毕业设计（论文）-年产3500吨二硫化碳系统冷凝装置设计.docx

南华大学机械工程学院毕业设计（论文）前 言使热量冲热流体传递到冷流体的设备称为换热设备。它是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其他许多工业部门广泛使用的一种通用设备。在化工厂中，换热设备的投资约占投资总量的1020；在炼油厂中，约占总投资的3540。全套图纸加扣 3012250582在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺过程规定的指标，以满着工艺过程上的需要。此外换热设备也是回收余热、沸腾特别是低位能的有效装置。换热设备有多种多样的形式，换热器选型时，考虑的因素很多，主要是流体的性质；压力、温度及应许压力降的范围；对清洗、维修的要求；材料价格；使用寿命等。管壳式换热器具有可靠性高、适用性广等优点，在各工业领域中的到最为广泛的应用。近年来受到其他新型换热器的挑战，但反过来也促进了其自身的发展。在换热器向高参数、大型化的今天，管壳式换热器仍占主导地位。这里介绍一种间壁式换热器的设计计算，它是利用间壁（固体壁面）将进行热交换的冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体的换热器。这里用水作冷却介质，用于冷却混合蒸汽的温度，从而达到冷凝的效果。间壁式换热器是工业生产中应用最为广泛的换热器。在二硫化碳的生产工艺中，它是溶解二硫化碳气体净化生产装置中的冷凝冷却设备，主要是使混合气体中的二硫化碳冷凝而使有毒的硫化氢排出而处理掉。 冷却机理：在冷凝器中，如果冷凝传热管表面温度低于混合气体的露点，则混合气体中的蒸汽（可凝性蒸汽为二硫化碳蒸汽，不凝性气体为硫化氢气体）冷凝，管表面被湿润，这个表面被气体界膜包围，混合气体中的蒸汽通过这个气体界膜扩散到管表面上冷凝。1二硫化碳尾气处理系统工艺设计1.1国内外二硫化碳生产概况二硫化碳是一种重要的无机化工原料，广泛应用于树脂、燃料、医药、农药、防腐剂、多种溶剂及橡胶等多种产品的生产。由于二硫化碳用途广泛，所以国内外的需求量也比较大，仅我国国内粘胶纤维、选矿药剂、橡胶促进剂、玻璃纸及农药、医药等行业每年需求量近30万吨，特别是粘胶行业扩产速度很快，每年仍需3万吨的二硫化碳投放市场才能满足需要；其次，国际市场发达国家如美国、日本、俄罗斯、法国等因生产二硫化碳环保投入太大，生产成本增加和竞争能力下降等原因，使一部分二硫化碳生产厂关闭，这也造成了国际市场二硫化碳需求有了较大幅度的增加，市场前景十分看好。我国粘胶纤维、橡胶助剂和选矿药剂等生产仍将继续发展，对其的需求也快速增长，目前产品供不应求。预计二硫化碳的生产和需求每年仍会有15%以上的增长速度。 我国现有生产二硫化碳的工厂或车间一百多处，其生产工艺普遍采用古老的电炉法，以木炭和硫磺为原料，流程简图如图1.1冷 凝木 炭除 硫反 应干 燥 硫 磺熔 硫 成品二硫化碳冷 凝精 馏粗二硫化碳图1.1 工艺流程简图这不仅大量消耗森林资源，而且在生产过程中产生有毒气体H2S，工艺古老，生产效率低，不利于环境保护。以天然气代替木炭为原料生产二硫化碳成为目前国内外首选的先进生产路线。以天然气和硫磺为原料生产CS2,国外普遍采用三种技术,即美国的FMC技术、Stauffer技术和PPG技术。此外还有以丙烯为原料的生产技术，但是由于以丙烯为原料不如用天然气优越，很少采用。1.2工艺流程设计 总工艺流程设计如图1.2所示。 图1.2 设计总工艺流程图整套尾气系统的工艺处理过程由四个子系统共同完成。第一部分是CS2、H2S混合气体的冷凝，这部分设备的主要作用是把混合气体中的CS2蒸汽冷凝成液体并收集起来，大部分的CS2蒸汽在这里被冷凝收集。第二部分是活性炭吸附塔对CS2的吸收，这部分设备主要是对从冷凝器接口4排出的H2S气体与未冷凝的CS2蒸汽进行吸收。这里采用两个相同的活性炭填料塔，以备当一个塔里的活性炭吸附饱和后能及时进行更换，保证工作的连续进行。第三部分是H2S与氨水的反应，这部分设备主要是对从吸附塔接口15和20排出的气体进行吸收，采用低浓度氨水与H2S反应。这里同样采用两个相同的反应罐，以便一台反应完毕后及时更替。第四部分是燃烧炉。