关 键 词：

F70 卧式 型管式 原油 预热器 机械设计 12 CAD 开题 报告 独家

资源描述：

F70卧式U型管式原油预热器机械设计含12张CAD图带开题报告-独家.zip,F70,卧式,型管式,原油,预热器,机械设计,12,CAD,开题,报告,独家

内容简介：

IF70 卧式 U 型管式原油预热器机械设计摘 要 在很多的工业部门换热器是被广泛应用到的工艺设备。在此次设计中主要针对操作的条件和传递介质的特性。这样设备可广泛用于温差较小，壳程的流体又比较干净，不容易产生污垢需要拆卸清洗的场合。此次进行设计的进程中,按GB151-1999钢制浮头式换热器对此换热器进行了依次的工艺计算、结构的设计也就是材料的选型和强度的计算设计，最后完成该设计的专题讨论。在此设计期间的强度计算过程中，按照针对温差而要求的具体数据，所以专门针对膨胀节而进行了特定的计算。此次设计的每层管子均采用正三角形排列的方式进行排列，因为这样的方式可以排更多的管子在同样的管板面积上，同时管的外表面传热系数也更大。但是因为是双管程的结构，所以需要采用矩形排列的方式在分程隔板的两侧。设计的最后经过检测查看此换热器是不是能满足介质换热的需要。关键词：换热器；U 型管式；结构特点；强度计算 IIABSTRACTThis design topic is the U type tube mechanical design of crude oil heater, the subject of temperature and pressure in the set, the design to be based on the parameters set in accordance with, and then refer to the relevant papers and documents, a U-shaped tube oil preheater structure design and technical requirements on computation and state standard design.According to the requirement of U type tubular crude oil preheater, the steps are set up. The contents of the design include the choice of heat exchange pipe, baffle plate, tie rod, tube box and so on. Structure design of tube, tube plate, flange and tie rod etc. Calculate the wall thickness and material strength test, etc. In the structural design, there are many factors to consider, such as the nature of the material, temperature and pressure required by the scope of the nature of the medium, maintenance difficulty and cleaning requirements, etc. Finally, according to the national standard, choose the reasonable structure form. At the same time according to the design structure of the CAD software to draw the required U type of crude oil preheater drawings. Technical requirements for drawings.In the U type tube type crude oil heater design process, the design should be in accordance with the relevant provisions of the state, such as pressure container tube shell type heat exchanger, etc., in the final design end to meet the provisions of the need. At the same time to consider the structure of the design to meet the requirements of production.Key words heat exchanger; U type pipe type; structure characteristic;strength calculationIII目 录1 绪论.11.1 本设计的选题的目的和意义 .11.2 换热器的主要类别 .11.3 U 型管式换热器简介 .11.3.1 U 型管式换热器的概述.21.3.2 U 型管式换热器的特点.21.4 课题设计的想法和主要说明 .21.4.1 设计想法 .21.5.2 设计说明 .22 U 型管式换热器的主要设计 .42.1 制造设备的工艺要求 .42.2 计算设备的尺寸大小 .42.2.1 结构初选计算 .42.2.2 管子数目的计算.4TN2.2.3 壳程直径的计算方法.5D2.2.4 计算 U 型管尺寸的大小 .52.3 管板和换热管之间的连接方式 .62.3.1 强度胀接 .62.3.2 强度焊 .62.3.3 胀焊并用 .62.4 管板与壳体的连接方式 .62.5 管板与管箱的连接方式 .72.6 双壳程形式结构 .83 设备材料选择要求和部分零部件的结构设计.93.1 换热管 .93.1.1 换热管的尺寸大小和形式结构.93.1.2 换热管的材料选择 .93.1.3 换热管排列及管心距 .93.2 