毕业设计（论文）-1500TD合成氨工艺耐硫变换工段第一换换热器设计.doc

I 毕业设计 论文 任务书 毕业设计 论文 题目 1500t d合成氨工艺耐硫变换工段第一变换换热器 毕业设计 论文 要求及原始数据 资料 毕业设计的主要目的是培养和训练学生综合运用所学知识独立进行过程设 备设计 控制方案制定及和制造中技术问题处理的能力 毕业设计环节要求学 生完成以下任务 1 了解合成氨生产工艺 掌握耐硫变换 转化 变换或煤气水分离工段的工艺流 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 查阅翻译综合分析各种文献资料 进行设计方法和设计方案的可行性研究和 论证 4 设计计算以手算 电算相结合 要求设计思路新颖 计算数据准确 可靠 且正确掌握计算机操作和专业软件使用 5 采用CAD绘制所设计的工程图纸 6 毕业设计全部工作由设计者独立完成 设计数据 物 料温度 进口 出口 操作压力 MPa 体积流量 N hr 3 m 粗煤气 180 4 2002 9776147240 变换煤气 248 8 228 62 7941184904 II 毕业设计 论文 主要内容 具体内容包括 1 合成氨生产工艺 耐硫变换 转化 变换或煤气水分离工段工艺流程及控制方 法设计 2 评述所设计的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 如 管径 管长 管子数 管壳程 数 壳径等 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 8 编制设计说明书 III 学生应交出的设计文件 论文 1 设计说明书一份 2 合成氨生产工艺物料流程图 耐硫变换 转化 变换或煤气水分离工段工艺物 料流程图各一张 A1 总装配图一张 A1 零部件图不少于四张 折合 A1 图纸 3 相关题目中文文献综述一篇 译文一篇 IV 主要参考文献 资料 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 GB151 99 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 1987 4 国家压力容器标准化委员会 压力容器 GB150 2011 5 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 1985 6 化工部第六设计院 化工设备图样技术要求 上 下册 化工部设备设计技术 中心站 2000 7 石油化学工业部化工设计院 小氮肥厂工艺设计手册 石油化学工业出版社 1979 8 化学工业部设备技术中心站 全国压容器标准化技术委员会 化工设备标准手册 共4册 1997 9 过程装备成套设计 化学工业出版社 2002 10 过程装备成套技术课程设计指南 化学工业出版社 2002年工业出版社 2002 11 国家压力容器标准化委员会 钢制焊接压力容器及标准释义 JB T4735 1997 12 国家压力容器标准化委员会 压力容器用锻件 压力容器用镍铜合金 JB4726 4728 JB4741 4743 2000 13 国家压力容器标准化委员会 钢制管法兰 垫片 紧固件 HG 20592 20635 2009 14 国家压力容器标准化委员会 钢制压力容器焊接工艺评定 钢制压力容器焊接规程 钢制压力容器产品焊接试板的力学性能测试 JB4708 JB T4709 JB4744 2000 15 国家压力容器标准化委员会 压力容器法兰 GB4700 4707 2000 16 国家压力容器标准化委员会 压力容器波形膨胀节及标准释义 GB16749 1997 17 国家压力容器标准化委员会 容器支座 JB T4712 4713 4724 4725 92 18 国家压力容器标准化委员会 换热器基本参数 JB T4714 4720 JB4721 JB T4722 4723 92 19 国家压力容器标准化委员会 压力容器封头 GB T25198 2010 20 国家压力容器标准化委员会 固定式压力容器安全技术监察规程 2010 专业班级 学生 要求设计 论文 工作起止日期 指 导 教 师 签字 日期 教研室主任审查签 字 日期 系 主 任 批 准 签字 日期 V 摘摘 要要 本次设计在安全前提下 以经济实用为原则 从原始数据开始经工艺计算 机械 设计和强度校核三步详尽地阐述了本台换热器的设计过程 此设计过程有五个部分 绪论 工艺计算 机械设计 强度校核和技术条件的编 制 在绪论中主要叙述了合成氨生产工艺中的耐硫变换工段W 301所在的工段工艺流程 变换煤气冷却的工艺说明 控制方案的设计主要是通过对整体设备的综合分析 确定 设备的控制方案 达到自动控制目的 工艺计算主要是通过对热量负荷的计算得到换 热器的传热面积 初步确定换热器的基本尺寸 为下一步提供依据 机械设计主要任 务是在设计条件下 从主体到部件 进行材料和零部件的设计入手 设计合理的结构 强度校核是在满足工艺条件的要求下 对所设计的设备进行强度校核 以便生产可以 顺利的进行 关键词关键词 换热器 工艺计算 机械设计 VI AbstractAbstract The premise of the design in a safe