甲醇制氫裝置冷凝器(E0103)設(shè)計(jì)

1、JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)甲醇制氫裝置冷凝器(E0103)設(shè)計(jì)學(xué) 院 化工與藥學(xué)院 專 業(yè) 過程裝備與控制工程 年級(jí)班別 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2015年 05 月 10 日荊楚理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄1 概述11.1 甲醇制氫工藝簡(jiǎn)介11.2 設(shè)計(jì)參數(shù)及介質(zhì)特性數(shù)據(jù) 12 換熱器選型23 換熱器的工藝設(shè)計(jì)23.1確定設(shè)計(jì)方案23.1.1 熱負(fù)荷及冷卻水用量計(jì)算23.1.2 傳熱平均溫度差的的計(jì)算23.1.3 計(jì)算傳熱面積33.2 計(jì)算工藝結(jié)構(gòu)尺寸33.2.1 管徑和管內(nèi)流速33.2.2 管程數(shù)和換熱管數(shù)33.2.3 平均傳熱溫差校正及殼

2、程數(shù) 43.2.4 換熱管排列和分程方法43.2.5 殼體內(nèi)徑的確定43.2.6 折流板43.2.7 接管43.2.8 換熱管束的分程53.3 接管位置最小尺寸53.4 接管尺寸63.4.1 管法蘭的選擇63.5 換熱器核算73.5.1 殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)73.5.3 污垢熱阻和管壁熱阻93.5.4 傳熱系數(shù)93.5.5 傳熱面積裕度93.6 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力103.6.1 管程流體阻力103.6.2 殼程流體阻力104 換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)124.1 計(jì)算筒體厚度124.1.1 筒體材料的選擇124.1.2 筒體厚度124.2 計(jì)算管箱短節(jié)、封頭厚度134.2.1 后管箱短節(jié)及封頭厚度134

3、.2.2 前管箱短節(jié)及封頭厚度154.3 殼體上開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算174.4 浮頭蓋184.4.1 浮頭蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算184.4.2 管程壓力作用下（內(nèi)壓）浮頭蓋的計(jì)算：194.4.3 殼程壓力作用下（外壓）浮頭蓋的計(jì)算194.5管板設(shè)計(jì)194.5.1 管板與殼體的連接194.5.2 管板與管箱的連接194.5.3 管板材料204.5.4 管板有關(guān)參數(shù)的確定204.5.5 管板厚度計(jì)算225 拉桿與定距管235.1 拉桿的結(jié)構(gòu)形式235.2 拉桿的直徑、數(shù)量及布置236 防沖板237 鉤圈238 分程隔板249 法蘭與墊片249.1 固定端的管箱法蘭及墊片選擇249.2 浮頭端管箱法蘭及殼體法蘭及墊片

4、選擇249.3 殼程、管程接管法蘭型式與尺寸259.4 浮頭蓋法蘭及墊片選擇2610鞍座2610.1 支反力計(jì)算2610.2 鞍座的型號(hào)及尺寸2710.3 鞍座的布置2811換熱器的制造與檢驗(yàn)要求2811.2 管箱2911.3 換熱管2911.4 管板2911.5 換熱管與管板的連接2911.6 折流板29主要參考文獻(xiàn)31 摘 要 氫氣是一種重要的工業(yè)產(chǎn)品，而甲醇制氫相對(duì)于其他制氫工藝投入資金少、耗能低等條件，本設(shè)計(jì)是甲醇制氫裝置中冷凝器的設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)的第一半部分為工藝計(jì)算，根據(jù)甲醇制氫裝置中轉(zhuǎn)化器出來的物料物性條件作為設(shè)計(jì)條件來估算冷凝器所需要的換熱面積，從而可以選擇合適的換熱器類型，校核傳

5、熱系數(shù)，然后計(jì)算實(shí)際所需要的換熱面積，最后計(jì)算換熱器的相關(guān)參數(shù)。設(shè)計(jì)最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)和機(jī)械設(shè)計(jì)，由選定的換熱器類型進(jìn)行換熱器內(nèi)部零件的設(shè)計(jì)，包括：根據(jù)介質(zhì)物性選擇材料、管板厚度計(jì)算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計(jì)算、開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算等。最后設(shè)計(jì)結(jié)果可通過圖紙表現(xiàn)出來。 關(guān)于冷凝器設(shè)計(jì)的每個(gè)個(gè)環(huán)節(jié)，本設(shè)計(jì)說明書中有詳細(xì)的介紹。關(guān)鍵詞：換熱器 管板 浮頭蓋 浮頭 法蘭 AbstractHydrogen is a kind of important industrial products, hydrogen and methanol compared with other hydrogen production

