换热器毕业设计计算说明书 1500td合成氨工艺耐硫变换工段第一变换换热器

1、毕业设计论文任务书毕业设计论文题目：1500t/d合成氨工艺耐硫变换工段第一变换换热器毕业设计论文要求及原始数据资料：毕业设计的主要目的是培养和训练学生综合运用所学知识独立进行过程设备设计、控制方案制定及和制造中技术问题处理的能力。毕业设计环节要求学生完成以下任务：1 了解合成氨生产工艺，掌握耐硫变换、转化/变换或煤气水别离工段的工艺流程及控制方法。2 使用国家最新压力容器和换热器设计标准、标准进行设计。掌握最新化工容器及设计的全过程。3 查阅翻译综合分析各种文献资料，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。4 设计计算以手算、电算相结合，要求设计思路新颖、计算数据准确、可靠、且正确掌握计算

2、机操作和专业软件使用。5 采用CAD绘制所设计的工程图纸。6 毕业设计全部工作由设计者独立完成。设计数据物 料温度进口/出口操作压力(MPa)体积流量 (N/hr)粗煤气180.4/2002.9776147240变换煤气248.8/228.62.7941184904 毕业设计论文主要内容：具体内容包括：1 合成氨生产工艺、耐硫变换、转化/变换或煤气水别离工段工艺流程及控制方法设计；2 评述所设计的换热器在生产中的地位、作用及设备选型附工艺流程图；3 单体设备工艺计算及初选设备轮廓尺寸如：管径、管长、管子数、管壳程数、壳径等；4 设备结构设计；5 设备强度计算；6 编制制造、检验、安装、运输等技

3、术条件；7 绘制设备总装配图及零件图；8 编制设计说明书。 学生应交出的设计文件论文：1 设计说明书一份。2 合成氨生产工艺物料流程图、耐硫变换、转化/变换或煤气水别离工段工艺物料流程图各一张(A1)、总装配图一张(A1)、零部件图不少于四张折合 A1 图纸3 相关题目中文文献综述一篇，译文一篇。 主要参考文献资料：1 天津大学化工原理教研室，?化工原理?上册，天津科技出版社，1992年 2 国家技术监督局，?钢制管壳式换热器?GB151-99 3 国家医药管理局上海医药设计院，?化工工艺设计手册?上、下册，化学工业出版社，1987 4 国家压力容器标准化委员会，?压力容器?GB150-202

4、15 燕山石化总公司设计院化工设计院，?钢制列管式固定管板换热器结构设计手册?，化工部设备设计技术中心站，1985 6 化工部第六设计院，?化工设备图样技术要求?上、下册，化工部设备设计技术中心站，2000 7 石油化学工业部化工设计院，?小氮肥厂工艺设计手册?，石油化学工业出版社，1979 8 化学工业部设备技术中心站，全国压容器标准化技术委员会，?化工设备标准手册?共4册19979?过程装备成套设计?，化学工业出版社，200210?过程装备成套技术课程设计指南?，化学工业出版社，2002年工业出版社，200211 国家压力容器标准化委员会，?钢制焊接压力容器及标准释义?JB/T4735 1

5、99712 国家压力容器标准化委员会，?压力容器用锻件、压力容器用镍铜合金?JB47264728、JB47414743-200013 国家压力容器标准化委员会，?钢制管法兰、垫片、紧固件?HG 2059220635-202114 国家压力容器标准化委员会，?钢制压力容器焊接工艺评定、钢制压力容器焊接规程、钢制压力容器产品焊接试板的力学性能测试?JB4708、JB/T4709、JB4744-200015 国家压力容器标准化委员会，?压力容器法兰?GB47004707-200016 国家压力容器标准化委员会，?压力容器波形膨胀节及标准释义?GB16749-199717 国家压力容器标准化委员会，?

