江蘇斯?fàn)柊畲蓟嗦?lián)產(chǎn)項目26萬噸年丙烯腈裝置-丙烯腈成品冷卻器設(shè)計

學(xué)號：常州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）（20屆）題目江蘇斯?fàn)柊畲蓟嗦?lián)產(chǎn)項目26萬噸/年丙烯腈裝置——丙烯腈成品冷卻器設(shè)計學(xué)生學(xué)院懷德學(xué)院專業(yè)班級校內(nèi)指導(dǎo)教師專業(yè)技術(shù)職務(wù)校外指導(dǎo)老師專業(yè)技術(shù)職務(wù)頁共36頁=1\*Arabic1.緒論換熱器是一種使用廣泛的工業(yè)設(shè)備，也是石油化工行業(yè)中主要的工業(yè)設(shè)備之一。固定管板換熱器是石油化工行業(yè)中最常見也是最常用的換熱器之一。固定管板換熱器使用的操作壓力和操作溫度范圍比較大，制造成本比較低，清洗便捷，工作處理量大，工作性能可靠，成為人們的首選。另外，隨著科學(xué)技術(shù)的飛快發(fā)展同時也出現(xiàn)了各種各樣新型結(jié)構(gòu)的換熱器如高效重沸器、高效冷凝器、雙殼程換熱器等等[1]。管殼式換熱器相對容易地制造，并且可以適應(yīng)用于各種工業(yè)過程中的大范圍的操作條件,如化工、汽化和廢熱回收[2]，所以管殼式換熱器是石油化工行業(yè)中使用最多的一種換熱器。冷卻器是換熱器的一種。冷卻器的應(yīng)用十分普遍，是化工石油行業(yè)中重要的裝置，隨著其功能的不斷擴(kuò)大和技術(shù)的飛快發(fā)展，如今，冷卻器在其他眾多領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。同時冷卻器也對余熱和廢熱進(jìn)行有效的回收利用，提高能源利用率，降低能量消耗，有效的降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。本設(shè)計為丙烯腈成品冷卻器屬于換熱器中最常見的固定管板換熱器。=1\*Arabic1.1換熱器的幾種主要類型管殼式換熱器按換結(jié)構(gòu)分類可分為：固定管板式、浮頭式、薄管板式、U形管式、填料函式、滑動管板式、雙管板式等。=1\*Arabic1.2固定管板換熱器概述固定管板換熱器是管殼式換熱器中使用最多的一種。固定管板換熱器有結(jié)構(gòu)簡單、重量比較輕、造價便宜等特點，所以在化工行業(yè)中普遍使用。由于它的管板是固定的，檢修是管束無法從殼體中抽出，管的外壁難以清洗，所以只能在殼側(cè)流體清潔不易結(jié)垢時才適用。此外，這種結(jié)構(gòu)的換熱器要求參與熱交換的兩種流體的溫差不能太大，否則會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，使管子和管板結(jié)合處松動而產(chǎn)生泄漏。通常認(rèn)為管壁與殼壁的溫差不能超過50℃，或者兩流體間溫差不能超過70℃[3]。=1\*Arabic1.3丙烯氨氧化法生產(chǎn)丙烯腈工藝流程的簡單介紹江蘇斯?fàn)柊畲蓟嗦?lián)產(chǎn)項目一期工程26萬噸/年丙烯腈(AN)裝置，設(shè)計規(guī)模為年產(chǎn)丙烯腈26萬噸，年開工按8000小時計算。由丙烯腈反應(yīng)單元、壓縮/制冷單元、回收單元、精制單元、四效蒸發(fā)單元、乙腈單元、含腈廢水焚燒單元、尾氣焚燒單元、硫銨濃縮單元等組成。企業(yè)丙烯氨氧化法合成丙烯腈工藝流程圖如圖1所示：圖1：企業(yè)丙烯氨氧化法合成丙烯腈工藝流程圖原料、產(chǎn)品：以丙烯、液氯為原料，主產(chǎn)品為丙烯腈、副產(chǎn)品為氫腈酸、乙腈、硫酸銨（40%）。丙烯氨氧化法生產(chǎn)丙烯腈的車間可以分為兩個工段，合成工段和精制工段。液體丙烯和氨經(jīng)過蒸發(fā)，過熱后進(jìn)入混合器?？