6、process, less investment, low energy consumption condition of this design is the design of the condenser in methanol hydrogen production unit.Design calculation for the first half part of the process, according to the methanol converter in hydrogen production device of material property as a design

7、conditions to estimate the required condenser heat transfer area, thus can choose the appropriate type heat exchanger, heat transfer coefficient, check and calculate the heat transfer area of the actual need, the last calculating the related parameters of the heat exchanger. Design the structure and

8、 mechanical design, according to the selected type of heat exchanger heat exchanger internal components (such as to take over, baffle, tube sheet, etc.) design, including: choose according to physical properties of the medium material, the tube plate thickness calculation, calculation of floating he

9、ad cover and floating head flange thickness, opening reinforcement calculation, etc. The final design result by drawings.On the condenser design of each part, there are detailed introduction in this design specification.Keywords: heat exchanger Floating head flange of floating head heat exchanger tu

10、be plate floating head coverIV 甲醇制氫裝置冷凝器設(shè)計(jì)1 概述1.1 甲醇制氫工藝簡(jiǎn)介 甲醇制氫裝置設(shè)計(jì)采用甲醇裂解、吸收法脫二氧化碳和變壓吸附工藝，增加吸附法的目的是為了提高氫氣的回收率，同時(shí)在需要二氧化碳時(shí)，也可以得到高純度的二氧化碳。 本工藝流程大致經(jīng)過以下步驟：甲醇與水按配比進(jìn)入原料液儲(chǔ)罐，通過計(jì)量泵進(jìn)入換熱器（E0101）預(yù)熱，然后在汽化塔（T0101）汽化，再經(jīng)換熱器（E0102）過熱到反應(yīng)溫度進(jìn)入轉(zhuǎn)化器（R0102），轉(zhuǎn)化生成的氫氣、二氧化碳以及為反應(yīng)的甲醇和水蒸氣等首先與原料液換熱冷卻（E0101），然后經(jīng)水冷器（E0103）冷凝分離甲醇和水，這部

11、分水和甲醇可以進(jìn)入原料液儲(chǔ)罐，水冷分離后氣體進(jìn)入吸收塔，經(jīng)碳酸丙烯酯吸收分離二氧化碳，吸收飽和的吸收液進(jìn)入解析塔降壓解析后循環(huán)使用，最后進(jìn)入PSA進(jìn)一步分離參與的二氧化碳一氧化碳以及其他雜質(zhì)得到一定純度要求的氫氣。其工藝流程圖如圖1.1E0103冷凝器是甲醇制氫裝置的重要設(shè)備，其主要作用是通過溫度相對(duì)較低的水帶走溫度相對(duì)較高的熱流體，包括兩個(gè)方面的變化：（1） CO2、CO、H2的冷卻以及；（2） CH3OH、H2O的冷卻和冷凝。這兩個(gè)過程可以滿足工藝給定指標(biāo)。1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)及介質(zhì)特性數(shù)據(jù) 本設(shè)計(jì)需要冷凝的混合氣有較大的溫差應(yīng)力存在而且操作壓力較高，混合氣體有輕微的腐蝕性故混合氣體走殼程，冷

12、卻水走管程。主要技術(shù)指標(biāo)：（1） 殼程：混合氣 入口：280，出口：25 (甲醇484.23 kg/h ，水408.57 kg/h ，二氧化碳645.98 kg/h，一氧化碳8.39 kg/h，氫氣89.29 kg/h) 壓力：1.5MPa（2） 管程：循環(huán)水 入口：20，出口：30 壓力：0.5MPa1.5MPa下各組分比定壓熱容為：PCO2=10.47 KJ/(Kg.K) PH2=14.65 KJ/(Kg.K) PCO=4.19 KJ/(Kg.K)2換熱器選型 在冷凝器中混合氣體介質(zhì)從280降溫到25。由于傳熱溫差較大，而浮頭式換熱器中浮頭可拆卸，管束與殼體的受熱變形互不影響，因而不會(huì)產(chǎn)生

13、熱應(yīng)力，必要時(shí)可以把管束從殼體內(nèi)抽出來，因此初步選為浮頭式換熱器。浮頭式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如圖2.1圖2.1 浮頭式換熱器3 換熱器的工藝設(shè)計(jì)3.1確定設(shè)計(jì)方案 在冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算中，根據(jù)本設(shè)計(jì)給定的設(shè)計(jì)條件選擇合適的換熱器，其次計(jì)算換熱的傳熱面積。3.1.1 熱負(fù)荷及冷卻水用量計(jì)算（1） CO2、CO、H2的冷卻Q1=Cp m（T1-T2）=（10.47×645.98+14.65×89.29+4.19×8.39）×（280-25）=2067000KJ/h （3.1） （2） 混合氣體中甲醇的量很小可忽略不計(jì)，1.5MPa下的水的冷凝熱為H=2135KJ/

