生产能力为4200Nm3h甲醇制氢生产装置设计冷凝器设计.doc

机械与动力工程学院过程装备与控制工程专业课程设计设计题目：生产能力为4200m/h 甲醇制氢生产装置设计 设 计 人： 邱宏伟 指导教师： 班 级： 过程装备与控制工程07班 组 号： 7（21） 设计时间： 2016年12月20日2017年1月14日 前 言氢气是一种重要的工业用品，它广泛用于石油、化工、建材、冶金、电子、医药、电力、轻工、气象、交通等工业部门和服务部门，由于使用要求的不同，这些部门对氢气的纯度、对所含杂质的种类和含量也有着不同的要求。近年来随着中国改革开放的进程，随着大量高精产品的投产，对高纯氢气的需求量正在逐渐扩大。 烃类水蒸气转化制氢气是目前世界上应用最普遍的制氢方法，是由巴登苯胺公司发明并加以利用，英国ICI公司首先实现工业化。这种制氢方法工作压力为2.0-4.0MPa,原料适用范围为天然气至干点小于215.6的石脑油。近年来，由于转化制氢炉型的不断改进。转化气提纯工艺的不断更新，烃类水蒸气转化制氢工艺成为目前生产氢气最经济可靠的途径。 甲醇蒸气转化制氢技术表现出很好的技术经济指标，受到许多国家的重视。它具有以下的特点： 1、与大规模天然气、轻油蒸气转化制氢或水煤气制氢比较，投资省，能耗低。 2、与电解水制氢相比，单位氢气成本较低。 3、所用原料甲醇易得，运输储存方便。而且由于所用的原料甲醇纯度高，不需要在净化处理，反应条件温和，流程简单，故易于操作。 4、可以做成组装式或可移动式的装置，操作方便，搬运灵活。 摘 要本次课程设计是设计生产能力为4200m3/h甲醇制氢生产装置。 在设计中要经过工艺设计计算，典型设备的工艺计算和结构设计，管道设计，单参数单回路的自动控制设计，机器选型和技术经济评价等各个环节的基本训练。 在设计过程中综合应用所学的多种专业知识和专业基础知识，同时获得一次工程设计时间的实际训练。课程设计的知识领域包括化工原理、过程装备设计、过程机械、过程装备控制技术及应用、过程装备成套技术等课程。本课程设计是以甲醇制氢装置为模拟设计对象，进行过程装备成套技术的全面训练。 设计包括以下内容和步骤： 1、工艺计算。 2、生产装置工艺设计。 3、设备设计。分组进行。 4、机器选型。 5、设备布置设计。 6、管道布置设计。 7、绘制管道空视图。 8、设计一个单参数、单回路的自动控制方案。 9、对该装置进行技术经济评价。 10、 整理设计计算说明书。 设计任务书一、题目：生产能力为4200 Nm3/h甲醇制氢生产装置。 二、设计参数：生产能为4200Nm3/h 。三、计算内容： 1、工艺计算：物料衡算和能量衡算。 2、机器选型计算。 3、设备布置设计计算。 4、管道布置设计计算。 四、图纸清单： 1、物料流程图 2、工艺流程图 3、换热器总装图4、换热器零件图 5、管道布置图 6、管道空视图 目录第一章 工艺设计11.1.甲醇制氢物料衡算.11.1.1依据11.1.2投料量计算11.1.3原料储液槽 (V0101)11.1.4换热器(E0101),汽化塔(T0101)、过热器(E0102)11.1.5转化器(R0101)11.1.6吸收和解析塔11.2热量恒算21.2.1气化塔顶温度确定21.2.2转化器(R0101)21.2.3过热器(E0102)31.2.4汽化塔(T0101)31.2.5换热器(E0101)31.2.6冷凝器(E0103)42.1.冷凝器的计算与选型52.1.1.设计任务52.1.2.总体设计52.1.3.热工计算52.1.4详细结构设计与强度设计112.2 结构设计112.2.1筒体122.2.2封头122.2.3管程接管补强计算（按照GB150-1998 等 面 积 补 强 法）132.2.4壳程接管补强计算（按照GB150-1998 等 面 积 补 强 法）132.2.5换热管（GB151-1999）142.2.6折流板（GB151-1999）142.2.7拉杆（GB151-1999）152.3SW6软件校核152.3.1 固定管板换热器设计计算152.3.2前端管箱筒体计算152.3.3 前端管箱封头计算152.3.4后端管箱筒体计算152.3.5 后端管箱封头计算152.3.7开孔补强计算152.3.8延长部分兼作法兰固定式管板15第三章 机器选型及管道设计373.1计量泵的选型373.1.1纯水计量泵P0101选型373.1.2甲醇计量泵P0102选型37已知条件：373.1.6吸收液用泵P0106选型383.2管子选型（确定几种主要管道尺寸的方法如下）383.2.1材料选择383.2.2管子的规格尺寸的确定及必要的保温层设计393.3主要管道工艺参数汇总一览表523.4 各部件的选择及管道图533.4.1管道上阀门的选型533.4.2管道法兰选型533.4.3管件选型543.4.4管道仪表流程图543.4.5管道布置图553.4.6管道空视图55第四章自动控制方案设计554.1选择一个单参数自动控制方案554.2流量控制系统流程图及其控制系统方框图554.3如何实现控制过程的具体说明55第五章 经济评价565.1甲醇制氢装置的投资估算565.1.1单元设备价格估算565.1.2总投资估算565.2总成本费用估算与分析57参考文献6060 / 67第一章 工艺设计1.1.甲醇制氢物料衡算. 1.1.1依据 甲醇蒸气转化反应方程式： CH3OHCO + 2H2 CO + H2O CO2 + H2 CH3OHF分解为CO,转化率99,CO变换转化率99,反应温度 280,反应压力为1. 