列管式冷凝器

摘 要本文是生产能力 24 万吨/年的甲醇精馏工段预塔冷凝器设计，并应用ANSYS 有限元分析软件进行强度分析校核。本文主要研究在给定条件下，如何选择结构形式及各种附件，以在满足任务要求的前提下设计出既经济又合理的冷凝器。对冷凝器零部件的工艺结构、机械结构、法兰，鞍座等的选型等都进行了相关校核，最后应用 ANSYS 有限元分析软件对壳体开口接管处的应力，法兰连接强度以及管箱短节与封头连接处不连续应力等做了分析。关键字：列管式冷凝器，强度校核，ANSYS 有限元分析ABSTRACTThe designment is capacity of 24 tonnes / year methanol distillation tower condenser section in pre-calculation, meanwhile, applying the ANSYS SOFTWARE for correction. We were mainly discussing how to make the best choice of styles of structures as well as accessories, determining the most economic and reasonable condenser under the premise of given conditions. Furthermore, the design including the condenser parts and components of the process structure, and the mechanical structure design of condenser, as well as flanges, saddles, etc. Finally the finite element analysis software ANSYS was using for stress analysis of shell openings, strength analysis of flange connections, pipe junction box and head of non-continuous stress analysis, etc.Key words: shell-and-tube condenser,strength check, ANSYS finite element analysis目 录前 言 1上篇 换热器设计 2第一章 换热器概述 21.1 换热器的简介与应用 21.2 列管式换热器设计简介 4第二章 冷凝器零部件的工艺结构设计 62.1 设计任务和设计条件 62.1 管程和壳程 .62.1.1 管程数 62.1.2 壳程数 72.2 管子排列 72.2.2 管心距 92.3 管板结构尺寸 102.3.1 固定管板兼做法兰的尺寸确定 102.4 管箱容器法兰 112.4.1 法兰的基本形式 112.4.2 法兰选择 112.4.3 容器法兰的匹配与材料选用 132.5 法兰连接 142.5.1 等长双头螺柱 152.5.2 非金属软件片 152.5.3 六角法兰面螺母 152.6 接管 172.6.1 接管的一般要求 172.6.2 接管高度（伸出长度）确定 182.6.3 接管位置最小尺寸 182.6.4 接管法兰的要求 202.6.5 接管法兰选择 202.7 支持板（折流板） 212.7.1 折流板 212.7.2 弓形折流板的主要几何参数 222.7.3 弓形折流板排列方式确定 242.7.4 折流板与壳体间隙 252.7.5 折流板厚度 252.7.6 折流板的管孔 252.7.6.1 折流板的管孔直径和公差 262.7.6.2 管孔中心距 262.7.6.3 管孔加工 262.8 拉杆、定距管 272.8.1 拉杆的结构形式 272.8.2 拉杆的结构和数量 272.8.3 拉杆尺寸 282.8.4 拉杆的布置 282.9.1 旁路挡板 292.9.2 防冲板 303.1 传热管与管板连接 .323.1.1 管子和管板的强度胀接连接 323.1.2 管子与管板的强度焊接连接 323.1.3 管子与管板的焊胀接 333.2 管板与壳体及管箱的连接 333.2.1 管板与壳体的连接 333.2.2 管板与管箱的连接 353.3 管箱结构形式 36第四章 冷凝器机械设计 384.1 筒体强度计算 384.1.1 筒体材料选择 .384.1.2 筒体厚度计算 384.1.3 筒体内压力实验 394.2 封头强度计算 404.2.1 封头厚度计算 404.2.2 封头内压力试验 404.3 管箱短节强度计算 414.3.1 管箱短节厚度计算 414.3.2 管箱短节压力试验 424.4 开孔补强校核 434.4.1 管箱短节开孔补强的校核 434.4.2 壳体开孔补强校核 44第五章 鞍座选择 475.1 鞍式支座的选取 47下篇 