毕业设计（论文）-流量为135t每小时卧式蒸汽冷凝器的设计（全套图纸）

沈 阳 化 工 大 学 科 亚 学 院 本 科 毕 业 论 文 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 题 目： 流量为 135t/h 卧式蒸汽冷凝器 专 业： 过程装备与控制工程 班 级： 过控 1201 学生姓名： 指导教师： 论文提交日期： 2016 年 6 月 1 日 论文答辩日期： 2016 年 6 月 6 日 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 过程装备与控制工程 专业 过控 1201 班 学生： 毕业设计题目：流量为 135t/h 卧式蒸汽冷凝器 毕业设计内容：设计计算书一份； 设计说明书一份； 绘制施工图折合 A0 号图 1 张，A1 号 3 张 毕业设计专题部分：固定管板式换热器 起止时间：2016.3.12016.5.23 指导教师： 2016 年 3 月 1 日 摘要摘要 换热器又被叫热量交换器， 是一种把热流体的热量传递给冷流体 的设备，并且实现化工生产过程中热量的交换和传递不可缺少的设 备，在工厂中具有重要的意义。换热器可以是一种单独的设备，例如 加热器、冷却器和凝汽器等等。换热器是两种温度不同的物料在一个 设备内相互交换热量，最终达到将物料冷却，或者将冷物料加热为目 的的设备。本换热器是蒸汽冷凝器在成产中是非常常见的设备，该换 热器有耐高压的优点、价格低廉、清洗方便不宜结垢的优点。 已知条件为：设计压力为管程 1.3Mpa，壳程 0.9Mpa，工作温度管程 25，壳程 164.97，设计温度管程 75，壳程 85，管程介质为 1.3Mpa 的水，壳程介质为 0.9Mpa 的水蒸气。依据给定条件所得传热 面积为 241.6m2。考虑到介质特性等因素，采用 252.54500 的#20 （材料）的无缝钢管，本设计采用366根换热管可满足换热量。设定 拉杆数量为 6 根，计算得到筒体直径为 DN=1000mm。完成了压降计 算、强度计算、开孔补强、管箱短节壁厚计算等。在强度设计中，依 据 GB150 进行筒体、封头强度设计及校核，依据流量进行入口接管、 出口接管等管口直径的选择，依据等面积补强法进行开口补强计算。 本设计选择管板延长兼做法兰，依据 GB151 中的弹性支撑假设对管 板进行设计和校核，管板与换热管的连接方式为焊接，拉杆与管板为 螺纹连接结构。同时，进行了卧式容器鞍座校核。 本设计充分的利用材料，适用比较多的场合。366 根换热管更加 体现了换热的效率。在同样的换热器中此换热器十分的廉价、安全。 所以该换热器在工厂中占有重要位置。 关键字关键字: 固定管板; 换热器; 不同物料; 热交换；补强 Abstract Heat exchanger called heat exchanger again, it is a kind of the thermal fluid heat transfer to cold fluid equipment, and realize the heat exchange and transmission in the process of chemical production indispensable equipment, has the vital significance in the factory. Heat exchanger can be a single device, such as a heater, cooler and steam condenser, etc. But also part of the process equipment, such as waste heat recovery unit in petrochemical industry, coal industry, and so on. Temperature heat exchanger are two different materials in a heat exchanging equipment, eventually achieve the material cooling, or heating equipment for the purpose of cold material. This heat exchanger is steam condenser is very common in into during equipment, the heat exchanger has the advantages of resistance to high pressure, low cost, convenient cleaning is unfavorable and scale advantages. Known condition is: the design pressure for tube side and