折流板结构形式 .10IV3.2.1 折流板计算的几何参数 .103.2.2 折流板与壳体间隙计算大小 .103.2.3 折流板厚度大小 .103.2.4 折流板的管孔计算 .103.2.5 材料的选取要求 .103.3 拉杆与定距管计算 .113.3.1 拉杆的连接类型 .113.3.2 拉杆直径、数量和尺寸 .123.4 防冲板的要求 .123.5 进出口的设计要求 .123.5.1 接管外伸长度计算 .123.5.2 壳程接管位置最小尺寸的计算 .123.5.3 管箱接管位置最小尺寸计算 .133.5.4 接管在筒体和管箱壳体之间的连接 .143.6 管箱的计算 .143.6.2 管箱材料所需要的要求 .153.7 管板 .153.7.1 管板形式 .153.7.2 管板厚度和尺寸的最小选择 .153.7.3 管板孔的公差和直径公差 .163.7.4 管板材料选择 .163.8 封头、法兰与垫片的选择 .163.8.1 封头 .163.8.2 烟道气进、出口处的封头 .164 设备强度和检验的设计.174.1 壳体、管箱的壁厚计算 .174.1.1 壳体计算 .174.1.2 管箱计算 .184.2 法兰强度的检验 .184.2.1 垫片检验 .184.2.2 螺栓检验 .194.2.3 法兰检验 .204.2.4 法兰设计力矩 .21V4.3 管板厚度的大小 .214.3.1 管板计算 .214.3.2 尺寸的大小.214.3.3 管板应力计算 .224.3.4 操作力力矩的计算.234.3.5 法兰预紧力的计算.234.3.6 径行外力的计算.244.3.7 力矩 M 和延长部分在管板延长地应力的计算.244.3.8 校核计算.254.4 管子与管板连接拉脱力的校核 .264.4.1 换热管轴向应力 .264.4.2 管板和换热管之间连接的脱力计算 .264.5 开孔增加压强的计算 .274.5.1 概述 .274.5.2 壳体开孔补强要求 .274.6 鞍座设计检验 .284.6.1 计算鞍座的支撑反力 .284.6.2 筒体的轴向弯矩计算.294.6.3 圆筒向应力的计算 .294.6.4 圆筒的切向剪应力的计算 .314.6.5 圆筒周向应力的计算 .314.6.6 鞍座的应力检验 .324.6.7 鞍座的平均应力检验 .324.7 压力试验 .324.7.1 管程圆筒的计算 .324.7.2 壳程圆筒计算 .335 设计完成后的后续要求.345.1 简介 .345.2 材料验收 .345.3 制造管壳式原油预热器 .345.3.1 壳体圆筒的制造 .345.3.2 管箱制造 .345.3.3 管板制造 .35VI5.3.4 管孔加工 .355.3.5 管束制造与组装 .355.4 检验 .355.5 安装 .355.6 清洗 .355.7 检修 .365.8 容器的铭牌要求 .36结 论.38参考文献.39致 谢.401 绪论1.1 本设计的选题的目的和意义换热器是将冷物质传递热量，使温度达到工艺所要求的规定的指标而互相交换交换设备。换热器能实现能量之间传递，具有节能减排的作用，广泛使用在石油，电力，制药，化工，食品等行业。在化工和石油炼制装置中占数量总的 45%左右，总投资占企业的 35%到 45%之间。随着国家提出节能减排的政策，从而换热器的种类向着国家政策发展，现在的换热器主要是能够节能减排，提高能源的利用率，使企业的经济成本和回收得到最大化。1.2 换热器的主要类别换热器在国家工业生产中的范围比较广泛。在不同的介质、工况、温度、压力下，换热器分成了几下几类：(1) 板、管式换热器板、管式换热器是利用冷介质的传热通过金属或非金属而进行传热的热装置。这类换热器在企业中用量极大，广泛应用于各领域。这类换热器具有效率高、体积小、重量轻、可处理两种以上的介质、结构紧凑的优点。(2) 直接接触式换热器 将两种以上的介质通过传递能量，互相之间传递热量，是这种换热器的工作原理。而介质之间所接触的面积会直接对传热量的影响。所以这种又叫做混合式换热器。因为能帮助冷和热流体通过接触，之间的能量混合交换。所以这种直接接触式换热器能够在气体和液体两种介质中互相之间换热，比如冷却塔、冷却冷凝器等等。这种换热器具备结构简单，在相同的容积中传热的面积比较大，而且效率会很高，经济成本比较低等优点。但是不能两种介质流体互相混合的除此情况下的场所进行换热。（3）蓄能量式换热器 将固定物质，加热此固定物质达到需要的温度然后把热量传递给介质，这种工作方法是蓄能式换热器的工作原理。1.3 U 型管式换热器简介U 型管换热器是管壳式的一种。属于化工设备，主要是由管箱，管束，壳体组成。因为换热管是 U 形而得此名字。而且 U 型换热器只有一个管板，管子只固定在这一个管板上面。主要特点是管束可以伸缩，不会因为温度的温差而产生热应力，性能补偿性比较好。管程是双管程，流速高流程长，性能好，承压能力强，便于维护和检修。所以造价比较便宜。但是管内清洗和维护比较困难，管子比较难更换，而且管子的弯曲半径不能太小，里面结构也不紧凑，易造成短路，而且管子不能太多，存在间隙易腐蚀。而且弥补管壁的减薄，管子需用壁较厚的管子，这就影响使用场合。温差较大管子内壁易结垢，清洗不易。不易在高温高压腐蚀强的情况运行。 这类换热器型式基本参数国家标准化，中石化浮头式换热器、冷凝器 U 型管式换热器系列-型式与参数 （第三版）2006.8 、JB/T4717-92、 设计制造应遵循GB151-1999管壳式换热器等标准。1.3.1 U 型管式换热器的概述U 型换热器的结构设计，要考虑材料，压力，温度，温差，流体的性质等来选择一些合适的结构形式。1.3.2 U 型管式换热器的特点U 型管式换热器只有一块管板，无浮头，所以结构简单，造价比较便宜。管束可以从壳体内抽出，管外便于清洗，但管内清洗困难，管内介质必须易清洁而且不易结垢。管子的弯曲曲率不同，管子长度不一。管子因渗漏而堵死后，传热效果不理想。U 型管式换热器，使用在压力较高的情况下，在弯道段的壁厚要加厚，以弥补弯管后管壁的减薄。1.4 课题设计的想法和主要说明1.4.1 设计想法这次老师给我们的课题任务是设计管壳式换热器。设计的中心思想是设计此设备的强度和结构的设计。