氧化反應(yīng)器說(shuō)明書(shū)

摘要化學(xué)反響器是化工生產(chǎn)過(guò)程中一系列設(shè)備中的核心設(shè)備?；ぜ夹g(shù)過(guò)程開(kāi)發(fā)的成功與否很大程度上取決于反響器內(nèi)流體的溫度、濃度、停留時(shí)間及溫度分布、停留時(shí)間分布的控制水平和控制能力。化工生產(chǎn)的工藝過(guò)程決定了反響器的結(jié)構(gòu)型式，反響器的結(jié)構(gòu)型式對(duì)工藝過(guò)程又有一個(gè)促進(jìn)和完善的作用，同時(shí)反響器的結(jié)構(gòu)型式在某種程度上也決定著產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。因此，化學(xué)反響器的選型、設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇最優(yōu)化的操作條件是化工生產(chǎn)中極為重要的課題。本課題根據(jù)的均四甲苯催化氧化法制取均酐的最正確工藝參數(shù)，對(duì)其核心設(shè)備氧化反響器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)選型和較為詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，并對(duì)反響器的制造工藝進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)反響器的制造、組裝、檢驗(yàn)及使用進(jìn)行了說(shuō)明。最終確定的反響器設(shè)備在滿足結(jié)構(gòu)合理性的根底上，實(shí)現(xiàn)了溫度分布、濃度分布及反響時(shí)間等化工工藝參數(shù)的控制要求，使得產(chǎn)品質(zhì)量和性能得以保證。關(guān)鍵詞：反響器；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；列管式固定床反響器；均酐裝置

AbstractChemicalReactorsisthecoreequipmentofaseriesofequipmentinthecourseofchemicalproduction.Chemicaltechnologyprocessdevelopmentdependslargelyonthesuccessofthefluidreactortemperature,concentration,residencetimeandtemperaturedistribution,residencetimedistributionofthecontrollevelandcontrolThechemicalproductionprocessdeterminesthestructureofthereactor,thestructureofthereactoralsohavearoleofpromotingandimprovingtheprocess,atthesametimethestructureofthereactortosomeextentalsodeterminesthequalityandperformanceofproducts.Therefore,theselectionofchemicalreactors,designcalculationsandchoosingthemostoptimaloperatingconditionsareextremelyimportantsubjectinchemicalproduction.ThistopicmadeaselectionandamoredetaileddesigncalculationfortheOxidereactoraccordingtotheknowntechnicalparameters,whichisthecoreequipmentforsym-TetramethylbenzenecatalyzedoxidatedtoPyromelliticDianhydride,andmadeadetaileddescriptionaboutthemanufacturingprocessofthereactor，Ofthereactorforthemanufacture,assembly,testingandusearedescribed。Onthebasisoftherationalstructure,thereactormeetsthecontrolrequirementsofchemicalprocessingparametersincludingthedistributionoftemperature,thedistributionofconcentrationandthereactiontime,thatmakesthequalityandperformanceofproductsbeensured.Keywords:Reactor;Structuraldesign;Tubefixed-bedreactor;EquipmentsforPyromelliticDianhy目錄摘要 IAbstract II第一章緒論 ………………..……..……….11.1前言 21.2反響器簡(jiǎn)介 21.3反響器的分類 21.4設(shè)計(jì)定義 41.5相關(guān)工藝參數(shù) ……………...………………….…...41.6反響器型式的選擇………...……51.7列管式反響器的概述……...………51.8操作考慮…………………….………..7第二章反響器的工藝計(jì)算………………..…...82.1工藝流程概述 82.2反響器的物料衡算及反響管的選擇 92.2.1物料衡算 9床層體積確實(shí)定 102.2.3反響列管管長(zhǎng)、管徑、管數(shù)確實(shí)定 102.4.4反響管排列方式及管間距確實(shí)定 112.4床層壓降的計(jì)算 122.5反響器的熱量衡算 122.6反響器殼層流體對(duì)壁給熱系數(shù)的計(jì)算 132.7殼程壓降的計(jì)算 142.8反響器管程進(jìn)出口接管公稱直徑確實(shí)定 15第三章反響器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算 173.1概述 173.2殼體、管箱、封頭厚度確實(shí)定及強(qiáng)度校核 173.2.1殼體壁厚計(jì)算及強(qiáng)度校核 173.2.2管箱壁厚的計(jì)算 183.2.3管箱封頭的厚度計(jì)算 193.3管程水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核 203.4殼程水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核 213.5管箱法蘭設(shè)計(jì) 213.6管板與殼體、管箱、反響管的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22殼體與管板的連接結(jié)構(gòu) 22管箱與管板的連接結(jié)構(gòu) 22反響管與管板的連接結(jié)構(gòu) 223.7管板法蘭及管板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23墊片的選型與校核 233.7.2等頭雙頭螺栓的選型 ………253.7.3管板法蘭的強(qiáng)度校核 25管板的強(qiáng)度校核 303.8膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 423.8.1膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)選型 423.8.2膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度校核 443.9平安防爆口設(shè)計(jì) 483.10催化劑支撐件的設(shè)計(jì) 483.10.1支撐件的結(jié)構(gòu)介紹 48復(fù)合彈簧的強(qiáng)度校核 493.11支座的選用及強(qiáng)度校核 ………….492.11.1支座的選用及其載荷計(jì)算 492.11.2支座強(qiáng)度校核……………………..