shell side, working temperature tube side and shell side, the design temperature tube side and shell side, the medium as the water passes, shell side medium is water vapor. Based on the heat transfer area of the given conditions. Considering the characteristic of medium etc factors, using (material) seamless steel tube, this design USES the root heat exchange tube can meet the change of heat. Set rod of 6 root number, calculate the cylinder diameter. Completed the pressure drop calculation, strength calculation, opening reinforcement, short tube box section wall thickness calculation, etc. In strength design, strength design basis for cylinder, head and checking, according to the inlet connection of traffic and exports over the selection of nozzle diameter, opening reinforcement method on the basis of equal area reinforcement calculation. The design of flange, tubesheet extended and do according to the hypothesis of elastic support for tube plate design and checking, tube plate and the heat exchange tube connections for welding, rod and tube plate to the threaded connection structure. At the same time, for the horizontal vessel saddle checking. This design make full use of material, is more occasions. 366 more embodies the heat exchange tube, so the heat exchange efficiency. At the same heat exchanger in the heat exchanger is very cheap and safe. So the heat exchanger occupies an important position in the factory. Key words: Fixed tube sheet； Heat exchanger； Different materials； reinforcing 目目 录录 第一章 换热器传热工艺计算 1 1.1 原始数据 . 1 1.2 定性温度及确定其物性参数 1 1.3 传热量与水蒸气流量计算 2 1.4 有效平均温差计算 . 3 1.5 管程换热系数计算 . 4 1.6 结构的初步设计 . 5 1.7 壳程换热系数计算 . 6 1.8 总传热系数计算 . 7 1.9 管壁温度计算 . 8 1.10 管程压力降计算 . 8 1.11 壳程压力降计算 . 9 第二章 固定管板式换热器结构设计计算 . 12 2.1 换热管材料及规格的选择和根数的确定 12 2.2 布管方式的选择 . 12 2.3 筒体内径的确定 . 13 2.4 筒体壁厚的确定 . 13 2.5 筒体水压试验 . 14 2.6 封头厚度的确定 . 14 2.7 管箱短节壁厚计算 . 15 2.8 管箱水压试验 . 16 2.9 管箱法兰的选择 . 16 2.10 固定管板尺寸的确定及强度计算 17 2.11 是否安装膨胀节的判定 . 30 2.12 防冲板尺寸的确定 . 31 2.13 折流板尺寸的确定 . 31 2.14 各管孔接管及其法兰的选择 32 2.15 开孔补强计算 . 