南京工业大学甲醇制氢工艺设计(反应器)

1、南京工业大学甲醇制氢工艺设计（ 反应器 ）氢气是一种重要的工业产品， 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 杂质的种类和含量都有不相同的要求， 特别是改 革开放以来， 随着工业化的进程， 大量高精产品 的投产， 对高纯度的需求量正逐步加大， 等等对 制氢工艺和装置的效率、经济性、灵活性、安全 都提出了更高的要求，同时也促进了新型工艺、 高效率装置的开发和投产。依据原料及工艺路线的不同， 目前氢气主要 由以下几种方法获得： 电解水法； 氯碱工业 中电解食盐水副产氢气；烃类水蒸气转化法；

2、 烃类部分氧化法；煤气化和煤水蒸气转化 法；氨或甲醇催化裂解法； 石油炼制与石油 化工过程中的各种副产氢； 等等。其中烃类水蒸 气转化法是世界上应用最普遍的方法， 但该方法 适用于化肥及石油化工工业上大规模用氢的场 合，工艺路线复杂，流程长，投资大。随着精细化工的行业的发展，当其氢气用量在2003000m3/h 时，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。 甲醇 蒸气转化制氢具有以下特点：（1）与大规模的天然气、 轻油蒸气转化制氢或 水煤气制氢相比，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、贮存方便。（ 4）

3、可以做成组装式或可移动式的装置， 操作 方便，搬运灵活。对于中小规模的用氢场合， 在没有工业含氢 尾气的情况下，甲醇蒸气转化及变压吸附的制氢 路线是一较好的选择。本设计采用甲醇裂解 +吸 收法脱二氧化碳 +变压吸附工艺，增加吸收法的 目的是为了提高氢气的回收率， 同时在需要二氧 化碳时，也可以方便的得到高纯度的二氧化碳。目录1 设计任务书 32 甲醇制氢工艺设计 42.1 甲醇制氢工艺流程 42.2 物料衡算42.3 热量衡算63 反应器设计 . 93.1 工艺计算93.2 结构设计 134 管道设计 5 自控设计 6 技术经济评价、环境评价 7 结束语 8 致谢 9 参考文献 附录： 1.反

4、应器装配图，零件图2. 管道平面布置图3. 设备平面布置图4. 管道仪表流程图5. 管道空视图6. 单参数控制方案图1、设计任务书2、甲醇制氢工艺设计2.1 甲醇制氢工艺流程甲醇制氢的物料流程如图 12。流程包括 以下步骤：甲醇与水按配比 1：1.5 进入原料液 储罐，通过计算泵进入换热器( E0101)预热， 然后在汽化塔( T0101 )汽化，在经过换热器 (E0102)过热到反应温度进入转化器 (R0101)，转 化反应生成 H2、CO2 的以及未反应的甲醇和水 蒸气等首先与原料液换热 (E0101)冷却，然后经 水冷器 (E0103)冷凝分离水和甲醇，这部分水和 甲醇可以进入原料液储罐

5、， 水冷分离后的气体进 入吸收塔， 经碳酸丙烯脂吸收分离 CO2，吸收饱 和的吸收液进入解析塔降压解析后循环使用， 最 后进入 PSA 装置进一步脱除分离残余的 CO2、CO 及其它杂质，得到一定纯度要求的氢气。图 12 甲醇制氢的物料流程图及各节点物料2.2 物料衡算1、依据 甲醇蒸气转化反应方程式 :CH 3OH CO +2H2 （1-1）CO+H 2 OCO 2 + H 2 （1-2）CH 3OH 分解为 CO转化率 99%,反应温度 280,反应压力 1.5MPa,醇水投料比 1:1.5(mol).2、投料计算量代入转化率数据 ,式(1-3)和式 (1-4)变为:CH 3 OH 0.9

6、9CO +1.98H2 +0.01 CH3OH CO+0.99H 2 O 0.99CO 2+ 1.99H2 +0.01CO 合并式(1-5),式(1-6)得到:CH 3 OH+0.981 H 2 O 0.981 CO 2 +0.961 H 2 +0.01 CH3OH+0.0099 CO 氢气产量为 :2400m3/h=107.143 kmol/h甲醇投料量为 : 107.143/2.9601 32=1158.264 kg/h水投料量为: 1158.264/321.5 18=977.285 kg/h3、原料液储槽 ( V0101)进: 甲醇 1158.264 kg/h , 水 977.285 k

