江蘇斯爾邦醇基多聯產項目一期工程丙烯腈（AN）裝置 成品塔冷凝器設計

PAGE學號：常州大學畢業(yè)設計（論文）（20屆）題目江蘇斯爾邦醇基多聯產項目一期工程丙烯腈裝置——成品塔冷凝器設計學生學院懷德學院專業(yè)班級校內指導教師專業(yè)技術職務校外指導老師專業(yè)技術職務PAGEIV江蘇斯爾邦醇基多聯產項目一期工程丙烯腈（AN）裝置成品塔冷凝器設計摘要：本文扼要介紹了國內外換熱器的發(fā)展歷史與研究現狀，重點闡述了江蘇斯爾邦醇基多聯產項目26萬噸/年丙烯腈裝置——成品塔冷凝器的工藝與結構設計，包括本臺冷凝器的制造、檢測與安裝等其他方面的要求。本設計冷凝器屬于換熱器的一種，故結合GB150-1998、GB151-2011、《換熱器設計手冊》等相關規(guī)范以及制造與現場安裝要求去設計，根據給定的換熱流量對整臺冷凝器進行了工藝計算，參照換熱器設計規(guī)范與工藝計算的結果，保證本臺設備在換熱效率與各程壓力降滿足要求的前提下，又相繼完成了換熱器外部結構設計，包括殼體厚度、封頭壁厚、管箱壁厚、接管壁厚的設計，換熱器支座與法蘭的選型；換熱器內部結構設計，包括換熱管的尺寸選型、管板兼法蘭的厚度確定、折流板安裝位置設計；強度校核方面，包括筒體應力校核、管板校核、法蘭的選擇與校核、開孔及補強等。設計結果表明：固定管板式換熱器具有耐高壓、結構簡單、性價比高等特點，在滿足項目工藝需求的情況下，還能節(jié)約資金。關鍵詞：冷凝器；工藝計算；結構設計；開孔補強；校核AprojectofacrylonitrilealcoholJiangsusailboatpolygenerationproject(AN)deviceDesignofproducttowercondenserAbstract:Thispaperbrieflyintroducestheathomeandabroadforthedevelopmenthistoryandresearchstatusofheatexchanger,focusesonJiangsualcoholSierbangpolygenerationprojects260000t/yearofacrylonitrileplant,producttowercondensertechnologyandstructuredesign,Includingthemanufacture,testingandinstallationofacondenser,andotherrequirements.Thedesignofthecondenserisaheatexchanger,sothecombinationofGB150-1998,GB151-2011,"heatexchangerdesignmanual"andotherrelatedregulationsbythemanufacturingandinstallationrequirementstodesign,accordingtotheheattransferflowgiventhewholesetsofcondenserwerecalculated,accordingtodesignspecificationsandprocessfortheheatexchangercalculationresults,ensuretheTaiwanequipmentmeettherequirementsandthepressureintheheatexchangeefficiency,andtheexternalheatexchangerstructuredesignhavebeencompleted,thedesignincludingthethicknessoftheshell,thicknessoftheheadwall,thicknessofpipewallandthicknessofpipeboxwall,selectionforbearingwithflangeofheatexchanger;changetheinternalstructuredesignofheatexchanger,includingthesizeselection,tubeplateandflangethicknessdetermination,baffleinstallationpositiondesign;strengthchecking,includingcylinderstresscheck,check,tubeplateflangeselectionandcheck,openingandreinforcement.Designresultsshowthatthefixedtubeplateheatexchangerhashighpressureresistance,simplestructureandhighcostperformancecharacteristics,inthecaseofmeetthedemandofprojectprocess,canalsosavemoney.Keywords:condenser;processdesign;structuredesign;reinforcement;check常州大學本科生畢業(yè)設計（論文）目錄摘要 I目錄 III1引言 12工藝設計 22.1基本設計參數 22.2殼程、管程的物性參數的確定 22.3計算熱負荷 32.4計算有效平均溫差 32.5初設總傳熱系數 32.6估算傳熱面積 42.7估算換熱管根數 42.8估算筒體內徑 42.9初選換熱器規(guī)格 42.9.1核算總傳熱系數 52.10壁溫校核 62.11折流板設計 62.12壓力降計算 72.13傳熱工藝計算結果匯總 83結構設計與校核 93.1筒體部分結構的總體設計 93.2換熱器各連接結構設計 93.3殼程筒體設計 93.4管箱設計 113.4.1管箱厚度 113.4.2應力校核及壓力試驗 113.4.3最大工作壓力及應力校核 123.5封頭設計 123.6膨脹節(jié)設計 143.7管板設計 173.8開孔、接管法蘭設計 253.8.1開孔設計 253.8.2接管法蘭 263.9開孔補強設計 273.9.1殼程介質進出口 273.9.2接管位置設計 283.10折流板設計 303.11拉桿與定距管的確定 313.12定距管設置 323.13支座設計及強度校核 323.13.1支座選型 323.13.2鞍座載荷校核 333.13.3彎矩 343.13.4圓筒應力計算及校核 353.13.5各部分應力校核 363.13.6圓筒和封頭切應力及校核 373.13.7支座截面處圓筒的周向應力 373.14吊耳設計 384.制造、檢驗與安裝 404.1材料要求 404.2零部件制造要求 404.3設備檢測 404.4設備安裝 405.結論 42參考文獻 43致謝 44第44頁共44頁1引言江蘇斯爾邦醇基多聯產項目一期工程26萬噸/年丙烯腈（AN）裝置裝置，設計規(guī)模為年產丙烯腈26萬噸，年開工按8000小時計算。由丙烯腈反應單元、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、硫銨濃縮等單元組成回收單元中，在急冷塔內，反應器出口氣體被急冷，冷卻和除去對產品回收有不利影響的副產物。通過急冷后冷卻器，急冷塔出口氣體進一步被冷卻后進入吸收塔。在吸收塔用低溫水將丙烯腈和有機物副產物從氣體中吸收下來后送至回收塔。通過回收塔，丙烯腈、氫腈酸和乙腈等分離出來，最終丙烯腈經過成品塔冷凝器，完成由氣相到液相的轉換，通過管道進入存儲設備。通常情況下冷凝器是一種制冷器件，用來將氣體或蒸汽轉換為液體，在化工裝置被廣泛使用，是化工行業(yè)不可或缺的重要設備，高效、新型冷凝器的研發(fā)與設計，成為了推動國內傳熱技術趕超國外領先水平不可或缺的一個重要環(huán)節(jié)。因水冷式冷凝器工作原理與換熱器相似，故本設計中大部分工藝與結構方面的設計方法參照換熱器的進行，但是目前國內外對于冷凝器管內冷凝的研究還相對缺乏，預算總傳熱系數時沒有規(guī)范、統一的計算公式，只能按照經驗公式進行，因此本設計誤差必然存在。但是為了滿足實際換熱需求，預想通過適當放寬換熱面積的辦法去實現；設計最初考慮到由于管程介質質量流量較大，本臺換熱器可能需要較大的換熱面積，決定在設計過程中選取較長的換熱管，用以減少換熱管數量及筒體內徑，方便后續(xù)換熱器規(guī)格的選型與減少制造時插管的工作量。2工藝設計2.1基本設計參數按照給定的設計任務書，本設計的基本設計參數如表2.1所示。表2.1基本設計參數參數名稱管程殼程介質丙烯腈循環(huán)冷卻水密度kg/m3782.61994.88入口溫度℃4733出口溫度℃4338工作壓力MPa0.0360.54管程流量kg/h300002.2殼程、管程的物性參數的確定（1）殼程循環(huán)冷卻水定性溫度入口溫度：=33℃。