气体在反应罐内反应完毕后，残余气体进入燃烧炉内燃烧后排出。2冷凝器的设计2.1冷凝器的结构选型 选型应考虑的因素有蒸汽压力，蒸汽组分，冻结与污垢等多种因素。已知方案中初进水的工作温度 t5 出口工作温度t7, 由于两种介质均无腐蚀性，也不易结垢，故可选用固定管板式管壳换热器。这类换热器相比其他类型有很多优点，如：结构简单紧凑，造价低，管程清洗方便等。管程是指介质流经换热管内的通道及与其相贯通的部分，壳程是指介质流经换热管外的通道及与其相贯通部分。因此，可采用工业清水走管程，混合气体走壳程的形式。2.2热力计算2.2.1设计参数 1）尾气组成、压力、温度：尾气中有466.67/h的饱和二硫化碳蒸汽和71.04kg/h硫化氢气体，尾气压力为0.13MPa，温度45。 2）冷凝器尾气出口温度为10，冷却水进口温度为5，出口温度为7，冷却水进口压力为0.42MPa。 3）各项物性参数： H2S的分子量M=34；比热容CP=0.25kcal/kg CS2的分子量M=76；比热容CP=0.24 kcal/kg 汽化潜热r=84 kcal/kg CS2饱和蒸汽压p=-A/T+B；A=1446，B=7.4102.2.2热量衡算设代号如下: P0: 总压力；P1: CS2出口蒸汽压力； P2: CS2进口蒸汽压力； P3: H2S出口蒸汽压力；P4: H2S进口蒸汽压力。 （1） CS2出口压力P1为：（出口温度t=10） log P1=+B ； 其中A=1466, B=7.410, T=273+t. 解得 P1=26.6kPa（2）CS2进口压力 P2为：（进口温度t=45）log P 2=+B ； 其中A=1466, B=7.410, T=273+t. 解得 P2=95.3kPa P3= P0P1=0.103 MPa P4= P0P2=0.045 MPa H2S进口压力为0.045 MPa H2S出口压力为0.103 MPa（3） CS2的出口流量为 G1 根据道尔顿分压定律，压力比等于摩尔数得：G1n1t2 n1 / n2 = p1 / p3 G151.38 kg/h 冷凝量为466.6751.38=415.29 kg/h（4）混合气体的入口焓为i其中t由4510 r=84kcal=84kJ =1.059 =1.005i=G CP+G =(71.041+466.675)(45-10)+466.67 =183172.132 （5）混合气体的出口焓为i 其中t由57 r=84kcal=84kJ =1.059 =1.005i=G CP+G =(71.041+51.385)(75)+51.38 =18323.644热量Q=183172.13218323.644=164848.488= 45.7910W2.3冷却水量的计算已知：冷却水进口温度 出口温度 故 特性温度ts=6C查在此温度下，水的比热容为CP4199J/(kgK)根据传热公式：可得冷却水的量 =45.791034199(7-5) =5.453 2.4初定冷凝器尺寸根据经验值可以先估算管壳式换热器的总传热系数为200W/m2K（采用逆流）如图2.1图2.1逆流温差图其中平均温度差为：tm （T1t2）（T2t1）/（T1t2）/（T2t1） (45-7)-(10-5)/ (45-7)/(10-5) 16.26传热面积A估=PK*tm=4579120016.26=14.082.4.1试选管子采用水走管程，蒸汽走壳程。初步选取管程中的水的流速为0.8m/s，取管径规格为：252.5 mm 则 内径d120mm初选单管程，估算管子数如下：初选换热管管长为2.5m，根据单管的传热面积可计算管子数目为：n=5.453999.83.1440.0220.8=21.8所以取整为22根。则L=14.083.140.02522=8.15 (过长，不符和长径比值 )因此选用四管程 ，采用88根管子。即L=14.083.140.02522=2.03m 根据标准，取2.5米。采用正三角形排列形式： 管心距t=1.25d0=1.2525=32mm 内径D=1.05t=1.05321200.7=439.7mm根据标准，内径取450mm。2.4.2校核水的流速根据雷诺数的因素，同时初设换热器为四管程，同时设4根拉杆，且布管的原因，则布92个孔，88为换热管管孔。