江苏斯尔邦醇基多联产项目一期工程丙烯腈（AN）装置 成品塔冷凝器设计

PAGE学号：常州大学毕业设计（论文）（20届）题目江苏斯尔邦醇基多联产项目一期工程丙烯腈装置——成品塔冷凝器设计学生学院怀德学院专业班级校内指导教师专业技术职务校外指导老师专业技术职务PAGEIV江苏斯尔邦醇基多联产项目一期工程丙烯腈（AN）装置成品塔冷凝器设计摘要：本文扼要介绍了国内外换热器的发展历史与研究现状，重点阐述了江苏斯尔邦醇基多联产项目26万吨/年丙烯腈装置——成品塔冷凝器的工艺与结构设计，包括本台冷凝器的制造、检测与安装等其他方面的要求。本设计冷凝器属于换热器的一种，故结合GB150-1998、GB151-2011、《换热器设计手册》等相关规范以及制造与现场安装要求去设计，根据给定的换热流量对整台冷凝器进行了工艺计算，参照换热器设计规范与工艺计算的结果，保证本台设备在换热效率与各程压力降满足要求的前提下，又相继完成了换热器外部结构设计，包括壳体厚度、封头壁厚、管箱壁厚、接管壁厚的设计，换热器支座与法兰的选型；换热器内部结构设计，包括换热管的尺寸选型、管板兼法兰的厚度确定、折流板安装位置设计；强度校核方面，包括筒体应力校核、管板校核、法兰的选择与校核、开孔及补强等。设计结果表明：固定管板式换热器具有耐高压、结构简单、性价比高等特点，在满足项目工艺需求的情况下，还能节约资金。关键词：冷凝器；工艺计算；结构设计；开孔补强；校核AprojectofacrylonitrilealcoholJiangsusailboatpolygenerationproject(AN)deviceDesignofproducttowercondenserAbstract:Thispaperbrieflyintroducestheathomeandabroadforthedevelopmenthistoryandresearchstatusofheatexchanger,focusesonJiangsualcoholSierbangpolygenerationprojects260000t/yearofacrylonitrileplant,producttowercondensertechnologyandstructuredesign,Includingthemanufacture,testingandinstallationofacondenser,andotherrequirements.Thedesignofthecondenserisaheatexchanger,sothecombinationofGB150-1998,GB151-2011,"heatexchangerdesignmanual"andotherrelatedregulationsbythemanufacturingandinstallationrequirementstodesign,accordingtotheheattransferflowgiventhewholesetsofcondenserwerecalculated,accordingtodesignspecificationsandprocessfortheheatexchangercalculationresults,ensuretheTaiwanequipmentmeettherequirementsandthepressureintheheatexchangeefficiency,andtheexternalheatexchangerstructuredesignhavebeencompleted,thedesignincludingthethicknessoftheshell,thicknessoftheheadwall,thicknessofpipewallandthicknessofpipeboxwall,selectionforbearingwithflangeofheatexchanger;changetheinternalstructuredesignofheatexchanger,includingthesizeselection,tubeplateandflangethicknessdetermination,baffleinstallationpositiondesign;strengthchecking