合成氨冷冻工段过冷器设计 毕业设计

毕业设计（论文）设计论文题目合成氨冷冻工段过冷器设计姓名学院（系）专业年级指导教师2013年6月3日毕业设计任务书学院（直属系）时间2013年6月1日学生姓名指导教师设计（论文）题目氨过冷器W555B设计主要研究内容1了解合成氨生产工艺，掌握低温甲醇洗工段的工艺流程及控制方法。2使用国家最新压力容器和换热器设计标准、规范进行设计。掌握最新化工容器及设计的全过程。3采用CAD绘制所设计的工程图纸。研究方法1综合查阅了中英文文献资料，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。2设计计算以手算、电算相结合，并通过SW6软件进行强度校核。主要技术指标或研究目标1合成氨生产工艺、低温甲醇洗工段工艺流程及控制方法设计2评述换热器在生产中的地位、作用及设备选型（附工艺流程图）3单体设备工艺计算及初选设备轮廓尺寸（管径、管长、管子数、管程数、壳径、壳程数等）4设备结构设计5设备强度计算6编制制造、检验、安装、运输等技术条件7绘制设备总装配图及零件图主要参考文献1天津大学化工原理教研室，化工原理上册，天津科技出版社，1992年2国家技术监督局，钢制管壳式换热器（GB1511999），1999年3国家医药管理局上海医药设计院，化工工艺设计手册（上、下册），化学工业出版社，19874国家压力容器标准化委员会，钢制压力容器（GB1502000），学苑出版社，20005燕山石化总公司设计院化工设计院，钢制列管式固定管板换热器结构设计手册，化工部设备设计技术中心站，1985I目录摘要VABSTRACTVI第1章绪论111合成氨工艺流程简述1111合成氨的工艺流程2112合成氨冷冻工段工艺介绍212换热器的选型与评述2121换热器的应用3122换热器的类型3第2章换热器的工艺设计621原始数据6211工艺条件622介质的物性参数623计算传热面积7231计算热负荷和冷却气流量7232计算平均温度7233初选总传热系数7234初算所需传热面积724工艺结构尺寸8241换热管的选取8242壳体内径D825折流板形式的选择826核算总传热系数8261管程对流传热系数I8262壳程对流传热系数O9263污垢热阻RS2MCW10264管壁温度的估算WT10265总传热系数OK的计算1027核算压力降10II271管程压力降102721P的求取112732的求取1128壁温计算12281管程壁温T12282壳程壁温S12第3章换热器的机械设计1431设计条件14311设计压力14312设计温度1432筒体壁厚14321筒体选材14322筒体壁厚的计算14323筒体的强度校核1533管箱设计16331管箱选材16332管箱筒体厚度计算16333管箱型式选择16334筒体的强度校核1634管箱法兰17341材料选择17342法兰尺寸17343压紧面形式的选择17345法兰型式1833管箱法兰垫片1934管箱法兰螺柱螺母1935封头的设计20351封头的壁厚计算20352封头尺寸20353封头强度校核21III354液压试验压力试验2136接管设计22361管程接管设计22362壳程接管设计22363排气管和排液管的设计2337筒体开孔补强2338管箱开孔补强2439接管法兰和垫片的设计25310接管外伸长度283101各接管尺寸设计283102管程接管位置的确定283103壳程接管位置的确定29311管板设计293111材料选择293112管板结构293113布管限定圆29312管子与管板连接方式30313管束的结构设计30314拉杆设计313141拉杆选材313142拉杆参数313143拉杆的布置323144拉杆孔的设计32315折流板结构设计32316膨胀节结构设计34317焊接结构设计34318各零部件质量估算35319支座的设计373191支座选型373192支座材料37IV320设备水压试验充水质量38321设备总重估算38第四章强度校核39第5章换热器的腐蚀、制造与检测5951腐蚀5952换热器的腐蚀60521壳体与接管的腐蚀60522容器附件与管道6053换热器的制造与检验61531筒节的制造62532换热管与管板连接63533换热器与鞍座连接63534换热器的液压试验63第6章技术条件的编制6561钢材6562焊接6563热处理6564无损探伤6565质量证明书、标志、油漆、包装、运输6566换热器的尺寸偏差6667设备的技术条件6668折流板或支持板技术条件6669管板技术要求66610法兰技术条件67611支座技术条件67参考文献68致谢69附录英文翻译70换热网络改造优化及强化传热77文章摘要77V过冷器设计W555B摘要本次设计是以安全为前提，在尽可能保证其质量、经济合理性及实用性等技术指标的前提下进行设计的。设计以机械结构设计为主，题目选自天脊集团合成氨冷冻工段过冷器的设置。本说明书在编写过程中力求简洁明了。对来源于实践中的结构和方案在使用中作了分析和校核，对借鉴公式以及结论都注明了出处，以便查询。此设计过程主要有三大块内容绪论,单体设备热交换器的设计，换热器的腐蚀、制造与检测。绪论中详细的叙述了本换热器在工艺流程中的地位及该换热器的特点。