……….503.12其他零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 513.12.1反響器殼程熔鹽通道的設(shè)計(jì) 513.12.2上、下分布板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 52第四章反響器的制造、組裝、檢驗(yàn)及使用 534.1材料選擇說(shuō)明 534.1.1主要受壓元件 534.1.2焊接材料 534.2主要制造工藝 534.2.1主要零部件的制造 534.2.2反響器的組裝 554.3焊接工藝說(shuō)明 554.3.1材料的可焊性評(píng)價(jià)………………...……………….………..56焊接材料的選擇……...……….……………..57設(shè)計(jì)小結(jié) 58致謝 62參考文獻(xiàn)……………….……..63附錄……………………….….65第一章緒論1.1前言本設(shè)計(jì)書(shū)是在均四甲苯空氣氣相氧化法制取PMDA的工藝根底上，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題“氧化反響器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)〞的整體設(shè)計(jì)過(guò)程編寫(xiě)而來(lái)的。全設(shè)計(jì)書(shū)共分為四章：第一章為前言局部對(duì)反響器作了簡(jiǎn)單的介紹。第二章為反響器的工藝計(jì)算。第三章為反響器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要對(duì)反響器內(nèi)各受壓元件進(jìn)行了詳細(xì)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)及校核。第四章為反響器各部件的制造工藝及組裝程序介紹。本設(shè)計(jì)中各局部嚴(yán)格按照各種標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，在保證反響器結(jié)構(gòu)合理的根底上，進(jìn)一步確保產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。1.2反響器簡(jiǎn)介反響器是一個(gè)在其中發(fā)生化學(xué)反響的容器或罐。它是化工生產(chǎn)過(guò)程中一系列設(shè)備中的核心設(shè)備，反響器的型式、尺寸大小等，在很大程度上決定著產(chǎn)量和質(zhì)量，因此化學(xué)反響器的選型，設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇最優(yōu)化的操作條件是化工生產(chǎn)中極為重要的課題。反響器可由各種材料制成，材料的選擇取決于反響發(fā)生時(shí)的溫度和壓力以及所要求的抗腐蝕性.反響器也可能有多種類型，這取決于所用反響所需催化劑的種類以及反響物和產(chǎn)物的物理特性。反響器的簡(jiǎn)圖如圖1-1。圖1-1反響器簡(jiǎn)圖1.3反響器的分類[19]反響器的化學(xué)反響多數(shù)都是伴隨有催化劑的，按照催化作用那么反響器可分為均相反響器和非均相反響器。均相催化反響器可以與非催化作用的反響器相似地進(jìn)行分類。一種標(biāo)準(zhǔn)是存在的相數(shù)，另一種標(biāo)準(zhǔn)是返混程度。因此，可有均相氣相反響器、均相液相反響器和均相氣一掖相反響器。也可以有均相塞流管式反響器和均相連續(xù)攪拌罐式反響器。對(duì)裝有非均相固體催化劑的反響器，一種分類標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)在反響器中的催化劑顆粒是否移動(dòng)，以此為根據(jù)，可以規(guī)定有以下類型:1.如果顆粒固定在位置上成為密相固定床，那么為固定床反響器.2.如果顆粒堆積在緩慢移動(dòng)的密相床中，排出某些結(jié)垢的顆粒并參加某些新鮮的顆粒，那么為移動(dòng)床反響器。本書(shū)不討論這種類型的反響器，因?yàn)樗鼈冊(cè)谠S多方面與固定床反響器類似。但是，移動(dòng)床反響器在催化劑結(jié)垢和再生方式方面與固定床反響器有根本的區(qū)別。3.如果催化劑顆粒被向上流動(dòng)的氣體托住如流化床那樣，那么為流化床反響器。如前言中舉出的理由，，這類反響器在本書(shū)中不加討論.4.如果催化劑顆粒懸浮在液體中，那么為懸浮床反響器。懸浮床反響器可再細(xì)分為以下幾類:〔1〕..如果催化劑懸浮在機(jī)械攪拌的液體中，那么為連續(xù)攪拌罐式反響器?！?〕.如果催化劑是用上升的氣泡維持懸浮在液體中，那么為鼓泡反響器或淤漿反響器。?！?〕.如果催化劑是懸浮在向上流動(dòng)的液體中，那么為沸騰床反響器?！?〕.如果催化劑懸浮在液流或氣流中，而液流和氣流強(qiáng)大到足以在反響系統(tǒng)中攜帶這些催化劑，那么為三相傳遞式反響器，劃分均相和非均相反響器的另外一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是它們的操作方式，即是間斷、半連續(xù)或連續(xù)式操作。但是，大多數(shù)重要的工業(yè)操作都為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，而僅僅在間斷式操作有特別充足的理由時(shí)才設(shè)計(jì)間斷操作的反響器。另外一種普遍適用的反響器分類標(biāo)準(zhǔn)是反響器內(nèi)部的溫度分布。假設(shè)反響器內(nèi)部各點(diǎn)溫度都是不變的，而且不隨時(shí)間而變化，那么反響器稱為恒溫的.但如反響器各局部溫度是變化的，那么反響器稱為非恒溫的。還有另外一種反響器分類標(biāo)準(zhǔn)是反響器和器外部之間的換熱程度。如果不換熱，反響器稱為絕熱反響器，而如果有某種程度的換熱，那么稱為非絕熱反響器。還有另一種反響器分類標(biāo)準(zhǔn)是反響中包括的相數(shù)。當(dāng)然，相計(jì)算相數(shù)時(shí)，固體催化劑不應(yīng)算為一相。只處理氣體的反響器叫做氣相反響器，而那些處理兩相反響的叫做氣一液相反響器，我們可用上述幾種分類標(biāo)準(zhǔn)把非均相反響器劃分為以下幾類:固定床反響器固定床氣相反響器恒溫反響器絕熱反響器非恒溫非絕熱固定床反響器固定床氣-液相反響器滴流床反響器固定床鼓泡反響器懸浮床反響器.連續(xù)攪拌罐式反響器淤漿反響器沸騰床反響器三相傳遞式反響器1.4設(shè)計(jì)定義反響器的設(shè)計(jì)包括:1.確定反響器的類型和型式并計(jì)算從給定的原料產(chǎn)生所要求數(shù)量的一種或幾種產(chǎn)物的反響器尺寸(工藝設(shè)計(jì))。