反应流出物-原料油换热器的设计

[9]等常用标准，对法兰进行选取。4.6.1管箱法兰和壳体法兰本设计的壳程设计压力为2.2MPa,设计温度为285℃；管程设计压力为2.75MPa,设计温度为310℃。前端管箱圆筒内径和壳体圆筒内径均为Di=1200mm，查标准本设计可选用长颈对焊法兰，凹密封面；参考文献NB-T47020～47027-2012压力容器法兰、垫片、紧固件，根据公称压力Class600，公称直径DN=1200mm，选取管箱法兰为长颈对焊法兰，H=205mm，材料选用16MnII，螺柱规格为M36，数量为44。4.6.2管箱接管法兰管程的设计压力为2.75MPa，参考文献[10]8.2，利用管程入口公称压力Class600，公称直径DN=300mm，可知管箱入口接管法兰密封面和尺寸为WN300-600RJ，即：带颈对焊法兰（WN），环连接面式（RJ），法兰高度H=156mm，螺柱规格为M33，螺栓孔数量为20个。根据管程出口公称压力Class300，公称直径DN=300mm，管箱出口接管法兰为WN300-300RF，即：带颈对焊法兰（WN），突面（RF），法兰高度H=129mm，螺柱规格为M30，螺栓孔的数量为16个。4.63壳体接管法兰壳程的设计压力为2.2MPa，可以选择带颈对焊法兰和突面密封面的形式；参考文献[10]，由公称压力Class300,公称直径300mm可知，壳体入口接管法兰密封面和尺寸大小为WN300-300RF，即：带颈对焊法兰（WN），突面（RF），法兰高度H=129mm，螺柱规格为M30，螺栓孔的数量为16个。壳体出口接管法兰密封面和尺寸大小为WN250-300RF，即：带颈对焊法兰（WN），突面（RF），法兰高度H=116mm，螺柱规格为M27，螺栓孔的数量为16个。4.7接管、开口由管箱上下的钢管公称直径300mm可知，管箱接管外径可取308，即:φ=308×8mm,选择15CrMo（H）Ⅱ＋TP.309L＋TP.347作为材料。由壳体上下接管的公称直径300mm可知，壳体接管外径308mm，尺寸为φ=308×8mm，材料为20Ⅱ＋TP309L＋TP347。其中堆焊层过渡层材料为TP.309L，面层材料为TP.347。4.8支座本次设计的设备是卧式放置的压力容器，在实际中常用的有鞍座和圈座，本次设计根据实际生产来决定选择鞍式支座。根据初始参数，双鞍座能满足本次要求，一边支座是固定着的，另一边为滑动支座，选择的支座尺寸数据在后述中严格计算，联合实际要求来选取最适合的支座。4.9起吊附件、防松支耳根据文献[2]中6.17.1的说明，质量大于30kg的管箱应该设计吊耳。固定管板外侧需设置2个防松支耳，和带肩双头螺柱搭配使用。装配情况参看以下图表。图4.10带肩双头螺柱第五章强度计算第五章强度计算5.1壳程圆筒厚度由上面参数可知，壳程设计压力2.2MPa，设计温度为285℃，筒体材料是Q245R，由文献[3]第二部分可知，285℃下材料许用应力：。设计温度下圆筒厚度为：

（5—3)式中：——圆筒内直径，mm，——壳程计算压力，2.20MPa；ϕ——焊接接头系数，σt厚度附加量：C=C——厚度附加量，mm；C1——钢板负偏差mm，C1C2——钢板腐蚀裕量mm，C2厚度附加量：C=C1+C2=0.3mm设计厚度，根据钢板负偏差：C1=0.3mm，当时，为了方便焊接，一般筒体的厚度要和法兰厚度相同，法兰厚度为21mm，除去3mm的防腐层，取，。进行强度校核：（5—4)最大允许工作压力[p（5—5)由计算结果可知，壳程圆筒名义厚度，满足设计要求。5.2前端管箱圆筒、椭圆形封头厚度5.2.1前端管箱圆筒厚度管箱材料是Q345R，管程设计压力，腐蚀裕量，焊缝系数，管箱设计温度为310℃，假设管箱名义厚度为174mm，根据文献[3]查得设计温度下管箱的计算厚度公式：（5—6)