諝饨?jīng)壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入空氣水飽和塔，在塔內(nèi)和精制工段來的乙腈解吸塔釜液相遇，有部分水變成水蒸汽被空氣帶出，在進(jìn)加熱后進(jìn)入混合器與丙烯、氨混合?；旌虾蟮谋?、空氣、水蒸汽由反應(yīng)器下部進(jìn)入反應(yīng)器，發(fā)生一系列化學(xué)變化后氣體經(jīng)過廢熱鍋爐回收熱量后進(jìn)入氨中和塔，在氨中和塔用稀硫酸溶液吸收未反應(yīng)的氨，生產(chǎn)的硫酸銨進(jìn)一步加工做肥料。除氨后的氣體經(jīng)冷卻后進(jìn)入水吸收液含1.5%~2.0%的丙烯腈，做為合成工段的產(chǎn)品送至精制工段精制。在水吸收塔內(nèi)未被水吸收的氣體由塔頂經(jīng)排毒煙囪放空。精制工段流程如圖2所示：圖2：精制工段工藝流程圖由合成工段來的水吸收液經(jīng)加熱后入萃取解吸塔，塔頂加入萃取水，從塔頂蒸出的氣體經(jīng)冷凝冷卻分層后，油層為粗丙烯腈，一部分油層做萃取解吸收塔回流，一部分油層作為第一脫氰塔進(jìn)料，水層回吸收塔釜液槽，塔釜出料進(jìn)乙腈解吸收塔。在第一脫氰塔頂蒸出氫氰酸后，塔釜出料進(jìn)脫水塔。在脫水塔塔釜上面第二塊塔板的氣相抽出丙烯腈，經(jīng)過冷凝冷卻即得到產(chǎn)品丙烯腈。為防止氫氰酸，丙烯腈聚合，在第一脫氰塔，脫水塔頂部分應(yīng)加入一定量的租聚劑[4]。=1\*Arabic1.4丙烯氨氧化法生產(chǎn)丙烯腈的特點(1)原料來源豐富丙烯來自石油煉制廠過去放空燒掉的廢氣，經(jīng)分離后便可獲得丙烯。也可以采用油田氣，輕油，渣油，原油經(jīng)裂解分離來獲得丙烯，這是當(dāng)前生產(chǎn)丙烯的主要方法。(2)生產(chǎn)過程簡易，產(chǎn)品容易提純，技術(shù)成熟。(3)主要產(chǎn)品收率較高，副產(chǎn)品有用途丙烯氨氧化法以丙烯計收率約為60%，采用新型催化劑時可獲得更高收率（最高可達(dá)80%）。副產(chǎn)品氫氰酸和乙腈是重要的化工原料，氫氰酸可以做有機(jī)玻璃、制藥的原料等，乙腈是一個溶劑，在生產(chǎn)合成橡膠中應(yīng)用。(4)另外，氫腈酸脫水與精制在一個塔內(nèi)進(jìn)行，可以直接從塔頂?shù)玫?9.5%的氫腈酸副產(chǎn)品，這樣既簡化了流程又減少了動力消耗。=2\*Arabic2.工藝計算2.1基本設(shè)計參數(shù)按照設(shè)計任務(wù)書，本設(shè)計的基本設(shè)計參數(shù)如表1所示。表1基本設(shè)計參數(shù)參數(shù)名稱管程殼程介質(zhì)丙烯腈循環(huán)冷卻水入口溫度℃5033出口溫度℃4138工作壓力MPa-0.0590.54流量kg/h17671.4516294.122.2確定介質(zhì)的物性參數(shù)管程定性溫度：殼程定性溫度：由殼程和管程的定性溫度查《化工工藝設(shè)計手冊》得到相應(yīng)溫度下的物性參數(shù)如表2。2.3計算總熱流量總熱流量：管程流量：對數(shù)平均溫差的計算[5]：平均傳熱溫差校正系數(shù)：按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，溫差校正系數(shù)應(yīng)查《化工工藝手冊》[6]=0.93，平均傳熱溫差=2.4初設(shè)總傳熱系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗初次選擇換熱器總的傳熱系數(shù)K=550，計算所需要的傳熱面積A2.5初選換熱器規(guī)格參考換熱器設(shè)計規(guī)范選擇固定管板式換熱器的規(guī)格如下表3.