出口溫度：=38℃。所以，殼程定性溫度為：…(2.1)（2）管程定性溫度進料溫度：。出料溫度：。所以，管程的定性溫度為：…….…….…...…….….(2.2)根據定性溫度，分別查取管程與殼程流體的物性參數，具體如表2.2所示：表2.2物性參數物性參數管程（丙烯腈）殼程（循環(huán)冷卻水）密度777.968993.7定壓比熱容0.020954.08導熱系數0.15590.626動力黏度μ/mPa·s0.340.7252.3計算熱負荷根據熱力學原理，可用傳熱方程按式（2.3）進行熱負荷計算：...………..(2.3)丙烯腈在45℃時汽化焓值：丙烯腈摩爾質量：丙烯腈45℃時的凝結潛熱為：…………...(2.4)管程溫差：殼程溫差：管程流量：總熱量：………….………(2.5)根據熱平衡關系，殼程流量可按式（2.4）得出：…………….……..…..…………...……..(2.6)2.4計算有效平均溫差根據《化工原理課程設計》對數平均溫差[1]可由式（2.7）得出：最大溫差：最小溫差：………….(2.7)2.5初設總傳熱系數丙烯腈作為聚合物的一種傳熱系數約水蒸氣（1600~4000）的十分之一[2]，這里初選總傳熱系數K=249。2.6估算傳熱面積估算所需傳熱面積A:………..……………….(2.8)2.7估算換熱管根數..……(2.9)圓整，取3391根。采用正三角形排管方式，查《換熱器》[3]知：管心距：=0.025m2.8估算筒體內徑按公式（2.10）估算筒體內徑：…..…….（2.10）圓整，取1800mm。2.9初選換熱器規(guī)格冷凝器作為換熱器的一種，在選型時要考慮眾多因素，包括介質性質、工作環(huán)境、壓力、工作溫度以及制造成本等。本設計為了結構簡單、節(jié)約成本，在滿足工藝要求的情況下選取固定管板式換熱器，具體選型參考《換熱器》[3]如表2.3所示：表2.3換熱器參考規(guī)格公稱直徑D1800mm公稱換熱面積A2256管程數Np1管數n4247管長L9m管子直徑Φ19mm×2.0mm管子排列方式正三角形換熱器實際換熱面積：=……………….（2.11）所選換熱器所要求總傳熱系數：…………..（2.12）2.9.1核算總傳熱系數(1)管程傳熱膜系數計算因為本臥式冷凝器采用管內冷凝，故參考文獻《化工工藝設計手冊》[4]，按公式計算管程傳熱膜系數：………………...（2.13）……….（2.14）其中，為管程傳熱膜系數、為管程流體導熱系數、、分別為管程流體液態(tài)、氣態(tài)密度、g為重力加速度、為管程流體飽和態(tài)溫度，取47℃、為管壁溫度，假設為40℃、D為換熱管外徑。本式中，因為相比于過小，計算時可忽略，帶入數據可得：=615.14=466(2)殼程傳熱膜系數計算參照《化工工藝設計手冊》[4]，采用Kern計算方法，按公式計算殼程傳熱系數………………….（2.15）………（2.16）其中，m為殼程流量，L為管長，為殼程流體， 為殼程流體密度，為殼程流體粘度，帶入數據可得：==(3)確定污垢系數丙烯腈取=0.000172（有機液體），循環(huán)冷卻水取=0.00034，為管壁熱阻取0.000052[1]。(4)總傳熱系數………..（2.17）==0.0036則=272==14.5%20%（2.18）根據《化工原理課程設計》[1]符合工程設計要求，故合格。2.10壁溫校核………..（2.19）與假設值比較接近，故滿足要求。2.11折流板設計工程設計中折流板本分多種，包括弓形（單弓、雙弓、三弓）、環(huán)形等，設計采用單弓形折流板設計，要求弓形折流板圓缺高度不小于殼體內徑的20%，不大于殼體內徑的35%[3]，按設計取20%。則切去的圓缺高度為：0.201800=360mm橫過管束中心線的管數==71（根）。取折流板間距B=0.4D，則B=0.41800=720mm,圓整之后取800mm。折流板數：（塊），圓整取11塊，但是為了避免殼程短路，定為10塊，折流板圓缺面水平裝配。2.12壓力降計算（1）殼程壓力降校核[4]殼程流通截面積：……（2.20）殼程流速：………（2.21）…………………（2.22）其中，==19990＞1000…（2.23）則，=0.088………………（2.24）=8.87…….（2.25）...（2.26）殼程壓降：=8.87+6.79=15.66＜100……..….（2.27）滿足要求（2）管程壓力降…………….