(jì)條件下，從主體到部件，進(jìn)行材料和零部件的設(shè)計(jì)入手，設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)；強(qiáng)度校核是在滿足工藝條件的要求下，對所設(shè)計(jì)的設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)度校核，以便生產(chǎn)可以順利的進(jìn)行。關(guān)鍵詞：換熱器，工藝計(jì)算，機(jī)械設(shè)計(jì)AbstractThe premise of the design in a safe, economical and practical to

8、the principle of starting from the raw data calculated by the technology, mechanical design and strength check of this three-step detail on the design of heat exchanger units. The design process has five parts: Introduction, process computing, mechanical design, strength check, and the establishment

9、 of technical conditions. DESCRIBED IN THE INTRODUCTION, THE MAIN PRODUCTION PROCESS OF TRANSFORMATION OF SULFUR TOLERANT SHIFT IN W-301 IS LOCATED IN THE SECTION IN PROCESS, TRANSFORM SULFUR TOLERANT SHIFT. KEY WORDS: HEAT EXCHANGER, PROCESS CALCULATION, MECHANICAL DESIGN摘要IIIABSTRACTIII1緒論31.1 合成氨

10、的工藝流程3耐硫變換工段說明3第一變換熱交換器（W-301）設(shè)計(jì)說明32.工藝計(jì)算3殼程介質(zhì)物性計(jì)算3殼程介質(zhì)比熱容3殼程介質(zhì)黏度3殼程介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)3殼程介質(zhì)密度3管程介質(zhì)物性計(jì)算3管程介質(zhì)比熱容3管程介質(zhì)黏度3管程介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)3管程介質(zhì)密度3換熱器選型3初算換熱面積3初選換熱器類型3總傳熱系數(shù)3物質(zhì)流速3管程對流傳熱系數(shù)3殼程的對流傳熱系數(shù)3壓力降校核3管程壓力降校核3殼程壓力降校核33機(jī)械設(shè)計(jì)3設(shè)計(jì)壓力3設(shè)計(jì)溫度3金屬壁溫的確定3管程金屬壁溫的確定：3殼程金屬壁溫的確定3接管設(shè)計(jì)3管程進(jìn)出口設(shè)計(jì)3殼程進(jìn)出口設(shè)計(jì)3排氣、排夜管設(shè)計(jì)3接管外伸長度設(shè)計(jì)3接管法蘭的選取3接管法蘭的接口形式及標(biāo)記3

11、接管法蘭墊片選用3鋼制管法蘭緊固件3接管與筒體的連接3筒體與封頭的連接3接管與同的連接3管箱接構(gòu)設(shè)計(jì)3封頭設(shè)計(jì)選型3封頭材料選擇3封頭尺寸3管箱法蘭的選取3管箱法蘭材料選取3法蘭尺寸3管箱墊片3螺柱與螺母的選擇3管板設(shè)計(jì)3管板的結(jié)構(gòu)形式急尺寸3管板上的布管設(shè)計(jì)3換熱管規(guī)格尺寸及換熱管孔尺寸3拉桿孔的設(shè)計(jì)3筒體設(shè)計(jì)3筒體材料的選擇3筒體壁厚的計(jì)算3換熱管設(shè)計(jì)3拉桿與定距管設(shè)計(jì)3折流板設(shè)計(jì)3防沖擋板的設(shè)計(jì)3防沖擋板的位置確定3防沖擋板的材料3保溫層設(shè)計(jì)3支座設(shè)計(jì)3支座的選型與材料選擇3支座承受載荷計(jì)算3支座結(jié)構(gòu)尺寸3支座的安裝尺寸3壓力試驗(yàn)34強(qiáng)度校核35.技術(shù)條件的編制35.1 技術(shù)條件的說明3

12、5.1.1 鋼材35.1.2 焊接35.1.3 熱處理35.1.4 無損探傷35.1.5 換熱管的尺寸偏差35.2 設(shè)備的技術(shù)條件3裝配圖的計(jì)術(shù)條件35.2.2 折流板技術(shù)條件35.2.3 管板技術(shù)要求35.2.4 鞍座技術(shù)要求3參考文獻(xiàn)3結(jié)束語31緒論本次設(shè)計(jì)是針對天脊集團(tuán)合成氨生產(chǎn)工藝中的粗煤氣變換系統(tǒng)中的第一變換熱交換器（W-301）的設(shè)計(jì)。天脊煤化工有限公司現(xiàn)在位于山西省潞城市。它的前身是山西化肥廠，1997年，山西化肥廠整體改制為天脊煤化工有限公司。經(jīng)過十多年的發(fā)展，天脊集團(tuán)的總資產(chǎn)已達(dá)35億，年銷售收入近15億元，公司擁有年產(chǎn)合成氨60萬噸、硝酸81萬噸、硝酸磷肥90萬噸（或硝酸磷