ANSYS 软件应用 50第六章 ANSYS 软件在压力容器中应用简介 50第七章 冷凝器开孔接管区的应力分析 527.1 题目描述 527.2 问题分析 527.3 命令流分析过程 537.4 结果处理与讨论 58第八章 法兰连接中的接触分析 608.1 题目描述 608.2 分析说明 618.3 命令流分析过程 618.4 结果分析与讨论 76第九章 冷凝器管箱短节与封头的连接区的应力分析 799.1 题目描述 799.2 分析问题 799.3 命令流分析过程 809.4 结果与讨论 .83致 谢 84参考文献 85文献翻译 86附 录 95北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 0前 言本设计题目是根据工程实践，经由指导老师的假拟而成的。本设计紧贴过程装备与控制工程专业，充分发掘本专业的主干知识，同时应用当下较为前沿的 ANSYS 有限元分析软件做应力分析更是与实际生产的相结合。在毕业设计中是 一种尝试与创新，有很好的研究价值。本设计的主要内容有冷凝器设备设计和 ANSYS 软件的应用。冷凝器设备设计包括冷凝器设备结构设计，冷凝器零附件件选型，及设备强度校核；ANSYS软件应用是利用 ANSYS 有限元分析软件做强度与应力分析，这也是本设计的亮点与核心部分。应用 ANSYS 有限元软件做强度与应力分析由于本软件是自学与首次应用所以只是做了简单的设备部件接触应力分析与连接强度分析以及开孔应力分析等等较为简单的研究，旨在通过 ANSYS 有限元软件对设计的校核检验与说明设计的安全可行性。本设计主要依据 GB150-1998钢制压力容器和 GB151-1999列管式换热器的设计规范与压力容器安全技术监察规程的要求。同时结合本设计的自身特点在规范要求与允许条件下有不少的灵活的变通与个人设计特点。同时，由于只是纯粹的理论知识没有具体的实践，所以设计难免有与实际不是很切合的地方，但在设计中已力求既满足设计要求又很好的切合实际,努力做得更好。北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 1上篇 换热器设计第 1 章 换热器概述1.1 换热器的简介与应用 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。换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和 航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时 也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的热交换器。 由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。 二十世纪 20 年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30 年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30 年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。 60 年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自 60 年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70 年代中期，为了强化传热，在研究和发展北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 2热管的基础上又创制出热管式换热器。 换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。 混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。例如，化工厂和发电厂所用的凉水塔中，热水由上往下喷淋，而冷空气自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飞沫及水滴表面，热水和冷空气相互接触进行换热，热水被冷却，冷空气被加热，然后依靠两流体本身的密度差得以及时分离。 蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)表面，从而进行热量交换的换热器，如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于空气分离装置中。 间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。 间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。