表3初選換熱器規(guī)格固定管板式換熱器（AEM）規(guī)格公稱直徑600mm公稱換熱面積A65.2m2管程數(shù)Np2管數(shù)n376管長L3.0m管子直徑Φ19mm×2.0mm換熱管排列方式正三角形換熱器實際換熱面積：該換熱器所要求的總傳熱系數(shù)：3.工藝結(jié)構(gòu)計算3.1換熱管的設(shè)計：選擇換熱管材料：10，換熱管的規(guī)格：，換熱管數(shù)量為：（取376）3.2換熱管排列和管程分程：采用正三角形排列如圖3所示：圖3：換熱管正三角排列根據(jù)GB151—1999《管殼式換熱器》[7]表12得換熱管直徑19mm，管心距分層隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距橫過管束中心線的管束管程數(shù)一般有1、2、4、6、8、10、12等7種，常用的管程形式可以參照GB151—1999《管殼式換熱器》圖15。3.3殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率，則殼體內(nèi)徑為：圓整可取3.4折流板本設(shè)計采用單弓形折流板。切去的圓缺高度。折流板最小間距一般大于等于圓筒內(nèi)徑的五分之一，則選擇折流板間距[8]。折流板數(shù)折流板的最小厚度應(yīng)符合GB151—1999《管殼式換熱器》表34的規(guī)定，選擇折流板厚度為6mm。3.5拉桿、定距管換熱器常用拉桿的形式有兩種分別是拉桿定距管結(jié)構(gòu)和換熱拉桿與折流板點焊結(jié)構(gòu)。本設(shè)計取拉桿定距管結(jié)構(gòu)，如圖4所示：圖4：拉桿定距管結(jié)構(gòu)拉桿的直徑根據(jù)GB151—1999《管殼式換熱器》表43，取拉桿直徑數(shù)量根據(jù)表44，取數(shù)量4根。拉桿結(jié)構(gòu)尺寸如圖5、6所示：圖5：拉桿定居管結(jié)構(gòu)尺寸圖6：拉桿定居管結(jié)構(gòu)尺寸表3.6分程隔板分程隔板取厚度為10mm，材料為Q235A，分程隔板與管板連接如圖7所示：圖7：分層隔板與管板連接3.7接管與法蘭殼程流體進(jìn)、出口接管：取接管內(nèi)流速為0.7m/s，則接管內(nèi)徑為取標(biāo)準(zhǔn)管徑Ф=168×7.0，根據(jù)HG/T20615—2009《鋼制管法蘭》[9]選取法蘭型號：法蘭WN150-150RFSch40，數(shù)量2個，材料16MnⅢ管程流體進(jìn)口接管：取接管內(nèi)丙烯腈流速為0.4m/s，則接管內(nèi)徑為：取標(biāo)準(zhǔn)管徑為Ф=89×7.5根據(jù)HG/T20615—2009《鋼制管法蘭》選取法蘭型號：法蘭WN80-150RFSch80，數(shù)量2個，材料16MnⅢ；本換熱器設(shè)置排液管和排氣管。排液管、排氣管的尺寸一般不小于Ф15mm。用于臥式換熱器排氣排液管如圖8所示。本設(shè)計設(shè)有殼程排氣口、殼程排凈口、管程排凈口、管程排氣口。臥式換熱器的排氣、排液口多采用如圖8所示結(jié)構(gòu)[10]。圖8：臥式換熱器排氣（液）管取接管Ф=34×6.5，數(shù)量4個，根據(jù)HG/T20615—2009《鋼制管法蘭》選取法蘭型號：法蘭WN25-150RFSch160數(shù)量2個，材料16MnⅢ；法蘭WN25-300RFSch160數(shù)量2個，材料16MnⅢ。殼程接管位置的最小尺寸無補強(qiáng)圈接管位置如圖9所示：圖9：殼程接管無補強(qiáng)圈接管位置接管Ф89×7.5：接管Ф34×6.5：管箱接管位置的最小尺寸無補強(qiáng)圈接管位置如圖10所示：圖10：殼程接管無補強(qiáng)圈接管位置接管Ф=168×7.0：接管Ф34×6.5：3.8換熱管與管板的連接形式強(qiáng)度焊+貼脹。