（2.28）其中Ft為結構校正系數去1.5，Np管程數，Ns殼程數?！?.29）=385……………..（2.30）…………（2.31）式（2.31）中粗糙度取值為0.1mm。管內截面積：………（2.32）管內流速：………（2.33）…………（2.34）………...（2.35）管程總壓降：=＜50，故滿足要求。2.13傳熱工藝計算結果匯總項目管程殼程物性數據流體介質丙烯腈循環(huán)冷卻水進/出口溫度47/4333/38工作壓力0.0360.54換熱系數4662964壓力降4.9338.85傳熱面積2256傳熱系數2723結構設計與校核3.1筒體部分結構的總體設計換熱管的選?。汗庖?guī)格管Ф192、材料為10號鋼、管長9000mm。換熱管的布置：采用正三角形布管方式。管板：E型固定管板延長兼做法蘭。折流板：厚度為12mm，間距為800mm，選用單弓形，缺口高度360mm。容器法蘭：采用長頸對焊法蘭。支座：鞍式支座定距管選?。骇?92，材料為10號鋼。管箱的設計：采用單管程結構設計，A型管箱。封頭設計：標準橢圓形封頭。墊片：按標準選取墊片結構示意圖如下圖3.1：管程進口殼程出口殼程入口管程出口圖3.1結構簡圖3.2換熱器各連接結構設計筒體與管板的連接結構：管板與筒體連為整體，其延長部分兼作法蘭，與管箱用螺柱墊片連接。封頭與管箱短節(jié)的連接：對接焊管箱短節(jié)與法蘭的連接：對接焊接管與殼體的連接：焊接換熱管與管板的連接方式：根據設計壓力、設計溫度及操作狀況選擇換熱管與管板的連接方式為強度焊加貼脹。3.3殼程筒體設計設計壓力：Pc=0.6MPa，筒體內徑：Di=1800，設計溫度：t=1000C，材料：Q345R熱軋鋼板焊接接頭系數：Ф=0.85，腐蝕裕量：C2=3[5]，鋼板負偏差：C1=0.3mm，試驗溫度許用應力：[σ]t=189MPa設計溫度許用應力：[σ]t=189MPa設計溫度下筒體的計算厚度按下列公式計算，公式適用范圍Pc<0.4[σ]tФ.…………….（3.1）帶入數據，得計算厚度：設計厚度：名義厚度：根據《鋼制列管式固定管板換熱器結構設計手冊》，最小厚度原則[6]，名義厚度取14mm。有效厚度：設計溫度下計算應力：…………（3.2）水壓試驗下壓力：……………（3.3）經校核合格。3.4管箱設計3.4.1管箱厚度工作壓力為：0.036MPa，因為壓力較小，按常壓進行結構計算。設計壓力：Pc=0.11MPa，筒體內徑：Di=1800設計溫度：t=1000C，材料：Q345R焊接接頭系數：Ф=0.85，鋼板負偏差：C1=0.3mm，腐蝕裕量：C2=3，試驗溫度許用應力：[σ]=189MPa設計溫度許用應力：[σ]t=189MPa試驗溫度下屈服點：σs=315MPa管箱選型：A型設計溫度下管箱的計算厚度按下列公式計算，公式適用范圍Pc<0.4[σ]tФ，帶入數據，得計算厚度：名義厚度：有效厚度：3.4.2應力校核及壓力試驗氣壓試驗：試驗壓力：..…(3.4)氣壓試驗下允許通過的最大應力：…………………（3.5）試驗壓力下圓筒的應力：………..（3.6），故合格。水壓試驗：試驗壓力：………………..（3.7）水壓試驗下允許通過的最大應力：……………….（3.8）試驗壓力下圓筒應力：………..（3.9），故合格。3.4.3最大工作壓力及應力校核最大允許工作壓力：…………（3.10）設計溫度下計算應力：…………...（3.11），故合格。結論：管箱圓筒名義厚度為14mm，經校核各方面應力滿足。3.5封頭設計選型：選用標準橢圓形封頭，如下圖3.2所示。圖3.2封頭結構示意圖工作壓力：P=0.036MPa，設計壓力：Pc=0.11MPa，筒體內徑：Di=1800。設計溫度：t=1000C，材料：Q345R熱軋板材焊接接頭系數：Ф=0.85，腐蝕裕量C2=3，鋼板負偏差C1=0.3mm。試驗溫度許用應力：[σ]=189MPa設計溫度許用應力：[σ]t=189MPa試驗溫度下屈服點：σs=315MPa形狀系數：設計溫度下管箱的計算厚度按下列公式計算，公式適用范圍Pc<0.4[σ]tФ，…………….（3.12）帶入數據，得計算厚度：設計厚度：名義厚度：根據《鋼制管列管式固定管板換熱器結構設計手冊》，最小厚度原則，名義厚度取14mm。有效厚度：最小厚度最大允許工作壓力：…….（3.13）結論：,,壓力與穩(wěn)定性都滿足。