4-典型设备设计说明书

廣西科技大学 Guangxi University of science and technology2018“东华科技-陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计竞赛中石化茂名石化10万吨/年甲基丙烯酸甲酯分厂项目典型设备计算说明书设计团队：GKD战队团队成员：骆参升 李纪良 曾高康 黄天烽 郭啊萍指导老师：黄承都 郭 艳 谢清若 张昆明2018年8月 中石化茂名石化分公司10万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目典型设备计算说明书GKD目 录第一章 设计总论11.1 化工设备类别11.2 化工设备设计与选型原则11.3 化工设备设计与选型的主要内容2第二章 反应器设计32.1 反应器设计概述32.2 反应器类型32.2.1.固定床反应器42.2.2.流化床反应器42.2.3.釜式反应器52.3 反应器类型的选择52.4反应器设计要点52.5催化剂的选择52.6反应动力学62.7反应条件62.8物料衡算结果62.9设计数据和工作参数72.10反应器设备结构计算72.10.1 催化剂体积的计算72.10.2 反应管长度计算82.10.3 管束尺寸和反应管的排列的计算82.10.4 反应器壳体内径的计算82.10.5 封头尺寸的计算92.10.6 反应器高度的计算92.10.7反应器接管的计算92.10.8 反应器压降的计算102.10.9反应器多物理场耦合计算112.10.10 设备选材172.10.11 设备强度校核172.11反应器R0101计算与校核小结382.12反应器一览表392.13反应器条件图40第三章 塔设备设计413.1 设计要求413.2 塔的类型413.3 塔设备设计步骤473.4 塔设备设计举例473.4.1 工艺设计473.4.2 塔设备机械结构设计543.4.3 强度校核573.4.4塔设备T0101计算与校核小结753.5塔设备设计一览表763.6塔设备条件图76第四章 换热器选型774.1换热器分类774.1.1按换热器设备774.1.2按传热方式分类774.2换热器选型原则794.2.1基本要求794.2.2流体空间的选择794.2.3终端温差794.2.4流速804.2.5压力降804.2.6传热膜系数814.2.7污垢系数814.3 换热器型号的表示方法824.4管壳式换热器计算示例（一）824.5 管壳式换热器计算示例（二）1034.6换热器选型一览表123第五章 储罐选型1255.1 储罐类型1255.2 储罐系列1255.3 储罐的设计原则1265.3.1 储罐容量1265.3.2 储罐其他要求1285.3.3 储罐的选型原则1285.4 原料储罐1295.5 产品储罐1305.6 中间储罐1315.7 储罐一览表131第六章 泵选型1326.1 泵类型和特点1326.2 泵选型原则1356.3 泵选型举例1376.4泵选型一览表139第七章 压缩机1407.1压缩机概述1407.2压缩机特点1407.3离心式压缩机的工作原理1417.3.1工作原理1417.4压缩机选型1427.4.1压缩机工艺参数1427.4.2选型结果143IV第一章 设计总论设备的设计与选型是在物料衡算和热量衡算的基础上进行的，其目的是决定设备的类型、规格、主要尺寸和数量，为车间布置设计、施工图设计及非工艺设计项目提供足够的设计数据。设备设计与选型最基本的要求是满足安全性与经济性，安全是核心，在充分保证安全的前提下尽可能做到经济。经济性包括经济的制造过程，经济的安装、使用与维护，设备的长期安全运行本身就是最大的经济。在满足工艺要求的前提下，为了确保安全与经济，设备应满足以下基本要求。首先，结构合理，安全可靠。设备上所有部件都必须有足够的强度、刚度和稳定性，可靠的密封性和一定的耐久性。其次，设备必须具有先进的技术经济指标，技术经济指标是衡量设备优劣的重要参数。再次，运转性能好，操作简单，运转方便；最后，还要具有优良的环境性能。上述要求很难全部满足，设计选用时应针对具体问题具体分析，满足主要要求，兼顾次要要求。1.1 化工设备类别化工设备从总体上分为两类，一类称定型设备或标准设备，这是由一些加工厂成批成系列生产的设备，通俗地说，就是可以买到的现成的设备，如泵、反应釜、换热器、大型储罐等；另一类称非定型设备或非标准设备，是指规格和材料都是不定型的、需要专门设计的特殊设备，如小的储罐、塔器等。1.2 化工设备设计与选型原则（1）设计要做到切合实际，技术先进，经济合理，安全适用。（2）所选择的设备和材料必须可靠，且尽可能国产化，并注意解决好超限设备的制造和运输问题。（3）充分依托现有社会公共设施，以降低投资，加快项目建设进度，采取切实可行的措施节约用水。（4）贯彻主体工程与环境保护、劳动安全和工业卫生、消防同时设计、同时建设、同时投产。