7、g/h出: 甲醇 1158.264 kg/h , 水 977.285 kg/h4、换热器 ( E0101), 汽化塔 ( T0101), 过热器 ( E0103)没有物流变化 .5、转化器 (R0101)进 : 甲醇 1158.264 kg/h, 水 977.285 kg/h , 总计 2135.549 kg/h生成 CO=1560.920 kg/h=214.286 kg/hCO=10.033 kg/h剩余甲醇1158.264/320.9801441158.264/322.960121158.264/320.0099281158.264/320.0132=11.583 kg/h剩余水977.2

8、85-1158.264/320.980118=338.727 kg/h总计2135.549 kg/h6、吸收塔和解析塔吸收塔的总压为 15MPa, 其中 CO 2的分压 为 0.38 MPa ,操作温度为常温 (25). 此时 ,每 m3 吸收液可溶解 CO 211.77 m3.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 1 2。解吸塔操作压力为 0.1MPa, CO2 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 co2 =pM/RT=0.4 44/0.0082 (273.

9、15+25)=7.20kg / m3CO 2 体积量V CO2 =1560.920/7.20=216.794 m3/h据此 ,所需吸收液量为216.794/9.45=22.94m3/h考虑吸收塔效率以及操作弹性需要 ,取吸收量 为 22.94 m3/h 3=68.82 m3/h可知系统压力降至 0.1MPa 时,析出 CO 2量为 216.794m3/h=1560.920 kg/h.混合气体中的其他组分如氢气 ,CO 以及 微量甲醇等也可以按上述过程进行计算 ,在此 , 忽略这些组分在吸收液内的吸收 .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

10、点的物料量 ,见图 1一 2.3.3 热量衡算1、汽化塔顶温确定在已知汽相组成和总压的条件下， 可以根据 汽液平衡关系确定汽化塔的操作温度甲醇 和水的蒸气压数据可以从一些化工基础数据手 册中得到：表 1-3 列出了甲醇的蒸气压数据 水的物性数据在很多手册中都可以得到， 这里从 略。在本工艺过程中 ,要使甲醇水完全汽化 ,则其 汽相分率必然是甲醇 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 +0.6p水 =1.5MPa初 设 T=170p 甲醇 =2.19MPa;p水=0.824 MPap总=1.37041.5 MPa再 设 T=

11、175p 甲醇 =2.4MPa;p水=0.93 MPap总 =1.51 MPa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 . 2、转换器 ( 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反应 =1158.264 0.99/32 1000 (-49.66)=-1.78 106 kJ/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 p3

12、20? =4.1868 0.68=2.85kJ/(kg K), c p300? =2.81kJ/(kg K)取平均值 c p =2.83 kJ/(kg K)则 导 热 油 用 量w=Q反应 /(c p t)=8.90 105/(2.83 5)=62898 kg/h3、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 . 从手册中可以方 便地得到甲醇和水蒸气的部分比定压热容数据 , 见表 1-4.气体升温所需热量为 :Q= c p m t=(1.90 579.126+4.82 488.638) (280-175)=3.63 105 kJ/h导热油

13、 c p =2.826 kJ/(kg K), 于是其温降为:m)=t=Q/(c3.63 105 /(2.826 62898)=2.04 导热油出口温度为 : 315-2.0=313.0 4、汽化塔( TO101 ) 认为汽化塔仅有潜热变化。175 甲醇 H = 727.2kJ/kg水 H =203IkJ/kgQ=579.126 727.2+2031 488.638=1.41 10 6 kJ/h以 300 导 热 油 c p 计 算 c p =2.76 kJ/(kg K)t=Q/(c P m)=1.41 10 6 /(2.76 62898)= 8.12则导热油出口温度 t 2 =313.0-8.