则：单管程管束：n116/422查资料特性温度t=(57)/2=6下的物理参数：比热容CP4.199103 J/kgK ; 密度=999.8 kg/m3 黏度=1.49810-3 PaS ; 热导率0.565 W/mK因在冷凝器中发生有相变的传热，为避免管内气液两相流，所以设计蒸气管外冷凝，即冷凝水走管程，混合蒸气走壳程。 则管内水的流速 =5.4530.02222999.84=0.79 2.4.3校核总传热系数 （1）管程对流传热系数1u10.79m/s普兰特常数：管内是混合流体被加热，根据化工原理得公式：（2）壳程对流传热系数2冷凝器中壳程发生有相变的对流传热，所以按下列步骤计算：先计算纯CS蒸汽的传热系数0 有下列公式： =0.725126329.80.16335200088230.02538010-635 =0.725528.6此时特性温度为：t= 黏度380 密度导热系数管子外径=0.025mm温差=4510=35计算含HS的CS混合气体的传热系数：其中含不凝性气体的HS的混合气体的传热系数为 其中C为HS的摩尔分数 为混合气体的运动黏度D为两种气体的相互扩散系数 其中 T=273+27.5=300.5K P=0.13MPa=1.3bar(大气压)原子及其单分子的扩散体积为下列数据：H ：2.31 C ：15.9 S ：22.9下列分子式的分子量为： HS ： 34 CS ： 76所以 M=47 =2 =47.5=15.9+222.9=61.7则 = =127 = =277.5 = =1.30则运动黏度= =213.54 所以有混合气体的传热系数为： = =210.8(3)总传热系数K取热流体侧污垢热阻Rd11.4 mK/w 取冷流体侧污垢热阻Rd25.8 mK/w 碳钢的导热系数 45 W/(m2K)所以 Rd1混合蒸汽热阻Rd2管子内流体(即冷凝水)的热阻 1管程对流传热系数 壳程对流传热系数b 管璧厚 2.5mm（4）传热面积校核则大约有5的传热面积裕量，而且在设计的时候已经余出0.05的传热系数，所以计算表明所选管子规格、材料、管程数是可用的。2.5冷凝器结构设计2.5.1管束分程由上面设计可知该换热器是四管程，因此管程结构顺序如图2.2所示 图2.2 管程结构图2.5.2管子排列选用正三角形排列，排列形式如图2.3所示图2.3 管子排列图管间距d=32 管子长度L=2.5m.2.5.3冷凝器管板的结构形式根据四管程的排列方式，管板上92个孔，88个换热管孔，4个拉杆孔,黑色部分即拉杆的位置。管板上管孔排列方式如下图：图2.4 管孔排列方式图2.5管板兼法兰结构图管板型号为HG20593-97, 其中20个螺栓孔直径为23mm，螺纹Th M2022.5.4管子与管板、管板与壳体的连接 管子与管板的连接采用机械滚胀法如图2.6图2.6 管子与管板连接图 管板与壳体的连接采用焊接如图2.7图2.7 焊接结构图2.5.5 冷凝器壳体设计根据冷凝器中最大的压力P0.13MPa，则计算压力Pc=1.2P，所以材料选择Q235-A，布管的时候可知设计壳体内径D400mm 查表可知：Q235-A的温差应力：=113MPa. 焊缝采用局部无损探伤计算厚度厚度附加裕量由两部分组成：钢板或钢管厚度的负偏差C1和腐蚀裕度C2，取：CC1+C2=2 mm。壳体厚度不得低于6mm，所以取名义厚度筒体外径D= D+2=400+2412mm 2.5.6 冷凝器封头设计（1）、封头的结构形式是应工艺过程、承载能力、制造技术方面的要求而成型的。本封头采取标准椭圆形封头，材料选择与筒体相同，采用Q235-A，设计压力P=0.13MPa，取封头内径=400mm,由公式得计算厚度为：则设计厚度为：=+ C=0.33+2=2.33mmC腐蚀余量，取C=2mm因焊接因素，所以取封头名义厚度。根据JB/T 4737-95查椭圆形封头标准，可知封头结构如图2.8所示图2.8 封头2.5.7折流板设计设置折流板的目的是为了提高壳程流体的流速，增加湍动程度，并使壳程流体垂直冲刷管束，改善传热，减少结垢。大部分换热器都采用弓形折流板，所以该冷凝器的折流板也采用弓形。在卧式冷凝器中的折流板底部都设有a90，高度为1520mm的缺口，供停车排液时用。材料选择Q235B，因为气体走壳程，因此折流板的缺口左右开。