6、容器支座?JB/T4712、4713、4724、4725-9218 国家压力容器标准化委员会，?换热器根本参数?JB/T47144720、JB4721、JB/T47224723-9219 国家压力容器标准化委员会，?压力容器封头?GB/T25198-202120 国家压力容器标准化委员会，?固定式压力容器平安技术监察规程?，2021专业班级 学生 要求设计论文工作起止日期 指导教师签字 日期 教研室主任审查签字 日期 系主任批准签字 日期 摘 要本次设计在平安前提下，以经济实用为原那么，从原始数据开始经工艺计算、机械设计和强度校核三步详尽地阐述了本台换热器的设计过程。此设计过程有五个局部：绪论

7、，工艺计算，机械设计，强度校核和技术条件的编制。在绪论中主要表达了合成氨生产工艺中的耐硫变换工段W-301所在的工段工艺流程、变换煤气冷却的工艺说明。控制方案的设计主要是通过对整体设备的综合分析，确定设备的控制方案，到达自动控制目的；工艺计算主要是通过对热量负荷的计算得到换热器的传热面积、初步确定换热器的根本尺寸，为下一步提供依据；机械设计主要任务是在设计条件下，从主体到部件，进行材料和零部件的设计入手，设计合理的结构；强度校核是在满足工艺条件的要求下，对所设计的设备进行强度校核，以便生产可以顺利的进行。关键词： 换热器，工艺计算，机械设计AbstractThe premise of the

8、design in a safe, economical and practical to the principle of starting from the raw data calculated by the technology, mechanical design and strength check of this three-step detail on the design of heat exchanger units. The design process has five parts: Introduction, process computing, mechanical

9、 design, strength check, and the establishment of technical conditions. Described in the introduction, the main production process of transformation of sulfur tolerant shift in W-301 is located in the section in process, transform Sulfur tolerant shift. Control program design mainly through a compre

10、hensive analysis of the overall device to determine the devices control program, to achieve automatic control purposes; process mainly through the calculation of heat load on the calculated heat transfer area of heat exchanger, heat exchanger initially definedbasic dimensions provide the basis for t

11、he next step; mechanical design major tasks is to design conditions, from the principal to parts, materials and components designed to start with design and reasonable structure; strength check is to meet the conditions of the request,The design of the equipment on the strength check, so production

12、can proceed smoothly.Key words: heat exchanger, process calculation, mechanical design TOC o 1-4 h z u HYPERLINK l _Toc327366554 摘 要 PAGEREF _Toc327366554 h V HYPERLINK l _Toc327366555 Abstract PAGEREF _Toc327366555 h VI HYPERLINK l _Toc327366556 1绪 论 PAGEREF _Toc327366556 h 1 HYPERLINK l _Toc327366

13、557 1.1 合成氨的工艺流程 PAGEREF _Toc327366557 h 1 HYPERLINK l _Toc327366558 1.2耐硫变换工段说明 PAGEREF _Toc327366558 h 3 HYPERLINK l _Toc327366559 1.3第一变换热交换器W-301设计说明 PAGEREF _Toc327366559 h 3 HYPERLINK l _Toc327366560 2.工艺计算 PAGEREF _Toc327366560 h 3 HYPERLINK l _Toc327366561 2.1壳程介质物性计算 PAGEREF _Toc327366561 h

14、 4 HYPERLINK l _Toc327366562 壳程介质比热容 PAGEREF _Toc327366562 h 4 HYPERLINK l _Toc327366563 壳程介质黏度 PAGEREF _Toc327366563 h 4 HYPERLINK l _Toc327366564 壳程介质导热系数 PAGEREF _Toc327366564 h 5 HYPERLINK l _Toc327366565 壳程介质密度 PAGEREF _Toc327366565 h 5 HYPERLINK l _Toc327366566 2.2管程介质物性计算 PAGEREF _Toc32736656

15、6 h 5 HYPERLINK l _Toc327366567 管程介质比热容 PAGEREF _Toc327366567 h 5 HYPERLINK l _Toc327366568 管程介质黏度 PAGEREF _Toc327366568 h 6 HYPERLINK l _Toc327366569 管程介质导热系数 PAGEREF _Toc327366569 h 6 HYPERLINK l _Toc327366570 管程介质密度 PAGEREF _Toc327366570 h 7 HYPERLINK l _Toc327366571 2.3换热器选型 PAGEREF _Toc32736657

16、1 h 7 HYPERLINK l _Toc327366572 初算换热面积 PAGEREF _Toc327366572 h 7 HYPERLINK l _Toc327366573 初选换热器类型 PAGEREF _Toc327366573 h 7 HYPERLINK l _Toc327366574 2.4总传热系数 PAGEREF _Toc327366574 h 8 HYPERLINK l _Toc327366575 物质流速 PAGEREF _Toc327366575 h 8 HYPERLINK l _Toc327366576 管程对流传热系数 PAGEREF _Toc327366576