37 2.16 支座的选择及应力校核 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.16.1 支座选择 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.16.2 鞍座的应力校核 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致谢 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 换热器传热工艺计算 1 第一章第一章 换热器传热工艺计算换热器传热工艺计算 1.1 原始数据原始数据 管程水的进口温度 1t =25 管程水的出口温度 “1t =75 管程水的工作压力1P =1.3MPa 壳程水蒸气的入口温度 2t =164.97 壳程水蒸气的出口温度 “2t =85 壳程水蒸气的工作压力2P =0.9MPa 壳程水蒸汽的流量1G=135000kg/h 1.2 定性温度及确定其物性参数定性温度及确定其物性参数 由文献1可知 管程水的定性温度50 2 7525 2 “ 1 1 1= + = + = tt t 管程水密度查物性表得 2 1/ 4 . 988mkg= 管程水比热查物性表得)/(178 . 4 1=kgKJCp 管程水导热系数查物性表得1=0.566w/(m) 管程水黏度1 =5.610- 6pas 管程水普朗特数查物性表得 Pr1=3.53 壳程水蒸气定性温度 壳程水蒸气冷凝点：92.1712= tti 冷却段：46.128 2 8592.171 2 “ 2 1 2= + = + = tt t 冷凝段：92.171 2 92.17192.171 2 2 2= + = + = i tt t 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 换热器传热工艺计算 2 壳程水蒸汽密度查物性表得： 冷却段：2 =961.8kg/m 冷凝段: 2 =0.53kg/m 壳程水蒸汽比热查物性表得： 冷却段：2Cp =2.823KJ/(kg) 冷凝段： 2Cp =1.903KJ/(kg) 壳程水蒸汽导热系数查物性表得： 冷却段：2=0.626w/(m) 冷凝段： 2=0.0294w/(m) 壳程水蒸汽粘度： 冷却段：spa= 6 2102.346 冷凝段： spa= 6 21061.14 壳程水蒸汽普朗特数查物性表得： 冷却段：42 . 1 2=pr 冷凝段：2 . 12=pr 1.3 传热量与水蒸气流量计算传热量与水蒸气流量计算 由文献2 取定换热效率=0.98 则设计传热量: Q0=G1Cp1( 11tt )1000/3600 （1- 1） =1350004.178(75- 25)1000/3600 =7.834106w 由+=)( “ 2 2 220ttCprGQ导出水蒸气气流量 G2，r 为 2 t 时的汽化潜热 r=2442J/kg 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 换热器传热工艺计算 3 由文献3水蒸气流量： ) (22 0 2 + = ttCpr Q G i （1- 2） )751 .171(310832. 2310442. 298. 0 610834. 7 + = =34.02kg/s 冷却段传热量： wttCpGQi74886.95061)751 .171(103823. 2402. 3) (2222=（1- 3） 冷凝段传热量: wrGQ32339751061.950402. 3 3 22= （1- 4） 设冷凝段和冷却段分界处的温度为 3 t 根据热量衡算: )( 1 3112ttCpGQ= （1- 5） 9 . 29 381105000 01140946380 1000823. 2135000 360098 . 0 2339753 CpG 1 11 2 3= =+ =t Q t 1.4 有效平均温差计算有效平均温差计算 逆流冷却段平均温差:nt 4 .63 9 .2975 851 .171 ln 9 .2975851 .171 ) ln( ) () ( 32 1 321 = + = tt tt tttt i i （1- 6） 逆流冷凝段平均温差: nt 12.144 1 .146 2 .141 ln 1 .1462 .141 251 .171 9 .291 .171 ln 251 .1719 .291 .171 ) ln( ) ()( 1 32 132 = = + = tt tt tttt i i （1- 7） 冷却段： 参数：319 . 0 2 . 141 1 . 45 9 . 29 1 . 171 9 . 2975 3 31 = = = tt tt P i 参数：7441 . 1 1 . 55 1 . 96 9 . 2985 75 1 . 171 31 2 = = = tt tt R i 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 换热器传热工艺计算 4 由文献4换热器按单壳程 2 管程设计则查图 2- 6(a)，得: 温差校正系数 =0.84 有效平均温差： 425084. 0=nmtt 冷凝段： 参数：0479 . 