2.確保計(jì)算的反響器是熱穩(wěn)定的和平安的，并且不會(huì)導(dǎo)致反響失去控制(穩(wěn)定性研究).3.選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)材料、壁厚和內(nèi)件，以便反響器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能經(jīng)得住反響條件以及反響混合物的腐蝕作用(機(jī)械設(shè)計(jì))。1.5相關(guān)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)：名稱管程操作壓力MPa管程操作溫度℃殼程操作壓力MPa殼程操作溫度℃換熱面積m氧化反響器二酐空氣0.04250-375熔鹽1.5380-385165設(shè)計(jì)壓力一般取值為最高工作壓力的1.05～1.10倍；設(shè)計(jì)溫度是反響器的設(shè)計(jì)的最高溫度，工作溫度一定小于設(shè)計(jì)溫度。所以取管程的設(shè)計(jì)壓力為MPa，設(shè)計(jì)溫度400℃；殼程的設(shè)計(jì)壓力為MPa，設(shè)計(jì)溫度400℃。1.6反響器型式的選擇本次設(shè)計(jì)的反響器主要用于均四甲苯催化氧化制取均苯四甲酸二酐，生產(chǎn)能力為100T/a。由于該反響在反響過(guò)程中大量放熱，反響的熱點(diǎn)溫度為435～445℃，為了保證反響在最適宜的溫度下進(jìn)行，在保證床層溫度的同時(shí)還需要將氧化反響產(chǎn)生的多余的熱量及時(shí)地移走，因此需要帶有傳熱的反響器，應(yīng)為這個(gè)反響大量放熱，為了避開(kāi)完全氧化作用成為占統(tǒng)治的溫度范圍，所以必須仔細(xì)加以控制。因此需本設(shè)計(jì)采用列管式固定床反響器。1.7列管式反響器的概述[26]對(duì)于反響熱效率大、收率對(duì)溫度敏感、又要求高轉(zhuǎn)化率和高選擇性的反響過(guò)程，列管式固定床反響器是可供選用的比較理想的反響設(shè)備，目前在苯醉、順瞥、乙二醇、醋酸乙烯、異丁醛氧化等生產(chǎn)過(guò)程中都有應(yīng)用。我國(guó)已有的和在建的大型列管式固定床反響器根本上都是引進(jìn)的，它們都采用全焊結(jié)構(gòu)，從國(guó)外制造后整體運(yùn)進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)，無(wú)法了解反響器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法。與國(guó)外相比，我國(guó)自行設(shè)計(jì)的列管式固定床反響器在工藝水平和規(guī)模上都有較大的差距，其問(wèn)題之一是:規(guī)模較小且存在著徑向溫差。國(guó)外的同類反響器直徑可達(dá)6m以上，但徑向溫差小于30C列管式固定床反響器管外流體流動(dòng)的主要要求是:反響器的綜合性能要保持單管的水平，并且能迅速導(dǎo)出反響管內(nèi)產(chǎn)生的反響熱，以保證管間載熱體沿徑向的溫差盡可能小，使各反響管處在相同的介質(zhì)溫度下運(yùn)行。反響器按殼程流體流動(dòng)方式可分為平行流和錯(cuò)流兩種式型。見(jiàn)圖1-2。圖1-2列管式固定床反響器的流動(dòng)型式示意圖對(duì)15000根反響管以下的反響器一般采用平行流型，而對(duì)于15000-20000根以上的反響器采用傳熱效果較好的錯(cuò)流型，但熔鹽泵的能耗相應(yīng)也增大。如何保證管間充分均勻的熱傳遞是列管式固定床反響器均布設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，這也是一個(gè)與載熱體流體力學(xué)密切相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題，為此，根據(jù)反響器管外流動(dòng)特點(diǎn)和管內(nèi)反響的要求，對(duì)反響器的設(shè)計(jì)采取以下幾個(gè)方法:1、環(huán)形通道的開(kāi)孔設(shè)計(jì)，給出環(huán)形通道等量分流或等量合流時(shí)側(cè)壁開(kāi)孔的規(guī)律和設(shè)計(jì)計(jì)算方法。2、平行流反響器管間流動(dòng)設(shè)計(jì)，提出平行流固定床反響器管間載熱體流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，據(jù)此來(lái)設(shè)計(jì)工業(yè)反響器的分布板，在板上合理開(kāi)設(shè)環(huán)隙孔或附加開(kāi)孔，實(shí)現(xiàn)管間的均勻傳熱。3、錯(cuò)流型反響器管間流動(dòng)分布設(shè)計(jì)，提出解決錯(cuò)流列管式固定床反響器傳熱不均的途徑，并在此根底上給出圓盤(pán)一圓環(huán)形折流擋板環(huán)隙開(kāi)孔設(shè)計(jì)計(jì)算方法。1.8操作考慮工藝設(shè)計(jì)師和機(jī)械設(shè)計(jì)師都必須牢記反響器的操作方法。雖然設(shè)計(jì)總是以最正確穩(wěn)態(tài)操作條件為目的，但也必須能夠滿足開(kāi)工和停工條件，特別是意外情況下的開(kāi)、停工。如果必須按反響器內(nèi)再生來(lái)設(shè)計(jì)固定床反響器，那么機(jī)械設(shè)計(jì)不僅必須滿足一組而是要滿足二組溫度一壓力條件.例如，一個(gè)芳烴預(yù)處理反響器，裝滿擔(dān)體為氧化鋁的鉆鋁催化劑，當(dāng)物流處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，可在加200--250℃和40--60bar(4000--6000kPa)壓力下操作。但是，如果反響的催化劑必須在反響器內(nèi)再生時(shí)，再生氣體(含氧0.,5呱的氮?dú)?在嚴(yán)密控制下燒焦后溫度可上升到高達(dá)5501.操作時(shí)，3000C2.再生時(shí)，5000C

第二章反響器的工藝計(jì)算工業(yè)反響器設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)給定的生產(chǎn)能力以及工藝參數(shù)，確定反響器的型式和適宜的尺寸及其相應(yīng)的操作條件，使反響過(guò)程有最大收益。本章在確定了反響器型式的根底上，進(jìn)行了必要的工藝計(jì)算，最終確定了反響器的總體結(jié)構(gòu)。2.1工藝流程概述均苯四甲酸二酐的化學(xué)名稱為1,2,4,5—苯甲酸二酐，簡(jiǎn)稱PMDA，是一種重要的化工原料，用途極其廣泛。均苯四甲酸二酐的生產(chǎn)方法較多，由于采用原料不同，選擇的工藝路線也不一樣，即使同一中原料其生產(chǎn)工藝也有多種。本設(shè)計(jì)是根據(jù)南京紫金化工廠的生產(chǎn)工藝來(lái)設(shè)計(jì)的氧化反響器。該廠運(yùn)用的也是我國(guó)目前主要的PMDA生產(chǎn)方法。即以均四甲苯為原料采用空氣催化氧化法制得PMDA。其主要反響為：均四甲苯催化氧化法制取PMDA的工藝過(guò)程包括氧化，水解，精制及枯燥四個(gè)工段，氧化反響器即是氧化工段的核心設(shè)備。在氧化工段固體原料均四甲苯經(jīng)加熱熔化、汽化后，與空氣混合預(yù)熱到一定溫度后參加到氧化反響器中，催化氧化生成均酐及少量副產(chǎn)物，經(jīng)換熱冷卻在捕集器中凝華捕集得到均酐的粗產(chǎn)品。