毕业论文深层地热发电热力系统及设备的设计

1、本科生毕业设计（论文）文献综述题 目：深层地热发电热力系统及设备的设计姓 名： 学 号： 系 别： 石油化工学院 专 业： 过程装备与控制工程 年 级： 2011级 指导教师： （签名） 年 月 日热力计算：一组数据为例：P1=1.6MPa ； h1=858.804 KJ/Kg；v1=0.0012 m3/Kg ; S1=2.344 KJ/(KgK); h1=2791.874 KJ/Kg；v1=0.1237 m3/Kg S1=6.418 KJ/(KgK); P2=1.4MPa ； h2=830.310 KJ/Kg；v2=0.0012 m3/Kg ; S2=2.284 KJ/(KgK); h2=2

2、788.035 KJ/Kg；v2=0.1408 m3/Kg ; S2=6.466 KJ/(KgK); 假设1-2-3是等熵过程：计算如下: S=S1由 S=1-x1S2+x1S2 （1-1）得：x1=S1-S2S2-S2x1=6.418-2.2846.466-2.284=0.9885x1=0.9885;h1s=1-x1h2+x1h2 （ 1-2）=1-0.9885830.310+0.98852788.035=2765.565KJ/Kghz1=h1-h1-h1smig （ 1-3）m1hz1+m2h2=(m1+m2)hH （ 1-4）先设：m1=m2由14 计算的；hH=hz1+h22=2772

3、.366+2788.0352=2780.201KJ/Kg （ 1-5）hH=1-x2h2+x2h2 （1-6）x2=hH-h2h2-h2=2780.201-830.3102788.035-830.310=0.996sH=1-x2s2+x2s2 1-7=1-0.9962.284+0.9966.466=6.449 J/(KgK) sH=1-x3sz+x3sz 1-8 得；x3=SH-SzSz-Sz=6.449-0.4378.455-0.437=0.750求得冷凝器出口焓：hz=1-x3hz+x3hz 1-9=1-0.750125.946+0.7502555.325=1947.621 KJ/Kg已知

4、： m1h1-hz1+m1+m2hH-hzimg=2000KW 1-10 m0h0=m1h1+m0-m1h1 1-11 m0-m1h1=m2h2+m0-m1-m2h2 1-12由式：10,11,12计算得：m1=2000+hzimgh1-h1s+1+AhHimg=2000+1947.6210.780.980.972791.874-2765.565+1+1.7032780.2010.780.980.97=0.197 Kg其中：=h1-h0h1-h2h0-h1h2-h2=2791.874-875.188858.804-830.310875.188-858.8042788.035-830.310=1

5、.703m0=h1-h1h0-h1m1=2791.874-858.804875.188-858.8040.197=23.212 Kg m2=m1=0.1971.703=0.335 Kg校验所设的质量m1和m1；假设计算出来的质量m1和m2迭代到式1-4按前述方法重新计算出m1和m2，使两个质量收敛为止。由此迭代计算出的质量：m1=0.197 Kg m2=0.335Kg m0=23.196Kg其他数据如同上计算，数据见表1。 表1压力P1 压力P2 m0 m1 m21.61.423.195540.1965980.3347421.61.213.799420.116960.4148031.619.5

6、616370.0810410.4520891.60.87.1084960.0602490.4743861.60.65.4754440.0464080.4903681.60.44.265020.0361490.5039021.60.23.2506310.0275510.518491.60.12.7302050.023140.529081.60.082.6126880.0221440.5320641.60.062.6021680.0220550.5611291.60.022.1460820.018190.5479191.60.012.006660.0170080.5545591.60.0081.9

7、693670.0166920.556541.60.0061.925580.0163210.5589851.41.213.781230.3159150.2148781.419.5531440.2189920.3130431.40.87.0998430.1627540.3703531.40.65.4673230.1253310.4095431.40.44.2575640.0975990.4401611.40.23.2437710.0743590.4688711.40.12.7235740.0624340.4865421.40.082.6060880.0597410.4910951.40.062.4