14、1=304.9 导热油系统温差为 T=320-304.9=15.1 基本合适 .5、换热器( EO101) 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= c p m t=(579.126 3.14+488.638 4.30)(175-25)=5.88 105 kJ/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：cpco2 10.47 kJ/(kgK)cpH2 14.65 kJ/(kgK)cpc

15、o 4.19 kJ/(kgK)则管程中反应后气体混合物的温度变化为：t=Q/(c P m)=5.88 105 /(10.47 780.452+14 .65 107.142+4.19 169.362)=56.3 换热器出口温度为 280-56.3=223.7 6、冷凝器( EO103)在 E0103 中包含两方面的变化： CO 2 , CO, H 2的冷却以及 CH 3OH , H2 O 的冷却 和冷凝. CO 2, CO, H 2的冷却Q= c p m t=(10.47 780.452+14.65 10 7.142+4.19 5.017) (223.7-40)=1.79 106 kJ/h CH

16、 3 OH 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 Q2 =H m=2135169.362=3.62 105kJ/h水 显 热 变 化 Q 3 = cp m t=4.19 169.362 (223.7-40)=1.30 105kJ/ hQ=Q 1+Q2+ Q3=2.28 106kJ/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/( c p t)=2.28 106/(4.19 10)=54415kg/3、反应器设计计算3.1 工艺计算 已知甲醇制氢转化工艺的基本反应为： CH3OH+H2O

17、=CO2+3H2 。该反应在管式反应器 进行，进出反应器的各物料的工艺参数如表 3-1 所示。物 流 名 称管程壳程/(kg/h)进口/(kg/h)出口/(kg/h)设 计 温 度 /oC压力 /MP a进出 口/(kg/h)设 计 温 度 /oC压力 /MP a甲 醇579.1265.7912801.5水488.638169.362780.45氧 化 碳2氧 化 碳5.017氢 气107.142导 热 油628983200.5表 3-1反应器的物流表1）计算反应物的流量对于甲醇， 其摩尔质量为 _32 kgk/mol ，则其摩尔流量为： 579.126/32=18.098kmol/h对于水，

18、 其摩尔质量为 18 kgk/mol ，其摩尔流量为： 488.638/18=27.147 kmol/h对于氢气，其摩尔质量为 2 kg k/mol, 其摩 尔流量为： 107.142/2=53.571 kmol/h 对于一氧化碳， 其摩尔质量为 28 kgk/mol,其摩尔流量为： 5.017/28=0.179 kmol/h 进料气中甲醇的摩尔分率 yA 为：0.4yA=18.098A 18.098 27.147对于甲醇和水，由于温度不太高（ 280 oC），压 力不太大（ 1.5MPa），故可将其近似视为理想气 体考虑。 有理想气体状态方程 pV=nRT ，可分别 计算出进料气中甲醇和水的

19、体积流量：甲醇的体积流量 VA 为：VA=18.098* 8314.3* (273.15 280)1.5 * 10655.489m3/h水的体积流量 VB 为：VB=27.147* 8314.3* (273.15 280)1.5*10683.233m3/h进料气的总质量为：mo= 55.489+83.233=1067.764 kg/h（2）计算反应的转化率 进入反应器时甲醇的流量为 579.126 kg/h，出反 应器时甲醇的流量为 5.791 kg/h，则甲醇的转化 率 xAf 为：xAf=579.126 5.791579.126100% 99%即反应过程中消耗甲醇的物质的量为：18.098

20、99%=17.917 kmol/h （3）计算反应体系的膨胀因子 由体系的化学反应方程式可知， 反应过程中气体 的总物质的量发生了变化， 可求出膨胀因子 A对于甲醇有：A= 3 111 1 214）计算空间时间根据有关文献，方程为：该反应为一级反应， 反应动力学rA=kpA-4 68600k=5.5 10-4e RTCA=CAO1 xA1 Ay A xA上式两边同乘以 RT ，则得： 反应过程的空间时间 为：pA=CAORT1 xA1 AyA xAxAf dxA =CAO 0 rA= CAO 0 dx A /k CAORT 1 A y A x A1kRTxAf01 AyA xA1 x AdxA