单体设备的设计包括工艺设计、结构设计、强度校核和技术条件的编制四部分。工艺设计主要是通过介质的物性参数以及他们所处的工作状态进行热负荷和换热面积的计算。结构设计主要解决的是设备的结构问题，其思路是在设计条件的规范下，从材料的选择和结构的设计入手，辅以合理的强度计算与校核得到设备的所用结构。换热器的腐蚀、制造与检测则主要针对换热器各组成结构的介绍。关键词换热器，工艺计算，结构设计，合成氨VISUBCOOLERDESIGNW555BABSTRACTTHISDESIGNISTHEPREMISEOFSAFETY,THEBESTPOSSIBLEQUALITY,ECONOMICRATIONALITYANDTHEPRACTICALTECHNOLOGYINDEXONTHEPREMISEOFDESIGNITISGIVENPRIORITYTOENGINEERINGDESIGN,TOPICISCHOSENFROMTHETHREEBRANCHOFLINYIFERTILIZERPLANTYUNCHENGCITY8TONS/YEARRETENTIONOFAMMONIASYNTHESISTEMPERATURETRANSFORMHEATEXCHANGERTHISMANUALWRITINGPROCESSISCONCISEANDCLEARINORDERTOMAKECLEARTHEQUERY，THESTRUCTUREANDTHESCHEMECOMINGFROMPRACTICEINUSINGAREANALYZEDANDCHECKEDFORREFERENCEFORMULAANDCONCLUSION,CITATIONSTHEREARETHREEMAJORCHUNKSOFCONTENTINTHISDESIGNPROCESSTHEINTRODUCTION,MONOMEREQUIPMENTHEATEXCHANGERSDESIGNANDHEATEXCHANGERCORROSION,MANUFACTURINGANDTESTINGTHEINTRODUCTIONOFTHEHEATEXCHANGERDETAILEDNARRATEHEATEXCHANGERTHESTATUSINPROCESSANDITSCHARACTERISTICSMONOMEREQUIPMENTDESIGNINCLUDESPROCESSDESIGN,STRUCTURALDESIGN,STRENGTHCHECKANDTECHNICALCONDITIONSPROCESSDESIGNISMAINLYTHROUGHTHEMEDIUMOFTHEPHYSICALPARAMETERANDWORKINGCONDITIONTOCALCULATETHETHERMALLOADANDHEATEXCHANGEAREASTRUCTUREDESIGNISMAINLYTOSOLVETHESTRUCTURALPROBLEMS,THEIDEAISUNDERDESIGNCONDITIONSANDBASEDONTHECHOICEOFMATERIALSANDSTRUCTUREOFTHEDESIGN,WITHREASONABLESTRENGTHCALCULATIONANDCHECKINGTOGETEQUIPMENTUSEDSTRUCTUREHEATEXCHANGERCORROSION,MANUFACTURINGANDTESTINGISMAINLYAIMEDATINTRODUCINGTHESTRUCTUREOFEACHCOMPONENTKEYWORDSHEATEXCHANGER,PROCESSDESIGN,STRUCTUREDESIGN,AMMONI1第1章绪论本次毕业设计的课题来源于天脊集团，重点进行了合成氨冷冻工段热交换器的设计，该厂氮肥生产的任务是进行合成氨与尿素的生产。11合成氨工艺流程简述111合成氨的工艺流程图11合成氨生产工艺过程示意图造气粗煤气低温甲醇洗及冷冻系统液氨洗系统氨合成氨库造气即原煤经处理系统产生煤与空气中分离的氮气在加压气化流中反应。氨由H和N两种元素组成。合成氨是以H2和N2在一定条件下全盛的。H2是从煤中获得的，而N2是从空气中分离得到的。原煤经过筛选，粉碎等过程后，在200工段加压气化系统的燃烧炉内与高温水蒸气反应得到水煤气，反应的一系列方和如下燃烧层CO2CO2QCO2COQCOO2CO2Q气化层CH2OCO2H2QCH2OCOH2QCH2CH4QCOH2OCO2H2Q粗煤气继续在200经过洗涤降温，分离等程序最后进入300，粗煤气变换系统的主要2成分有CO2、CO、H2、H2S、CH4等。到300的粗煤气洗涤变换后进入400，在300的变换炉内发生的主要反应有CH2OCO2H2Q。进入400变换气冷却系统的变换气主要成分是CO2、H2，还有少量的CO、N2、H2S、CH4等。4002段的主要作用是冷却变换气，气体的成分基本没有变化。CO2、H2S等有害物质和各种杂质的作用会影响合成氨的质量，还可能造成设备仪器的损坏等，因此，在合成氨之前必须将这些有害物质和杂质去除。500低温甲醇洗涤系统和600液氮洗系统是用物理方法吸收，沉淀这些物质。