連接結(jié)構(gòu)如圖11所示：圖11：強(qiáng)度焊加貼脹結(jié)構(gòu)形式管子與管板的連接方式有以下幾種：強(qiáng)度脹、強(qiáng)度焊、強(qiáng)度脹+密封焊及強(qiáng)度焊+貼脹。本設(shè)計采用強(qiáng)度焊+貼脹。對于在高溫、高壓下工作的換熱器，由于單一的焊接或脹接的缺點，所以本設(shè)計采用強(qiáng)度焊+貼脹。4.換熱器熱量核算4.1傳熱系數(shù)計算(1)殼程對流傳熱系數(shù)當(dāng)量直徑：殼程流通截面積：殼程流體流速和雷諾數(shù)分別為：普蘭特準(zhǔn)數(shù)：粘度校正，殼程對流傳熱系數(shù)為：(2)管程對流傳熱系數(shù)：管程流通截面積：管程流體流速：普蘭特準(zhǔn)數(shù)：(3)總傳熱系數(shù)K污垢熱阻系數(shù)：循環(huán)冷卻水污垢熱阻數(shù)值丙烯腈污垢熱阻數(shù)值總傳熱系數(shù)：校核傳熱系數(shù)：算出的K與假設(shè)的K的比值在1.1-1.2之間。符合工程設(shè)計要求，所以合格。4.2壓力降計算壓力降校核(1)計算管程壓力降：，=1，=2，=1.5，由，傳熱管相對粗糙都0.01/20=0.005，查莫狄圖得λ=0.037流速，，所以：管程流體流動阻力在允許范圍之內(nèi)。(2)計算殼程壓力降：流體流經(jīng)管束的阻力：，，，流體流過折流板缺口的阻力：將，帶入得總阻力，殼程流動阻力也適宜。5.換熱器結(jié)構(gòu)計算及強(qiáng)度校核換熱器型式：AEM，A代表平蓋管箱，B代表封頭管箱，M代表固定管板結(jié)構(gòu)[11]。5.1封頭的計算及校核本設(shè)計采用EHA橢圓形封頭，如圖所示12：圖12：EHA橢圓形封頭結(jié)構(gòu)形式材料：Q345R工藝參考標(biāo)準(zhǔn)GB713—2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》[12]封頭內(nèi)徑:600mm腐蝕裕量，封頭厚度負(fù)偏差mm，t=145℃時，對于Q345R，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭計算厚度：設(shè)計厚度，名義厚度mm，圓整取名義厚度，實際取8mm，則有效厚度mm。參考JB4746-2002《鋼制壓力容器用封頭》表B.2EHA橢圓形封頭質(zhì)量查的封頭公稱直徑為600mm，名義厚度，質(zhì)量為27.5kg。標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭最大允許工作壓力應(yīng)滿足下式：帶入解得：封頭水壓試驗：為Q345R在常溫下的許用應(yīng)力，為在設(shè)計溫度t=145℃時的許用應(yīng)力，則，。封頭水壓試驗的壓力用下式表示：，帶入解得：顯然<，則取名義厚度滿足要求，則校核符合。5.2殼體壁厚的計算及校核封頭內(nèi)徑:600mm腐蝕裕量，封頭厚度負(fù)偏差mm，t=145℃時，對于Q345R，，設(shè)計壓力，焊接接頭系數(shù)圓筒壁厚δ按下式計算：設(shè)計厚度，名義厚度mm，圓整取名義厚度，實際取8mm，則有效厚度mm設(shè)計溫度下圓筒的應(yīng)力滿足應(yīng)小于或等于，而滿足要求。設(shè)計溫度下圓筒的最大允許工作壓力用下式表示：筒體水壓試驗：為Q345R在常溫下的許用應(yīng)力，為在設(shè)計溫度t=145℃時的許用應(yīng)力，則，。封頭水壓試驗的壓力用下式表示：，帶入解得：，顯然<，則取名義厚度滿足要求，則校核符合。5.3管箱的計算及校核內(nèi)徑mm，腐蝕裕量，管箱厚度負(fù)偏差mm，則mm代入mm設(shè)計厚度，圓整取名義厚度，與筒體、封頭名義厚度相同取名義厚度，有效厚度mm封頭管箱筒體部分的最大允許工作壓力代入解得：，滿足<，校核合格。