,includingcylinderstresscheck,check,tubeplateflangeselectionandcheck,openingandreinforcement.Designresultsshowthatthefixedtubeplateheatexchangerhashighpressureresistance,simplestructureandhighcostperformancecharacteristics,inthecaseofmeetthedemandofprojectprocess,canalsosavemoney.Keywords:condenser;processdesign;structuredesign;reinforcement;check常州大学本科生毕业设计（论文）目录摘要 I目录 III1引言 12工艺设计 22.1基本设计参数 22.2壳程、管程的物性参数的确定 22.3计算热负荷 32.4计算有效平均温差 32.5初设总传热系数 32.6估算传热面积 42.7估算换热管根数 42.8估算筒体内径 42.9初选换热器规格 42.9.1核算总传热系数 52.10壁温校核 62.11折流板设计 62.12压力降计算 72.13传热工艺计算结果汇总 83结构设计与校核 93.1筒体部分结构的总体设计 93.2换热器各连接结构设计 93.3壳程筒体设计 93.4管箱设计 113.4.1管箱厚度 113.4.2应力校核及压力试验 113.4.3最大工作压力及应力校核 123.5封头设计 123.6膨胀节设计 143.7管板设计 173.8开孔、接管法兰设计 253.8.1开孔设计 253.8.2接管法兰 263.9开孔补强设计 273.9.1壳程介质进出口 273.9.2接管位置设计 283.10折流板设计 303.11拉杆与定距管的确定 313.12定距管设置 323.13支座设计及强度校核 323.13.1支座选型 323.13.2鞍座载荷校核 333.13.3弯矩 343.13.4圆筒应力计算及校核 353.13.5各部分应力校核 363.13.6圆筒和封头切应力及校核 373.13.7支座截面处圆筒的周向应力 373.14吊耳设计 384.制造、检验与安装 404.1材料要求 404.2零部件制造要求 404.3设备检测 404.4设备安装 405.结论 42参考文献 43致谢 44第44页共44页1引言江苏斯尔邦醇基多联产项目一期工程26万吨/年丙烯腈（AN）装置装置，设计规模为年产丙烯腈26万吨，年开工按8000小时计算。由丙烯腈反应单元、压缩/制冷单元、回收单元、精制单元、四效蒸发单元、乙腈单元、含腈废水焚烧单元、尾气焚烧单元、硫铵浓缩等单元组成回收单元中，在急冷塔内，反应器出口气体被急冷，冷却和除去对产品回收有不利影响的副产物。通过急冷后冷却器，急冷塔出口气体进一步被冷却后进入吸收塔。在吸收塔用低温水将丙烯腈和有机物副产物从气体中吸收下来后送至回收塔。通过回收塔，丙烯腈、氢腈酸和乙腈等分离出来，最终丙烯腈经过成品塔冷凝器，完成由气相到液相的转换，通过管道进入存储设备。通常情况下冷凝器是一种制冷器件，用来将气体或蒸汽转换为液体，在化工装置被广泛使用，是化工行业不可或缺的重要设备，高效、新型冷凝器的研发与设计，成为了推动国内传热技术赶超国外领先水平不可或缺的一个重要环节。因水冷式冷凝器工作原理与换热器相似，故本设计中大部分工艺与结构方面的设计方法参照换热器的进行，但是目前国内外对于冷凝器管内冷凝的研究还相对缺乏，预算总传热系数时没有规范、统一的计算公式，只能按照经验公式进行，因此本设计误差必然存在。但是为了满足实际换热需求，预想通过适当放宽换热面积的办法去实现；设计最初考虑到由于管程介质质量流量较大，本台换热器可能需要较大的换热面积，决定在设计过程中选取较长的换热管，用以减少换热管数量及筒体内径，方便后续换热器规格的选型与减少制造时插管的工作量。2工艺设计2.1基本设计参数按照给定的设计任务书，本设计的基本设计参数如表2.1所示。表2.1基本设计参数参数名称管程壳程介质丙烯腈循环冷却水密度kg/m³782.61994.88入口温度℃4733出口温度℃4338工作压力MPa0.0360.54管程流量kg/h300002.2壳程、管程的物性参数的确定（1）壳程循环冷却水定性温度入口温度：=33℃。