5 MPa,醇水投料比1:1.5(mol)。 1.1.2投料量计算 代如转化率数据 CH3OH 0.99 CO + 1.98 2H2 +0.01 CH3OH CO + 0.99 H2O 0.99 CO2 + 0.99 H2+ 0.01 CO 合并得到 CH3OH + 0.9801 H2O 0.9801 CO2 + 2.9601 H2 + 0.01 CH3OH+ 0.0099 CO 氢气产量为: 4200m/h=187.5kmol/h甲醇投料量为: 120.536/2.960132=2027.5 kg/h水投料量为: 2027.5/321.518=1710.3kg/h1.1.3原料储液槽 (V0101) 进 : 甲醇 2027.5 kg/h , 水1710.3 kg/h出: 甲醇 2027.5 kg/h , 水1710.3kg/h1.1.4换热器(E0101),汽化塔(T0101)、过热器(E0102) 没有物流变化 1.1.5转化器(R0101) 进 : 甲醇 2027.5kg/h , 水1710.3 kg/h , 总计2402.489kg/h出 : 生成 CO 2027.5/320.980144 =2732.032kg/h H 2027.5/322.96012 =375.071kg/h CO 2027.5/320.009928 =17.688kg/h 剩余甲醇 2027.5/320.0132 20.271kg/h 剩余水 1710.3-2027.5/320.980118=590.067 kg/h 总计 3737.64kg/h1.1.6吸收和解析塔 吸收塔的总压为15MPa,其中CO的分压为0.38 MPa ,操作温度为常温(25). 此时,每m 吸收液可溶解CO11.77 m.此数据可以在一般化工基础数据手册中找到，二氯化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度数据见表1一l及表12。解吸塔操作压力为0.1MPa, CO溶解度为2.32,则此时吸收塔的吸收能力为: 11.77-2.32=9.450.4MPa压力下 =pM/RT=0.444/0.0082(273.15+25)=7.20kg/ mCO体积量 V=2732.032/7.20=379.89m/h据此,所需吸收液量为 379.89/9.45=39.68 m/h考虑吸收塔效率以及操作弹性需要,取吸收量为 39.68m/h=119m/h可知系统压力降至0.1MPa时,析出CO量为520m/h=2732kg/h.7、PSA系统 略.8、各节点的物料量综合上面的工艺物料衡算结果,给出物料流程图及各节点的物料量,1.2热量恒算 1.2.1气化塔顶温度确定 要使甲醇完全汽化，则其气相分率必然是甲醇40%,水60%(mol),且已知操作压力为1.5MPa,设温度为T,根据汽液平衡关系有： 0.4p甲醇 + 0.6 p水=1.5MPa 初设 T=170 p甲醇=2.19MPa; p水 =0.824MPa p总 =1.3704MPa 1.5MPa 再设 T=175 p甲醇=2.4MPA; p水 0.93MPa p总 =1.51MPa 蒸气压与总压基本一致，可以认为操作压力为1.5MPa时，汽化塔塔顶温度为175 1.2.2转化器(R0101) 两步反应的总反应热为49.66kJ/mol,于是,在转化器内需要供给热量为: Q=2027.50.99/321000(-49.66) =-3.0910kJ/h此热量由导热油系统带来,反应温度为280,可以选用导热油温度为320,导热油温度降设定为5,从手册中查到导热油的物性参数,如比定压热容与温度的关系,可得:c=4.18680.68=2.85kJ/(kgK), c=2.81kJ/(kgK)取平均值 c=2.83 kJ/(kgK)则导热油用量 w=Q/(ct)=2.00210/(2.835)=2.1810kg/h1.2.3过热器(E0102) 甲醇和水的饱和蒸气在过热器中175过热到280,此热量由导热油供给.气体升温所需热量为:Q= cmt=(1.902027.5+4.821710.3) (280-175)=12.710kJ/h导热油c=2.826 kJ/(kgK), 于是其温降为: t=Q/(cm)= 8.1610/(2.826141484)=2.04导热油出口温度为: 315-2.1=312.91.2.4汽化塔(T0101) 认为汽化塔仅有潜热变化。175 甲醇H = 727.2kJ/kg 水 H = 203IkJ/kg Q=2027.5727.2+20311710.3=4.9510 kJ/h以300导热油c计算 c=2.76 kJ/(kgK)t=Q/(cm)= 3.1810/(2.76141484)=8.14则导热油出口温度 t=312.9-8.14=304.8导热油系统温差为T=320-304.8=15.2 基本合适.1.2.5换热器(E0101) 壳程：甲醇和水液体混合物由常温（25 ）升至175 ，其比热容数据也可以从手册中得到，表1 一5 列出了甲醇和水液体的部分比定压热容数据。