式中：Dipcϕ——焊接接头系数σtC=0.3mm设计厚度：，钢板负偏差C1=0.3mm，由文献[3]可知，当时，保守考虑向上圆整，取，。进行强度校核：（5—7)最大允许工作压力[p（5—8)由计算结果可知，管箱圆筒名义厚度为，满足设计要求。5.2.2前端椭圆形封头厚度管程设计压力为2.75MPa，设计温度310℃，封头为椭圆形封头，材料选用Q245R。查文献[3]，得。椭圆形封头厚度计算式为：（5—9)式中：Diδh[σ]tϕ——焊接接头系数K——椭圆形封头形状系数，可由文献[3]表5-1查得封头内壁椭圆的长、短半轴分别假设为a、b，已知标准的椭圆封头，a=由文献[3]表5-1可知：由上述计算可知，C=0.3设计厚度，保守考虑向上圆整进行强度校核，其最大允许工作压力[p（5—10)根据计算结果，椭圆形封头可取名义厚度，满足校核要求5.3液压试验由于该换热器的介质都是液体，所以选择液压试验。1、壳程液压试验试验压力：（5—36)式中：P——设计压力，MPa；P=2.2MPapT——耐压试验压力，MPaη——耐压试验压力系数；此处可取：η=1.25[σ]——常温下材料的许用应力，MPa；σ[σ]t——设计温度下材料的许用应力，MPa。设计所选用的各元件材料不同，在这可取σ/液压试验压力pT在进行耐压试验时，容器材料必须处于弹性，故在耐压试验前要对筒体进行校核。试验下圆筒应力为：（5—37)由计算结果可知，满足本次要求。2、管程液压试验试验压力：（5—38)式中：P——设计压力，MPa；P=2.75MPapT——耐压试验压力，MPaη——耐压试验压力系数；此处可取：η=1.25[σ]——20度下材料的许用应力，MPa；σ[σ]t——设计温度下材料的许用应力，MPa。设计所选用的各元件材料不同，在这可取σ/液压试验压力pT在进行耐压试验时，容器材料必须处于弹性，故在耐压试验前要对筒体进行校核。试验下圆筒应力为：（5—39)由计算结果可知，满足本次要求。3、试验过程试验容器内的气体应当排净并充满液体，试验过程中应保持容器观察表面的干燥。当试验容器器壁金属温度与液体温度接近时，方可缓慢升压至设计压力，确认无泄漏后继续升压至规定的试验压力，保压时间一般不少于30min，然后降至设计压力，保压足够时间进行检查，检查期间压力应保持不变。液压试验完毕后，应将液体排尽并用压缩空气将容器内吹干。5.4管板计算由上面可知，本次管板材料选用S32168Ш；换热管材料为0Cr18Ni10Ti。根据壳程的设计温度，查文献[3]得：[σ]r[σ]t根据文献[9]管法兰垫片紧固件可知，垫片外直径D=1324mm，内直径d=1219mm，故固定管板与法兰垫片接触外径可取1324mm，垫片接触面内径可取1219mm。