出口温度：=38℃。所以，壳程定性温度为：…(2.1)（2）管程定性温度进料温度：。出料温度：。所以，管程的定性温度为：…….…….…...…….….(2.2)根据定性温度，分别查取管程与壳程流体的物性参数，具体如表2.2所示：表2.2物性参数物性参数管程（丙烯腈）壳程（循环冷却水）密度777.968993.7定压比热容0.020954.08导热系数0.15590.626动力黏度μ/mPa·s0.340.7252.3计算热负荷根据热力学原理，可用传热方程按式（2.3）进行热负荷计算：...………..(2.3)丙烯腈在45℃时汽化焓值：丙烯腈摩尔质量：丙烯腈45℃时的凝结潜热为：…………...(2.4)管程温差：壳程温差：管程流量：总热量：………….………(2.5)根据热平衡关系，壳程流量可按式（2.4）得出：…………….……..…..…………...……..(2.6)2.4计算有效平均温差根据《化工原理课程设计》对数平均温差[1]可由式（2.7）得出：最大温差：最小温差：………….(2.7)2.5初设总传热系数丙烯腈作为聚合物的一种传热系数约水蒸气（1600~4000）的十分之一[2]，这里初选总传热系数K=249。2.6估算传热面积估算所需传热面积A:………..……………….(2.8)2.7估算换热管根数..……(2.9)圆整，取3391根。采用正三角形排管方式，查《换热器》[3]知：管心距：=0.025m2.8估算筒体内径按公式（2.10）估算筒体内径：…..…….（2.10）圆整，取1800mm。2.9初选换热器规格冷凝器作为换热器的一种，在选型时要考虑众多因素，包括介质性质、工作环境、压力、工作温度以及制造成本等。本设计为了结构简单、节约成本，在满足工艺要求的情况下选取固定管板式换热器，具体选型参考《换热器》[3]如表2.3所示：表2.3换热器参考规格公称直径D1800mm公称换热面积A2256管程数Np1管数n4247管长L9m管子直径Φ19mm×2.0mm管子排列方式正三角形换热器实际换热面积：=……………….（2.11）所选换热器所要求总传热系数：…………..（2.12）2.9.1核算总传热系数(1)管程传热膜系数计算因为本卧式冷凝器采用管内冷凝，故参考文献《化工工艺设计手册》[4]，按公式计算管程传热膜系数：………………...（2.13）……….（2.14）其中，为管程传热膜系数、为管程流体导热系数、、分别为管程流体液态、气态密度、g为重力加速度、为管程流体饱和态温度，取47℃、为管壁温度，假设为40℃、D为换热管外径。本式中，因为相比于过小，计算时可忽略，带入数据可得：=615.14=466(2)壳程传热膜系数计算参照《化工工艺设计手册》[4]，采用Kern计算方法，按公式计算壳程传热系数………………….（2.15）………（2.16）其中，m为壳程流量，L为管长，为壳程流体， 为壳程流体密度，为壳程流体粘度，带入数据可得：==(3)确定污垢系数丙烯腈取=0.000172（有机液体），循环冷却水取=0.00034，为管壁热阻取0.000052[1]。(4)总传热系数………..（2.17）==0.0036则=272==14.5%20%（2.18）根据《化工原理课程设计》[1]符合工程设计要求，故合格。2.10壁温校核………..（2.19）与假设值比较接近，故满足要求。2.11折流板设计工程设计中折流板本分多种，包括弓形（单弓、双弓、三弓）、环形等，设计采用单弓形折流板设计，要求弓形折流板圆缺高度不小于壳体内径的20%，不大于壳体内径的35%[3]，按设计取20%。则切去的圆缺高度为：0.201800=360mm横过管束中心线的管数==71（根）。取折流板间距B=0.4D，则B=0.41800=720mm,圆整之后取800mm。折流板数：（块），圆整取11块，但是为了避免壳程短路，定为10块，折流板圆缺面水平装配。2.12压力降计算（1）壳程压力降校核[4]壳程流通截面积：……（2.20）壳程流速：………（2.21）…………………（2.22）其中，==19990＞1000…（2.23）则，=0.088………………（2.24）=8.87…….（2.25）...（2.26）壳程压降：=8.87+6.79=15.66＜100……..….（2.27）满足要求（2）管程压力降…………….