安全工程容積式水加熱器課程設(shè)計(jì)

1、2工藝計(jì)算給定的臥式水加熱器設(shè)計(jì)參數(shù)給定的臥式水加熱器設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)殼程管程設(shè)計(jì)壓力MPa1.00.6設(shè)計(jì)溫度1060164.2操作介質(zhì)水蒸汽設(shè)備材質(zhì)不銹鋼不銹鋼公稱直徑DN（mm）900公稱容積VN（m³）1.5符號(hào)公稱規(guī)格用途或名稱連接法蘭標(biāo)準(zhǔn)aDg 5080熱水出口HG501258bDg 5080冷水進(jìn)口cDg 25排污口dM 27*2溫度計(jì)口eDg 50蒸汽進(jìn)口fDg 32冷凝水出口2.1 熱量衡算2.1.1 求進(jìn)水水口每小時(shí)的流量（Q）其中：=0.1m/s，由GB3092-82，公稱直徑為80時(shí)，Di=82mm（）代入得：2.1.2 求每小時(shí)換熱量（w）其中：,代入數(shù)據(jù)得

2、：考慮到熱量損失，則：。2.2 換熱面積（F），其中：，傳熱效率取0.7，不銹鋼管傳熱系數(shù)k取720。代入數(shù)據(jù)得：同樣，考慮熱量損失：2.3 筒體長(zhǎng)度、管子長(zhǎng)度及管字?jǐn)?shù)2.3.1 筒體長(zhǎng)度（l筒體）選擇規(guī)格為的不銹鋼無縫鋼管，查標(biāo)準(zhǔn)得換熱管中心距為32mm。對(duì)應(yīng)于公稱直徑DN=900mm的筒體，其封頭公稱直徑900mm，封頭選標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，K=1，查得：h1=225mm，h2=25mm，v封頭=0.112m3則容器總?cè)莘eVN=V筒體+2·V封頭得：2.3.2 管子長(zhǎng)度及管子數(shù)（l管子，n）管子長(zhǎng)度l管子取2m，即2000mm?？紤]到熱量損失及排列方式，取n=18。2.4 管子排列方式

3、由前面計(jì)算可知：管字?jǐn)?shù)n=18，管子尺寸：用正三角形排列方式：換熱管中心距：32mm，分層隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距：100mm.則管子排列方式如右圖所示：考慮到管徑外徑，則有：106.6+25/2=118.85mm；又因?yàn)樽钔馊茏颖谂c殼體內(nèi)壁間距離不小于10mm，故取OR=130mm。2.5 筒體、封頭壁厚2.5.1 筒體壁厚計(jì)算筒體選不銹鋼0Cr18Ni10Ti作為材料，查得；采用雙面焊，無損探傷100%，所以焊縫系數(shù)=1.0。則：名義厚度，附加余量C1=0.2，腐蝕余量C2=0（材料為不銹鋼，其腐蝕余量極弱），則。但參照標(biāo)準(zhǔn)，查得對(duì)于Di=900mm的筒體，其壁厚不得小于6mm，所以筒體的

4、壁厚。2.5.2 封頭壁厚計(jì)算封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，橢圓封頭是由半橢圓和高度為h的短圓筒兩部分構(gòu)成，直邊的作用是為了保證封頭的制造質(zhì)量和避免筒體與封頭間的環(huán)向焊縫受邊緣應(yīng)力作用，采用不銹鋼材0Cr18Ni10Ti，且設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，即K=1，用雙面焊，無損探傷100%，焊縫系數(shù)，則封頭計(jì)算壁厚，其中，附加余量C1=0.2，腐蝕余量C2=0（材料為不銹鋼，其腐蝕余量極弱），所以封頭名義壁厚，考慮到封頭壁厚最好與筒體壁厚一致，則取。2.6 確定封頭上的接管及法蘭尺寸2.6.1 接管接管材料選擇0Cr18Ni10Ti，由管字?jǐn)?shù)及排列方式接管最小半徑為105mm，即管直徑應(yīng)為210mm，但又考慮到

5、封頭尺寸，按標(biāo)準(zhǔn)取300mm，則計(jì)算其壁厚按與凹面法蘭及筒體封頭的配合，取接管壁厚，伸長(zhǎng)量為300mm，直徑為300mm。2.6.6 法蘭選取可查標(biāo)準(zhǔn)，選取凹面平焊法蘭，公稱直徑為300mm，使其與接管相配。2.7 進(jìn)出水孔的尺寸及法蘭定位水進(jìn)出口接管直徑為Dg=80，法蘭選與接管尺寸相配的平焊法蘭；進(jìn)出水孔定位于離筒體邊緣150mm處，進(jìn)口在下，出口在上。2.8 管箱封頭壁厚設(shè)計(jì)壓力取殼程設(shè)計(jì)壓力Pt=0.6MPa，直徑D=300mm，焊縫系數(shù)，選取標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，材料為OCr18Ni9，計(jì)算壁厚，查標(biāo)準(zhǔn)得此尺寸封頭最少壁厚為8mm，因此取管箱封頭壁厚為8mm。2.9 管箱筒節(jié)計(jì)算短筒節(jié)的直徑

