立式熱虹吸再沸器機(jī)械設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、大連理工大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)立式熱虹吸式再沸器機(jī)械設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)學(xué) 院（系）： 化工機(jī)械與安全學(xué)院 專 業(yè)： 過(guò)程裝備與控制工程 學(xué) 生 姓 名： 孔 闖 學(xué) 號(hào)： 201242052 指 導(dǎo) 教 師： 由宏新、代玉強(qiáng) 評(píng) 閱 教 師： 完 成 日 期： 2015.10.2 大連理工大學(xué)Dalian University of Technolog歡迎下載摘要本課程設(shè)計(jì)主要任務(wù)是設(shè)計(jì)1臺(tái)立式熱虹吸式再沸器，作為丙烯-丙烷精餾塔的提餾段加熱設(shè)備。在大三下學(xué)期的時(shí)候已經(jīng)初步完成了再沸器的工藝部分的設(shè)計(jì)和核算，本次設(shè)計(jì)主要進(jìn)行再沸器的機(jī)械部分的計(jì)算及校核，包括再沸器各部分的結(jié)構(gòu)說(shuō)明，筒體壁厚的計(jì)算，封頭壁厚的

2、計(jì)算，管箱法蘭和管板的計(jì)算，筒體和封頭開(kāi)孔及補(bǔ)強(qiáng)等。通過(guò)3周的工作，已完成了再沸器的機(jī)械參數(shù)的計(jì)算，手工繪制了再沸器的裝配圖1張和管板零件圖1張。目錄摘要I1設(shè)計(jì)基礎(chǔ)21.1項(xiàng)目背景21.2設(shè)計(jì)依據(jù)21.3技術(shù)來(lái)源及授權(quán)21.4項(xiàng)目簡(jiǎn)介22結(jié)構(gòu)工藝說(shuō)明12.1管程和殼程物料的選擇12.2換熱管12.3管板12.3.1 管板結(jié)構(gòu)尺寸12.3.2 換熱管與管板連接22.3.3 排管及管孔32.4折流板52.5接管及連接附件52.6安全泄放72.7耳式支座72.8管箱、管箱法蘭與封頭103強(qiáng)度計(jì)算123.1工藝參數(shù)計(jì)算結(jié)果表123.2計(jì)算條件133.3強(qiáng)度計(jì)算143.3.1 殼程圓筒計(jì)算143.3.

3、2 前端管箱筒體計(jì)算153.3.3 前端管箱封頭計(jì)算163.3.4 后端管箱筒體計(jì)算183.3.5 后端管箱封頭計(jì)算193.3.6 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算203.3.7 兼作法蘭固定式管板計(jì)算233.3.8 管箱法蘭計(jì)算324結(jié)論35附錄A 過(guò)程工藝與設(shè)備課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)371 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.1 項(xiàng)目背景本項(xiàng)目來(lái)源于大連理工大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)大四年級(jí)過(guò)程工藝與設(shè)備課程設(shè)計(jì)題目； 設(shè)計(jì)者為過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)在校大四學(xué)生，與項(xiàng)目發(fā)布者為師生關(guān)系；本項(xiàng)目設(shè)計(jì)裝置為立式熱虹吸式再沸器。1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)過(guò)程工藝與設(shè)備課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（見(jiàn)附錄A）固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 TSG R0004-2009

4、壓力容器 GB 150-2011熱交換器 GB/T 151-2014長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭 JB/T 4703-2000無(wú)縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差 GB/T 17395-2008鋼制壓力容器封頭 JB/T 4746-2002承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) NB/T47013-2015石油化工鋼制管法蘭用緊固件 SH/T 3404-20131.3 技術(shù)來(lái)源及授權(quán)化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)，匡國(guó)柱、史啟才主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年。化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)（有機(jī)卷），劉光啟、劉杰主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年?；ぴ恚ㄏ聝?cè)），大連理工大學(xué)，高等教育出版社，2009年。SW6-2011化工設(shè)備設(shè)計(jì)軟件1.4