13、肥100萬噸）、工業(yè)用多孔硝酸銨20萬噸、尿素45萬噸、硝酸銨鈣20萬噸、水泥28萬噸、塑料編織袋及塑料編織品4500萬余條的生產(chǎn)規(guī)模。換熱器又稱熱交換器，是冷、熱流體間進(jìn)行換熱的設(shè)備。它廣泛地應(yīng)用于化工、石油、動(dòng)力、食品、制藥、冶金等工業(yè)部門。為適應(yīng)不同的工作條件和物料特性，換熱器種類繁多、結(jié)構(gòu)各異、用材多樣，可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行選擇。在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是在石油、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。這些過程均和能量傳遞有著密切聯(lián)系，因而均可通過換熱器來完成。換熱設(shè)備性能的好壞直接關(guān)系到能源利用率的高低，環(huán)保質(zhì)量

14、的好壞。1.1 合成氨的工藝流程合成氨的反應(yīng)式為，合成氨工藝流程圖如下：圖1 合成氨工藝流程圖對原料氣的制取有許多種方法，它可以由分別制得的氫氣和氮?dú)饣旌隙?也可以同時(shí)制得氫,氮混合氣。煤和天然氣等原料可制成含氫和氮的粗原料氣。對于固體原料煤和焦炭，通常采用氣化的方法制取合成氣；渣油可采用非催化部分氧化的方法獲得合成氣；對氣態(tài)烴類和石腦油，工業(yè)中利用二段蒸汽轉(zhuǎn)化法制取合成氣。比如對H2的制取有煤氣化法，烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法，重油部分氧化法。本次采用煤氣化法制取H2。而對N2來說一般是采用空氣分離法制得，本次在5800#和1800#工段經(jīng)過空氣分離制得N2。H2的制取過程為：原煤煤處理系統(tǒng)（100#

15、）加壓氣化系統(tǒng)（200#）粗煤氣變換系統(tǒng)（300#）煤氣冷卻系統(tǒng)（400#）低溫甲醇洗及冷凍系統(tǒng)（500#/550#）。在這些過程中發(fā)生的主要反應(yīng)式是：從300#工段出來的粗煤氣的主要成分是CO2，H2，CO，CH4，H2S，N2， O2及碳化物等。除H2、N2外，其它物質(zhì)的存在對合成氨的催化劑均有毒害，會(huì)影響合成氨的質(zhì)量，還可能造成設(shè)備儀器的損壞等，需要進(jìn)行脫除，直至百分之幾的數(shù)量級為止。工段400#的主要作用是將氣體冷卻，氣體的成分基本沒有變化。脫硫的方法很多，目前主要分為干法脫硫和濕法脫硫。干法脫硫有活性炭法，有機(jī)硫加氫法和氧化鋅法。濕法脫硫就是對含有大量H2S的氣體采用溶液吸收法脫硫。

16、可以分為化學(xué)吸收法和物理吸收法?；瘜W(xué)吸收法又有碳酸鈉，氨水，醇胺溶液吸收，物理吸收法有用冷甲醇吸收硫化氫。本次采用的就是物理吸收法中的用冷甲醇吸收硫化氫。粗原料氣經(jīng)CO變換以后，變換氣中除H2外，還有CO2、CO和CH4等組分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化劑的毒物，又是制造尿素、碳酸氫銨等氮肥的重要原料。因此變換氣中CO2的脫除必須兼顧這兩方面的要求。一般采用溶液吸收法脫除CO2。根據(jù)吸收劑性能的不同，可分為兩大類。一類是物理吸收法，利用CO2能溶于水或有機(jī)溶劑的特性。如低溫甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。本次就是采用低溫甲醇洗滌法

17、（Rectisol）。一類是化學(xué)吸收法，是利用碳酸鉀，有機(jī)胺和氨水等堿性溶劑為吸收劑，利用CO2具有酸性而進(jìn)行反應(yīng)將其吸收。如熱鉀堿法，低熱耗本菲爾法，活化MDEA法，MEA法等。去除雜質(zhì)的主要工段是在500#和550#，即低溫甲醇洗及冷凍系統(tǒng)。從500#和550#出來的氣體除H2外還有殘余的CH4，N2，CO等雜物。經(jīng)CO變換和CO2脫除后的原料氣中尚含有少量殘余的CO和CO2。為了防止對氨合成催化劑的毒害，規(guī)定CO和CO2總含量不得大于10cm3/m3(體積分?jǐn)?shù))。因此，原料氣在進(jìn)入合成工序前，必須進(jìn)行原料氣的最終凈化，即精制過程。目前在工業(yè)生產(chǎn)中，最終凈化方法分為深冷分離法和甲烷化法。深