economical and practical to the principle of starting from the raw data calculated by the technology mechanical design and strength check of this three step detail on the design of heat exchanger units The design process has five parts Introduction process computing mechanical design strength check and the establishment of technical conditions Described in the introduction the main production process of transformation of sulfur tolerant shift in W 301 is located in the section in process transform Sulfur tolerant shift Control program design mainly through a comprehensive analysis of the overall device to determine the device s control program to achieve automatic control purposes process mainly through the calculation of heat load on the calculated heat transfer area of heat exchanger heat exchanger initially defined basic dimensions provide the basis for the next step mechanical design major tasks is to design conditions from the principal to parts materials and components designed to start with design and reasonable structure strength check is to meet the conditions of the request The design of the equipment on the strength check so production can proceed smoothly KEY WORDS HEAT EXCHANGER PROCESS CALCULATION MECHANICAL DESIGN VII 摘摘 要要 III ABSTRACT III 1 1 绪绪 论论 3 1 1 合成氨的工艺流程 3 1 2耐硫变换工段说明 3 1 3第一变换热交换器 W 301 设计说明 3 2 2 工艺计算工艺计算 3 2 1壳程介质物性计算 3 2 1 1壳程介质比热容 3 2 1 2壳程介质黏度 3 2 1 3壳程介质导热系数 3 2 1 4壳程介质密度 3 2 2管程介质物性计算 3 2 2 1管程介质比热容 3 2 2 2管程介质黏度 3 2 2 3管程介质导热系数 3 2 2 4管程介质密度 3 2 3换热器选型 3 2 3 1初算换热面积 3 2 3 2初选换热器类型 3 2 4 总传热系数总传热系数 3 2 4 1物质流速 3 2 4 2管程对流传热系数 3 2 4 3壳程的对流传热系数 3 2 5压力降校核 3 2 5 1管程压力降校核 3 2 5 2壳程压力降校核 3 3 机械设计机械设计 3 3 1设计压力 3 3 2设计温度 3 3 3金属壁温的确定 3 3 3 1管程金属壁温的确定 3 3 3 2壳程金属壁温的确定 3 3 4接管设计 3 3 4 1管程进出口设计 3 VIII 3 4 2壳程进出口设计 3 3 4 3排气 排夜管设计 3 3 4 4接管外伸长度设计 3 3 5接管法兰的选取 3 3 5 1接管法兰的接口形式及标记 3 3 6接管法兰垫片选用 3 3 7钢制管法兰紧固件 3 3 8接管与筒体的连接 3 3 8 1筒体与封头的连接 3 3 8 2接管与同的连接 3 3 9管箱接构设计 3 3 9 1封头设计选型 3 3 9 1 1封头材料选择 3 3 9 1 2封头尺寸 3 3 9 2管箱法兰的选取 3 3 9 2 1管箱法兰材料选取 3 3 9 2 2法兰尺寸 3 3 9 3管箱垫片 3 3 9 4螺柱与螺母的选择 3 3 10管板设计 3 3 10 1管板的结构形式急尺寸 3 3 10 2管板上的布管设计 3 3 10 3换热管规格尺寸及换热管孔尺寸 3 3 10 4拉杆孔的设计 3 3 11筒体设计 3 3 11 1筒体材料的选择 3 3 11 2筒体壁厚的计算 3 3 12换热管设计 3 3 13拉杆与定距管设计 3 3 14折流板设计 3 3 15防冲挡板的设计 3 3 15 1防冲挡板的位置确定 3 3 15 2防冲挡板的材料 3 3 