（5）消防、卫生及安全设施的设置必须贯彻国家关于环境保护、劳动安全的法规和要求，符合石油化工行业的相关标准。（6）所选择的产品方案和技术方案应是优化的方案，以最大程度减少投资，提高项目经济效益和抗风险能力。科学论证项目的技术可靠性、项目的经济性，实事求是地做出研究结论。1.3 化工设备设计与选型的主要内容（1）确定单元操作所用设备的类型。这项工作应与工艺流程设计结合起来进行。（2）确定设备的材质。根据工艺操作条件（温度、压力、介质的性质）和对设备的工艺要求确定符合要求的设备材质。这项工作应与设备设计专业人员共同完成。（3）确定设备的设计参数。设备的设计参数是由工艺流程设计、物料衡算、热量衡算、设备的工艺计算多项工作得到的。对不同的设备，它们有不同的设计参数。对塔设备，需要确定进出口物料的流量、组成、温度、压力、塔径与塔的材质、填料类型与填料高度或塔板类型与塔板数等，对于精馏塔还要确定塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷、换热流体的种类等；对换热器，则需要知道热负荷、换热面积、冷热流体的种类及流量。（4）确定定型设备（即标准设备）的型号或牌号以及数量。定型设备是一些加工厂成批、成系列生产的设备，即那些可以直接向生产厂家订货或购买的现成设备。对已有标准图纸的设备，确定标准图的图号和型号。随着中国化工设备标准化的推进，有些本来用于非标设备的化工装置，已逐步走向系列化、定型化。这些设备包括换热器系列、容器系列、搪玻璃设备系列以及圆泡罩、F1型浮阀和浮阀塔塔盘系列等，它们已经有了国家标准。（5）对非标设备，向化工设备专业设计人员提出设计条件和设备草图，明确设备的型式、材质、基本设计参数、管口、维修安装要求、支承要求及其他要求（如防爆口、人孔、手孔、卸料口、液面计接口等）。（6）编制工艺设备一览表。在初步设计阶段，根据设备工艺设计的结果，编制工艺设备一览表，可按非定型工艺设备和定型工艺设备两类编制。初步设计阶段的工艺设备一览表作为设计说明书的组成部分提供给有关部门进行设计审查。50第二章 反应器设计2.1 反应器设计概述化学反应器是将反应物通过化学反应转化为产物的装置，是化工生产及相关工业生产的关键设备。由于化学化学反应种类繁多、机理各异，因此，为了适应不同反应的需要，化学反应器的类型和结构也必然差异很大。反应器的性能优良与否，不仅直接影响化学反应本身，而且影响原料的预处理和产物分离，因此，反应器设计过程中需要考虑的工艺和工程因素应该是多方面的。反应器设计的主要任务首先是选择反应器的型式和操作方法，然后根据反应和物料的特点，计算所需的加料速度、操作条件（温度、压力、组成）及反应体积，并以此确定反应器主要构件的尺寸，同时还应该考虑经济的合理性和环境保护等方面的要求。反应器选型时不仅要结合反应及装置两方面的特性进行综合分析，还要根据实际经验或者采用数学方法或计算机辅助手段来做出合理选择。2.2 反应器类型反应器分类的方式多种多样，按反应相态，可分为均相反应器和非均相反应器。常见的均相反应器是气相均相反应器和液相均相反应器；常见的非均相反应器有气固相固定床反应器和气固相流化床反应器。气液相反应器、液固相反应器和气液固相反应器。在工业生产中，气固相固定床催化反应器占80%以上，而液固相反应常用釜式反应器。列管式固定床反应器简图如图2-1所示。图2-1 列管式固定床反应器简图2.2.1.固定床反应器此种反应器主要用于气-固相反应，其结构简单，操作稳定，便于控制，易于实现连续化。床型可以是多种多样，易于大型化，可以根据流体流动的特点，设计和规划床的内部结构和内构件排布，是近代化学工业使用较早由较普遍的反应器。它可以设计较大的传热面积，可以有较高的气体流速，传热和传质系数可以较高。加热的方式比较灵活，可以有较高的反应温度。固定床反应器有3种基本形式。（1）轴向绝热式。流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。（2）径向绝热式。流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动形式，床层与外界不发生热交换。与轴向绝热式反应器相比，径向绝热式反应器中流体流动的距离较短，流道截面积较大，流体的压力降较小，但结构较复杂。轴向绝热式固定床反应器和径向绝热式固定床反应器都属绝热反应器，适用于反应热效应不大，或反应系统能够承受绝热条件下由反应热效应引起的温度变化的场合。（3）列管式固定床反应器。由多根反应管并联构成，适用于热效应较大的反应。但是，固定床反应器床层的温度分布不容易均匀，由于固相粒子不动，床层导热性不太好，因此对于放热量较大的反应，应在设计时增大传热面积，及时移走反应热，但相应地减小了有效空间，这是这类床型的缺点，尽管后起的流化床在传热上有很多优点，但由于固定床结构简单，操作方便，停留时间较长且易于控制，加上化工工程的习惯，因此固定床仍不能完全被流化床所取代。2.2.2.