18、冷分離法主要是液氮洗法，是在深度冷凍(<-100)條件下用液氮吸收分離少量CO，而且也能脫除甲烷和大部分氬，這樣可以獲得只含有惰性氣體100cm3/m3以下的氫氮混合氣，深冷凈化法通常與空分以及低溫甲醇洗結(jié)合。甲烷化法是在催化劑存在下使少量CO、CO2與H2反應(yīng)生成CH4和H2O的一種凈化工藝，要求入口原料氣中碳的氧化物含量(體積分?jǐn)?shù))一般應(yīng)小于0.7%。甲烷化法可以將氣體中碳的氧化物(CO+CO2)含量脫除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性氣體CH4的含量。甲烷化反應(yīng)如下： CO+3H2CH4+H2CO2+4H2CH4+2H2從1800#和5800#空氣分

19、離得到的N2也進(jìn)入 600#工段與H2混合。將純凈的氫、氮混合氣壓縮到高壓，按照一定的控制比例系統(tǒng)將3：1的氫氮?dú)馑腿氚焙铣上到y(tǒng)（900#）工段，在催化劑的作用下合成氨。由于氨的合成反應(yīng)是可逆的，要采用氨分離器將氨與未反應(yīng)的原料氣分離并將沒有反應(yīng)的氣體回送入合成塔。將合成的純凈氨經(jīng)多級壓縮后送入氨庫（2000#）工段。耐硫變換工段說明此工段主要任務(wù)是將來自200#的粗煤氣進(jìn)行洗滌、分離和加熱變換成為變換煤氣和煤氣水分別輸送到400#和1000#。工段的主要設(shè)備有B-301變換氣煤氣水分離器、B-302徑流洗滌器、W-301第一變換熱交換器、B-305霧化器、W-303第三變換熱交換器和W-30

20、4廢熱鍋爐。第一變換熱交換器（W-301）設(shè)計(jì)說明第一變換熱交換器（W-301）是利用生成的高溫變換煤氣與進(jìn)入換熱器的相對低溫的粗煤氣進(jìn)行換熱，以達(dá)到加熱粗煤氣同時(shí)冷卻變換煤氣的目的，節(jié)省了資源的利用。2.工藝計(jì)算依據(jù)任務(wù)書可知，此設(shè)計(jì)溫差不大因此可選固定管板式換熱器，粗煤氣走管程，變換煤氣走殼程。殼程介質(zhì)物性計(jì)算殼程給定的操作壓力為，進(jìn)出口溫度分別為和，則殼程的定型溫度。殼程介質(zhì)比熱容殼程主要介質(zhì)組成：名稱變換煤氣的混合摩爾質(zhì)量：=+ =4440+28×+2×+16×+28×殼程混合氣體各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)：=同理=2，經(jīng)查表1,45-55的在殼程的操作條件

21、下各組分的比熱容：·，kJ/·，kJ/·，kJ/·，kJ/·殼程混合氣體的比熱容：=+kJ/·殼程介質(zhì)黏度經(jīng)查表1,80-96在殼程的操作條件下各組分的黏度：×p，×p，×p，×p，×p殼程混合氣體的黏度=+Pa·S殼程介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)經(jīng)查表1,132-145在殼程的操作條件下各組分的導(dǎo)熱系數(shù)：=833×，×，×，=1717×，×殼程混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)：=+·殼程介質(zhì)密度=m³管程介質(zhì)物性計(jì)算殼程給定的操作壓力

22、為，進(jìn)出口溫度分別為和，則殼程的定型溫度。管程介質(zhì)比熱容管程主要介質(zhì)組成：名稱變換煤氣的混合摩爾質(zhì)量：=+ =44+28×+2×+16×+28×殼程混合氣體各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)：=同理，經(jīng)查表1,45-55在殼程的操作條件下各組分的比熱容：·，kJ/·，kJ/·，kJ/·，kJ/·殼程混合氣體的比熱容：=+kJ/管程介質(zhì)黏度經(jīng)查表1,80-96在殼程的操作條件下各組分的黏度：×p，×p，×p，×p，×p殼程混合氣體的黏度=+Pa·S管程介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)經(jīng)查

23、表1,132-145在殼程的操作條件下各組分的導(dǎo)熱系數(shù)：=759×，×，×，×，×殼程混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)：=+·管程介質(zhì)密度=m³換熱器選型初算換熱面積換熱量計(jì)算：Q=（）××（） =10941436kJh初選K=420換熱器采用逆流形式，則2=P=R=換熱器為單殼程查表可知=×則換熱面積：S=初選換熱器類型由換熱面積參考8,19-27初選換熱器類型參數(shù)如下：公稱直徑：DN=800mm公稱壓力：管程數(shù)：N=1管子根數(shù)：n=797中心排管數(shù)：31管程流通截面積：²換熱管長度：L=4500