16保温层设计 3 3 17支座设计 3 3 17 1支座的选型与材料选择 3 3 17 2支座承受载荷计算 3 3 17 3支座结构尺寸 3 3 17 4支座的安装尺寸 3 3 18压力试验 3 4 强度校核强度校核 3 5 5 技术条件的编制技术条件的编制 3 IX 5 1 技术条件的说明 3 5 1 1 钢材 3 5 1 2 焊接 3 5 1 3 热处理 3 5 1 4 无损探伤 3 5 1 5 换热管的尺寸偏差 3 5 2 设备的技术条件 3 5 2 1装配图的计术条件 3 5 2 2 折流板技术条件 3 5 2 3 管板技术要求 3 5 2 4 鞍座技术要求 3 参考文献参考文献 3 结束语结束语 3 1 1 1绪绪 论论 本次设计是针对天脊集团合成氨生产工艺中的粗煤气变换系统中的第一变换热交 换器 W 301 的设计 天脊煤化工有限公司现在位于山西省潞城市 它的前身是山西 化肥厂 1997 年 山西化肥厂整体改制为天脊煤化工有限公司 经过十多年的发展 天脊集团的总资产已达 35 亿 年销售收入近 15 亿元 公司拥有年产合成氨 60 万吨 硝酸 81 万吨 硝酸磷肥 90 万吨 或硝酸磷肥 100 万吨 工业用多孔硝酸铵 20 万吨 尿素 45 万吨 硝酸铵钙 20 万吨 水泥 28 万吨 塑料编织袋及塑料编织品 4500 万余 条的生产规模 换热器又称热交换器 是冷 热流体间进行换热的设备 它广泛地应用于化工 石油 动力 食品 制药 冶金等工业部门 为适应不同的工作条件和物料特性 换 热器种类繁多 结构各异 用材多样 可根据生产工艺要求进行选择 在工业生产中 尤其是在石油 化工 轻工 制药 能源等工业生产中 常常需要把低温流体加热或 者把高温流体冷却 把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体 这些过程均和能量传 递有着密切联系 因而均可通过换热器来完成 换热设备性能的好坏直接关系到能源 利用率的高低 环保质量的好坏 1 1 合成氨的工艺流程合成氨的工艺流程 合成氨的反应式为 223 32NHNH 合成氨工艺流程图如下 原煤 变换 脱氧 化碳 压缩 脱碳 造气 除尘 脱硫 合成 二氧化碳 蒸汽 锅炉 空气 水 图 1 合成氨工艺流程图 2 对原料气的制取有许多种方法 它可以由分别制得的氢气和氮气混合而成 也可以 同时制得氢 氮混合气 煤和天然气等原料可制成含氢和氮的粗原料气 对于固体原料 煤和焦炭 通常采用气化的方法制取合成气 渣油可采用非催化部分氧化的方法获得 合成气 对气态烃类和石脑油 工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气 比如对 H2的 制取有煤气化法 烃类蒸汽转化法 重油部分氧化法 本次采用煤气化法制取 H2 而 对 N2来说一般是采用空气分离法制得 本次在 5800 和 1800 工段经过空气分离制得 N2 H2的制取过程为 原煤 煤处理系统 100 加压气化系统 200 粗煤气变换系统 300 煤气冷却系统 400 低温甲醇洗及冷冻系统 500 550 在这些过程中发生的主要反应式是 22 COCO Q 2 COCO Q 22 COOCO Q 22 CH OCOH Q 2 COOCO Q 24 2CHCH 2 2CCOCO Q 22 HCOCH O 从 300 工段出来的粗煤气的主要成分是 CO2 H2 CO CH4 H2S N2 O2及碳化 物等 除 H2 N2外 其它物质的存在对合成氨的催化剂均有毒害 会影响合成氨的 质量 还可能造成设备仪器的损坏等 需要进行脱除 直至百分之几的数量级为止 工段 400 的主要作用是将气体冷却 气体的成分基本没有变化 脱硫的方法很多 目前主要分为干法脱硫和湿法脱硫 干法脱硫有活性炭法 有 机硫加氢法和氧化锌法 湿法脱硫就是对含有大量 H2S 的气体采用溶液吸收法脱硫 可以分为化学吸收法和物理吸收法 化学吸收法又有碳酸钠 氨水 醇胺溶液吸收 物理吸收法有用冷甲醇吸收硫化氢 本次采用的就是物理吸收法中的用冷甲醇吸收硫 化氢 粗原料气经 CO 变换以后 变换气中除 H2外 还有 CO2 CO 和 CH4等组分 其中以 CO2含量最多 CO2既是氨合成催化剂的毒物 又是制造尿素 碳酸氢铵等氮肥的重要 原料 因此变换气中 CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求 一般采用溶液吸收法脱除 CO2 根据吸收剂性能的不同 可分为两大类 一类是 物理吸收法 利用 CO2能溶于水或有机溶剂的特性 如低温甲醇洗法 Rectisol 聚 乙二醇二甲醚法 Selexol 碳酸丙烯酯法 本次就是采用低温甲醇洗涤法 Rectisol 一类是化学吸收法 是利用碳酸钾 有机胺和氨水等碱性溶剂为吸收 剂 利用 CO2具有酸性而进行反应将其吸收 如热钾碱法 低热耗本菲尔法 活化 3 MDEA 法 MEA 法等 去除杂质的主要工段是在 500 和 550 即低温甲醇洗及冷冻系统 从 500 和 550 出来的气体除 H2外还有残余的 CH4 N2 CO 等杂物 经 CO 变换和 CO2脱除后的原料气中尚含有少量残余的 CO 和 CO2 为了防止对 氨合成催化剂的毒害 规定 CO 和 CO2总含量不得大于 10cm3 