液体混合物升温所需热量Q= cmt=(2027.53.14+1710.34.30) (175-25)=20.610kJ/h管程：没有相变化，同时一般气体在一定的温度范围内，热容变化不大，以恒定值计算，这里取各种气体的比定压热容为： c10.47 kJ/(kgK) c14.65 kJ/(kgK) c 4.19 kJ/(kgK)则管程中反应后气体混合物的温度变化为：t=Q/(cm)=13.2310/(10.471756.032+14.65241.071+4.19381.067)=56.26换热器出口温度为 280-56.26=223.741.2.6冷凝器(E0103) CO, CO, H的冷却Q=cmt=(10.471756.032+14.65241.071+1.0411.288) (223.7-40)=6.7210kJ/h CHOH的量很小，在此其冷凝和冷却忽略不计。压力为1.5MPa时水的冷凝热为：H=2135KJ/kg,总冷凝热 Q=Hm=2135381.067=12.610kJ/h水显热变化Q= cmt=4.19381.067(223.7-40)=4.5410kJ/h Q=Q+Q+ Q=8.43410kJ/h冷却介质为循环水，采用中温型凉水塔，则温差T=10用水量 w=Q/( ct)= 8.43410/(4.1910)=2.0110kJ/h第二章 设备设计计算和选型2.1.冷凝器的计算与选型2.1.1.设计任务 根据给定的工艺设计条件，此设计有相变热、冷流体间换热的管壳式换热器设计任务。 2.1.2.总体设计 确定结构形式。由于介质换热温差不大，在工艺和结构上均无特殊要求，因此选用固定管板式换热器。 合理安排流程。安排水、甲醇、二氧化碳和氢气的混合气走壳程，冷却水走管程。 2.1.3.热工计算 热工设计的计算步骤与结果列于下各表中。1， 原始数据计算内容或项目符号单位计算公式或来源结果备注管程流体名称冷却水壳程流体名称混合气体冷却水的进出口温度；给定20；30混合气体的进出口温度；给定223.7；40冷却水混合气体工作压力；MPa给定0.3；1.5混合气体的质量流量kg/s给定0.6672，定性温度与物性参数计算内容或项目符号单位计算公式或来源结果备注混合气体的定性温度=()/2 131.85冷却水的定性温度=(+)/225冷却水，混合气体密度；kg/按定性温度查物性表997；1.74冷却水，混合气体比热容；J/(kg)按定性温度查物性表4180；2580冷却水，混合气体导热系数；W/(m)按定性温度查物性表 0.680.11冷却水，混合气体的粘度；Pas按定性温度查物性表8.93710-43.2510-4冷却水，混合气体普朗特数；查表或计算5.594；0.76323,物料与热量衡算计算内容或项目符号单位计算公式或来源结果备注换热器效率0.98负荷QW见汽化塔热量衡算2.34106冷却水的质量流量kg/s见过热器热量衡算55.84，有效平均温差计算内容或项目符号单位计算公式或来源结果备注冷流体蒸发对数平均温差t=(-t)/ln(t/t)76.5流程型式初步确定12型管壳式换热器1壳程2管程参数RR=（-）/（-）18.37参数PP=（-）/(-)0.0491温度校正系数查图4-21有效平均温差t=76.55，初算传热面积计算内容或项目符号单位计算公式或来源结果备注初选总传热系数W/()参考表4-1600初算传热面积=Q/(t)51.036,换热器结构设计计算内容或项目符号单位计算公式或来源结果备注换热管材料选用碳钢无缝钢管252.5换热管内，外径；dm0.02；0.025换热管管长Lm4.5换热管根数nn=/（d L）144管程数根据管内流体流速范围选定1管程进出口接管尺寸（外径*壁厚）按接管内流体流速3m/s 合理选取1596选取壳程数m1换热管排列形式分程隔板槽两侧正方形排列，其余正三角形排列正三角形排列换热管中心距SmS=1.25d或按标准40.0375管束中心排管数=1.1（外加6根拉杆）13.5 壳体内径m=S（-1）+（1-2）d0.6换热管长径比L/L/7.5合理实排换热器管根数n作图或按计算150折流板型式选定单弓形折流板折流板外径m按GB151-19990.5955折流板缺口弦高hm取h=0.200.12折流板间距Bm取B=（0.21）0.3折流板数=L/B-114壳程进出口接管尺寸（外径*壁厚）m合理选取2196选取7，管程传热与压降计算内容或项目符号单位计算公式或来源结果备注管程流速m/s=4/(n)0.595管程雷诺数=/13275.475换热器壁温假定92管程流体给热系数W/()=0.023/8366.3（n=1/3） 管程进出口处流速m/s41.66管程摩擦因子查图4-30.0084管内摩擦压降Pa=4L/()10563.98回弯压降Pa=4/26327.46进出口局部压降Pa=1.5/26027.2管程压降Pa=(+)+29675.216（Ft1.4）管程最大允许压降Pa查表4-335000校核管程压降合理8、壳程传热与压降计算内容或项目符号单位计算公式或来源结果备注壳程当量直径DmD=0.099横过管束的流通截面积AA0.05壳程流体流速um/su=8.9壳程雷诺数ReRe=40666.315壳程流体给热系数oW/()o=0.3620098.11折流板圆缺部分的换热管数nw切口上管子按圆弧比计入26值按表4-40.112折流板圆缺部分流通面积Ab0.0157折流板圆缺区流体流速ubm/s24.2圆缺区平均流速umm/sum=14.8壳程进出口处流速uNsm/suNs=11.94壳程摩擦因子fo查图4-40.041折流板间错流管束压降pPap=4 