查JB4706-2002[7]，表B.1、B.2封頭參數如下表3.1：表3.1EHA橢圓形標準封頭參數公稱直徑DN/mm深度內表面積A/容積封頭名義厚度質量H1(mm)H2(mm)1800450403.65350.82714395.83.6膨脹節(jié)設計對于固定管板式換熱器在設計膨脹節(jié)的時候首先考慮圓筒與管子產生的應力和，是否超過了許用值?！?..（3.14）………………..（3.15）圓筒截面積：……（3.16）管壁的總截面積：…………..（3.17）圓筒與管子的膨脹變形差：…………（3.18）式中：、為殼壁與管壁下的溫度：根據GB151-1999[8]公式F4估算，、、為圓筒與管材在、時線膨脹系數：、為圓筒與管材的彈性模量：為管長：9000mm。帶入數據：為圓筒與管子之間的膨脹變形差所產生的力：…………………..（3.19）為殼程與管程的壓力作用在圓筒上的力，N：、分別為殼程與管程的設計壓力，MPa：0.6、0.11為筒體內徑，mm:1800分別為管子外徑與內徑,mm：19、15n為管子數目：4247為殼程與管程的壓力作用在管子上的力(1)管間流體作用在管板上的力：…（3.20）(2)管內流體作用在管板與頂蓋上的力：……...（3.22）….…………….（3.23）內壓產生的總軸向載荷：….（3.24）根據殼體與管子縱向變形協調：………（3.25）………（3.26）壓力作用下：………….（3.27）…………（3.28）溫差作用下：因為，所以管子受壓，筒體受拉，為正，為負?！?.29）……...….（3.30）應力合成：…………………（3.31）…………………（3.32）校核：（），很明顯滿足條件，無需設置膨脹節(jié)。管子拉脫應力校核：……………….（3.33）W為管子承受的總拉脫力：………（3.34）H為管子脹接長度，取40mm。為管子與管板連接許用拉脫應力，根據GB16749，取4MPa。帶入數據：,管子拉脫力滿足。綜上所述，各要求滿足，無需設置膨脹節(jié)。3.7管板設計管板作為換熱器的重要零部件，工程設計中一般用管板與法蘭配合，用來排布換熱管并且將管程與殼程分開，本設計中管板與法蘭采用E型連接方式，選用管板延長兼做法蘭形式的整體管板，假設管板厚度為80mm。根據筒體公稱直徑DN1800，具體尺寸查考《鋼制固定管板式換熱器結構設計手冊》[7]圖4-30與表4-25，尺寸數據如下表3.2。表3.2管板尺寸表18001960191518761797185318007000（續(xù)）表3.2管板尺寸表螺栓規(guī)格數量18.527M2452本設計的延長兼做法蘭管板，根據GB151-1999[8]的標準釋義，具體計算與校核如下：（1）殼程圓筒：內徑：Di=1800mm厚度：內徑面積：………...…………（3.35）橫截面積：………..……（3.36）（2）管箱：圓筒厚度：（3）管子：外徑：壁厚：管數：管心距：管截面積：.（3.37）孔面積：……………（3.38）管有效長度：管束模數：………………（3.39）管回轉半徑：……………..（3.40）系數：……（3.41）查GB151-89圖32可知。管子穩(wěn)定許用應力：當時，.……（3.42）（4）系數計算：開孔后面積：…………（3.43）采用三角形排列時，管板布管面積，因為是單管程，取0，管心距為25mm，、分別代表設計溫度下，換熱管材料和殼程圓筒材料彈性模量，根據GB150.2-2011表B.13均為。帶入數據，布管區(qū)當量直徑：………………（3.44）系數：，，…………（3.45）（5）管板：管板選材：16MnⅣ彈性模量：管子選材：10號鋼彈性模量：假定管板厚度為：帶入數據，管子加強系數：，，根據GB150-1998，，式中筒體內徑：，，帶入數據，,。（6）設備法蘭：根據筒體內徑，查JB/4703-2000[9]，選取與之配套長頸對焊法蘭，采用凹面密封，如下表3.3：表3.3DN1800長頸對焊法蘭規(guī)格法蘭公稱1800196019151876185618537015040（續(xù)）表3.3DN1800長頸對焊法蘭規(guī)格法蘭公稱螺栓規(guī)格數量1800211816261227M2452長頸對焊法蘭凹凸面密封結構圖3.3如下：圖3.3凹凸面密封結構示意圖法蘭選材：16MnⅣ法蘭外徑：法蘭寬度：…..………………(3.46)管箱法蘭厚度：根據,查GB151-1998圖26，旋轉剛度:管箱法蘭選材：16MnⅣ彈性模量：…………………...(3.47)確定殼程法蘭厚度：根據,,查GB151-1998圖26，旋轉剛度：殼程法蘭選材：16MnⅣ彈性模量：…………………...