m3 体积分数 因此 原料气在进入合成工序前 必须进行原料气的最终净化 即精制过程 目前在工业生产中 最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法 深冷分离法主要 是液氮洗法 是在深度冷冻 3000mm时 取 即在3000 4200mm范围内取5 0 B LL 7 0 值 暂取LA 3604 且使 C C LL 34 1170mm C C LL 3 18压力试验压力试验 内压容器实验压力计算公式 壳程试验压力 管程实验压力 由于壳程实验压力小于管程实验压力 所以防止管程做水压实验时管板与管子焊接处 受压泄漏 应将壳程试验压力提高到4 09MPa 4 4强度校核强度校核 固定管板换热器设计计算固定管板换热器设计计算 计算单位压力容器专用计算软件压力容器专用计算软件 设设 计计 计计 算算 条条 件件 壳 程管 程 设计压力 ps 3 083 08MPa设计压力 pt 3 273 27MPa 设计温度 ts 265265 C 设计温度 tt 220220 C 壳程圆筒内径 Di 800800 mm管箱圆筒内径 Di 800800mm 材料名称 Q345Q345材料名称Q345Q345 35 简 图 计计 算算 内内 容容 壳程圆筒校核计算壳程圆筒校核计算 前端管箱圆筒校核计算前端管箱圆筒校核计算 前端管箱封头前端管箱封头 平盖平盖 校核计算校核计算 后端管箱圆筒校核计算后端管箱圆筒校核计算 后端管箱封头后端管箱封头 平盖平盖 校核计算校核计算 管箱法兰校核计算管箱法兰校核计算 开孔补强设计计算开孔补强设计计算 管板校核计算管板校核计算 前端管箱筒体计算前端管箱筒体计算计算单位压力容器专用计算软件压力容器专用计算软件 计算条件筒体简图 计算压力 Pc 3 273 27MPa 设计温度 t 220 00220 00 C 内径 Di 800 00800 00mm 材料 Q345Q345 锻材锻材 试验温度许用应力 163 00163 00MPa 设计温度许用应力 t 144 20144 20MPa 试验温度下屈服点 s 275 00275 00MPa 钢板负偏差 C1 0 000 00mm 腐蚀裕量 C2 2 002 00mm 焊接接头系数 1 001 00 厚度及重量计算 36 计算厚度 9 179 17 P D P ci t c 2 mm 有效厚度 e n C1 C2 10 0010 00 mm 名义厚度 n 12 0012 00 mm 重量 197 52197 52Kg 压力试验时应力校核 压力试验类型 液压试验液压试验 试验压力值 PT 1 25P 4 07004 0700 或由用户输入 t MPa 压力试验允许通过 的应力水平 T T 0 90 s 247 50247 50 MPa 试验压力下 圆筒的应力 T 164 84164 84 pD Tie e 2 MPa 校核条件 T T 校核结果 合格合格 压力及应力计算 最大允许工作压力 Pw 3 560493 56049 2 e t ie D MPa 设计温度下计算应力 t 132 43132 43 PD cie e 2 MPa t 144 20144 20MPa 校核条件 t t 结论 筒体名义厚度大于或等于筒体名义厚度大于或等于GB151GB151中规定的最小厚度中规定的最小厚度9 00mm 9 00mm 合合 格格 前端管箱封头计算前端管箱封头计算计算单位 压力容器专用计算软件压力容器专用计算软件 计算条件椭圆封头简图 计算压力 Pc 3 273 27MPa 设计温度 t 220 00220 00 C 内径 Di 800 00800 00mm 37 曲面高度 hi 200 00200 00mm 材料 Q345RQ345R 板材板材 设计温度许用应力 t 156 00156 00MPa 试验温度许用应力 167 00167 00MPa 钢板负偏差 C1 0 300 30mm 腐蚀裕量 C2 2 002 00mm 焊接接头系数 1 001 00 厚度及重量计算 形状系数 K 1 00001 0000 1 6 2 2 2 D h i i 计算厚度 8 438 43 KP D P ci t c 20 5 mm 有效厚度 e n C1 C2 9 709 70 mm 最小厚度 min 3 003 00 mm 名义厚度 n 12 0012 00 mm 结论 满足最小厚度要求满足最小厚度要求 重量 71 53 71 53 Kg 压 力 计 算 最大允许工作压力 Pw 3 760203 76020 2 0 5 t e ie KD MPa 结论 合格合格 38 后端管箱筒体计算后端管箱筒体计算计算单位压力容器专用计算软件压力容器专用计算软件 计算条件筒体简图 计算压力 Pc 3 273 27MPa 设计温度 t 220 00220 00 C 内径 Di 800 00800 00mm 材料 Q345RQ345R 板材板材 试验温度许用应力 167 00167 00MPa 设计温度许用应力 t 156 00156 00MPa 试验温度下屈服点 s 295 00295 00MPa 钢板负偏差 C1 0 300 30mm 腐蚀裕量 C2 2 002 00mm 焊接接头系数 1 001 00 厚度及重量计算 计算厚度 8 478 47 P D P