5、項(xiàng)目簡(jiǎn)介精餾是分離液體混合物（含可液化的氣體混合物）最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。板式精餾塔是常見(jiàn)的精餾分離設(shè)備，結(jié)構(gòu)上，板式 精餾塔是一圓形筒體，塔內(nèi)裝有多層塔板，塔中部適宜位置設(shè)有進(jìn)料板，兩相在塔板上相互接觸和分離。在板式塔提餾段底部會(huì)設(shè)置再沸器，再沸器的作用是將塔底液體部分汽化后送回精餾塔，使塔內(nèi)氣液兩相間的接觸傳質(zhì)得以連續(xù)進(jìn)行。本設(shè)計(jì)采用立式熱虹吸式再沸器，它是一垂直放置的管殼式換熱器。液體在自下而上通過(guò)換熱器管程時(shí)部分汽化，由在殼程內(nèi)的載熱體供熱。立式熱虹吸再沸器是利用塔底單相釜液與換熱器傳熱管內(nèi)汽液混合物的密度差形成循環(huán)推動(dòng)力，構(gòu)成工藝物流在精餾

6、塔底與再沸器間的流動(dòng)循環(huán)。這種再沸器具有傳熱系數(shù)高，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，釜液在加熱段的停留時(shí)間短，不易結(jié)垢，調(diào)節(jié)方便，占地面積小，設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用低等顯著優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)上的原因，殼程不能采用機(jī)械方法清洗，因此不適宜用于高粘度或較臟的加熱介質(zhì)；而且，由于是立式安裝，因而會(huì)增加塔的裙座高度。為提高本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)確性，本設(shè)計(jì)采用了業(yè)內(nèi)常用的化工設(shè)備設(shè)計(jì)軟件SW6-2011進(jìn)行計(jì)算校核。2 結(jié)構(gòu)工藝說(shuō)明2.1 管程和殼程物料的選擇本立式熱虹吸再沸器用于對(duì)提餾段的丙烯丙烷凝液加熱，使其氣化返回塔底，繼續(xù)進(jìn)行精餾分離，丙烯丙烷為低毒易燃介質(zhì)，工作壓力1.79MPa。加熱介質(zhì)為飽和水蒸氣，干凈清潔，

7、工作壓力0.1MPa。根據(jù)換熱器設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，管程和殼程介質(zhì)的選擇一般遵循以下原則：（1） 易結(jié)垢的流體走管程,便于檢修及時(shí)清洗除垢；（2） 具有腐蝕性的流體應(yīng)走管程，可防止管束和殼體材質(zhì)受腐蝕,且便于管子清洗檢修；（3） 易燃易爆、有毒流體走管程，減少泄漏機(jī)會(huì),避免引起人員中毒或者爆炸；（4） 高壓流體走管程，以防殼體受壓，節(jié)省殼體材料；（5） 被冷卻流體走殼程，可借外殼向外的散熱作用使殼體散熱，增強(qiáng)冷卻效果；（6） 流量大、粘度大的流體走殼程，流量小的流體走管程；（7） 飽和蒸汽走殼程，便于及時(shí)排出冷凝液，且蒸汽潔凈清洗方便；（8） 需要提高流速以增大其對(duì)流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，因管程流通面

8、積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。（9） 物料不同，走法也就不同，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選擇液體流徑。故，本換熱器丙烯丙烷凝液走管程，加熱蒸汽走殼程。2.2 換熱管根據(jù)工藝計(jì)算結(jié)果，本再沸器換熱管尺寸為25×2，長(zhǎng)度L=3000mm，數(shù)量為245根，管心距32mm，材料選用10g，級(jí)管束，外徑允許偏差±0.10mm，制造及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 17395-2008。因殼程為清潔水蒸氣，管束無(wú)需清洗，故管束排列方式為正三角形排列。2.3 管板2.3.1 管板結(jié)構(gòu)尺寸本再沸器管板采用固定管板兼做法蘭的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)工藝計(jì)算結(jié)果要求，本再沸器為單管程單殼程結(jié)構(gòu)，管板無(wú)需開(kāi)分程槽，具

9、體結(jié)構(gòu)尺寸如圖2.1、圖2.2。圖 2.1管板結(jié)構(gòu)尺寸圖 2.2管板法蘭結(jié)構(gòu)尺寸2.3.2 換熱管與管板連接根據(jù)GB151-2014中6.6.1要求，強(qiáng)度脹接具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管子更換和修補(bǔ)容易的特點(diǎn)，故本裝置換熱管與管板采用脹接連接，其的適用范圍如下：a) 設(shè)計(jì)壓力小于或等于4.0MPa;b) 設(shè)計(jì)溫度小于或等于300；c) 操作中無(wú)振動(dòng)，無(wú)過(guò)大的溫度波動(dòng)及明顯的應(yīng)力腐蝕傾向。本再沸器設(shè)計(jì)壓力1.9MPa，設(shè)計(jì)溫度100，操作平穩(wěn)且無(wú)明顯應(yīng)力腐蝕傾向，滿足上述條件，故換熱管與管板采用脹接連接，脹度k=7%，管孔尺寸如圖2.3示。圖 2.3管孔尺寸2.3.3 排管及管孔管板排孔限位圓直徑為549m