14、Kg，總冷凝熱Q2=H×m=2135×408.57=872000KJ/h （3.2）水顯熱變化 Q3=Cp m（T1-T2）=4.19 × 408.57 ×（280-25）=436500KJ/h （3.3） Q=Q1+Q2+Q3=3375500KJ/h 則冷卻水用量W=Q/（Cpt）=80560.86Kg/h （3.4）3.1.2 傳熱平均溫度差的的計(jì)算 根據(jù)流動(dòng)方向，分為逆流、并流、錯(cuò)流和折流。在逆流操作時(shí)，換熱效率高，所以逆流操作在工程中經(jīng)常采用，在本設(shè)計(jì)中首先按逆流計(jì)算，然后再進(jìn)行校正。 先求逆流時(shí)的傳熱平均溫度差： , ； （3.5）3.1.3計(jì)

15、算傳熱面積 由于熱流體為氣體冷凝，冷流體為冷卻水，傳熱系數(shù) 1 則有估算的傳熱面積： （3.6）3.2計(jì)算工藝結(jié)構(gòu)尺寸3.2.1管徑和管內(nèi)流速 （1）管徑 近年來國(guó)內(nèi)常選用的管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)換熱管規(guī)格為： 、。本設(shè)計(jì)殼程氣體進(jìn)出口溫差大、冷卻水屬于較清潔的流體走管程。小直徑管子用于較清潔的流體。所以本設(shè)計(jì)選用規(guī)格。 （2）管內(nèi)流速 管殼式換熱器常用流速的范圍如表3.1液體在列管由于冷卻水黏度小于，最大流速為，取管內(nèi)流速2。 表3.1 管殼式換熱器常用流速的范圍 流體的種類 一般液體 易結(jié)垢液體 氣體 流速 管程 殼程 3.2.2管程數(shù)和換熱管數(shù)單程傳熱管數(shù)：由有， 冷卻水流量，則， （根）

16、 由單程管的長(zhǎng)度，可得傳熱管長(zhǎng)度為 （3.7） 采用單程管會(huì)導(dǎo)致設(shè)備較長(zhǎng)不便于制造，所以采用多管程結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在采用標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，可采用換熱管長(zhǎng)的換熱管，則該換熱器管程數(shù)為（管程）。傳熱管總根數(shù)（根）3.2.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 按單殼程、四管程結(jié)構(gòu)，由和的值，查10圖得，即選用單殼程、四管程的結(jié)構(gòu)形式。 實(shí)際傳熱平均溫度差為3.2.4換熱管排列和分程方法 本設(shè)計(jì)選擇正三角形排列，主要是考慮提高管板的利用率。取管心距，則：，取3 分程隔板槽兩側(cè)相鄰管心距為:3 通過管束中心線的管數(shù)：（根）3.2.5殼體內(nèi)徑的確定 多層管殼體內(nèi)徑的估算。利用率3，則殼體內(nèi)徑為： （3.8）圓整到標(biāo)準(zhǔn)值：7。3.

17、2.6折流板 本設(shè)計(jì)采用單弓形折流板，橫向排列。切去的圓缺高度為 取折流板間距,則，取4 根據(jù)GB 151-1999管殼式換熱器可知，換熱管最大無支撐跨距為，取第一塊折流板距管子左端，最后一塊折流板距管子右端，則折流板數(shù)塊，且折流板圓缺面水平裝配。為了避免殼體的有液體殘留在最低處留排出液口。 3.2.7接管（1） 殼程流體進(jìn)、出口接管 根據(jù)流體溫度計(jì)算，使進(jìn)出口接管內(nèi)徑相等，接管內(nèi)氣體流速：4，接管內(nèi)徑： 取接管公稱直徑DN=300mm。（2）管程流體進(jìn)、出口接管 根據(jù)溫度計(jì)算，使進(jìn)出口接管內(nèi)徑相等，接管內(nèi)冷卻水流速：4，接管內(nèi)徑： 取接管公稱直徑DN=200mm 。3.2.8 換熱管束的分程