取折流板的名义直径：DDi34003397 mm因折流板的最小间距应不少于1/5筒体内径，且不小于50mm,故取折流板间距B0.35m所以,nB=L/B12.5/0.3517.116.1因此在冷凝器内部安装7块折流板，厚度为12mm折流板是左右缺口，缺口高度h0.20.2m，在此采用弓形的折流板，所以H0.9，而且在底部开缺口，供停车排液之用,其面积要接近接管两倍面积。结构如图2.9所示 图2.9 折流板结构设计图2.5.8拉杆设计本换热器采取拉杆定距杆结构，拉杆直径与数量根据GB151-1999的规定为4根，直径为16mm，拉管在管板的位置见前面的管板图中管孔的排列方式。拉杆与定距管固定，拉管的一端用螺纹拧入管板，每两块折流板之间用定距管固定，每一块拉杆最后一块折流板用螺纹螺母与拉杆固定，如图2.9所示。2.5.9进出口管设计（1）管程进出口管设计：管内流体质量流量G=5.453kg/s 流体密度=999.8设进出口管管内流速均为 （查换热器设计手册）进口管流通面积A=考虑市场材料、规格、价格选用管子规格取。（2）壳程进出管设计：1） 壳程进口： 已知 壳程内走混合蒸汽且混合蒸汽密度=1.30设进口管管内蒸汽流速： 进口管流通面积A=根据计算选择管子规格为：。2） 壳程出口： 由于在冷凝过程中CS 有90%冷凝了，变成了液体，所以出口管道有两个： 未冷凝的蒸汽出口管道设计：（=1.45） 出口管流通面积A=冷凝液即90%的CS液体出口管道设计：（=1262， ）出口管流通面积A=管子取：。 2.5.10进出口管法兰设计由于该冷凝器压力不高，故所有的管法兰均根据GB/T9119-2000系列，采用突面板式平焊钢制管法兰。材料为Q235-A，其结构尺寸如表2.1表2.1管子公称直径法兰螺栓dDgDDD2DBf数量直径10810010701441101624M16575014011088591424M1232251007558331424M10尺寸如图2.10图2.10 法兰尺寸图2.5.11开孔补强表2.2管子(mm)公称直径（mm）补强圈尺寸(mm)dDgDDB质量（kg）108100 21010361.1757501305360.48尺寸如图2.11所示 图2.11 管子开孔图2.5.12管箱设计及管箱与壳体接管的位置（1） 确定前、后管箱的结构尺寸及接管位置如下：管箱与封头采用埋弧自动焊，而且为全焊透，里面采用手工焊。焊缝系数为=0.85,其中下图中的接管位置L由下列公式确定（查换热器手册）： D为此处开孔补强的补强圈的外径 D=210mm； 为管板的厚度 =48； L取175mm C为修正系数取C (S为壳体壁厚)。 图2.12 换热器箱体（2） 壳体接管位置与尺寸如下图： 图2.13 壳体接管位置与尺寸图其中上图中的、按下列式子计算得：（查换热器手册）1） 取135mm 2） L取90mm 3） L取175mmD为此处开孔补强的补强圈的外径 D=130mm;D为此处开孔补强的补强圈的外径 D=210mm;d 为此处开孔外径 d=25mm；b为为管板的厚度 b=48mm；C为修正系数取C (S为壳体壁厚)。2.5.13支座设计（1）、由于该冷凝器为卧式容器，所以选用鞍式支座 型号为：471292 鞍座BI 450F 该支座必须设计垫板：因为1）该容器圆筒鞍座处的周向应力大于规定值；2）且容器圆筒有热处理要求；3）容器重量较大，地基可能不一定为钢筋混泥土。 图2.14 鞍座（2）、支座尺寸如下表2.3所示 表 2.3 支座尺寸(mm)公称直径DN允许载荷Q/kN鞍座高度h底板腹板筋板螺栓间距llbb400 6118040011088908280垫板鞍座质量kg弧长be500145625 122.5.14校核冷凝器应力（1）换热管与管板连接强度校核表2.4管子壳体材质20号铜Q235A11.210611.2106E/MPa0.211060.21106尺寸mm252.525004002500数量881管间距32mm壳体的璧温约为27.5，所以管子的壁温可估算为：管子进口温度T15，出口温度T27。 