17、h 8 HYPERLINK l _Toc327366577 壳程的对流传热系数 PAGEREF _Toc327366577 h 9 HYPERLINK l _Toc327366578 2.5压力降校核 PAGEREF _Toc327366578 h 9 HYPERLINK l _Toc327366579 管程压力降校核 PAGEREF _Toc327366579 h 9 HYPERLINK l _Toc327366580 壳程压力降校核 PAGEREF _Toc327366580 h 10 HYPERLINK l _Toc327366581 3机械设计 PAGEREF _Toc32736658

18、1 h 11 HYPERLINK l _Toc327366582 3.1设计压力 PAGEREF _Toc327366582 h 11 HYPERLINK l _Toc327366583 3.2设计温度 PAGEREF _Toc327366583 h 11 HYPERLINK l _Toc327366584 3.3金属壁温确实定 PAGEREF _Toc327366584 h 11 HYPERLINK l _Toc327366585 管程金属壁温确实定： PAGEREF _Toc327366585 h 11 HYPERLINK l _Toc327366586 壳程金属壁温确实定 PAGEREF

19、 _Toc327366586 h 11 HYPERLINK l _Toc327366587 3.4接管设计 PAGEREF _Toc327366587 h 12 HYPERLINK l _Toc327366588 管程进出口设计 PAGEREF _Toc327366588 h 12 HYPERLINK l _Toc327366589 壳程进出口设计 PAGEREF _Toc327366589 h 13 HYPERLINK l _Toc327366590 排气、排夜管设计 PAGEREF _Toc327366590 h 13 HYPERLINK l _Toc327366591 接管外伸长度设计

20、PAGEREF _Toc327366591 h 14 HYPERLINK l _Toc327366592 3.5接管法兰的选取 PAGEREF _Toc327366592 h 14 HYPERLINK l _Toc327366593 接管法兰的接口形式及标记 PAGEREF _Toc327366593 h 15 HYPERLINK l _Toc327366594 3.6接管法兰垫片选用 PAGEREF _Toc327366594 h 15 HYPERLINK l _Toc327366595 3.7钢制管法兰紧固件 PAGEREF _Toc327366595 h 16 HYPERLINK l _

21、Toc327366596 3.8接管与筒体的连接 PAGEREF _Toc327366596 h 16 HYPERLINK l _Toc327366597 筒体与封头的连接 PAGEREF _Toc327366597 h 16 HYPERLINK l _Toc327366598 接管与同的连接 PAGEREF _Toc327366598 h 17 HYPERLINK l _Toc327366599 3.9管箱接构设计 PAGEREF _Toc327366599 h 17 HYPERLINK l _Toc327366600 封头设计选型 PAGEREF _Toc327366600 h 18 HY

22、PERLINK l _Toc327366601 封头材料选择 PAGEREF _Toc327366601 h 18 HYPERLINK l _Toc327366602 封头尺寸 PAGEREF _Toc327366602 h 19 HYPERLINK l _Toc327366603 管箱法兰的选取 PAGEREF _Toc327366603 h 19 HYPERLINK l _Toc327366604 管箱法兰材料选取 PAGEREF _Toc327366604 h 19 HYPERLINK l _Toc327366605 法兰尺寸 PAGEREF _Toc327366605 h 20 HYP

23、ERLINK l _Toc327366606 管箱垫片 PAGEREF _Toc327366606 h 20 HYPERLINK l _Toc327366607 螺柱与螺母的选择 PAGEREF _Toc327366607 h 21 HYPERLINK l _Toc327366608 3.10管板设计 PAGEREF _Toc327366608 h 21 HYPERLINK l _Toc327366609 管板的结构形式急尺寸 PAGEREF _Toc327366609 h 21 HYPERLINK l _Toc327366610 管板上的布管设计 PAGEREF _Toc327366610

24、h 22 HYPERLINK l _Toc327366611 换热管规格尺寸及换热管孔尺寸 PAGEREF _Toc327366611 h 23 HYPERLINK l _Toc327366612 拉杆孔的设计 PAGEREF _Toc327366612 h 23 HYPERLINK l _Toc327366613 3.11筒体设计 PAGEREF _Toc327366613 h 24 HYPERLINK l _Toc327366614 筒体材料的选择 PAGEREF _Toc327366614 h 24 HYPERLINK l _Toc327366615 筒体壁厚的计算 PAGEREF _T