18、 在這里首先要先提到管箱。其目的是為了使流體在換熱管中分布均勻以及式流體聚集起來流出換熱器，另外流體起到的作用是改變流體運(yùn)動(dòng)方向。 本換熱器選擇多程隔板的安置形式的管箱便于管程的排列安裝。采用平行分法是為了接管的安裝，而且平行分法可以令管箱內(nèi)物料填放充足。3.3 接管位置最小尺寸 殼程接管位置最小尺寸，如圖3.1所示 圖3.1 殼程接管位置 無補(bǔ)強(qiáng)圈， 有補(bǔ)強(qiáng)圈， 其中：殼程接管位置最小尺寸，； 接管外徑，； 補(bǔ)強(qiáng)圈外圓直徑，； 管板厚度，； 補(bǔ)強(qiáng)圈外邊緣至管板（或法蘭）與殼體連接焊縫之間的距離，?。闅んw厚度，）且。 在本設(shè)計(jì)中殼程接管有補(bǔ)強(qiáng)圈，計(jì)算可得取。 管程接管位置最小尺寸，如圖3.2

19、所示 圖3.2 殼程接管位置 無補(bǔ)強(qiáng)圈， （4-31） 有補(bǔ)強(qiáng)圈， （4-32） 其中：殼程接管位置最小尺寸，； ?。楣芟錃んw厚度，）且。 在本設(shè)計(jì)中殼程接管有補(bǔ)強(qiáng)圈，計(jì)算可得取。 3.4接管尺寸接管尺寸 循環(huán)水 進(jìn)口 循環(huán)水 出口 冷卻水 進(jìn)口 冷卻水 出口筒體排 液口 高度/mm 150 150 150 150 75位置尺寸/mm 200200 200 200125 材料 2020 2020203.4.1管法蘭的選擇 （1）各接管法蘭標(biāo)記如下： 循環(huán)水接管： 法蘭 混合氣接管： 法蘭 排液口接管： 法蘭 （2）管法蘭密封墊片和緊固件 管法蘭密封墊片 按 HG/T 20592-20635

20、2009鋼制管法蘭、墊片和緊固件，選用石棉橡 膠板墊片，尺寸如表3.2。 各接管墊片標(biāo)記如下： 循環(huán)水接管： 墊片 ； 混合氣接管： 墊片 ； 排液管： 墊片 。 名稱公稱尺寸 連接尺寸法蘭外徑螺栓孔中心圓直徑螺栓孔直徑螺栓數(shù) 量（個(gè)）螺栓 冷卻水接管200320 280 18 8 M16 混合氣接管300440 395 22 8 M20 排液口 25115 85 14 4 M12 表3.2 墊片尺寸 公稱尺寸 墊片內(nèi)徑 墊片外徑墊片厚度包邊寬度 25 34 71 1.5 3 200 230 320 1.5 3 300 282 350 1.5 33.5 換熱器核算3.5.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)用克

21、恩法計(jì)算 3殼程流通截面積：當(dāng)量直徑： （3.9）流體橫過管束時(shí)的有效截面積： 式中當(dāng)量直徑擋板缺口處的弓形面積減去管束所占的面積： 式中管束所占面積與等邊三角形面積之比 （3.10）弓形面積，查切除高度與弓形面積關(guān)系得 ，=0.25 殼程流體流速及雷諾數(shù)為： （3.11）普朗克數(shù)為： （3.12）粘度校正為： 3.5.2 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 3 管程流體流通截面積： 管程流體流速 雷諾數(shù)： （3-20） 普朗特?cái)?shù)： （3.13） 3.5.3 污垢熱阻和管壁熱阻管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 ，3管外側(cè)污垢熱阻 ，3管壁熱阻 經(jīng)查得熱導(dǎo)率，3則該換熱管的熱阻為 33.5.4 傳熱系數(shù) （3.14）3.5.5傳熱

22、面積裕度計(jì)算傳熱面積 該換熱器的實(shí)際傳熱面積為： 該換熱器的面積裕度為： （3.15）傳熱面積裕度較小，故本冷凝器能滿足換熱要求。3.6 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力3.6.1管程流體阻力 3其中： 直管中存在摩擦阻力而產(chǎn)生的壓力降，； 回彎管中存在摩擦阻力而產(chǎn)生的壓力降，可由經(jīng)驗(yàn)公式 估算； 結(jié)垢校正系數(shù)，的換熱管??； 管程數(shù)，取4； 串聯(lián)的殼程數(shù)，取1。 回彎阻力損失為： 管箱進(jìn)出口壓力損失為： 總阻力損失為： 管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。3.6.2 殼程流體阻力 3 其中，為4，1； 管束壓力損失為： 其中， 流速 正三角形排列 F=0.5 缺口壓力損失為： 其中， ，D=800mm，B=30