0 1 . 96 9 . 4 75 1 . 171 25 9 . 29 12 13 = = = tt tt P 参数：0 25 9 . 29 1 . 171 1 . 171 13 2 = = = tt tt R i 换热器按单壳程 2 管程设计则查图 2- 6(a)，得: 温差校正系数 =0.89 有效平均温差: mt = nt =0.89120.2=106.98 初选冷却段传热系数:)/(600kmwK= 1.5 管程换热系数计算管程换热系数计算 由文献5初选冷凝段传热系数:)/(1100“0kmwK= 则初选冷却段传热面积为: 24.021 31000 3169295.5 50620 98 . 0 3233975 tKm0 2 0= = = Q F （1- 8） 72 117678 3169295.5 98.1061100 98 . 0 3233975 t“m0 2 0 = = K Q F 选用 252.5 的无缝钢管做换热管 则: 管子外径 d0=25mm 管子内径 di=20mm 管子长度 L=4500mm 则需要换热管根数: 663 0.35325 129.24 5 . 4025 . 0 14 . 3 7224.102 d 0 00 = + = + = L FF Nt 根 （1- 9） 可取换热管根数为 366 根. 管程流通面积： 0.060.000162.745 4 02.002.0 14.3 2 366 4 dd 2 ii 1 = = tN a 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 换热器传热工艺计算 5 管程流速: s G w/m66 . 0 0.063462480 135000 0.06 8 . 9613600 135000 a360011 1 1 = = = （1- 10） 管程雷诺数: 24274.3=38.241281.41=）4-105.2290.02/0.66961.8/dw=Re1i111=（ 管程冷却段的定性温度: 45.52 2 3 . 140 2 75 9 . 29 2 “13 1 1 = + = + = tt t （1- 11） 管程冷却段传热系数: 75.4644 1.15 0.6947398.36 )02. 0100( 66. 0)15.70015. 01 (3605 )100( )015. 01 (3605 2 . 0 8 . 0 2 . 0 8 . 0 1 1 1 1= = + = + = id wt 管程冷凝段的定性温度: 45.27 2 9 . 54 2 25 9 . 29 2 13 2 1 = + = + = tt t （1- 12） 管程冷凝段传热系数: 3071 1.15 0.69435875.0895 )02. 0100( 66. 0)45.27015. 01 (3605 )100( )015. 01 (3605 “ 2 . 0 8 . 0 2 . 0 8 . 0 1 2 1 1= = + = + = id wt 1.6 结构的初步设计结构的初步设计 查 GB151- 1999 由文献6知管间距按 1.25d0 取 管间距:s=0.032 m 管束中心排管数：04.213661 . 11 . 1=tcNN根，取 22 根 则壳体内径:mdNsDc996 . 0 4) 1(01=+= 圆整为:Di=1.1m 则长径比;4.09 1.1 5 . 4 = iD L 合理 折流板选择弓形折流板: 弓形折流板的弓高: h=0.2Di=0.2*1.1=0.22m 折流板间距: mm37036 . 0 3 1 . 1 3 =Bm D B i 取 折流板数量: 块块取10 1 . 111 37 . 0 5 . 4 1= B L Nb 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 换热器传热工艺计算 6 1.7 壳程换热系数计算壳程换热系数计算 由文献7壳程流通面积: 2 0 20842 . 0 )1 (m s d BDfi= 壳程流速: 冷却段:sm0.042 0842 . 0 8 . 961 402 . 3 22 2 2= = f G w 冷凝段: sm f G w2 . 67 0842 . 0 53 . 0 402 . 3 22 2 2= = 壳程当量直径: 0.0843m 9.15 0.77125 025 . 0 366 025 . 0 3661 22 0 2 0 t 2 = = = dN dND d t i e 冷凝段管外壁温度假定值:9 .128=wt 膜温：150 2 171.1 9 . 128 2 2 = + = + = tt t w m 膜温下液膜的粘度:=m188.3 spa 6 10 膜温下液膜的密度:=m917.3 3 mkg 膜温下液膜的导热系数：)/(6905 . 0 =mwm 正三角形排列 38.6366080 . 2 080 . 2 495 . 0 495 . 