25、oc327366615 h 24 HYPERLINK l _Toc327366616 3.12换热管设计 PAGEREF _Toc327366616 h 25 HYPERLINK l _Toc327366617 3.13拉杆与定距管设计 PAGEREF _Toc327366617 h 26 HYPERLINK l _Toc327366618 3.14折流板设计 PAGEREF _Toc327366618 h 27 HYPERLINK l _Toc327366619 3.15防冲挡板的设计 PAGEREF _Toc327366619 h 28 HYPERLINK l _Toc327366620

26、防冲挡板的位置确定 PAGEREF _Toc327366620 h 28 HYPERLINK l _Toc327366621 防冲挡板的材料 PAGEREF _Toc327366621 h 28 HYPERLINK l _Toc327366622 3.16保温层设计 PAGEREF _Toc327366622 h 28 HYPERLINK l _Toc327366623 3.17支座设计 PAGEREF _Toc327366623 h 29 HYPERLINK l _Toc327366624 支座的选型与材料选择 PAGEREF _Toc327366624 h 29 HYPERLINK l _

27、Toc327366625 支座承受载荷计算 PAGEREF _Toc327366625 h 29 HYPERLINK l _Toc327366626 支座结构尺寸 PAGEREF _Toc327366626 h 30 HYPERLINK l _Toc327366627 支座的安装尺寸 PAGEREF _Toc327366627 h 31 HYPERLINK l _Toc327366628 3.18压力试验 PAGEREF _Toc327366628 h 31 HYPERLINK l _Toc327366629 4强度校核 PAGEREF _Toc327366629 h 32 HYPERLINK

28、 l _Toc327366630 5.技术条件的编制 PAGEREF _Toc327366630 h 52 HYPERLINK l _Toc327366631 5.1 技术条件的说明 PAGEREF _Toc327366631 h 52 HYPERLINK l _Toc327366632 5.1.1 钢材 PAGEREF _Toc327366632 h 53 HYPERLINK l _Toc327366633 5.1.2 焊接 PAGEREF _Toc327366633 h 53 HYPERLINK l _Toc327366634 5.1.3 热处理 PAGEREF _Toc327366634

29、 h 53 HYPERLINK l _Toc327366635 5.1.4 无损探伤 PAGEREF _Toc327366635 h 53 HYPERLINK l _Toc327366636 5.1.5 换热管的尺寸偏差 PAGEREF _Toc327366636 h 53 HYPERLINK l _Toc327366637 5.2 设备的技术条件 PAGEREF _Toc327366637 h 54 HYPERLINK l _Toc327366638 装配图的计术条件 PAGEREF _Toc327366638 h 54 HYPERLINK l _Toc327366639 5.2.2 折流板

30、技术条件 PAGEREF _Toc327366639 h 54 HYPERLINK l _Toc327366640 5.2.3 管板技术要求 PAGEREF _Toc327366640 h 54 HYPERLINK l _Toc327366641 5.2.4 鞍座技术要求 PAGEREF _Toc327366641 h 54 HYPERLINK l _Toc327366642 参考文献 PAGEREF _Toc327366642 h 55 HYPERLINK l _Toc327366643 结束语 PAGEREF _Toc327366643 h 561绪 论本次设计是针对天脊集团合成氨生产工艺

31、中的粗煤气变换系统中的第一变换热交换器W-301的设计。天脊煤化工现在位于山西省潞城市。它的前身是山西化肥厂，1997年，山西化肥厂整体改制为天脊煤化工。经过十多年的开展，天脊集团的总资产已达35亿，年销售收入近15亿元，公司拥有年产合成氨60万吨、硝酸81万吨、硝酸磷肥90万吨或硝酸磷肥100万吨、工业用多孔硝酸铵20万吨、尿素45万吨、硝酸铵钙20万吨、水泥28万吨、塑料编织袋及塑料编织品4500万余条的生产规模。换热器又称热交换器，是冷、热流体间进行换热的设备。它广泛地应用于化工、石油、动力、食品、制药、冶金等工业部门。为适应不同的工作条件和物料特性，换热器种类繁多、结构各异、用材多样，