500主要吸收CO2和H2S，从500流出的净化气还有少量的CO、N2、CH4等。600主要吸收CO，从1800、5800空气分离得到的N2也进入600，并和H2混合，得到比例大约为13的N2和H2混合气体。此混合气体进入900氨全盛系统合成，反应方程式如下N23H22NH3经氨合成系统合成的氨经处理后进入氨库112合成氨冷冻工段工艺介绍由于氨合成工段需要通过液氨气化来产生低温生产条件，因此冷冻工段的任务就是把气态的氨重新液化。由氨蒸发器蒸发的气氨经气氨总管进入冰机前分离器，分离出液氨后进入氨压缩机加压，加压后的气氨经油分离器后进入水冷器，在此气氨冷凝为液氨并回到冰机液氨贮槽，由支出阀送给氨蒸发器循环使用或氨库。图12冷冻工段工艺流程示意图12换热器的选型与评述换热器是在生产中为了实现物料之间热量传递过程的一种设备。换热器按传热面的形状与结构特点分为管壳式换热器，板式换热器，板翅式换热器和螺旋板式换热器。后三者是较新型的换热器，具有设备紧凑，材料耗量少及传热效果好等优点，是现代换热器的发展方向。但它们也具有不少缺点，板式换热器的处理量小，适应的操作压力也小，一般15KGF/CM2,最高为20KGF/CM2。板翅式换热器的设备流道小，易堵，从而使压降升高，清洗困难，且要求介质对铝不腐蚀。螺旋式换热器操作温度低，操作压力低，仅适用于P20AM,T400的场合，且不易检修。本次设计压力为198MPA,温度150，介质中含有轻腐蚀的氨，从压力、温度、介质等考虑，采用管壳式换热器。管壳式换热器目前在生产中应用广泛，主要优点是传热面积较大，传热效果好，且结构简单，操作弹性大。管壳式换热器主要有以下几种型式固定管板式、U型管式、浮3头式。U型管式结构简单，质量轻，但清洗困难，管板利用率差；浮头式结构复杂，造价高，介质有泄漏。固定管板式换热器能克服以上缺点，尽管在消除温差应力方面没其他两种型式好，但可通过设置挠性元件波形膨胀节减小温差应力。换热器种类多，但都应满足以下条件1保证达到工艺规定条件2强度足够、结构可靠。3制造、安装、检修方便。4经济合理。本次设计从材料、温度、压强、压降、介质、检修、传热等因素综合考虑，选用固定管板式换热器。121换热器的应用换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。122换热器的类型（1）夹套式换热器这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高为提高传热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅拌器当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数为补充传热面的不足,也可在釜内部安装蛇管夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。（2）喷淋式换热器这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动,冷却水从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式增大很多另外,这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度,增大传热推动力的作用因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善。（3）套管式换热器套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管,并由U形弯头连接而成在这种换热器中,一种流体走管内,另一种流体走环隙,两者皆可得到较高的流速,故传热系数较大另外,在套管换热器中,两种流体可为纯逆流,对数平均推动力较大。套4管换热器结构简单,能承受高压,应用亦方便可根据需要增减管段数目特别是由于套管换热器同时具备传热系数大,传热推动力大及能够承受高压强的优点,在超高压生产过程例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程中所用的换热器几乎全部是套管式。（4）板式换热器最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。主体结构由换热板片以及板间的胶条组成。长期在市场占据主导地位，但是其体积大，换热效率低，更换胶条价格昂贵（胶条的更换费用大约占整个过程的1/31/2）主要应用于液体液体之间的换热，行业内常称为水水换热，其换热效率在5000W/M2K。为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛。（5）管壳式换热器管壳式又称列管式换热器是管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束或者螺旋管，,管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换Y热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程；一种在管外流动,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。