(3.48)旋轉剛度無量綱參數：………(3.49)殼體法蘭應力參數Y：按查GB150-1998第9章圖9-8或表9-5，由K，查GB151-1999圖27得，………...(3.50)由K，查GB151-1999圖29得，………...(3.51)由K,查GB151-1999圖30得，………………….(3.52),……………(3.53)由K、Q查GB151-1999圖28得，法蘭力矩：根據GB151-1999按照GB150-2011[10]求基本法蘭力矩。由所選管箱法蘭配套墊片得：外徑D=1855mm，內徑d=1805mm，，厚度為3mm。根據GB150-1998表9-1得，。根據GB150-1998，已知，則墊片有效寬度：，墊片中心圓直徑：………….(3.54)根據GB150-1998表9-2得，，由GB150-1998表4-1查得法蘭材料的，為常溫下法蘭材料的許用壓力，為設計溫度下法蘭材料的許用壓力n為螺栓數為預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷：………(3.55)為操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷：………………...(3.56)為預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積：………………(3.57)為操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積：…………………(3.58)—需要的螺栓面積：…………(3.59)—實際螺栓面積：……(3.60)預緊狀態(tài)的法蘭力矩:…………………...(3.61)…..(3.62)操作狀態(tài)的法蘭力矩：根據GB150-1998第九章式9-11計算如下，………………….(3.63)為法蘭頸部小端的有效厚度，為法蘭頸部大端的有效厚度，，，根據GB150-1998表9-3得：…...(3.64)………..(3.65)………………(3.66)…………(3.67)…………...(3.68)………….(3.69)………..(3.70)………(3.71)帶入數據，法蘭設計力矩：……………..(3.72)表3.4各組合情況下應力校核情況殼程壓力作用下的危險組合殼程設計壓力管程壓力不計膨脹差0MPa0MPa4.81140.00290.00370.18830.669>0（按GB151-1989查圖5.7.3.1得）0.120.003150.005570.0260.00024MPa10.08<1.5MPa4.516<1.5MPa3.518<0.5MPa1.425<1.5MPa4.37<MPa8.48<MPa0.00088<續(xù)表3.4各組合情況下應力校核情況管程壓力作用下的危險組合殼程壓力=0管程設計壓力，不計膨脹差0MPa0MPa1.37170.0048010.004810.24680.4338（按GB151-1999得）0.160.010680.002290.01660.0036432MPa9.75<1.5MPa0.493<1.5MPa0.64<0.5MPa23.69<1.5MPa3.85>0,<MPa1.96<MPa0.00076<因為本設計沒有設置膨脹節(jié)，所以計入膨脹差的危險組合校核省略。經校驗，合格。3.8開孔、接管法蘭設計3.8.1開孔設計本冷凝器共設置8個接管（殼程介質進出口、管程介質進出口、管程與殼程分別增設1個排氣口和排凝口），因此共需開8個孔，其中排凝口統一設置為DN25，管程排氣口設置為DN100，殼程排氣口設置直徑為DN25，其他口根據流量要求設計。管程進口介質：丙烯腈蒸汽蒸汽密度：質量流量：流通截面積：管程進口流速：…………...(3.73)根據《化工原理》[11]第229頁，管程流速，取。…………...(3.74)圓整后取500mm.。根據HG20581-1998[12]表5-6與HG25092-2009[13]表1.0.3，DN500，選用Q345R，的無縫鋼管，作為管程介質進口接管。管程出口介質：丙烯腈液體密度：管程出口流速：，取0.1m/s。，圓整后取400mm。根據HG20581-1998表5-6與HG25092-2009表1.0.3，，DN400，選用Q345R，的無縫鋼管，作為管程介質出口接管。殼程進出口介質：循環(huán)冷卻水密度：質量流量：流通截面積：殼程流速：，取1.5m/s。