10、m，排管如圖2.4、圖2.5，管板開(kāi)4個(gè)拉桿開(kāi)孔，開(kāi)孔尺寸見(jiàn)圖2.6。圖 2.4排管圖圖 2.5管孔尺寸圖 2.6拉桿螺孔尺寸2.4 折流板本再沸器選用拱形折流板，弓形折流板引導(dǎo)流體垂直流過(guò)管束，流經(jīng)缺口處順流經(jīng)過(guò)管子后進(jìn)入下一板間，改變方向，流動(dòng)中死區(qū)較少，能提供高度的湍動(dòng)和良好的傳熱。其結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)圖2.7，板厚8mm，全換熱器布置7個(gè)折流板，折流板間距400mm。 圖 2.7折流板尺寸2.5 接管及連接附件根據(jù)工藝計(jì)算結(jié)果要求，查GB/T 17395-2008選取接管規(guī)格及尺寸見(jiàn)表2-1。表格 21接管數(shù)據(jù)接管編號(hào)規(guī)格DN公稱壓力/bar外徑/mm壁厚/mm長(zhǎng)度/mm重量 /Kg用途a25

11、0252731220015.45管程出料口b200252191020010.31管程進(jìn)料口c1502.51594.52003.8殼程出料d1002.510841502.05殼程進(jìn)料e5025573.51500.92安全閥接管f、g202.522.51500.21液位計(jì)接管h、i202.5252.51500.21排氣、排液接管根據(jù)HG/T 20592-2009為接管選用配套的連接件，板由于式平焊鋼制管法蘭取材方便，制造簡(jiǎn)單，成本低，使用廣泛，具有良好的綜合性能，因此本裝置的管法蘭全部選用板式平焊鋼制管法蘭，具體結(jié)構(gòu)及連接尺寸見(jiàn)圖2.8和表2-2圖 2.8板式平焊法蘭結(jié)構(gòu)接管法蘭螺栓規(guī)格DN公稱壓

12、力/bar法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K厚度mm重量 /Kg螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量規(guī)格長(zhǎng)度/mm250254253703520.23012M27110200253603103214.22612M271001502.5265225205.14188M16651002.5210170183.41184M16605025165125202.77184M1665202.59065140.6114M1045202.59065140.6114M1045表格 22接管法蘭及連接附件注：排氣和排液接管孔工作時(shí)常閉，用法蘭蓋密封。2.6 安全泄放對(duì)安全閥接管需計(jì)算其最小泄放面積，安全閥安裝在再沸器上管箱筒節(jié)處，介

13、質(zhì)為飽和丙烯丙烷蒸汽，輸入熱量H=5.84×106 kJ/h，泄放壓力pf=1.9MPa，泄放壓力下液體汽化潛熱q=265.8 kJ/kg，根據(jù)GB 150.1-2011附錄B中要求，選用全啟式安全閥，由制造廠提供的泄放系數(shù)為K=0.65。(1) 容器安全泄放量Ws為：Ws=Hq=5.84×106 265.8 =219.73kg/h(2) 安全閥最小泄放面積A：A=0.19WsKpf=0.19×219.730.65×1.9=178mm2最小接管內(nèi)徑為D=4A=15.1mm，所以選用的50的接管滿足要求。2.7 耳式支座本換熱器由于立式安裝，故采用耳式支座