管子的型号不一，过程一般为直径16MM20MM或者25MM三个型号，管壁厚度一般为1MM，15MM，2MM以及25MM。进口换热器，直径最低可以到8MM，壁厚仅为06MM。大大提高了换热效率，今年来也在国内市场逐渐推广开来。管壳式换热器，螺旋管束设计，可以最大限度的增加湍流效果，加大换热效率。内部壳层和管层的不对称设计，最大可以达到46倍。这种不对称设计，决定其在汽水换热领域的广泛应用。最大换热效率可以达到14000W/M2K，大大提高生产效率，节约成本。（6）双管板换热器称P型换热器，是在管壳式换热器的两头各加一个管板，可以有效防止泄漏造成的污染。现在国产品牌较少，价格昂贵，一般在10万元以上，进口可以到几十万。符合新版GMP规定，虽价格昂贵，但决定其市场广阔。124管壳式换热器的类型及特点管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列，则管外清5洗方便，适用于易结垢的流体。流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为11型换热器。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型（1）固定管板式换热器管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单,但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。（2）浮头式换热器管束一端的管板可自由浮动，完全消除了热应力且整个管束可从壳体中抽出,便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较广，但结构比较复杂，造价较高。3U型管换热器每根换热管皆弯成U形，两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。此种换热器完全消除了热应力，结构比浮头式简单，但管程不易清洗。6第2章换热器的工艺设计21原始数据211工艺条件表21换热器原始数据表物料温度（进口/出口）操作压力MPA用气量（M3/H）气氨150/301014000液氨30/181868722介质的物性参数确定冷热流体的定性温度，工程上大多以流体的平均温度作为定性温度。90MT1224T12T1T,2热流体进出口温度,T,冷流体进出口温度,定性温度下的物性参数数值723计算传热面积231计算热负荷和冷却气流量24848000KJ/H6900KW12049106833312TWCQP687M3/HCW2TCQP232计算平均温度逆流气氨15030液氨1830120121T2T105120LNL12TM233初选总传热系数）（2/WKO180O234初算所需传热面积SM2M365TKQS2数值824工艺结构尺寸241换热管的选取选用碳钢。目前我国换热器标准中仅为和两种规格子。192M52M本次设计选用2520ODMID换热管总长ML4650S在标准管长系列中选取3M。换热管数1550根LL242壳体内径D的确定I横过管束中心线的管数NC管子按正三角形排列时11441N560DTDCI2T管中心距，MM。管子与管板连接采用焊接时T125D。OT12525MM32MM按标准取为24MM。1426,与按正为壳体标准系列取为1500。ID501432MM25折流板形式的选择安装折流板的目的是为了增大壳程流体的流速，使湍流程度加剧，以提高壳程对流传热系数。最常用的为圆缺形挡板，切去的弓形高度H约为外壳内径的1040，一般取2025，过高或过低都不利于传热。本次设计取201500MM300MM。20ID两相邻挡板的距离B为壳体内径的（021）倍。系列标准中采用的值为固定管板式的有150，300和600三种，单位MM。本次设计取021600MM，可取B为BI600MM。折流板数（块）BN41603L926核算总传热系数261管程对流传热系数I管程流速SMNDVUIII/3901502436/8722REII26753PRPIC981630214848REPRNIID当液体被加热时N04；当液体被冷却时N03；当气体被加热或冷却时N04273459812306170230I2WMC262壳程对流传热系数O壳程当量直径234OETDD182051432流体通过管间最大截面积M2973600TBDAI流体管间流速SMVU/7193/410REOOD55310630248PRPOEPROWD令，014W当液体被加热时10；当液体被冷却时095；014W014W10对于气体不论加热还是冷却，可忽略此项不计，取10。014W则45911630820363502WMC263污垢热阻RSMCW查表,对管程液氨1724，I2MC对壳程碱洗气172310。