列管式固定管板換熱器設(shè)計(jì)要點(diǎn)

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1、東北石油大學(xué)石化裝備設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)（卓） 目錄 第1章工藝概述 1 1.1 裝置概況 1 1.2 工藝原理（催化裂化） 1 1.3 工藝流程說明（吸收穩(wěn)定部分） 2 第2章工藝設(shè)計(jì) 3 2.1 設(shè)計(jì)概述 3 2.2 設(shè)計(jì)課題 3 2.3 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 4 2.4 初算換熱器的傳熱面積S0 4 2.4.1 換熱器的熱流量（忽略熱損失） 4 2.4.2 水蒸氣的消耗量（忽略熱損失） 4 2.4.3 平均傳熱溫差 5 2.4.4 計(jì)算傳熱面積 5 2.5 主要工藝及結(jié)構(gòu)基本參數(shù)的計(jì)算 5 2.5.1 換熱管選擇 5 2.5.2 計(jì)算

2、殼體內(nèi)直徑Di 6 2.5.3 畫出排管圖 6 2.5.4 計(jì)算實(shí)際傳熱面積S0及過程的總傳熱系數(shù)K0（選） 7 2.5.5 折流板直徑Dc數(shù)量及有關(guān)尺寸的確定 7 c 2.5.6 拉桿的直徑和數(shù)量與定居管的選定 7 2.6 換熱器核算 7 2.6.1 換熱器內(nèi)流體的壓力降 7 2.6.2 熱流量核算 8 第3章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 3.1 折流擋板 10 3.2 法蘭 10 3.3 換熱管 11 3.4 支座 11 3.5 壓力容器選材原則 11 3.6 墊片 12 第4章強(qiáng)度計(jì)算 13 4.1 筒體壁厚計(jì)算 13 4.2 流體進(jìn)、

3、出口接管直徑 13 4.3 其他結(jié)構(gòu)尺寸 14 4.4 支座反力 14 4.5 筒體彎矩 15 4.5.1 圓筒中間處截面上的彎矩 15 4.5.2 支座處橫截面間彎距 16 4.6 系數(shù)計(jì)算 16 4.7 筒體軸向應(yīng)力 16 4.7.1 軸向應(yīng)力 16 4.7.2 應(yīng)力校核 17 4.8 鞍座處圓筒周向應(yīng)力 18 4.9 鞍座應(yīng)力 18 第5章設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 19 參考文獻(xiàn) 20 II 東北石油大學(xué)石化裝備設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)（卓） 第1章工藝概述 1.1 裝置概況 180萬(wàn)噸/年重油裂解裝置按規(guī)模180萬(wàn)噸/年設(shè)計(jì)。裝置包括反應(yīng)-

4、再生、分 儲(chǔ)、吸收穩(wěn)定、氣壓機(jī)、能量回收及余熱鍋爐、產(chǎn)品精制幾部分組成， ARGG：藝 以常壓渣油等重質(zhì)油為原料，采用重油轉(zhuǎn)化和抗金屬能力強(qiáng)，選擇性好的 RAG崔 化劑，以生產(chǎn)富含丙烯、異丁烯、異丁烷的液化氣，并生產(chǎn)高辛烷值汽油。 1.2 工藝原理（催化裂化） 催化裂化是煉油工業(yè)中重要的二次加工過程，是重油輕質(zhì)化的重要手段。它 是使原料油在適宜的溫度、壓力和催化劑存在的條件下，進(jìn)行分解、異構(gòu)化、氫 轉(zhuǎn)移、芳構(gòu)化、縮合等一系列化學(xué)反應(yīng)，原料油轉(zhuǎn)化成氣體、汽油、柴油等主要 產(chǎn)品及油漿、焦炭的生產(chǎn)過程。催化裂化過程具有輕質(zhì)油收率高、汽油辛烷值較 高、氣體產(chǎn)品中烯姓含量高等特點(diǎn)。 催化裂化的生