23、0mm 總阻力為： 所以殼程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。冷凝器的主要計(jì)算結(jié)果以及結(jié)構(gòu)參數(shù)如表：參數(shù)殼程管程流率kg/h1636.4680560.86進(jìn)/出口溫度/280/2520/30壓力MPa1.50.5物性定性溫度/152.525密度/（） 13.39997定壓比熱容/0.812粘度/熱導(dǎo)率/0.6普朗特?cái)?shù)3.23材質(zhì) Q345RQ345R設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式浮頭式換熱器殼程數(shù)2殼體內(nèi)徑/mm800臺(tái)數(shù)1管徑/mm19管心距/mm25管長(zhǎng)/mm6000管子排列正三角形管數(shù)目/根640折流板數(shù)/個(gè)19傳熱面積/280折流板間距/mm300管程數(shù)4主要計(jì)算結(jié)果殼程管程流速/（m/s）0.07360.9

24、1表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/1295.85104.67污垢熱阻/0.0003940.0006阻力/Pa29.3441661.27熱流量/W937639傳熱溫差/62.63傳熱系數(shù)/70.62面積裕度/7.464 換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì) 4.1 計(jì)算筒體厚度為了滿足工藝條件，選擇設(shè)計(jì)溫度為混合氣進(jìn)口溫度,設(shè)計(jì)壓力。4.1.1 筒體材料的選擇 由于本設(shè)計(jì)殼程流動(dòng)的混合氣體有輕微的腐蝕性，故在此綜合成本、使用條件等的考慮，根據(jù)GB 713-2008鍋爐和壓力容器用鋼板選擇Q345R為殼體的材料。 4.1.2 筒體厚度（1） 確定計(jì)算參數(shù) 由前面計(jì)算可知，殼體內(nèi)徑，計(jì)算壓力。假設(shè)厚度為，由設(shè)計(jì)溫度為，知Q345R的許用

25、應(yīng)力 5焊接方式：選為雙面焊對(duì)接接頭，局部無損探傷，故焊接系數(shù)； 規(guī)定可知對(duì)Q345R鋼板其厚度負(fù)偏差10，取腐蝕裕量10。（2） 確定筒體厚度 當(dāng)3時(shí)，可用 計(jì)算。 則筒體計(jì)算厚度 （4.1）設(shè)計(jì)厚度為： 筒體名義厚度。 （3） 校核水壓試驗(yàn)壓力 5，采用液壓試驗(yàn)，試驗(yàn)應(yīng)力現(xiàn)校核試驗(yàn)壓力，筒體試驗(yàn)壓力 (4.2) 而，所以水壓試驗(yàn)壓力校核合格。（4） 最大允許工作壓力及應(yīng)力計(jì)算 最大允許工作壓力 （4.3）設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算的應(yīng)力 （4.4） ，筒體名義厚度合格。查GB151-1999鋼制壓力容器知所得筒體厚度滿足工藝生產(chǎn)要求。4.2 計(jì)算管箱短節(jié)、封頭厚度4.2.1 后管箱短節(jié)及封頭厚度（1）

26、 確定計(jì)算參數(shù) 管箱與殼體材料相同，為Q345R。由前面計(jì)算可知，有浮頭蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算可得后管箱短節(jié)內(nèi)徑，計(jì)算壓力，設(shè)計(jì)溫度為。 焊接方式：選為雙面焊對(duì)接接頭，局部無損探傷，故焊接系數(shù)； 規(guī)定可知對(duì)Q345R鋼板其厚度負(fù)偏差3 腐蝕裕量3 （2）確定管箱短節(jié)厚度當(dāng)時(shí)，可用 計(jì)算。 ，則筒體計(jì)算厚度 （4.5）筒體名義厚度。則管箱短節(jié)有效厚度最大允許工作壓力 （4.6）設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算的應(yīng)力 （4.7） ，管箱短節(jié)名義厚度合格。（3） 封頭厚度的計(jì)算 在本設(shè)計(jì)中選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其形狀系數(shù),材料與管箱短節(jié)相同。故封頭計(jì)算厚度 （4.8）封頭名義厚度，為了利于焊接與選材，當(dāng)制造用材相差無幾時(shí)，可取封