S264管壁温度的估算WT|1OWIIITTRSSOT管外流体平均温度,CI管内流体平均温度,WT管壁平均温度,已知各参数代入式中求得，T20C。W0查表，利用插值法，管子材料为不锈钢，求得管壁导热系数为40。2CWM。265总传热系数的计算OK11OOIOIMDBDRSS046590722540250727345102MCW216OKCW。1806K,在115125的范围内,则初选合理。27核算压力降271管程压力降12ITSPPFN1P,2分别为直管和弯管中因摩擦阻力引起的压强降,PA11TF结垢校正系数,无因次,对0219的管子取为15SN壳程数P管程数272的求取1P21UDLP00056035RE上式适用范围为33106RE10000560005625E4320161P2ILUD410PA769571273的求取23153P2PVU2AA6137153）1151124712ITSPPFNPA壳程压力降（）OP12SFN1流体横过管束的压力降，A2P流体通过折流缺口的压力降，SF壳程压强降的结垢校正系数，无量纲，气体去15N壳程数211OOCBUPFFNN2235OIDF管子排列方法对压强降的校正系数，对正三角形排列F05OF壳程流体的摩擦系数，当500时，REO0OF28REOCN横过管束中心线的管子数BN折流挡板数折流板间距，M12OU按壳程流通面积计算的流速，（）OAMSOABIDCNOD（）06（15440025）024OBIDCND2M22OUV162403/1SREOD940505350OF28REO211OCBUPFNN0505344（41）PA452695435841823OBIUPND1602194PA（）454417841810153859O1P228壁温计算281管程壁温T热流体侧的壁温TH1THMIMITKRST5700722341809冷流体侧的壁温TC1TCMOMKRST46805724591802管壁温度891TTHTC282壳程壁温S当壳体温度接近环境温度时或传热条件使得圆筒壁温接近介质温度时，壳体壁温取壳程流体的平均温度。故取150。ST13第3章换热器的机械设计机械设计包括结构设计和强度计算两部分。参考压力容器安全技术监察规程，本次设计的换热器为二类容器。31设计条件311设计压力设计压力根据最高工作压力确定。设有安全阀时，设计压力取最高工作压力的105110倍。本设计取11倍。壳程设计压力11MPA，液柱压力950389450GH166DAP则可忽略液柱压力，计算压力，取高于其一个等级的公称等级16MPA。C管程设计压力198MPA，忽略液柱压力，则取高出其一个压力等81WPD级为25。MA312设计温度设计温度指容器在正常情况下，设定的元件金属温度，设计温度不得低于元件金属在工作温度状态可能达到的最高温度。管程设计温度的确定，由于液氨最低操作温度为30，故取设计温度为30。壳程设计温度的确定，由于壳程气氨最高操作温度为150，故取设计温度为150。32筒体壁厚321筒体选材由于筒体设计温度为150，设计压力为11，参考GB1501998，故选16MNR。MPA322筒体壁厚的计算2CITD式中计算厚度，M；CP计算压力，MPA；焊接接头系数。1449MM170252CTIPD由表可知M68MM2CD83MM1N取2在无特殊腐蚀情况下,对于碳素钢和低合金钢，不小于12MGB6654压力容器用钢板和GB3531低温压力容器用低合金钢板规定压力容器专用钢板的厚度负偏差不大于025MM，因此使用该标准中钢板厚度超过5时如20R,16MNR和16MNDR等，可取01C表31公称直径40070070010001000150015002000浮头式，U型管8101214固定管板式681012注表中数据包括厚度附加量2C按1MM考虑根据GB1511991，碳素钢和低合金钢圆筒的最小厚度应不小于表中规定，如表由钢材标准规格，取MN1EN1C287MMC1C2323筒体的强度校核14529MPA7821502EICDPT式中E有效厚度，C，；ENMN名义厚度，；T设计温度下圆筒的计算应力，MPA；C厚度附加量，。17010170TPA50，考虑到冷热流体实际温差较大，保险起见，设置膨胀节，以减少温差应力。一般采用波形膨胀节，波形膨胀节有多种形式。这里采用U形膨胀节，根据GB16749我们选用ZDWC型（内衬套卧式）B型波纹管膨胀节图37膨胀节结构图表321膨胀节尺寸317焊接结构设计焊接结构按相应标准或见装配图及其零件图。焊接材料的选择本次设计的换热设备所用材料有20,16MNR。