8、776480.0567970.4964251.219.5716210.3692020.1639241.20.87.105560.274080.2590411.20.65.4673350.2108890.3231921.20.44.2547190.1641160.3721351.20.23.2392780.1249470.4159651.20.12.7184040.1048560.4412071.20.062.4721470.0953570.45458210.87.1006640.3963660.13673610.65.4610260.304840.22835910.44.2479980.237

9、1270.29747310.23.2324660.1804390.35795310.12.711530.151360.39154310.082.5938580.1447920.39962510.042.3171620.1293460.4198120.80.65.4660840.4116430.122690.80.44.2476840.3198870.2144810.80.23.2288950.2431630.2936010.80.12.7066110.2038310.3365110.80.082.5886470.1949470.346660.80.062.4596480.1852330.358

10、0430.80.042.3112410.1740560.3716170.60.44.2531450.4175610.1184540.60.23.2281060.3169260.2193670.60.12.7032510.2653970.273140.60.082.5847430.2537620.2856930.60.062.4551520.2410390.2996780.60.042.306070.2264030.3162040.40.23.2330770.4100610.1282670.40.12.7032510.3428620.1955880.40.082.5837110.32770.21

11、11350.40.062.4530080.3111230.2283570.40.042.3026840.2920560.2485530.20.12.7136640.4567190.0870010.20.082.5917350.4361980.1068750.20.062.458490.4137720.1287670.20.042.3053550.3879990.1542470.10.082.6094440.5289240.0235120.10.062.4729580.5012590.049320.10.042.316270.4694990.0792150.080.062.4792110.527

12、0520.0269530.080.042.3212320.4934670.0581350.060.042.3286250.5230650.032767 第二章2.1 工艺参数设计 工艺参数见表2-1。工作温度 设计温度 最高工作压力 设计压力 气体密度G 170.406 200 1.72Mpa 1.892Mpa 210.214/液体密度 气体体积 液体体积 最大体积流 最小体积流 L 流量VG 流量VL 量系数Vmax 量系数Vmin897.0351/ 210.214/h 11.825/h 135% 75%2.2 设计方案的确定此次设计的立式气液分离器用于地热水的气液分离器发电工程，考虑到立式

13、气液分离器的结构简单，易于维护，为了充分分离地热水中的蒸汽，故采用立式丝网分离器。立式丝网分离器主要由筒体、入口接管、出口接管、丝网捕雾器、排液管、安全阀、检查口等组成。2.3 工艺尺寸计算2.3.1 气体流速计算根据HG/T 20570.8-95气液分离器设计标准得，分离器气体流速计算如下： =0.075897.035-4.1614.1610.5 （2- 1）2.3.2 结构尺寸设计（1）丝网直径（）的计算：根据HG/T 20570.8-95气液分离器设计得，丝网直径为：DG=0.0188VGuG0.5 （2-2）=0.0188283.7901.100.5=0.302 m即丝网直径为302m

14、m。（2）容器直径（D）:根据HG/T 20570.8-95气液分离器设计得，容器直径要比丝网直径大100mm左右，考虑到容器的高径比小于5，所以取容器的直径为600mm。（3）高度()根据HG/T 20570.8-95气液分离器设计得：HL=VLt47.1D2=11.8251.35247.10.60.6=1.883 m （2-3）（4）接管直径设计1) 两相入口根据HG/T 20570.8-95气液分离器设计得:GuGL1500Pa （2-4）uGL3.0210-3VL+VG0.5G0.25 （2-6）Dp3.0210-315.964+283.7890.54.1610.25Dp0.0747