27、頭與管箱短節(jié)壁厚相同?，F(xiàn)進(jìn)行穩(wěn)定性校核，封頭有效厚度 ，符合。最大允許工作壓力 ，合格（4）校核水壓試驗(yàn)壓力 5 采用液壓試驗(yàn)，試驗(yàn)應(yīng)力 現(xiàn)校核試驗(yàn)壓力，筒體 試驗(yàn)壓力， 而，所以水壓試驗(yàn)壓力校核合格?？傻梅忸^的型號(hào)參數(shù)如下： DN900標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù)4.2.2 前管箱短節(jié)及封頭厚度（1）確定計(jì)算參數(shù) 取前管箱與殼體內(nèi)徑相等，計(jì)算壓力。 焊接方式：選為雙面焊對(duì)接接頭，局部無損探傷，故焊接系數(shù)； 規(guī)定可知對(duì)Q345R鋼板其厚度負(fù)偏差10，取腐蝕裕量3（2）確定管箱短節(jié)厚度 由GB 150-2011壓力容器標(biāo)準(zhǔn)中，當(dāng)時(shí)，可用 計(jì)算。 ，則筒體計(jì)算厚度 筒體名義厚度。則管箱短節(jié)有效厚度最大允許工

28、作壓力 設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算的應(yīng)力 ，管箱短節(jié)名義厚度合格。（4） 封頭厚度的計(jì)算 在本設(shè)計(jì)中選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其形狀系數(shù),材料與管箱短節(jié)相同。故封頭計(jì)算厚度 （4.9）封頭名義厚度，為了利于焊接與選材，當(dāng)制造用材相差無幾時(shí)，可取封頭與管箱短節(jié)壁厚相同。現(xiàn)進(jìn)行穩(wěn)定性校核，封頭有效厚度 ，符合。最大允許工作壓力 ，合格（4）校核水壓試驗(yàn)壓力 5 采用液壓試驗(yàn)，試驗(yàn)應(yīng)力 現(xiàn)校核試驗(yàn)壓力，筒體 試驗(yàn)壓力， 而，所以水壓試驗(yàn)壓力校核合格?？傻梅忸^的型號(hào)參數(shù)如下： DN800標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù)DN(mm)總深度H(mm)內(nèi)表面積A()容積(m3) 封頭質(zhì)量（）8002250.75660.079647.14.

29、3 殼體上開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 （1）補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別：補(bǔ)強(qiáng)判別：根據(jù)GB150-2011壓力容器，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是，本換熱器開孔外徑為300mm，因此需要另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。 （2）開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算： 強(qiáng)度削弱系數(shù)： fr=0.7945 接管有效厚度： 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按下式計(jì)算：（3）有效補(bǔ)強(qiáng)范圍有效寬度B： 有效高度：（a）外側(cè)有效高度為： （b）內(nèi)側(cè)有效高度為： （4）有效補(bǔ)強(qiáng)面積殼體多余金屬面積： 殼體有效厚度： 則多余的金屬面積為： 接管多余金屬面積： 接管計(jì)算厚度： 接管多余金屬面積： 接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為6mm）： 有效補(bǔ)強(qiáng)面積： （5）另需補(bǔ)強(qiáng)面積 （6）擬采用補(bǔ)

30、強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng) 由接管公稱直徑，補(bǔ)強(qiáng)圈的外徑8，內(nèi)徑8補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度為： 因?yàn)殇摪遑?fù)偏差故圓整，取殼體和管箱上補(bǔ)強(qiáng)圈的名義厚度為6mm，4.4 浮頭蓋 本浮頭式換熱器浮頭端采用B型鉤圈式浮頭，而浮頭蓋使用了球冠形封頭。4.4.1浮頭蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算 球冠形封頭、浮頭法蘭應(yīng)分別在管程壓力作用下和殼程壓力作用下進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，選擇其計(jì)算數(shù)據(jù)大的為計(jì)算厚度。4.4.2管程壓力作用下（內(nèi)壓）浮頭蓋的計(jì)算： 球冠形封頭計(jì)算厚度按下式計(jì)算： （4.10）為方便選材，故可將浮頭蓋的材料選Q345R，設(shè)計(jì)溫度下=158.6Mpa，選擇為粘接，100%無損探傷，故，則 。 因?yàn)橛?jì)算厚度太小，為了安裝方便取其厚度為。4.4.3