结构设计考虑的东西比较多，因为要选择比较合理而且经济比较合理的结构型号。而且要从检修，装配，交通等因素来要求此设计。而强度的设计要求包括结构的尺寸大小，强度的变化，刚度的硬度和材料的选择等要求。充分考虑壁厚的大小，得出压力的参考要求，从而在腐蚀强度上得到主要的参数对照。1.5.2 设计说明 设计需要按照国家的标准来进行参考，充分考虑成本的大小，效率的高低等要求，从而能够在生产中得到安全保障，在设计中，要参考下面的国家标准：(1) 设计的要求要按照国家标准进行设计，主要参考 GB150-1999钢制压力容器和 GB151-1998管壳式换热器 。因此在计算数据时要参考。(2) 设计的要求要达到加工工艺所提供的要求，设计过程中的流程和装置要确保质量的合格，而且要考虑介质速度和效率的高效。(3) 要提倡和遵守国家节能减排的政策，要充分考虑经济上面的要求，如材料的使用率，交通运输的选择，在保证设备质量合格的情况下，能够在经费上面得到最合理的范围。2 U 型管式换热器的主要设计根据课程需求选择如图 1 的设备结构图： 2.1 制造设备的工艺要求根据指导老师提供的任务说明书，提供的数据显示需要有工作介质，设计与工作温度，设计与工作的压力，焊缝所要求的系数，腐蚀的余量和所需要的换热面积。而我所设计的设备中工作介质在壳程中是原油，在管程中甲苯。设计温度在壳程中是75，在管程中 145。工作温度在壳程中是 92，在管程中 645。设计压力在壳程是 1.5MPa，在管程是 1.6MPa。设计压力在壳程是 1.45MPa，在管程是 1.55Mpa。焊缝系数在壳程中是 0.85，在管程中是 0.85。腐蚀余量在壳程中是 3，在壳程中是 2。换热面积在壳程中 70，在管程没有要求。2.2 计算设备的尺寸大小2.2.1 结构初选计算传热管外径：00.025dmm传热管长度：6Lm传热管选型：双壳程管程。2.2.2 管子数目的计算TN传热管所要求的规定为，管子长度，传热管数目为2256000LmmTN （根） (1)02906160.025 6pTANd L2.2.3 壳程直径的计算方法D根据要求得到管心矩的大小为001.25td (2)mmt312525. 1根据上式得出换热管中心距取31mm管束中心线的算法为： （根） (3)276161.1cn因为使用的是双管程结构，所以内径的大小为： (4) mmdntDc8822532127323210得到半径大小为900DNmm2.2.4 计算 U 型管尺寸的大小 (1)因为U形管的弯曲半径应不小于两倍的换热管外径，换热管的最小弯曲半径min可按GB151-1999表11选取，取min=50mm。参考(图2)RR 图2 U形管 (2)U形管弯管弯曲前的最小壁厚按下式计算： 0 =1 (5) )41 (Rd其中，d=28mm，min=50mm，1=1.9mm，代入上式得：0=2.35mm，圆整取RR2.5mm。2.3 管板和换热管之间的连接方式因为在原油预热器中，利用焊接的方法来使管板和换热管之间的连接。因为焊接在加工中时间比较长，要求的质量也高。根据换热管和管板之间的焊接结构，组要是强度胀接，胀焊并用和强度焊这三种方式。2.3.1 强度胀接因为这种连接方式对温度和压力要求较高，两种条件必须在范围比较小的情况下才能实现这种焊接方式，根据规定压力的大小不能超过而且温度的大小不能超4MPa过 300。假如温度升高会造成生产效率的降低，从而对设备造成腐蚀。对管板硬度的选择要硬度值要高于平常材料的硬度值。但这种焊接方式比较简单，而且修理方式比较简单，这所要求的环境条件下比较适合这种算法。2.3.2 强度焊这种焊接方式的优点：焊接后设备的硬度质量好，发生意外的概率比较小，而且可以继续焊接，压力与温度范围较广，拥有标准的刀具来进行维修，管子的更换会更快，不需要开槽，使加工工作方便。2.3.3 胀焊并用这种焊接方式只能使用在质量要求比较高的场合，大多数情况下分为先胀后焊和先焊后胀两种方式。2.4 管板与壳体的连接方式连接方式主要有两种，一个是利用焊接的方式固定管板和壳体。而另一种也是通过焊接的方式，让壳体上的法兰和管箱上的法兰连接在一起，因为不是与壳体直接连接。根据本课题我们要采用的是第二种方法，从而根据我们课题的需要的压力和温度来选择。我的课题的设备选择兼作法兰的延长管板。延长部分兼作法兰的管板和壳体的连接方式，图（3）A 中这种缝隙叫做角焊缝，壁厚不能大于，而我们课程所要求11mm的壳程设计的压力只能小于，不能大于。在图（3）B 和 C 中本课题设计1MPa4MPa的壳程设计压力不能超过，不得大于。在图（3）D 和 E 中本课题的设计1MPa4MPa压力超过了。如果在介质中含有腐蚀性，则只会选择图（3）B 和图（3）D 这4MPa两种构造。因为本课题中带有砧板中存在的间隙结构形式图 3 兼作法兰管板与壳体的连接中，装置中的介质是水，不会对我们的原油预热器产生很大的腐蚀性。所以只能选择图（3）C 或图（3）E 两种形式。图 3 兼作法兰的管板与壳体的连接结构2.5 管板与管箱的连接方式根据本课题所提供的温度、温差和压力的大小，从而选择管箱管板之间的连接方式。U 型管原油预热器中连接方式比较不复杂的是法兰和管板之间的连接，因为平常加工中要求选择比较合适的密封面，而且要根据老师所提供的设计压力和温度来选择，从而选择比较正确的法兰结构。如图 4 可知：图 4 管板与管箱的连接结构2.6 双壳程形式结构主要将壳程变成两个一样的模式，而且在壳程中添加一个隔板，这种形式就是双壳程结构。在图5中，压力所决定隔板的厚度。而且厚度的大小一般是大于。而5mm且利用焊接的方式也可以连接纵向隔板和管板之间，重要的是缺口处的面积要比隔板介质之间流外的通道面积小。壳体与隔板之间一定要采用密封的结构，因为这种结构会使管束抽装方便，便于清洗。 图 5 双壳程结构3 设备材料选择要求和部分零部件的结构设计3.1 换热管3.1.1 换热管的尺寸大小和形式结构光管，焊接管，波节管等是换热管主要的管子类别。但是光管的材料比较简单而且成本低，经济实惠比较好。所以本次课题设计选用的是光管。大多数情况下，为了以后的维修和清洗带来方便，换热管的选择为的管子。