24、mm計(jì)算換熱面積：²總傳熱系數(shù)物質(zhì)流速流速計(jì)算公式為：殼程的流通面積：折流板的間距h取800mm換熱管取的是的管子則由上可知所以管程對流傳熱系數(shù)管程物質(zhì)的雷諾數(shù)：管程物質(zhì)的普朗特常數(shù)：則管程的對流傳熱系數(shù)：殼程的對流傳熱系數(shù)殼程物質(zhì)的雷諾數(shù);殼程物質(zhì)的普朗特常數(shù)：則殼程的對流傳熱系數(shù)：由2附錄20表管內(nèi)外側(cè)污垢熱阻均?。簱Q熱器的總傳熱系數(shù)：因?yàn)?5所以符合要求壓力降校核管程壓力降校核管程壓力降計(jì)算公式：由2查得管子為時(shí)結(jié)垢校正系數(shù)為設(shè)管壁粗糙度則由2圖1-27查得直管摩擦阻力壓降：彎管摩擦阻力壓降：管程數(shù)殼程數(shù)管程壓力降：=143157Pa操作壓力則允許壓力降因?yàn)樗苑弦髿こ虊毫?/p>

25、降校核殼程壓力降計(jì)算公式：流體流經(jīng)管束的壓力降：管子按三角形排列則折流板數(shù)：所以流經(jīng)管束的壓力降流經(jīng)折流板缺口壓力降：殼程數(shù)所以操作壓力為則允許壓力降因?yàn)樗苑弦?機(jī)械設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)壓力殼程設(shè)計(jì)壓力管程設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)溫度殼程設(shè)計(jì)溫度，取管程設(shè)計(jì)溫度取金屬壁溫的確定管程金屬壁溫的確定：熱流體側(cè)壁溫：冷流體側(cè)壁溫：所以則管程金屬平均壁溫殼程金屬壁溫的確定因?yàn)闅こ逃斜貙舆M(jìn)行保溫，所以殼程金屬壁溫取流體的平均溫度則接管設(shè)計(jì)管程進(jìn)出口設(shè)計(jì)管程密度修正系數(shù)管程進(jìn)口密度：管程出口密度：管程進(jìn)口流量：管程出口流量：管程進(jìn)口流速：管程出口流速：則管程入口直徑：圓整后取DN=400mm管程出口直徑：圓整后取DN=4

26、00mm殼程進(jìn)出口設(shè)計(jì)殼程密度修正系數(shù)殼程進(jìn)口密度：殼程出口密度：殼程進(jìn)口流量：殼程出口流量：殼程進(jìn)口流速：殼程出口流速：則殼程入口直徑：圓整后取DN=400mm殼程出口直徑：圓整后取DN=400mm排氣、排夜管設(shè)計(jì)經(jīng)考慮為保持換熱器外形的美觀選取DN80的管子接管外伸長度設(shè)計(jì)外伸長度：（=100mm）則DN80：，取l=200mm DN400:,取l=200mm接管法蘭的選取本設(shè)計(jì)采用的是帶頸對焊法蘭：公稱直徑鋼管外徑法蘭外徑螺栓孔中心圓直徑螺栓孔直徑螺栓孔數(shù)量螺紋法蘭厚度N法蘭內(nèi)徑HR法蘭高度法蘭理論質(zhì)量破口高度DNBDKLNThCABHKgn8089200160188M162410510

27、5901264064004266605853916M365046246240020121354812接管法蘭的接口形式及標(biāo)記接管法蘭標(biāo)記舉例：公稱直徑DN400，公稱壓力的帶頸對焊凸面法蘭標(biāo)記為：接管法蘭墊片選用本設(shè)計(jì)根據(jù)公稱壓力和最高設(shè)計(jì)溫度位265選用包覆材料為純銅板，填充材料為石棉橡膠板的金屬包墊片則DN80的墊片標(biāo)記為：HG/T20609 金屬包墊片 80-40 T3/XB450 DN400的墊片標(biāo)記為：HG/T20609 金屬包墊片 400-40 T3/XB450鋼制管法蘭緊固件本設(shè)計(jì)各法蘭用雙頭螺柱連接：等長雙頭螺柱長度：C法蘭厚度，mm-法蘭厚度正公差，mmP-緊固件的角端長度，