0 = t sNn （1- 13） 冷凝负荷:= 0.015 7 . 49*5 . 4 402 . 3 2 = sLn G （1- 14） 壳程冷凝段雷诺数:13.233 10 3 . 188 0.01544 Re 6 = = m 壳程冷凝段传热系数: 7 . 1976 )233() 10 3 . 188 81 . 9 8 . 9616905 . 0 (51 . 1 )Re()(51 . 1 3 1 3 1 6 23 3 1 3 1 2 23 “ 2 = = m mm g a （1- 15） 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 换热器传热工艺计算 7 冷却段管外壁温假定值: 952=tw 冷却段雷诺数：13.33641 10230.3 04 . 0 08 . 0 961.8 R 6- 2 22 e= = edw 壁温下水粘度:spaw= 6 210 6 . 298 粘度修正系数；0.964) 10 6 . 298 10230.3 ()( 14. 0 6 - 6 14 . 0 2 2 1= = w 壳程传热因子查图 2- 12 得:100=sj 冷却段壳程换热系数: 1164.896.4*461.12399086*10.75100964 . 0 42 . 1 0.064 0.688 j 3 1 s1 3 1 2 2 2 = pr de 1.8 总传热系数计算总传热系数计算 查 GB- 1999 第 138 页可知 由文献8可知 水蒸汽的侧污垢热阻: )/(108 . 8 25 2wmr= 管程水选用地下水，污垢热阻为: )/(10 2 . 35 25 1wmr= 由于管壁比较薄，所以管壁的热阻可以忽略不计 冷却段总传热系数: ii j d d d d rr K 0 1 0 12 2 11 1 + = 645.8 710.000161910.00044650.00094651 1 02 . 0 025 . 0 4781 1 02 . 0 025 . 0 10 2 . 35108 . 8 8 . 1164 1 1 55 = + = + = 传热面积比为: 1.04 620 8 . 645 / 0 =kKj （合理） 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 换热器传热工艺计算 8 冷凝段总传热系数: 1137.9 80.000212360.00044940.00022642 1 02 . 0 025 . 0 3645 1 02 . 0 025 . 0 10 2 . 35108 . 8 77771 1 1 11 1 55 0 “ 1 0 12 “ 2 “ = + = + = + = ii j d d d d rr K 传热面积比为: 1.03 1100 9 . 1137 / “ 0 “ =KKj (合理) （1- 16） 1.9 管壁温度计算管壁温度计算 设定冷凝段的长度: “L =2.0424m 冷却段的长度: 0.9576m=L 冷却段管外壁热流密度计算: )45848.7w/( 45.7043328 94672095486.32 9576 . 0 *025 . 0 *14 . 3 *608 98 . 0 *662138251.35 ) /(02 2 = =LdNQqt 冷却段管外壁温度: 79.1)108 . 88 .1164/1 (45848.75 .122)/1 ( 5 2 2 2 2 =+=+= rqttw 9 . 15 1 . 7995t -te w w2= 误差不大 冷凝段管外壁热流密度计算: )(164194.6w/ 97.4796672 16005639.3 2.0424*0.025*3.14*608 0.98*16332285 ) “/(02 “ 2 =LdNQqt 冷凝段管外壁温度: 114)108 . 8 7777.1 1 164194.6(150)/1 ( 5 2 “ 2 “ 2 “ =+=+= rqttm w （1- 17） 误差不大误差校核21.0311403.135“: “ = w wtte 1.10 管程压力降计算管程压力降计算 由文献9可知 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 换热器传热工艺计算 9 管程水的流速: m/s78 . 0 0.05961.83600 135000 360011 1 1= = a G u （1- 18） 管程雷诺准数: 98.86932)105.229/(02 . 0 78 . 0 961.8/Re - 4 1111=idw （1- 19） 管程摩擦系数: 243 . 0 98.86932 3164 . 0 Re 3164 . 0 0.2525 . 0 1 = （1- 20） 压降结垢校正系数: 4 . 1=id 沿程压降: pa2402 02 . 0 2 4 . 15 . 478 . 0 8 . 