ci t c 2 mm 有效厚度 e n C1 C2 9 709 70 mm 名义厚度 n 12 0012 00 mm 重量 197 52197 52Kg 压力试验时应力校核 压力试验类型 液压试验液压试验 试验压力值 PT 1 25P 4 07004 0700 或由用户输入 t MPa 压力试验允许通过 的应力水平 T T 0 90 s 265 50265 50 MPa 试验压力下 圆筒的应力 T 169 87169 87 pD Tie e 2 MPa 校核条件 T T 校核结果 合格合格 压力及应力计算 最大允许工作压力 Pw 3 737683 73768 2 e t ie D MPa 设计温度下计算应力 t 136 48136 48 PD cie e 2 MPa t 156 00156 00MPa 校核条件 t t 结论 筒体名义厚度大于或等于筒体名义厚度大于或等于GB151GB151中规定的最小厚度中规定的最小厚度9 00mm 9 00mm 合合 格格 39 后端管箱封头计算后端管箱封头计算计算单位 压力容器专用计算软件压力容器专用计算软件 计算条件椭圆封头简图 计算压力 Pc 3 273 27MPa 设计温度 t 220 00220 00 C 内径 Di 800 00800 00mm 曲面高度 hi 200 00200 00mm 材料 Q345RQ345R 板材板材 设计温度许用应力 t 156 00156 00MPa 试验温度许用应力 167 00167 00MPa 钢板负偏差 C1 0 300 30mm 腐蚀裕量 C2 2 002 00mm 焊接接头系数 1 001 00 厚度及重量计算 形状系数 K 1 00001 0000 1 6 2 2 2 D h i i 计算厚度 8 438 43 KP D P ci t c 20 5 mm 有效厚度 e n C1 C2 9 709 70 mm 最小厚度 min 3 003 00 mm 名义厚度 n 12 0012 00 mm 结论 满足最小厚度要求满足最小厚度要求 40 重量 71 53 71 53 Kg 压 力 计 算 最大允许工作压力 Pw 3 760203 76020 2 0 5 t e ie KD MPa 结论 合格合格 壳程圆筒计算壳程圆筒计算计算单位压力容器专用计算软件压力容器专用计算软件 计算条件筒体简图 计算压力 Pc 3 083 08MPa 设计温度 t 265 00265 00 C 内径 Di 800 00800 00mm 材料 Q345Q345 锻材锻材 试验温度许用应力 163 00163 00MPa 设计温度许用应力 t 137 30137 30MPa 试验温度下屈服点 s 275 00275 00MPa 钢板负偏差 C1 0 000 00mm 腐蚀裕量 C2 2 002 00mm 焊接接头系数 1 001 00 厚度及重量计算 计算厚度 9 079 07 P D P ci t c 2 mm 有效厚度 e n C1 C2 10 0010 00 mm 名义厚度 n 12 0012 00 mm 重量 1081 331081 33Kg 压力试验时应力校核 压力试验类型 液压试验液压试验 试验压力值 PT 1 25P 3 85003 8500 或由用户输入 t MPa 压力试验允许通过 的应力水平 T T 0 90 s 247 50247 50 MPa 试验压力下 圆筒的应力 T 155 93155 93 pD Tie e 2 MPa 校核条件 T T 校核结果 合格合格 压力及应力计算 41 最大允许工作压力 Pw 3 390123 39012 2 e t ie D MPa 设计温度下计算应力 t 124 74124 74 PD cie e 2 MPa t 137 30137 30MPa 校核条件 t t 结论 筒体名义厚度大于或等于筒体名义厚度大于或等于GB151GB151中规定的最小厚度中规定的最小厚度9 00mm 9 00mm 合合 格格 开孔补强计算开孔补强计算 计算单位 压力容器专用计算软件压力容器专用计算软件 接 管 400400 1212计 算 方 法 GB150 1998 等 面 积 补 强 法 单 孔 设 计 条 件简 图 计算压力 pc 3 083 08MPa 设计温度 265265 壳体型式圆形筒体圆形筒体 壳体材料 名称及类型 Q345Q345 锻件锻件 壳体开孔处焊接接头系数 1 1 壳体内直径 Di 800800mm 壳体开孔处名义厚度 n 1212mm 壳体厚度负偏差 C1 0 0mm 壳体腐蚀裕量 C2 2 2mm 壳体材料许用应力 t 137 3137 3MPa 接管实际外伸长度 200200mm 接管实际内伸长度 1212mm接管材料Q345Q345 接管焊接接头系数 1 1 名称及类型管材管材 接管腐蚀裕量 2 2mm补强圈材料名 称 Q345RQ345R 凸形封头开孔中心至 mm 补强圈外径 680680 mm 42 封头轴线的距离补强圈厚度 1010 mm 接管厚度负偏差 C1t 1 51 5mm补强圈厚度负偏差 C1r 0 30 3mm 接管材料许用应力 t 114 3114 3MPa补强圈许用应力 t147147MPa 开 孔 补 强 计 算 壳体计算厚度 9 0759 075mm接管计算厚度 t5 1355 135 