32、可根据生产工艺要求进行选择。在工业生产中，尤其是在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。这些过程均和能量传递有着密切联系，因而均可通过换热器来完成。换热设备性能的好坏直接关系到能源利用率的上下，环保质量的好坏。1.1 合成氨的工艺流程合成氨的反响式为，合成氨工艺流程图如下：图1 合成氨工艺流程图对原料气的制取有许多种方法，它可以由分别制得的氢气和氮气混合而成,也可以同时制得氢,氮混合气。煤和天然气等原料可制成含氢和氮的粗原料气。对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化局部氧化的方法获

33、得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。比方对H2的制取有煤气化法，烃类蒸汽转化法，重油局部氧化法。本次采用煤气化法制取H2。而对N2来说一般是采用空气别离法制得，本次在5800#和1800#工段经过空气别离制得N2。H2的制取过程为：原煤煤处理系统100#加压气化系统200#粗煤气变换系统300#煤气冷却系统400#低温甲醇洗及冷冻系统500#/550#。在这些过程中发生的主要反响式是： 从300#工段出来的粗煤气的主要成分是CO2，H2，CO，CH4，H2S，N2， O2及碳化物等。除H2、N2外，其它物质的存在对合成氨的催化剂均有毒害，会影响合成氨的质量，还可能

34、造成设备仪器的损坏等，需要进行脱除，直至百分之几的数量级为止。工段400#的主要作用是将气体冷却，气体的成分根本没有变化。脱硫的方法很多，目前主要分为干法脱硫和湿法脱硫。干法脱硫有活性炭法，有机硫加氢法和氧化锌法。湿法脱硫就是对含有大量H2S的气体采用溶液吸收法脱硫。可以分为化学吸收法和物理吸收法。化学吸收法又有碳酸钠，氨水，醇胺溶液吸收，物理吸收法有用冷甲醇吸收硫化氢。本次采用的就是物理吸收法中的用冷甲醇吸收硫化氢。粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中

35、CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。一般采用溶液吸收法脱除CO2。根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。一类是物理吸收法，利用CO2能溶于水或有机溶剂的特性。如低温甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。本次就是采用低温甲醇洗涤法Rectisol。一类是化学吸收法，是利用碳酸钾，有机胺和氨水等碱性溶剂为吸收剂，利用CO2具有酸性而进行反响将其吸收。如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化MDEA法，MEA法等。去除杂质的主要工段是在500#和550#，即低温甲醇洗及冷冻系统。从500#和550#出来的气体除H2外还有剩余的CH4，N2，CO等杂物。 经CO变换和C

36、O2脱除后的原料气中尚含有少量剩余的CO和CO2。为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定CO和CO2总含量不得大于10cm3/m3(体积分数)。因此，原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程。目前在工业生产中，最终净化方法分为深冷别离法和甲烷化法。深冷别离法主要是液氮洗法，是在深度冷冻(10000管程物质的普朗特常数：Pr管=Cp管管管=1.15那么管程的对流传热系数：管=0.023管diRe管0.8Pr管0.4=1615.85w/(m2s)2.4.3壳程的对流传热系数壳程物质的雷诺数;Re壳=do壳壳壳=2.4210510000壳程物质的普朗特常数：Pr壳=Cp壳壳壳=1.2

37、6那么壳程的对流传热系数：壳=0.023壳d壳Re壳0.8Pr壳0.4=1562.80w/(m2s)由2附录20表管内外侧污垢热阻均取：Rs管=Rs壳=1.719710-4w/(m2s)换热器的总传热系数：K=11壳+Rs壳+Rs管dodi+bdodm+do管di=536.7因为15%K-KK=21.74%25%所以符合要求2.5压力降校核2.5.1管程压力降校核管程压力降计算公式：p管=p1+p2FtNpNs由2查得管子为192时结垢校正系数为Ft=1.5设管壁粗糙度=0.15mm那么di=0.1515=0.01由2图1-27查得=0.0495w/mK直管摩擦阻力压降：p1=1Ldiii2=