2.2反響器的物料衡算及反響管的選擇物料衡算已確定本反響器的生產(chǎn)能力為100T/a，假設(shè)年工作7200h,根據(jù)文獻(xiàn)[23]中關(guān)于均四甲苯催化氧化制取均酐的中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果有如下數(shù)據(jù)：主反響的選擇性為0.65；均四甲苯原料純度0.98；均酐相對(duì)均四甲苯的收率為0.86；反響最適宜空速為3700～4200h；熔鹽溫度為：380-3900C；催化劑復(fù)合：50-60g/(L.h)；一捕入口溫度：210-220由生產(chǎn)要求，每小時(shí)需生產(chǎn)的均酐量為：=14kg/h〔2-1〕理論上每小時(shí)需參加均四甲苯的量為：=16.28kg/h〔2-2〕考慮到反響的選擇性以及原料的純度，實(shí)際需參加均四甲苯的量為：kg/h〔2-3〕那么均四的摩爾流量為：n=Kmol/h〔2-4〕由理想氣體狀態(tài)方程：PV=nRT可求得均四體積流量為：V=〔2-5〕=24.16m/h根據(jù)中試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，取空氣的體積流量m/h那么由理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT可求得空氣的摩爾流量為：N===17.3Kmol/h〔2-6〕2.2根據(jù)文獻(xiàn)[1]表一取反響空速=4000h，已確定原料混合氣總體積流量為Q=3000m/h=0.833m/s反響進(jìn)行的時(shí)間===0.00025h(2-7〕反響器所需的床層體積：===0.75m(2-8)2.參考有關(guān)文獻(xiàn)【26】，取反響氣體在床層中的流動(dòng)速度為=2.5m/s,那么所需反響管長(zhǎng)度L==0.000263×2.5×3600=2.37m,取標(biāo)準(zhǔn)管長(zhǎng)為L(zhǎng)=2.5m,那么反響氣體在床層中實(shí)際流動(dòng)速度為：===2.64m/s〔2-9〕根據(jù)設(shè)計(jì)要求反響器需要的傳熱面積為：F=ndL=165m[1]〔2-10〕反響器內(nèi)氣體實(shí)際的體積流量為：Q=n=0.833m〔2-11〕將數(shù)據(jù)L=2.5m，=2.78m/s分別代入以上兩式中，聯(lián)立可求得：d=0.0203m,圓整后取管徑=0.025m。為滿足要求實(shí)際取列管數(shù)為n=701根。參考文獻(xiàn)，取30×2.52.2考慮到反響器殼程介質(zhì)干凈，管外無(wú)需清洗，按照?化工容器手冊(cè)?取管間距a=40mm.列管采用正三角形的排列方式，根據(jù)作圖實(shí)際排得管數(shù)為715根，除去測(cè)溫管孔6個(gè)及拉桿管孔3個(gè)，實(shí)際裝填催化劑的管數(shù)為706根，能滿足生產(chǎn)要求。2.3床層對(duì)壁給熱系數(shù)的計(jì)算反響混合氣的體積流量為V=3000m/h，管數(shù)為n=706V===4.25m/h〔2-12〕那么實(shí)際的空床氣體流速為：===1.79m/s〔2-13〕那么雷諾數(shù)Re===165.29〔2-14〕反響過(guò)程中強(qiáng)放熱，床層被殼層流體冷卻，那么根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)床層對(duì)壁給熱系數(shù)由以下公式求得：a=3.5〔2-15〕=330.73kJ/(m·h·℃)2.4床層壓降的計(jì)算根據(jù)中試實(shí)驗(yàn)，本反響器采用的催化劑為，載體為粗孔不規(guī)那么硅膠,活性組分為活性炭，采用噴涂法制備。催化劑的床層空隙率=0.54，床層壓力降計(jì)算公式為：==5.6KPa〔2-16〕5.6KPa<15%設(shè)計(jì)壓力=6.6KPa適宜其中為修正摩擦系數(shù)【20】，考慮到壁效應(yīng)的影響，摩擦系數(shù)=2.952.5反響器的熱量衡算由本章第一節(jié)中的物料衡算，已求得反響器進(jìn)出口的物料配比情況，熱量衡算的基準(zhǔn)溫度取反響氣體進(jìn)口溫度250℃，由手冊(cè)【20】查得250℃～400組份ON平均熱容2.060.9631.051.281.9680.983原料氣帶入熱量Q=0；反響后氣體帶走熱量Q==176579.4kJ/h〔2-17〕反響后放出熱量Q=137431.2+724437.3=861868.5kJ/h(2-18)根據(jù)熱量守衡定律，傳給殼程熔鹽的熱量為：Q=Q-Q+Q=685289.1kJ/h(2-19)假設(shè)殼程熔鹽質(zhì)量流量為Gkg/h,熔鹽進(jìn)出口溫度分別為380℃和385℃，熔鹽比熱為c故G===102281.96kg/h(2-20)2.6反響器殼層流體對(duì)壁給熱系數(shù)的計(jì)算設(shè)計(jì)采用的熔鹽組成為：∶=3∶2〔質(zhì)量比〕，經(jīng)計(jì)算熔鹽混合物的平均物性數(shù)據(jù)【23】如下：密度=1.85g/ml=1850kg/m；比熱c=0.32kcal/kg·℃=1.34KJ/kg·℃；粘度=11.02kg/m·h；熱導(dǎo)率=0.45kcal/m·h·℃=1.89kJ/m·h·℃。那么橫過(guò)管束的最大流通截面積【15】為：A===0.57m(2-21)那么殼程流體的給熱系數(shù)為：a=0.36=1248.32kJ/(m·h·℃)(2-22)2.7殼層壓降的計(jì)算殼程壓降可由寇恩公式【21】得出：P=P其中P，，分別表示管束、導(dǎo)流筒、殼程進(jìn)出口管嘴處的壓降，為殼程壓降結(jié)垢校正系數(shù)。殼程流體的質(zhì)量流速：==1850×0.027=49.95kg/m·sa〕殼程導(dǎo)流筒入口處質(zhì)量流速殼程導(dǎo)流筒入口處質(zhì)量流速取2230kg/m·s【25】來(lái)估算殼程進(jìn)出口處的流速，將=1850kg/m代入上式得到1.1m/s,故取=1.1m/s，于是=1.1×1850=2035kg/m·sb〕殼程流體的圓管摩擦系數(shù)殼程當(dāng)量直徑De=0.036，那么殼程進(jìn)出口處的雷諾數(shù)Re==×3600=2.4(2-23)根據(jù)Re查手冊(cè)【21】可得=0.1，近似取8，那么將所有數(shù)據(jù)代入壓降計(jì)算公式【20】中有：P==6.74Pa；=(2-24)=8954Pa=1.5=1.5(2-25)=1678.875Pa=P++=10640.6Pa<<[]適宜2.8反響器管程進(jìn)出口接管公稱直徑確實(shí)定管程進(jìn)出口接管公稱直徑確實(shí)定根據(jù)化工手冊(cè)中相關(guān)規(guī)定，取常壓一般氣體進(jìn)口流速為20m/s[20]d===238mm(2-26)故取管程進(jìn)口接管的公稱直徑為DN250mm.考慮到管程進(jìn)出口間的靜壓差異而引起的氣體流速差異，取管程氣體出口流速為15m/s，那么出口接管直徑為：d===275mm(2-27)取出口接管的公稱直徑為300mm。殼程流體進(jìn)出口接管公稱直徑確實(shí)定前面計(jì)算已確定殼程熔鹽的質(zhì)量流速為=28.41kg/s，進(jìn)出口接管處的流速為1.1m/s,那么殼程進(jìn)出口接管直徑可由下式求得：==134mm(2-28)故取殼程進(jìn)出口接管公稱直徑為DN125mm.

