070111101404-郭佳慶-甲醇裝置預(yù)塔再沸器的機(jī)械設(shè)計(jì)(1)

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目：題目： 甲醇裝置預(yù)塔再沸的機(jī)械設(shè)計(jì)甲醇裝置預(yù)塔再沸的機(jī)械設(shè)計(jì) 姓姓 名：名： 郭佳慶郭佳慶 專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)：業(yè)： 過(guò)程裝備與控制工程過(guò)程裝備與控制工程 學(xué)學(xué) 院：院： 繼續(xù)教育學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院 學(xué)習(xí)形式：學(xué)習(xí)形式： 自自 考考 助學(xué)單位：助學(xué)單位： 遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 富玉竹富玉竹 2012 年年 9 月月 II畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)（論計(jì)（論 文）文）說(shuō)說(shuō) 明明 書(shū)書(shū) 題目題目 甲醇裝置預(yù)塔再沸的機(jī)械設(shè)計(jì)甲醇裝置預(yù)塔再沸的機(jī)械設(shè)計(jì) 院 別： 繼續(xù)教育學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 過(guò)程裝備與控制工程 班 級(jí)： 裝備 101 設(shè) 計(jì)

2、 人： 郭佳慶 指導(dǎo)教師： 富玉竹 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文III甲醇裝置預(yù)塔再沸器的機(jī)械設(shè)計(jì)摘摘 要要換熱器是進(jìn)行熱交換操作的通用工藝設(shè)備，廣泛應(yīng)用于化學(xué)、石油、石油化學(xué)、動(dòng)力、食品、冶金、原子能、造船、航空等工業(yè)部門(mén)。特別是在石油煉制和化學(xué)加工裝置中，占有重要的地位。近二十年來(lái)，由于對(duì)節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的重視，換熱器的需求量隨之增大，換熱技術(shù)亦獲得迅速發(fā)展。再沸器是蒸餾塔底的熱交換器,具有維修和清洗方便，傳熱面積大，氣化率高，操作彈性大的特點(diǎn)。在真空下或接近臨界壓力下操作時(shí)，設(shè)計(jì)比較可靠。文章主要介紹了再沸器的工藝設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算。其中工藝設(shè)計(jì)計(jì)算包括獲取進(jìn)料與加熱介質(zhì)的操作條件

3、及有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，確定再沸器的傳熱溫差，算出熱負(fù)荷，計(jì)算總傳熱系數(shù)，并對(duì)初估傳熱系數(shù)進(jìn)行校核以及再沸器各部分的壓力降的計(jì)算；機(jī)械設(shè)計(jì)部分包括確定再沸器的換熱管、殼體、封頭、管箱、法蘭、接管、管板、支持板以及其他所有零部件的結(jié)構(gòu)尺寸和材料，并對(duì)換熱器所有受壓元件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。最后，簡(jiǎn)單介紹了再沸器的制造、檢驗(yàn)、安裝、試車(chē)、維護(hù)與維修。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：換熱器；再沸器；工藝設(shè)計(jì)；機(jī)械設(shè)計(jì)遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文IVMethanol device preliminary tower reboiler mechanical design AbstractThe heat exchanger is

4、a kind of general-purpose processing equipments which carries out the operation of heat exchange. It has been wildly applied to many industrial departments, such as chemistry, petroleum, petroleum chemistry, power, food, metallurgy, atomic energy, shipbuilding and aviation, etc. The heat exchanger o

5、ccupies an important place particularly in the apparatus of petroleum refining and chemical process. In recent twenty years, as people pay attention to the energy saving and environmental protection, the needs of heat exchanger increases accompanying it and the technology of heat exchange also acqui

6、res rapidly development. The reboiler is the heat exchange equipment in bottom of the distillation tower, having the characteristics of convenient maintenance and cleaning, large heat-exchange area, high rate of gasification, big flexibility of operation and so on. The design of reboiler is relative

7、ly reliable, when it is operated under vacuum or critical pressure. The article mainly introduces the calculation of processing design and physical design on reboiler. The calculation of processing design includes the condition of operation and relevant basic data of charging stock and heat medium,

8、determining the differential temperature of heat transmission of reboiler, calculating heat duty, computing total heat transmission coefficient and checking the heat transmission coefficient which is estimated for the first time as well as computing the pressure drop each part of reboiler; The part

9、of physical design includes determining the structure size and material of heat exchange tube, body, end plate, stationary head, flange, column pipe, pipe sheet, backing plate as well as all other components and parts of reboiler and calculating the strength of all the elements which are subject to

10、pressure in the reboiler. In the end, it simply introduces manufacture, detection, erection, break-in, service and maintenance of reboiler. Key words： heat exchanger; reboiler; processing design; physical design遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文V目 錄第 1 章 概論.11.1 換熱器及傳熱研究的現(xiàn)狀 .11.2 換熱器的發(fā)展趨勢(shì) .21.2.1 余熱回收裝置的研究.21.2.2 緊湊式

11、換熱器的研究.21.2.3 強(qiáng)化傳熱管的研究.2第 2 章 設(shè)計(jì)方案的確定.4第 3 章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算.53.1 換熱器的設(shè)計(jì)條件 .53.2 物性數(shù)據(jù)的確定 .53.3 熱負(fù)荷 .73.4 殼程流體質(zhì)量流量 .73.5 平均溫度差 .83.6 總傳熱系數(shù)的計(jì)算 .93.6.1 傳熱面積的確定.93.6.2 總傳熱系數(shù)的核算.103.7 流體流動(dòng)阻力（壓強(qiáng)降）的計(jì)算 .133.7.1 管程流動(dòng)阻力的計(jì)算.133.7.2 殼程流動(dòng)阻力計(jì)算.13第 4 章 機(jī)械設(shè)計(jì).164.1 管束 .164.1.1 換熱管的尺寸規(guī)格及材料.164.1.2 管子的排列.164.1.3 換熱管與管板的連接.164.