管式换热器以管子表面作为传热面，包括蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器等；板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等；其他型式换热器是为满足某些特殊要求而设计的换热器，如刮面式换热器、转盘式换热器和空气冷却器等。管壳式换热器一般有固定管板式，浮头式，U 形管式，釜式重沸器，填料函式等。固定管板式换热器以结构简单，操作弹性大，可靠程度高，造价低等优点而广泛被使用。固定管板式换热器的两端管板，采用焊接方式与壳体连接固定。其简单的结构形式如图 1-1 所示： 北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 3图 1-1 固 定 管 板 式 换 热 器 的 结 构固 定 管 板 式 换 热 器 主 要 有 外 壳 、 管 板 、 管 束 、 封 头 压 盖 等 部 件 组 成 。 固定 管 板 式 换 热 器 的 结 构 特 点 是 在 壳 体 中 设 置 有 管 束 ， 管 束 两 端 用 焊 接 或 胀 接的 方 法 将 管 子 固 定 在 管 板 上 ， 两 端 管 板 直 接 和 壳 体 焊 接 在 一 起 ， 壳 程 的 进 出口 管 直 接 焊 在 壳 体 上 ， 管 板 外 圆 周 和 封 头 法 兰 用 螺 栓 紧 固 ， 管 程 的 进 出 口 管直 接 和 管 箱 焊 在 一 起 ， 管 束 内 根 据 换 热 管 的 长 度 设 置 了 若 干 块 折 流 板 ， 用 以增 大 湍 动 程 度 ， 提 高 传 热 系 数 。 这 种 换 热 器 管 程 可 以 用 隔 板 分 成 任 何 程 数 。固 定 管 板 式 换 热 器 结 构 简 单 ， 制 造 成 本 低 ， 管 程 清 洗 方 便 ， 管 程 可 以 分成 多 程 ， 壳 程 也 可 以 分 成 双 程 ， 规 格 范 围 广 ， 故 在 工 程 上 广 泛 应 用 。 壳 程 清洗 困 难 ， 对 于 较 脏 或 有 腐 蚀 性 的 介 质 不 宜 采 用 。 当 膨 胀 之 差 较 大 时 ， 可 在 壳体 上 设 置 膨 胀 节 ， 以 减 少 因 管 、 壳 程 温 差 而 产 生 的 热 应 力 。固 定 管 板 式 换 热 器 的 特 点 是 ： 1、 旁 路 渗 流 较 小 ； 2、 造 价 低 ； 3、 无 内 漏 ；4、 稳 定 性 好 。 固 定 管 板 式 换 热 器 的 缺 点 是 ： 壳 体 和 管 壁 的 温 差 较 大 ， 易 产生 温 差 力 ， 壳 程 无 法 清 洗 ， 管 子 腐 蚀 后 连 同 壳 体 报 废 ， 设 备 寿 命 较 低 ， 不 适用 于 壳 程 易 结 垢 的 场 合 。对于固定管板式换热器，常见的流型有三种：并流，逆流和折流。在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差增大，换热器的传热面积减小；若传热面积不变，采用逆流可使加热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费，后者可节省操作费，故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。1.2 列管式换热器设计简介列管式换热器的设计、制造、检验和验收必须遵循中华人民共和国国家标准“钢制管壳式（即列管式）换热器” （GB151)执行。按该标准，换热器的公称直径做出如下规定：卷制圆筒，一圆筒内径作为换热器的公称直径，mm；钢管制圆筒，以钢管外径作为换热器的公称直径，mm。换热器的传热面积：计算传热面积，是以传热管外径为基准，扣除伸入管板内的换热管长度后，计算所得的管束外表面积的总和，m 2。公称传热面积，指圆整后的计算传热面积。北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 4传热管公称长度：以以换热管长度(m)作为换热器的公称长度。传热管为直管时，取直管长度；传热管为 U 型管时，取 U 型管的直管长度。该标准还将列管式换热器的主要组合部件分为前端管箱、壳体和后端结构（包括管束）三部分。该标准将换热器分为、两级，级换热器较高级冷拔传热管，适用于无相变传热和易产生振动的场合。级换热器采用普通级冷拔传热管，适用于重沸，冷凝和无振动的一般场合。列管式换热器的工艺设计主要包括下列内容： 根据生产任务和有关要求确定设计方案； 初步确定换热器结构和尺寸； 核算换热器的传热能力和流体阻力； 确定换热器的工艺结构。本设计方案已定为固定管板式冷凝器，属于级换热器，其他工艺要求已给定，所以工艺计算省略。