mm 补强圈强度削弱系数 frr 1 1接管材料强度削弱系数 fr 0 8320 832 开孔直径 d 383383mm补强区有效宽度 B766766 mm 接管有效外伸长度 h1 67 7967 79mm接管有效内伸长度 h21010 mm 开孔削弱所需的补强面积 A 35023502mm2壳体多余金属面积 A1351 7351 7 mm2 接管多余金属面积 A2 488488mm2补强区内的焊缝面积 A3100100 mm2 A1 A2 A3 939 7939 7 mm2 小于 小于A A 需另加补强 需另加补强 补强圈面积 A4 27162716mm2A A1 A2 A3 25622562mm2 结论 补强满足要求 补强满足要求 延长部分兼作法兰固定式管板延长部分兼作法兰固定式管板 设计单 位 压力容器专用计算软件压力容器专用计算软件 设 计 计 算 条 件 简 图 设计压力 ps3 083 08MPa 设计温度 Ts 265265 C 平均金属温度 ts0 0 C 装配温度 to1515 C 壳材料名称 Q345Q345 设计温度下许用应力 t 137 3137 3Mpa 程 平均金属温度下弹性模量 Es 2 07e 02 07e 0 5 5 Mpa 平均金属温度下热膨胀系数 s1 076e 1 076e 0505 mm mm C 圆 壳程圆筒内径 Di 800800mm 壳 程 圆 筒 名义厚 度 s 1212mm 43 壳 程 圆 筒 有效厚 度 se 1010mm 筒壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef 1 928e 051 928e 05MPa 壳程圆筒内直径横截面积 A 0 25 Di25 027e 055 027e 05mm2 壳程圆筒金属横截面积 As s Di s 2 545e 042 545e 04mm2 管 设计压力pt 3 273 27MPa 箱 设计温度Tt 220220 C 圆材料名称 Q345Q345 筒 设计温度下弹性模量 Eh 2e 052e 05MPa 管箱圆筒名义 厚度 管箱为高颈法兰取法兰颈部大小端平均值 h 32 2532 25mm 管箱圆筒有效 厚度 he 30 2530 25mm 管箱法兰设计温度下弹性模量 Et 2e 052e 05MPa 材料名称 Q345Q345 换 管子平均温度 tt 0 0 C 设计温度下管子材料许用应力 tt114 3114 3MPa 设计温度下管子材料屈服应力 st 171 8171 8MPa 热设计温度下管子材料弹性模量 Ett 1 928e 051 928e 05MPa 平均金属温度下管子材料弹性模量 Et 2 07e 052 07e 05MPa 平均金属温度下管子材料热膨胀系数 t1 076e 051 076e 05 mm mm C 管管子外径 d 1919mm 管子壁厚 t 2 2mm 44 管子根数 n 797797 换热管中心距 S 2525mm 换 一根管子金属横截面积ad tt 106 8106 8mm2 换热管长度 L 45004500mm 管子有效长度 两管板内侧间距 L1 43644364mm 管束模数 Kt Et na LDi 50485048MPa 管子回转半径 2 t 2 2 25 0 ddi 6 0526 052mm 热 管子受压失稳当量长度 lcr528528mm 系数Cr t s t t E 2 148 8148 8 比值 lcr i 87 2587 25 管子稳定许用压应力 i l C cr r 2 2 2 il E cr t cr MPa 管 管子稳定许用压应力 C l i cr r r cr t s cr C il 2 1 2 60 7260 72MPa 材料名称 Q345RQ345R 设计温度 tp265265 C 45 管 设计温度下许用应力 r t137 3137 3MPa 设计温度下弹性模量 Ep 1 928e 051 928e 05MPa 管板腐蚀裕量 C2 4 4mm 管板输入厚度 n 6868mm 管板计算厚度 63 763 7mm 隔板槽面积 包括拉杆和假管区面积 Ad 0 0mm2 板管板强度削弱系数 0 40 4 管板刚度削弱系数 0 40 4 管子加强系数 K K D E naE L 2 1318 i tp 3 8743 874 管板和管子连接型式焊接焊接 管板和管子胀接 焊接 高度l 3 3mm 胀接许用拉脱应力 q MPa 焊接许用拉脱应力 q 57 1557 15MPa 管材料名称 Q345Q345 管箱法兰厚度 f 7070mm 法兰外径 Df 995995mm 箱基本法兰力矩 Mm 9 458e 079 458e 07N mm 管程压力操作工况下法兰力 Mp1 096e 081 096e 08 N mm 法兰宽度 2 iff DDb 97 597 5mm 法 比值 h i D 0 037810 03781 比值 f i D 0 08750 0875 系数 按 h Di f Di 查 图25 C 0 000 00 兰 系数 按 h Di f Di 查 图 26 0 0095640 009564 旋转刚度 22 12 1 h 3 i f fi f f f E DbD bE K 178 8178 8MPa 材料名称 