28、mm-螺柱安裝時(shí)的最小伸長長度，mmn-螺柱負(fù)公差，mmT-墊片厚度DN80的螺柱長度：L=95mmDN400的螺柱長度：L=210mm接管與筒體的連接筒體與封頭的連接焊接采用單面坡口單面焊全焊透的形式，如下圖所示：筒體與封頭的焊接接管與同的連接接管和筒體的連接采用單面焊全焊透形式，如下圖接管與筒體的焊接管箱接構(gòu)設(shè)計(jì)選擇Q345R材料，設(shè)厚度在616mm，查上表得：=510Mpa，=345Mpa，在設(shè)計(jì)溫度為220時(shí)，=160Mpa。焊接接頭型式選雙面焊對接接頭，由3，15表4，采用100無損檢測，即焊接接頭系數(shù)。腐蝕余量應(yīng)按照容器使用中的腐蝕速率和使用壽命來確定，本次設(shè)計(jì)中選著容器的腐蝕余量

29、為2，即2mm,鋼板厚度負(fù)偏差mm。計(jì)算厚度=式中，為計(jì)算壓力=mm計(jì)算厚度=mm設(shè)計(jì)厚度=+=8.26+2=mm名義厚度=+=mm根據(jù)3,19中的規(guī)定對殼體公稱直徑在=800mm時(shí)，由碳素鋼和低合金鋼制造的固定管板式換熱器的最小筒體厚度為9mm。滿足厚度要求，選選擇常見的鋼板，厚度為12mm。管箱名義厚度取12mm，有效厚度為mm。封頭管箱型式采用B型，這種型號(hào)適用于單程和多程管箱，結(jié)構(gòu)簡單，便于制造。由3，10圖7，查得管箱結(jié)構(gòu)，如圖：管箱的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)長度/mm直徑D/mm厚度/mm材料前端管箱121580012Q345R后端管箱121580012Q345R封頭設(shè)計(jì)選型封頭材料選擇本次換熱器

30、的設(shè)計(jì)，管程的設(shè)計(jì)溫度為200，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇Q345R，由4，16表4-1，查得材料性能，見表4-4。表4-4 Q345的材料性能封頭尺寸本次設(shè)計(jì)選用以內(nèi)徑為基準(zhǔn)的橢圓形封頭，代號(hào)EHA，由7，19續(xù)表1，查得其尺寸和結(jié)構(gòu)，如圖：封頭尺寸公稱直徑DN/mm曲面高度/mm直邊高度/mm封頭厚度/mm內(nèi)表面積A/mm容積V/質(zhì)量m/kg8002002512管箱法蘭的選取管箱法蘭材料選取管箱的材料選擇Q345R，根據(jù)6,12與其連接的管箱法蘭選擇材料Q345。以便于焊接。法蘭尺寸根據(jù)6，11表7，長徑對焊法蘭適用的公稱壓力為，工作溫度-70450，管箱的設(shè)計(jì)溫度為220，設(shè)計(jì)壓力為Mpa，管箱內(nèi)徑8

31、00mm，因此選用凹凸密封面（MFM）形式的長徑對焊法蘭。公稱直徑D0/mm法蘭/mmDD1D2D3D4Hhaa180099594089888888570150422118法蘭/mm螺柱對接筒體最小厚度/mm法蘭質(zhì)量/kgRd規(guī)格數(shù)量凸面凹面22321530M274022管箱墊片由6,6，根據(jù)設(shè)計(jì)溫度選法蘭墊片為帶內(nèi)環(huán)的金屬帶材料為0Cr18Ni9，填充材料為溫石棉帶的纏繞式墊片。由6,63, DN=800mm,PN=4.0MPa,選擇墊片的結(jié)構(gòu)和尺寸如下圖：如圖4-4，圖4-4 管箱法蘭墊片根據(jù)6，64，由DN=800mm，PN=4MPa,查得墊片尺寸，墊片尺寸見表4-7表4-7 管箱墊片尺

32、寸公稱直徑DN/mm公稱壓力PN/MPaD/mmd/mm8004887847螺柱與螺母的選擇根據(jù)6,6對DN=800mm的換熱器應(yīng)當(dāng)選擇螺柱的材料為35CrMoA，對應(yīng)的螺母為35CrMoA。根據(jù)6,81，對M27的螺柱其尺寸和結(jié)構(gòu)如下圖：雙頭螺柱的結(jié)構(gòu)雙頭螺柱尺寸d/mm/mmC/mm型式/mmL/mm極限偏差/mm單件質(zhì)量/kg27805736145±管板設(shè)計(jì)管板的結(jié)構(gòu)形式急尺寸根據(jù)3，27，選擇e型管板，即管板兼做法蘭，通過焊接與筒體連接，與管箱通過螺母螺柱及墊片連接。管板結(jié)構(gòu)及尺寸件下圖：管板尺寸DgmmD mmD1 mmD2mmD3 mmD4mm80099594088580