北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 5第 2 章 冷凝器零部件的工艺结构设计2.1 设计任务和设计条件焦炉气制甲醇生产工艺是将来自焦化厂经过预处理的焦炉煤气送进储气罐缓冲稳压、压缩增压，接着进行加氢转化精脱硫，即焦炉煤气的净化；然后通过催化或非催化方法将焦炉煤气中的 CH4、C mHn 转化为合成甲醇的有效气体组分(H 2 + CO)，再通过补碳调整原料气的氢碳比，就制成了氢碳比符合甲醇合成所需的合成气；将合成气压缩增压后送入甲醇合成塔进行合成反应，生成粗甲醇，然后对粗甲醇进行精馏，就制成了煤基清洁能源和用途广泛的有机化工原料精甲醇。本设计项目为 24 万吨/年甲醇精馏工段预塔冷凝器的设计及 ANSYS软件的应用。题目已知参数为（1）规格：12007795（2）列管：192，L=6000，n=1914 根，F=673m 2（3）操作温度：管程：32/42 壳程： 75/70（4）操作压力（表压）：管程：0.4MPa 壳程： 0.03MPa（5）设计温度：管程：60 壳程：90（6）设计压力（表压）：管程：0.5MPa 壳程：0.3MPa（7）物料名称：管程：冷却水 壳程：粗甲醇再假定接管尺寸如下：壳程粗甲醇入口接管 4789壳程冷凝液出口接管 2199管程冷却水出入接管 3779壳程排气孔接管 573.52.1 管程和壳程北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 62.1.1 管程数在换管内流动的流体从管子的一端流到另一端，称为一个管程。在管壳式换热器中，最简单最常用的是单管程的换热器。如果根据换热器的工艺设计要求，需要加大换热面积时，可以采用增加管长或者管数的方法。但前者受到加工、运输、安装以及维修等方面的限制，故常采用后一种方法。在本设计中，省去了工艺计算，所以由已知：壳体内径 DN=1200mm,换热管为：192，L=6m，n=1914可以看出相对壳体内径而言换热管数多，而又知公称直径 DN=1200mm，换热管为 192 时，单程管板最大开空数是 1945，双管程管板最大开孔数是 1922，本设计要求换热管数是 1914（不含拉杆数） ，同时考虑到管板的利用率不会达到 100%，所以只能选择单管程，而且必须采用正三角形排管方式。2.1.2 壳程数壳程是指介质流经换热管外的通道及与其相贯通的部分。根据工艺设计要求，或为增大壳程流体传热系数，也可将换热器分为多程的结构。当按热系数不是很小，流体雷诺数不小于50到100时，一般都不需要增加壳程数，采用单壳程就可以满足要求。本题目中流体处理量较大，传热面积也较大，所以可以直接选用单壳程。亦可以用如下方法确定壳程数：首先，在坐标上做 Q-T 和 Q-t线，有热量衡算方程知，若两流体的热容量流率不变，则 Q-T 和 Q-t 线都是直线。依据两流体进出口温度，可在坐标纸上做出两条直线，如图1-1所示。然后从冷流体出口温度 t2开始作水平线与 Q-T 线相交，在交点处向下作垂直线与 Q-t 线相交，重复以上步骤，直至垂线与 Q-t 线交点的温度等于或低于冷流体的进口温度，此时图中水平线数目就是所需壳程数，图2-1所示的情况正好与前面所述的单壳程相吻合。所以壳程是单壳程。北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 72.2 管子排列图2-1 壳程数的确定2.2.1 传热管排列方式传热管在管板上的排列有三种基本形式，即正三角形、正四边形和同心圆排列。如图1-2所示。传热管的排列应使其在整个换热器圆截面上均匀而紧凑地分布，同时还要考虑流体性质，管箱结构及加工制造等方面的问题。一般说来，正三角形排列在相同的管板面积上课排列较多的管子，而且管外表面传热系数较大，但正三角形排列时管外机械清洗较为困难，而且管外流体的流动阻力也较大。正方形北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 8排列在同样的管板面积上可排列的传热管数最少，但管外易于进行机械清洗，所以当管子外壁需要机械清洗时常采用这种排列方法。同心圆排列方式的优点在于靠近壳体的地方管子分布较为均匀，在壳体直径很小的换热器中可排的换热管数较正三列还要多。结合已知题目换热管数要求很多，而壳体直径不是很大，所以综上所述，应该选择正三角形排列方式排列。由图1-2 可以看出，采用正三角形排列时管子排列面积是一个正六边形，排在正六边形内的传热管数位NT=3a(a+1)+1若设 b 是正三角形对角线上的管子数目，则b=2a+1式中 NT排列的管子数目； a正六角形的个数。采用正三角形排列，当管子数目超过127根，即正六边形的个数 a6时。最外层六边形和壳体间的弓形部分空间较大，也应配置传热管，可排的管子数目见表1-1 。 可以从表中看到 NT=1657, a=23, b=472.2.2 管心距管板上两传热管中心距离称为管心距。管心距的大小主要与传热管和管板的连接方式有关，此外还要考虑到管板强度和清洗管外表面时所需的空间。