化肥廠合成車間氫氮混合氣壓縮機級間冷卻器設計

部無損探傷，焊接頭接系數(shù)Φ=0.85，鋼板的厚度負偏差c1=0.8mm，腐蝕裕量c2=2mm，c=c1+c2=2.8mm，管箱設計壁厚td為：td==3.66mm圓整取管箱壁厚為tn=8mm容器法蘭的選擇容器法蘭材料選用Q345R。根據(jù)NB/T4702-2012標準，選用DN1000，PN1.6MPa的隼槽密封面長頸對焊法蘭。其具體尺寸見圖3-1：圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s11容器法蘭尺寸換熱管設計如上一章內(nèi)容所述，本次設計換熱管采用?25×2.5mm，長度L=3000mm的管板設計管板尺寸的確定Ad-因設置隔板槽或拉桿而未能被換熱管支承的面積，mm2Ad值可按GB151-1999的5.7.1.1計算，本換熱器采用了正三角形排列單管程。故Ad面積應如下計算：Ad==2（8575+10278+722+625）=40400mm2Dt-管板布管區(qū)當量直徑，mmDAt-布管區(qū)面積，mm2，A=176=150400D=4=438mm計算Pa，查出系數(shù)Pμ-管板強度削弱系數(shù)，查GB151-1999的5.7.2.1，μP==0.0101查GB151-1999圖23（b），C=0.357管板計算厚度及名義厚度：δ=0.357=15.12mm管側：結構開槽5mm，C2=2mm(忽略)，殼側：結構尺寸為零，C2=2mmδ取δ則管板厚度取23mm。換熱管、管板與殼體連接方式如圖3-2為浮頭式換熱器固定管板的連接情況，換熱管、管板與殼體連接方式是指將換熱管、管板和殼體連接在一起的方法。通常采用焊接或螺栓連接方式。焊接連接方式適用于高溫、高壓、腐蝕性較強的環(huán)境，通過電弧焊、氣焊等方法將三者連接在一起，具有牢固可靠、密封性好等優(yōu)點。螺栓連接方式適用于低溫、低壓、易拆卸的場合，通過將螺栓穿過管板和殼體孔洞，用螺母擰緊，形成緊密的連接。這種方式更加方便維護和清洗，但不如焊接連接方式密封性好。圖STYLEREF1\s3-SEQ圖\*ARABIC\s12換熱管、管板與法蘭連接結構圖管子拉脫力計算計算管子拉脫力所需要的數(shù)據(jù)如下表3-1所示：表STYLEREF1\s3-SEQ表\*ARABIC\s11拉脫力計算所需相關數(shù)據(jù)項目值項目值管間距32mm管子尺寸?25×2.5mm總管數(shù)607根設計壓力0.7MPa管長3000mm①脹接邊所承受的力（每平方，在操作壓力下）q其中f=0.866=0.866=396脹接長度 l=min=min=20mm則q==0.18②溫差應力導致的脹接周邊上的拉脫力(每平方米)q其中σA=1000=25321mm2A==107211mm2σ=22.6MPa則q==1.02MPa得出結論管子拉脫力q=因此，換熱管拉脫力在許用范圍內(nèi)?？偨Y本章內(nèi)容，冷卻器結構及相應尺寸如下表：表STYLEREF1\s3-SEQ表\*ARABIC\s12結構及相應尺寸結構名稱材料計算結果筒體Q345RDi=1000mmδn封頭Q345Rh1=250mmh2=40mm管箱Q345Rtd=3.66mmtn=6mm容器法蘭Q345RDN1000，PN1.6MPa的隼槽密封面長頸對焊法蘭管板Q345Rδ零部件的選擇折流板與擋板折流板設置折流板的目的是為了提高殼程流體的流速，增加湍動程度，并使殼體流體垂直沖刷管束，以改善傳熱，增大殼程流體的傳熱系數(shù)，同時減少結垢。常用的折流板形式是弓形折流板。h=h=h=h取折流板間距為600mm，所需折流板數(shù)為：N==4塊選用4塊兒圓缺形折流板。擋板擋板主要作用是阻止流體短路，迫使其通過管束進行換熱。浮頭式、填料函式、U型管式換熱器都需安裝。本次設計選用6mm的鋼板式扁鋼作為擋板，需2塊，對稱布置。長度與折流板板間距相等。支座選型幾種常見的支座類型臥室壓力容器支座一般有鞍式支座（鞍座）、圈座、支腿三種。