33、01306D5d2螺柱cbfb規(guī)格數(shù)量80023M27403848管板上的布管設(shè)計(jì)本次換熱器設(shè)計(jì)布管采用正三角形排列。換熱管外徑為19mm，換熱管中心距S=25mm。根據(jù)3，23，對于固定管板式換熱器，布管限定圓的直徑為其中，為筒體內(nèi)徑，為換熱管外表面到內(nèi)壁的最短距離，b3一般不小于8mm，d為換熱管外徑。=800mm，取10mm。=800-20=780mm，布管限定圓的直徑為780mm。實(shí)際布管797根。布管下圖：換熱管規(guī)格尺寸及換熱管孔尺寸換熱管選用，材料選用20號(hào)鋼，起管孔直徑為。拉桿孔的設(shè)計(jì)根據(jù)3，25，拉桿與管板采用螺紋連接，結(jié)構(gòu)下圖：根據(jù)3，25，螺紋深度，其中為拉桿螺孔公稱直徑。

34、×12=18mm筒體設(shè)計(jì)筒體材料的選擇本次設(shè)計(jì)的換熱器，殼程的設(shè)計(jì)溫度為265，設(shè)計(jì)壓力為。由4，14根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可選擇低合金鋼容器鋼Q345R。Q345R是屈服點(diǎn)為340MPa級的壓力容器專用鋼板，也是壓力容器行業(yè)中使用量最大的鋼板，它具有良好的綜合力學(xué)性能和制造工藝性能。查4，16表4-1，查得材料性能，見表4-1。表4-1 Q345的材料性能筒體壁厚的計(jì)算選擇Q345R材料，設(shè)厚度在616mm，則由上表有=510Mpa，=345Mpa，在設(shè)計(jì)溫度為265時(shí)，=165Mpa。焊接接頭型式選擇單面焊全焊透的對接接頭且對焊縫結(jié)構(gòu)進(jìn)行100%無損檢測，。由3，15表4，選焊接接頭系數(shù)。腐蝕

35、余量應(yīng)按照容器使用中的腐蝕速率和使用壽命來確定，本次設(shè)計(jì)中選著容器的腐蝕余量為2，即2mm,鋼板厚度負(fù)偏差由5，126知，取0.3mm。計(jì)算厚度=（）式中，為計(jì)算壓力mm計(jì)算厚度=mm設(shè)計(jì)厚度=+=7.5+2=mm名義厚度=+=mm但根據(jù)3,19中的規(guī)定對殼體公稱直徑在=800mm時(shí)，由碳素鋼和低合金鋼制造的固定管板式換熱器的最小筒體厚度為9mm綜上，筒體名義厚度取12mm，有效厚度為mm。換熱管設(shè)計(jì)在之前已經(jīng)選定換熱管的尺寸為mm，長度為4500mm，換熱管的材料根據(jù)4,18應(yīng)當(dāng)選擇16Mn為換熱管的材料，由4,19查得換熱管與管板的連接采用強(qiáng)度焊接。強(qiáng)度焊滿足在此次設(shè)計(jì)下個(gè)任何工況，但不適

36、用于有較大振動(dòng)及有間隙腐蝕的場合。換熱管與管板連接尺寸換熱管規(guī)格外徑×壁厚換熱管最小伸出長度/mm最小坡口深度/mm/mm/mm19×22換熱管與管板的焊接入下圖：拉桿與定距管設(shè)計(jì)選擇20G為拉桿的材料，選擇20G為定距管的材料。換熱管外徑大于或等于19mm的管束，可以采用拉桿定距管的型式，。對換熱管外徑為19mm取拉桿直徑為dn=12mm。根據(jù)3,75，由DN=800mm, dn=12mm選定拉桿數(shù)量為8根。其尺寸和結(jié)構(gòu)為：拉桿直徑d/mm拉桿螺紋公稱直徑dn/mmLa/mmLb/mmb/mmM/mm12126010定距管的長度L視實(shí)際情況選定，質(zhì)量為。其規(guī)格一般與所在的

37、換熱器的換熱管規(guī)格相同。上表Ld為管板上拉桿螺孔深度。折流板設(shè)計(jì)由于折流板并不需要承受大的載荷，所以由4,11選擇Q345為折流板的材料。本次換熱器設(shè)計(jì)是單殼程單管程,選擇上下缺邊折流板。折流板尺寸件下圖：（1）折流板缺口弦高h(yuǎn)根據(jù)3，73，折流板缺口弦高h(yuǎn)宜取圓筒內(nèi)徑的倍，本次設(shè)計(jì)中折流板高度取為204mm。（2）折流板的最小厚度根據(jù)2，74表34，對折流板厚度進(jìn)行選取，對公稱直徑DN在600900mm之間的折流板，折流板最小厚度為10mm，本次取10mm。（3）折流板的外圓直徑根據(jù)2，75表41，對于公稱直徑DN在600900mm之間，折流板名義外直徑=DN-4，允許偏差為，折流板的外圓直