假设装配时温度为15，则壳体伸长量管子伸长量：管子与筒体伸缩量之差（管子受拉，壳体受压）：壳体截面积：管子截面积：1）筒体上产生的应力由于筒体和管子之间温差所产生的应力由于壳程和管程的压力作用于筒体上的力Q壳程与管程压差产生的力Ps壳程设计压力, Ps=0.3MPaPt管程设计压力，Pt=0.42MPa故=MN2）管子上产生的力 F由于壳体及管程压力作用于管子上的力故3）管子与管板连接的拉脱力Mpaq=4.0MPaa单跟换热管横截面积a=l胀接深度其值为管板厚度减35mm。故l=L-4=48-4=44mm=0.044m因为筒体及管子产生的应力和管子与管板连接的拉脱力都不超过许用应力,该冷凝器不必设置膨胀节。2.5.15管板校核 由图2.42.5延长部分兼作法兰的固定管板图来校核，已知操作温度t1=6 取t=10,优质碳素钢Q235-A的性能E=0.21106MPa,线膨胀系数t=s=11.210mm/mm.初始数据:壳程圆筒: 内径Di =400 mm 厚度s=6 mm（1）壳程圆筒内直径横截面积: A=/4 Di2 =/44002=125600 mm 2圆筒壳壁金属横截面积：As=s(Di+s) =6(400+6)=7649.04mm2 （2）管箱： 取管箱厚度与圆筒厚度相同 h=6mm（3）管子： 管子外径：d=25mm , 管子壁厚:=2.5 mm管子间距: s=32mm , 管子根数:n=88管子金属总截面积:na =n(d-t)t=88(25-2.5) 2.5= 13816 mm 2 管子的有效长度: L=2500mm管束模数：Kt=Ena/LDi (E=0.21106MPa ) =（0.2110613816）/（2500400）=2901.4MPa 管子回转半径: i=1/4d2+(d-2t)21/2 =0.25252+ (25-22.5)21/2=8管子受压失稳的当量长度: 因折流板7块均分，故lcr = 350 mm 系数: Cr=(2Et/st )1/2=3.14 (20.21106/113)1/2=191.4管子的稳定许用应力crlcr /i=350/8=43.756.4有效密封宽度 b=2.53 b01/2=7.59mm8mm对筒体的端部结构DG=D-2b=544-2*8=528mm螺栓载荷:1)预紧状态下需要的最小螺栓载荷:Wa=Fa=3.14DG by=3.14528813=1.7105 (N) 2)操作状态下需要的最小螺栓载荷:Wp=F+Fp=0.785 DG2 P+6.28 DGbmP=0.78552820.22+6.28528820.22=69817.8(N) 螺栓面积: 1） 预紧状态下需要的最小螺栓面积:Aa=Wa/b螺栓材料选用2Cr13，常温螺栓材料的许用应力b =126MPaAa=1.7105/126=1349.2mm22) 操作状态下需要的最小螺栓面积:Ap = Wp/bt=69817.7/111 （查得bt=111 MPa）=628.99 3）需要的螺栓截面积 取Aa与Ap之大值Am=Aa=1349.2mm2 基本法兰力矩:Sa垫片压紧力的力臂为螺栓中心圆直径与DG之差的一半Sa=（D1- DG）/2=(625-528)/2=48.5 Mm=AmSab=1349.210-648.510-3126106=8244.96(N*m) 管程压力作用下的法兰力矩:MP=FDSD+ FTST + FGSGFD作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力FD=0.785Di2 P=0.78550020.22=43175(N) FG操作状态下需要的最小垫片压紧力FG=3.14DGby=3.14528813=1.7105(N) FT流体压力引起的总轴向力与作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向之差FT=F-FD=0.785DG2P-FD=0.78552820.22-43175=4971(N)SG=(D1-DG)/2=(625-528)/2=48.5ST=(SG +SD )/2=(48.5+57.5)/2 =53MP=FDSD+ FTST + FGSG=4317557.5+497153 +1.710548.5=1.1107 Nmm （6）管板 采用管板与换热管机械滚胀接连接，则管板的最小厚度除满足计算要外,还应满足结构设计和制造的要求。