传热管和管板的连接方法有胀接和焊接两种，当采用胀接法时，采用过小北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 9的管心距，常会造成管板变形。而采用焊接法时，管心距过小，也很难保证焊接质量，因此管心距应有一定的数据范围。一般情况下，胀接时，取管心距t=(1.31.5)d 0；焊接时，取 t=1.25d0(d0为管子外径） 。对于直径较小的管子，要注意，管心距最小不能小于（d 0+6)mm，而且 t/d0值应稍大些。常用管心距列于下表2-1 中。本题目中已知换热管尺寸为：192，所以查表1-2知管心距 t=25mm。表2-1 常用管心距 /mm2.3 管板结构尺寸管板的结构比较复杂，一台列管换热器无论从设计的复杂程度，制造的成本，还是使用的可靠性都与管板的设计有关。在管板的设计中主要是选定合适的结构形式后进行结构尺寸和强度尺寸确定。2.3.1 固定管板兼做法兰的尺寸确定这种结构的管板，主要用于固定管板式换热器上。这种管板结构尺寸的确定可以根据壳体内径与设计压力来设计或者选择法兰，然后根据法兰相应结构尺寸确定管板的最大外径，密封面位置、宽度、螺栓直径、位置、个数等。也可以查表2-2 固定管板式换热器管板尺寸得到相关的尺寸。表2-2 固定管板式换热器管板尺寸/mm换热管外径 d 10 14 19 25 32 38 45 57最大无支撑跨距 800 1100 1500 1900 2200 2500 2800 3200北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 10公称直径DND D1 D2 D3 D4 D5 = D6b c d 螺栓孔数nPN=1.0MPa800 930 890 790 798 843 800 40 10 23 361000 1130 1090 990 998 1043 1000 44 12 23 441200 1360 1310 1190 1198 1252 1200 48 12 27 441400 1560 1510 1390 1398 1452 1400 50 12 27 521600 1760 1710 1590 1598 1652 1600 56 14 27 601800 1960 1910 1790 1798 1850 1800 60 14 27 68所以,可以初步选择上表中的加粗黑体管板尺寸做管板。2.4 管箱容器法兰2.4.1 法兰的基本形式 整体法兰 整体法兰又称长颈法兰或者带颈法兰。整体法兰往往与容器连成一个整体。 活套法兰 法兰只是松套在凸缘或者翻边上，故又称自由法兰。法兰环与筒身或其他零部件间采用角焊、铆接和螺纹连接的法兰也属于活套法兰。这类法兰拆卸维修方便，但其强度较低，故多用于低压和小尺寸的场合。 平焊法兰 又称任意法兰。在法兰内圆加工出坡口并与筒体或其他部件组焊。它具有较高的强度，所以设计时可采用与整体法兰同样的设计方法。但在低压、小尺寸和操作温度不高的情况下，可按活套法兰进行设计。在JB4700JB4707压力容器法兰 标准中有甲型法兰与乙型法兰之分。甲型法北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 11兰的填角焊缝较小或不开坡口焊接，不能保证法兰与筒体同时受力，故按活套法兰考虑。乙型平焊法兰先于端节采用角焊连接，然后短节再与筒体对焊。因此，焊接强度可靠，能保证法兰与筒体的同时受力，故按整体法兰考虑。 角钢法兰 对于无密封要求的常压容器，可采用角钢法兰，角钢法兰上的螺栓个数一般应是四的倍数。 压力容器法兰应按 JB4700JB4707 标准选用。2.4.2 法兰选择所以本设计选用乙型平焊法兰。密封面采用凹凸密封面如图2-2所示。北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 12图2-2 乙型平焊法兰凹凸面密封所以，选择凹面乙型平焊法兰，相关尺寸列于表2-3之中表2-3 乙型平焊法兰尺寸/mm因为法兰是标准件，而管板可以自己设计与选择，所以可以按准表23乙法兰，mm 螺栓公称直径 DN, mm D D1 D2 D3 D4 d H t 规格 数量PN=1.0MPa1200 1360 1315 1276 1256 1253 66 27 265 16 M24 36北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 13型法兰尺寸对表2-2固定管板式换热器管板尺寸稍作改变以使其与法兰能够配合连接。考虑到壳体与管板的焊接，及管板上换热管的拉脱力，所以最后可以选出管板几何尺寸如表2-4管板几何尺寸。表2-4 管板几何尺寸/mm管板尺寸 螺栓公称直径 DN D D1 D2 D3 D4 D5 b c d 规格 孔数PN=1.0MPa1200 1360 1315 1190 1188 1254 1200 50 6 27 M24 362.4.3 容器法兰的匹配与材料选用法兰的匹配及材料选用如表2-4所示。