21、-4 68600 3h) ，k=5.5 10-4e RT m3/(kmolR=8314.3kj （kmolK ） ，T=553.15K ，A=2，yA=0.4， 代入上式，可得空间时间：=0.0038h（5）计算所需反应器的容积VR=VO进料气的总体积流量为：VO=55.489+83.233=138.722 m3/h=0.0385 m3/s 则可得所需反应器的容积为：VR=VO =0.0038138.722=0.527m3（6）计算管长 由文献可知，气体在反应器内的空塔流速为 0.1m/s，考虑催化剂填层的空隙率对气体空塔速 度的影响，取流动速度为 =0.2m/s，则反应管 的长度为：l=u=

22、0.003836000.2=2.736m根据 GB151 推荐的换热管长度，取管长 l=3m反应器内的实际气速为：u=l = 0.00383* 3600 0.22m/s（7）计算反应热 甲醇制氢的反应实际为两个反应的叠合，即CH 3OH=CO+2H 2-90.8kj/molCO+H 2O=CO 2+H2+43.5kj/mol 反应过程中的一氧化碳全部由甲醇分解而得， 由化学反应式可知，每转化 1kmol 的甲醇就可生 成 1kmol 的一氧化碳，则反应过程中产生的一氧 化碳的物质的量为 17.917kmol/h。反应器出口处 的一氧化碳的物质的量为 0.179kmol/h，转化的 一氧化碳的物

23、质的量为：17.917-0.179=17.738 kmol/h一氧化碳的转化率为：17.738xCO=*100% 99%CO 17.917 则反应过程中所需向反应器内供给的热量为：Q=90.810317.917-43.510317.738=855.261103kJ/h（8）确定所需的换热面积 假定选用的管子内径为 d，壁厚为 t，则其外径 为 d+2t ，管子数量为 n 根。反应过程中所需的热量由导热油供给， 反应器同时作为换热器使用， 根据 GB151，320oC 时钢的导热系数为 =44.9W/（ mOC），管 外 油 侧 的 对 流 给 热 系 数 为 o=300W/ （m2OC），管内

24、侧的对流给热系数为 i=80 W/（m2OC），根据表 5-2 所列的壁面污垢 系数查得， 反应管内、 外侧的污垢系数分别 为 0.0002 m2 OC/W 和 0.0008 m2OC/W 总 污 垢 系 数 为 Rf=0.0002+0.0008=0.001 m2OC/W根据传热学，反应器的传热系数为：K=1/ (1i d1 d 2t +1o+t +Rf) o由于 d 2t 的值接近于 1，对 K 带来的误差小于 d1% ；钢管的传热很快，对 K 的影响也很小，故 可将上式简化为：K=1/ （ 1 + 1 +Rf ） = 1 1159.4 W/i o1 1 0.001300 80（ m2OC）

25、=213.84kJ/（hm 2OC）由于反应器所需的换热面积为：F= Q = 855.261* 103 99.988m2Kt 213.84 * （320 280）9）计算管子的内径 反应器需要的换热面积为： F=ndl 反应器内气体的体积流量为：VO= nd2 u4联立上述两式， 并将 l= 6m，u= 0.22(m/s) ， F= 99.988(m2) VO= 0.0385(m3/s) 代入，即 可得所需管子的内径为： d=0.0210m。根据计算所得的管子内径， 按前述换热设备设 计选择合适的管子型号和所需的管数及布管方 式。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 注管

26、程 结 构换热 管材 料换热 管内 径、di ;dm选用碳钢无缝钢管2520.021;0.025设 计外径 换热 管管 长换热 管根 数 管程 数 管程 进出 口接 管尺 寸 （外 径* 壁 厚）LnNi djt *Sjtmm选用 3m标准管长Ao 99.988 ndL 0.025 3根据管内流体流速 范围选定按接管内流体流速合理选取3.0325（圆整）1601.6壳程 数换热 管排Ns正三角形排列1正三角形排 列管列形 式换热SmS=1.25d 或按标准0.032程 结 构 设 计管中 心距 分程 隔板 槽两 侧中 心距Sn按标准管束 中心 排管 数ncnc 1.1 n 1.1 331（外加