考虑母材力学性能与化学材料，构件的结构与刚性和经济性，该容器采用电弧焊时公称直径波根外径圆弧半径膨胀节长度壁厚波高内衬套长DN，MMDW，MMR，MML，MMS，MMHL115001524452201215032034所用焊条使用型号如下表表322焊接材料选用表接头母材焊条型号焊条牌号2016MNRE4303GB/T5117J4222020E4303GB/T5117J42216MNR16MNRE5016GB/T5117J506表323当采用埋弧焊焊时所焊丝焊剂型号如下表接头母材焊丝型号焊剂牌号2016MNRH08A（GB/T14957）HJ4312020H08A（GB/T14957）HJ43116MNR16MNRH08A（GB/T14957）HJ431318各零部件质量估算壳体长度的计算12SLBL（30001025）M2793壳体质量的计算SMVSL785331427930008KG5508封头质量的估算247562封换热管质量的计算其相关参数如下表换热管长为3米，材料为20，则其质量为08383KG2514KG1TM表324换热管质量参数表接管质量计算KGKM738960315换热管接管法兰质量的计算换热管外径，M壁厚，换热管单位长度质量，KG碳钢，低合金钢高合金钢25250838085535M23154926KG管箱法兰质量KGM41825783496管法管板质量的估算左管板质量22222224531164FQDDNBDHDBNLR右管板质量22222245311FDR1D换热管孔直径，M；N换热管数；拉杆孔直径，；L拉杆孔深，；拉杆数目；R材料密度，3MKG代入已知数据求得左管板质量22222224531164FQDDNBDHDBNLR30234KG右管箱质量2222224531164FDNBDHDBNR30234KG折流板的质量估算39210857386495043折M3684KG319支座的设计3191支座选型按照JB/T471247252007容器支座进行设计，由于是立式换热器，故选择耳36式支座。型式为B型长臂有垫板无盖板型号B423192支座材料选择其材料为16MNR。地脚螺栓D20规格M16支座质量30KG表325支座尺寸数据表319本次设计中所用螺母参数本次设计中所用型六角螺母的结构参数与尺寸规格GB/T61702000表326型六角螺母的结构参数与尺寸规格320设备水压试验充水质量水压试验时取常温为20，在此温度下水的密度为9982KG/M3。封头充水质量KGVM365202982筒体充水质量KGLDVI4628905749843充水总重5KG底板筋板垫板支座允许载荷，KN16MNR适用容器公称直径DN高度H1LB1S2L2B3LB317070020064015010703501208830240656螺纹规格DM101216M2027M30EMIN178200168334525098410814818225256SAX16182430414637321设备总重估算设备总重包括封头、筒体、容器法兰及其螺柱、管板、换热管、折流板、接管及其法兰、防冲挡板各零部件重量。可拆件左管箱质量65GFTJGFLMFCMYFL27511293940399998132768KG可拆件左右管箱质量65GFTJGFLYFL2751129394998132369KG可拆件筒体及管板质量150TGTZGYJGFLMM164292364KG1621266KG设备总重M11531813715737632640453023312125837936KG38第4章强度校核3940414243444546474849505152535455565758第5章换热器的腐蚀、制造与检测51腐蚀腐蚀现象几乎涉及国民经济的一切领域。例如，各种机器、设备、桥梁在大气中因腐蚀而生锈；船舰、沿海的港工设施遭受海水和海洋微生物的腐蚀；埋在地下的输油、输气管线和地下电缆因土壤和细菌的腐蚀而发生穿孔；钢材在轧制过程因高温下与空气中的氧作用而产生大量的氧化皮；与各种酸、碱、盐等强腐蚀性介质接触的化工机器与设备，腐蚀现象尤为突出，特别是处于高温、高压、高流速工况下的机械设备，往往会引起材料迅速的腐蚀损坏。目前工业用的材料，无论是金属材料或非金属材料，几乎没有一种材料是绝对不腐蚀的。对于金属而言，在自然界大多数是以金属化合物得形态存在。例如32OFE、FES、32OAL、32CHU等。冶金的过程就是外加能量将它们还原成金属元素的过程。因此金属元素比它们的化合物具有更高的自由能，必然有自发地转回到热力学上更稳定的自然形态氧化物、硫化物、碳酸盐及其他化合物的倾向。这种自发转变的过程就是腐蚀过程，显然冶金是腐蚀的逆过程。非金属的腐蚀一般是介质与材料发生化学或物理作用，使材料的原子或分子之间的结合键断裂而破坏。腐蚀造成的危害是十分惊人的。据估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁约占年产量的30，其中除三分之二左右可以回炉外，每年生产的钢铁约10完全成为废物。实际上，由于腐蚀引起工厂的停产、更新设备、产品和原料流失、能源的浪费等间接损失远比损耗的金属材料的价值大得多。各工业国家每年因腐蚀造成的紧急损失约占国民生产总值的14。英国19691971年的统计，腐蚀损失每年约136亿英镑；1975年美国一年因腐蚀和耗于防腐蚀的费用高达约700亿美元之多。我国目前尚缺乏全国性的统计数字，仅根据化工部门十个化工厂的调差，由于腐蚀造成的紧急损失为当年生产总值的34。更重要的是由于腐蚀造成设备跑、冒、滴、漏，污染环境而引起公害，甚至发生中毒、火灾、爆炸等恶性事故。腐蚀不仅造成经济上的巨大损失，并且往往阻碍新技术、新工艺的发展、例如，硝酸工业在不锈钢问世以后才得以实现大规模的生产；合成氨新工艺在本世纪初就已完成中间试验，但直到20世纪50年代由于解决了熔融尿素对钢材的腐蚀问题才实现了工业化生产。