由文献[3]表7-1可知：垫片基本密封宽度：当bo>按7.5.1.3的规定，当bo≥6.4mm时DG等于垫片接触的外径减去2b固定管板在垫片压紧力作用下，其中心圆直径:DG=1298.08mm由文献[2]可知，管板布管区当量直径： ；（5—管板计算厚度： （5—41)查文献[2]，换热管采用正三角形排列方式，如下图所示：图5.1管程管板的分程处面积图计算管板的分程处的面积;（5—42)图5.2式中：S--换热管中心距，由换热管外径可得：Sn--分程隔板槽两侧相邻换热管中心距，N‘--隔板槽一侧最大排管根数，由图5.2,得知本次N‘=22布管区面积： （5—43) 管子数：n=885管板布管区当量直径： 换热管根数：。单根换热管管壁金属的横截面积：δtd——换热管外径，mm。管板布管区开孔后的面积A1（5—45)本次设计为a型连接方式管板，管板计算半径：布管区当量直径Dt和计算直径2R之比P以Pt查文献[2]表7-7得Cc=0.2830 换热管伸出管板长度3mm。换热管有效长度：L=11955-174×2-3×2=11601mm①当壳程设计Ps=2.2MPa和管程设计压力Pt=2.75MPa同时作用，②当只有壳程设计Ps=2.2Mpa，管程设计压力Pt=0Mpa时，③当只有管程设计Ps=2.75Mpa，壳程设计压力Pt=0Mpa时，以上三种情况都满足。5.5开孔补强5.5.1管箱开孔补强管程设计压力2.75MPa，进、出口接管材料选15CoMo(H)Ⅱ+TP.309L+TP.347，尺寸数据：ϕmm,；对管程进行开孔补强计算，是否需要补强由计算结果决定。此处圆筒受内压作用，补强面积A为：式中：A——开孔削弱必须满足的补强面积，mm2dop壳程开孔直径：dop=308-2×8+0.6=292.6mm由于，可使用等面积法进行计算开孔补强；δ——壳体开孔计算厚度，mm；δet——接管有效厚度，mm；

fr——强度削弱系数，取设计温度下接管材料和壳体材料许用应力之比，若大于1.0时，取f（5—55)强度削弱系数：。有效宽度B取下面计算结果的较大值：这里取：B=584mm有效高度h1取以下计算的较小值：外伸接管有效补强高度：接管实际外伸高度：182mm取h1=48.33mm有效高度h2取以下计算的较小值：内伸接管有效高度：接管实际内伸高度：0mm取补强面积补强的截面积需通过计算得出，下面对截面积进行计算。Ae——补强面积，mmA1——壳体有效厚度减计算厚度的值，mm=3214.88mm2A2——接管有效厚度减计算厚度之外的值，mm2接管计算厚度：A3——焊缝金属截面积，mm2A3=16×12×0.5=96mm2补强面积Ae：由于，则开孔不需另加补强。5.5.2壳程筒体开孔补强壳程设计压力2.2MPa，接管材料20ц+TP.309L+TP.347，规格数据为。对筒体进行开孔补强计算。由于圆筒受内压作用，所需要的补强面积A为：（5—56)式中：A——开孔削弱必须满足的补强面积，mm2dop由于，此处可使用等面积法进行开孔补强计算；δ——壳体开孔处计算厚度，mm；δetfr——强度削弱系数，取决于接管材料和壳体材料许用应力，若大于1.0时，取f（5—57)强度削弱系数取。有效宽度B：取计算结果的较大值，即：B=584mm。有效高度h1外伸接管补强高度：查文献[8]可知：接管实际外伸高度182mm取h1=48.38mm内伸接管高度：实际接管内伸高度：h2=0mm取h1=48.38mm，h2=0mm补强面积补强的截面积需通过计算得出，下面对截面积进行计算。式中：Ae——补强面积，mmA1——壳体有效厚度减计算厚度的值，mm2A1=3232.44mm2A2——接管有效厚度减计算厚度的值，按下式计算，mm2接管计算厚度：A3——焊缝金属截面积，mm2。