流化床反应器流化床反应器的特点是细的或粗的固体粒子在床内并非静止不动，而是在高速流体的作用下，被扰动悬浮起来，剧烈运动，固体的运动形态，接近于可以流动的流体，故称流化床。由于物料在床内如沸腾的液体（被很多气泡悬浮），因此又称沸腾床。使固体流态化的介质，当然也可以是液体，所以流化床越来越被化工工程师重视，适用于气-固和液-固相反应。流化床反应器的最大优点是传热面积大，传热系数高，传热效果好。流态化较好的流化床，其床内各点温度相差不会超过5，可以防止局部过热。流化床的进料、出料、排废渣都可以用气流流化的方式进行，易于实现连续化，亦易于实现自动化生产和控制，生产能力较大，在气相-气相反应物（固相催化）、气相-固相反应物、气相-液相反应物（固相催化）、液相-液相反应物（固相催化）以及液相-固相反应物体系中越来越普遍地被应用。由于流化床体系内物料返混严重，粒子磨损严重，通常要有粒子回收和集尘的装置，另外存在床型和构件比较复杂、操作技术要求高以及造价较高等问题。2.2.3.釜式反应器釜式反应器又称反应釜或搅拌反应器。其高度一般与其直径相等或稍高，约为直径的1.2-3倍。釜式反应器是化工生产中常用的典型设备，一般来说，釜式反应器在化工生产中具有较大的灵活性、操作弹性大。釜式反应器通常具有以下共同特点：一是在釜式反应器内完成化学反应过程，并伴有搅拌、换热、传动装置，从而使原料在最佳反应条件下进行反应。二是可以在高温高压下操作。由于化学反应均需在一定压力、温度下进行，对温度和压力均有一定的要求，所以釜式反应器的操作压力和操作温度变化范围都很大。2.3 反应器类型的选择反应器的选型可依据物料的不同相态进行（1）液-液相或汽-液相反应，一般选釜式反应器；某些液固相反应或汽-液-固反应在工艺条件要求不高时也优先选用釜式反应器。（2）气相反应或速率较快的均液相反应器，多选用管式反应器，小规模的也可选用加压反应釜。（3）对于气固相反应，采用固定床、带有搅拌形式的塔床、回流床和流化床。在物料放热比较大或停留时间短、不怕返混的情况下，建议使用流化床。综上所述，并结合本厂实际情况，MTBE（甲基叔丁基醚）裂解和MAL（甲基丙烯醛）合成选择固定床反应器，而MMA（甲基丙烯酸甲酯）合成使用釜式反应器。2.4反应器设计要点在反应器设计时，除了通常说的要符合“合理、先进、安全、经济”的原则，在落实到具体问题时，要考虑到下列的设计要点：（1）保证物料转化率和反应时间；（2）满足物料和反应的热传递要求；（3）设计适当的搅拌器和类似作用的机构；（4）注意材质选用和机械加工要求。2.5催化剂的选择通过查阅相关文献，确定采用燕山石化公司研制和生产的YL-I型MTBE裂解催化剂。使用该催化剂，其异丁烯的转化率、甲醇的选择性较高。转化率可达90%以上甚至高达96%，异丁烯选择性可达99%，甲醇选择性为97%98%，因此产物异丁烯、甲醇分压对MTBE裂解反应的抑制作用可以忽略，并且在YL-I型催化剂和相应工艺的反应工艺条件下，MTBE裂解的逆向反应也可以忽略。2.6反应动力学主反应：CH3OC(CH3)3 CH=C(CH3)2+CH3OH (1)副反应：2CH2=C(CH3)2 (CH3)3CCH=C(CH3)2 (2)CH2=C(CH3)2+H2O (CH3)3COH (3)2CH3OH CH3OCH3+H2O (4)通过查阅文献得到MTBE裂解制取异丁烯主反应的动力学方程 （5）该动力学方程适用范围为：温度170215；压力0.4 MPa0.6 MPa。2.7反应条件根据Aspen模拟结果，MTBE裂解由两个使用相同的催化剂、相同反应温度的反应器完成。其反应温度为215、反应压力为0.6MPa。2.8物料衡算结果物料衡算由 Aspen 模拟得到，进出反应器物料衡算详见表1。表2-1。表2-1 物料衡算表组分名称进口流量/（m3/h）进口组成/%出口流量/（m3/h）出口组成/%MTBE158880.993669.6530.042MSBE320.002320.002DIB160.001160.001TBA480.003480.003IB009686.5210.605CH4O005531.8260.346H2O15.408963 PPM15.408963 PPMDIMET-010.59237 PPM0.59237 PPM2.9设计数据和工作参数设计数据和工作参数见表2-2。 表2-2 设计数据和工作参数表设计压力设计温度反应空速0.66MPa2301200 h-12.10反应器设备结构计算2.10.1 催化剂体积的计算式中： VR 催化剂的填充量，m3 原料气体体积（标）流量, m3/hSV体积空速，h-1标准状况下，原料气体积流量为：催化剂体积为：2.10.2 反应管长度计算取空床速度为 1.35 m/s，则床层截面积为：根据化工原理取床层空隙率为一般取0.470.70之间，这里取空隙率为0.47则反应管长为：H=4.06+4.060.47=5.968 m根据标准GB13296-2013取管长为6m。