9610.0243 2 22 1 1 1= = i di d Lu P （1- 21） 管程数: 2=tn 管程回弯次数:1 回弯压降: pa 2 . 855 2 1278 . 0 8 . 961 2 22 1 1 2= = nnu P t 取管程出入口接管内径: mmd250 1= 管程出入口速:795 . 0 8 . 96125 . 0 25 . 0 14 . 3 3600 1350004 3600 4 1 2 1 1 = = d G u 局部压降:pa47.735 2 5 . 1795 . 0 8 . 961 2 )5 . 01 ( 22 1 1 3= = + = u P 管程总压降:pa67.398347.573 2 . 5852240321=+=+=PPPP 管程允许压降:35000PPpaP= 即压降符合要求。 1.11 壳程压力降计算壳程压力降计算 由文献10可知 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 换热器传热工艺计算 10 壳程当量直径: 0.096m 025 . 0 3661 . 1 025 . 0 3661 . 1 22 0 2 0 2 = + = + = dND dND D ti ti e （1- 22） 壳程流通面积: 0.07) 032 . 0 025 . 0 1 ( 1 . 13 . 0)1 ( 0 2= s d BDfi （1- 23） 壳程流速: 冷却段: 0.053m/s 0.07 4 . 889 402 . 3 22 2 2= = f G w 冷凝段: 91.7m/s 0.07 530. 402 . 3 22 2 2= = f G w 壳程雷诺数: 壳程冷却段雷诺数: 67.6438 10 3 . 230 038 . 0 053 . 0 4 . 988 Re 6 2 22 = = edw （1- 24） 壳程冷凝段雷诺数: 64.183 10188.3 0.01544 Re 6- = = = mu 查表壳程摩擦系数: 冷却段:35 . 0 = 冷凝段:54 . 0 = 壳程粘度修正系数: 冷却段: 0 . 1=d 冷凝段: 0 . 1=d 管束周边压降:冷却段管束周边压降: pa15.831 1 35 . 0 0.0321 ) 110( 1 . 1 2 0.053 4 . 988) 1( 2 22 2 2 = + = + = de bi a D NDw P 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 换热器传热工艺计算 11 冷凝段管束周边压降: 176645pa 1 54 . 0 0.0321 ) 110( 1 . 1 2 20.52122 . 4 ) 1( 2 2 2 2 2 = + = + = de bi a D NDw P 导流板压降: 0=bP （无导流板） 由文献11查表取壳程压降结垢系数: 冷却段：21 . 1 0=d 冷凝段：11 . 1 0=d 取壳程进口接管内径: mmd250 2 = 壳程出口接管内径: mmd100 “ 2 = 壳程出口流速: m/s44 . 0 1 . 014 . 3 4 . 988 402 . 3 44 22“ 2 2 2 “ 2 = = d G u （1- 25） 壳程进口流速: m/s82 . 6 1 25 . 0 14 . 3 4.122 402 . 3 44 22 22 2 2 = = d G u 局部压降: 冷却段：pa432.744 2 5 . 10.8 4 . 988 2 )5 . 1 ( 22“ 2 2 = = u Pc 冷凝段：pa62.748 2 82.165 . 1122 . 4 2 )5 . 1 ( 22 2 2 = = u Pc 壳程总压降: 冷却段壳程总压降: 1071.11pa0 8 . 45221 . 1 5110=+=+=cbdaPPPP （1- 26） 冷凝段壳程总压降: 204744.7pa02635.911 . 1 1820800=+=+=cbdaPPPP 壳程允许压降: paP250000= PP 即压降符合要求 PP 即压降符合要求 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 12 第二章第二章 固定管板式换热器结构设计计算固定管板式换热器结构设计计算 2.1 换热管材料及规格的选择和根数的确定换热管材料及规格的选择和根数的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源及计算公 式 数值 1 换热管材料 #20 2 换热管规格 45005 . 