，圓整后取500mm。根據HG20581-1998表5-6與HG25092-2009表1.0.3，DN500，選用Q345R，的無縫鋼管，作為管程介質出口接管。3.8.2接管法蘭根據GH20592的8.2.1參照各接管大小，與現場安裝要求選取接管法蘭為板式平焊鋼制鋼制管法蘭，如下圖3.4：圖3.4板式平焊鋼制鋼制管法蘭各法蘭具體參數如下表：表3.5PN2.5板式平焊鋼制鋼制管法蘭(mm)公稱尺寸DN鋼管外徑連接尺寸法蘭厚度法蘭內徑ABDKLnThCAB2533.73210075114M101434.533100114.3108210170184M1618116110400406.44265404952216M20284114305005085306456002220M20305135353.9開孔補強設計3.9.1殼程介質進出口開孔內徑：接管厚度：筒體壁厚：厚度附加量：接管計算厚度：（與筒體一致）強度削弱系數：開孔直徑：………(3.75)根據《過程設備設計》[5]第161頁，可以采用等面積法補強。所需最小補強面積：………(3.76)已有的加強面積計算筒節(jié)上多余金屬面積：有效寬度：B……………(3.77)………(3.78)有效寬度，取兩值大者為1033.2。有效外側高度：………(3.79)有效外側高度，取小值為71.8mm。有效內側高度：。有效寬度，取兩值小者為0。有效補強面積筒體有效厚度：筒體多余金屬面積：………(3.80)接管多余金屬面積:…(3.81)補強區(qū)內的焊縫面積（焊腳?。?根據已有的加強總面積（）判斷是否需要補強，但是，則無需考慮、大小，不需要補強，因為最大接管無需補強，所以其他接管無需補強。3.9.2接管位置設計(1)殼程接管位置設計圖3.5殼程接管位置示意圖參考《換熱器設計手冊》第一章1.4.1[14]，因為接管無補強圈，根據公式(3.88)。管板厚度：接管外徑：帶入數據，圓整取400mm。(2)管箱進出口位置及管箱長度設計圖3.6管箱接管位置示意圖參考《換熱器設計手冊》1.4.2[14]，因為接管無補強圈，根據公式：。法蘭密封面到法蘭焊接點的距離：接管外徑：帶入數據，圓整取500mm。(3)入口管箱長度計算:本設計選用A型管箱，如下圖3.7：圖3.7A型管箱接管位置示意圖入口管箱長度：………………(3.82)管箱出口位置：圓整取450mm。出口管箱長度：3.10折流板設計根據《換熱器設計手冊》4.2.5規(guī)定，折流板的布置，一般情況下第一塊折流板要盡量接近兩端的進、出口接管，其余的按等間距規(guī)則布置[14]。具體排布位置如下圖3.8：圖3.8首塊折流板布置按下列公式：……….(3.83)防沖擋板寬度為，當沒有防沖擋板時取接管內徑。帶入數據得：綜合考慮，接管內徑與大小,則最終確定：圓整取700mm。根據實際情況，為防止殼程出口處發(fā)生短路，最后一塊折流板取消，采用10塊折流板，則最后一塊折流板距離另一端的管板距離為：結論：殼程進口端第一塊折流板距離管板為700mm,出口端最后一塊折流板距離管板為1020mm，其余的按800mm等間距排布，查《換熱器設計手冊》表1-6-26，折流板厚度為12mm。3.11拉桿與定距管的確定根據《換熱器設計手冊》4.4.2可知，拉桿盡可能布置在管束邊緣，等距離布置，對于大直徑換熱器折流板缺口也需要布置適當量的拉桿，總之任何一塊折流板不得少于3個支撐點[14]，考慮本冷凝器的內徑，所選換熱器布管圖如下圖3.9：圖3.9CAD布管圖根據《換熱器設計手冊》表1-6-36、1-6-37、1-6-38可知，拉桿的直徑，18根，、、b=2.0，拉桿連接尺寸如下圖3.10：圖3.10拉桿連接尺寸圖拉桿對應長度的數量：換熱管伸出長度：，取16根。，2根。3.12定距管設置選材：10號鋼規(guī)格：數量與長度：928mm，16根；1728mm，2根；788mm，126根；1588mm,16根。3.13支座設計及強度校核3.13.1支座選型根據JB-T/4712-2007[15]第四章4.2.4，選擇重型帶墊板鞍式支座：JB/T4712-2007鞍座BIDN1800-S，具體尺寸如下表3.6：表3.6鞍座結構尺寸公稱直徑DN允許載荷Q/KN鞍座高度底板腹板筋板180085525012802201612295190（續(xù)）表3.6鞍座結構尺寸筋板墊板螺栓間距鞍座質量增加100高度增加的質量延長2601221004601090112020422結構圖如下：圖3.11鞍座結構示意圖根據GB151-1999第五章5.20.1規(guī)定，當L>3000mm，取，盡可能的相等，具體設置位置如圖3.12所示：圖3.12鞍座安裝位置取………………….