Q345RQ345R 46 壳 壳体法兰厚度 f 34 34mm 法兰外径 Df 995995mm 体 法兰宽度 2 ffi DDb 97 597 5mm 比值 s i D 0 01250 0125 法 比值 f i D 0 0425 0 0425 系数 按 h Di f Di 查 图25 C 0 000 00 兰 系数 按 h Di f Di 查 图26 0 00015290 0001529 旋转刚度 22 12 1 s 3 i fi f E DbD bE K ff f 0 4940 494 MPa 法兰外径与内径之比 KDD fi 1 2441 244 壳体法兰应力系数Y 按 K 查 表9 5 9 0279 027 旋转刚度无量纲参数 t f f K K K 4 7 686e 057 686e 05 膨胀节总体轴向刚度 2 2 2 E li t cr 0 0N mm 管板第一弯矩系数 按 查 图 27 KKf m1 0 0044850 004485 系 系数 m K K 1 f 15 1815 18 系数 按查 图 29 KtKf G2 2 9672 967 换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 Q E na E A t ss 3 3453 345 数 换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 LKAE LKAEnaE Qex exss exsst 管板第二弯矩系数 按K Q或查 图28 a 或 b Qexm2 3 1823 182 47 系数 带膨胀节时代替Q Qex 2 2 1 1 GQK m M 9 24e 059 24e 05 计 系数 按K Q或Qex 查图30 G3 0 01480 0148 法兰力矩折减系数 KKG ff 3 0 0051680 005168 管板边缘力矩变化系数 1 ff KK M 126 1126 1 算 法兰力矩变化系数 ff fKKMM 0 34840 3484 管管板开孔后面积 Al A 0 25 n d 2 2 767e 052 767e 05mm2 板 参 管板布管区面积 三角形布管 A nSA td 0866 2 正方形布管 AnSA td 2 4 314e 054 314e 05mm2 数 管板布管区当量直径 4 tt AD 741 1741 1mm 系数 AA l 0 55040 5504 系 系数 naA l 0 30770 3077 数 系数 s 04061 Q 5 1375 137 计 系数 带膨胀节时代替Q Qex 6 0 1 4 0 t Q 7 6917 691 算 管板布管区当量直径与壳体内径之比 t ti DD 0 92640 9264 管板周边不布管区无量纲宽度 k K 1 t 0 28510 2851 仅有壳程压力Ps作用下的危险组合工况 Pt 0 不计温差应力计温差应力 换热管与壳程圆筒热膨胀变形差 0 00 00 0 48 t t t t t t0 ss 0 当量压力组合 PP cs 3 083 083 083 08MPa 有效压力组合 tssa EPP 15 8215 8215 8215 82MPa 基本法兰力矩系数 M M D P m m ia 4 3 0 027010 027010 027010 02701 管板边缘力矩系数 1 MMMM m 0 038660 038660 038660 03866 管板边缘剪力系数 M 0 58670 58670 58670 5867 管板总弯矩系数 m mm 12 1 1 1791 1791 1791 179 系数仅用于 时G e1 m 0 KmGe 3 1 0 36810 36810 36810 3681 系数 G i 1 当 时 按K和m 查图31 a m 0 实线 当 时 按K和m 查图m 0 31 b 0 77470 77470 77470 7747 系数 0 G1m G1 max GG ei11 0 G1 m G1 max 11ie GG 6 4mm b 2 53 0 b b0 6 4mm DG D外 2b 螺 栓 受 力 计 算 预紧状态下需要的最小螺栓 载荷Wa Wa bDG y 569194 9569194 9N 操作状态下需要的最小螺栓 载荷Wp Wp Fp F 2342105 52342105 5 N 所需螺栓总截面积 Am Am max Ap Aa 12023 112023 1mm2 实际使用螺栓总截面积 Ab Ab 17723 517723 5 2 1 4 dn mm2 力 矩 计 算 54 操 FD 0 785pc i 2 D 1642848 91642848 9 N LD L A 0 5 1 48 848 8 mm MD FD LD 80088880 080088880 0 N mm 作 FG Fp 393530 5393530 5 N LG 0 5 Db DG 34 534 5 mm MG FG LG 13577020 013577020 0 N mm Mp FT F FD 304540 7304540 7 N LT 0 5 LA 1 LG 52 352 3 mm MT FT LT 15912336 015912336 0 N mm 外压 Mp FD LD