（2.28）其中Ft为结构校正系数去1.5，Np管程数，Ns壳程数。……………（2.29）=385……………..（2.30）…………（2.31）式（2.31）中粗糙度取值为0.1mm。管内截面积：………（2.32）管内流速：………（2.33）…………（2.34）………...（2.35）管程总压降：=＜50，故满足要求。2.13传热工艺计算结果汇总项目管程壳程物性数据流体介质丙烯腈循环冷却水进/出口温度47/4333/38工作压力0.0360.54换热系数4662964压力降4.9338.85传热面积2256传热系数2723结构设计与校核3.1筒体部分结构的总体设计换热管的选取：光规格管Ф192、材料为10号钢、管长9000mm。换热管的布置：采用正三角形布管方式。管板：E型固定管板延长兼做法兰。折流板：厚度为12mm，间距为800mm，选用单弓形，缺口高度360mm。容器法兰：采用长颈对焊法兰。支座：鞍式支座定距管选取：Ф192，材料为10号钢。管箱的设计：采用单管程结构设计，A型管箱。封头设计：标准椭圆形封头。垫片：按标准选取垫片结构示意图如下图3.1：管程进口壳程出口壳程入口管程出口图3.1结构简图3.2换热器各连接结构设计筒体与管板的连接结构：管板与筒体连为整体，其延长部分兼作法兰，与管箱用螺柱垫片连接。封头与管箱短节的连接：对接焊管箱短节与法兰的连接：对接焊接管与壳体的连接：焊接换热管与管板的连接方式：根据设计压力、设计温度及操作状况选择换热管与管板的连接方式为强度焊加贴胀。3.3壳程筒体设计设计压力：Pc=0.6MPa，筒体内径：Di=1800，设计温度：t=1000C，材料：Q345R热轧钢板焊接接头系数：Ф=0.85，腐蚀裕量：C2=3[5]，钢板负偏差：C1=0.3mm，试验温度许用应力：[σ]t=189MPa设计温度许用应力：[σ]t=189MPa设计温度下筒体的计算厚度按下列公式计算，公式适用范围Pc<0.4[σ]tФ.…………….（3.1）带入数据，得计算厚度：设计厚度：名义厚度：根据《钢制列管式固定管板换热器结构设计手册》，最小厚度原则[6]，名义厚度取14mm。有效厚度：设计温度下计算应力：…………（3.2）水压试验下压力：……………（3.3）经校核合格。3.4管箱设计3.4.1管箱厚度工作压力为：0.036MPa，因为压力较小，按常压进行结构计算。设计压力：Pc=0.11MPa，筒体内径：Di=1800设计温度：t=1000C，材料：Q345R焊接接头系数：Ф=0.85，钢板负偏差：C1=0.3mm，腐蚀裕量：C2=3，试验温度许用应力：[σ]=189MPa设计温度许用应力：[σ]t=189MPa试验温度下屈服点：σs=315MPa管箱选型：A型设计温度下管箱的计算厚度按下列公式计算，公式适用范围Pc<0.4[σ]tФ，带入数据，得计算厚度：名义厚度：有效厚度：3.4.2应力校核及压力试验气压试验：试验压力：..…(3.4)气压试验下允许通过的最大应力：…………………（3.5）试验压力下圆筒的应力：………..（3.6），故合格。水压试验：试验压力：………………..（3.7）水压试验下允许通过的最大应力：……………….（3.8）试验压力下圆筒应力：………..（3.9），故合格。3.4.3最大工作压力及应力校核最大允许工作压力：…………（3.10）设计温度下计算应力：…………...（3.11），故合格。结论：管箱圆筒名义厚度为14mm，经校核各方面应力满足。3.5封头设计选型：选用标准椭圆形封头，如下图3.2所示。图3.2封头结构示意图工作压力：P=0.036MPa，设计压力：Pc=0.11MPa，筒体内径：Di=1800。设计温度：t=1000C，材料：Q345R热轧板材焊接接头系数：Ф=0.85，腐蚀裕量C2=3，钢板负偏差C1=0.3mm。试验温度许用应力：[σ]=189MPa设计温度许用应力：[σ]t=189MPa试验温度下屈服点：σs=315MPa形状系数：设计温度下管箱的计算厚度按下列公式计算，公式适用范围Pc<0.4[σ]tФ，…………….（3.12）带入数据，得计算厚度：设计厚度：名义厚度：根据《钢制管列管式固定管板换热器结构设计手册》，最小厚度原则，名义厚度取14mm。有效厚度：最小厚度最大允许工作压力：…….（3.13）结论：,,压力与稳定性都满足。