筒體水壓試驗：為Q345R在常溫下的許用應(yīng)力，為在設(shè)計溫度t=145℃時的許用應(yīng)力，則，。封頭水壓試驗的壓力用下式表示：，帶入解得：顯然<，則取名義厚度滿足要求，則校核符合。5.4墊片和螺栓計算及校核材料：0Cr18Ni9查墊片標(biāo)準(zhǔn)GB/T4622《纏繞式墊片》[13]尺寸：選擇內(nèi)徑602mm，外徑654mm的墊片墊片系數(shù)m=3.25壓力比：y=38MPa基本密封寬度：當(dāng)時，墊片壓緊力作用中心圓直徑：墊片壓緊力：預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力：操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力：墊片厚度：4.5mm螺栓載荷：螺柱M×20×150-B材料：40MnB數(shù)量：56個螺柱M×20×160-B材料：40MnB數(shù)量：28個螺母M20材料：45數(shù)量：168常溫下許用應(yīng)力，設(shè)計溫度下許用應(yīng)力預(yù)緊力狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷：操作狀態(tài)下所需最小螺栓載荷:預(yù)緊力狀態(tài)下所需的最小螺栓面積：操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積：因為＜，所以需要的螺栓面積取，M20螺栓強(qiáng)度計算直徑，實際螺栓面積：，實際螺栓面積大于需要的螺栓面積。預(yù)緊狀態(tài)下螺栓設(shè)計載荷：操作狀態(tài)下螺栓設(shè)計載荷：法蘭力矩：預(yù)緊狀態(tài)的法蘭力矩：操作狀態(tài)下法蘭力矩：基本法蘭力矩：，殼體法蘭應(yīng)力系數(shù)按GB150-1998查取5.5管板計算及校核（不帶膨脹節(jié)，其延長部分兼做法蘭的管板）殼程圓筒：內(nèi)徑，厚度，內(nèi)徑面積，金屬橫截面積管箱：圓筒厚度管板材料：16Mn，鍛件管板有效厚度，設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力換熱管：管子外徑，管子壁厚，管子根數(shù)，管心距S=25mm，換熱管金屬截面積換熱管回轉(zhuǎn)半徑：換熱管失穩(wěn)當(dāng)量長度：換熱管材料在設(shè)計溫度下的屈服點，在平均金屬溫度下的彈性模量為，許用應(yīng)力系數(shù)：，換熱管穩(wěn)定的許用壓力：換熱管有效長度：管束模數(shù) 管板材料在設(shè)計溫度下的彈性模量管板強(qiáng)度削弱系數(shù)換熱管加強(qiáng)系數(shù)K：沿隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)，隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距在布管區(qū)范圍內(nèi)，未能被換熱管支承的面積，對于三角形排列：管板布管區(qū)面積：管板布管區(qū)當(dāng)量直徑：系數(shù)：管板周邊不布管區(qū)無量剛度：法蘭外徑，法蘭寬度管箱法蘭厚度法蘭頸部大端厚度，法蘭頸部小段厚度管箱筒體厚度取管箱法蘭頸部大小端厚度平均值：管箱圓筒在管程設(shè)計溫度下的彈性模量管箱法蘭材料的彈性模量，查GB151-1999《管殼式換熱器》圖26得管箱旋轉(zhuǎn)剛度：取殼體法蘭厚度，殼體厚度殼體法蘭材料的彈性模量，殼體法蘭材料的許用應(yīng)力殼程圓筒材料在平均金屬溫度下的彈性模量，許用應(yīng)力，查GB151-1999《管殼式換熱器》圖26得殼體旋轉(zhuǎn)剛度：旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù)：管板開孔后面積：系數(shù)：，按，，查GB151-1999《管殼式換熱器》圖27得查圖29得按，，查GB151—1999《管殼式換熱器》圖28得查圖29得，設(shè)計條件不同危險組合工況的應(yīng)力計算：(1)只有殼程設(shè)計壓力，而管程設(shè)計壓力，不計熱膨脹變形差。