2.10.3 管束尺寸和反应管的排列的计算根据标准GB13296-2013，选取工业上所用的252.5的列管，则单管催化剂体积为： 则管数为： 反应器采用正三角形排列采用正三角形排列， 反应器列管的布置与普通换热器有很大不同。首先，管束中央水循环受阻，传热恶化，温度分布不均，故此区域不布管。管心距t=1.25 =32mm，取中央约三圈不布管，即管束中央不布管区域为200mm。2.10.4 反应器壳体内径的计算式中： D壳体内径t管心距横穿管束中心的管数，该值与管子排列方式有关。列管外径不布置管道区域直径按正三角形排列，取=1.1则壳体内径为：=1.1=34D=32(34-1)+225+200=1338mm根据标准GB13296-2013，取圆整值1400mm。2.10.5 封头尺寸的计算标准椭圆形封头制造比较容易，受力状况较好，故采用标准椭圆形封头。根据 GB/T 25198-2010，选取直边为40mm，曲面深度为350mm的椭圆形封头。2.10.6 反应器高度的计算反应物料的进出口开在器壁部分，列管上下各留出1.5m的位置给管箱和封头。反应器列管长度为6m。故反应器高度： H=1.5+1.5+6=9m。2.10.7反应器接管的计算2.10.7.1.反应气入口接管取气体出口流速为 15，气体流量为1148.72 ，则计算的管子的直径为：故取反应气体入口管公称直径为146 mm。根据GB/T17395-2008选择接管尺寸为1464 mm。2.10.7.2.反应器出口接管取液体出口流速为15 m/s，液体流量为2325.14 m3/h,则计算的管子的直径为：=208故取液体出口管公称直径为208mm。根据GB/T17395-2008选择接管尺寸为2084 mm。2.10.8 反应器压降的计算式中： 压力，；修正的摩擦系数；流体密度，kg/m3；空塔线速，m/s；催化剂颗粒直径，m；床层孔隙率；H床层高度，m；流体的绝对粘度，pas；系数，采用 提出的数值，a=1.75，b=150而取u0=2.4 m/s，=0.47，=6.88kg/m3，=0.01225610-3Pas，=2.5 mm。2.10.9反应器多物理场耦合计算本项目利用COMSOL Multiphysics仿真软件中，进行MTBE裂解反应器多物理场仿真模拟模拟完成虚拟实验，利用COMSOL Multiphysics可以降低成本或可负担的方法去调查和研究不易观察或测试的底层机制。通过在MTBE裂解反应器中研究多个物理效应，将各种物理场之间的作用耦合在一起进行求解，确保计算结果准确地反映设计的真实特性。假设:(1) MTBE裂解反应：A=B+C ,温度为473K，压力0.5MPa。此温度压力之下，B(异丁烯)、C（甲醇）为均一的混合气体，其黏度（Viscosity）为3*e-5（Aspen Properties）。(2) 该反应器为气固相固定床反应器，反应器内放置951根反应管，每根反应管的直径为0.02m，长度为6.0m，为减少计算机模拟压力，此模型只模拟其中一根反应管的情况。（3）该模型仅模拟等温流动（isothermal）裂解反应、非等温流动（non-isothermal）裂解反应，其中在无移出热量的条件下，非等温流动更加接近实际反应条件；存在冷流体带走热量的条件下，等温流动则接近实际反应条件。具体参数详见图2-1,2-2。图2-1 COMSOL Multiphysics仿真模拟内部参数（1）图2-2 COMSOL Multiphysics仿真模拟内部参数（2）以上参数设定均与文献-甲基叔丁基醚裂解制异丁烯反应动力学-雷鸣中MTBE气相裂解本征动力学方程相吻合。MTBE 裂解反应为：CH3O(CH3)3CH=C(CH3)2 + CH3OH，随着反应的进行，将导致气体混合物的体积膨胀。 流体的密度变化影响反应器中的气体速度，随着反应的进行而引起加速。为了模拟流动的准确性，使用Navier-Stokes方程的可压缩公式，根据以下公式定义：混合物密度（SI） ：速度矢量 ：压力（pa） :单位矩阵该模型应用Laminar Flow界面（层流界面），该界面解决了上述方程，描述了动量平衡和密度变化的流体的连续性（质量守恒）。2.10.9.1浓物质传递（TCS）物理场（1）对于只考虑A（MTBE）、（异丁烯）的反应系统，其质量守恒为：（2）建立平衡方程：（3）动力学方程遵循Arrhenius方程：2.10.9.2几何模型构建采用简化2D模型为基础，几何旋转之后得到3D模型的运算结果（后处理）如图1-3所示。图2-3 几何模型2.10.9.3模拟结果（1）等温条件下流速分布图2-4、2-5显示了在反应器的不同横截面处等温情况下的速度大小。 由于在反应过程中气体混合物的体积膨胀，速度沿轴向（z）增加。 由于侧表面没有滑动，在管的中心发现最大速度。 图2-4 等温条件下流速分布（1）图2-5 等温条件下流速分布（2）（2）等温条件下异丁烯质量分布图2-6、2-7表示在反应器的不同横截面处等温情况下物种B（异丁烯）的质量分数。