14、，具體結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)圖2.9。圖 2.9耳式支座以下各部分計(jì)算內(nèi)容系根據(jù)JB/T 4712.3-2007容器支座 第3部分:耳式支座 附錄A進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。計(jì)算數(shù)據(jù)：設(shè)計(jì)壓力 PMPa1.9示意圖：設(shè)計(jì)溫度 t100殼體內(nèi)徑 Dimm600設(shè)備總高度 H0mm4374支座底板離地面高度mm10000支座底板距設(shè)備質(zhì)心hmm750風(fēng)壓高度變化系數(shù) fi1設(shè)置地區(qū)的基本風(fēng)壓 q0N/m2450地震設(shè)防烈度（地震加速度）7地震影響系數(shù) a0.08殼體材料Q345R設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 tMPa189圓筒名義厚度 nmm8厚度附加量 Cmm0.8圓筒有效厚度 emm4.2設(shè)備總質(zhì)量 m0kg2493.5偏心載

15、荷 GeN0偏心距 Semm0b2mm90l2mm180s1mm403mm6設(shè)備保溫厚mm0設(shè)備外徑 DOmm616支座數(shù)量 n2不均勻系數(shù) k1所選耳式支座型號(hào)JB/T4712.3-2007，耳式支座B 2-1.耳座安裝尺寸計(jì)算901.52mm2.耳座載荷計(jì)算地震載荷1954.904N風(fēng)載荷1454.967N水平力P 取PW和Pe+0.25PW的大值，NPe+0.25PW =2318.64584N因此 P=2318.64584N耳式支座實(shí)際承受載荷16.07605kN3.計(jì)算支座處圓筒所受的支座彎矩2.250647684校核所選耳式支座耳式支座本體允許載荷 QkN60(根據(jù)所選支座查表3，表

16、4，表5得到)支座處圓筒的許用彎矩 ML74.27(根據(jù)e和p查表B.1內(nèi)插得到)判斷依據(jù):Q<Q且ML<ML，所選耳式支座合格耳式支座最終校核結(jié)果合格附表1 風(fēng)壓高度變化系數(shù)fi距地面高度Hit地面粗糙度類別ABC51.171.000.74101.381.000.74151.521.140.74201.631.250.84301.801.421.00401.921.561.13502.031.671.25602.121.771.35702.201.861.45802.271.951.54902.342.021.621002.402.091.701502.642.382.03附表2

17、 對(duì)應(yīng)于設(shè)防烈度max值設(shè)防烈度789設(shè)計(jì)基本地震加速度0.1g0.15g0.2g0.3g0.4g地震影響系數(shù)最大值max0.080.120.160.240.322.8 管箱、管箱法蘭與封頭根據(jù)GB151-2014中6.2本立式再沸器選用B型封頭管箱結(jié)構(gòu)，封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭其結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)圖2.10；根據(jù)化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)第122頁(yè)管箱結(jié)構(gòu)尺寸要求，管箱圓筒長(zhǎng)度取L=200 mm，根據(jù)JBT4703-2000管箱法蘭選用長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)圖2.11。圖 2.10標(biāo)準(zhǔn)封頭尺寸圖 2.11長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭3 強(qiáng)度計(jì)算3.1 工藝參數(shù)計(jì)算結(jié)果表管程殼程物料名稱進(jìn)口凝液飽和水蒸氣出口混合蒸汽水

18、流量Kg/h進(jìn)口998802588出口998802588操作溫度ºC進(jìn)口52.9100出口53100操作壓力MPa1.790.1定性溫度ºC52.9100液體密度kg/m3445958.1導(dǎo)熱系數(shù)W/mºC0.0720.683熱容kJ/kgºC1.6412.02粘度PaS0.0000750.000283表面張力N/m0.004173氣化潛熱kJ/kg265.82256.9氣體密度kg/m331.10.51導(dǎo)熱系數(shù)W/mºC熱容kJ/kgºC粘度PaS0.00000880.000012氣化潛熱kJ/kg設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式立式熱虹吸式臺(tái)數(shù)1

19、殼體內(nèi)徑mm600殼程數(shù)1管徑mm25管心距mm32管長(zhǎng)mm3000排列方式正三角形排列管數(shù)目（根）245折流板數(shù)（個(gè)）7傳熱面積m257.53折流板間距mm400管程數(shù)1材質(zhì)碳鋼接管尺寸mm進(jìn)口200150出口250100主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速m/s0.734傳熱膜系數(shù)W/m2ºC966.58334.6污垢熱阻m2ºC /w0.0001760.00009阻力損失MPa0.006458熱負(fù)荷kW1622.4傳熱溫差ºC47.1總傳熱系數(shù)W/m2ºC866裕度%61.1備注3.2 計(jì)算條件設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 條 件殼 程管 程設(shè)計(jì)壓力 0.1MPa設(shè)計(jì)壓力