25*2mm3.1.2 换热管的材料选择 碳素，合金，铜质，铝制都可以当成换热管的原材料，在特殊情况下可以对换热管进行强化加工。本装置根据说明书要求选择铜质材料换热管。 3.1.3 换热管排列及管心距。图 6 所示，大多数都是要用正三角形排列，有的间距相同情况是排列的管子比较多。而在此次设计中，壳程中用的是非腐蚀性介质变换气，好处就是清洗方便。但是因为结构是多管程的，所以排列方式是组合式。而在每个管程内采用的排列方式都是正三角形排列。因为要方便在各管程之间安装隔板，所以矩形排列方法比较合适。因此此次设计运用了正三角形的排列方式。图 6 换热管的排列方式本次设计的管子排列主要是对壳程里面的流体进行加热，需要较高的温度，所以选择正三角形排列。图（6）B。依据换热器设计手册表得出管心之间的距离为1 6 1833smm3.2 折流板结构形式换热器的壳程流体面积大，流体属于对流条件下，增大壳程的流速，提高表面传热面积，需要设计折流板分为横向和纵向两种折流板。3.2.1 折流板计算的几何参数在管排的下方，弓形折流板会有缺口。长度由弓形的高度和内圆的直径来做出选择，多数的圆筒内的直径的倍。是折流板间距不低于的长度要求。0.250.4550mm最大间距则需按照换热器设计手册表中的要求表中的规定值。起折流作1 635用时，最大间距应该高于壳体内径。系数为，切去高度。0.25mmh22590025. 0 根据要求860mm折流板数目： = (6)BN折流板间距传热管长18183.2.2 折流板与壳体间隙计算大小当介质在壳体和折流板之间的泄露越来越小，效率提高，这就说明壳体与外围间隙越来越少。根据换热器设计手册表 1-6-34 选取折流板的直径： (7)mmDND8946 3.2.3 折流板厚度大小换热管的长度对流板的大小主要是受到折流板厚度的影响，利用换热器设计手册表选取。1 6279mm3.2.4 折流板的管孔计算依据换热器设计手册表 1算出流板和公差，根据管束得出折流板管627 I孔的直径，mmd4 .254 . 03.2.5 材料的选取要求我们要设计温度，压力为，根据选择钢铁。751.5MPa150 1998GB235QB因为这种材料所设计的压力，温度为；而厚度的选择要小于P1.60MPa0 350是在壳体的制造中。且工作介质为液化石油气或者具有很大的腐蚀性，所以不25mm能选用这种设备。3.3 拉杆与定距管计算3.3.1 拉杆的连接类型连接形式有以下几种：利用焊接的连接是折流板和拉杆之间的连接，在拉杆进入管板中固定住，图 1（7）B 中可知。得出换热管的外径选择不能超过的管束。13mm 利用螺丝固定连接是拉杆和定距管之间的连接，定距管的作用是确定连接的 2位置。在图（7）D 所示。这种连接方式可以方便调节折流板的位置。 利用焊接和螺母控制，连接机制是插入管板的拉杆一端由螺母固定，如图 3（7）A 所示。利用焊接连接折流板，设置定距管要也可用换热管外径标准为的管子，不准超过。14mm螺栓拉杆的定距两端使用螺丝固定，另一种是在两折流板之间利用螺栓固定。 4图（7）D 中，解释了这两种方法，这两种方法都可以取得间距之间的准确数值。图（7） 拉杆连接类型 3.3.2 拉杆直径、数量和尺寸根据换热器设计手册表，和可得出直径的大小和数量多少，1 6361 637直径，数量 8 根。15dmm3.4 防冲板的要求防止外面介质对给出口流体换热管表面的冲刷，防止腐蚀，防护板的设计能够有效的保护换热器的使用寿命。依据中规定。防冲板最小厚度的确定，壳程进出口之间的直径不能151 1999GB小于时。但是对于碳质结构的钢材取，不锈钢为。根据国家规定，300mm4.4mm3mm防冲板必须要使用的材料为，厚度的选取必须为。234QB4.5mm3.5 进出口的设计要求进出口这种零件是安装在原油预热器中的壳体和管箱上面的附件。在壳体的上装有排气管。而且侧面会安装安全阀，安装的要求一定要看设计要求所提供的温度和压力大小。这些统称为进出口的设计。而且在设计过程中一定要考虑强度的影响。3.5.1 接管外伸长度计算 接管的长度，大多数是指法兰与壳体之间的长度大小。焊接或者法兰种类对其造成影响。3.5.2 壳程接管位置最小尺寸的计算位置的尺寸大小按照图（8） ，利用公式计算得出：图 8 壳程接管位置 带补强圈： (10)1/ 24 HLDbD mm 无补强圈： (11)1/ 24 HLdbD mm12 / HHbmmLL mmCmmD mmd mm管板厚度，；程管箱接管位置尺寸，；圈到体之的距离，；强圈外直，。接管外，。从而计算出我们所要设计的接管的高度：水进口高度，接管的水出口高度150mm。烟道气进口高度，接管的出口高度。压力表的高度为，150mm150mm150mm100mm管箱中排污口高度为，排气口高度100mm100mm3.5.3 管箱接管位置最小尺寸计算接管位置的尺寸大小下图（9）所示：图（9） 接管位置 带补强圈： (12)2/ 2 HfLDhC mm 无补强圈： (13)2 / 2 HfLDhC mm12 / HHbmmLL mmCmmD mmd mm管板厚度，；程管箱接管位置尺寸，；圈到体之的距离，；强圈外直，。接管外，。 在设计中，设备容易会出现焊缝，要求式中 S 为壳体的厚度，最小值4CS。30mm最后根据上面的计算得出：水进口接管, 水出口接管高度,烟2260Lmm2260Lmm道气进口接管, 烟道气出口接管。2260Lmm2260Lmm3.5.4 接管在筒体和管箱壳体之间的连接(1)不能有内壁凸出而且要排列整齐，接管在管箱中的要求。必须要使用插入式焊接。(2)在国家的规定中，不能采用接管的补偿结构的直径超过壳体开孔的直径。(3)按照中的规定要求，来进行开孔补强的计算，而且尺寸必须要选150 1998GB择正确。3.6 管箱的计算让管道里的流体分布到各传热管中，把传热管的流体再送出换热器中。这就是管箱的作用，管箱的另一个作用是将流体的流向方向改变。按照要求，使换热管中流体的横截面大于管子流程通过的横截面，这是管箱的内侧深度必须要满足的要求。3.6.1 管箱结构形式(1) 的名称叫平盖管，图（10）A 中所示。结构当中含有盲板，所以如果想I型要清洗管子只需要拆开盲板就可以，但是加工困难对整个加工过程。而且对材料的要求比较高，尺寸较大，锻件，最主要的是密封性能不好。