越靠近侧表面，对流流速越低，这导致物质B朝向管表面的质量分数越高。出口处物种B的平均质量分数为93.6。图2-6 等温条件下异丁烯质量分布（1）图2-7 等温条件下异丁烯质量分布（2）（3）非等温条件下流速分布图2-8、2-9显示了在反应器的不同横截面处非等温情况的速度大小。 非等温情况下的速度幅度略大于等温情况下的速度幅度。 这是由于较高温度引起的较高反应速率。图2-8 非等温条件下流速分布（1）图2-9 非等温条件下流速分布（2）（4）非等温流动异丁烯分布2-10、2-11表示在反应器的不同横截面处非等温情况下物质B的质量分数。 在靠近侧壁的区域，由于靠近壁的较高温度，摩尔分数远高于中心区域的摩尔分数。 由于反应器中的低温，总摩尔分数低于等温条件。 在非等温条件下，出口处物种B的平均质量分数为64.2。图2-10 非等温流动异丁烯分布（1）图2-11 非等温流动异丁烯分布（2）在MTBE裂解反应器中，利用COMSOL Multiphysics仿真软件研究，在等温与非等温情况下，对反应器中流速分布以及异丁烯分布和异丁烯质量分布进行探究，将物理场之间的作用耦合在一起进行求解，确保计算结果准确地反映反应器设计的真实特性。2.10.10 设备选材原料对钢材腐蚀不大，操作温度为 215，操作压力为 0.6Mpa，故选用低合金钢Q345R。 2.10.11 设备强度校核本设计采用全国化工设备技术中心站SW6-2011设备强度校核软件进行固定式换热器的机械设计初步。计算机辅助筒体和封头的初步机械设计计算与校核计算。强度计算结果详见表2-3：表2-3（a） MTBE反应器机械强度校核列管式固定床反应器设计计算计算单位广西科技大学GKD战队设 计 计 算 条 件 壳 程管 程设计压力 0.66MPa设计压力 0.66MPa设计温度 230设计温度 230壳程圆筒内径Di1400 mm管箱圆筒内径Di1400mm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)校核计算管箱法兰校核计算管板校核计算表2-3（b） MTBE反应器机械强度校核前端管箱筒体计算计算单位广西科技大学GKD战队计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.66MPa设计温度 t 230.00 C内径 Di 1400.00mm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 = = 2.67mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 13.70mm名义厚度 dn = 15.00mm重量 588.85Kg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 = 0.8250 (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 = = 42.57 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= = 3.36080MPa设计温度下计算应力 st = = 34.05MPastf 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10.00mm,合格表2-3（c） MTBE反应器机械强度校核前端管箱封头计算计算单位广西科技大学GKD战队计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 0.66MPa设计温度 t 230.00 C内径 Di 1400.00mm曲面深度 hi 350.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 173.40MPa试验温度许用应力 s 189.00MPa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= 0.8250 (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 = = 42.36MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 dh = = 2.67mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 13.