第三章反響器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算3.1概述本章詳細(xì)介紹了反響器管殼程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程，以及各主要受力元件的強(qiáng)度校核情況，在滿足強(qiáng)度要求的條件下，力爭(zhēng)做到結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設(shè)計(jì)。3.2殼體、管箱、封頭厚度確實(shí)定及強(qiáng)度校核殼體壁厚計(jì)算及強(qiáng)度校核1.筒體材料確實(shí)定設(shè)計(jì)壓力為1.65MPa，屬中壓容器，筒體材料為20R，采用鋼板卷制而成，20R鋼板標(biāo)準(zhǔn)為GB6654在設(shè)計(jì)溫度t=400℃時(shí)，查取20R的許用應(yīng)力為：=86MPa2.筒體厚度的計(jì)算筒體厚度計(jì)算式為：〔3-1〕查表4-1[1]設(shè)(3,16),取=86MPa,=1=86mm〔厚度3~16mm〕；=92mm〔厚度>16~40mm〕=1.65MPa=0.4×86那么計(jì)算厚度:=那么反響器的設(shè)計(jì)厚度為：==10.43+1.5=11.93mm；取筒體名義厚度為12mm。檢查,沒(méi)有變化,故名義厚度12mm適宜c.筒體強(qiáng)度校核取C1=0筒體有效厚度：=-C1-=12-0-1.5=10.5mm設(shè)計(jì)溫度下圓筒的計(jì)算應(yīng)力=(3-2)=8.9MPa[]t=86×1=86MPa8.9MPa<<86MPa故滿足要求管箱壁厚的計(jì)算管箱材料選擇選用任用20R〔物質(zhì)特殊要求，尿素腐蝕性〕[1]筒體厚度計(jì)算式為：根據(jù)鋼管標(biāo)準(zhǔn)GB13296，GB/T14976：[5]厚度≤18mm取許用應(yīng)力=1(3-3)=管箱筒體的設(shè)計(jì)厚度為==0.31+1.5=1.81mm取筒體名義厚度為10mm.檢查沒(méi)有變化，故名義厚度10mm適宜筒體有效厚度：=--=10–0–1.5=8.5mm設(shè)計(jì)溫度下圓筒的計(jì)算應(yīng)力：==5.69MPa=86×1=86MPa5.69MPa<86MPa故滿足要求管箱封頭的厚度計(jì)算封頭是壓力容器中主要承壓零部件，其質(zhì)量對(duì)壓力容器的平安運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。為了便于加工制造及節(jié)省材料消耗，本設(shè)計(jì)在滿足工藝條件要求的條件下選用平蓋封頭，其材料仍選用20R，封頭與筒體之間通過(guò)角焊連接，封頭的形狀見(jiàn)圖3-1圖3-1平蓋封頭的厚度計(jì)算公式[1]為：(3-4)雙面焊對(duì)接頭和相當(dāng)于雙面焊的接頭透對(duì)接接頭100%無(wú)損檢測(cè)取=1.0為平蓋計(jì)算直徑，取1196mm.為20R在設(shè)計(jì)溫度4000C下的許用應(yīng)力值由表3-1【3】，取=86Mpa，k為結(jié)構(gòu)特征系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取k=0.20，為計(jì)算壓力，根據(jù)GB150—1999，取=0.044Mpa表3-1許用壓力表鋼號(hào)鋼板標(biāo)準(zhǔn)使用狀態(tài)厚度以下溫度下的許用應(yīng)力〔MPa〕15020025030035040045050020RGB6654正火6-1613212311010192868361平蓋封頭的厚度為==12.09mm名義厚度為：mm；圓整后取14mm。3.3管程水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校取試驗(yàn)溫度為常溫20℃，由于管程屬真空容器，以內(nèi)壓代替外壓進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力取0.18Mpa。那么在試驗(yàn)壓力下，管程筒體的最大薄膜應(yīng)力：Mpa〔3-5〕管箱材料20R在常溫時(shí)的屈服極限245Mpa，Mpa>水壓試驗(yàn)平安3.4殼程水壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核取試驗(yàn)溫度為常溫20℃3.19MPa.〔3-6〕那么在試驗(yàn)壓力下殼程圓筒的薄膜應(yīng)力：MPa〔3-7〕殼程所用材料20R在常溫時(shí)的屈服極限245MPa，故：Mpa>〔3-8〕水壓試驗(yàn)平安3.5管箱法蘭設(shè)計(jì)換熱器常采用的法蘭結(jié)構(gòu)形式有平焊法蘭和對(duì)焊法蘭，法蘭的密封面形式分為平面、凹凸面和榫槽面。法蘭的結(jié)構(gòu)形式和密封面形式可根據(jù)使用介質(zhì)，設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)溫度和公稱直徑等因素來(lái)確定。根據(jù)HG20583-1998?鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定?，采用凹凸面連接，對(duì)于管箱法蘭，我們選用凹面法蘭見(jiàn)圖3-2。圖3-2等徑平焊鋼制法蘭根據(jù)反響器的結(jié)構(gòu)需要，管箱法蘭選擇標(biāo)準(zhǔn)法蘭。選擇甲型平焊法蘭JB/4701—92A1200—由=0.044MPa，，可選取的法蘭標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3-1表3-1法蘭標(biāo)準(zhǔn)DND12001395134012981278127584hadR1854821301522323.6管板與殼體、管箱、反響管的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.6.1殼體與管板的連接結(jié)構(gòu)殼體與管板的連接形式，分為兩類：一是不可拆式，如固定式管板換熱器，管板與殼體是用焊接連接；一是可拆式，管板本身與殼體不直接焊接，而通過(guò)殼體上法蘭和管箱法蘭夾持固定。本設(shè)計(jì)根據(jù)反響器的結(jié)構(gòu)需要選擇可拆式的連接方式。3.6.2管箱與管板的連接結(jié)構(gòu)管箱與管板的連接結(jié)構(gòu)形式較多，隨著壓力的大小、溫度的上下以及物料性質(zhì)、耐腐蝕情況不同，連接處的密封要求，法蘭形式也不同。本設(shè)計(jì)所用的固定式管板與管箱的連接結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，采用螺栓法蘭結(jié)構(gòu)連接，考慮的管程介質(zhì)的密封要求以及加工制造方便性，法蘭之間采用凹凸面密封形式。3.6.3反響管與管板的連接結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)考慮到反響器的密封性能要求較高且管板要承受管束振動(dòng)及疲勞載荷的作用，因此采用脹焊結(jié)合的連接結(jié)構(gòu)，先進(jìn)行強(qiáng)度焊后加貼脹。強(qiáng)度焊是保證列管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度，貼脹是消除列管與管孔之間縫隙的輕度脹接。3.7管板法蘭及管板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)反響器的初步結(jié)構(gòu)確定，本設(shè)計(jì)采用固定式管板兼做法蘭。如圖3-3圖3-3管板與殼體、管箱的連接方法管箱法蘭與管板法蘭通過(guò)螺栓連接，螺栓數(shù)目為36，螺栓材料為40MnB。