材料选用20号钢由结构设计和制造要求: 取管板厚度:=48mm 管子的加强系数:K=1.318Di/(Etna/EpL)1/21/2=1.318500/2518343.88/(0.4190025) 1/21/2=5.1管板刚度削弱系数 =0.4k=K(1-t )=5.1(1-0.814)=0.95 （7）法兰 根据选用甲型平焊法兰（平面密封）法兰外径: Df =615mm 法兰宽度:bf=(Df-Di)/2=(615-500)/2=57.5 管箱法兰厚度 f”=30mm h/ Di=4.5/500=0.009f/ Di=30/500=0.06查图 3-15 得 ”=0.0009旋转刚度 K”=27Mpa确定壳体法兰厚度f=30mm h/ Di=4.5/500=0.009f/ Di=30/500=0.06则同上 =”=0.0009 K=K”=27Mpa旋转刚度无量钢参数=kf/4kt=3.1427/（43591.5）=0.0059 由K=5.1，=0.0059，根据GB151-99图27查出m=0.32m管板第一弯矩系数系数 由K和，根据GB151-99图28查出G=3.2系数M=K=5.1，Q=2.31，根GB151-99图29查出，系数G=0.0013法兰力矩折减系数：管板边缘力矩变化系数；因为所以=0.55法兰力矩的变化系数，=0.55由K=5.1，Q=2.31，根据GB151-99图28（a）查出=2.45（8）壳程压力作用下的危险组合壳程设计压力p=p=0.22Mpa管程压p=0线膨胀系数（1/）换热器材料的线膨胀系数（）壳程圆筒材料线膨胀系数（）制造环境温度沿长度平均壳程圆筒金属温度沿长度平均的换热管金属温度y换热管与壳程圆筒的热膨胀的变形差管板边缘力矩系数，对于延长部分兼作法兰的管板 即是法兰力矩系数：管板径向应力系数管板布管区周边外径向应力系数管板布管区周边剪切应力系数在壳程压力作用工况下的壳体法兰力矩系数壳体法兰的应力Mpa管板布管区周边剪切应力Mpa壳体法兰应力Mpa管子应力Mpa壳程圆筒轴向应力Mpaq拉脱应力 Mpa1）不计膨胀差=0Et=0 =+0.550.0059=0.0034=8.80.0034=0.03因=max(G1e,G1i)其中=3m/K=30.40.34/5.1=0.08m1,K1.3,G1i=3m/K+2.1/K2=1.45故 =0.280.25=0.820.3-0.530.0062=0.26管板应力： =30.8=4.8壳体法兰应力：K=Df/Di=615/500=1.28 由GB150-99表31(a)查得Y=8.01=125MPaMpa管子应力：壳程圆筒轴向应力：=拉脱应力：（焊接）2）计入膨胀差 t=s=17.0610-6 tt=（115-40）/（ln115/40）=77.5 t0=25 ts=150Et=0.17（-1.210-3）186103=-37.9MpaMpa=0.0065+0.530.0062=-0.0032=8.8(-0.0028)=-0.025因=max(G1e,G1i)其中=3m/K=30.40.22/4.2=0.06K1.3时 G1i =0.28故=0.28=0.83（0.0065）-0.530.0062=0.009管板应力：=59Mp=-36Mpa壳体法兰的应力：=222.8Mpa3=411Mpa管子应力： 壳程圆筒的轴向应力：拉脱应力： （9）管程压力作用下的危险组合：壳程压力：=0管程设计压力1）不计膨胀差：Et=0=8.8 0.2=1.76因=max(G1e,G1i)其中=3m/K=30.41.66/4.2=0.48m1,K1.3,G1i=3m/K+2.1/K2=1.3故 =1.3=0.870.2-0.0062=0.017管板应力： = =13.7Mpa 壳体法兰的应力： = 5.7Mpa管子应力： 壳程圆筒的轴向应力：=1.1Mpa2）计入膨胀差 =-38Mpa=0.0026=8.8（0.0055）=0.048因=max(G1e,G1i)其中=3m/K=30.40.22/4.2=0.063由图GB151-99图31（a）查得 所以56= 0.87（-0.0055）-0.0062=0.0014管板应力：= =111.4（10）壳体法兰的应力：=35.7MPa管子应力： 壳程圆筒的轴向应力：=82.2拉脱应力：2.5.16 水压试验校核进行水压试验目的是检验在超工作压力下的宏观强度，包括检查材料的缺陷、容器各部分的变形、焊接接管的强度和容器法兰连接的泄漏检查等。