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 15.00mm结论 满足最小厚度要求重量 269.14 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 3.37716MPa结论 合格表2-3（d） MTBE反应器机械强度校核后端管箱筒体计算计算单位广西科技大学GKD战队计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.66MPa设计温度 t 230.00 C内径 Di 1400.00mm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 = = 2.67mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 13.70mm名义厚度 dn = 15.00mm重量 588.85Kg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 = 0.8250 (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 = = 42.57 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= = 3.36080MPa设计温度下计算应力 st = = 34.05MPastf 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10.00mm,合格表2-3（e） MTBE反应器机械强度校核后端管箱封头计算计算单位 广西科技大学GKD战队计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 0.66MPa设计温度 t 230.00 C内径 Di 1400.00mm曲面深度 hi 350.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 173.40MPa试验温度许用应力 s 189.00MPa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= 0.8250 (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 = = 42.36MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 dh = = 2.67mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 13.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 15.00mm结论 满足最小厚度要求重量 269.14 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 3.37716MPa结论 合格表2-3（f） MTBE反应器机械强度校核壳程圆筒计算计算单位广西科技大学GKD战队计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.66MPa设计温度 t 230.00 C内径 Di 1400.00mm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 = = 2.67mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 13.70mm名义厚度 dn = 15.00mm重量 3140.55Kg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 = 0.8250 (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 = = 42.57 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= = 3.36080MPa设计温度下计算应力 st = = 34.05MPastf 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10.00mm,合格表2-3（g） MTBE反应器机械强度校核腐蚀后带法兰固定式管板计算设计单位广西科技大学GKD战队设 计 计 算 条 件 简 图设计压力 ps0.66MPa设计温度 Ts 230平均金属温度 ts230装配温度 t015壳材料名称Q345R设计温度下许用应力st173.4MPa程平均金属温度下弹性模量 Es 1.892e+05MPa平均金属温度下热膨胀系数as1.244e-05mm/mm圆壳程圆筒内径 Di1400mm壳 程 圆 筒 名义厚 度(高颈法兰取法兰颈部大小端平均值)15mm壳 程 圆 筒 有效厚 度14mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量 