殼程設(shè)計壓力，管程設(shè)計壓力不計熱膨脹差，當(dāng)量壓力組合：有效壓力組合：基本法蘭距系數(shù)：管板邊緣力矩系數(shù)：管板邊緣剪切系數(shù)：管板總彎矩系數(shù)：管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)：管板徑向應(yīng)力系數(shù)：管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)：殼體法蘭力矩變化系數(shù)：管板徑向應(yīng)力：管板材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，≤，合格管板布管區(qū)周邊處徑向壓力：≤，合格管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力：≤，合格殼體法蘭應(yīng)力：≤，合格換熱管應(yīng)力：≤，合格殼程圓筒軸向應(yīng)力：≤，合格換熱管拉脫應(yīng)力：≤，合格(2)只有殼程設(shè)計壓力，而管程設(shè)計壓力，同時考慮熱膨脹變形差。殼程設(shè)計壓力，管程設(shè)計壓力計入膨脹差：設(shè)定換熱器制造環(huán)境溫度換熱管材料線膨脹系數(shù)殼程圓筒材料線膨脹系數(shù)換熱管和殼程圓筒的熱膨脹變形差：當(dāng)量壓力組合：有效壓力組合：基本法蘭距系數(shù)：管板邊緣力矩系數(shù)：管板邊緣剪切系數(shù)：管板總彎矩系數(shù)：管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)：管板徑向應(yīng)力系數(shù)：管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)：殼體法蘭力矩變化系數(shù)：管板徑向應(yīng)力：管板材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，≤，合格管板布管區(qū)周邊處徑向壓力：≤，合格管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力：≤，合格殼體法蘭應(yīng)力：≤，合格換熱管應(yīng)力：≤，合格殼程圓筒軸向應(yīng)力：≤，合格換熱管拉脫應(yīng)力：≤，合格(3)只有管程設(shè)計壓力，而殼程設(shè)計壓力，不計熱膨脹變形差。殼程設(shè)計壓力，管程設(shè)計壓力不計熱膨脹差，當(dāng)量壓力組合：有效壓力組合：基本法蘭距系數(shù)：管板邊緣力矩系數(shù)：管板邊緣剪切系數(shù)：管板總彎矩系數(shù)：管板徑向應(yīng)力系數(shù)：管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)：管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)：殼體法蘭力矩變化系數(shù)：管板徑向應(yīng)力：管板材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力：，≤，合格管板布管區(qū)周邊處徑向壓力：≤，合格管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力：≤，合格殼體法蘭應(yīng)力：≤，合格換熱管應(yīng)力：〈0，≤，合格殼程圓筒軸向應(yīng)力：≤，合格換熱管拉脫應(yīng)力：≤，合格(4)只有管程設(shè)計壓力，而殼程設(shè)計壓力，同時考慮熱膨脹變形差。