15、m （取0.08 m）式中:Dp接管直径，m；VL液体体积流量，；VG气体体积流量，；其余符号意义同前。2）气相出口计算如下：气相出口流速=两相进口流速因此选用Dp=0.08 m，则出口流速由式（2-7）求得：u=0.2430.240336001.350.78536000.080.08=15.69 m/s （2-7）3）液相出口选用管径为DN80，则流速由式（2-8）为：uL=11.8251.350.78536000.080.08=0.86 m/s （2-8）（5）丝网的装配丝网是由圆形丝网盘压合在上、有2个支承格栅间构成。编织丝网的细丝直径为0.10mm，填装密度为144Kg/，填装成盘的空

16、隙率为95%，盘高150mm。从经济性、工作温度、容器材料以及丝网本身的耐久性考虑，采用聚四氟乙烯丝网。第三章3.1 设计参数选择3.1.1 设计压力 筒体最高工作压力为1.72MPa，根据化工容器设计得，设计压力不应低于安全阀的开启压力，通常可取容器工作压力的1.051.10倍，所以取筒体计算压力为=1.1P=1.101.892=1.9866MPa。3.1.2 设计温度设计温度为2053.1.3 主要材料选取根据GB150-1998表4-1，筒体材料选用Q235-C许用应力为：t=105MPa根据JB/T4731,支座选用材料为Q235-B许用应力为:t=99MPa根据GB/T 700规定，

17、地脚螺栓选用Q235-C，许用应力为：t=105MPa根据HG/T 20592-2009钢制管法兰表，选用材料为Q345R钢，许用应力为：t=183MPa 3.2 容器的结构设计3.2.1 筒体厚度计算如下本容器需要100%无损探伤，根据化工容器设计得焊接接头系数为0.90。查GB150-1998中表4-1，屈服极限强度，200下Q235-C的许用应力为t=105MPa，筒体计算厚度见式（3-1）：=PcDi2t-Pc=1.986660021050.9-1.9866=6.374 mm (3-1)根据化工容器设计的 表3-10钢板厚度负偏差可知，因为地热水中矿物质含量多，所以负偏差为0.6mm，

18、查标准HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定中表7-1可知，钢板厚度负偏差为2mm，则筒体的名义厚度见如下式： n=6.374+0.6+2=8.974mm 圆整后取名义厚度： n=10mm 3.2.2 封头壁厚计算由标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表1，公称直径DN=Di=600，选用标准椭圆形封头，其型号代号为EHA，根据GB150-1998，计算椭圆形封头计算厚度计算见式3-3=PcDi2t-0.5Pc=1.986660021050.9-1.98660.5=6.340mm (3-2)根据化工容器设计的 表3-10钢板厚度负偏差可知，因为地热水中矿物质含量多，所以

19、负偏差为0.6mm，查标准HG20580-1998钢制化工容器设计基础规定中表7-1可知，钢板厚度负偏差为2mm，则筒体的名义厚度见如下式： n=6.340+0.6+2=8.940mm 圆整后取名义厚度：n=10mm 。3.3 封头结构设计由Di2H-h=2 (3-3)得h=25 mm 筒体封头的容积见表3-1查标准JB/T4746-2002钢制压力容器用封头中表B.1 EHA和表B.2 EHA，椭圆形封头内表面积、容积、质量见表3-1表3-1 EHA标准椭圆形封头内表面及、容积公称直径DN 总深度H 内表面积 容积/ 重量/mm /mm A/ m2600 175 0.4374 0.0353

20、34.6 根据HG/T 20570.8-95气液分离器设计图立式丝网分离器筒体标准计算的筒体高度为如下：H=1883+150+89+300+150+300+50+2175=3222mm （3-4） 图3-1 标准椭圆封头结构图3.4 法兰，垫片，接管和螺栓（螺柱）的设计3.4.1 法兰和接管的选型根据HG/T 20592-2009钢制管法兰中，表8.2 3-3 PN10带颈对焊钢制管法兰和附录表D-5，查得各法兰的尺寸和各法兰的质量见表3-2，法兰结构图如图3-2所示。 图3-2 带劲对焊法兰结构图表3-2 法兰尺寸参数图3-2 法兰结构图表3-2 法兰尺寸参数名称 公 钢管 法 螺栓 螺 螺