27、六 根拉杆）21壳体 内径DimDi=S(Nc-1)+(12)d07换热 器长 径比L/ D iL/ D i4.28合 理实排 热管 根数n作图351折流 板形 式折流Dbm选定按 GB151-1999单弓形折流 板0.675板外直径折流hm取 h=0.20Di0.14板缺弦 口离折流Bm取 B=（0.2 1）Di0.33板间距折流NbNb=L/B-18板数壳程djs *Sjs合理选取1142选进出取口接管寸尺3.2 外壳结构设计按照 GB150-1998钢制压力容器进行结构设 计计算。1、 筒体(1) 筒体内径 :700mm设 计 压 力 ： P c =1.1 pw =0.55MPa 设计温

28、度取 350 C筒 体 材 料 ： 16MnR焊接接头系数 =0.8钢板厚度负偏差 C1=0, 腐蚀裕量 C2=1.0mm,厚度 附加量 C= C1+ C2=1.0mm.PcDi2 tPc筒体的计算厚度计算= 0.55* 7001.8 mm= 2*134*1 0.55考虑厚度附加量并圆整至钢板厚度系列， 得材料 名义厚度 n = 4mm.取 n 6mm 强度校核有效厚度 e = n - C1- C2=5mmt = 2 e =0.55* (700 5) 38.775 MPa t =134 MPae 2* 5 符合强度要求。(2) 根据筒径选用非金属软垫片： 垫片厚度： 3 垫片外径 :765 垫

29、片内 径：715根据筒体名义厚度选用乙型平焊法兰（ JB4702）法兰材料： 16MnRDN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7008608154627M2424表 3-2 筒体法兰数据2、封头（ 1）封头内径： 700mm设 计 压 力 ：P=1.6MPa设计温度取 300 C封 头 材 料 ： 16MnR 焊接接头系数 =1.0钢板厚度负偏差 C1=0, 腐蚀裕量 C2=1.0mm,厚度 附加量 C= C1+ C2=1.0mm.封头的计算厚度计算选用标准椭圆形封头， K=1.0KPc Di2 t 0.5Pc4.790mm1.0 1.6 8002 134 1-0.

30、5 1.6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 n =6mm.强度校核有效厚度 e = n - C1- C2=7mmPc( KDi 0.5 e)1.6 (1.0 800 0.5 7) 91.829 MPa t27=144MPa符合强度要求。根 据 筒 径 选 用 标 准 椭 圆 形 封 头 直 边 高 ： 25 曲边高： 200 壁厚： 67、换热管( GB151-1999) 管子材料： 16MnR 根据上节中计算的管子内径选用尺寸： 25 2 管长： 3000根数： 345实 排 根 数 ： 351 ( 外 加 6 根 拉 杆 ) 排列形式：正

31、三角形中心距： 32 管束中心排管数： 21 长径比： 4.288、管程数据管程数： 1 管程气体 流速： 8m/s进出口接管尺寸： 60 1.6接管材料：16Mn法兰类型：板式平焊法兰 (HG20593-97) 法 兰材料： 20RDN法兰 外径中心 孔直 径法厚度法内径螺栓 孔直 径螺 栓 孔 数螺纹 规格501401101659144M12表 3-3 管程法兰数据9、壳程数据壳程数： 1 壳程液体流 速： 1.5m/s进出口接管尺寸： 1142 接管材料：16Mn 法兰类型：板式平焊法兰 (HG20593-97) 法 兰材料： 16MnRDN法兰 外径中心 孔直 径法厚 度法兰 内径螺栓

32、 孔直 径螺 栓 孔 数螺纹 规格10021017018116184M16表 3-4 壳程法兰数据12、折流板( GB151-1999)材料： 16MnR形式：单弓形外直径：795.5 管孔直径： 25.4缺口弦高： 140间距：330板数：8厚度：613、拉杆( GB151-1999)直 径 ： 16 螺 纹 规 格 ： M16 根数； 614、耳座( JB/T4725-92) (7)耳式支座选用及验算由于该吸收塔相对结构较小，故选用结构简 单的耳式支座。根据 JB/T4732 92 选用支座： JB/T4732 92，耳座 A3，其允许载荷 Q=30Kn, 适用公径 DN 7001400，