38、徑=800-4=796mm。且弓形板的缺口應(yīng)小于1/2的d。防沖擋板的設(shè)計(jì)為防止殼程物料進(jìn)口處，流體對換熱管表面的直接沖刺，應(yīng)在殼程進(jìn)口處設(shè)置防沖擋板。又由于本次設(shè)計(jì)的殼程物料為氣體，所以要設(shè)置防沖擋板。因?yàn)?008001200，所以防沖擋板才有焊接在定距管的形式。防沖擋板的位置確定防沖擋板在殼體內(nèi)的位置，應(yīng)使防沖擋板周邊與殼體內(nèi)壁所形成的流通截面積為殼程進(jìn)口接管面積的1倍。為簡化計(jì)算，防沖擋板在殼體內(nèi)的位置：130mm長度和寬度所以取防沖擋板的材料因?yàn)槭堑秃辖痄摀Q熱器，所以防沖擋板可以選用20G，起厚度為6mm保溫層設(shè)計(jì)根據(jù)8，707，當(dāng)設(shè)備或管道及附近的表面溫度高于50者，要采取保溫措施。

39、由于殼程最高溫度達(dá)到，因此要增設(shè)保溫層。根據(jù)8，709，保溫層材料選擇纖維型玻璃棉，該保溫材料可以制成絕熱板，容重為80200,導(dǎo)熱系數(shù)為8 W/(m )。根據(jù)8，718查得保溫層厚度計(jì)算公式，公式如下：（）式中，為絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)，為總傳熱系數(shù)，為設(shè)備外壁溫度，為保溫層外表溫度，為環(huán)境溫度。取6/(m ).對于保溫或是加熱保護(hù)的絕熱結(jié)構(gòu)，一般取0=10kcal/m2h,W為當(dāng)?shù)仫L(fēng)速。持此設(shè)計(jì)中，取為kcal/m2h。=，=32，=12。由上式求得，=mm，圓整為60mm。支座設(shè)計(jì)支座的選型與材料選擇材料選用20G，因?yàn)橥w直徑為800mm，所以選擇中型B型。支座承受載荷計(jì)算支座承受載荷計(jì)算

40、零部件名稱計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果備注封頭=2×193管箱法蘭=2×管箱筒節(jié)=2×200400左管板右管板筒體m5=（22）7850折流板×5換熱管=797××拉桿定距管56接管=保溫層換熱器總質(zhì)量m=kg殼程水壓試驗(yàn)時(shí)水的質(zhì)量：=9×=kg管程水壓試驗(yàn)時(shí)水的質(zhì)量：=×(1.2208+2×0.0796)=kg因此，支座承受的最大載荷為：支座結(jié)構(gòu)尺寸鞍座尺寸公稱直徑DN/mm允許載荷Q(KN)鞍座高度h底板腹板筋板l1b112L38002202007201501010400墊板螺栓間距鞍座質(zhì)量帶墊板kg增加100m

41、m高度增加的質(zhì)量kgb33弧長b44el212010940260665530387支座的結(jié)構(gòu)見圖4-21：圖4-21 支座的結(jié)構(gòu)型式支座的安裝尺寸根據(jù)5，89，當(dāng)L>3000mm時(shí)，取，即在30004200mm范圍內(nèi)取值,暫取LA=3604，且使。=1170mm。壓力試驗(yàn)內(nèi)壓容器實(shí)驗(yàn)壓力計(jì)算公式：殼程試驗(yàn)壓力：管程實(shí)驗(yàn)壓力：由于殼程實(shí)驗(yàn)壓力小于管程實(shí)驗(yàn)壓力，所以防止管程做水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)管板與管子焊接處受壓泄漏，應(yīng)將殼程試驗(yàn)壓力提高到。4強(qiáng)度校核固定管板換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算單位壓力容器專用計(jì)算軟件 ? 設(shè)計(jì)計(jì)算條件殼程管程設(shè)計(jì)壓力MPa設(shè)計(jì)壓力MPa設(shè)計(jì)溫度265設(shè)計(jì)溫度220殼程圓筒內(nèi)徑800

42、 mm管箱圓筒內(nèi)徑800mm材料名稱Q345材料名稱Q345簡圖計(jì)算內(nèi)容殼程圓筒校核計(jì)算前端管箱圓筒校核計(jì)算前端管箱封頭(平蓋)校核計(jì)算后端管箱圓筒校核計(jì)算后端管箱封頭(平蓋)校核計(jì)算管箱法蘭校核計(jì)算開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算管板校核計(jì)算前端管箱筒體計(jì)算計(jì)算單位壓力容器專用計(jì)算軟件 ? 計(jì)算條件筒體簡圖計(jì)算壓力PcMPa設(shè)計(jì)溫度 t° C內(nèi)徑Dimm材料 Q345 ( 鍛材)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力sMPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力stMPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)ssMPa鋼板負(fù)偏差C1mm腐蝕裕量C2mm焊接接頭系數(shù)f厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度d =mm有效厚度de =dn - C1- C2=mm名義厚度dn =mm重