21、栓 螺栓 法 法 质称 外径 兰 孔中 栓 数量 Th 兰 法兰颈 N 兰 量 尺 法兰 外 心圆 直 n 厚 高 kg寸 焊缝 径 直径 径 度 A B S H1 R 度DN 外径A D K L C H两相 80 88.9 200 160 18 8 M16 20 105 105 3.2 10 6 50 4 进口排液80 88.9 200 160 18 8 M16 20 105 105 3.2 10 6 50 4口排气80 88.9 200 160 18 8 M16 20 105 105 3.2 10 6 50 4口液位10 17.2 90 60 14 4 M12 16 28 28 1.8 6

22、 4 35 0.5口压力10 17.2 90 60 14 4 M12 16 28 28 1.8 6 4 35 0.5表口安全15 21.3 95 65 14 4 M12 16 32 32 2.0 6 4 38 1阀口排污15 21.3 95 65 14 4 M12 16 32 32 2.0 6 4 38 1口检查200 219.1 340 295 22 8 M20 24 234 234 6.3 16 10 62 11.5口 根据HG/T 20609-2009钢制管法兰用金属包覆垫片得各法兰垫片的尺寸见表3-3。3-3 垫片尺寸（mm） 名称 公称直径 内径D1 外径D2 混合液进口 80 10

23、9.5 142排液口 80 109.5 142排气口 80 109.5 142压力表口 10 28 46液位计口 10 28 46排污口 15 33 51安全阀口 15 33 51检查口 200 237.5 284注：1：包覆金属材料为纯铝板，标准为GB/T 3880，代号为L3。2：填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。3：垫片厚度均为3mm。3.4.3 螺栓（螺柱）的选择根据标准 HG/T 20613-2007钢制管法兰紧固件表5.0.7-9和附录中表A.0.1紧固件用于平垫片尺寸表得参数如表3-4，螺母，螺柱，平垫圈如图3-3,3-4所示。表3-4 螺栓尺寸表 紧固件用平垫圈名称 公称 螺纹

24、螺柱长 d1 d2 H 质量kg直径混合液进口 80 M16 90 17 30 3 144排液口 80 M16 90 17 30 3 144排气口 80 M16 90 17 30 3 144压力表口 10 M12 70 13 24 2.5 56液位计口 10 M12 70 13 24 2.5 56 排污口 15 M12 70 13 24 2.5 56安全阀口 10 M12 70 13 24 2.5 56检查口 200 M20 105 21 37 3 252 3-3 螺栓螺母结构图 3-4 垫片结构图 3-4 垫片结构图 3.5 支座选型和支腿计算3.5.1 支座选型根据过程设备设计书的166-

25、167页可知DN4001600mm，圆筒长径比L/DNT (4-3)所以水压试验合格。4.1.2 开孔补强根据GB150的规定，当设计压力小于或等于2.5Mpa的壳体上开孔，两个相邻的开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管公称直径小于或等于89mm时只要接管最小厚度满足书本过程设备设计书第161页表4-15要求时就不另行补强。所以根据表和筒体参数不另行补强。容器采用的是标准椭圆形封头，在封头中心位置设置804.5 的内平起接管。补强判别：根据书过程设备设计书第161页表4-15要求，允许不另行补强的最大接管外径为89mm。本孔外径刚好等于89mm所以不另行补强。筒体的材料Q235-C设计