33、支座处许用弯矩 Mj =8.35kN*m 。支 座材料 Q235A*F。1) 支座承受的实际载荷计算水平地震载荷为： p e emog e为地震系数，地震设计烈度为 7 时， e 0.24mo 为 设 备 总 质 量 经 计 算 该 反 应 器 的 mo 1119kg水平地震载荷为： pe emog 0.24 11199.8 2631.99N水平风载荷为： pw 1.2 fiq0D0H 0 1.2 1.0 550 340015003366N偏心载荷 Ge 0 N 偏心距 Se 0 mm 其中 f i 为风压高度变化系数， 按设备质心所在 高度。q0为基本风压，假设该填料塔安装在南 京地区，南京

34、地区的 q 0 550N/m2 。f i 风压高 度系数见参考资料。水 平 力 取 p e 与 p w 两 者 的 大 值 ， 即 P Pe+0.25pw=2631.99+0.25*3366=3473.5N 支座安装尺寸为 D：D= (Di 2 n 2 3)2 (b2 2 2 ) 2(l2 s1) 867mm 式中， 2 为耳式支座侧板厚度； 3 为耳式 支座衬板厚度。支座承受的实际载荷为 Q：Q m0g Ge 4(Ph GeSe) 10 3 11.3KN Q kn nd30 KN式中， Ge 为偏心载荷； Se 为偏心距。满足支座本体允许载荷的要求2) 支座处圆筒所受的支座弯矩 ML计算M

35、L q*(l23 s1) 11.3* (1235 50) 0.85kN MI103103因此，开始选用的 2A3 支座满足要求。 形式： A3 型 高度：200底板：L1:125 b1:80 1：8s1:40筋板：L2:100b2:1002：5垫板：地角螺栓规格：M24螺栓孔直径： 2715、管板材料： 16MnR换热管管孔直径：25拉杆管孔直径：18厚度： 50外径： 8603.3 SW6 校核6 e:24L3 ：20 b3:160 3：内筒体内压计算计算单位南京工业大学过程装备与控 制工程系计算条件筒体简图计算压力 Pc0.55MPa设计温度 t350.00C内径 Di700.00mm材料

36、16MnR( 正火 ) ( 板材 )试验温度许用应力170.00MPa设计温度许用应力 t134.00MPa试验温度下屈服点 s345.00MPa钢板负偏差 C10.00mm腐蚀裕量 C21.00mm焊接接头系数0.80厚度及重量计算计算厚度PcDi= 2 t Pc = 1.80mm有效厚度e = n - C1- C 2= 5.00mm名义厚度n = 6.00mm重量355.17Kg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 = 1.25 P t = 0.8700 ( 或由用户输入 )MPa压力试验允许通过 的应力水平 TT 0.90 s = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力p

37、T.(Die)T = 2 e. = 76.67MPa校核条件TT校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力2 e t Pw = (Di e) = 1.52057MPa设计温度下计算应力Pc (Di e)t = 2 e = 38.78MPat107.20MPa校核条件t t结论合格内压椭圆封头校核 计算单位 南京工业大学过程装备与控制 工程系计算条件椭圆封头简图计算压力Pc0.55MPa设计温度 t350.00C内径 Di700.00mm曲面高度hi175.00mm材料16MnR（ 热轧 ） （板材 ）试验温度许用应力170.00MPa设计温度 许用应力 t134.00MPa钢板负偏差 C10.