6、與前面所選法蘭相配，為300mm，筒節(jié)材料選0Cr18Ni10Ti，則，擦汗標(biāo)準(zhǔn)，最終選取，節(jié)筒長(zhǎng)度詳見圖紙。2.10 隔板計(jì)算隔板材料選：0Cr18Ni9隔板與封頭及短接由焊接相連，與管板間靠壓緊力壓住管板，從而形成密封。隔板具體尺寸，取決于安裝條件，詳見管箱部件圖。2.11 管板計(jì)算管板材料選0Cr18Ni9，管板強(qiáng)度的削弱系數(shù)管板設(shè)計(jì)壓力：，熱片壓緊力作用中心圓直徑DG則管板計(jì)算厚度：，管板與管子采用脹焊結(jié)合的連接方式，查得管板厚度不得小于20mm，因此，為了安全起見管板厚取。2.11.1 管板形狀如圖3所示，具體結(jié)構(gòu)尺寸見管板部件圖。2.11.2 管板拉脫力校核：換熱管尺寸，即外徑d=

7、25mm，壁厚；一根換熱管橫截面積，且，按下拉三種情況分別計(jì)算換熱管軸向應(yīng)力：I）只有殼程設(shè)計(jì)壓力Ps=1.0MPa，管程Pt=0，II）只有管程設(shè)計(jì)壓力Pt=0.6MPa，殼程Ps=0，III）Ps=1.0MPa，Pt=0.6MPa，管子與管板連接是強(qiáng)度脹輔以焊接：其中：p設(shè)計(jì)壓力，取； f相鄰四根管子之間面積，mm2； L管子脹接部位長(zhǎng)度，mm；do管子外徑，mm； di管子內(nèi)經(jīng)，mm；管子上溫差應(yīng)力，取4.4MPa；a兩管子之間間距，mm。脹接長(zhǎng)度l的選擇原則：兩倍外徑，即2×25=50mm，50mm；管板厚度減去3mm，即20-3=17mm。取三者中最小值，故L=17mm。代

8、入數(shù)據(jù)得：，管板開孔槽，取所以q<，無需設(shè)置溫差補(bǔ)償裝置。3補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算各處接管布置如圖三（詳細(xì)尺寸見總裝配圖）：a：Dg80 接管（熱水出口）， b：Dg80 接管（冷水進(jìn)口），c：Dg25 接管（排污口），d：M27×2 螺紋孔（溫度計(jì)），e：Dg50 接管（蒸汽進(jìn)口），f：Dg32 接管（冷凝水出口），g：回轉(zhuǎn)人孔 Dv=450mm， h：接管。選材：a、b、c、d、e、f選0Cr18Ni9，h、g選 0Cr18Ni10Ti。3.1 人孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算（DN=450mm，取標(biāo)準(zhǔn)回轉(zhuǎn)蓋人孔）3.1.1 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法判別：開孔直徑d：取開孔內(nèi)徑di=480mm（查標(biāo)準(zhǔn)得人孔尺寸）d=d

9、i+2C=480+2×0.2=480.4mm，因?yàn)?，滿足允許開孔局部補(bǔ)強(qiáng)范圍，故可采用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。3.1.2 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積（人孔用雙面焊透，）封頭計(jì)算厚度，封頭實(shí)際壁厚，接管計(jì)算壁厚，接管實(shí)際厚度，開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積。3.1.3 有效補(bǔ)強(qiáng)面積有效高度：外伸高度實(shí)際外伸高度：h1=230mm . 取中的小值，即外伸高度實(shí)際取h1=60mm。內(nèi)伸高度. 實(shí)際內(nèi)伸高度h2=0 . 取中的小值，即內(nèi)伸高度h2=0。實(shí)際補(bǔ)強(qiáng)面積：取,則，>，即實(shí)際補(bǔ)強(qiáng)面積>開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積，所以人孔開口無需補(bǔ)強(qiáng)。3.2 水進(jìn)出口開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算（a、b）3.2.1 補(bǔ)強(qiáng)方法判斷取開孔內(nèi)

