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年产 二硫化碳 系统 冷凝 装置 设计 cad 论文 翻译

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摘    要

本次设计介绍了二硫化碳尾气处理系统的工艺设计。它包括总工艺流程设计，冷凝器的设计及校核，计量罐的设计及校核。

冷凝器的设计是本次设计的重点。根据实际情况最终确定选用应用最为广泛的间壁式换热设备为此次所需冷凝器。它的设计步骤为先进行传热计算，然后进行冷凝器的尺寸计算，最后进行强度计算和校核。设计前的热力计算是本次设计的难点与重点。由于冷凝的介质中含有不凝性气体，所以加大了热力学传热计算这部分的计算难度。冷凝器的设计包括冷凝器上的筒体、封头、管箱、管板、换热管、折流板、拉杆、接管、开孔补强、支座、法兰等的设计、计算与核算。

   计量罐的设计包括筒体、封头、接管、开口补强、液面计及支座的设计和校核，是本次设计的一个重要组成部分。

关键词：总工艺流程；冷凝器；计量罐；

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机械工程学院毕业设计 - - 摘 要 本 次 设计介绍了 二硫化碳尾气处理系统的工艺 设计。它包括总工艺流程设计，冷凝器的设计 及校核 ，计量罐的设计 及校核。 冷凝器的设计是本次设计的重点。 根据实际情况最终确定选用应用最为广泛的间壁式换热设备 为此次所需冷凝器 。 它的设计步骤为先进行传热计算，然后进行冷凝器的尺寸计算 ， 最后进行强度计算和校核。 设计前的热力计算是本次设计的难点与重点。由于冷凝的介质中含有不凝性气体，所以加大了热力学传热计算这部分的计算难度。冷凝器的设计 包括冷凝器上的筒体、 封头、管箱、管板、 换热管、 折流板、拉杆、 接管、开孔补强、支座、法兰等的设计、计算与核算。 计量罐的设计 包括筒体、封头、接管、开口补强、液面计及支座的设计和校核，是本次设计的一个重要组成部分。 关键词： 总工艺流程；冷凝器；计量罐； 毕业设计 (论文 )任务 书 学 院： 机械工程学院 题 目： 年产 3500 吨 二硫化碳 系统 冷凝装置 设计 设计（论文）内容及要求： 一、 已知设计参数： a) 尾气组成、压力温度： 尾气中有 h 的饱和 二硫化碳 h 硫化氢气体，尾气压力为 温度 45， b) 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 、设计内容及设计工作量要求： （ 1）按所给设计参数 完成 二硫化碳冷凝 器 的 施工图 设计； （ 2）绘制设计图纸总计 3 张零号以上，其中要求手工绘图 1 张壹号以上； （ 3）设计说明书字数不少于 字，并要求统一用 打印； （ 4）翻译 3 千左右汉字量的与毕业设计有关的英文资料； （ 5）撰写相当于 3 百汉字的英文摘要。 三、主要参考资料： 化工设备设计全书（换热器） 壳式换热器 制压力容器 指导教师： 年 月 日 毕业设计 (论文 ) 题 目 年产 3500 吨 二硫化碳 系统 冷凝装置设计 学院名称 机械工程学院 本科生毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 年产 3500 吨 二硫化碳 系统 冷凝装置 设计 设计（论文）题目来源 自选 设计（论文）题目类型 工程设计 起止时间 、 设计（论文）依据及研究意义： 冷凝 器是 化工生产中的 重要设备， 广泛应用于制药、冶金、农药及食品等相关产业。 在 历经 了 引进、模仿、改进到自主研 发后， 我国 冷凝器的制造 得到了较快的发展。但在当今市场经济快速发展的大背景下，当前的设备远远不够生产的需求，如何设计出既满足功能亦经济实惠的产品，显得尤为重要，因此对冷凝器的设计研 究，有着重大的现实意义。 此次设计的冷凝器的冷却对象为二硫化碳，考虑其没有腐蚀性，也不易结垢 固可选用固定管板管壳式换热器，采用工业清水管程，混合气体走壳程的形式。 二、 设计（论文）主要研究的内容、预期目标：（技术方案、路线） 根据设计任务书，本次毕业设计的主要内容是： 1、 设计对象： 二硫化碳冷凝器 和计量罐 ； 2、 设计内容： a、冷凝器及计量罐结构设计。 b、设备相关零部件的选择设计。 c、 设计流程及相关注意事项 3、设计方案及路线： a、查阅相关资料、理清设计思路。 b、根据 任务书提供的设计参数及相关资料进行分析设计计算。 c、 根据计划书绘制装配图、及相关零件图。 d、整理、总结。 三、设计（论文）的研究重点及难点： 重点：冷凝器结构设计、尺寸计算及强度计算与校核。 难点： 1、由于管板受力情况复杂，影响管板强度因素很多，故管板分析比较复杂。 2、由于换热器筒体内元件较多，排布复杂，故结构设计较难。 3、对换热器元件的强度计算及校核较难。 4、由于冷凝的介质中含有不凝性气体，所以传热计算较难。 四、 设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）： 1 月 4 日至 1 月 10 日： 熟悉设计任务，借阅相关资料，理清设计思路； 1 月 11 日至 2 月 20 日： 初步分析计算及工艺流程设计 ； 2 月 28 日至 4 月 10 日： 详细计算设计数据 得出设计依据 ； 4 月 11 日至 4 月 20 日： 设计绘制装配图及零件图 ； 5 月 21 日至 5 月 22 日： 整理修改图纸 ； 5 月 22 日至 5 月 25 日；整理 并写出设计任务书，分析总结 ； 5 月 26 日至 5 月 28 日：准备答辩。 五、 进行设计（论文）所需条件： 1、借阅相关图书资料，网上查询相关文献，了解设计理念。 2、指导老师 的指导点拨。 3、 设计所需设计思路、方法及绘图软件工具等 。 