其中鞍座應用最為廣泛，圈座主要用于薄壁容器，支腿主要應用于立式容器REF_Ref6860\r\h[3]。支座選用本次設計選用鞍式支座（鞍座）為級間冷卻器支座計算支座反力：兩個管板的重量：M圓筒的重量：M==1256L：換熱器中圓筒體的長度尺寸，它包含筒體的有效長度和左右兩端管箱的長度尺寸。γ：材料的比重，因為筒體和管箱材質都是Q345R，故γ=7850封頭質量：M3零部件,取為全部質量的20%：M圓筒的體積：V1封頭的體積：V2故總體積為：Vz做液壓試驗時，液體的質量：m做液壓試驗時，換熱器的總重量是：M=4657Kg；水壓試驗時單位長度載荷計算：q===8.8N水壓試驗時支座反力：F=開孔補強計算開孔補強設計的原則和補強結構補強的設計原則：等面積補強法的設計原則、塑性失效補強原則。補強形式：內(nèi)加強平齊接管、外加強平齊接管、對稱加強凸出接管、密集補強。補強結構：補強結構是指補強金屬采用什么結構方式與被補強的殼體或接管連成一體。主要有以下幾種：補強圈補強結構、加強元件補強結構、整體補強結構REF_Ref5658\r\h[1]REF_Ref6860\r\h[3]。在該臺浮頭式換熱器上，殼程流體的進出管口在殼體上，管程流體則從前端管箱進入，而后端管箱上則有排污口和排氣口，因此不可避免地要在換熱器上開孔。開孔之后，出削弱器壁的強度外，在殼體和接管的連接處，因結構的連接性被破壞，會產(chǎn)生很高的局部應力，會給換熱器的安全操作帶來隱患。因此此時應進行開孔補強的計算REF_Ref20399\r\h[6]。由于管程與殼程出入口公稱直徑均為150mm，按照厚度系列，可選接管的規(guī)格為?159×8，接管的材料選為20號鋼。有效補強厚度確定殼體和接管的計算厚度及開孔直徑：由前面的計算可知殼體的計算厚度為S=5mm，可以與接管的厚度附加量取C=2mm，腐蝕裕量C2=2mm，接管計算厚度為：S==2.13開孔直徑為：d=d確定殼體和接管實際厚度、開孔有效補強B及外側有效補強高度h1。殼體名義厚度δn=8mm，接管名義厚度為B=2d=25接管外側有效補強高度為?==84mm計算需要補強的金屬面積和可以作為補強的金屬面積。需要補強的面積為A=d可以作為補強的面積為A=（1184?592）×（10?5）=2960A=2 =1124A比較Ae與A，顯然Ae大于A，同時計及接管與殼體焊縫面積A3之后，該開孔接管補強的強度足夠。冷卻器壓力試驗與強度校核容器試驗壓力（內(nèi)壓）：P式中PTP——設計壓力，MPa；σ——容器元件材料在試驗溫度下的許用應力，MPa；σtP=1.25=0.875MPaP=1.35MPa水壓試驗壓力由上兩式中取一大者，取PT壓力試驗的應力校核σ液壓試驗σTσ式中σT——圓筒壁在試驗壓力下的計算應力，MPaDi——圓筒內(nèi)直徑，mmPT——試驗壓力，MPaSe——圓筒的有效壁厚，σs?——圓筒的焊接接頭系數(shù)。σ==130.48MPa所用Q345R板材在常溫時σs0.9=306MPa可見,σT<0.9?σs,則水壓實驗時殼體，封頭內(nèi)應力都小于0.9?參考文獻喻健康,王立業(yè),刁玉瑋.化工設備機械基礎[M],第七版.大連：大連理工大學出版社，2006.李云姜，培正.過程流體機械[M]，第二版.北京：化學工業(yè)出版社，2008.鄭津洋.過程設備設計[M].北京：化工工業(yè)出版社，2015.林大鈞，于傳浩，楊靜.化工制圖[M].北京：高等教育出版社，2014.聶清德.化工設備設計[M].北京：化工工業(yè)出版社，1991.賀匡國.化工容器及設備簡明設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002.高忠白，邱清宇，王志文.壓力容器安全管理工程[M].北京：中國石化出版社，1997.梁泉水，郭崇志.預應力換熱器的分析與實驗研究[D].廣州：華南理工大學，2007.李曉昌，趙國仙，劉可非.120