43、量Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT P = 4.0700 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平sTsT£ 0.90 ss =MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力sT = = MPa校核條件sT£sT校核結(jié)果合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力Pw= = MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力st = = MPastfMPa校核條件stfst結(jié)論筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度9.00mm,合格前端管箱封頭計(jì)算計(jì)算單位壓力容器專用計(jì)算軟件 ? 計(jì)算條件橢圓封頭簡圖計(jì)算壓力PcMPa設(shè)計(jì)溫度 t° C內(nèi)徑Dimm曲面高度himm材料 Q345

44、R (板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力stMPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力sMPa鋼板負(fù)偏差C1mm腐蝕裕量C2mm焊接接頭系數(shù)f厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù) K = = 計(jì)算厚度d = mm有效厚度de =dn - C1- C2=mm最小厚度dmin = mm名義厚度dn =mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量 Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力Pw= = MPa結(jié)論合格后端管箱筒體計(jì)算計(jì)算單位壓力容器專用計(jì)算軟件 ? 計(jì)算條件筒體簡圖計(jì)算壓力PcMPa設(shè)計(jì)溫度 t° C內(nèi)徑Dimm材料 Q345R ( 板材)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力sMPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力stMPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)ssMPa鋼板負(fù)偏差C1mm腐蝕裕量C2mm焊

45、接接頭系數(shù)f厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度d =mm有效厚度de =dn - C1- C2=mm名義厚度dn =mm重量Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT P = 4.0700 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平sTsT£ 0.90 ss =MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力sT = = MPa校核條件sT£sT校核結(jié)果合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力Pw= = MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力st = = MPastfMPa校核條件stfst結(jié)論筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度9.00mm,合格后端管箱封頭計(jì)算計(jì)算單位壓力容器專用計(jì)算軟件 ?

46、 計(jì)算條件橢圓封頭簡圖計(jì)算壓力PcMPa設(shè)計(jì)溫度 t° C內(nèi)徑Dimm曲面高度himm材料 Q345R (板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力stMPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力sMPa鋼板負(fù)偏差C1mm腐蝕裕量C2mm焊接接頭系數(shù)f厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù) K = = 計(jì)算厚度d = mm有效厚度de =dn - C1- C2=mm最小厚度dmin = mm名義厚度dn =mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量 Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力Pw= = MPa結(jié)論合格殼程圓筒計(jì)算計(jì)算單位壓力容器專用計(jì)算軟件 ? 計(jì)算條件筒體簡圖計(jì)算壓力PcMPa設(shè)計(jì)溫度 t° C內(nèi)徑Dimm材料 Q345 ( 鍛材)試驗(yàn)溫度

47、許用應(yīng)力sMPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力stMPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)ssMPa鋼板負(fù)偏差C1mm腐蝕裕量C2mm焊接接頭系數(shù)f厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度d =mm有效厚度de =dn - C1- C2=mm名義厚度dn =mm重量Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT P = 3.8500 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平sTsT£ 0.90 ss =MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力sT = = MPa校核條件sT£sT校核結(jié)果合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力Pw= = MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力st = = MPastfMPa校核條件stfst結(jié)論筒體名義厚

48、度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度9.00mm,合格開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算計(jì)算單位壓力容器專用計(jì)算軟件 ? 接管: #,400×12計(jì)算方法 : GB150-1998 等面積補(bǔ)強(qiáng)法, 單孔設(shè)計(jì)條件簡圖計(jì)算壓力pcMPa設(shè)計(jì)溫度265殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型Q345鍛件殼體開孔處焊接接頭系數(shù)1殼體內(nèi)直徑Di800mm殼體開孔處名義厚度n12mm殼體厚度負(fù)偏差 C10mm殼體腐蝕裕量C22mm殼體材料許用應(yīng)力tMPa接管實(shí)際外伸長度200mm接管實(shí)際內(nèi)伸長度12mm接管材料Q345接管焊接接頭系數(shù)1名稱及類型管材接管腐蝕裕量2mm補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱Q345R凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑680mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度10mm接管厚度負(fù)偏差C1tmm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差C1rmm接管材料許用應(yīng)力tMPa補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力t147MPa開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算殼體計(jì)算厚度mm接管計(jì)算厚度tmm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù) frr1接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)fr開孔直徑d383mm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度B766mm接管有效外伸長度h1mm接管有效內(nèi)伸長度h210mm開孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A3502m