所以通常在的900DNmm浮头式换热器当中。图（10） 管箱的类别(2) 的名称叫做封头管箱。如图（10）B 所示。这种管箱结构比较简单，制II型造比较方便，所以可以用单程双层管箱。缺点是在维修中要拆开管箱和管子，比较不方便，(3) 、当压力有较高的要求时可以使用这种形式，但是这种管箱使用率III型IV型比较小。而且要求比较高，一般是要壳体和管板固定的地方和管箱的一段要连接一起，而且另一端必须要用管箱，这种可以改变装置的密封功能。I型根据本原油预热器的设计温度和设计压力，我们选择的是管箱装置的封头是II型椭圆的。3.6.2 管箱材料所需要的要求本次课题设计温度和设计压力。根据，采用1451.6MPa150 1998GB材料。材料的许用应力为。019133CrNiMo 38tMpa3.7 管板最常用的材料是低合金钢板，但是管板可以选择许多材料，可惨遭 GB150-1999钢制压力容器中的标准，管板在压力容器中，与换热管之间连接。3.7.1 管板形式管板形式主要有以下几种：管板兼作法兰的管板形式是固定的，主要特征是在法兰和管板之间的连接处，密封的地方为凸面。分层隔板槽的位置在拐角位置，要求的倒角。管板的制造主要是碳钢和低合金钢等材料。45103.7.2 管板厚度和尺寸的最小选择管板厚度应该要大于，一定要符合国家的标准，因为管板和换热器的焊接，11mm决定着整个设备的质量和安全生产。管板之间厚度超过 3mm。在复层材料中会超过2mm 的抗腐蚀成分和组织。但管板和换热器的连接会使复合管板的厚度超过10mm，因为复合管板中含有超过 8mm 的复层化学成分，对管板的要求才能实现。图（11）所示：图 11 管板查换热器设计手册表 1-6-15 得： A1=945mm B1=886mm C1=876mm b1=39mm3.7.3 管板孔的公差和直径公差根据换热器设计手册表可得管孔直径，及允许偏差1 627mmd4 .254 . 0为3.7.4 管板材料选择依靠本课题的数据和工作介质在管程里面的化学反应，参考钢制150 1998GB压力容器表材料的选择为。 4 1135QB3.8 封头、法兰与垫片的选择3.8.1 封头封头可选择的材料和种类比较多。大多数换热器中常用的封头主要是凸形，锥壳式，平盖式还有紧缩等。市面上常见的封头大多数是凸形式封头，椭圆式封头等。在加工过程中的要求比较高，因为对工作环境，材料性能等来选择合适的封头。厚度计算： (14) mmPDPctic65 . 15 . 0111329005 . 15 . 02设计厚度： (15) mmcd9362名义厚度：040.0 (16)mm10191圆整cd有效厚度： (17)mmcce2 . 68 . 031010213.8.2 烟道气进、出口处的封头 根据规定，封头内直径的要比规定的椭圆封头的厚度小。但150 1998GB0.15%是根据我们所设计的温度中圆筒的最大工作应力,根据规定我们选用1K (18) MPaMPaKDPeiteW5.1900111132.6205.12根据得到圆形封头为 纵向高度,曲线弧度高/ 473688JB T8900gD226hmm度1h180mm4 设备强度和检验的设计4.1 壳体、管箱的壁厚计算4.1.1 壳体计算本设计的温度要求压力要求，根据 GB1501998 选用壳体材料751.5MPaQ235-B，采用焊接使双面焊透对接头进行补偿，没有损坏的状态下取接头系数=1.00，一部分材料有损取 =1 或 =0.85，直接 D=900mm，腐蚀余量=3mm，刚被厚度差=0.8mm 计算厚度： (19) mm65 . 1111329005 . 12cticPDP设计厚度： (20)mmCd9362名义厚度： (21)mm8 . 98 . 09mmn厚度： mme2 . 68 . 0310 22根据课题需求算出圆筒中的计算应力： MPaDPeeiCt6 .1092 . 622 . 69005 . 12 23 (24) MPatt1131113根据课题要求算出圆筒下最大允许的工作应力： (25) 2 . 690011132 . 622eiteWDPMPaMPa5 . 155. 14.1.2 管箱计算本装置管程设计压力，设计温度为根据,选用1.6MPa145150 1998GB材料可得其许用应力，余量，焊接接头系数019133CrNiMo 38tMpa2c2mm，公称直径。1900iDmm计算厚度： (26) mm196 . 113829005 . 12cticPDP计算厚度： (27)mm228 . 021圆整mmn 设计厚度：mmCd212192 有效厚度则可取 25mm： (29)mme2 .228 . 0225压力大小： (30)MPaDPeeiCt23.332 .2222 .229006 . 12 (31) MPatt38138： (32) 2 .229001382 .2222eiteWDPMPaMPa6 . 18 . 14.2 法兰强度的检验4.2.1 垫片检验根据本次设计的课题，外径的大小 D955mm，内径的大小为,厚度905dmm大小的石棉垫片。可得：对垫片的系数比为 2，压3.1mm150 19989 2GB依据表力比为10yMPa(1) 有效密封的横向距离取横向距离的大小为，横向距离的基本宽度23Nmm/ 222/ 211boNmm根据里面的要求可知，150 1998GB (33) (2) 在压紧力作用下对垫片中心圆的直径大小 时，中心圆半径的大小决定垫片压紧力0b7mm (34) mmbDDG928829442(3) 求压紧力的大小压紧力的大小在没工作的时候需要的力 (35)NybDFFGaG96.25642411892814. 314. 3压紧力的大小在工作的时候需要的力 (36)NpmbDFFtGPG7 .1491926 . 10 . 2892828. 628. 64.2.2 螺栓检验 (1) 选用螺栓要根据设计条件为通经大小为，根据材料900mm 20634 1997HG的选择长度为 M29 180 螺栓为双头螺栓，根据和表 9-8 可知，35CrMoA150 1998GB螺栓在应力的作用下压强打大小为 750MPa，法兰的选取尺寸 LA=30mm(2) 螺栓载荷 螺栓载荷的最小在没工作状态下 (37)NybDFWGaa96.25642411892814. 