38、00mm腐蚀裕量C21.00mm焊接接头 系数0.80厚度及重量计算形状系数K = 61 2 2Dhii= 1.0000K = i = 1.0000计算厚度KPcDi= 2 t 0.5Pc = 1.80mm有效厚度e = n - C1- C2= 5.00mm延长部分兼作法兰固定式管板设计计算条件设计单位南京工业大学过程装备与控制工程系简图壳程圆筒设计压力ps0.55MPa设计温度T s350C平均金属温度 ts314C装配温度to15C材料名称16MnR（ 正火 ）设计温度下许用应力 t134Mpa平均金属温度下弹性模 量 Es1.84e+05Mpa平均金属温度下热膨胀 系数 s1.3e-05

39、mm/mm C壳程圆筒内径 D i700mm壳程圆筒名义厚 度 s6mm壳程圆筒有效厚 度 se4.25mm壳体法兰设计温度下弹性模量Ef1.79e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积A=0.25 D i23.848e+052 mm壳程圆筒金属横截面积As= s( Di+ s )94032 mm1.6 MPa管箱圆筒设计压力 pt设计温度 T t材料名称300 C设计温度下弹性模量 Eh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管箱圆筒有 效厚度 he管箱法兰设计温度下弹性模量材料名称管子平均温度 tt1.846e+05 MPa16 mmmmEt”1.86e+0520G（正火）23

40、0MPa设计温度下管子材料许用应力 tt 设计温度下管子材料屈服应力st设计温度下管子材料弹性模量Ett平均金属温度下管子材料弹性模量平均金属温度下管子材料热膨胀系数921471.73e+051.842e+051.244e-05MPaMPaMPaMPamm/mm C管子外径 d25mmmm注：管子根数 n351换热管中心距 S32mm换一根管子金属横截面积 a t （d t ）144.52 mm换热管长度 L3000mm管子有效长度 （两管板内侧间距 ） L12900mm管束模数 Kt = Et na/LD i3790MPa管子回转半径 i 0.25 d (d 2 t )8.162mm热管子受

41、压失稳当量长度lcr10mm系数 Cr =2 Et / s152.4比值 lcr /i1.225l2EtCrlcr cr 2(l i) 2管子稳定许用压应力 ( ri )2(l cr i)MPa管Cr lcr cr s 1 lcr i 管子稳定许用压应力( Cri ) 22Cr73.2MPa材料名称16MnR( 正火 )设计温度 tp350C管设计温度下许用应力 r116MPa设计温度下弹性模量 Ep1.79e+05MPa管板腐蚀裕量 C22mm管板输入厚度 n50mm管板计算厚度48mm隔板槽面积 （ 包括拉杆和假管区面积 ）Ad02 mm板管板强度削弱系数0.4管板刚度削弱系数0.42D

42、iK2 1.318 i Etna / EpL管子加强系数 t p K =4.11管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接 （焊接 ）高度 l3.5mm胀接许用拉脱应力 qMPa焊接许用拉脱应力 q46MPa管箱材料名称16MnR( 正火 )管箱法兰厚度 f46mm法兰外径 Df860mm基本法兰力矩 M m7.515e+07N mm管程压力操作工况下法兰力Mp3.266e+07N mm法兰宽度 bf (Df Di) /280mm法比值 h / Di0.005714比值 f / Di0.06571系数 C(按 h/Di, f”/Di , 查 图25)0.00系数 ”(按 h/Di , f”/Di ,

43、查图0.00015126)Kf1 2Efbf旋转刚度 12 Di bf32DifEh 9.542MPa材料名称16MnR( 正火 )壳壳体法兰厚度 f44mm法兰外径 Df860mm体法兰宽度 bf (Df Di ) / 280mm比值 s/ Di0.006071法比值 f / Di0.06286系数 C , 按 h/Di, f”/Di , 查图0.0025系数 , 按 h/Di , f”/Di , 查图0.000162626 1 2Ef bfK f 12 Di bf 旋转刚度 i f2DifEs 8.573MPa法兰外径与内径之比 K Df Di1.229壳体法兰应力系数 Y (按 K 查 表9-5)9.55K旋转刚度无量纲参数 f 4Kf Kt0.001777膨胀节总体轴向刚度2(lcr Ei)20N/mm管板第一弯矩系数 (按 K , Kf 查 图 27) m10.1075系m11 系数 K K f14.73系数(按 Kt Kf 查图 29) G22.952E t na 换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 Q Es As4.445数E t na ( Es As K ex L ) Qex 换热管束与带膨胀节壳体刚度之比EsAsK exL管板第二弯矩系数 (按K,Q或Qex 查图28(a) 或(b)