为了防止氯离子的腐蚀，试压用水应当控制。避免发生低温脆性破坏，对于Q235A钢制压力容器，试压液体温度不得低于5。壳体材料为Q235A，查表得 常温下水压试验压力PT规定为： 或试压值要两者取大值PT0.4MPa校核：筒体壁内应力封头壁内应力PT试验压力 Mpa P 设计内压 MpaDi筒体内径 mm te 筒体璧厚 mm焊缝系数（局部无损检测）：0.852.5.17压力试验由GB 150-98 得压力试验必须用两个量程相同的并经过校核的压力表。压力表的量程在试验压力的2倍左右为宜。但不应低于1.5倍和高于4倍的试验压力。容器的开孔补强圈应在压力试验以前通入0.4-0.5 MPa的压缩空气检查焊接接头质量。液压试验试验液体一般采用水。需要时也可采用不会导致发生危险的其他液体。实验液体的温度应低于其闪点或沸点。奥氏体不锈钢制容器用水进行液压试验后应将水渍清除下来，但无法达到这一要求时应控制水的氯离子含量不超过25 mg/L。试验压力 Pt=1.25 P试验时容器顶部应没排气口，充液时应将容器内的空气排空。试验过程中应保 持容器观察面的干燥。试验时压力应缓慢上升，达到规定试验压力后，保压时间一般不少于30 mm。然后将压力降至规定试验压力的80%。并保持足够的时间对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏修补后重新试验。液压试验完毕后，应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干。3 计量罐的设计设计一个冷凝器计量罐，要求能够装下一班时间生产的冷凝液，根据一天三班倒，每八小时一班。要求设计压力为0.6MPa, 设计温度为45，实际工作压力为0.45 Mpa,工作温度为1030。3.1筒体设计已知计量罐的入口流量为 温度为10。计量罐每八小时须装下的CS2液为： M= =415.29=3222.32kg3.4吨由于要求有10%的余量，防止过量生产时不会耽误工程。所以 M=4.4110%=3.74吨，在此取3.74吨。则筒体容量至少大于V (常温下)V=初选容器内径为D=1250mm，则筒体长度为LL=2.41m 取2.5m由于容器内所装的液体无腐蚀性，且工作压力也不高。所以采用容器用钢16MnR筒体内径DN=1250mm,L=2500mm,厚度=14mm实际筒体容积为V=筒体质量为m=2.5487=1217.5kg3.2封头设计采用椭圆封头, 材料同样选用容器用钢16MnR, 封头厚度取14mm其尺寸如图3.1所示图3.1 封头其质量m=238kg 容积V=0.398m3.3开孔与接管及补强圈设计表3.1 图3.23.4液面设计采用双玻璃板式液面计， 因为其结构简单，制造方便，通道较大，不易堵塞，比玻璃管液面计安全可靠。型号为玻璃板液面计A PN1.6,L=1260 液面计用阀门与设备相连。如图3.3所示 图3.3 双面玻璃板液面计3.5裕量校核表3.2筒体(12502500)封头（DN1250）H=300mm, h=25mm 鞍座鞍座A 1400F容积m3质量kg 容积m3 质量kg 载荷kN 质量kg3.07 1217.5 0.398 238 160 64计量罐总质量 （kg）计量罐总容积（m3） 计量罐工作中的最大载荷(kN ) 1693.5 3.87 68.3所以 计量罐的容积裕量为 故有38%的裕量。 合格！3.6支座设计根据化工容器及设备简明设计手册卧式容器一般采用鞍式支座，材料为Q235-A，鞍式支座：型号为 鞍座A 1400F和 鞍座A 1400S，本支座的结构尺寸如下图：须注意的是本支座带有垫板且两个的型号不一样，一个采用可以有一点横向位移的S型，这样可以消除由于各种原因造成的横向载荷。 图3.43.7水压试验计量罐材料采用16MnR，查过程设备设计表D1得：，=170MPa，t=170MPa。查过程设备设计表4-3得：试验压力 PT=1.25P=1.250.15=0.19MPa应力校核 =8.5MPa因为 =0.90.85345所以 符合要求 参考文献1GB151-1999钢制管壳式换热器M. 北京：中国标准出版社出版,20002GB150-1998 钢制压力容器M. 北京