12、1.4 換熱管壁厚的校核.174.2 換熱器筒體的設(shè)計(jì) .194.2.1 換熱器筒體直徑的確定.19遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文VI4.2.2 筒體材料及壁厚的確定.204.2.3 筒體壁厚的校核.214.3 大端封頭的設(shè)計(jì) .214.3.1 封頭類(lèi)型及材料的選擇.214.3.2 封頭壁厚的確定.214.3.3 封頭壁厚的校核.224.4 管箱及隔板 .224.4.1 管箱.224.4.2 管箱壁厚的校核.234.4.3 隔板.234.5 殼體法蘭的設(shè)計(jì) .244.5.1 殼體法蘭的選擇.244.5.2 墊片的選擇.254.5.3 螺栓設(shè)計(jì).254.5.4 校核法蘭強(qiáng)度.274.6 接管

13、.314.6.1 管程進(jìn)出口接管.314.6.2 殼程進(jìn)出口接管.324.7 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng) .334.7.1 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)類(lèi)型的選擇.334.7.2 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算.344.8 管板 .354.8.1 管板的選擇.354.8.2 管板厚度的計(jì)算.354.9 支座 .384.9.1 支座的選用及安排.384.9.2 支座的校核.394.10 其它各部件結(jié)構(gòu) .414.10.1 防松支耳.414.10.2 支持板.424.10.3 拉桿和定距管.42遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文VII4.10.4 溢流堰.424.10.5 滑道.424.10.6 人孔.434.10.7 凸緣.444.10.8 防渦擋板.44

14、4.10.9 再沸器的主要結(jié)構(gòu)尺寸.45第 5 章 制造、檢驗(yàn)、安裝、試車(chē)、維護(hù)和檢修.465.1 制造和檢驗(yàn)要求 .465.1.1 殼體.465.1.2 換熱管.465.1.3 管板.465.1.4 換熱管與管板的連接.475.1.5 支持板.475.1.6 管束.475.1.7 其它構(gòu)件的制造和檢驗(yàn)要求.475.1.8 壓力試驗(yàn).485.2 安裝、試車(chē)、維護(hù)和維修 .485.2.1 安裝.485.2.2 試車(chē).485.2.3 維護(hù)和檢修.49第 6 章 經(jīng)濟(jì)分析.506.1 單元設(shè)備價(jià)格估算.506.2 總投資估算.50第 7 章 結(jié)論.52參考文獻(xiàn).53致 謝.54遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教

15、育學(xué)院論文1第第 1 章章 概論概論1.1 換熱器及傳熱研究的現(xiàn)狀換熱器及傳熱研究的現(xiàn)狀換熱器是一種廣泛使用的工藝設(shè)備，在煉油、化工行業(yè)中是主要的工藝設(shè)備之一。因此，換熱器的研究倍受重視。從換熱器的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)到傳熱機(jī)理的試驗(yàn)研究一直都在進(jìn)行。特別是七十年代初發(fā)生能源危機(jī)以來(lái)，各國(guó)都在紛紛尋找新的能源及節(jié)約能源的途徑，而換熱器是節(jié)約能源的有效設(shè)備。在余熱回收、利用地?zé)?、太?yáng)能等方面都離不開(kāi)換熱器。因而各國(guó)都在致力于研究各種高性能換熱器及換熱元件，其中不少是國(guó)家直接下達(dá)的重點(diǎn)課題。近幾年來(lái)?yè)Q熱器及傳熱技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面。1研究工作的動(dòng)向目前世界上每年發(fā)表有關(guān)傳熱及換熱設(shè)備方

16、面的文獻(xiàn)約在六千篇以上。有關(guān)新能源開(kāi)發(fā)的文章日趨增多，研究的重點(diǎn)是傳熱機(jī)理、傳熱強(qiáng)化、兩相流、模擬及測(cè)試技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、振動(dòng)、污垢以及與能源利用和環(huán)境保護(hù)有關(guān)的新型高效換熱器。對(duì)傳熱基礎(chǔ)理論的研究探討十分重視，一種新的動(dòng)向是：從數(shù)學(xué)模型和物理模型出發(fā)，用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出精確的計(jì)算公式。2計(jì)算機(jī)的使用 應(yīng)用計(jì)算機(jī)不僅節(jié)省了人力、提高了效率，而且可以進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制，使其達(dá)到最大技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。例如美國(guó)帕斯卡古拉煉油廠常減壓裝置的原油換熱系統(tǒng)，由于采用了換熱系統(tǒng)的最佳化設(shè)計(jì)及其他改進(jìn)措施，平均傳熱系數(shù)有了很大的提高。傳熱分析、應(yīng)力分析、信息儲(chǔ)存與檢索以及模擬和控制均編有程序。有些程序從工藝設(shè)計(jì)開(kāi)

17、始，直到繪出圖紙。計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪圖機(jī)只需十幾分鐘即可繪出一張標(biāo)準(zhǔn)換熱器圖紙。目前，美國(guó) HTRI 換熱器設(shè)計(jì)程序在國(guó)外無(wú)疑是具有代表性的，已被許多國(guó)家所引進(jìn)。此外，其他國(guó)家也開(kāi)發(fā)了一些自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)和程序。如英國(guó) HTFS 開(kāi)發(fā)的 TASC 等程序；1975 年英國(guó)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室和劍橋計(jì)算機(jī)輔機(jī)設(shè)備重心合作，按美國(guó)管殼式換熱器制造商協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，編制管殼式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)程序 STEM。這一程序不但可對(duì) TEMA 標(biāo)準(zhǔn)中的所有“R”、 “C”、 “B”三類(lèi)換熱器進(jìn)行各種設(shè)計(jì)計(jì)算，列出一系列不同參數(shù)以供選擇，而且能自動(dòng)繪出換熱器的平面布置圖，到 1978 年底已能提供全部 TEMA 標(biāo)準(zhǔn)換熱器的制造施工圖

18、。以后又結(jié)合英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì) 1976 年底公布的壓力容器規(guī)范 BS5500 編制了換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)程序；蘇聯(lián)也有 CATA 自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)；日本 HEADS 自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)是由三菱工程及造船有限公司研制的，使用該系統(tǒng)，僅僅輸入最少的數(shù)據(jù)，就能遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文2迅速地得到機(jī)械的設(shè)計(jì)圖表及圖紙。3高溫高壓換熱器的進(jìn)展隨著工藝的進(jìn)展和大型高溫高壓換熱器的使用越來(lái)越多。煉油廠加氫換熱器就是一個(gè)例子。近年來(lái)，高溫高壓換熱器在結(jié)構(gòu)、材料和制造方面都有一些進(jìn)展，管箱和密封結(jié)構(gòu)均有一些改進(jìn)，管子進(jìn)口區(qū)的熱防護(hù)獲得一些改善。另外還采用了薄管板或撓性管板結(jié)構(gòu)以減小熱應(yīng)力；使用小管子密排列，改善了管子與管