这里焊脚按实际选取，12mm2A3=16×12×0.5=96mm2补强面积Ae由于，则开孔不需另外补强。第六章三维设计第六章三维设计6.1管箱的三维建模管箱由管箱封头、短节及法兰三部分焊接而成1、封头造型通过旋转即可完成2、短节造型通过多次旋转、拉伸以及去除材料和阵列来完成3、管箱法兰造型图通过旋转穿孔阵列完成4、隔板只需拉伸即可完成其造型6.2筒体的三维造型筒体由壳体、鞍座以及两端的法兰组合而成1、壳体造型通过多次旋转、拉伸以及去除材料、阵列和镜像来完成2、鞍座造型图只需通过拉伸和去除材料就可完成3、管箱法兰需要旋转穿孔阵列完成6.3管板的三维造型管板的造型都通过一系列的旋转、拉伸、穿孔和阵列指令后完成6.4管束和拉杆的三维造型管束和拉杆的三维造型通过拉伸得到6.5换热器的制造、安装、使用6.5.1换热器的制造U形管式换热器是一种传统的换热器设备，它在工业上的应用具有悠久的历史。在长期的使用中其结构形式得到不断的改进而基本定型。1、筒体换热器筒体的椭圆度要求较高，因需保证壳体与折流板之间有合适的间隙。如太大就会影响到换热效果，太小就要增加装配的困难。因此，壳体在下料与辊压过程中必须大小谨慎，下料正确。2、封头和管箱封头和管箱的厚度一般不小于壳体的最小厚度，且接管开孔往往采用整体加强而不用加强板。管程如为腐蚀性介质，则管箱及封头可采用复合板或耐腐蚀合金板衬里，在法兰内壁及端面可采用对焊。在换热器制造过程中，管子的加工、管板的加工、管板的制造、管子与管板的连接为换热器的特有部分，是换热器制造过程中最重要的一环。3、管子直管一律采用整根管子而不允许有接缝，U型管可以拼接，其对接焊接接头应符合要求且检查合格。6.5.2换热器的安装换热器的安装基础必须足以使换热器不发生下沉，或使管道把过大变形传到换热器的接管上。换热器通过鞍式支座由地脚螺栓将其与基础牢固地连接起来。安装换热器之前应严格地进行基础质量的检查和验收工作，主要项目如下：基础表面概况；基础标高、平面位置、形状和主要尺寸以及预留孔是否符合设计要求；地脚螺栓的位置是否正确，螺纹情况是否良好，螺帽和垫圈是否齐全；放置垫铁的基础表面是否平整等。基础验收完毕后，在安装换热器之前因在基础上放置垫铁，安放垫铁处的基础表面必须铲平，使两者能很好接触。垫铁厚度可以调整，使换热器能达到设计的水平和标高。垫铁放置后可增加换热器在基础上的稳定性，并将其重量通过垫铁均匀地传递到基础上去。垫铁可分为平垫铁、斜垫铁和开口垫铁。其中，斜垫铁必须成对使用。地脚螺栓两侧均应由垫铁，垫铁的安装不应妨碍换热器的热膨胀。换热器就位后需用水平仪对换热器找平，这样可使各接管都能在不受力的情况下连接管道。找平后，斜垫铁可与支座焊牢，但不得与下面的平垫铁或滑板焊死。当两个以上重叠式换热器安装时，应在下部换热器找正完毕，并用地脚螺栓充分固定后，再安装上部换热器。可抽管束换热器安装前应抽芯检查、清扫，抽束时应注意保护密封和折流板。移动和起吊管束时应将管束放置在专用的支承结构上，以免损伤换热器。根据换热器的结构形式，应在换热器的两端留有足够的空间来满足操作、清洗。维修的需要。U形管束，也可在其相对的一端留出足够的空间以便能拆卸壳体。致谢致谢首先，我们要感谢我们的指导老师。在我们遇到难题时，刘老师总是及时给予帮助，并细心地为我们讲解，其师德之高，实属罕见。刘老师谆谆教诲，如春风，如细雨，润物细无声。很幸运能在这一次的设计遇到刘老师，其为人处世以及严谨的治学态度，给了我们很大感触，也定使我们受益终生。其次，这次的换热器设计