LG FT LT LG 内压 Mp MD MG MT Mp 109578240 0109578240 0 N mm 预 紧 Ma W 3391117 53391117 5NLG 34 534 5mmMa W LG 116995424 0116995424 0 N mm 计算力矩 Mo Mp 与Ma ft f中大者 Mo 109578240 0109578240 0 N mm 螺 栓 间 距 校 核 实际间距 73 8 73 8 n D L b mm 最小间距 62 0 62 0 查GB150 98表9 3 min L mm 最大间距 183 2183 2 max L mm 55 形 状 常 数 确 定 132 66132 66hD 0i0 h ho 0 30 3 K Do DI 1 2441 244 1 9 1 9 10 由K查表9 5得 T 1 8211 821Z 4 6574 657Y 9 0279 027U 9 9209 920 整体法兰查图9 3和图 9 4 FI 0 866350 86635VI 0 299700 29970 0 006530 00653eF h I0 松式法兰查图9 5和图 9 6 FL 0 000000 00000VL 0 000000 00000 0 000000 00000eF h L0 查图9 7 由 1 o 得 f 1 858331 85833 整体法兰 2 1oo I h V U d 2125250 02125250 0 松式法兰 2 1oo L h V U d 0 00 0 0 20 2 f 1 3 d f e 1 1 461 46 T 0 800 80 1 611 61 1 3 4 e f 0 960 96 剪应力校 核 计 算 值许 用 值结 论 预紧状态 0 00 0 00 lD W i 1MPa n 8 0 1 操作状态 0 00 0 00 lD W i p 2MPa t n 8 0 2 输入法兰厚度 f 70 070 0 mm时 法兰应力校核 应 力 性 质 计 算 值许 用 值结 论 轴 向 应 力 142 64 142 64 i 2 1 o H D fM MPa 216 3216 3 或 15 f t 360 5360 5 按整体法25 n t 兰设计的任 意 式法兰 取 15 n t 校核合格校核合格 径 向 应 力 46 79 46 79 i 2 f 0 R 133 1 D Me f MPa 144 2 144 2 f t 校核合格校核合格 切 向 34 43 34 43 T 0 fi R M Y D Z 2MPa 144 2 144 2 f t 校核合格校核合格 56 应 力 综 合 应 力 5 0 5 0max THRH 94 7194 71 MPa 144 2 144 2 f t 校核合格校核合格 法兰校核结果校核合格校核合格 5 5 技术条件的编制技术条件的编制 5 15 1 技术条件的说明技术条件的说明 本次设计的设备按照 压力容器安全技术监察规程 进行制造 检验和验收 5 1 15 1 1 钢材钢材 1 受压元件用钢应符合的要求 2 压力容器法兰按进行选取 5 1 25 1 2 焊接焊接 1 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 2 角焊缝的焊角高度取较薄者的厚度 3 焊缝表面不得有裂痕 气孔弧坑和夹杂等缺陷 并不保留有熔渣和飞溅物 4 焊缝咬边高度不大于 0 5 咬边连续长度不大于 100 焊缝两侧咬边不超过该 焊缝长度的 10 5 角焊缝应圆滑过渡到母材的几何形状 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上打上焊工钢印 5 1 35 1 3 热处理热处理 对接焊缝 筒体 封头均不用进行热处理 封头与法兰 管子与管板需进行焊后 热处理 管箱也应进行焊后热处理 57 5 1 45 1 4 无损探伤无损探伤 根据规定中的条件 筒体纵焊缝以及封头与容器法兰的环焊缝进行 100 的射线探 伤 按 GB3328 82 的 级规定 其余焊缝进行渗透探伤 5 1 55 1 5 换热管的尺寸偏差换热管的尺寸偏差 1 筒体同一断面上最大直径之差不得超过 0 5 0 D 3 0mm 因 0 D 1200mm 其差值 不大于 5mm 管板管孔直径为 25 25mm 公差为 0 15mm 2 折流板管孔直径为 25 7mm 公差为 0 30mm 3 管板钻孔后 管桥宽度为 5 86mm 最小管桥宽度为 3 48mm 4 折流板名义外径为 N D 4 5 595 5mm 下偏差为 0 8mm 上偏差以不妨碍装配为 限 5 管子与管板的焊接 管子的伸出长度为 0 25mm 5 2 设备的技术条件 5 2 15 2 1装配图的计术条件装配图的计术条件 1 设备按 GB151 1999 进行制造 试验和验收 并接收国家劳动部颁发 压力容器 焊接工艺评定 的监察 2 筒体 封头及相连接的对接焊缝进行无损探伤 不得有未焊透缺陷 其余 100 渗透探伤 3 管板密封面与壳体轴线垂直公差为 1 0mm 4 设备制造完毕后 进行液压试验 壳体以 3 93MPa进行 对管程和封头也以 3 93MPa进行 5 2 25 2 2 折流板技术条件折流板技术条件 1 折流板平整 平面度