查JB4706-2002[7]，表B.1、B.2封头参数如下表3.1：表3.1EHA椭圆形标准封头参数公称直径DN/mm深度内表面积A/容积封头名义厚度质量H1(mm)H2(mm)1800450403.65350.82714395.83.6膨胀节设计对于固定管板式换热器在设计膨胀节的时候首先考虑圆筒与管子产生的应力和，是否超过了许用值。……………...（3.14）………………..（3.15）圆筒截面积：……（3.16）管壁的总截面积：…………..（3.17）圆筒与管子的膨胀变形差：…………（3.18）式中：、为壳壁与管壁下的温度：根据GB151-1999[8]公式F4估算，、、为圆筒与管材在、时线膨胀系数：、为圆筒与管材的弹性模量：为管长：9000mm。带入数据：为圆筒与管子之间的膨胀变形差所产生的力：…………………..（3.19）为壳程与管程的压力作用在圆筒上的力，N：、分别为壳程与管程的设计压力，MPa：0.6、0.11为筒体内径，mm:1800分别为管子外径与内径,mm：19、15n为管子数目：4247为壳程与管程的压力作用在管子上的力(1)管间流体作用在管板上的力：…（3.20）(2)管内流体作用在管板与顶盖上的力：……...（3.22）….…………….（3.23）内压产生的总轴向载荷：….（3.24）根据壳体与管子纵向变形协调：………（3.25）………（3.26）压力作用下：………….（3.27）…………（3.28）温差作用下：因为，所以管子受压，筒体受拉，为正，为负。…………（3.29）……...….（3.30）应力合成：…………………（3.31）…………………（3.32）校核：（），很明显满足条件，无需设置膨胀节。管子拉脱应力校核：……………….（3.33）W为管子承受的总拉脱力：………（3.34）H为管子胀接长度，取40mm。为管子与管板连接许用拉脱应力，根据GB16749，取4MPa。带入数据：,管子拉脱力满足。综上所述，各要求满足，无需设置膨胀节。3.7管板设计管板作为换热器的重要零部件，工程设计中一般用管板与法兰配合，用来排布换热管并且将管程与壳程分开，本设计中管板与法兰采用E型连接方式，选用管板延长兼做法兰形式的整体管板，假设管板厚度为80mm。根据筒体公称直径DN1800，具体尺寸查考《钢制固定管板式换热器结构设计手册》[7]图4-30与表4-25，尺寸数据如下表3.2。表3.2管板尺寸表18001960191518761797185318007000（续）表3.2管板尺寸表螺栓规格数量18.527M2452本设计的延长兼做法兰管板，根据GB151-1999[8]的标准释义，具体计算与校核如下：（1）壳程圆筒：内径：Di=1800mm厚度：内径面积：………...…………（3.35）横截面积：………..……（3.36）（2）管箱：圆筒厚度：（3）管子：外径：壁厚：管数：管心距：管截面积：.（3.37）孔面积：……………（3.38）管有效长度：管束模数：………………（3.39）管回转半径：……………..（3.40）系数：……（3.41）查GB151-89图32可知。管子稳定许用应力：当时，.……（3.42）（4）系数计算：开孔后面积：…………（3.43）采用三角形排列时，管板布管面积，因为是单管程，取0，管心距为25mm，、分别代表设计温度下，换热管材料和壳程圆筒材料弹性模量，根据GB150.2-2011表B.13均为。带入数据，布管区当量直径：………………（3.44）系数：，，…………（3.45）（5）管板：管板选材：16MnⅣ弹性模量：管子选材：10号钢弹性模量：假定管板厚度为：带入数据，管子加强系数：，，根据GB150-1998，，式中筒体内径：，，带入数据，,。（6）设备法兰：根据筒体内径，查JB/4703-2000[9]，选取与之配套长颈对焊法兰，采用凹面密封，如下表3.3：表3.3DN1800长颈对焊法兰规格法兰公称1800196019151876185618537015040（续）表3.3DN1800长颈对焊法兰规格法兰公称螺栓规格数量1800211816261227M2452长颈对焊法兰凹凸面密封结构图3.3如下：图3.3凹凸面密封结构示意图法兰选材：16MnⅣ法兰外径：法兰宽度：…..………………(3.46)管箱法兰厚度：根据,查GB151-1998图26，旋转刚度:管箱法兰选材：16MnⅣ弹性模量：…………………...