六、 指导教师意见： 签 名： 年 月 日 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 1 页 共 64 页 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 10 20；在炼油厂中，约占总投资的 35 40 。 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。 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 2 页 共 64 页 1 二硫化碳尾气处理系统工艺设计 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 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 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 外普遍采用三种技术 ,即美国的 术、 术和 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。 反 应 干 燥 熔 硫 除 硫 木 炭 硫 磺 冷 凝 粗二硫化碳 精 馏 冷 凝 成品二硫化碳 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 3 页 共 64 页 艺流程设计 总工艺流程设计如图 示。 冷凝器计量罐 储罐氨水罐硫化铵罐吸附塔磁力泵燃烧炉搅拌器吸附塔搅拌器磁力泵1234567891011171819232422201525 26 293027 314035363328 323437383916 21141312图 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 合气体的冷凝，这部分设备的主要作用是把混合气体中的 部分的 第二部分是活性炭吸附塔对 吸收，这部分设备主要是对从冷凝器接口 4 排出的 体与未冷凝的 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 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 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。 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 4 页 共 64 页 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 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 t 5 出口工作温度 t 7 , 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。 力计算 计参数 1） 尾气组成、压力、温度：尾气中有 /h h 硫化氢气体，尾气压力为 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 3） 各 项 物性参数： 分子量 M=34；比热容 分子量 M=76；比热容 汽化潜热 r=84 和蒸汽压 p=+B； A=1446， B= 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 5 页 共 64 页 量衡算 设代号如下 : 总压力； 口 蒸汽压力； 口 蒸汽压力； 口 蒸汽压力； 口 蒸汽压 力。 （ 1） 口压力 出口温度 t=10） 1= ； 其中 A=1466, B=T=273+t. 解得 2） 口 压力 进口温度 t=45） 2= ； 其中 A=1466, B=T=273+t. 解得 口 压 力为 口 压力为 3） 出口流量为 据道尔顿分压定律，压力比等于摩尔数 得 ： 1 2 11 2 3/P 0 . 0 2 6=P / P P 0 . 1 0 3 kg/h 冷凝量为 kg/h （ 4） 混合 气体的入口焓为 其中 5 10 r=844 = 2 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 6 页 共 64 页 G CP t +G r =(1+5) (45 = （ 5） 混合气体的出口焓为 其中 7 r=844 = 2 G CP t +G r =(1+5) (7 5)+ =热量 Q= 103 W 却水量的计算 已知：冷却 水进 口温度 1 5 出口温度 2 7 故 特性温度 21 =275=60 C 查在此温度 下，水的比热容为 4199J/(K) 根据传热公式：, , , 2 1 )m h m c p cq r q c t t （可得冷却水的量 )p 出 进= 034199(75) =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/K（采用逆流） 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 7 页 共 64 页 如图 流温差图 其中平均温度差 为 ： （ （ / （ （ (45(10 (45(10 传热面积 45791200 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 s，取管径规格为： 25 2.5 则 内径 20选单管程，估算管子数如下： 初选换热管管长为 根据 单管的传热面积 可计算管子数目为 ： n =222 4 水= 以取 整为 22 根。 则 L =0 估= 2= (过长，不符和长径比值 ) 因此选用 四管程 ， 采用 88根管子。 