3.7.1根據(jù)反響器法蘭的結(jié)構(gòu)需要，選取纏繞墊與法蘭、緊固件選配表見(jiàn)表3-2表3-2墊片、法蘭、緊固件選配表墊片型式使用壓力密封面型式密封面外表粗糙度法蘭型式最高使用溫度緊固件型式緊固件材料牌號(hào)纏繞墊2.0-26凹面帶頸平焊法蘭，650雙頭螺柱25Cr2MoNA墊片采用JB/4702—92石棉纏繞片。墊片系數(shù)m=2,比壓y=11,按GB150—1998表9-1壓緊面形式1a，其標(biāo)準(zhǔn)尺寸為：，。如圖3-4墊片接觸寬度為:〔3-9〕圖3-4墊片的校核A墊片有效寬度:〔3-10〕墊片有效密封寬度:〔3-11〕B墊片壓緊力作用中心圓直徑:由GB150-98圖9-1所示活套法蘭知，墊片壓緊力作用中心圓直徑即是法蘭與翻邊面的平均直徑。當(dāng)時(shí)，等于墊片接觸的外徑減去，〔3-12〕C墊片壓緊力，由GB150-98知：①預(yù)緊狀態(tài)需要的最小墊片壓：〔3-13〕②操作狀態(tài)需要的最小墊片壓緊力：〔3-14〕等頭雙頭螺栓的選型由JB/T4707-2000取螺栓材料為35CrMoA，螺母材料為25CrMoA。且由JB/T4703-2000取螺栓規(guī)格為，伸出長(zhǎng)度為，其具體尺寸按零件圖中規(guī)定。如圖3-5圖3-5管板法蘭的選型及校核[3]法蘭的材料由JB4726知可選取鍛件，其中，1、法蘭力矩預(yù)緊狀態(tài)下的法蘭力矩：〔3-15〕式中：〔3-16〕〔〕〔3-17〕〔3-18〕〔3-19〕而為作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力：〔3-20〕〔3-21〕為流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭截面上的流體壓力引起的軸向力之差：〔3-22〕故：〔3-23〕②法蘭設(shè)計(jì)力矩〔3-24〕〔3-25〕③法蘭應(yīng)力〔整體法蘭的應(yīng)力〕a.軸向應(yīng)力：3-26形狀參數(shù)：〔3-27〕〔3-28〕法蘭內(nèi)外徑比值：〔3-30〕由GB150-98圖9-3得：由GB150-98圖9-4得：由GB150-98圖9-7得：由，在GB150-98查表7-5，得表3-3：表3-3U1.866.7613.1514.45〔3-31〕3-32〔3-33〕〔3-34〕〔3-35〕〔3-36〕〔3-37〕綜上所得：〔3-38〕滿足要求。b.徑向應(yīng)力：法蘭有效厚度：，〔3-39〕滿足要求。 c.切向應(yīng)力：〔3-40〕66.08MPa<滿足要求。綜上所述，法蘭校核滿足要求。3.7.4管板的強(qiáng)度校核按照GB151?管殼式換熱器?的管板計(jì)算程序，分別對(duì)只有管程壓力作用的情況以及只有殼程壓力作用的情況下分為考慮膨脹差和不考慮膨脹差等四種危險(xiǎn)組合工況對(duì)管板的各種應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。1、第一種計(jì)算工況〔殼程壓力作用下無(wú)溫差的工況〕：Ps=1.65MPaPt=0.0MPa不記入熱膨脹差。γ=0.0,=0.0當(dāng)量組合壓力Pc=Ps-Pt(1+β)=1.65MPa有效壓力組合Pa=-+βγEtt=4.41×1.65=7.27根本法蘭力矩系數(shù)m=0.03〔3-41〕管板邊緣力矩系數(shù)=m+0.03+1.09×0.003=0.033管板邊緣剪切系數(shù)υ=ψ=17.0×0.033=0.57管板總彎矩系數(shù)1.59〔3-42〕=0.398〔3-43〕=max(,),當(dāng)m＞0時(shí)，按K和m查圖5-5實(shí)線，得<，==0.398管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)0.063〔3-44〕管板徑向應(yīng)力系數(shù)0.025〔3-45〕管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)0.063〔3-46〕殼體法蘭力矩系數(shù)0.00351管板徑向應(yīng)力2=2=160.4MPa管板材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力=142MPaσr≤1.5[σ]pt=1.5×147=220.5MPa合格管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力2=2=125.9MPaσrˊ≤1.5[σ]pt=220.5MPa合格管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力τp=〔3-47〕=15.25MPaτp≤0.5[σ]pt=0.5×147=73.5MPa合格殼體法蘭應(yīng)力2=2=107.8MPaσf≤1.5[σ]ft=1.5×147=220.5MPa合格殼體圓筒軸向應(yīng)力〔3-48〕=20.6MPaσc≤φ[σ]ct=0.85×159=135.15MPa合格換熱管軸向應(yīng)力==-1.71MPaσt≤1.0=1.0×111=111MPa合格換熱管與管板連接拉脫力q=q≤0.5[σ]tt=0.5×111=55.5MPa合格結(jié)論:第一種計(jì)算工況全部應(yīng)力合格.2、第二種計(jì)算工況(殼程壓力作用有溫差工況)：Ps=1.8MPa,Pt=0.0MPa;記入熱膨脹差.設(shè)定換熱器組裝溫度為20換熱管在金屬溫度下的熱脹系數(shù)αt=17×10-6mm/(mm·℃殼體在金屬溫度下的熱脹系數(shù)αs=12.20×10-6mm/(mm·℃換熱管與殼程殼體的熱膨脹變形差率：〔3-49〕=17×10-6×(105-20)-12.20×10-6×(115-20)=0.0003=0.2037×0.0003×206000=12.59當(dāng)量組合壓力Pc=Ps-Pt(1+β)=1.65-0=1.65MPa有效壓力組合Pa=+βγEtt=4.41×1.65+12.59=19.86MPa根本法蘭力矩系數(shù)==0.003〔3-50〕管板邊緣力矩系數(shù)=m+0.003+1.09×0.003=0.006管板邊緣剪切系數(shù)0.102管板總彎矩系數(shù)0.395〔3-51〕G1e=0.1G1=max(G1e,),當(dāng)m＞0時(shí),按K和m查圖5-5實(shí)線,得＜G1eG1=G1e=0.1管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)0.0447〔3-52〕管板徑向應(yīng)力系數(shù)0.00447〔3-53〕管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)〔3-54〕=0.01殼體法蘭力矩系數(shù)-0.00039管板徑向應(yīng)力2=2=256.7MPa[σ]pt=3×147=441MPa合格管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力2=2=70.2MPa3[σ]pt=3147=441MPa合格管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力〔3-55〕=33.16MPa1.5[σ]pt=1.5×147=220.5MPa合格殼體法蘭應(yīng)力2=2=-24.93MPa[σ]pt=441MPa合格殼體圓筒軸向應(yīng)力〔3-56〕=39.44MPa[σ]ct=3×0.85×159=405.5MPa合格換熱管軸向應(yīng)力σt=〔3-57〕=-61.3MPaσt≤[σ]cr=67.3MPa合格換熱管與管板連接拉脫力q=〔3-58〕q≤0.5[σ]tt=0.5×111=55.5MPa合格結(jié)論:第二種計(jì)算工況全部應(yīng)力合格.3、第三種計(jì)算工況〔管程壓力作用下無(wú)溫差的工況〕：Ps=0.0MPaPt=1.65MPa不記入熱膨脹差。