殼程設(shè)計壓力，管程設(shè)計壓力計入膨脹差：設(shè)定換熱器制造環(huán)境溫度換熱管材料線膨脹系數(shù)殼程圓筒材料線膨脹系數(shù)換熱管和殼程圓筒的熱膨脹變形差：當(dāng)量壓力組合：有效壓力組合：基本法蘭距系數(shù)：管板邊緣力矩系數(shù)：管板邊緣剪切系數(shù)：管板總彎矩系數(shù)：管板徑向應(yīng)力系數(shù)：管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)：管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)：殼體法蘭力矩變化系數(shù)：管板徑向應(yīng)力：管板材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，≤，合格管板布管區(qū)周邊處徑向壓力：≤，合格管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力：≤，合格殼體法蘭應(yīng)力：≤，合格換熱管應(yīng)力：<0，≤，合格殼程圓筒軸向應(yīng)力：≤，合格換熱管拉脫應(yīng)力：≤，合格5.6開孔和開孔補強(qiáng)設(shè)計根據(jù)GB150—1998《鋼制壓力容器》開孔與開孔補強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)[14]本次設(shè)計中有兩個接管需要開孔補強(qiáng)，接管開孔所需補強(qiáng)面積計算：開孔直徑強(qiáng)度削弱系數(shù)接管有效厚度：開孔補強(qiáng)面積：有效補強(qiáng)范圍:：有效寬度B：，取兩者之間的大值，故有效高度：外側(cè)有效高度，（實際外伸高度）兩者之間取小值，故內(nèi)側(cè)有效高度，（實際內(nèi)伸高度）兩者之間取小值，故殼體多余金屬面積接管計算厚度：接管多余金屬面積接管取焊縫面積（焊腳取6mm）有效補強(qiáng)面積大于等于，則開孔不需要另行補強(qiáng)5.7平蓋設(shè)計計算操作時結(jié)構(gòu)特征系數(shù)：預(yù)緊時結(jié)構(gòu)特征系數(shù)：管箱內(nèi)有隔板，平蓋厚度計算：，根據(jù)設(shè)計取55mm5.8支座選型、計算及校核根據(jù)JB/T47712.1-2007《容器支座》[15]選兩個鞍式支座型號分別為鞍座BI600-F和鞍座BI600-S，材料為Q235B/Q345R鞍式支座如圖13所示：圖13：鞍座的安裝位置因為時，取,在本設(shè)計中取查JB/T4712.1-2007《容器支座》DN500～900mm、120°包角重型帶墊板鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸如圖14所示：圖14：鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸圖相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸見表4：鞍座受力分析： 容器充水后總質(zhì)量為3430kg，容器自重和其內(nèi)部介質(zhì)重量引起垂直靜載荷Q，由此產(chǎn)生壓應(yīng)力式中：Q—一個支座的反力，N；A—一個支座的橫截面積，mm2。由此產(chǎn)生的水平拉應(yīng)力<147MPa式中：—系數(shù)，鞍座包角時，—承受水平分力的腹板和墊板的有效截面積，mm2，鞍座底部橫斷面產(chǎn)生彎曲應(yīng)力式中：f—摩擦系數(shù)，取鞍座與基礎(chǔ)墊板之間鋼對鋼的靜摩擦系數(shù)f=0.3W—鞍座有效斷碼抗彎模量，mm2。h—圓筒最低表面至基礎(chǔ)表面的距離，mm。