314. 3 螺栓载荷的最小在工作状态下 (38)cmGcGPPPbDPDFFW28. 6785. 02mmbbO84.853.2 =20.785928 1.66.2892882.01.61230839.81N (3) 螺栓面积 螺栓的最小面积在准备工作的状态 (39) 25.31880596.256424mmWAbaa 螺栓的最小面积在已经工作的状态下 (40) 208.598372.20581.1230839mmWAtbPP 螺栓面积的设计以及需求的数据 (41) mA25983.08 mm（） 螺栓面积的实际所需数据 (31) (42),所以符合所设计的要求bmAA(4) 载荷的计算 设计螺栓在没工作状态下的载荷 =G =b = 5271775.95 (N) (43)WF2AbAm 设计螺栓在工作状态下的载荷 (44)4.2.3 法兰检验厚度mm401(1) 法兰力矩2225 .71148 .2316414. 34mmndAb NWWP81.1230839 (45) NFFFNPDFNPDFmmLLLmmDDLmmLLFFmmLDTtGtiDGATGbGADPGA1.6428710173601.10816471.10816476.1928785.0785.010173606.1900785.0785.04522640242262928990244405.0245.07.14919224222211 (2) 法兰力矩在预备工作的状态下 (46)mmNLFMGGa2.3879010267.149192 (3) 法兰力矩在已经工作的状态下 (47)mmNLLFLLFMGTTGDDP5.1953393426451.64287264410173604.2.4 法兰设计力矩选用在设计温度下的许用应力235QB75应力的大小4.3 管板厚度的大小 4.3.1 管板计算换热管支撑的面积不能使用 (48) 2ndmm7.1714932866.0453231s866.0ssnA三三三三三 MPatf76.112 MPaf375布管区里管板里面的面积 t = 1.732 ns2 +d = 2+= (49)AA32616732. 17 .1711496 .1109667布管区里管板里面的直径 (50)mmADtt9.118814.36.110966744管板和直径比例 (51)1.32145021188.92RD1tt4.3.2 尺寸的大小尺寸选择可以根据上面的数据：厚度为，宽度的大小为 b=155mm39fmm= =pEfE51006. 2MPapEfEMPa51006. 2sEMPa51006. 2根据,查图 28， =0.003；/8/9000.007/40/9000.044iiDD和w根据,查图 28，=0.020./8/9000.008/36/9000.038iiDD和w开孔之前管板的抗拒弯曲的刚度： (52)mmNEDP236.03.0112501006.211223523参数的大小：(53)MPaEDbDbEKsiffifff853531003.11006.2006.09004021339001331006.2212122121(54)MPaEDbDbEKsiffifff853531058.21006.2015.09004021339001331006.2212122121 (55)MPaKKKfff8881061.31058.21003.1布管的地方管板的直径 (56)mmADtt9.118814.36.110966744 (57)25.51061.310081061.3236.089.1188900888822fffofftifKKKKKDDDK根据 GB151-1999 中图中数据，按照得出：321.14.181tfK和 =0.110, = -0.085CCeC4.3.3 管板应力计算在布管周边和圆的周围边缘向心力，计算出中心处的向应力 (1) 根据任务书可知我们所要设计的压力 Ps=1.5MPa,Pt=0MPa： (58) (59)MPaDPPCMPaDPPCitsMRrritseRrrt77.945090005.1130.02323|3.1035090005.14.0085.0|2222 (2) 据任务书可知我们所要设计的压力 Pt=1.6MPa,Ps=0MPa：MPaDPPCitsCorr65.1335090005 . 14 . 011. 0|22 (60)MPaDPPCMPaDPPCMPaDPPCitsMRrritseRrritsCorrt086.101509006.10130.02323|16.110509006.104.0085.0|56.142509006.104.011.0|2222224.3.4 操作力力矩的计算在工作状态下的法兰力矩 MP，计算出力矩的大小 Mm (61) mmNMmmNLAMpbGmm5.195339342.38790103752696.26474.3.5 法兰预紧力的计算计算法兰在预备状态下的力矩为在外力状态下的： (62)mm/mmN1372.69003.143879010.2DMMimfo在内力状态下的： (63)mmmmNPRCKKDMMtMffiPfo/76.389166 . 12928130. 01061. 31058. 290014. 35 .1953393428824.3.6 径行外力的计算在管子安装的周围出和布管区的周围边缘区。