20、1.9MPa設(shè)計(jì)溫度 100設(shè)計(jì)溫度 53殼程圓筒內(nèi)徑Di600mm管箱圓筒內(nèi)徑Di600mm材料名稱Q345R材料名稱Q345R簡(jiǎn) 圖計(jì) 算 內(nèi) 容3.3.1殼程圓筒校核計(jì)算3.3.2前端管箱圓筒校核計(jì)算3.3.3前端管箱封頭校核計(jì)算3.3.4后端管箱圓筒校核計(jì)算3.3.5后端管箱封頭校核計(jì)算3.3.6開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.7 管板校核計(jì)算3.3.8管箱法蘭校核計(jì)算3.3 強(qiáng)度計(jì)算3.3.1 殼程圓筒計(jì)算計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 pc 0.10MPa設(shè)計(jì)溫度 t 100.00° C內(nèi)徑 Di 600.00mm材料 Q345R ( 板材

21、)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss 345.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 1.00mm焊接接頭系數(shù) f 0.80厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度 d = = 0.18mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 6.70mm名義厚度 dn = 8.00mm重量 359.85Kg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 = 1.25p = 0.1250 MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平 sTsT£ 0.90 ss = 310.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 6.29 M

22、Pa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= = 3.75695MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 4.53MPastf 170.10MPa校核條件stf st結(jié)論 筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度6.00mm,合格3.3.2 前端管箱筒體計(jì)算計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 pc1.90MPa設(shè)計(jì)溫度 t53.00° C內(nèi)徑 Di600.00mm材料Q345R ( 板材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s189.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st189.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss345.00M

23、Pa鋼板負(fù)偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) f0.80厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度d = = 3.37mm有效厚度de =dn - C1- C2= 5.70mm名義厚度dn = 8.00mm重量23.99Kg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 = 1.25p = 2.3750MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平 sTsT£ 0.90 ss = 310.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力sT = = 140.21MPa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= = 3.20149MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力st = = 1

24、00.95MPastf170.10MPa校核條件stf st結(jié)論筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度7.00mm,合格3.3.3 前端管箱封頭計(jì)算計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 pc1.90MPa設(shè)計(jì)溫度 t53.00° C內(nèi)徑 Di600.00mm曲面深度 hi150.00mm材料Q345R (板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st189.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s189.00MPa鋼板負(fù)偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) f0.80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 = 1.25p= 2.3

25、750MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力stsT£ 0.90 ss = 310.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 139.55MPa校核條件sT£ sT校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K = = 1.0000計(jì)算厚度dh = = 3.36mm有效厚度deh =dnh - C1- C2= 5.70mm最小厚度dmin = 3.00mm名義厚度dnh = 8.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量27.47Kg壓 力 計(jì) 算最大允許工作壓力pw= = 3.21662MPa結(jié)論合格3.3.4 后端管箱筒體計(jì)算計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 p

26、c1.90MPa設(shè)計(jì)溫度 t53.00° C內(nèi)徑 Di600.00mm材料Q345R ( 板材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s189.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st189.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss345.00MPa鋼板負(fù)偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) f0.80厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度d = = 3.37mm有效厚度de =dn - C1- C2= 5.70mm名義厚度dn = 8.00mm重量23.99Kg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 = 1.25p = 2.3750MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平 sTsT£ 0.9

27、0 ss = 310.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力sT = = 140.21MPa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= = 3.20149MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力st = = 100.95MPastf170.10MPa校核條件stf st結(jié)論筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度7.00mm,合格3.3.5 后端管箱封頭計(jì)算計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 pc2.00MPa設(shè)計(jì)溫度 t53.00° C內(nèi)徑 Di600.00mm曲面深度 hi150.00mm材料Q345R (板材)設(shè)計(jì)溫度許用

28、應(yīng)力 st189.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s189.00MPa鋼板負(fù)偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) f0.80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 = 1.25p= 2.3750MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力stsT£ 0.90 ss = 310.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 139.55MPa校核條件sT£ sT校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K = = 1.0000計(jì)算厚度dh = = 3.54mm有效厚度deh =dnh - C1- C2= 5.70mm最小厚度dmin = 3.00mm名義厚度dnh =