表2-4 容器法兰的匹配及材料选用匹配 垫片 匹配法兰类型 种类温度限 -20至匹配法兰材料匹配螺柱 材料温度限-20至螺母 材料300 Q235-A 乙 型 法 兰非金属软垫片GB539 耐油石棉橡胶板200任意板材 GB3274 Q235-A、B、C GB6654 20R 16MnR 锻件 JB755 20 16Mn选表2-5螺柱材料35350 15北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 14所以可选 GB3985石棉橡胶板垫片，螺柱材料为40Cr, 螺母选择40Mn ，法兰材料选择16MnR 板材。表2-5 容器法兰螺柱材料选用表2.5 法兰连接2.5.1 等长双头螺柱查 JB/T4707-2000，选取 M20的等长双头螺柱，其中标记为：螺柱 M24180-A JB/T4707-2000结构与形式尺寸如图2-3所示：GB3985 石棉橡胶板 350GB3077 40MnB 40Cr 40MnVB40035 45 40Mn公称压力/MPa0.25 0.60 1.00 1.60螺柱材料容器法兰公称直径/mm35 22003200 1300240040MnB 40Cr 3002000 3002000北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 15图2-3 等双头螺柱2.5.2 非金属软件片查 JB/T4704-2000,选择 GB/T3985-1995之石棉橡胶板，其中标记为：垫片 1200-0.6 JB/T4704-2000结构形式与尺寸如图2-4所示：图2-4 石棉橡胶板垫片2.5.3 六角法兰面螺母据 GB/T6175-2000知，选择六角法兰面螺母相关尺寸图如图 2-5六角法兰面螺母尺寸图所示。M20螺母尺寸数据列于表2-6螺母尺寸。图2-5 六角法兰面螺母尺寸图北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 16表2-6 螺母尺寸2.5.4 螺母平垫圈GB/T 97.1-2002知适用的平垫圈相关尺寸图如图 2-6所示。北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 17图26 垫圈2.6 接管2.6.1 接管的一般要求接管不应凸出壳体内表面，并在该部位打磨平滑，以避免妨碍管束的拆装。接管应尽量沿径向或轴向布置，以方便配管或检修。设计温度在300以上时，不得使用平焊法兰，必须采用整体法兰。对利用接管（或接口）人不能放气和排液的换热器，应在管程和壳程的最高点设置放气口，最低的设置排液口，其最小公称直径为20mm。操作允许时，一般在高温、高压或不允许介质泄漏的场合，接管与外部北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 18管线的连接也可采用焊接。必要时可设置温度计、压力表及液面计接口。2.6.2 接管高度（伸出长度）确定 接管伸出壳体（或管箱壳体）外壁的长度，主要考虑法兰形式，焊接操作条件，螺栓拆装，有无保温及保温厚度等因素决定。一般最短应符合下式计算值 )(15mhl式中 h 接管法兰厚度，mm;h1接管法兰的螺母厚度，mm;保温层厚度，mm;l接管安装高度。上述估算后应圆整到标准尺寸，常见接管高度为150mm、200mm、250mm、300mm，按表2-7参考选取。表2-7 PN4.0MPa 的接管伸出长度/mmDN 50 200 300 350 450 0100l 150 200 250 250 2502.6.3 接管位置最小尺寸北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 19壳程接管位置最小尺寸见图2-7壳程接管位置（先假定不需要设计补强圈） ，并按下式计算：无补强圈：L 1d0+(b-4)+C管箱接管位置最小尺寸见图2-8管程接管位置（同样假定不需要设计补强圈），并按下式计算：图2-7 壳程接管位置（无补强圈）北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 20图2-8 管程接管位置无补强圈： L2d0+hf+C式中 d0接管外直径，mm;b管板厚度，60mm，mm,hf管箱法兰厚度，66mm，mm。为考虑焊缝影响，一般取 C3倍壳体壁厚且不小于50100mm。有时壳径较大时且折流板间距也很大，则 L1值在设计时尚应考虑第一块折流板与管板的间距，以使流体分布均匀。所以，各个接管位置如下：粗甲醇进口接管， ，取 L1=346mm;mL350452/781北方民族大学过程装备与控制工程专业 2010 届毕业设计 21冷凝液出口接管， ，取 L1=246mm;mL5.209452/19冷却水进出口接管， ，取 L2=320mm;.36/372排气孔接管， ，取 L1=156mm。L5.12405/12.6.4 接管法兰的要求凹凸或榫槽密封面的法兰，密封面向下的，