由预紧力距所造成的向应力(1) 据任务书可知我们所要设计的 Ps=1.5MPa,Pt=0MPa： (64)MPaMMPaMfoRRrrfoTRroorotrr055.0506.13721.0|82.0504.06.137261.06|2222(2) 管程设计压力 Pt=1.6MPa,Ps=0MPa： MPaMMPaMfoRRrrfoTRroorotrr57.15076.389161.0|35.23504.076.3891661.06|2222(65)4.3.7 力矩 M 和延长部分在管板延长地应力的计算(1) 压力设计：1.5,0PsMPa PtMPa (66)MPaYMmmmmNPPRCKKMMfftsMfffoR08.2744014.31311.10743/11.1074305.12928130.01061.31003.16.13721.011222882(2) 以管程设计压力 Pt=1.6 MPa,Ps=0MPa： (67)MPaYMmmmmNPPRCKKMMffstMfffoR06.7740528.30201314.3/528.30206.12928130.01061.31058.276.389161.0112228824.3.8 校核计算(1) 设计压力 Ps=1.5MPa,Pt=0MPa： 查阅 Q25-A 可知，在根据设计温度的大小，可知 MPatr76.112根据课题在此温度下所提供的应力计算 MPatf76.112 tfftrRrorRrrtrRrorRrrtrorororrttMPa5.108.2745.1825.94055.077.945.146.10282.03.10314.1695.183.13282.065.133| (68)(2)设计压力 Pt=1.6MPa,Ps=0MPa：查阅 Q25-A 可知，在根据设计温度的大小，可知 MPatr76.112根据课题在此温度下所提供的应力计算 MPatf76.112 (69) tfftrRrorRrrtrRrorRrrtrorororrtt5.106.775.1516.99)57.1(086.1015.151.133)35.23(16.1105.141.165)35.23(56.142| 4.4 管子与管板连接拉脱力的校核4.4.1 换热管轴向应力 (70)22221244.14421425444mmdda 在设计温度下换热管的应力大小的计算，根据换热管材料的 GB150-1999 可知 MPatt137(1) 以课程壳程设计压力 Ps=1.5MPa,Pt=0MPa： (71) ttttstMPaPadPP1.5044.14442514.305.1422(2) 以课程管程设计压力 Pt=1.6MPa,Ps=0MPa： (72) ttttstMPaPadPP4442514.36.10422(3) 壳程设计压力 Ps=1.5MPa,管程设计压力 Pt=1.6MPa，同时作用： (73) ttttstMPaPadPP444254224.4.2 管板和换热管之间连接的脱力计算根据国家规定 MPaqtt5.681375.05.0管板与换热器之间的焊脚高度的长度为3lmm(1)换热管的设计压力：1.5,0PsMPa PtMPa (74) qMPadlaqt692.422544.1441.5(2)管程的设计压力 Pt=1.6MPa,Ps=0MPa： (75) qMPadlaqt52.322544.14483.3 (3) 壳程的设计压力 Ps=1.5MPa,管程的设计压力 Pt=1.6MPa，在两种压力下的作用： (76) qMPadlaqt16.122544.14426.1 4.5 开孔增加压强的计算4.5.1 概述开孔增加压力增强的接管。要在换热管开孔之后，管子才能互相连接，开孔涉及到开孔部位引起周围结构的强度。开孔的尺寸较小，那么接管可与减弱管孔的强度得到补偿，这样就不会在给换热管提供其他的补强结构。这种方法虽然降低了应力的集中作用力，但是换热管之间的应力作用还是增强。4.5.2 壳体开孔补强要求 (1) 需要满足一下三种要求：1)压力不超过 3Mpa.2) 两孔直径之和的两倍比两相邻开孔中心的间距要大。3)接管公称外径不超过 90mm假如在壳体开孔设置的原油口，排污口的接管选择可以或者，这32 3.576 6种情况下不用在补强结构的硬度。 (2)管箱的风口的入口处都要进行开孔，因为这样才能再壳体的水烟道的进出。1)补强压力的方法主要是面积不枪法有效厚度 e，壳体圆筒厚度，设计压力 P,设计温度8.0mm2mm1.5MPa，根据 GB150-1998 材料选用 Q235-B,查表可知其许用应力t=123MPa，圆筒102处的尺寸为 159x6，接管高度 231mm ,封头的厚度增加量系数。1.01Cmm，1计算接管的内壁厚度： (77) mmPDPctcct65.1111329005.12接管有效厚度： (78)mmCCntet601712 (79)mmCddi88812729002接管有效补强宽度： (80)mmdB177688822接管外侧有效补强高度： (81)mmdhet103617761需要补强面积 ： (82)mmdA17762888可以作为补强的面积为 (83) AAAmmfhAmmdBArtete532805328016610322532828888177621212214.6 鞍座设计检验选用的支座是 100 度的包角带来支撑换热器，根据换热器的重量，来计算出鞍座的重量。下面是强度对鞍座支座的检验。 4.6.1 计算鞍座的支撑反力 设装置净重量为 m： m=m5+m4+m3+m2+m1 (84)式中：m5筒体质量，kg m4管箱质量，kg m3管板质量，kg m2换热管质量，kg m1附件质量，kg根据密度除于体积这种方法，利用阿基米德定律求出各部件的体积，然后能测出各部件的质量。根据上述资料的计算得出附件质量为，封头椭圆式质量是50kg。60.4kg根据上述可知原油和甲苯的质量大小为：根据国际标准原油的密度在 0.75 到 0.95 之间，取 0.8 (85)所以取原油密度进行计算； (86)21250.8 10-6()616 60001450.682mAnLKg 其中设备运行过程中的最大质量为： (87)124672.4 1450.686123.08mmmKg鞍座支撑反力： (88)6123.08 9.8130033.7()22mgFN4.6.2 筒体的轴向弯矩计算;3494Lmm400Amm 圆筒之间界面处的弯矩大小： (89)mmNLALhLhRFLMiim.1014349432954134944004349429540521434946 .31812434121462222221圆筒截面上的弯矩大小： (90)mmNLhALhRLAFAMiim.1016. 