29、 8.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量27.47Kg壓 力 計(jì) 算最大允許工作壓力pw= = 3.21662MPa結(jié)論合格3.3.6 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)再沸器換熱的工藝要求及結(jié)構(gòu)需要，需在換熱器上開(kāi)孔接管，開(kāi)孔接管如下：接管規(guī)格DN公稱壓力/bar外徑/mm壁厚/mm重量 /Kg用途250252731215.45管程出料口200252191010.31管程進(jìn)料口1502.51594.53.8殼程出料1002.510842.05殼程進(jìn)料5025573.50.92安全閥接管202.5252.50.21液位計(jì)接管202.5252.50.21排氣、排液接管容器開(kāi)孔時(shí)，需考慮開(kāi)孔對(duì)設(shè)備強(qiáng)度的削弱作用，

30、一定情況下還需對(duì)開(kāi)孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，對(duì)于以上開(kāi)孔，只需考慮計(jì)算同一開(kāi)口部位，各壓力狀態(tài)下最大開(kāi)孔即可。下列計(jì)算中N1為管程進(jìn)料口，N2為殼程出料口。接 管: N1, 273×12計(jì)算方法: GB150.3-2011等面積補(bǔ)強(qiáng)法，單孔設(shè) 計(jì) 條 件簡(jiǎn) 圖計(jì)算壓力 pc1.9MPa設(shè)計(jì)溫度53殼體型式橢圓形封頭殼體材料名稱及類型Q345R板材殼體開(kāi)孔處焊接接頭系數(shù)0.8殼體內(nèi)直徑 Di600mm殼體開(kāi)孔處名義厚度n8mm殼體厚度負(fù)偏差 C10.3mm殼體腐蝕裕量 C22mm殼體材料許用應(yīng)力t189MPa橢圓形封頭長(zhǎng)短軸之比2凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角(°)0接管實(shí)際外伸長(zhǎng)度2

31、00mm接管連接型式插入式接管接管實(shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)度0mm接管材料20(GB9948)接管焊接接頭系數(shù)0.80名稱及類型管材接管腐蝕裕量2mm補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱凸形封頭開(kāi)孔中心至封頭軸線的距離mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度mm接管厚度負(fù)偏差 C1t1.2mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差 C1rmm接管材料許用應(yīng)力t149.94MPa補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力tMPa開(kāi) 孔 補(bǔ) 強(qiáng) 計(jì) 算非圓形開(kāi)孔長(zhǎng)直徑255.4mm開(kāi)孔長(zhǎng)徑與短徑之比1殼體計(jì)算厚度3.4035mm接管計(jì)算厚度t1.5877mm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù) frr0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù) fr0.7933開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算直徑 d255.4mm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度 B510.8mm接管有

32、效外伸長(zhǎng)度 h155.361mm接管有效內(nèi)伸長(zhǎng)度 h20mm開(kāi)孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A882mm2殼體多余金屬面積 A1578mm2接管多余金屬面積 A2634mm2補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A324mm2A1+A2+A3= 1236mm2 ，大于A，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈面積 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論: 合格接 管: N2, 159×4.5計(jì)算方法: GB150.3-2011等面積補(bǔ)強(qiáng)法，單孔設(shè) 計(jì) 條 件簡(jiǎn) 圖計(jì)算壓力 pc0.1MPa設(shè)計(jì)溫度100殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型Q345R板材殼體開(kāi)孔處焊接接頭系數(shù)0.8殼體內(nèi)直徑 Di600mm殼體開(kāi)孔處名義厚度n

33、8mm殼體厚度負(fù)偏差 C10.3mm殼體腐蝕裕量 C21mm殼體材料許用應(yīng)力t189MPa接管軸線與筒體表面法線的夾角(°)0凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角(°)接管實(shí)際外伸長(zhǎng)度200mm接管連接型式插入式接管接管實(shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)度0mm接管材料10(GB9948)接管焊接接頭系數(shù)0.8名稱及類型管材接管腐蝕裕量1mm補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱凸形封頭開(kāi)孔中心至封頭軸線的距離mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度mm接管厚度負(fù)偏差 C1t0.45mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差 C1rmm接管材料許用應(yīng)力t121MPa補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力tMPa開(kāi) 孔 補(bǔ) 強(qiáng) 計(jì) 算非圓形開(kāi)孔長(zhǎng)直徑152.9mm開(kāi)孔長(zhǎng)徑與短徑之比