(3.84)3.13.2鞍座載荷校核筒體質量：管箱質量：接管質量：管板質量：換熱管質量：法蘭質量：折流板質量：封頭質量：假設鞍座質量：總質量：水壓試驗總質量：根據《過程設備設計》[5]第五章5.3.2.3，支座鞍座校核方式，具體如下：3.13.3彎矩(1)支座跨中截面處的彎矩：………………(3.85)支座反力：………(3.86)…………(3.87)(2)支座截面處的彎矩：…………(3.88)……(3.89)…(3.90)3.13.4圓筒應力計算及校核（1）兩支座跨中截面處圓筒軸向應力截面最高點（壓應力）…….(3.91)截面最低點（拉應力）………….(3.92)（2）支座截面處圓筒的軸向應力根據《過程設備設計》表5-1，當鞍座采用120度包角時，，。支座截面最高點（拉應力）………………...(3.93)支座截面最低點（壓應力）…………………(3.94)3.13.5各部分應力校核焊接接頭系數：材料設計溫度許用應力：設計溫度下材料的許用應力：設圓筒軸向臨界許用壓應力：則，，帶入數據，系數…………….……...(3.95)查GB151-2011表B.13筒體材料Q345R在100℃時的彈性模量：則…….(3.96)所以查《過程設備設計》表D-1，材料許用應力：根據《過程設備設計》第五章介紹，在操作工況下，軸向拉應力不應大于材料在設計溫度下的許用應力：，則。壓應力不應大于軸向許用臨界應力和材料的，則。在水壓試驗條件下：軸向拉應力不應大于，則，壓應力不應大于，，則，綜上所述，兩種工況下都滿足要求。3.13.6圓筒和封頭切應力及校核根據《過程設備設計》5.3.2.4.2介紹，支座截面處無加強圈且的未被封頭加強的圓筒，切應力的計算按照下列公式計算：……(3.97)其中系數：因為圓筒的切應力不大于設計溫度下材料許用應力的0.8倍，所以，經比較滿足要求。本設計，筒體、封頭材料相同，封頭有效厚度不小于筒體的有效厚度，所以封頭處的切向應力不會比筒體大，故不必再對封頭切應力進行單獨計算與校核。3.13.7支座截面處圓筒的周向應力，(1)圓筒截面最低點處的周向壓應力…………...……….(3.98)……….(3.99)(2)無加強圈圓筒鞍座處最大周向應力因為本設計中，墊板不起加強作用，所以最大周向應力按下列公式計算：……..(3.100)(3)鞍座墊板邊緣處圓筒中的周向應力值為鞍座包角（），則….……(3.101)、是周向壓縮力與周向彎矩產生的合成壓應力，是局部應力，不可以大于材料許用應力的1.25倍，而。綜上，、，故滿足要求。結論：經校核本鞍座載荷、強度均合格。3.14吊耳設計根據前文計算管箱質量，左管箱280.4kg、右管箱311.6kg，均超過30kg，因此都要配置吊耳。查閱HG/T21574-2008，選用臥式容器板式吊耳（HP型），具體尺寸數據如下表3.7和圖3.13所示：表3.7吊耳尺寸參數吊耳系列號單個吊重適用設備直徑（mm）S（mm）D（mm）L（mm）11~3DN300~21001650140（續(xù)）表3.7吊耳尺寸參數R（mm）L（mm）H（mm）δ（mm）S1（mm）單個吊耳質量單個耳板重墊板重5022014018222.70.242S13.13吊耳結構示意圖4.制造、檢驗與安裝4.1材料要求從TGS0004-2009可以得知，在制造壓力容器選材時，必須考慮材料的力學性能、工藝性能、化學性能等要求，與此同時提供相應材料的廠商必須具有特種設備制造許可證，對與鋼板一類的板材，通常每塊板都應出具質量證明書，確保每一塊鋼板合格。4.2零部件制造要求本設計換熱器筒體為直徑1800mm的大直徑圓筒，一般采用三錕卷板機將固定大小的鋼板卷制，通過焊接將幾個圓筒對接，以達到換熱器筒體所需長度，所以下料時必須小心，防止產生較大誤差，各個圓筒對接時產生軸向偏差或者不滿足長度要求。在設置筒體接管時，因為接管內伸長度為0mm，所以接管必須保證與筒體內徑齊平，注意接管位置不能開設在筒體焊縫處。在封頭與管箱的制造中，焊縫方向必須沿設備軸向或者徑向排布，同時由于設備接管往往采用整體加強的方法，在焊縫處具有較大應力，所以封頭與管箱在焊接完成后，必須進行熱處理，以消除應力。換熱管方面，一般不允許存在對接焊縫，因此換熱管長度通常采用，國內外換熱管廠商提供的標準件長度，本設