31、 殼程壓力作用下（外壓）浮頭蓋的計(jì)算 將球冠形封頭當(dāng)作球殼進(jìn)行計(jì)算，具體過程如下：假設(shè)，腐蝕裕量，則： ； ， 故；所以；查GB150可知，此時(shí)許用外壓力為： ， 滿足穩(wěn)定要求，故合適。綜合在內(nèi)壓作用和外壓作用下所能滿足要求的厚度，取浮頭蓋的厚度為。4.5管板設(shè)計(jì)管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一。4.5.1 管板與殼體的連接 由于浮頭式換熱器要求管束能夠從殼體中抽出進(jìn)行清洗和維修，采用可拆式連接方式。4.5.2 管板與管箱的連接 如圖4.1所示為三種最常見的固定管板換熱器的管板與管箱法蘭連接形式。在本設(shè)計(jì)中，選用圖的連接方式，法蘭的密封面采用凹凸面密封，法蘭形式為長(zhǎng)頸法蘭。 圖4.1 管板

32、與管箱的連接方式4.5.3 管板材料在本設(shè)計(jì)中根據(jù)流體性質(zhì)，考慮輕微腐蝕，選用Q245R。設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，換熱管采用10號(hào)碳素鋼設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力。 假設(shè)管板計(jì)算厚度。 4.5.4 管板有關(guān)參數(shù)的確定（1）計(jì)算殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積 （2）圓筒殼壁金屬的橫截面積 （3） 一根換熱管管壁金屬的橫截面積 由前面可知換熱管總數(shù)根， （4）兩管板間換熱管有效長(zhǎng)度 （5）管束模數(shù)管子材料的彈性模量5， 則 （4.11） （6） 管子回轉(zhuǎn)半徑 （7）管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度為： 6。查得管子材料屈服應(yīng)力5，比值，系數(shù)為 由,由公式得為 （8）管板開孔后面積 （9）管板布管區(qū)面積 隔板

33、槽面積 其中：沿隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)，取30； 隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距，由表4-1取。 表4-1 隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距 則 管板布管區(qū)面積 （10）管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑 系數(shù)為 4.5.5 管板厚度計(jì)算符號(hào)說明： 管板的支撐系數(shù)，取1/20 t 管板計(jì)算厚度，mm； 密封墊的中徑,850 mm； p 設(shè)計(jì)壓力,1.6 MPa； A 管板鉆孔孔心距，25 mm； 設(shè)計(jì)溫度下材料的許用抗彎強(qiáng)度, 4 M Pa5； d 管外徑, 32 mm；計(jì)算過程： （4-31） （4-32） 5 拉桿與定距管5.1拉桿的結(jié)構(gòu)形式 常用拉桿的形式有兩種：拉桿定距管結(jié)構(gòu)；拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)。 當(dāng)管板比較薄時(shí)，也

34、可采用其他的連接結(jié)構(gòu)。由于此時(shí)換熱管的外徑為19mm，因此選用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。5.2 拉桿的直徑、數(shù)量及布置其具體尺寸如下所示 拉桿的參數(shù)其中拉桿的長(zhǎng)度L按需要確定。拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。6 防沖板 防沖板是在換熱器中為了防止流體直接沖刷管子而引起管子振動(dòng)失穩(wěn)和腐蝕而設(shè)置的。因?yàn)榛旌蠚怏w具有輕微腐蝕性，故需要設(shè)置防沖擋板。 7 鉤圈鉤圈的型式查GB151可知選為B型鉤圈，其圖示如下：而其設(shè)計(jì)厚度可按下式計(jì)算： 其中：鉤圈設(shè)計(jì)厚度，mm； 浮動(dòng)管板厚度，mm； 則8分程隔板由于是多管程換熱器，故此處需要用到分程隔板。查GB151-1999可知：分程隔板槽槽深，槽寬為12mm，且分程隔

35、板的最小厚度為8mm，材料為Q245R。9 法蘭與墊片換熱器中的法蘭包括管箱法蘭、殼體法蘭、浮頭蓋法蘭以及接管法蘭。墊片則包括了管箱墊片和接管墊片、浮頭蓋墊片。9.1固定端的管箱法蘭及墊片選擇 管箱法蘭屬于壓力容器法蘭。 在本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)壓力，公稱直徑，按照J(rèn)B/T 4700-4707壓力容器法蘭選取長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，密封面型式為凹面密封面，材料為16Mn。 參數(shù)如表4-2： 標(biāo)記：法蘭 表4-2 長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭相關(guān)參數(shù)公稱直徑 連接尺寸， 800 915 880 850 840 837 17 14 18公稱直徑 高頸尺寸， 法蘭盤厚度質(zhì)量 螺柱 36 102.7規(guī)格數(shù)量 800115 3516 2