(3.47)确定壳程法兰厚度：根据,,查GB151-1998图26，旋转刚度：壳程法兰选材：16MnⅣ弹性模量：…………………...(3.48)旋转刚度无量纲参数：………(3.49)壳体法兰应力参数Y：按查GB150-1998第9章图9-8或表9-5，由K，查GB151-1999图27得，………...(3.50)由K，查GB151-1999图29得，………...(3.51)由K,查GB151-1999图30得，………………….(3.52),……………(3.53)由K、Q查GB151-1999图28得，法兰力矩：根据GB151-1999按照GB150-2011[10]求基本法兰力矩。由所选管箱法兰配套垫片得：外径D=1855mm，内径d=1805mm，，厚度为3mm。根据GB150-1998表9-1得，。根据GB150-1998，已知，则垫片有效宽度：，垫片中心圆直径：………….(3.54)根据GB150-1998表9-2得，，由GB150-1998表4-1查得法兰材料的，为常温下法兰材料的许用压力，为设计温度下法兰材料的许用压力n为螺栓数为预紧状态下需要的最小螺栓载荷：………(3.55)为操作状态下需要的最小螺栓载荷：………………...(3.56)为预紧状态下需要的最小螺栓面积：………………(3.57)为操作状态下需要的最小螺栓面积：…………………(3.58)—需要的螺栓面积：…………(3.59)—实际螺栓面积：……(3.60)预紧状态的法兰力矩:…………………...(3.61)…..(3.62)操作状态的法兰力矩：根据GB150-1998第九章式9-11计算如下，………………….(3.63)为法兰颈部小端的有效厚度，为法兰颈部大端的有效厚度，，，根据GB150-1998表9-3得：…...(3.64)………..(3.65)………………(3.66)…………(3.67)…………...(3.68)………….(3.69)………..(3.70)………(3.71)带入数据，法兰设计力矩：……………..(3.72)表3.4各组合情况下应力校核情况壳程压力作用下的危险组合壳程设计压力管程压力不计膨胀差0MPa0MPa4.81140.00290.00370.18830.669>0（按GB151-1989查图5.7.3.1得）0.120.003150.005570.0260.00024MPa10.08<1.5MPa4.516<1.5MPa3.518<0.5MPa1.425<1.5MPa4.37<MPa8.48<MPa0.00088<续表3.4各组合情况下应力校核情况管程压力作用下的危险组合壳程压力=0管程设计压力，不计膨胀差0MPa0MPa1.37170.0048010.004810.24680.4338（按GB151-1999得）0.160.010680.002290.01660.0036432MPa9.75<1.5MPa0.493<1.5MPa0.64<0.5MPa23.69<1.5MPa3.85>0,<MPa1.96<MPa0.00076<因为本设计没有设置膨胀节，所以计入膨胀差的危险组合校核省略。经校验，合格。3.8开孔、接管法兰设计3.8.1开孔设计本冷凝器共设置8个接管（壳程介质进出口、管程介质进出口、管程与壳程分别增设1个排气口和排凝口），因此共需开8个孔，其中排凝口统一设置为DN25，管程排气口设置为DN100，壳程排气口设置直径为DN25，其他口根据流量要求设计。管程进口介质：丙烯腈蒸汽蒸汽密度：质量流量：流通截面积：管程进口流速：…………...(3.73)根据《化工原理》[11]第229页，管程流速，取。…………...(3.74)圆整后取500mm.。根据HG20581-1998[12]表5-6与HG25092-2009[13]表1.0.3，DN500，选用Q345R，的无缝钢管，作为管程介质进口接管。管程出口介质：丙烯腈液体密度：管程出口流速：，取0.1m/s。，圆整后取400mm。根据HG20581-1998表5-6与HG25092-2009表1.0.3，，DN400，选用Q345R，的无缝钢管，作为管程介质出口接管。壳程进出口介质：循环冷却水密度：质量流量：流通截面积：壳程流速：，取1.5m/s。，圆整后取500mm。根据HG20581-1998表5-6与HG25092-2009表1.0.3，DN500，选用Q345R，的无缝钢管，作为管程介质出口接管。