10 5 45 7 图 2 . 1 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 8 页 共 64 页 即 L=估 =2= 根据标准， 取 采用正三角形排列形式： 管心距 t=25=32内径 =32120 =据 标准 ，内径 取 450 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： n 116/4 22 查资料特性温度 t=(5 7)/2=6下的物理参数： 比热容 103 J/K ; 密度 =999.8 kg/ 黏度 =10S ; 热导率 W/m K 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 2214水= 24=核总传热系数 （ 1）管程对流传热系数 1 s 4411 43 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 9 页 共 64 页 管内 是混合流体 被加热，根据 化工原理 得公式： 9 0 2/8 9（ 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 汽 的传热系数 0 有下列公式： 41032320 =26325200088238010635) = 2383 W m K 此时特性温度为： 045 黏度 380 610 密度 31263 导热系数 0d 管子外径0d=t 温差 t =45 10 =35 计算含 的 合气体的传热系数： 其中 含不凝性气体的 的混合气体的传热系数为 2 其中 2 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 10 页 共 64 页 7 1 . 0 434 0 . 3 44 6 6 . 6 776C 为混合气体的运动黏度 1 4 其中 T=273+=气压 ) 原子及其单分子的扩散体积为下列数据： H ： C ： S ： 列分子式的分子量为： ： 34 ： 76 所以 17613412 =47 H 22 =2 = S 22 = 14 127 610 22 7671 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 11 页 共 64 页 =6103 5 01411101411371 =277.5 610 22 7671 =37 =则运动黏度 = 2610 所以有混合气体的传热系数为 2 ： 2 = =（ 2 (3)总传热系数 K 取热流体侧污垢热阻 10 10 45 W/(K) 1 d 2211 1 1 . 0 0 2 5 10 . 0 0 0 1 4 0 . 0 0 0 5 82 1 0 . 8 4 5 2 8 0 4 . 3 所以 21 7 0 . 1 /K W m K（ ） 混合蒸汽 热阻 管子内流体 (即冷凝水 )的热阻 1 管程对流传热系数 2 壳程对流传热系数 b 管璧厚 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 12 页 共 64 页 （ 4）传热面积校核 022/ 4 5 7 9 1 / 1 7 0 . 1 1 6 . 2 6 1 4 0 . 0 2 5 2 . 5 8 8 1 . 0 4 21 6 . 5 6 K 校选 则大约有 5的传热面积 裕量，而且在设计的时候已经余出 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 。 凝器结构设计 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 示 图 程结构图 子排列 选用 正三角形排列 ，排列形式如图 示 图 2 . 3流动顺序 管箱隔板1 24 3介质返侧回隔板图 2 . 2 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 13 页 共 64 页 图 子排列图 管间距 d=32 管子长度 L=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图 孔排列方式 图 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 14 页 共 64 页 管板型号为 其中 20个螺栓孔直径为 23纹 20 2 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 子与管板连接图 管板与壳体的连接采用焊接如图 焊接结构图 凝器壳体设计 根据冷凝器中最大的压力 P 则计算压力 所以材料选择图 2 . 61 ： 1换热管与管子的连接 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 15 页 共 64 页 管的时候可知设计壳体内径 400 查表可知： 温差应力： t =113焊缝采用局部无损探伤 计算厚度 1 . 2 0 . 1 3 4 0 0 2 2 . 0 12 2 1 1 3 0 . 8 5 0 . 1 3 1 . 2 m 厚度附加裕量由两部分组成：钢板或钢管厚度的负偏差 2，取： C 2=2 体厚度不得低于 6以取名义厚度 筒体外径 =400+2 6 412 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 设计压力 封头内径00 公式得计算厚度为： 4 0 0 1 . 2 0 . 1 3 0 . 3 32 0 . 5 2 1 1 3 0 . 8 5 0 . 5 1 . 2 0 . 1 3it 则设计厚度为：d= + =2 腐蚀余量，取 2 焊接因素，所以取封头名义厚度 。 