19、板的連接。4采用新材料由于工藝條件日趨苛刻，迫切需要一些新的材料。在換熱器制造中，由于鈦具有很高的抗腐蝕性能、高的強(qiáng)度限和屈服限，且比重小、重量輕，又有一定的抗污塞性，因此西德在含氯溶液中采用了鈦制換熱器，在煉油廠中使用鈦制冷卻器和冷凝器?，F(xiàn)在鈦制換熱器的應(yīng)用有了迅速的增加。滲鋁管換熱器及鍍鋅鋼管換熱器的使用也日益增多。非金屬材料方面最具有代表性的是聚四氟乙烯塑料，自美國(guó)杜邦公司于六十年代中期研究成功這種塑料換熱器以來(lái)，由于它優(yōu)越的抗腐蝕抗污垢性能，國(guó)外推廣使用很快，到了七十年代，凡是適用這種換熱器的場(chǎng)合，幾乎達(dá)到了普及的地步。1.2 換熱器的發(fā)展趨勢(shì)換熱器的發(fā)展趨勢(shì)1.2.1 余熱回收裝置的

20、研究余熱回收裝置的研究工業(yè)余熱的利用潛力很大,對(duì)生產(chǎn)影響顯著，主要是：1000左右的高溫?zé)崃考捌涓邏耗芰康暮侠砝?，這是石油化學(xué)工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。從換熱器的整體結(jié)構(gòu)、各類(lèi)管板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱膨脹補(bǔ)償方法直到高溫側(cè)熱通量的控制，都有許多課題急待解決；100200的低溫余熱回收，對(duì)一般企業(yè)有普遍意義。企業(yè)的熱利用率低的原因大多是低溫位熱能沒(méi)有很好地利用起來(lái)。1.2.2 緊湊式換熱器的研究緊湊式換熱器的研究緊湊式換熱器包括板翅、板式、板殼式等換熱器，它們具有優(yōu)異的性能，在采用多流道布置后，其優(yōu)越性更為顯著。板式換熱器需要改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)板片的強(qiáng)度，研究新的墊片材料以提高操作溫度和操作壓力是今后發(fā)展

21、的重點(diǎn)。板殼式換熱器由于從結(jié)構(gòu)上解決了耐溫、抗壓和高效之間的矛盾，因而在化學(xué)工業(yè)中很快得到推廣應(yīng)用。但是，由于它的制造工藝比較復(fù)雜，焊接要求高因而今后應(yīng)注重改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，發(fā)展新的成型和焊接工藝。遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文31.2.3 強(qiáng)化傳熱管的研究強(qiáng)化傳熱管的研究近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在采用強(qiáng)化傳熱管改進(jìn)換熱器性能、提高傳傳熱效率、減少傳熱面積、降低設(shè)備投資等方面，取得了顯著的成績(jī)。強(qiáng)化傳熱管同時(shí)也是利用低溫位熱量的關(guān)鍵部件。表面多孔管可以在非常小的溫差下產(chǎn)生很多的泡核，使汽化核心增加許多倍，但是制造工藝要求比較嚴(yán)格，且生產(chǎn)成本高，這些都是今后有待解決的問(wèn)題。遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文4第

22、第 2 章章 設(shè)計(jì)方案的確定設(shè)計(jì)方案的確定再沸器是蒸餾塔底的熱交換器,用來(lái)氣化一部分液相產(chǎn)物返回塔內(nèi)作氣相回流，使塔內(nèi)氣液兩相間的接觸傳質(zhì)得以進(jìn)行，同時(shí)提供蒸餾過(guò)程所需的熱量。再沸器主要有以下幾種形式：1熱虹吸式再沸器熱虹吸式再沸器熱虹吸式再沸器為有組織的自然循環(huán)式，精餾塔底的液體進(jìn)入再沸器被加熱而部分氣化，形成的氣液混合物的密度顯著減小，并一起進(jìn)入精餾塔內(nèi)空間再進(jìn)行液氣分離，利用兩側(cè)的密度差使塔底液體不斷被“虹吸”入再沸器。熱虹吸再沸器有立式和臥式兩種。立式通常在管內(nèi)沸騰，且為單管程；臥式則在管間汽化，可以是多管程。立式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)和管線配置緊湊，價(jià)格和安裝費(fèi)用相對(duì)較低，傳熱系數(shù)較高，物料在

23、加熱管內(nèi)停留時(shí)間較短，不易結(jié)垢，管程易清洗；缺點(diǎn)是塔的安裝高度較高，單個(gè)設(shè)備的傳熱面積有一定限制，有不適宜于高粘度液體或在高真空下操作。臥式的傳熱面積較大，清洗方便，對(duì)塔內(nèi)液面和流體壓降要求不高，宜于真空下操作，但占地面積較大。2強(qiáng)制循環(huán)式再沸器強(qiáng)制循環(huán)式再沸器強(qiáng)制循環(huán)式再沸器也有立式和臥式兩類(lèi)。它依靠泵的壓頭外加機(jī)械能量維持強(qiáng)制循環(huán)，因而循環(huán)速度便于控制和調(diào)節(jié)；物料流速較高；停留時(shí)間進(jìn)一步縮短，故可減少結(jié)垢傾向；適用于粘稠物料，有少量固體的懸浮液和熱敏性物料；并可制成大傳熱面的換熱器；但投資和操作費(fèi)用較高，泵的密封處易漏液。工藝流體通常走殼側(cè)，其傳熱與壓降計(jì)算均可按強(qiáng)制對(duì)流進(jìn)行。3內(nèi)置式再沸

24、器內(nèi)置式再沸器內(nèi)置式再沸器是將管束直接置于塔內(nèi)，因而不需要?dú)んw和工藝配管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資小，易清洗，但由于塔內(nèi)容積有限，傳熱面積較小，液體循環(huán)差，不適宜于粘稠液體。4釜式再沸器釜式再沸器釜式再沸器可抽出的加熱管束沉浸在大殼體中的沸騰液體內(nèi)，故循環(huán)在管束與周?chē)后w之間進(jìn)行，氣液分離也在釜內(nèi)上部空間完成。其優(yōu)點(diǎn)是維修和清洗方便，傳熱面積大，氣化率高，操作彈性大。根據(jù)工藝要求、廠區(qū)特點(diǎn)、不同型式再沸器對(duì)介質(zhì)和操作條件的適應(yīng)性，本次設(shè)計(jì)采用釜式再沸器，主要因?yàn)楦皆俜衅鲗?duì)操作條件的變化不敏感，可達(dá)到遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文5很高的氣化率或使用很低的溫差，在真空下或接近臨界壓力下操作時(shí)，設(shè)計(jì)比較