3.8.2接管法兰根据GH20592的8.2.1参照各接管大小，与现场安装要求选取接管法兰为板式平焊钢制钢制管法兰，如下图3.4：图3.4板式平焊钢制钢制管法兰各法兰具体参数如下表：表3.5PN2.5板式平焊钢制钢制管法兰(mm)公称尺寸DN钢管外径连接尺寸法兰厚度法兰内径ABDKLnThCAB2533.73210075114M101434.533100114.3108210170184M1618116110400406.44265404952216M20284114305005085306456002220M20305135353.9开孔补强设计3.9.1壳程介质进出口开孔内径：接管厚度：筒体壁厚：厚度附加量：接管计算厚度：（与筒体一致）强度削弱系数：开孔直径：………(3.75)根据《过程设备设计》[5]第161页，可以采用等面积法补强。所需最小补强面积：………(3.76)已有的加强面积计算筒节上多余金属面积：有效宽度：B……………(3.77)………(3.78)有效宽度，取两值大者为1033.2。有效外侧高度：………(3.79)有效外侧高度，取小值为71.8mm。有效内侧高度：。有效宽度，取两值小者为0。有效补强面积筒体有效厚度：筒体多余金属面积：………(3.80)接管多余金属面积:…(3.81)补强区内的焊缝面积（焊脚取）:根据已有的加强总面积（）判断是否需要补强，但是，则无需考虑、大小，不需要补强，因为最大接管无需补强，所以其他接管无需补强。3.9.2接管位置设计(1)壳程接管位置设计图3.5壳程接管位置示意图参考《换热器设计手册》第一章1.4.1[14]，因为接管无补强圈，根据公式(3.88)。管板厚度：接管外径：带入数据，圆整取400mm。(2)管箱进出口位置及管箱长度设计图3.6管箱接管位置示意图参考《换热器设计手册》1.4.2[14]，因为接管无补强圈，根据公式：。法兰密封面到法兰焊接点的距离：接管外径：带入数据，圆整取500mm。(3)入口管箱长度计算:本设计选用A型管箱，如下图3.7：图3.7A型管箱接管位置示意图入口管箱长度：………………(3.82)管箱出口位置：圆整取450mm。出口管箱长度：3.10折流板设计根据《换热器设计手册》4.2.5规定，折流板的布置，一般情况下第一块折流板要尽量接近两端的进、出口接管，其余的按等间距规则布置[14]。具体排布位置如下图3.8：图3.8首块折流板布置按下列公式：……….(3.83)防冲挡板宽度为，当没有防冲挡板时取接管内径。带入数据得：综合考虑，接管内径与大小,则最终确定：圆整取700mm。根据实际情况，为防止壳程出口处发生短路，最后一块折流板取消，采用10块折流板，则最后一块折流板距离另一端的管板距离为：结论：壳程进口端第一块折流板距离管板为700mm,出口端最后一块折流板距离管板为1020mm，其余的按800mm等间距排布，查《换热器设计手册》表1-6-26，折流板厚度为12mm。3.11拉杆与定距管的确定根据《换热器设计手册》4.4.2可知，拉杆尽可能布置在管束边缘，等距离布置，对于大直径换热器折流板缺口也需要布置适当量的拉杆，总之任何一块折流板不得少于3个支撑点[14]，考虑本冷凝器的内径，所选换热器布管图如下图3.9：图3.9CAD布管图根据《换热器设计手册》表1-6-36、1-6-37、1-6-38可知，拉杆的直径，18根，、、b=2.0，拉杆连接尺寸如下图3.10：图3.10拉杆连接尺寸图拉杆对应长度的数量：换热管伸出长度：，取16根。，2根。3.12定距管设置选材：10号钢规格：数量与长度：928mm，16根；1728mm，2根；788mm，126根；1588mm,16根。3.13支座设计及强度校核3.13.1支座选型根据JB-T/4712-2007[15]第四章4.2.4，选择重型带垫板鞍式支座：JB/T4712-2007鞍座BIDN1800-S，具体尺寸如下表3.6：表3.6鞍座结构尺寸公称直径DN允许载荷Q/KN鞍座高度底板腹板筋板180085525012802201612295190（续）表3.6鞍座结构尺寸筋板垫板螺栓间距鞍座质量增加100高度增加的质量延长2601221004601090112020422结构图如下：图3.11鞍座结构示意图根据GB151-1999第五章5.20.1规定，当L>3000mm，取，尽可能的相等，具体设置位置如图3.12所示：图3.12鞍座安装位置取………………….