根据 4737椭圆形封头标准，可知封头结构如图 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 16 页 共 64 页 图 封头 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 a 90 ，高度为 15 20缺口，供停车排液时用。材料选择 B，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： D 3 400 3 397 折流板的最小间距应不少于 1/5 筒体内径， 且不小于 50取折流板间距 B 1 1 1 此在冷凝器内部安装 7 块折流板，厚度为 12流板是左右缺口，缺口高度 h m，在此采用弓形的折流板，所以 H 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 示 拉管与管板连接折流板结构折流板与拉竿定距管连接方式 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 17 页 共 64 页 图 流板结构设计图 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 规定 为4根， 直径为 16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 出口管设计 （ 1） 管程进出口管设计： 管内流体质量流量 G=s 流体密度 =（ 查换热器设计手册 ） 进口管流通面积 A=G= 25 . 4 5 3 0 . 0 0 79 9 9 . 8 0 . 8 m44 0 . 0 0 9 0 . 0 9 43 . 1 4 m 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 混=：s/进口管流通面积 A=G= 92.0 m 1 0 8 4 根据计算选择管子规格为： 。 2） 壳程出口 ： 由于在冷凝过程中 有 90%冷凝了 ，变成了液体， 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 18 页 共 64 页 所以 出口管道有两个： 未冷凝的蒸汽 出口管道设计：（ 混=） 出口管流通面积 A=G= 24 6 6 . 6 7 7 1 . 0 410% 3 6 0 0 3 6 0 0 0 . 0 0 1 31 . 4 5 1 8 m 冷凝液即 90%的 液体出口管道设计：（ =1262 3/s/） 出口管流通面积 A=G= 24 6 6 . 6 790% 3600 0 . 0 0 0 1 21 2 6 2 0 . 8 m 44 0 . 0 0 0 1 2 0 . 0 1 2 43 . 1 4 m 管子取： 。 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 9119列，采用突面板式平焊钢制管法兰。材料为 结构尺寸如表 子 公称直径 法兰 螺栓 03B f 数量 直径 108 100 10 70 144 110 16 2 4 7 50 140 110 88 59 14 2 4 2 25 100 75 58 33 14 2 4 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 19 页 共 64 页 尺寸如 图 兰尺寸图 孔补强 表 寸如图 示 图 管子开孔图 管子 (公称直径 （ 补强圈尺寸 (1 B 质量（ 108 100 210 103 6 7 50 130 53 6 2 . 1 0 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 20 页 共 64 页 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 =中 下 图中的接管位置 下列公式确定（查换热器手册）： 2 00 D 0H 为此处开孔补强的补强圈的外径 D 0H =210 22482210 8； 75 C 为修正系数取 C (。 换热器箱体 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 21 页 共 64 页 （ 2） 壳体接管位置与尺寸如下图： 图 壳体接管位置与尺寸图 其中上图中的 1L 、 2L 、3查换热器手册） 1） C m 42 11 264482130 1L 取 135 2） C 422 903） C m 42 33 26448221 0 75 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 22 页 共 64 页 为此处开孔补强的补强圈的外径 30 为此处开孔补强的补强圈的外径 10 为此处开孔外径 25 b 为为管板的厚度 b=48 C 为修正系数取 C (S 为壳体壁厚 )。 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： 712 92 鞍座 50 F 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 座 （ 2）、 支座尺寸如下表 示 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 23 页 共 64 页 表 座尺寸 (公称 直径 许 载荷 Q/座 高度 h 底板 腹板 筋板 螺栓间距 2 00 61 180 400 110 8 8 90 8 280 垫板 鞍座质量 长 4 e 500 145 6 25 12 核冷凝器应力 （ 1）换热管与管板连接强度校核 表 子 壳体 材质 20 号铜 A 1/ 10 6 10 6 E/106 106 尺寸 5 2500 400 2500 数量 88 1 管间距 32壳体的璧温约为 所以管子的 壁 温可估算为： 管子进口温度 5，出口温度 7。 