因此，研究材料的腐蚀规律，弄清腐蚀发生的原因及采取有效的防止腐蚀的措施，对于延长设备寿命、降低成本、提高劳动生产率无疑具有十分重要的意义。5952换热器的腐蚀521壳体与接管的腐蚀夹套的焊接加热或冷却夹套的焊接结构应尽可能避免存在缝隙，否则在腐蚀性的热介质或冷介质作用下，有引起缝隙腐蚀的趋势，一定条件下甚至会引起应力腐蚀开裂。壳体的保温为了防止热量散失，壳体外加保温层，但热量可从裸露的支脚部分传出，导致容器局部变凉。当温度降到露点以下时，在该区域会形成冷凝液，而使容器受到露点腐蚀。因此，设计时应考虑将支脚与壳体同时绝热保温。为了保证绝热材料的绝热能力，绝热材料外部应加保护板（如铝皮、镀锌铁皮等），但必须注意保护板的搭接方向，以避免水分（包括降雨）渗过容器壁的绝热层，而造成均匀的表面腐蚀、坑蚀等问题。壳体冷却在换热器内，为了防止高温高压的氮氢混合气对壳体产生氢腐蚀，在设计时将冷的氮氢气从进口引入外壳与内筒之间的环隙，以较高流速通过。这样是使外壳只承受高压，而内筒只承受高温，从而大大地改善了筒体的腐蚀条件。522容器附件与管道平底容器的底板与支撑面间若有间隙，液体如冷凝液等会沿器壁流入其中而出现缝隙腐蚀。设计时，最好将容器置于型钢支架上，为了防止流下的流体腐蚀容器底板，在容器外面可焊上一个围裙。简单一点的措施亦可在底板周围封填沥青。拱形底得容器沿侧壁焊接型钢支脚，则在器壁与支脚之间的缝隙可引起缝隙腐蚀。最好采用完全封闭的管子做支脚，可避免缝隙。当容器底板为不锈钢（S4MM,支脚为碳钢时，二者之间应加一块不锈钢的垫板，防止因焊接热影响而出现晶间腐蚀。缓冲板与折流板列管式换热器在胀管过程中，变形的管段出现内应力，如果操作时管束受到侧面液流的冲击，则在叠加了振动负荷引起的附加应力后，可使锥形胀管区发生腐蚀疲劳裂纹。在侧向液流入口区加一与容器连在一起的缓冲板，可减轻液流对这一带管束的冲击。此外，缓冲板还可防止流体入口区管子的磨损腐蚀。列管式换热器管间空间安置的折流板（或称导向板），不仅为了改善换热，还具有减小管子振动的作用，由于热膨胀或操作中的振动，在管子和折流板之间会出现摩擦点而导致摩擦腐蚀或电偶腐蚀，管子频繁的振动还可能引起疲劳腐蚀。因此折流板的间隔应该小60到足以限制管子的振动。折流板上的孔通常比管板上的孔大0408MM，为了防止管子与折流板上的孔壁彼此擦伤，可在折流板上加套管。在管道系统中，曲率半径小的管道易在管壁沉积杂物。当液流速度很高时，弯管内壁表面层易被冲刷损伤，与腐蚀介质共同作用将导致磨损腐蚀。曲率半径的大小取决于材料的种类及流体介质的流速，一般软钢或钢管曲率半径为管径的3倍，高强度材料取为5倍。不同管径的管道连接时，管径突然缩小处易形成涡流而产生磨损腐蚀，因此设计渐缩管时应有较长的过渡区。液体告诉流动的管道系统，管子三通不要采用T型结构，最好采用流线型的逐步过渡结构。53换热器的制造与检验换热器基本的制造工艺流程大致为选择材料复检材料净化处理矫形划线（包括零件的展开计算、留余量、排料）切割成型（包括筒节的卷制、封头的加工成型、管子的弯曲）组对装配焊接热处理检验（无损检测、耐压实验等）。随着化工、石油、能源、锅炉等工业的迅速发展，近几年来压力容器制造技术的进展主要表现在以下四个方面1,压力容器向大型化发展，容器的直径、厚度和质量等参数增大，容器的工作条件，如温度、压力、介质越来越恶劣、复杂，而且这一大型化地趋势仍在继续；2，压力容器用钢逐渐完善，专业用钢特点越来越明显；3，焊接新材料、新技术的不断出现和使用，使焊接质量日趋稳定并提高；4无损检测技术的可靠性逐步提高，有力地保证了装备制造及运行的安全。无损检测技术在对过程装备的材料和整个制造过程以及在役装备检验方面起着重要作用，有效地保证了装备的安全。工程上主要的检测方法如下；1射线探伤同位素探伤主要采用CO60和IR192，由于其灵敏度较低、能量小、照射时间长、需要严格防护，所以用途受到限制，目前主要用于小直径厚壁管子焊缝的探伤。2超声波探伤超声波检测压力容器缺陷，是应用最广的无损检测方法，能发现钢板及焊缝中的各类缺陷，且定位较准确、安全、自动化和计算机程度高，制造和在役检验都较方便。目前广泛应用各种方式的脉冲反射机理，已能测出25MM的裂纹。3表面探伤用于表面探伤的方法主要是着色法、磁粉法和涡流法。近年来观察效果不断提高，61用光镜、光纤图像仪、电视摄像镜进行检验观察，并可输出图形、信号，通过计算分析使检测更方便准确。531筒节的制造筒节的弯卷成形通常是用钢板在卷板机上弯卷而成形的。根据钢板的材质、厚度、弯曲半径、卷板机的形式和卷板能力，实际生产中筒节的弯卷基本上可分为冷卷和热卷。冷卷成形的特点冷卷成形通常是指在室温下的弯卷成形，不需要加热设备，不产生氧化皮，操作工艺简单且方便操作，费用低。热卷成形的特点（1）钢板在再结晶温度以上的弯卷称为热卷（热变形），在再结晶温度以下的弯卷称为冷卷（冷变形）。钢板加热到500600进行的弯卷，由于是在钢材的再结晶温度以下，因此其实质仍属于冷卷，但它具备热卷的一些特点。金属的再结晶温度ZT与金属熔点UT之间的关系为（03504）（K）热卷可以防止冷加工硬化的产生、塑性和韧性大为提高，不产生内应力，减轻卷板机工作负担。