34、1殼體計(jì)算厚度0.1764mm接管計(jì)算厚度t0.062mm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù) frr0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù) fr0.6402開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算直徑 d152.9mm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度 B305.8mm接管有效外伸長(zhǎng)度 h126.231mm接管有效內(nèi)伸長(zhǎng)度 h20mm開(kāi)孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A27mm2殼體多余金屬面積 A1983mm2接管多余金屬面積 A2100mm2補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A39mm2A1+A2+A3= 1092mm2 ，大于A，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈面積 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論: 合格3.3.7 兼作法蘭固定式管板計(jì)算設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 條 件簡(jiǎn) 圖設(shè)計(jì)壓力 ps0.1MP

35、a設(shè)計(jì)溫度 Ts100平均金屬溫度 ts100裝配溫度 to15殼材料名稱Q345R設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力st189Mpa程平均金屬溫度下彈性模量 Es1.97e+05Mpa平均金屬溫度下熱膨脹系數(shù)as1.153e-05mm/mm圓殼程圓筒內(nèi)徑 Di 600mm殼 程 圓 筒 名義厚 度 ds8mm殼 程 圓 筒 有效厚 度 dse6.7mm筒殼體法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量 Ef1.97e+05MPa殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積 A=0.25 p Di22.827e+05mm2殼程圓筒金屬橫截面積 As=pds ( Di+ds )1.277e+04mm2管設(shè)計(jì)壓力pt1.9MPa箱設(shè)計(jì)溫度Tt53圓材料名稱

36、Q345R筒設(shè)計(jì)溫度下彈性模量 Eh1.994e+05MPa管箱圓筒名義厚度(管箱為高頸法蘭取法蘭頸部大小端平均值)dh21mm管箱圓筒有效厚度dhe19mm管箱法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量 Et”1.994e+05MPa材料名稱10(GB9948)換管子平均溫度 tt53設(shè)計(jì)溫度下管子材料許用應(yīng)力 stt121MPa設(shè)計(jì)溫度下管子材料屈服應(yīng)力sst181MPa熱設(shè)計(jì)溫度下管子材料彈性模量 Ett1.97e+05MPa平均金屬溫度下管子材料彈性模量 Et1.994e+05MPa平均金屬溫度下管子材料熱膨脹系數(shù)at1.114e-05mm/mm管管子外徑 d25mm管子壁厚dt2mm管子根數(shù) n245換

37、熱管中心距 S32mm換一根管子金屬橫截面積144.5mm2換熱管長(zhǎng)度 L3000mm管子有效長(zhǎng)度(兩管板內(nèi)側(cè)間距) L12914mm管束模數(shù) Kt = Et na/LDi4037MPa管子回轉(zhuǎn)半徑 8.162mm熱管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度 lcr495mm系數(shù)Cr =146.6比值 lcr /i60.64管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力 () MPa管管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力 () 71.78MPa材料名稱16Mn設(shè)計(jì)溫度 tp100管設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力178MPa設(shè)計(jì)溫度下彈性模量 Ep1.97e+05MPa管板腐蝕裕量 C23mm管板輸入厚度dn43mm管板計(jì)算厚度 d36mm隔板槽面積 (包括拉桿和假管區(qū)面積

38、)Ad0mm2板管板強(qiáng)度削弱系數(shù) h0.4管板剛度削弱系數(shù) m0.4管子加強(qiáng)系數(shù) K =4.505管板和管子連接型式脹接，開(kāi)槽管板和管子脹接(焊接)高度l40mm脹接許用拉脫應(yīng)力 q4MPa焊接許用拉脫應(yīng)力 qMPa管材料名稱16Mn管箱法蘭厚度 42mm法蘭外徑 760mm箱基本法蘭力矩 2.773e+07N×mm管程壓力操作工況下法蘭力3.318e+07N×mm法蘭寬度 80mm法比值0.03167比值0.07系數(shù)(按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-2014>>圖25)0.00蘭系數(shù)w”(按dh/Di ,df”/Di ,查<

39、;<GB151-2014>>圖 26)0.00562旋轉(zhuǎn)剛度 104.1MPa材料名稱16Mn殼殼體法蘭厚度43mm法蘭外徑 760mm體法蘭寬度 80mm比值 0.01117法比值0.07167系數(shù), 按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-2014>>圖250.00蘭系數(shù), 按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-2014>>圖260.0006302旋轉(zhuǎn)剛度 21.72MPa法蘭外徑與內(nèi)徑之比 1.267殼體法蘭應(yīng)力系數(shù)Y (按 K 查<<GB1502011>>表7-9)8.3