38、79398Pa弯管摩擦阻力压降：p2=3ii22=2596.4Pa管程数Np=1壳程数Ns=1管程压力降：p管=143157Pa0.14MPa操作压力P管=2.97MPa1.15MPa 那么允许压力降pt0.0350.18MPa因为p管pt所以符合要求2.5.2壳程压力降校核壳程压力降计算公式：p壳=p1+p2FtNs流体流经管束的压力降：p1=Ffonc(NB+1)壳壳22管子按三角形排列那么F=0.5折流板数：NB=Lh -1=4fo=5.0Reo-0.228=0.28nc=1.19n=34所以流经管束的压力降p1=3803.75Pa流经折流板缺口压力降：p2=N B3.5-2hD壳壳22

39、=789.2Pa壳程数Ns=1所以p壳=82705.75Pa=0.083MPa操作压力为2.79MPa1.15MPa那么允许压力降pt0.0350.18MPa因为p壳3000mm时，取，即在30004200mm范围内取值,暂取LA=3604，且使。=1170mm。3.18压力试验内压容器实验压力计算公式：PT=1.25Pl壳程试验压力：PTS=3.85MPa管程实验压力：PTt=4.09MPa由于壳程实验压力小于管程实验压力，所以防止管程做水压实验时管板与管子焊接处受压泄漏，应将壳程试验压力提高到4.09MPa。4强度校核固定管板换热器设计计算 计算单位压力容器专用计算软件 ? 设 计 计 算

40、 条 件 壳 程管 程设计压力 3.08MPa设计压力 3.27MPa设计温度 265设计温度 220壳程圆筒内径 800 mm管箱圆筒内径800mm材料名称Q345材料名称Q345 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开孔补强设计计算管板校核计算前端管箱筒体计算计算单位压力容器专用计算软件 ? 计算条件筒体简图计算压力 Pc 3.27MPa设计温度 t 220.00 C内径 Di 800.00mm材料 Q345 ( 锻材 )试验温度许用应力 163.00MPa设计温度许用应力 t

41、 144.20MPa试验温度下屈服点 s 275.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 1.00厚度及重量计算计算厚度 = = 9.17mm有效厚度 e =n - C1- C2= 10.00mm名义厚度 n = 12.00mm重量 197.52Kg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 = 4.0700 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 TT 0.90 s = 247.50MPa试验压力下圆筒的应力 T = = 164.84 MPa校核条件 T T校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= =

42、 3.56049MPa设计温度下计算应力 t = = 132.43MPat 144.20MPa校核条件t t结论 筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度9.00mm,合格前端管箱封头计算计算单位 压力容器专用计算软件 ? 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 3.27MPa设计温度 t 220.00 C内径 Di 800.00mm曲面高度 hi 200.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 t 156.00MPa试验温度许用应力 167.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 1.00厚度及重量计算形状系数 K = = 1.000

43、0计算厚度 = = 8.43mm有效厚度 e =n - C1- C2= 9.70mm最小厚度 min = 3.00mm名义厚度 n = 12.00mm结论 满足最小厚度要求重量 71.53 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 3.76020MPa结论 合格后端管箱筒体计算计算单位压力容器专用计算软件 ? 计算条件筒体简图计算压力 Pc 3.27MPa设计温度 t 220.00 C内径 Di 800.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 167.00MPa设计温度许用应力 t 156.00MPa试验温度下屈服点 s 295.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐

44、蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 1.00厚度及重量计算计算厚度 = = 8.47mm有效厚度 e =n - C1- C2= 9.70mm名义厚度 n = 12.00mm重量 197.52Kg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 = 4.0700 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 TT 0.90 s = 265.50MPa试验压力下圆筒的应力 T = = 169.87 MPa校核条件 T T校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 3.73768MPa设计温度下计算应力 t = = 136.48MPat 156.00MPa

45、校核条件t t结论 筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度9.00mm,合格后端管箱封头计算计算单位 压力容器专用计算软件 ? 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 3.27MPa设计温度 t 220.00 C内径 Di 800.00mm曲面高度 hi 200.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 t 156.00MPa试验温度许用应力 167.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 1.00厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 = = 8.43mm有效厚度 e =n - C1- C2= 9.70mm最小厚度

46、min = 3.00mm名义厚度 n = 12.00mm结论 满足最小厚度要求重量 71.53 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 3.76020MPa结论 合格壳程圆筒计算计算单位压力容器专用计算软件 ? 计算条件筒体简图计算压力 Pc 3.08MPa设计温度 t 265.00 C内径 Di 800.00mm材料 Q345 ( 锻材 )试验温度许用应力 163.00MPa设计温度许用应力 t 137.30MPa试验温度下屈服点 s 275.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 1.00厚度及重量计算计算厚度 = = 9.07mm有效厚度