fo865.19圆缺部分压降pPap=1592.47进出口局部压降pPap=1.5186.05壳程压降pPap=p+p+p2634.71壳程最大允许压降pPa查表4-335000合理校核壳程压降pp合理9，总传热系数计算内容或项目符号单位计算公式或来源结果备注管内污垢热阻/W查表4-535.210-5管外污垢热阻/W查表4-535.210-5换热管材料导热系数W/(m)查表3448.85管壁热阻/W5.7110-5总传热系数KW/()按式4-22864.810传热面积与壁温核算计算内容或项目符号单位计算公式或来源结果备注需要传热面积AA=35.37实有传热面积A实A实=nd(L-2S)设管板厚度为0.03m41.85校核传热面积AA =A实/ A1.18热流体传热面积按式4-25126.5冷流体传热面积按式4-2658.9管壁计算温度按式4-2492.7校核管壁温度=-0.7结论设计符合要求2.1.4详细结构设计与强度设计确定所有零部件的尺寸和材料，并对换热设备所有受压元件进行强度计算1， 换热流程设计：采用壳程为单程，管程为双程的结构型式2， 换热管及其排列方式：采用252.5的无缝钢管，材料为20G号钢。换热管排列方式为三角形排列，共排换热管144根，另外再设6拉杆。3， 折流板：采用通用的单弯形折流板，材料为Q235-B钢，板厚4mm，板数14块。4， 拉杆：采用Q235-B钢，16mm，共 6根5， 筒体：材料采用Q345R钢，筒体内径500mm，厚度由GB150钢制压力容器标准计算得到6， 封头：采用标准椭圆封头，材料采用Q345R钢7， 管板：采用固定管板，其厚度可以按照GB151管壳式换热器标准进行设计，材料采用16MnII钢确定了换热器的结构以后，必须对换热器的所有受压元件进行强度计算。对钢制的换热器，按照GB150钢制压力容器标准进行设计。结果如表4-62.2 结构设计按照GB150-1998钢制压力容器进行结构设计计算。2.2.1筒体(1) 筒体内径:600mm计算压力：P=1.7MPa 设计温度取228 C筒体材料：Q345R 焊接接头系数 =1.0钢板厚度负偏差C1=0.3,腐蚀裕量C2=1.0mm,厚度附加量C= C1+ C2=1.3mm.筒体的计算厚度计算d = = 2.8mm考虑厚度附加量并圆整至钢板厚度系列，得材料名义厚度dn = 6mm.强度校核 有效厚度de =dn - C1- C2=4.7mmst = = 109.36 MPa s f= 183.00 MPa符合强度要求。（2）根据筒径选用非金属软垫片：石棉橡胶板 垫片厚度：3mm 垫片外径:642mm 垫片内径：604mm根据筒体名义厚度选用甲型平焊法兰（JB4702） 法兰材料：Q345R DN法兰外径中心孔直径法兰厚度螺栓孔直径螺纹规格螺栓数量600mm730mm690mm40mm23mmM2024表3-2 筒体法兰数据2.2.2封头封头内径：600mm设计压力：P=0.4MPa 设计温度取35 C封头材料：Q345R 焊接接头系数 =0.85钢板厚度负偏差C1=0.3,腐蚀裕量C2=1.0mm,厚度附加量C= C1+ C2=1.3mm.封头的计算厚度计算选用标准椭圆形封头，K=1.0d = =0.75mm考虑厚度附加量并圆整至钢板厚度系列，取封头名义厚度与筒体厚度相同，得材料名义厚度dn = 6mm.强度校核 有效厚度de =dn - C1- C2=4.7mmst = =25.63MPas f=189MPa符合强度要求。根据筒径选用标准椭圆形封头直边高：25mm 曲边高：125mm 壁厚：6mm2.2.3管程接管补强计算（按照GB150-1998 等 面 积 补 强 法）接管：159 6 材料：20G = =0.8mmd=150.2mm=6mm mm0.78=425.8 mm2补强满足要求,不需另加补强。2.2.4壳程接管补强计算（按照GB150-1998 等 面 积 补 强 法）接管：219 6 材料：20G = =1.44mmd= 210.2mm=6mm mm0.765=594.35mm2所增加的补强金属截面积补强圈材料Q345R，外径300mm，厚度6mm补强满足要求。2.2.5换热管（GB151-1999）管子材料：20G 根据上节中计算的管子内径选用尺寸：252.5 管长：4500 根数：238实排根数：244（外加6根拉杆） 排列形式：正三角形 中心距：32 管束中心排管数：17 长径比：9 2.2.6折流板（GB151-1999）材料：Q235-B 形式：单弓形 外直径：600 管孔直径：25.4缺口弦高：120mm 间距：300 mm 板数：14 厚度：4mm2.2.7拉杆（GB151-1999）直径：16 螺纹规格：M16 根数；62.3SW6软件校核2.3.1 固定管板换热器设计计算2.3.2前端管箱筒体计算2.3.3 前端管箱封头计算2.3.4后端管箱筒体计算2.3.5 后端管箱封头计算2.3.6壳程圆筒计算2.3.7开孔补强计算2.3.8延长部分兼作法兰固定式管板2.3.9管箱法兰计算固定管板换热器设计计算计算单位南京工业大学设 计 计 算 条 件 壳 程管 程设计压力 1.5MPa设计压力 0.3MPa设计温度 230设计温度 30壳程圆筒内径Di600 mm管箱圆筒内径Di600mm材料名称Q345R材料名称Q345R 简 图计 算 内 容壳程圆筒校核计算前端管箱圆筒校核计算前端管箱封头(平盖)校核计算后端管箱圆筒校核计算后端管箱封头(平盖)校核计算开孔补强设计计算管板校核计算前端管箱封头计算计算单位 南京工业大学计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 0.30MPa设计温度 t 30.00 C内径 Di 600.00mm曲面深度 hi 125.