25、可靠。 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文6第第 3 章章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算工藝設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 換熱器的設(shè)計(jì)條件換熱器的設(shè)計(jì)條件 表 3.1 換熱器設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)殼程管程工作壓力（MPa）0.153.0進(jìn)口工作溫度（）121200出口工作溫度（）121151物料名稱(chēng)水（粗甲醇）二段氣流量（kmol/h）1363其中水和粗甲醇的質(zhì)量分率分別為 81.2%和 18.7%；二段氣中各氣體的摩爾組成分別為：CO:11.8%，:10.7%，:56.9%，:4.2%。2CO2H4CH3.2 物性數(shù)據(jù)的確定物性數(shù)據(jù)的確定定性溫度:可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。管程流體的定性溫度：CTo5 .1752151200殼程流

26、體的定性溫度：Cto1212121121殼程流體的成分為水和甲醇，水的質(zhì)量分率為，甲醇的質(zhì)量分%7 .18WAX率為，則水的摩爾分率為：%2 .81WBX%2932%2 .8118%7 .1818%7 .181x甲醇的摩爾分率為： %71%2912x定性溫度 121下的飽和水蒸汽氣化潛熱由參考文獻(xiàn)查得Co3371P，甲醇的氣化潛熱由參考文獻(xiàn)查得,則殼程gk/kJ2 .220513351Pgk/kJ8602流體的平均氣化潛熱為:kgxx/kJ1250860%712 .2205%292211對(duì)于殼程流體的平均密度，由參考文獻(xiàn)式（1-3）得111P遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文7 BWBAWAsX

27、X1 695%2 .811 .943%7 .183s/7 .731mkg式中：水和甲醇的密度，。BA,3/mkg由參考文獻(xiàn)查得定性溫度下管程流體的物性數(shù)據(jù)如下：3表 2.1 管程流體物性數(shù)據(jù)物料名稱(chēng)定壓比熱容PC)/(CkgkJo粘度510sPa導(dǎo)熱系數(shù)410)/(Cmwo密度3/mkgCO1.072.382.3619.272CO1.022.170.3736.852H14.521.130.291.604CH2.711.570.5911.78氣體混合物的粘度由參考文獻(xiàn)得：341P2121iiiiiMyMysaP1089.1716%2 . 444%7 .1028%8 .112%9 .5610)16

28、1157%2 . 4442177%7 .10282380%8 .1121135(56.9%621212121821212121 式中：y氣體混合物中組分的摩爾分率； M組分的分子量,kg/kmol。氣體混合物的導(dǎo)熱系數(shù)由參考文獻(xiàn)式（4-8）得： 1281P遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文8)/(129. 016%2 . 444%7 .1028%8 .112%9 .5610)16%2 . 459644%7 .1029828%8 .113782%9 .562367(313131314313131313131CmwMyMyoiiiii 氣體混合物的平均密度由參考文獻(xiàn)式（1-4）得：121Piiy3m

29、/625kg. 7%2 . 478.11%7 .1085.36%8 .11277.19%9 .56603. 1氣體混合物的平均定壓比熱容為：)Ckg/(62kJ. 8%2 . 471. 2%9 .56525.14%7 .10029. 1%8 .11076. 1CoiPiPyC3.3 熱負(fù)荷熱負(fù)荷管程流體的平均摩爾質(zhì)量：molkgM/675.12%85.1518%2 . 416%9 .562%7 .104428%8 .11則管程流體的質(zhì)量流量：hkgWh/1073. 11363675.124換熱器管程流體無(wú)相變，由參考文獻(xiàn)式（4-31）查得換熱器的熱負(fù)荷為：2201P)(21TTCWQPhW66

30、41003. 2kJ/h107.3)151200(62. 81073. 13.4 殼程流體質(zhì)量流量殼程流體質(zhì)量流量假設(shè)換熱器絕熱良好，熱損失可以忽略不計(jì),則單位時(shí)間內(nèi)換熱器中熱流體放出的熱量等于冷流體吸收的熱量，則由參考文獻(xiàn)式（4-33）得2201PcWQ 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文9式中：冷流體的質(zhì)量流量，。cWhkg /hkgQWc/58371250103 . 763.5 平均溫度差平均溫度差換熱器中殼程流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式有逆流，并流。對(duì)于無(wú)相的對(duì)流傳熱,逆流的平均溫度差大于并流的平均溫度差，因而在工業(yè)設(shè)計(jì)中，在滿(mǎn)足工藝條件的情況下，通常選用逆流。因此本設(shè)計(jì)選用逆流。換熱器兩端熱、冷

31、流體的溫差分別為：Cto491512001Cto01211212 則2021tt平均溫度差可采用算術(shù)平均溫度差代替，即：Ctttom5 .242049212在錯(cuò)流換熱器中，溫度分布情況相當(dāng)復(fù)雜，計(jì)算出的逆流平均溫度差需乘以修正系數(shù)，即可算出有效平均溫度差。溫差修正系數(shù)與冷熱流體的溫度變化有關(guān)，是 P 和 R 兩因數(shù)的函數(shù)，即：t=f(P,R)t01212001211211112tTttP式中遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文10 1211211512001221ttTTR由參考文獻(xiàn)圖（4-19a）查得=1，則有效平均溫度差由參考文獻(xiàn)2281Pt式（4-46）查得：2261Pmtmtt Co5 .

32、245 .2413.6 總傳熱系數(shù)的計(jì)算總傳熱系數(shù)的計(jì)算3.6.1 傳熱面積的確定傳熱面積的確定由于殼程流體為水和粗甲醇，管程流體為二段氣，由參考文獻(xiàn)表 5-226014P初選，故：)/(8502CmWKoo2633.975 .248501003. 2mtKQSmoo圓整為2100mSo根據(jù)參考文獻(xiàn)附錄二十五換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)，初選換熱器有關(guān)參數(shù)如下：3641P換熱管規(guī)格 mm219管子長(zhǎng)度 L=m5 . 4換熱管根數(shù) n=277 個(gè)管程數(shù) 2PN相鄰兩管之中心距 t=mm25換熱器的實(shí)際換熱面積:2106) 1 . 05 . 4(019. 0277) 1 . 0(mLdnSo式中：換熱管外徑，m