23494329541349440022954053494400114006 .318123412116222224.6.3 圆筒向应力的计算轴向应力在圆筒上的截面计算在低点处： (91)MPaRMPRemem61.442 . 640514. 310142 . 624055 . 114. 3226223 在上方处： (92)MPaRMPRemem37.532 . 640514. 310142 . 624055 . 114. 3226223在下方处： (93)MPaRMPRemem67.492 . 640514. 31016. 22 . 624055 . 114. 3226223在上方处： (94)MPaRMPRemem31.482 . 640514. 31016. 22 . 624055 . 114. 3226224由过程设备设计可知：12K =0.107,K =0.192轴向应力根据设计要求计算得： (95)MPaRPemcp99.482 . 624055 . 12轴向应力的组合方式和轴向力的响应计算为： (96)170.2SMPa查阅可得出的计算结果：150 1998GB 113tMPa应力轴向压的设计要求在最低点处，轴向压力的大小为： MPa31.4844筒体轴向压应力在轴向方向的压力计算为：MPaac170 (97) MPaMPaac17031.4844.6.4 圆筒的切向剪应力的计算 (98)MPahLALRFKiem28.10295343494400234942 . 64056 .31812171. 13423在温度为 120 度，171. 13K剪应力切向的检验： MPaMPat4 .901138 . 08 . 028.10所受到的切向剪应力是符合标准的，在允许控制的范围中 4.6.5 圆筒周向应力的计算有效宽度在鞍座上的计算： (99)mmRbbem2 .2282 . 640556. 115056. 12.在最低处轴向应力为鞍座横截面压力的大小： (100)MPabFkKe71. 12 .2282 . 66 .31812761. 01 . 0255轴向应力在鞍座边角处的计算 (101)862. 8405/3494/mRL所以 (102)MPaFKbFee2 .712 . 626 .318120528. 032 . 62 .22846 .3181223422626由设备表中鞍座边角处可知60.0528K 向应力检验 (103)5|MPa7 . 0 tMPa113 (104) MPaMPat25.14125. 12 .716上述计算满足我们所需的要求4.6.6 鞍座的应力检验水平应力对鞍座的压力大小 (105)MPaFKFS8 .64896 .31812204. 09由设备设计表中的数值可知90.204K 有效断面在鞍座上面的平均应力： (106)MPabHFss0 . 681358 .6489094.6.7 鞍座的平均应力检验 (107) MPaMPasa33.75113323294. 29上述计算满足我们所需要求4.7 压力试验制造原油预热器是一个很不容易的，而且需要消耗大量时间的，制造完之后会出现很多的问题，有材料性能的影响也有后来工作状况的影响。在制造完之后要对其进行压力测试，设备工作之后也要进行压力测试，来检查设备的安全性。我们设计的是进行水压试验，要求温度高于容器壳体材料的刚度，避免出现低应力性产生的破坏。4.7.1 管程圆筒的计算 压力的设计 P1.6MPa， 设计温度 146，压力试验的计算为： (108) MPaPPtT0.23838当材料对设备零件的所需要求不同时，则要按照要求进行选择，所以材料应力比是的最小值。/t对应力的检验： (109)MPaDPeeiTT54.412.2222.229000.22 170.2SMPaMPa153.2T(110)4.7.2 壳程圆筒计算 设计压力 P1.5MPa, 设计温度 75，压力设计的计算： (111) MPaPPtT875.1113113应力检验： (112)MPaDPeeiTT03.1372.622.6900875.12S=170.2MPa, (113)MPasT2.1532.17019.09.0根据上述计算满足我们所设计要求.5 设计完成后的后续要求5.1 简介根据我们国家现在生产要求，提倡出节能减排的政策。我们所设计的设备就是响应国家的号召，我所设计的管壳式原油预热器是一个比较节能的设备，这种设备比较像压力容器，但是它们之间有各自的特点。管壳式原油预热器检测的标准和绘图上的各项要求也要按照此规定执行。5.2 材料验收在设计设备的时候，首先要考虑的是材料的选择，而且这种材料能在什么条件下使用，考虑到这种材料选择对成本是否合理，工艺加工是否符合国家的标准等等，必须要符合国家的标准，而且选择材料时要取得质量证明书，内容必须齐全。在采集材料的时候，必须要检查材料的明显部位有质量合格标志，还有这种材料在制造后的标准代号，材料生产后检验的标注。在加工工程设备的工厂得要材料要考虑是否符合国家的标准。如果采集外国的材料时，要按照相应的生产国的规范标准，并且要有该材料的质量证明书。5.3 制造管壳式原油预热器5.3.1 壳体圆筒的制造在知道壳体圆筒的步骤中，一定要控制壳体和圆筒在一个平面上面。最重要的是控制最大最小直径之间的数据差别，而且这种差别在支线度和偏差之间管束的抽装误差不能超过 0.4%，最大直径和最小直径在该平面上的内径相比，不能超过 0.3%的误差。周长的偏差决定了内径偏差，圆筒周长偏差变化可以将误差累计控制在 10mm 以下。在用钢板材料卷制圆筒时，与外圆的周长比较，允许的上偏差和下偏差分别为10mm 和 0mm。在圆筒上面进行检查的时候，测量每次都要通过中心线的水平面和垂直面。L 大于 6000mm 时，允许偏差为 1000mm，当 L 小于 6000mm 时，允许偏差不大于 4.5mm。5.3.2 管箱制造在原油预热器中，作用主要是将流体介质经过管程将介质均匀分布到各个管子中，流体介质传入到原油预热器中。而且会改变介质的流动方向。利用焊接的方法连接法兰，接管和管箱。在操作过程中，要使用参照为来对焊缝进行定位，这里选择的参照物为法兰的断面接口，在组装管箱的过程中， ，要确保螺纹和设备之间的跨线步骤。在这里面进行焊接打磨，然后处理焊缝之间的间隙。5.3.3 管