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 189.00MPa试验温度许用应力 s 189.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 PT = 1.25Pc= 0.3750 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 46.37MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.2933计算厚度 dh = = 0.72mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 3.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 6.00mm结论 满足最小厚度要求重量 18.95 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 1.52833MPa结论 合格后端管箱封头计算计算单位 南京工业大学计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 0.30MPa设计温度 t 30.00 C内径 Di 600.00mm曲面深度 hi 125.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 189.00MPa试验温度许用应力 s 189.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 PT = 1.25Pc= 0.3750 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 46.37MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.2933计算厚度 dh = = 0.72mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 3.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 6.00mm结论 满足最小厚度要求重量 18.95 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 1.52833MPa结论 合格壳程圆筒计算计算单位南京工业大学计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 1.60MPa设计温度 t 230.00 C内径 Di 600.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 189.00MPa设计温度许用应力 st 173.40MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 2.78mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 4.70mm名义厚度 dn = 6.00mm重量 403.41Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 1.8750 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 120.62 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 2.69549MPa设计温度下计算应力 st = = 102.93MPastf 173.40MPa校核条件stf st结论 筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度6.00mm,合格开孔补强计算计算单位南京工业大学接 管: N1, 1596计算方法: GB150.3-2011等面积补强法，单孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.4MPa设计温度30壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数0.85壳体内直径 Di600mm壳体开孔处名义厚度n8mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t189MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角() 0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角() 接管实际外伸长度 150mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管材料 20(GB6479)接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 0.4mm补强圈材料名称 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 