鞍座底部橫斷面產(chǎn)生彎曲應(yīng)力式中：—地震影響系數(shù)，當(dāng)?shù)卣鹆叶葹?度時，鞍座允許載荷取兩者中小值6.設(shè)備的制造、檢驗與驗收6.1固定管板式換熱器的制造和裝配順序(1)第一步選擇一塊管板垂直豎立作為基準(zhǔn)零件；(2)將拉桿擰緊在管板上；(3)按照圖樣的要求將定距管和折流板穿在拉桿上；(4)按照要求穿入全部換熱管；(5)將換熱管套入筒體；(6)按要求裝上另一塊管板，并將全部管子的右端按順序引入此管板孔內(nèi)，校正后將管板與筒體焊接連接完成；(7)在輥輪架上焊接管板與筒體連接的焊縫；(8)換熱管子與管板采用強(qiáng)度焊加貼脹的焊接形式(9)裝接管、鞍座等附件。(10)殼程水壓試驗(11)裝上兩端封頭；(12)管程水壓試驗(13)完成換熱器的清理、油漆[16]6.2封頭的制造、檢驗與驗收封頭的檢驗驗收參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T25198—2010《壓力容器封頭》[17]上的準(zhǔn)則。封頭制造過程：材料檢驗—劃線—氣割—坡口加工—組隊焊接—加熱—沖壓—封頭余量切割—檢查。封頭制造的要求：(1)封頭應(yīng)盡量用整塊鋼板制成，必須拼接時，焊縫數(shù)量及位置參見封頭的劃線技術(shù)要求。(2)封頭沖壓前應(yīng)清除鋼板的毛刺，沖壓后除去表面氧化皮，表面不準(zhǔn)有裂紋等缺陷。門經(jīng)檢驗部同意后，可修磨，補焊，缺陷補焊后應(yīng)進(jìn)行無損檢測[18]。6.3殼體、管箱、頭蓋的制造與檢驗參考GB151—1999《鋼制管殼式換熱器》中對圓筒殼體制造的有關(guān)技術(shù)要求。筒節(jié)的彎卷成形是用鋼板在卷板機(jī)上彎卷而成形的。實際生產(chǎn)中的筒節(jié)的彎卷基本上可分為冷卷和熱卷。本設(shè)計采用熱卷[19]。6.4換熱管的制造與檢驗(1)加工步驟：下料—校直—除銹；(2)碳素鋼、低合金鋼換熱管管端外表面應(yīng)除銹。換熱管焊接時，管子頂端清理長度應(yīng)該大于換熱管管外徑，且不大于25mm；用于脹接時，它的長度應(yīng)不小于管板厚度的二倍。6.5管板與折流板的制造與檢驗(1)拼接管板對接接頭進(jìn)行100%射線或超聲檢測，按JB4730-2005《承壓設(shè)備無損檢測》[20]射線檢測不低于Ⅱ級，或超聲檢測中的Ⅰ級為合格(2)拼接后管板應(yīng)該要作消除應(yīng)力熱處理。(3)管板孔的直徑及允許偏差按GB151—1999《鋼制管殼式換熱器》中表16~表21的規(guī)定。(4)折流板外圓面兩側(cè)的尖角應(yīng)該倒鈍(5)還應(yīng)該除去折流板與管板板上的所有毛刺。6.6換熱管與管板的連接(1)連接部位的換熱管和管板孔表面都應(yīng)清理干凈，不應(yīng)該留下雜質(zhì)。(2)換熱管與管板脹接連接時，其脹接長度，不能伸出管板的背面（殼程側(cè)）。(3)焊接連接時，都應(yīng)該清除干凈焊渣及凸出于換熱管內(nèi)壁的焊瘤。(4)換熱管與管板的強(qiáng)度焊焊接接頭，施焊前應(yīng)按照規(guī)定作焊接工藝評定。6.7換熱器組裝(1)換熱器零部件在組裝前必須仔細(xì)檢查，不能留有雜物、殘渣。(2)吊裝管束時，應(yīng)防止管束變形和換熱管損壞。(3)換熱器螺栓的緊固至少分三遍進(jìn)行，每遍的七個點應(yīng)相互錯開120°[21]。這樣才能是螺栓緊固，不易松動。參考文獻(xiàn)[1]董其伍，張垚等.換熱器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.1[2]Jian-FengYang，MinZeng，u-WangWang.Numericalinvestigationonshell-sideperformancesofcomb