26、温度205开孔处焊接接头系数：=0.9筒体内直径：Di=600 mm筒体和封头名义厚度：n=10mm同体积厚度负偏差：C1=0.6mm筒体腐蚀余量：C2=2 mm筒体许用应力：t=105 MPa接管实际外伸长度：150mm接管实际内伸长度：1mm接管厚度负偏差：Cn=2.6mm接管新材料（10号钢）许用应力：t=108 MPa补强的计算判别如下：开孔直径： d=di+2C=本封头开孔直径d=D，补强圈在有效补强范围内。补强圈厚度计算如下：=A4D-d=-=为了制造方便，补强圈的名义厚度可以跟封头名义厚度一样，即=mm。4.2法兰计算和校核设计温度205设计压力：1.892Mpa, 计算压力：P

27、c=1.9866Mpa;法兰连接尺寸如下：D=200mmDi=80mmDb=160mmg1=12mmg0=3.2mmh=30mmt=18mm螺栓M16，8只。1 根据标准HG/T20592-2009钢制法兰表4.0.1法兰选用材料为Q345R。其许用应力为：t=183MPa;2 根据标准GB/T700规定，地脚螺栓的材料选用35#钢， 其许用应力t=117MPa；3 垫片选用：根据书本过程设备设计书第143页表4-11垫片选用表知：选用石棉橡胶板，Dgo=142mm ,Dgi=109.5mm ,=3mm4.2.1 垫片宽度计算根据标准GB150-1998钢制压力容器表9-1知：可求垫片实际宽度

28、：N=Dgo-Dgi2=142-109.52=16.25mm (4-18)求得垫片密封基本宽度：b0=N2=16.252=8.125mm (4-19)求得垫片有效密封宽度：b=2.53b0=2.538.125=7.21mm (4-20)4.2.2 螺栓载荷计算 根据标准GB150-1998钢制压力容器表9-2得石棉橡胶板的（=3mm）y=11.0MPa,m=2。在常温下螺栓材料的许用应力：b=117MPa在设计温度下螺栓材料的许用应力：bt=91MPa操作条件下的螺栓载荷计算如下：WP=4DG2Pc+2DGmbPc (4-21)=4127.5821.9866+2127.5827.211.986

29、6=48334.999N式中：DG=Dgo-2b=142-27.21=127.58mm (4-22)操作前螺栓的预紧载荷计算如下：Wa=DGby=127.587.2111=31771.68N (4-23) 螺栓强度校核 M16 螺栓的根径d0=18mm ,Ab=4d02n=41828=2034.72 mm2操作状态下，螺栓设计温度计算，螺栓所需截面积为：AP=WPbt=48334.99991=531.15mm2预紧状态下，罗算常温度计算，螺栓所需截面积为：Aa=Wab=31771.68117=271.55 mm2因为AbApAa ，故螺栓强度足够。4.2.3 总力矩计算预紧时总力矩为： Ma=

30、Wl3 其中 W=0.5Ab+Apb (4-24)=0.52034.72+531.15117=150103.40N 操作时总力矩计算如下：MP=FDlD+FTlT+FGlG (4-25)其中：FD=4Di2PC=48021.9866=9980.68N (4-26) FT=4DG2-Di2PC (4-27)=4127.582-8021.9866=15402.46N FG=WP-FT+FD (4-28)=48334.999-9980.68+15402.46=22951.86 N R=Db-Di2-g1=200-802-12=48mm (4-29)有因为：lD=R+0.5g0=48+0.53.2=4

31、9.60 mm （4-30）lG=Db-DG2=160-127.582=16.21 mm （4-31）lT=R+g1+l32=48+12+16.212=38.11 mm （4-32）总力矩为：MP=FDlD+FTlT+FGlG=9980.6849.6+15402.4638.11+22951.8616.21=1454079.13 Nmm 预紧时总力矩为： Ma=Wl3=150103.4016.21=2433176.03 Nmm 取法兰计算力矩：M=MP或Maftf=2433176.03183189=2355932.35Nmm4.2.4 应力计算与校核因为：g1g0=123.2=3.75，hDig0=3016=1.875查GB150-1998图9-7得：f=1,再由图9-5得无因次系数，F=0.4,由图9-6得，V=0.01:有因为