10、徑：，滿足允許開孔局部補(bǔ)強(qiáng)范圍，采用等面積法計(jì)算。3.2.2 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積（用單面焊，無損探傷100%，以下接管也一樣，）筒體計(jì)算壁厚：，筒體實(shí)際壁厚：，接管計(jì)算壁厚：，接管實(shí)際厚度：，開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：3.2.3 有效補(bǔ)強(qiáng)面積有效高度：外伸高度：實(shí)際外伸高度h1=150mm，取兩者中較小者，則取圓整后h1=19mm。內(nèi)伸高度：h2=0實(shí)際補(bǔ)強(qiáng)面積，取，>A即：實(shí)際補(bǔ)強(qiáng)面積>開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積，所以水進(jìn)出口開孔無需補(bǔ)強(qiáng)。3.3 排污口開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算（C）排污口 Dg25 同樣的選用不銹鋼材料3.3.1 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法判斷開孔直徑：滿足允許開孔局部補(bǔ)強(qiáng)范圍，采用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算

11、。3.3.2 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積有效高度外伸有效高度：實(shí)際外伸高度：，取兩者中較小的值，取圓整后。內(nèi)伸有效高度：。開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：實(shí)際補(bǔ)強(qiáng)面積（）接管計(jì)算壁厚：，>A，即：實(shí)際補(bǔ)強(qiáng)面積>開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積，所以排污口開孔無需補(bǔ)強(qiáng)。3.4 封頭上接管開孔補(bǔ)強(qiáng)（h）3.4.1 補(bǔ)強(qiáng)方法判斷開孔直徑：，滿足允許開孔局部補(bǔ)強(qiáng)范圍，采用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。3.4.2 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積封頭計(jì)算厚度：，封頭實(shí)際壁厚：，接管計(jì)算壁厚：接管實(shí)際厚度：，開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：3.4.3 有效補(bǔ)強(qiáng)面積有效高度：外伸有效高度：，實(shí)際外伸高度：，取兩者中較小的值，取圓整后；內(nèi)伸有效高度：。接管計(jì)算壁厚：實(shí)際

12、補(bǔ)強(qiáng)面積（），>A，即：實(shí)際補(bǔ)強(qiáng)面積>開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積，所以封頭上接管開孔無需補(bǔ)強(qiáng)。3.5 蒸汽進(jìn)口補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算規(guī)格 Dg50 3.5.1補(bǔ)強(qiáng)方法判斷開孔直徑：，滿足允許開孔局部補(bǔ)強(qiáng)范圍，采用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。3.5.2開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積管箱h封頭計(jì)算壁厚：，管箱封頭實(shí)際壁厚：，蒸汽進(jìn)口計(jì)算壁厚：實(shí)際壁厚：，開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：3.5.3 有效不清面積有效高度：外伸有效高度：實(shí)際外伸高度：，取兩者中較小的值，取圓整后；內(nèi)伸有效高度：。管箱接管計(jì)算壁厚：實(shí)際補(bǔ)強(qiáng)面積（），>A，即：實(shí)際補(bǔ)強(qiáng)面積>開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積，所以蒸汽進(jìn)口開孔無需補(bǔ)強(qiáng)。符號(hào)說明單位Q進(jìn)出水口每小時(shí)水的流

13、量L/hv進(jìn)出水口每小時(shí)的流量m/sW每小時(shí)換熱量kJ/hF換熱面積m²L筒體筒體長(zhǎng)度mmDi 筒體內(nèi)經(jīng)mmV筒體筒體體積m³V封頭封頭體積m³VN容器總?cè)莘em³L管子管子長(zhǎng)度mmn管字?jǐn)?shù)焊縫系數(shù)1筒體計(jì)算壁厚mmn1筒體實(shí)際壁厚mmC1加工減薄量mmC2腐蝕裕量mm2封頭計(jì)算壁厚mmn2封頭實(shí)際壁厚mm3封頭上接管計(jì)算壁厚mmn3封頭上接管實(shí)際壁厚mm4管箱封頭計(jì)算壁厚mmn4管箱封頭實(shí)際壁厚mm5管箱筒節(jié)計(jì)算壁厚mmn5管箱筒節(jié)實(shí)際壁厚mm管板強(qiáng)度削弱系數(shù)6管板計(jì)算壁厚mmn6管板實(shí)際壁厚mma換熱管橫截面積mm²Pt管程設(shè)計(jì)壓力MPaPs課程設(shè)計(jì)壓力MPaq管子受到的拉脫力MPaqt溫差應(yīng)力下管子受到的拉脫力MPaqp壓差應(yīng)力下管子受到的拉脫力MPaP設(shè)計(jì)壓力MPaf相鄰四根管