1.892e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di21.539e+06mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )6.219e+04mm2管设计压力pt0.66MPa箱材料名称: Q345R设计温度Tt230圆设计温度下弹性模量 Eh1.892e+05MPa筒管箱圆筒名义厚度(高颈法兰取法兰颈部大小端平均值)dh21mm管箱圆筒有效厚度dhe20mm管箱法兰设计温度下弹性模量 1.892e+05MPa材料名称: 15CrMo管子平均温度 tt230换设计温度下管子材料许用应力119.8MPa设计温度下管子材料屈服应力180MPa设计温度下管子材料弹性模量 1.912e+05MPa热平均金属温度下管子材料弹性模量 1.912e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数1.244e-05mm/mm管子外径 d25mm管管子壁厚dt2.5mm管子根数 n951续表2-3（g）换热管中心距 S32mm一根管子金属横截面积176.7mm2换热管长度 L6000mm换管子有效长度(两管板内侧间距) L5900mm管子回转半径 8.004Mm管子受压失稳当量长度10mm热系数Cr =144.8比值 1.249管子稳定许用压应力 () = MPa管管子稳定许用压应力 () =89.61MPa材料名称: Q345R设计温度 230管设计温度下许用应力152.2MPa设计温度下弹性模量1.892e+05MPa管板腐蚀裕量 C2 2mm管板输入厚度dn50mm管板计算厚度 d42.7mm隔板槽面积 (包括拉杆和假管区面积)Ad8000mm2板管板强度削弱系数 h0.4管板刚度削弱系数 m0.4管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接(焊接)高度l3.5mm管板和管子焊接(胀接)许用拉脱应力 q59.9MPa管材料名称: Q345R法兰厚度 196mm箱法兰外径1560mm法基本法兰力矩 6.624e+06Nmm兰管程压力操作工况下法兰力 3.59e+08Nmm法兰宽度 80mm管箱圆筒抗弯刚度(管箱圆筒材料波桑比=0.3)1.386e+08Nmm管箱圆筒常数0.010861/mm续表2-3（g）材料名称: Q345R法兰厚度 39.7mm法兰外径与内径之比 1.114壳体法兰应力系数Y (按K查表7-9)17.93壳程圆筒抗弯刚度(壳程圆筒材料波桑比=0.3)4.754e+07Nmm壳程圆筒常数0.012981/mm螺栓材料名称20螺栓材料弹性模量 Eb1.892e+05MPa螺栓长度lb240.7mm螺栓总横截面积Ab1.488e+04mm2螺栓中心至FD作用位置的径向距离SD44.5mm螺栓中心至FG作用位置的径向距离SG735mm螺栓中心至FT作用位置的径向距离ST396.2mm垫片材料名称非金属软垫垫片材料回弹模量 EG2.04e+04MPa垫片厚度G3mm垫片有效受压面积AG353.4mm2膨胀节总体轴向刚度 0N/mm计算系数换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 2.731换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 管板开孔后面积 A1 = A - 0.25 npd 23.845e+05mm2管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管) 8.514e+05mm2管板布管区当量直径 1041mm管板开孔抗弯刚度 (管板材料波桑比=0.3)1.349e+09Nmm管子加强系数 , K =6.46管束弹性基础系数12.79N/mm3系数 0.4517系数 0.437系数 3.402系数 7.949续表2-3（g）换热器各部件边沿内力方程组系数矩阵MhHhMsHsMRH7.186e-07-2.522e-050000-2.522e-050.0035120000008.183e-066.791e-05-6.563e-060006.791e-050.008252-0.0001303-0.00086200-6.563e-06-0.00013038.374e-06-0000-0.000862-00.00096340000-1.898e-0600007.928e-05-0.000329905.454e-085.345e-066.563e-060.0001303-6.563e-060换热器各部件边沿内力方程组系数矩阵换热器各部件边沿内力方程组右端载荷项rtMtrtVtMfpsps +热 ptpt +热005.454e-080000005.345e-06000.050060.05006006.563e-06000007.928e-050.00013030.11480.1148-0.01