33、。od遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文113.6.2 總傳熱系數(shù)的核算總傳熱系數(shù)的核算1管程對(duì)流傳熱系數(shù)管程對(duì)流傳熱系數(shù)管程流通面積：22024. 02277015. 044mNndAPii式中：換熱管內(nèi)徑，m。id根據(jù)參考文獻(xiàn)式（1-13）得管程流體的體積流量：191PsmWVhSi/629. 03600625. 71073. 134管程流體的流速根據(jù)參考文獻(xiàn)式（1-4）得：201PiSiiAVu sm/22.26024.0629.0管程流體的雷諾準(zhǔn)數(shù)：)(1000010676. 11089.17625. 722.26015. 056湍流iieiudR管程流體的普蘭特準(zhǔn)數(shù)：195. 1129

34、. 01089.171062. 8Pr63Cpi因?yàn)楣軆?nèi)流體粘度遠(yuǎn)低于二倍常溫下水的粘度，且管長(zhǎng)與管徑比遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文12，則由參考文獻(xiàn)式（4-60300015. 05 . 4idL120Pr7 . 010000eiR2421P70a）得對(duì)流傳熱系數(shù)為：niiidPr)(Re023. 08 . 0)/(3153195. 1)10676. 1 (015. 0129. 0023. 023 . 08 . 05CmWo式中 n 值視熱流方向而定,因?yàn)榱黧w被冷卻,故。3 . 0n2殼程對(duì)流傳熱系數(shù)殼程對(duì)流傳熱系數(shù)殼程流體的對(duì)流傳熱過(guò)程中伴有由液相變?yōu)闅庀?，即在液相?nèi)部產(chǎn)生氣泡或氣膜的過(guò)

35、程，這稱(chēng)為液體沸騰，由于殼程中主要成分為甲醇，故按甲醇計(jì)算過(guò)程傳熱系數(shù)，由參考文獻(xiàn)式（4-95）得沸騰時(shí)的臨界熱負(fù)荷為：2561P 259 . 035. 059 . 035. 0/1075106/ 5 . 4650)02. 01 (02. 0108 .7138. 0/ )1 (38. 0mWSLDRRpqoicc式中：管束直徑，；iDm 臨界壓強(qiáng)，查表 4-1 甲醇的臨界壓強(qiáng)為；cp3712PPa5108 .71 對(duì)比壓強(qiáng)，無(wú)因次，。R02. 0108 .71105 . 155cppR 沸騰熱流密度為：246/1091. 110610203mWSQqo因?yàn)椋?。所以殼程PaPapc551030

36、108 .719 . 002. 001. 0 Rcqq 流體的沸騰傳熱系數(shù)由參考文獻(xiàn)式（4-94）得：2551P遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文13)/(1939)1091. 1 ()02. 01002. 0402. 08 . 1 ()1081. 9108 .71(105. 0)1048 . 1 ()1081. 9(105. 027 . 04102 . 117. 069. 0457 . 0102 . 117. 069. 04CmWqRRRpoco3污垢熱阻污垢熱阻換熱器的實(shí)際操作中，傳熱表面上常有污垢積存，對(duì)傳熱產(chǎn)生附加熱阻，使總傳熱系數(shù)降低。在估算 K 值時(shí)一般不能忽略污垢熱阻。由于污垢層的

37、厚度及其導(dǎo)熱系數(shù)難以準(zhǔn)確的估計(jì)，因此通常選用污垢熱阻的經(jīng)驗(yàn)值作為計(jì)算 K 值的依據(jù)。由參考文獻(xiàn)表 5-13 查得管壁內(nèi)、外側(cè)表面上的污垢熱阻為：5964P，WCmRosi/ )(105 . 325WCmRoso/ )(103254總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)由參考文獻(xiàn)式（4-4）得：2231PosomoiosiiioRdbdddRddK1100094. 019391105 . 3017. 017019. 00025. 0015. 0019. 0103015. 03153019. 055式中：管內(nèi)外平均直徑，。mdmdddiom017. 02015. 0019. 02 管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)，由參

38、考文獻(xiàn)查得不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為3321P。)/(17CmWo)/(10632CmWKo由前面的計(jì)算可知，選用該型號(hào)換熱器時(shí)要求過(guò)程的總傳熱系數(shù)為，在規(guī)定的流動(dòng)條件下，計(jì)算出的傳熱系數(shù)為，則)/(8502CmWo)/(10632CmWo換熱器的安全系數(shù)為：%20%10010638501063所以上述所選擇的換熱器各參數(shù)是合適的。遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文143.7 流體流動(dòng)阻力（壓強(qiáng)降）的計(jì)算流體流動(dòng)阻力（壓強(qiáng)降）的計(jì)算3.7.1 管程流動(dòng)阻力的計(jì)算管程流動(dòng)阻力的計(jì)算對(duì)于雙管程換熱器，管程阻力等于各程直管阻力、回彎阻力及進(jìn)出口阻力之和，一般出口阻力可忽略不計(jì)。 直管中因磨擦阻力引起的壓強(qiáng)降由

39、參考文獻(xiàn)式（1-43）得：471P221iiudLPPa514222.26625. 7015. 03024. 0式中：摩擦系數(shù)，無(wú)因次，它是雷諾數(shù)與管壁粗糙度的函數(shù)，由參考文獻(xiàn)表 1-2 查得無(wú)縫鋼管的絕對(duì)粗糙度，則相對(duì)粗481Pmm03. 0糙度，故由參考文獻(xiàn)002. 01403. 0id510676. 1Re圖 1-27 查得。541P024. 0 回彎管中因磨擦阻力引起的壓強(qiáng)降由參考文獻(xiàn)式（4-122）得471PPauPi7863222.26625. 73)2(3222所以管程阻力由參考文獻(xiàn)式（4-121）得：2781PPstiNNFPPP)(21Pa25131125 . 1)78635

40、14(式中：結(jié)垢校正因數(shù)，無(wú)因次，對(duì)于的管子，取 1.5；tFmm219串聯(lián)的殼程數(shù)。sN3.7.2 殼程流動(dòng)阻力計(jì)算殼程流動(dòng)阻力計(jì)算因?yàn)楣茏影凑切闻帕校p管程，所以橫過(guò)管束中心線的管子數(shù)由參考文獻(xiàn)式（4-119）得：2761P252771 . 11 . 1nnc遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文15流體通過(guò)管間最大截面積由參考文獻(xiàn)式（4-126）得:2781P2126. 0)019. 0257 . 0(56. 0)(mdnDhAoco式中：h支持板間距，；m殼程流體的體積流量由參考文獻(xiàn)式（1-13）得:191PsmWVocs/0023. 0360069558373按殼程流通截面積計(jì)算的殼程