47、 e =n - C1- C2= 10.00mm名义厚度 n = 12.00mm重量 1081.33Kg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 = 3.8500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 TT 0.90 s = 247.50MPa试验压力下圆筒的应力 T = = 155.93 MPa校核条件 T T校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 3.39012MPa设计温度下计算应力 t = = 124.74MPat 137.30MPa校核条件t t结论 筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度9.00mm,合格开孔补强计

48、算计算单位压力容器专用计算软件 ? 接 管: #, 40012计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc3.08MPa设计温度265壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345锻件壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di800mm壳体开孔处名义厚度n12mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t137.3MPa 接管实际外伸长度200mm接管实际内伸长度12mm接管材料Q345接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称Q345R凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径680

49、mm补强圈厚度10mm接管厚度负偏差 C1t 1.5mm补强圈厚度负偏差 C1r 0.3mm接管材料许用应力t114.3MPa补强圈许用应力t147MPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 9.075mm接管计算厚度t5.135 mm补强圈强度削弱系数 frr1接管材料强度削弱系数 fr0.832开孔直径 d383mm补强区有效宽度 B766 mm接管有效外伸长度 h167.79mm接管有效内伸长度 h210 mm开孔削弱所需的补强面积A 3502mm2壳体多余金属面积 A1351.7 mm2接管多余金属面积 A2488mm2补强区内的焊缝面积 A3100 mm2A1+A2+A3=939.7

50、mm2 ，小于A，需另加补强。补强圈面积 A42716mm2A-(A1+A2+A3)2562mm2结论: 补强满足要求。延长局部兼作法兰固定式管板 设计单位 压力容器专用计算软件 ? 设 计 计 算 条 件 简 图设计压力 ps3.08MPa设计温度 Ts 265平均金属温度 ts0装配温度 to15壳材料名称Q345设计温度下许用应力t137.3Mpa程平均金属温度下弹性模量 Es 2.07e+05Mpa平均金属温度下热膨胀系数s1.076e-05mm/mm圆壳程圆筒内径 Di 800mm壳 程 圆 筒 名义厚 度 s12mm壳 程 圆 筒 有效厚 度 se10mm筒壳体法兰设计温度下弹性模

51、量 Ef1.928e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 Di25.027e+05mm2壳程圆筒金属横截面积 As=s ( Di+s )2.545e+04mm2管设计压力pt3.27MPa箱设计温度Tt220圆材料名称Q345筒设计温度下弹性模量 Eh2e+05MPa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值)h32.25mm管箱圆筒有效厚度he30.25mm管箱法兰设计温度下弹性模量 Et2e+05MPa材料名称Q345换管子平均温度 tt0设计温度下管子材料许用应力 tt114.3MPa设计温度下管子材料屈服应力st171.8MPa热设计温度下管子材料弹性模量 Et

52、t1.928e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量 Et2.07e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数t1.076e-05mm/mm管管子外径 d19mm管子壁厚t2mm管子根数 n797换热管中心距 S25mm换一根管子金属横截面积106.8mm2换热管长度 L4500mm管子有效长度(两管板内侧间距) L14364mm管束模数 Kt = Et na/LDi5048MPa管子回转半径 6.052mm热管子受压失稳当量长度 lcr528mm系数Cr =148.8比值 lcr /i87.25管子稳定许用压应力 () MPa管管子稳定许用压应力 () 60.72MPa材料名称Q345

53、R设计温度 tp265管设计温度下许用应力137.3MPa设计温度下弹性模量 Ep1.928e+05MPa管板腐蚀裕量 C2 4mm管板输入厚度n68mm管板计算厚度 63.7mm隔板槽面积 (包括拉杆和假管区面积)Ad0mm2板管板强度削弱系数 0.4管板刚度削弱系数 0.4管子加强系数 K = 3.874管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接(焊接)高度l3mm胀接许用拉脱应力 qMPa焊接许用拉脱应力 q57.15MPa管材料名称Q345管箱法兰厚度 70mm法兰外径 995mm箱根本法兰力矩 9.458e+07Nmm管程压力操作工况下法兰力 1.096e+08Nmm法兰宽度 97.5mm