225 3 传热面积 A mtK Q F = 0 2 0 0 0 “ 0 0 FFA tK Q F m += = 214.6 4 换热管数 Nt 根 Ld A Nt 0 = 366 5 拉杆直径 dn mm GB151- 1999管壳 式换热器表 43 16 6 拉杆数量 根 GB151- 1999管壳 式换热器表 44 6 2.2 布管方式的选择布管方式的选择 序号 项目 符号 单位 数据来源和数据计 算 数值 1 正三角形 GB151- 1999 图 11 2 换热管中心距 S mm GB151- 1999 表 12 32 3 隔板槽两侧相邻 管中心距 Sn mm GB151- 1999 表 12 44 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 13 2.3 筒体内径的确定筒体内径的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公 式 数值 1 换热管中心 距 S mm 文献12 32 2 换热管根数 Nt 根 Ld A Nt 0 = 366 3 管束中心排 管根数 Nc 根 tcNN1 . 1= 22 4 换热管外径 d0 mm 25 5 到壳体内壁 最短距离 b3 mm 825. 003=db 8 6 筒体内径 Di mm 04) 1(dNSDci+= 996 7 实取筒体公 称直径 Di mm JB/T4737- 95 1000 8 布管限定圆 直径 Dl mm 32 1 bDDi= 980 2.4 筒体壁厚的确定筒体壁厚的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公 式 数值 1 计算压力 cp Mpa ppc1 . 1= 0.77 2 筒体内径 Di mm 见三- 8 1000 3 筒体材料 20R 4 设计温度下 筒体材料的 许用应力 t Mpa GB150- 1998 表 4- 1 钢板许用应 力 123 5 焊接接头系 数 0.85 6 筒体计算厚 度 mm c t ic p Dp = 2 3.7 7 腐蚀裕量 2C mm 2 8 负偏差 1C mm 0 9 设计厚度 d mm 2Cd+= 5.7 10 名义厚度 n mm GB151- 1999 项目 5.3.2 表 8 8 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 14 11 有效厚度 e mm 21CCne= 6 12 设计厚度下 圆筒应力 t Mpa e eic t Dp 2 )(+ = 64.6 13 校核 合格 6 . 10485 . 0 123= tt 14 设计温度下 圆筒的最大 许用工作压 力 wp Mpa )( 2 ei t e w D P + = 1.25 2.5 筒体水压试验筒体水压试验 序号 项目 符号 单位 根据来源及计算公式 数值 1 实验压 力 TP Mpa t C T P P 25 . 1 = 1.04 2 圆筒薄 膜应力 Mpa e e i T DP 2 )(+ = 87.2 3 校核 s 9 . 0 =187.4Mpa 合格 2.6 封头厚度的确定封头厚度的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公 式 数值 1 封头内径 iD mm 1000 2 计算压力 cP Mpa PPc1 . 1= 2.42 3 焊接接头系 数 0.85 4 封头材料 Q345 5 设计温度下 许 用压力 t GB151- 1999 项目 5.3.2 表 4- 1 170 6 标准椭圆封 头 计算厚度 mm c t ic p DP 5 . 0 2 = 8.41 7 腐蚀裕量 2C mm 1 8 负偏差 1C mm 0 9 设计厚度 d mm 2Cd+= 9.41 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 15 10 名义厚度 n mm GB151- 1999 项目 5.3.2 10 11 实取名义厚 度 n mm 10 12 有效厚度 e mm 21CCne= 9 13 曲面高度 1h mm JB/T4737- 95 续表 1 14 直边高度 2h mm JB/T4737- 95 续表 1 15 内表面积 A 2 m JB/T4737- 95 续表 1 16 容积 V 3 m JB/T4737- 95 续表 1 17 质量 m kg JB/T4737- 95 续表 1 2.7 管箱短节壁厚计算管箱短节壁厚计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公 式 数值 1 计算压力 cP Mpa PPc1 . 1= 2.42 2 管箱内径 iD mm 1000 3 管箱材料 Q345 4 设计温度下 许 用应力 t Mpa GB150- 1998 170 5 焊接接头系 数 0.85 6 管箱计算厚 度 mm c t ic p Dp = 2 8.44 7 腐蚀裕量 2C mm 1 8 负偏差 1C mm 0 9 设计厚度 d mm 2Cd+= 9.44 10 名义厚度 n mm GB151- 1999 项目 5.3.2 10 11 实取名义厚 度 n mm 10 12 有效厚度 e mm 21CCne= 9 13 设计厚度下 圆 筒应力 t Mpa e eic t Dp 2 )(+ = 135.65 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 16 14 校核 tt =144.5Mpa 合格 15 设计温度下 圆 筒的最大许 用 工作压力 wp Mpa )( 2 ei t e w D P + = 2.58 2.8 管箱水压试验管箱水压试验 序号 项目 符号 单位 根据来源及计算公式 数值 1 实验压力 TP Mpa t T P P 25 . 