52221 假设装配时温度为 15，则 壳体伸长量 ( 0 6 ）（ s 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 24 页 共 64 页 管子伸长量： 管子与筒体伸缩量之差（管子受拉，壳体受压）： 333 壳体截面积： )2(4 22 2 2 3 2 ( 4 0 0 2 6 ) 4 0 0 7 . 6 5 1 04 m 管子截面积： 22002 2 3 2 ( 2 ) 43 . 1 4 0 . 0 2 5 ( 0 . 0 2 5 0 . 0 0 2 5 2 ) 8 8 1 5 . 6 1 04 D t 1）筒体上产生的应力 1 1F 由于筒体和管子之间温差所产生的应力 )(1 3 3 3 6 63 5 3 50 . 3 1 0 7 . 6 5 1 0 1 5 . 6 5 1 0 0 . 2 1 1 0 0 . 2 1 1 04 . 5 1 0 2 . 1 1 0 1 5 . 6 1 0 2 . 1 1 0 （ 2F 由于壳程和管程的压力作用于筒体上的力 2 Q 壳程与管程压差产生的力 )()2(4 20220 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 25 页 共 64 页 2 2 2 8 8 ( 0 . 0 2 5 2 0 . 0 0 2 5 ) 0 . 4 2 ( 0 . 4 8 8 0 . 0 2 5 ) 0 . 3 40 . 0 3 9 壳程设计压力 , t 管程设计压力， 363 6 3 67 . 6 5 1 0 1 1 . 2 1 00 . 0 3 9 0 . 0 1 9 97 . 6 5 1 0 1 1 . 2 1 0 1 0 1 1 . 2 1 0 t A 1 = 2 7 . 530 . 1 4 4 0 . 0 1 9 9 2 1 . 4 2 2 0 . 8 5 1 1 3 1 9 27 . 6 5 1 0 ）管子上产生的力 1 由于壳体及管程压力作用于管子上的力 3363 6 3 61 5 . 6 1 0 1 1 . 2 1 0 0 . 0 3 9 0 . 0 2 67 . 6 5 1 0 1 1 . 2 1 0 1 0 1 1 . 2 1 0 t A 1330 . 1 4 4 0 . 0 2 6 9 . 0 6 1 1 31 5 . 6 1 0 P a M P 3）管子与管板连接的拉脱力 00 ld aq t 效密封宽度 b=8筒体的端部结构 44=528栓载荷 : 1)预紧状态下需要的最小螺栓载荷 : a=528 8 13 =105 (N) 2)操作状态下需要的最小螺栓载荷 : +5282 528 8 2 ) 螺栓面积 : 1） 预紧状态下需要的最小螺栓面积 : a/ b 螺栓材料选用 2温螺栓材料的许用应力 b =126 105/126=) 操作状态下需要的最小螺栓面积 : 11 （查得 11 = 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 29 页 共 64 页 3）需要的螺栓截面积 取 a= 基本法兰力矩 : 垫片压紧力的力臂为螺栓中心圆直径与 G） /2=(6252= b=0 1012610 6=*m) 管程压力作用下的法兰力矩 : D 作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力 =5002 3175(N) 操作状态下需要的最小垫片压紧力 528 8 13=105(N) 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 5282 971(N) 2=(6252=T=(2 =53 43175 971 53 +105 107 N （ 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 : =48 管子的加强系数 : K= ( )1/21/2 =500/251900 25) 1/21/2 = 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 30 页 共 64 页 管板刚度削弱系数 =0.4 k=K(1- t )=( （ 7）法兰 根据选用甲型平焊法兰（平面密封） 法兰外径 : 615 法兰宽度 :2=(6152= 管箱法兰厚度 f” =30 h/ 00= f/ 0/500=图 3 ” =转刚度 = 27定壳体法兰厚度 f =30 h/ 00= f / 0/500=同上 =” = =27 旋转刚度无量钢参数 27/（ 4 = K=5.1，据 27 查出 管板第一弯矩系数 系数 由 根据 8 查出 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 31 页 共 64 页 系数 0 0 1 Q= 9查出，系数 兰力矩折减系数： 3 M 管板边缘力矩变化系数； 因为 = =法兰力矩的变化系数， = = K=Q=据 8（ a）查出 2m = 8）壳程压力作用下的危险组合 壳程设计压力 ps=程压 线膨胀系数（ 1/） t换热器材料的线膨胀系数（） 1 s壳程圆筒材料线膨胀系数（） 1 0t制造环境温度 机械工程学院 毕业设计（论文） 第 32 页 共 64 页 长度平均壳程圆筒金属温度 t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 M 管板边缘力矩系数，对于延长部分兼作法兰的管板 M 即是法兰力矩系数： r 管板径向应力系数 r 管板布管区周边外径向应力系数 P 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 r 壳体法兰的应力 管板布管区周边剪切应力 f 壳