(3.84)3.13.2鞍座载荷校核筒体质量：管箱质量：接管质量：管板质量：换热管质量：法兰质量：折流板质量：封头质量：假设鞍座质量：总质量：水压试验总质量：根据《过程设备设计》[5]第五章5.3.2.3，支座鞍座校核方式，具体如下：3.13.3弯矩(1)支座跨中截面处的弯矩：………………(3.85)支座反力：………(3.86)…………(3.87)(2)支座截面处的弯矩：…………(3.88)……(3.89)…(3.90)3.13.4圆筒应力计算及校核（1）两支座跨中截面处圆筒轴向应力截面最高点（压应力）…….(3.91)截面最低点（拉应力）………….(3.92)（2）支座截面处圆筒的轴向应力根据《过程设备设计》表5-1，当鞍座采用120度包角时，，。支座截面最高点（拉应力）………………...(3.93)支座截面最低点（压应力）…………………(3.94)3.13.5各部分应力校核焊接接头系数：材料设计温度许用应力：设计温度下材料的许用应力：设圆筒轴向临界许用压应力：则，，带入数据，系数…………….……...(3.95)查GB151-2011表B.13筒体材料Q345R在100℃时的弹性模量：则…….(3.96)所以查《过程设备设计》表D-1，材料许用应力：根据《过程设备设计》第五章介绍，在操作工况下，轴向拉应力不应大于材料在设计温度下的许用应力：，则。压应力不应大于轴向许用临界应力和材料的，则。在水压试验条件下：轴向拉应力不应大于，则，压应力不应大于，，则，综上所述，两种工况下都满足要求。3.13.6圆筒和封头切应力及校核根据《过程设备设计》5.3.2.4.2介绍，支座截面处无加强圈且的未被封头加强的圆筒，切应力的计算按照下列公式计算：……(3.97)其中系数：因为圆筒的切应力不大于设计温度下材料许用应力的0.8倍，所以，经比较满足要求。本设计，筒体、封头材料相同，封头有效厚度不小于筒体的有效厚度，所以封头处的切向应力不会比筒体大，故不必再对封头切应力进行单独计算与校核。3.13.7支座截面处圆筒的周向应力，(1)圆筒截面最低点处的周向压应力…………...……….(3.98)……….(3.99)(2)无加强圈圆筒鞍座处最大周向应力因为本设计中，垫板不起加强作用，所以最大周向应力按下列公式计算：……..(3.100)(3)鞍座垫板边缘处圆筒中的周向应力值为鞍座包角（），则….……(3.101)、是周向压缩力与周向弯矩产生的合成压应力，是局部应力，不可以大于材料许用应力的1.25倍，而。综上，、，故满足要求。结论：经校核本鞍座载荷、强度均合格。3.14吊耳设计根据前文计算管箱质量，左管箱280.4kg、右管箱311.6kg，均超过30kg，因此都要配置吊耳。查阅HG/T21574-2008，选用卧式容器板式吊耳（HP型），具体尺寸数据如下表3.7和图3.13所示：表3.7吊耳尺寸参数吊耳系列号单个吊重适用设备直径（mm）S（mm）D（mm）L（mm）11~3DN300~21001650140（续）表3.7吊耳尺寸参数R（mm）L（mm）H（mm）δ（mm）S1（mm）单个吊耳质量单个耳板重垫板重5022014018222.70.242S13.13吊耳结构示意图4.制造、检验与安装4.1材料要求从TGS0004-2009可以得知，在制造压力容器选材时，必须考虑材料的力学性能、工艺性能、化学性能等要求，与此同时提供相应材料的厂商必须具有特种设备制造许可证，对与钢板一类的板材，通常每块板都应出具质量证明书，确保每一块钢板合格。4.2零部件制造要求本设计换热器筒体为直径1800mm的大直径圆筒，一般采用三锟卷板机将固定大小的钢板卷制，通过焊接将几个圆筒对接，以达到换热器筒体所需长度，所以下料时必须小心，防止产生较大误差，各个圆筒对接时产生轴向偏差或者不满足长度要求。在设置筒体接管时，因为接管内伸长度为0mm，所以接管必须保证与筒体内径齐平，注意接管位置不能开设在筒体焊缝处。在封头与管箱的制造中，焊缝方向必须沿设备轴向或者径向排布，同时由于设备接管往往采用整体加强的方法，在焊缝处具有较大应力，所以封头与管箱在焊接完成后，必须进行热处理，以消除应力。换热管方面，一般不允许存在对接焊缝，因此换热管长度通常采用，国内外换热管厂商提供的标准件长度，本设