（2）应控制合适的加热温度。热卷筒节时温度高，塑性好、易于成形，变形的能量消耗少。但温度过高会使钢板产生过热或过烧，也会使钢板的氧化、脱碳等现象加重。过热是由于加热温度过高或保温时间较长，使钢中奥氏体晶粒显著长大，钢的力学性能变坏，尤其是塑性明显下降。过烧是由于晶界的低熔点杂质或共晶物开始有融化现象，氧气沿晶界渗入，晶界发生氧化变脆，使钢的强度和塑性大大下降。过烧后的钢材不能再通过热处理回复其性能。因此，加热温度应适当。钢板的加热温度一般取9001100，弯曲终止温度不应低于800。对普通低合金还要注意换冷。（3）应控制适当的加热速度。钢板在加热过程中，其表面与炉内氧化性气体OH2、2CO、等进行化学反应，生成氧化皮。氧化皮不但损耗金属，而且坚硬的氧化皮被压入钢板表面，会产生麻点、压坑等缺陷。同时氧化皮的导热性差，延长了加热时间。钢在加热时，由于H2、2CO、2H等气体与钢中的碳化合成CO和4C等气体，从而使钢板表面碳化物遭到破坏，这种现象称为脱碳。脱碳使钢的硬度和耐磨性、疲劳强度降低。62因此，钢材在具有氧化性气体的炉子中加热时，钢材既产生氧化，又产生脱碳。一般在1000以上，由于钢材强烈地产生氧化皮，脱碳相对微弱，在700900时，由于氧化作用减弱，脱碳相对严重。综上所述，在保证钢材表里温差不太大，膨胀均匀的前提下，加热速度越快越好。实践证明，只有导热性较差的高碳钢和高合金钢或截面尺寸较大的工件，因其产生裂纹的可能性较大，此时需要低温预热或在600一下缓慢加热。而对于一般低碳钢或合金钢板，在任何温度范围内都可以快速加热。（4）热卷需要加热设备，费用较大，在高温下加工，操作麻烦，钢板减薄严重。（5）对于厚板或小直径筒节通常采用热卷。当卷板时变形率超过要求、卷板机功率不能满足要求时，都需要采用热卷。532换热管与管板连接钢制管壳式换热器管子与管板的连接方式有胀接、焊接和胀焊连接。胀接将胀接器插入到装配在管板孔里的管口内，加向前轴向力并顺时针旋转，将管子端部胀大变形直至管子端部产生塑性变形，管板孔产生弹性变形，退出胀管器则管子在管板孔弹性变形恢复的作用下，使管子与管板孔接触表面上产生很大的挤压力并紧密结合，既达到了密封又能抗拉脱力。为保证胀接质量，要注意控制胀管率并注意胀接的应用、特点。胀接适用于直径不大、管壁不厚的管子；胀接的管板材料的力学性能如硬度应比管子材料的高，使管子产生塑性变形时，管板仍处于弹性变形阶段，以保证胀接的强度，相同材料不宜胀接；胀接后管子与管板孔的间隙比焊接的小，有利于管端得内腐蚀性提高；胀接的强度和密封性不如焊接；胀接不适于管程和壳程温差较大的场合，否则影响胀接质量；胀接时要求环境温度不低于10，以保证胀接质量；胀接表面要求清洁，管板孔表面粗糙度值不大于125。ARM533换热器与鞍座连接鞍座直接焊接在换热器的筒节上离封头较近处，焊缝形式有搭接焊缝和对接焊缝两种。（1）搭接焊缝是鞍座焊在壳体外侧的结构。焊缝承受由设备重量及弯矩产生的切应力。这种结构受力情况较差，但安装方便，可用于小型塔设备。（2）对接焊缝主要校核在弯矩及重力作用下迎风侧焊缝的拉应力。63534换热器的液压试验试验液体一般采用洁净的水，也可采用不会导致发生危险的其他液体。试验时液体的温度应低于其闪点或沸点。试验温度碳素钢、16MNR、15MNNBR和正MNVR钢制容器试验的液体温度不得低于5。压力试验时应注意以下两点（1）容器铭牌上规定有最大允许工作压力时，公式应以最大允许工作压力代替设计压力。TTP2（2）容器各元件所用材料不同，应取各元件材料的比值中最小者。T/试验程序压力缓慢上升，达到规定试验压力后，保压不少于30MIN，然后降至试验压力的80，保持足够的时间，检查焊接接头和链接部位。合格标准1）无渗漏2）无可见变形3）试验过程中无异常的响声4）对抗拉强度规定下限B540MPA的材料，表面经无损检测抽查未发现裂纹。64第6章技术条件的编制技术条件的说明本设备按GB1511999管壳式换热器中级以及国家技术监督局1999年颁发的压力容器安全技术监察规程进行制造、试验和验收。61钢材（1）受压元件用钢应符合GB1501998钢制压力容器；（2）筒体封头材料应符合YB53669压力容器用碳素钢和普通低合金钢热扎厚钢板技术条件；管板材料HGJ1591钢制华工容器材料选用规定；换热器应符合YB23170无缝钢管的规定；管路法兰按JB/T470147042000进行选取。（3）用于制造壳体、封头和钢板需要探伤检察。62焊接（1）容器施焊前的焊接工艺评定，应按国家标准压力容器焊接工艺评定进行；（2）对接焊缝的余高为2MM，角焊缝的焊角高度取焊件中较薄者的厚度；（3）焊缝表面不得有裂缝，气孔弧坑和夹渣等缺陷，并不保留有熔渣和飞溅物；（4）焊缝咬边高度不大于05MM，咬边连续长度不大于100MM，焊缝两侧咬边总长不超过该焊缝长度的10；（5）角焊缝应有圆滑过渡至母材的几何形状；（6）打磨焊缝表面消除缺陷或机械损伤后的厚度应不小于母材的厚度；（7）焊缝同一部位的返修次数不宜超过两次；（8）焊后应在焊缝所规定的部位打上焊工钢印。63热处理查GB1501998相关