41、流體的流速為：smAVuoso/018. 0126. 00023. 0殼程流體的雷諾準(zhǔn)數(shù)：5001004104 . 2695018. 0019. 0Re4ooooud殼程流體的摩擦系數(shù)：48. 0285000 . 5Re0 . 5228. 0228. 0oof流體通過(guò)管束的壓強(qiáng)降由參考文獻(xiàn)式（4-122）得：2781P2) 1(21ooBcouNnFfPPa33432517. 0695) 15(2548. 05 . 02遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文16式中：F 管子排列方法對(duì)壓強(qiáng)降的校正因數(shù)，對(duì)正三角形排列 F=0.5；支持板數(shù)；BN流體通過(guò)支持板缺口的壓強(qiáng)降由參考文獻(xiàn)式（4-125）得：

42、2781PPauDhNPooB8822517. 0695)7 . 056. 025 . 3(52)25 . 3(222由參考文獻(xiàn)式（4-123）得殼程流動(dòng)阻力為：2281PssoNFPPP)(21Pa4860115. 1)8823343(式中：殼程流動(dòng)阻力的結(jié)垢校正因數(shù)，無(wú)因次，液體取 1.15。sF一般來(lái)說(shuō)，流體的壓力降在 10100Pa 范圍內(nèi)，所以上述計(jì)算出的管程流動(dòng)阻力和殼程流動(dòng)阻力均滿(mǎn)足要求。流體阻力程序設(shè)計(jì)見(jiàn)附錄 2，經(jīng)計(jì)算機(jī)調(diào)試結(jié)果為：，PaPi25029，其結(jié)果與計(jì)算結(jié)果完全相符。PaPo4846第第 4 章章 機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)4.1 管束管束4.1.1 換熱管的尺寸規(guī)格及材料

43、換熱管的尺寸規(guī)格及材料換熱器的管子是傳熱元件，管子尺寸的大小對(duì)傳熱有很大的影響，當(dāng)采用小直徑的管子時(shí)，換熱器單位體積的傳熱面積大些，設(shè)備較緊湊，單位傳熱面的金屬耗量小，管內(nèi)給熱系數(shù)可提高。所以根據(jù)參考文獻(xiàn)表 16-3 可知，本次設(shè)4037P遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文17計(jì)選擇mm 的不銹鋼無(wú)縫鋼管，材料為。219TiNiCr101804.1.2 管子的排列管子的排列換熱管的排列形式主要有正三角形、正方形、轉(zhuǎn)角正三角形、轉(zhuǎn)角正方形，其結(jié)構(gòu)形式如圖示：流向流向流向流向(a)正三角形排列(b)轉(zhuǎn)角正三角形排列(c)正方形排列(d)轉(zhuǎn)角正方形排列圖 4.1 管子的基本排列型式其中正三角形排列用得

44、最普遍,因?yàn)楣茏娱g距都相等,所以在同一管板面積上可排列最多的管子數(shù)，從而獲得較高的對(duì)流傳熱系數(shù)，而且便于管板的劃線與鉆孔。故本設(shè)計(jì)管子排列采用正三角形排列。4.1.3 換熱管與管板的連接換熱管與管板的連接管子與管板的連接，在換熱器的設(shè)計(jì)中，是一個(gè)比較重要的結(jié)構(gòu)部分。它不僅加工工作量大，而且必須使每一個(gè)連接處在設(shè)備的運(yùn)行中，保證介質(zhì)無(wú)泄漏且具有承受介質(zhì)壓力的能力。對(duì)于管子與管板的連接結(jié)構(gòu)型式，主要有以下幾種：1脹接脹接脹接分強(qiáng)度脹接和貼脹。貼脹主要為消除換熱管與管孔之間縫隙的輕度脹接；而強(qiáng)度脹接是指管板與換熱管連接處的密封性和抗拉脫強(qiáng)度均由脹接來(lái)保證的連接。它適用于管殼之間介質(zhì)滲透不會(huì)引起不良后

45、果的情況下，脹接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管子修補(bǔ)容易。由于脹接管端處在脹接時(shí)產(chǎn)生塑性變形、存在殘余應(yīng)力，隨著溫度的上升，殘余應(yīng)力逐漸消失，這樣使管端處密封性和結(jié)合力的作用降低。所以這種脹接結(jié)構(gòu)一般適用于設(shè)計(jì)壓力小于 2.5MPa，最高不超過(guò) 4MPa；設(shè)計(jì)溫度小于等于 300，且操作中應(yīng)無(wú)劇烈的振動(dòng)、無(wú)過(guò)大的溫度變化和無(wú)嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕。Co遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文182焊接焊接焊接分為強(qiáng)度焊接和密封焊接兩種。密封焊是為了保證換熱管與管板連接密封性能的焊接。而強(qiáng)度焊接則是為了保證換熱管與管板密封性及抗拉脫強(qiáng)度的焊接。管子與管板的焊接，目前應(yīng)用較為廣泛，由于管孔不需開(kāi)槽，而且管孔的粗糙度要求不高，管子端

46、部不需退火和磨光，因此制造加工簡(jiǎn)便。焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)，當(dāng)焊接部分滲漏時(shí)，可以補(bǔ)焊，如需調(diào)換管子，可采用專(zhuān)用刀具拆卸焊接破漏管，反而比拆卸脹管方便。這種結(jié)構(gòu)適用于管板和換熱管的材質(zhì)為碳鋼、低合金鋼、不銹鋼和在碳鋼或低合金鋼管板上堆焊有不銹鋼的各種壓力、溫度下使用的換熱器；對(duì)殼程物料有間隙腐蝕和在操作過(guò)程中振動(dòng)較大的換熱器，不宜適用。3脹焊并用脹焊并用脹焊并用的結(jié)構(gòu)型式可分為強(qiáng)度脹加密封焊和強(qiáng)度焊加貼脹。這種結(jié)構(gòu)主要適用于壓力較高、滲透性強(qiáng)，或在一側(cè)有腐蝕性介質(zhì)，為保證不致泄漏后污染另一側(cè)物料而對(duì)密封面要求較高的場(chǎng)合；或?yàn)榱吮苊庠谘b運(yùn)及操作過(guò)程中的振動(dòng)對(duì)焊縫的影響，承受振動(dòng)或疲勞載荷的場(chǎng)