=0.0；=0.0當(dāng)量組合壓力Pc=Ps-Pt(1+β)=-1.65〔1+0.2307〕=-2.03MPa有效壓力組合Pa=-Ett=-6.46×1.65=-10.7MPa根本法蘭力矩系數(shù)=-0.006〔3-59〕管板邊緣力矩系數(shù)-0.006管板邊緣剪切系數(shù)-0.102〔3-60〕管板總彎矩系數(shù)-0.451〔3-61〕系數(shù)當(dāng)m<0時(shí)=系數(shù)當(dāng)m<0時(shí),按K=4.789和m=-1.09查圖5-5因?yàn)槌?K=4.789>1.3=+=31.09/4.789+2.1/=0.775=0.775管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)0.041〔3-62〕管板徑向應(yīng)力系數(shù)-0.03〔3-63〕管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力0.01〔3-64〕殼體法蘭力矩系數(shù)-0.007管板徑向應(yīng)力2=2=209.3MPa〔3-65〕1.5[σ]pt=1.5×147=220.5MPa合格管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力2=2=197.1MPa1.5[σ]pt=220.5MPa合格管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力-9.54MPa〔3-66〕0.5[σ]pt=0.5×147=73.5MPa合格殼體法蘭應(yīng)力2=2=203.6MPa[σ]pt=220.5MPa合格殼體圓筒軸向應(yīng)力〔3-67〕=32.13MPa=49.91MPa[σ]ct=0.85×159=135.15MPa合格換熱管軸向應(yīng)力σt=〔3-68〕=36.6MPaσt≤1.0[σ]111=111MPa合格換熱管與管板連接拉脫力q=〔3-69〕q≤0.5[σ]tt=0.5×111=55.5MPa合格結(jié)論:第三種計(jì)算工況全部應(yīng)力合格.4、第四種計(jì)算工況〔管程壓力作用有溫差的工況〕：Ps=0.0MPaPt=1.65MPa記入熱膨脹差。設(shè)定換熱器組裝溫度為20換熱管在金屬溫度下的熱脹系數(shù)αt=17×10-6mm/(mm·℃殼體在金屬溫度下的熱脹系數(shù)αs=12.20×10-6mm/(mm·℃換熱管與殼程殼體的熱膨脹變形差率：〔3-70〕=17×10-6×(105-20)-12.20×10-6×(115-20)=0.0003=0.2037×0.0003×206000=12.59當(dāng)量組合壓力Pc=-Pt(1+β)〔3-71〕=-1.65〔1+0.2307〕=2.03MPa有效壓力組合Pa=-+〔3-72〕=-6.46×1.65+12.59=1.93MPa根本法蘭力矩系數(shù)-0.04〔3-73〕管板邊緣力矩系數(shù)-0.04管板邊緣剪切系數(shù)管板總彎矩系數(shù)-5.07〔3-74〕G1e=-1.27〔3-75〕G1=max(G1e,G1l),當(dāng)m＞0時(shí),按K和m查數(shù)據(jù)圖實(shí)線,得G1l＜G1eG1=G1e=0.86管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)-0.01〔3-76〕管板徑向應(yīng)力系數(shù)-0.016〔3-77〕管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)-0.04〔3-78〕殼體法蘭力矩系數(shù)-0.051管板徑向應(yīng)力2=2=-24.95MPa〔3-79〕3[σ]pt=3×147=441MPa合格管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力2=72.9MP3[σ]pt=441MPa合格管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力-0.65MPa〔3-80〕1.5[σ]pt=0.5×147=73.5MPa合格殼體法蘭應(yīng)力2=2=-273.88MPa[σ]pt=441MPa合格殼體圓筒軸向應(yīng)力〔3-81〕=39.89MPa[σ]ct=0.85×159=135.15MPa合格換熱管軸向應(yīng)力σt=〔3-82〕=-0.017MPaσt≤3[σ]=333MPa合格換熱管與管板連接拉脫力q=〔3-83〕q≤0.5=0.5×111=55.5MPa合格結(jié)論:第四種計(jì)算工況全部應(yīng)力合格.綜述以上計(jì)算,四種計(jì)算工況的應(yīng)力全部合格,計(jì)算結(jié)果顯示管板的各種應(yīng)力均小于相應(yīng)條件的許用應(yīng)力值，管板校核通過(guò)。3.8膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.8.1在固定管板式反響器中，因殼程流體與管程床層之間具有溫差，而殼體和反響管均與管板固定連接，在使用中會(huì)引起殼體和換熱管之間的膨脹差，造成殼體和反響管受到軸向載荷，為防止殼體和列管拉伸破壞、列管失穩(wěn)、列管從管板上拉脫等現(xiàn)象，必須在殼體中間設(shè)置一個(gè)良好的變形補(bǔ)償元件——膨脹節(jié)，以降低軸向載荷的作用。膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)圖如圖3-61-端板2-波紋管3-拉桿或定位螺桿4-螺母5-內(nèi)襯套6-端管圖3-6膨脹節(jié)各局部名稱根據(jù)GB16749—1997，本設(shè)計(jì)選用的波形膨脹節(jié)為：ZDL〔1200〕—0.6—1×6×1〔N〕〔見(jiàn)圖3-7〕，即膨脹節(jié)層數(shù)m=1；波數(shù)n=4;膨脹節(jié)厚度S=6mm；材料為0Cr18Ni10Ti圖3-7ZDL型〔立式膨脹節(jié)〕根據(jù)GB151—1999對(duì)所選用的膨脹節(jié)進(jìn)行強(qiáng)度校核，由計(jì)算結(jié)果可知所選用的膨脹節(jié)能夠滿足強(qiáng)度要求。見(jiàn)表3-4表3-4膨脹節(jié)的許用工作壓力要求公稱壓力PN(MPa)波紋管材料工作溫度0100150200250300350400450許用工作壓力MPa1.60Cr18Ni10Ti1.921.921.801.691.601.541.481.43膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核[1]波形管有關(guān)符號(hào)見(jiàn)圖3-8所示圖3-8U型波紋管波形管長(zhǎng)度L為：〔3-84〕=335.2mm系數(shù)k=1波紋管直邊段平均直徑D0mm直邊段加強(qiáng)圈的有效厚度Scmm直邊段加強(qiáng)圈平均直徑Dc=1216mm波紋管平均直徑Dm考慮成型過(guò)程中厚度減薄時(shí)，波紋管一層材料的有效厚度Sp(3-85)查表取系數(shù)Cp=0.4,Cf=0.7,Cd=1.15取薄弱波段長(zhǎng)度為W=50mm取單波段的軸向位移e1=2.4取波紋管材料在室溫下的彈性模量Eb=取波紋管材料在設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量取加強(qiáng)圈材料在設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量其它各參數(shù)數(shù)值見(jiàn)表3-5表3-5所選膨脹節(jié)各參數(shù)值公稱直徑DNmm波段外徑Dn’〔mm〕波高Hmm圓弧半徑Rmm直邊長(zhǎng)度L4mm膨脹節(jié)長(zhǎng)度L(mm)平均截面積A(mm)材料1200DN+2