1 = 3.23 2 圆筒薄膜应 力 Mpa e e i T DP 2 )(+ = 181.06 3 校核 s9 . 0 =263.9Mpa 合格 2.9 管箱法兰的选择管箱法兰的选择 序号 项目 符号 单位 数据来源和 计算公 式 数值 1 法兰类型 长颈对焊法 兰 JB/T4703- 20 00 PN=2. 5MPa 2 法兰外径 0D mm JB/T4703- 20 00 1195 3 螺栓中心圆 直径 iD mm JB/T4703- 20 00 1140 4 法兰公称直 径 nD mm JB/T4703- 20 00 1000 5 法兰材料 16MnR 6 垫片类型 JB/T4704- 20 00 PN=2. 5MPa 7 垫片材料 石棉橡胶板 片 GB/T3985- 19 95 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 17 8 垫片公称直 径 nD mm JB/T4704- 20 00 1000 9 垫片外径 0D mm JB/T4704- 20 00 1087 10 垫片内径 iD mm JB/T4704- 20 00 1037 11 法兰厚度 mm JB/T4704- 20 00 68 12 垫片厚度 1 mm JB/T4704- 20 00 3 13 螺栓规格及 数量 M27236 (对接筒体最小厚度 14mm） 2.10 固定管板尺寸的确定及强度计算固定管板尺寸的确定及强度计算 本设计为管板延长部分兼作法兰的形式，即 GB151-1999 项目 5.7 中，图 18 所示 e 型连接方式的管板，材料为 Q235的锻件。 A.确定壳程圆筒、管箱圆筒、管箱法兰、换热管等元件结构尺寸及管板的布 管方式； 以上项目的确定见项目一至九。 B.计算ttstccrtasPQDAKnAA、 序号 项目 符 号 单位 数据来源和计算公式 数值 备注 1 筒体内径 iD mm 1000 2 筒体内径横 截面积 A 2 mm 4 2 i D A = 785000 3 筒体厚度 s mm 8 4 圆筒内壳壁 金属截面积 sA 2 mm )(sissDA+= 25320.96 5 换热管壁厚 t mm 2.5 6 换热管根数 n 366 7 换热管外径 d mm 25 8 管子金属总 截面积 an )( titadnn= 107388 9 换热管材料 的弹性模量 tE MPa GB150- 1998 表 F5 186000 10 沿一侧的排 n 29 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 18 管数 11 换热管中心 距 S mm GB151- 1999 32 12 隔板槽两侧 相邻管中心 距 nS mm GB151- 1999 44 13 布管区内未 能被管支撑 的面积 dA 2 mm )866. 0( SSSnAnd= 14072.8 14 固定管板布管区 面积 tA 2 mm dtAnSA+= 2 866 . 0 531954.7 15 固定管板布管区 当量直径 tD mm /4 ttAD = 823.2 16 固定管板布管内 开孔后的面 积 1A 2 mm 4 2 1 d nAA = 486700 17 系数 AA /1= 0.62 18 壳程圆筒材 料的弹性模 量 sE MPa GB150- 1998 表 F5 186000 19 壳体不带膨 胀节时换热 管束与圆筒刚度 比 Q ss ta EA En Q = 4.24 20 系数 1/ Ana= 0.22 21 系数 s )1 ( 6 . 0 4 . 0Qs+= 5.47 22 系数 t 4 . 0 6 . 0 4 . 0+ + += Q t 7.92 23 固定管板不管区 当量直径与 壳程圆筒内 径比 t i t t D D = 0.8232 24 管子受压失 稳当量长度 Lcr mm GB151- 1999 图 32 600 25 设计温度下 管子受屈服 强度 t s MPa GB150- 1998 表 F2 196 26 管子回转半 径 i mm 22 )2(25 . 0 tddi+= 8.004 27 系数 rC t s trEC/2 2 = 136.8 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 19 28 管子稳定许 用应力 cr 2 / 1 2 r cr t s cr C iL = 7