mm补强圈外径 mm补强圈厚度 mm接管厚度负偏差 C1t 0.6mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 151.38MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 149mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 0.7479mm接管计算厚度t 0.1945 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 0.8009开孔补强计算直径 d 149mm补强区有效宽度 B 298 mm接管有效外伸长度 h1 29.9mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 113mm2壳体多余金属面积 A1 728 mm2接管多余金属面积 A2 230mm2补强区内的焊缝面积 A3 12 mm2A1+A2+A3= 970mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 合格开孔补强计算计算单位南京工业大学接 管: N2, 2196计算方法: GB150.3-2011等面积补强法，单孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1.6MPa设计温度230壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di600mm壳体开孔处名义厚度n6mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C21mm壳体材料许用应力t173.4MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角() 0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角() 接管实际外伸长度 35.5mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管材料 20(GB6479)接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 1mm补强圈材料名称 Q345R凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 mm补强圈外径 300mm补强圈厚度 6mm接管厚度负偏差 C1t 0.6mm补强圈厚度负偏差 C1r 0.3mm接管材料许用应力t 122.6MPa补强圈许用应力t 173.4MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 210.2mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 2.781mm接管计算厚度t 1.3596 mm补强圈强度削弱系数 frr 1接管材料强度削弱系数 fr 0.707开孔补强计算直径 d 210.2mm补强区有效宽度 B 420.4 mm接管有效外伸长度 h1 35.5mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 592mm2壳体多余金属面积 A1 398 mm2接管多余金属面积 A2 153mm2补强区内的焊缝面积 A3 9 mm2A1+A2+A3= 560mm2 ，小于A，需另加补强。补强圈面积 A4462mm2A-(A1+A2+A3)32mm2结论: 合格不带法兰固定式管板计算(b) 设 计 单 位 南京工业大学 设 计 计 算 条 件简 图壳程圆筒设计压力Ps1.5MPa设计温度 t230平均金属温度 0装配温度 15材料名称Q345R设计温度下许用应力173.4MPa平均金属温度下弹性模量2.023e+05MPa平均金属温度下热膨胀系数1.076e-05mm/mm壳程圆筒内径 600mm壳 程 圆 筒 名 义 厚 度 6mm壳 程 圆 筒 有 效 厚 度 4.7mm壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di22.827e+05mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( DI+dn ) 8929mm2管箱圆筒设计压力0.3MPa设计温度 30材料名称Q345R设计温度下弹性模量2.01e+05MPa管箱圆筒名义厚度8mm管箱圆筒有效厚度6mm换热管材料名称20(GB9948)管子平均温度 t0设计温度下管子材料许用应力 122.6MPa设计温度下管子材料屈服应力 184MPa设计温度下管子材料弹性模量 1.892e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量 2.023e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数1.076e-05mm/mm管子外径 d25mm管子壁厚2.5mm管子根数 n150换热管中心 S37.5mm一根管子金属横截面积176.7mm2换热管长度 L1 4500mm换热管有效长度(两管板内侧