40、49旋轉(zhuǎn)剛度無(wú)量綱參數(shù) 0.004226膨脹節(jié)總體軸向剛度 0N/mm管板第一彎矩系數(shù)(按,查<<GB151-2014>>圖 27) 0.2494系系數(shù) 13.19系數(shù)(按查<<GB15198>>圖 29) 2.874換熱管束與不帶膨脹節(jié)殼體剛度之比 2.806數(shù)換熱管束與帶膨脹節(jié)殼體剛度之比 管板第二彎矩系數(shù)(按K,Q或查<<GB151-2014>>圖28(a)或(b)2.714系數(shù)（帶膨脹節(jié)時(shí)代替Q） 0.004908計(jì)系數(shù) (按K,Q或Qex 查圖30) 0.01008法蘭力矩折減系數(shù) 0.2954管板邊緣力矩變化系

41、數(shù) 1.984算法蘭力矩變化系數(shù) 0.414管管板開(kāi)孔后面積 Al = A - 0.25 npd 21.625e+05mm2板參管板布管區(qū)面積(三角形布管) (正方形布管 ) 2.173e+05mm2數(shù)管板布管區(qū)當(dāng)量直徑 526mm系數(shù) 0.5747系系數(shù) 0.2179數(shù)系數(shù) 4.373計(jì)系數(shù)(帶膨脹節(jié)時(shí)代替Q) 6.414算管板布管區(qū)當(dāng)量直徑與殼體內(nèi)徑之比 0.8766管板周邊不布管區(qū)無(wú)量綱寬度 k = K(1-rt)0.5559僅有殼程壓力Ps作用下的危險(xiǎn)組合工況 (Pt = 0)不計(jì)溫差應(yīng)力計(jì)溫差應(yīng)力換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差=(t-t)-(t-t)0.0-0.0005566當(dāng)量壓力組

42、合 0.10.1MPa有效壓力組合 0.4373-23.74MPa基本法蘭力矩系數(shù) 0.6504-0.01198管板邊緣力矩系數(shù)0.6601-0.002246管板邊緣剪力系數(shù) 8.708-0.02963管板總彎矩系數(shù) 2.460.1741系數(shù)僅用于 時(shí)0.65990.04671系數(shù)當(dāng) 時(shí),按K和m 查圖31(a)實(shí)線當(dāng) 時(shí),按K和m 查圖31（b）1.3730.252系數(shù) > 0 ,=,< 0 , =1.3730.252管板徑向應(yīng)力系數(shù)帶膨脹節(jié)Q為Q=0.58670.01076管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)=0.7050.004987管板布管區(qū)周邊處剪切應(yīng)力系數(shù)=0.42730.04

43、271殼體法蘭力矩系數(shù)0.1901-0.005571計(jì)算值許用值計(jì)算值許用值管板徑向應(yīng)力 102.41.5 2671023 534MPa管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力87.161.5 26751.633 534MPa管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力3.9230.5 89-21.281.5 267MPa殼體法蘭應(yīng)力 611.5 26797.033 534MPa換熱管軸向應(yīng)力 8.07712171.7857.183 36371.78MPa殼程圓筒軸向應(yīng)力 9.512170.1-51.61510.3MPa換熱管與管板連接拉脫應(yīng)力 q =0.3715q42.633q焊接q脹接4MPa僅有管程壓力Pt作用下的危險(xiǎn)組合工況 (Ps = 0)不計(jì)溫差應(yīng)力計(jì)溫差應(yīng)力換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差=(t-t)-(t-t)0.0-0.0005566當(dāng)量壓力組合 -2.314-2.314MPa有效壓力組合 -12.19-36.36MPa操作情況下法蘭力矩系數(shù)-0.02793-0.009359管板邊緣力矩系數(shù) -0.02793-0.009359管板邊緣剪力系數(shù) -0.3684-0.1235管板總彎矩系數(shù) -1.188-0.09775系數(shù)僅用于 時(shí)0.31870.02622系數(shù)當(dāng) 時(shí),按K和m 查圖31（a）實(shí)線當(dāng) 時(shí),