36、6 12 M16 36根據(jù)殼程操作條件，選纏繞式墊片： 9.2浮頭端管箱法蘭及殼體法蘭及墊片選擇（1）材料為鍛件20MnMo，凹密封面。 管箱法蘭尺寸（mm）工稱通徑DN連接尺寸法蘭厚度C法蘭頸法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量N螺紋ThNR8009158403636M33*268840122240（2） 墊片選擇 根據(jù)殼程操作條件，選纏繞式墊片： 9.3 殼程、管程接管法蘭型式與尺寸 帶頸對(duì)焊鋼制管法蘭公稱通徑DN鋼管外徑（法蘭焊端外徑）A1連接尺寸法蘭厚度C法蘭頸法蘭高度H法蘭理論重量（）法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑螺栓孔數(shù)量n螺紋ThHAB200218.3219

37、340295228M20242346.31686210.5300323.93254454002212M20263427.116127815根據(jù)殼程操作條件，選纏繞式墊片： 9.4 浮頭蓋法蘭及墊片選擇 在本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)壓力，公稱直徑，按照J(rèn)B/T 4700-4707壓力容器法蘭選取長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，密封面型式為凹面密封面，材料為16Mn。 參數(shù)如表4-3： 標(biāo)記：法蘭 表4-3 長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭相關(guān)參公稱直徑 連接尺寸， 900 1060 1015 976 966 936 21 18 27公稱直徑 高頸尺寸， 法蘭盤厚度質(zhì)量 螺柱 52 120.1規(guī)格數(shù)量 9001153516 26 12 M27 3

38、210鞍座10.1 支反力計(jì)算（1）管板的質(zhì)量按相同體積的圓平板計(jì)算，且取固定管板和浮動(dòng)管板的體積相同。 式中： t-管板厚度，cm - Q345R的密度 ，（2）圓筒的質(zhì)量 式中：是指換熱器中相當(dāng)于圓筒的部分的總長(zhǎng)度，包括了殼體的有效長(zhǎng)度與前后端管箱的短節(jié)部分； 是指材料的密度，由于殼體與管箱的材料均選用Q345R，故。 III封頭的質(zhì)量是兩個(gè)封頭質(zhì)量相加：； IV附件（如接管、法蘭、浮頭蓋等）質(zhì)量取為全部質(zhì)量的20%： V圓筒的體積：； 封頭的體積：； 故總體積為：； 水壓試驗(yàn)時(shí)充液重量：； 水壓試驗(yàn)時(shí)總質(zhì)量： 水壓試驗(yàn)時(shí)支座反力：10.2 鞍座的型號(hào)及尺寸根據(jù)支反力查JB/T4712-9

39、2選擇鞍座的型號(hào)為：DN800、120°包角重型帶墊板鞍式支座,材料選用Q235-C。 鞍座尺寸公稱直徑允許載荷（）鞍座高度h底板腹板筋板墊板螺栓間距l(xiāng)2鞍座質(zhì)量（kg）增加mm高度增加的質(zhì)量（kg）l1b1l3b3弧長(zhǎng)b4e800220200720150101040012010940260665530438 10.3鞍座的布置（1） 原則 當(dāng)時(shí)，取； 當(dāng)時(shí)，?。?盡量使和相近。如圖10.1所示，為鞍座安裝位置。 圖10.1 鞍座安裝位置（2）布置 選用兩個(gè)鞍式支座，固定式和滑動(dòng)式支座各一個(gè)。標(biāo)記分別為： 固定式： ，支座 滑動(dòng)式： ，支座 固定式支座安裝在靠近冷卻水進(jìn)出口，兩支座距

40、離，支座螺栓孔中心距管板密封面。11換熱器的制造與檢驗(yàn)要求11.1 圓筒（1）圓筒內(nèi)直徑允許偏差 用板材卷制時(shí)，內(nèi)直徑允許偏差可通過外圓周長(zhǎng)加以控制，其外圓周長(zhǎng)允許偏差為；下偏差為零。 用鋼管作圓筒時(shí)，其尺寸允許偏差應(yīng)符合GB/T 8163和GB/T 14976的規(guī)定。（2）圓筒同一斷面上，最大直徑與最小直徑之差為， 且：當(dāng)時(shí)，其值不大于； 當(dāng)時(shí)，其值不大于； 在本設(shè)計(jì)中其值不大于。（3）圓筒直線度允許偏差為（為圓筒總長(zhǎng)）， 且：當(dāng)時(shí)，其值不大于； 當(dāng)當(dāng)時(shí)，其值不大于。 在本設(shè)計(jì)中其值不大于。（4）直線度檢查，應(yīng)通過中心線的水平和垂直面，即沿圓周四個(gè)部位測(cè)量。（5）殼體內(nèi)壁凡有礙管束順利裝入或抽出的焊縫均應(yīng)磨至與母