mS6014.2300Cr19Ni9，0Cr18Ni11Ti層數(shù)m單層厚度S〔mm〕單波最大位移量e1(mm)單波軸向剛度k1N/mm單波重量Gkg1/2/36/3/2.52.4/4.8/5.9214897.4/55613.7/49464.240.5/40.5/51.1內(nèi)壓引起的波紋管直邊段的周向薄膜應(yīng)力：(3-86)==97.59MPa內(nèi)壓引起的直邊段加強(qiáng)圈周向薄膜應(yīng)力為：(3-87)==103.2MPa內(nèi)壓引起的波紋管周向薄膜應(yīng)力為：=(3-88)=59.71MPa內(nèi)壓引起的波紋管徑向薄膜應(yīng)力為：=(3-89)=8.45MPa內(nèi)壓引起的波紋管徑向彎曲應(yīng)力為：=(3-90)=34.59MPa軸向位移引起的波紋管徑向薄膜應(yīng)力為：(3-91)==MPa軸向位移引起的波紋管徑向彎曲應(yīng)力為：==MPa組合應(yīng)力=8.45+34.59=43.04MPa應(yīng)力校核波紋管所各項(xiàng)應(yīng)力應(yīng)滿足以下條件：a〕、、、應(yīng)分別小于或等于=108MPa[20]b)1.5=合格c)對(duì)于奧氏體不銹鋼材料波紋管當(dāng)2=216MPa時(shí)，所以可不考慮低周疲勞問(wèn)題。綜上校核此膨脹節(jié)符合要求。3.9平安防爆口設(shè)計(jì)[20]本反響設(shè)備采用爆破片作為平安泄放裝置。防爆裝置設(shè)置在管箱封頭的兩端，爆破片通過(guò)螺栓法蘭結(jié)構(gòu)夾持。根據(jù)GB150—1998，確定容器的平安泄放量為反響氣的進(jìn)料量，=1345.38kg/h；那么將數(shù)據(jù)代入得反響器進(jìn)料口處爆破片排放面積為：(3-92)防爆口直徑為：(3-93)取上防爆口公稱直徑為DN250。采用同樣的計(jì)算方法，根據(jù)計(jì)算結(jié)果且考慮到反響器出口處的靜壓較低，取下防爆口的公稱直徑為DN350。法蘭形式表示為[3]：HG20592—97，PL250—1.0RF及HG20592—97，PL350—1.0RF。接管外伸長(zhǎng)度取為200mm，接管位置選擇開(kāi)在管箱封頭中部。3.10催化劑支撐件的設(shè)計(jì)3.10.1支撐件的結(jié)構(gòu)介紹常見(jiàn)的支撐結(jié)構(gòu)形式為了在實(shí)際應(yīng)用中平安可靠，拆裝方便，本設(shè)計(jì)針對(duì)φ30×2.5的反響管特采用了圓錐圓柱復(fù)合式彈簧，彈簧由兩局部復(fù)合而成，下部為螺旋壓縮彈簧，上部為截圓錐螺旋彈簧。彈簧的工作原理是圓柱段彈簧與反響管的內(nèi)壁卡緊，圓錐段彈簧保持催化劑不泄露并使反響氣體順利通過(guò)。彈簧絲直徑為2mm,彈簧外徑28mm，總?cè)?shù)12，有效數(shù)為5，右旋，自由高度3.10.2復(fù)合彈簧的強(qiáng)度校核根據(jù)文獻(xiàn)【14】，彈簧在試制成功后需以8倍單管催化劑重懸掛在彈簧上，實(shí)驗(yàn)彈簧不從反響管內(nèi)脫落為合格。本反響器單管催化劑質(zhì)量為1.62kg根據(jù)文獻(xiàn)【14】，彈簧絲截面上的最大剪切應(yīng)力應(yīng)滿足：1.11×=145.95MPaMPa145.95MPa<MPa故合格3.11支座的選用及強(qiáng)度校核3.11.1支座承受的選用及其根據(jù)氧化反響器的一般結(jié)構(gòu)要求，選擇支座為耳型支座。選取型號(hào)為B型支座，查表3-6選取B2型支座。支座號(hào)支座允許載荷[Q]使用容器公稱直徑高度h底板鋼管墊片地腳螺栓bd2d3d4d5規(guī)格21501200330160121084150818020M16表3-6支座選取尺寸表支座材料選取Q235B，=113MPa設(shè)備總質(zhì)量為6250Kg.偏心載荷Ge=2000W,偏心距Se=800mm，設(shè)反響器工作地區(qū)風(fēng)壓q0=500W/m2支座承受的實(shí)際載荷Pe為=14700N風(fēng)載荷Pw為(3-94)=N(3-95)安裝尺寸為(3-96)(3-97)Q<[Q]=150kN滿足支座本體允許載荷要求。3.11.2支座外圓筒所受的支座彎矩ML(3-98)筒體有效厚度為10.5mm查表[1][]=20.16[]>滿足要求3.11其他零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.11.1根據(jù)參考文獻(xiàn)中提供的公式及計(jì)算方法，確定需在熔鹽進(jìn)出口處的殼體上開(kāi)等距離的條形孔28個(gè)，孔寬均為50mm，孔高需根據(jù)各孔的位置分別確定。經(jīng)計(jì)算及合理調(diào)整，熔鹽進(jìn)出口處180°范圍內(nèi)殼體的開(kāi)孔尺寸如表3-7和表3-8所示表3-7熔鹽進(jìn)口處筒體開(kāi)孔尺寸〔mm〕序號(hào)12345678孔寬5050505050505050孔長(zhǎng)70100949086848280序號(hào)91011121314孔寬505050505050孔長(zhǎng)777575747272表3.8熔鹽出口處筒體開(kāi)孔尺寸〔mm〕序號(hào)12345678孔寬5050505050505050孔長(zhǎng)8070747680848688序號(hào)91011121314孔寬505050505050孔長(zhǎng)90929496981003.11.2對(duì)于平行流列管式反響器，在冷卻介質(zhì)通過(guò)導(dǎo)流筒均勻流入殼程后，需要通過(guò)殼程內(nèi)部的上下分布板來(lái)進(jìn)一步調(diào)節(jié)，使得管外流體在整個(gè)截面內(nèi)沿反響管均勻流動(dòng)，這樣就能保證管外傳熱均勻，也就能確保管外徑向溫差很小。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)計(jì)算確定上下分布板的開(kāi)孔尺寸變化規(guī)律如表3-9和表3-10所示：表3-9上分布板開(kāi)孔尺寸〔mm〕排管層01234567每層的孔徑3636363635.535.535.535排管層891011121314每層的孔徑3534.534.5343433.533.5表3-10下分布板開(kāi)孔尺寸〔mm〕排管層01234567每層的孔徑34.534.534.535353535.535.5排管層891011121314每層的孔徑363635.535.5353534.5

第四章反響器的制造、組裝、檢驗(yàn)及使用本反響器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)均按照GB150—1998?鋼制壓力容器?、HG20584—1998?鋼制化工容器制造技術(shù)規(guī)定?及?壓力容器平安技術(shù)監(jiān)察規(guī)程?進(jìn)行,設(shè)備的涂覆包裝、運(yùn)輸應(yīng)按照J(rèn)B/T4711—2003?油漆,涂覆運(yùn)輸包裝?進(jìn)行。4.1材料選擇說(shuō)明壓力容器用鋼的根本要求是有較高的強(qiáng)度，良好的塑性、韌性、制造性能和與介質(zhì)的相容性。各部件材料的選擇主要由容器的使用條件〔包括設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力，介質(zhì)特性和操作特點(diǎn)〕決定，同時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮焊接性能，制造工藝以及經(jīng)濟(jì)合理性，符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。主要受壓元件受壓元件用鋼板應(yīng)由平爐、電爐或氧化轉(zhuǎn)爐冶煉。本反響器制造的主體材料為