47、合；或有間隙腐蝕的場(chǎng)合以及采用復(fù)合鋼板的場(chǎng)合。綜上所述，由于本設(shè)計(jì)中管程的工作壓力為 3.0MPa，介質(zhì)易燃易爆，管板采用復(fù)合鋼板，所以本次設(shè)計(jì)采用脹焊并用中的強(qiáng)度焊加貼脹，主要因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)不僅能改善連接處的抗疲勞性能，而且還可以消除應(yīng)力腐蝕和縫隙腐蝕，提高使用壽命。4.1.4 換熱管壁厚的校核換熱管壁厚的校核1設(shè)計(jì)壓力與設(shè)計(jì)溫度的確定設(shè)計(jì)壓力與設(shè)計(jì)溫度的確定設(shè)計(jì)壓力是指設(shè)定的容器頂部的最高壓力。設(shè)計(jì)壓力不同于容器的工作壓力。工作壓力是由工藝過(guò)程決定的，在工作過(guò)程中工作壓力可能是變動(dòng)的，同時(shí)在容器的頂部和底部壓力也可能是不同的，所以將容器在正常操作情況下容器頂部可能出現(xiàn)的最高工作壓力稱(chēng)為容器的

48、最大工作壓力，用表示。容器的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)wP該高于其最大工作壓力。因?yàn)楣に囅到y(tǒng)中裝有爆破片，所以容器的設(shè)計(jì)壓力可取為。則管程設(shè)計(jì)壓力可取，殼程設(shè)計(jì)wPP)3 . 11 . 1 (MPaPPwt3 . 331 . 11 . 1壓力可取為。MPaPPws2 . 015. 03 . 11 . 1設(shè)計(jì)溫度是指容器在正常操作情況，在相應(yīng)工作壓力下，設(shè)定的受壓元件的遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文19金屬溫度。一般設(shè)計(jì)溫度不得低于容器工作時(shí)器壁的金屬可能達(dá)到的最高溫度。所以本設(shè)計(jì)中殼程設(shè)計(jì)溫度取為 135，管程設(shè)計(jì)溫度取為 210。CoCo2換熱管壁厚的計(jì)算換熱管壁厚的計(jì)算根據(jù)換熱管選取的材料由參考文獻(xiàn)表查

49、得設(shè)計(jì)溫度 135下4279P2DCo的許用應(yīng)力為，。換熱管TiNiCr10180MPat83MPas10351054. 1E為不銹鋼無(wú)縫鋼管，焊縫系數(shù)為。換熱管厚度負(fù)偏差假設(shè)取，1.2mm 01C腐蝕裕度，故換熱管的壁厚附加量。mmC12mmCCC2 . 112 . 021分別按三種工況計(jì)算換熱管的壁厚：a當(dāng)殼程設(shè)計(jì)壓力，管程設(shè)計(jì)壓力，此時(shí)換熱管僅受內(nèi)0sPMPaPt3 . 3壓作用，則換熱管的設(shè)計(jì)厚度由參考文獻(xiàn)表 4-2-2 查得：36-48PmmCPdPttitd81. 12 . 13 . 31832153 . 3 2所以換熱管的名義厚度取為。mmn2b當(dāng)殼程設(shè)計(jì)壓力，管程設(shè)計(jì)壓力，此時(shí)

50、換熱管僅受外MPaPs2 . 00tP壓作用。假設(shè)換熱管的名義厚度，則：，所以：mmn2mmne0.81.2-2C-236194500odL75.238 . 019eod所以由參考文獻(xiàn)圖 9-7 查得系數(shù) A=0.002。2167P由參考文獻(xiàn)查圖 9-12，A 值所在點(diǎn)位于曲線右邊，所以 B 值可從曲線2167P直接查得：B=80MPa所以換熱管的許用外壓由參考文獻(xiàn)式（9-8）得：2167PMPadBpoe37. 3198 . 080遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文20可見(jiàn)，所以開(kāi)始假設(shè)的可作為設(shè)計(jì)結(jié)果。MPaPpt3 . 3mmn2c當(dāng)殼程設(shè)計(jì)壓力和管程設(shè)計(jì)壓力同時(shí)作用時(shí)，相當(dāng)于換熱管受內(nèi)壓

51、作用，其設(shè)計(jì)壓力為，明顯小于僅受內(nèi)壓作用時(shí)的壓力。MPaPPPstc1 . 32 . 03 . 3所以換熱管壁厚的計(jì)算按以上兩種情況計(jì)算即可。通過(guò)以上三種情況的比較，換熱管的壁厚取上述結(jié)果中較大的。即：換熱管的名義厚度取為。mmn23水壓試驗(yàn)水壓試驗(yàn)對(duì)于內(nèi)壓容器水壓試驗(yàn)壓力由參考文獻(xiàn)表 4-2-13 得：48-48PMPapPtT125. 43 . 325. 125. 1則由參考文獻(xiàn)式（4-2-6）得換熱管的應(yīng)力為：49-48PMPadPeeiTT79.391)18. 12(2)18. 1215(125. 42)(MPaMPaTts79.397 .921039 . 09 . 0所以換熱管水壓試

52、驗(yàn)合格，設(shè)計(jì)壁厚滿(mǎn)足要求， 。4.2 換熱器筒體的設(shè)計(jì)換熱器筒體的設(shè)計(jì)4.2.1 換熱器筒體直徑的確定換熱器筒體直徑的確定換熱器小端筒體的內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于管板直徑，初步設(shè)計(jì)中根據(jù)參考文獻(xiàn)式（4-118）得：2781P12)1(bntDcim0657. 020285. 0) 125(025. 0式中：管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離，取b。0285m. 0019. 05 . 15d. 1bo根據(jù)參考文獻(xiàn)表 8-1 壓力容器的公稱(chēng)直徑系列標(biāo)準(zhǔn)可取筒體小端直徑為1647P=，又由于帶蒸發(fā)空間的臥式再沸器的筒體大端直徑為小端直徑的1 iDmm700遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文211.5

53、2 倍，則可取該換熱器筒體大端直徑為。mmDi140024.2.2 筒體材料及壁厚的確定筒體材料及壁厚的確定根據(jù)筒體的設(shè)計(jì)壓力 0.2MPa、設(shè)計(jì)溫度 135以及介質(zhì)的性質(zhì)，由參考文Co獻(xiàn)表 8-34 查得筒體材料選擇 Q235-B，主要因?yàn)檫@種材料塑性和可焊性好，2027P價(jià)格低廉。則由參考文獻(xiàn)表 D 查得 Q235-B 鋼板許用應(yīng)力為；4259PMPat113根據(jù)參考文獻(xiàn)表 4-2，假設(shè)取鋼板厚度負(fù)偏差，腐蝕裕度1339PmmC8 . 01，則壁厚附加量，筒體的設(shè)計(jì)厚度計(jì)算公mmC22mmCCC8 . 228 . 021式由參考文獻(xiàn)式（4-46）得：1489PCPDPcticdT22mm9