54、法比值0.03781比值0.0875系数(按h/Di ,f/Di , 查图25)0.00兰系数(按h/Di ,f/Di ,查图 26) 0.009564旋转刚度 178.8MPa材料名称Q345R壳壳体法兰厚度-34mm法兰外径 995mm体法兰宽度 97.5mm比值 0.0125法比值-0.0425系数, 按h/Di ,f/Di , 查图25 0.00兰系数, 按h/Di ,f/Di , 查图26 0.0001529旋转刚度 0.494MPa法兰外径与内径之比 1.244壳体法兰应力系数Y (按 K 查表9-5) 9.027旋转刚度无量纲参数 7.686e-05膨胀节总体轴向刚度 0N/mm

55、管板第一弯矩系数(按,查图 27) 0.004485系系数 15.18系数(按查图 29) 2.967换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 3.345数换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 管板第二弯矩系数(按K,Q或查图28(a)或(b)3.182系数带膨胀节时代替Q 9.24e-05计系数 (按K,Q或Qex 查图30) 0.0148法兰力矩折减系数 0.005168管板边缘力矩变化系数 126.1算法兰力矩变化系数 0.3484管管板开孔后面积 Al = A - 0.25 nd 22.767e+05mm2板参管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管 ) 4.314e+05mm2数管板布管区当量

56、直径 741.1mm系数 0.5504系系数 0.3077数系数 5.137计系数(带膨胀节时代替Q) 7.691算管板布管区当量直径与壳体内径之比 0.9264管板周边不布管区无量纲宽度 k = K(1-t) 0.2851仅有壳程压力Ps作用下的危险组合工况 (Pt = 0)不计温差应力计温差应力 换热管与壳程圆筒热膨胀变形差 =(t-t)-(t-t)0.00 当量压力组合 3.083.08MPa 有效压力组合 15.8215.82MPa根本法兰力矩系数 0.027010.02701 管板边缘力矩系数0.038660.03866管板边缘剪力系数 0.58670.5867管板总弯矩系数 1.1

57、791.179系数仅用于 时0.36810.3681系数 当 时,按K和m 查图31(a)实线当 时,按K和m 查图31b0.77470.7747系数 0 ,=, 0, =; 6.4mm b=2.53 b0 6.4mm DG= D外 - 2b螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷WaWa= bDG y = 569194.9N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 2342105.5 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 12023.1mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 17723.5mm2力 矩 计 算操FD = 0.785

58、pc = 1642848.9NLD= L A+ 0.51 = 48.8mmMD= FD LD = 80088880.0N.mm作FG = Fp = 393530.5NLG= 0.5 ( Db - DG ) = 34.5mmMG= FG LG = 13577020.0N.mmMpFT = F-FD = 304540.7NLT=0.5(LA + 1 + LG ) = 52.3mmMT= FT LT = 15912336.0N.mm外压: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 内压: Mp = MD+MG+MT Mp = 109578240.0N.mm预紧 MaW = 339

59、1117.5NLG = 34.5mmMa=W LG = 116995424.0N.mm计算力矩 Mo= Mp 与Maft/f中大者 Mo = 109578240.0N.mm螺 栓 间 距 校 核实际间距 = 73.8mm最小间距 62.0 (查GB150-98表9-3)mm最大间距 183.2mm 形 状 常 数 确 定132.66h/ho = 0.3 K = Do/DI = 1.244 1.9由K查表9-5得T=1.821Z =4.657Y =9.027U=9.920整体法兰查图9-3和图9-4FI=0.86635VI=0.299700.00653松式法兰查图9-5和图9-6FL=0.000

60、00VL=0.000000.00000查图9-7由 1/o 得f = 1.85833整体法兰 = 2125250.0松式法兰 = 0.00.2=f e+1 =1.46 = /T = 0.801.61 = 0.96剪应力校核计 算 值许 用 值结 论预紧状态 0.00MPa操作状态 0.00MPa输入法兰厚度f = 70.0 mm时, 法兰应力校核应力性质计 算 值许 用 值结 论轴向应力 142.64MPa =216.3 或 =360.5( 按整体法兰设计的任 意 式法兰, 取 ) 校核合格径向应力 46.79MPa = 144.2校核合格切向应力 34.43MPa = 144.2校核合格综合