54、 . 48 . 23 . 085. 0113214003 . 0式中：筒體的計(jì)算壓力，；cPMPa 筒體大端直徑，mm；2iD 焊接接頭系數(shù)，因?yàn)橥搀w焊接型式采用雙面焊對(duì)接接頭，局部無(wú)損探傷檢測(cè)，則由參考文獻(xiàn)表 4-3 查得。1359P85. 0因?yàn)槿萜鞯臍こ淘O(shè)計(jì)壓力為，在 0.1 1.6MPa 之間，屬低壓容器，MPa2 . 0所以低壓下由上述公式算得的容器厚度很小，它往往不能滿(mǎn)足制造工藝要求以及運(yùn)輸和安裝過(guò)程中剛度要求，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)殼體元件規(guī)定了不包括腐蝕裕量的最小厚度，根據(jù)參考文獻(xiàn)表 16-2a 查得碳鋼和低合金鋼殼體的最小壁4027P厚為，所以取筒體的壁厚為：mm6minmmd

55、T8 . 88 . 26圓整取筒體的名義壁厚為：mmnT104.2.3 筒體壁厚的校核筒體壁厚的校核水壓試驗(yàn)壓力由和中取一MPaPPCT3 . 01 . 0MPaPPCT25. 025. 1較大值，故由參考文獻(xiàn)式（4-26）得筒體水壓試驗(yàn)時(shí)的壁內(nèi)應(yīng)MPaPT3 . 04948P力為：eeiTTDP2)(遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文22MPa48.3485. 02 . 72)2 . 71400(3 . 0式中：殼體有效厚度，。emmCne2 . 78 . 210根據(jù)參考文獻(xiàn)表 D 查得 Q235-B 常溫指標(biāo)下，則：4259PMPas235MPas5 .2112359 . 09 . 0MPa

56、MPasT5 .2119 . 048.34所以筒體的水壓試驗(yàn)合格。4.3 大端封頭的設(shè)計(jì)大端封頭的設(shè)計(jì)4.3.1 封頭類(lèi)型及材料的選擇封頭類(lèi)型及材料的選擇壓力容器封頭的種類(lèi)較多，常見(jiàn)的有凸形封頭，錐殼，平蓋等，其中凸形封頭包括半球形封頭，橢圓形封頭，碟形封頭和球冠形封頭。本設(shè)計(jì)中采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，主要因?yàn)闄E圓形封頭是由半個(gè)橢球面和短圓筒組成，直邊段可以避免封頭和圓筒的連接焊縫處出現(xiàn)經(jīng)向曲率半徑突變，改善焊縫的受力狀況。封頭的橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，所以應(yīng)力分布比較均勻，且橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型。選取封頭材料與筒體材料相同為 Q235-B，這樣便于焊接。4.3.2

57、 封頭壁厚的確定封頭壁厚的確定由參考文獻(xiàn)式（4-47）得標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的厚度計(jì)算公式：1489PmmCPDPcticdF26. 48 . 22 . 05 . 085. 0113214002 . 05 . 0 2由上述計(jì)算結(jié)果可知封頭的壁厚與筒體的壁厚基本相同，故可取二者等厚，即。根據(jù)參考文獻(xiàn)續(xù)表 4-1-4 查得封頭尺寸如下：mmnF105-48P公稱(chēng)直徑，曲面高度，直邊高度。mmDN1400mmh3501mmh402其結(jié)構(gòu)如下圖示： 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文23DNh2h1圖 4.2 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖4.3.3 封頭壁厚的校核封頭壁厚的校核水壓試驗(yàn)壓力與筒體水壓試驗(yàn)壓力相同為

58、。根據(jù)參考文獻(xiàn)MPaPT3 . 0式（4-25）得封頭水壓試驗(yàn)時(shí)的壁內(nèi)應(yīng)力為：4948PeeiTTFKDP2)5 . 0(MPa4 .3485. 02 . 72)2 . 75 . 011400(3 . 0式中 K應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)或形狀系數(shù)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭取 K=1。因?yàn)榉忸^與筒體的材料相同為 Q235-B，所以，則：MPas235MPas5 .2112359 . 09 . 0MPaMPasTF5 .2119 . 04 .34所以封頭在水壓試驗(yàn)時(shí)合格。4.4 管箱及隔板管箱及隔板4.4.1 管箱管箱管箱使進(jìn)入換熱器的流體分布到各換熱管，或匯集管內(nèi)流體送出換熱器，它主要由封頭，短節(jié)和法蘭等組成。管

59、箱有兩種基本型式：封頭管箱和平蓋管箱。本設(shè)計(jì)中選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭管箱。根據(jù)參考文獻(xiàn)附表 6 取管箱的公稱(chēng)直徑1189P與殼體小端直徑相同，DN=700mm。管箱材料選取 0Cr18Ni10Ti，管箱設(shè)計(jì)壁厚按封頭的壁厚計(jì)算如下：遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文24mmCPDPcticdG2 .118 . 23 . 35 . 085. 011327003 . 35 . 0 2同時(shí)根據(jù)表 3-10 可知公稱(chēng)直徑 DN=700mm 的管箱最小壁厚為 8mm，5110P所以這里取管箱的厚度與封頭的厚度相同，即管箱的名義壁厚為：mmnG124.4.2 管箱壁厚的校核管箱壁厚的校核管箱設(shè)計(jì)壓力與管程設(shè)計(jì)壓

60、力相同為，則水壓試驗(yàn)壓力由MPaPc3 . 3和中取較大值，故，MPaPPcT4 . 31 . 0MPaPPcT125. 425. 1MPaPT125. 4由參考文獻(xiàn)式（4-26）得管箱水壓試驗(yàn)時(shí)的壁內(nèi)應(yīng)力為：4948PeeiTTGKDP2)5 . 0(MPa2 .11885. 02 . 92)2 . 95 . 01700(125. 4式中：管箱有效厚度，。emmCne2 . 98 . 212根據(jù)參考文獻(xiàn)表 D 查得 0Cr18Ni10Ti 常溫指標(biāo)下，則：4259PMPas137MPas3 .1231379 . 09 . 0MPaMPasTG3 .1239 . 02 .118所以管箱在水壓試