5、產(chǎn)過程包括以下幾個(gè)部分： 反應(yīng)再生部分：其主要任務(wù)是完成原料油的轉(zhuǎn)化。原料油通過反應(yīng)器與催化 劑接觸并反應(yīng)，不斷輸出反應(yīng)產(chǎn)物，催化劑則在反應(yīng)器和再生器之間不斷循環(huán)， 在再生器中通入空氣燒去催化劑上的積炭，恢復(fù)催化劑的活性，是催化劑能夠循 環(huán)使用。燒焦放出的熱量又以催化劑為載體，不斷帶回反應(yīng)器，供給反應(yīng)所需的 熱量，過剩熱量由專門的取熱設(shè)施取出加以利用。 分儲(chǔ)部分：主要任務(wù)是根據(jù)反應(yīng)油氣中各組分沸點(diǎn)的不同，將它們分離成富 氣、粗汽油、回?zé)捰汀⒂蜐{，并保證汽油干點(diǎn)、輕柴油凝固點(diǎn)和閃電合格。 吸收穩(wěn)定部分：利用各組分之間在液體中溶解度不同把富氣和粗汽油分離成 干氣、液化氣、穩(wěn)定汽油?？刂坪酶蓺?/p>

6、中的 C3含量、液化氣中的C2和C5含量、穩(wěn) 定汽油的10溢。 1.3 工藝流程說明（吸收穩(wěn)定部分） 吸收塔頂操作壓力1.3MPa ,從D-10301來的壓縮富氣進(jìn)入吸收塔 C-10301自 下而上逆流與來自D-10201來的粗汽油和補(bǔ)充吸收劑泵 P-10304/1、2送來的穩(wěn)定 汽油（補(bǔ)充吸收劑）逆相接觸。氣體中的 C3和C3以上的更重組分大部分被吸收， 剩下含有少量吸收劑的氣體（貧氣）去再吸收塔 C-10303,為了取走吸收時(shí)放出的 熱量，在吸收塔用 P-10302/1-4分別抽出四個(gè)中段回流，經(jīng)中段回流冷卻器 E-10307/1-8冷卻后再返回吸收塔。在D-10301中平衡汽化

7、得到的凝縮油由凝縮油 泵P-10301/1、2抽出后，經(jīng)脫吸塔進(jìn)料-穩(wěn)定汽油換熱器E-10302/1-2換熱至55 P , 脫吸塔頂操作壓力1.4MPa,溫度50 脫吸塔底部由脫吸塔底重沸器提供熱量。 用分儲(chǔ)部分中段回流作為熱載體，以脫除凝縮油中的 C2組分。塔底脫出的脫乙烷 汽油送至汽油穩(wěn)定系統(tǒng)。貧氣從吸收塔頂出來進(jìn)入在吸收塔 C10303,操作壓力 1.25MP&與從分儲(chǔ)部分來的貧吸收油（輕柴油）逆流接觸，以脫除氣體中夾帶的 輕汽油組份，經(jīng)吸收后的氣體送至脫硫裝置，富吸收油則靠再吸收塔的壓力自流 至E-10205/1-2 ,與貧吸收油換熱后再返回分儲(chǔ)塔。 汽油穩(wěn)定系統(tǒng)脫乙烷汽油從托

8、吸收塔底出來，自壓進(jìn)入穩(wěn)定塔進(jìn)料換熱器 E-10303/1-4 ,和穩(wěn)定汽油換熱后進(jìn)入穩(wěn)定塔 C-10304.塔的操作壓力1.15MPq 丁 烷和更輕的組份從塔頂儲(chǔ)出，經(jīng)過塔頂冷凝冷卻器 E-10308/1-8冷卻后進(jìn)入塔頂 回流罐D(zhuǎn)-10302,液體產(chǎn)品-液化氣用穩(wěn)定塔頂回流泵升壓，大部分作為穩(wěn)定塔頂 回流，另一部分作為化工原料送至脫硫裝置。穩(wěn)定汽油自塔底靠本身壓力依次進(jìn) 入E-10304/1-4、E-10302/1-4 ,換熱后再進(jìn)入穩(wěn)定汽油-除鹽水換熱器 E-10301/1-2、穩(wěn)定汽油空冷器 EC-10302/1-4、穩(wěn)定汽油冷卻器 E-10309/1-2 ,冷 卻到40度。一部分作

9、為補(bǔ)充吸收劑用 P-10304/1.2送至吸收塔，其余部分送往脫 硫裝置。穩(wěn)定塔底重沸器的熱源來自分儲(chǔ)部分第二中段循環(huán)回流。 6 第2章工藝設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)概述 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器 是化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要 地位。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為冷卻器、加熱器、蒸發(fā)器等，應(yīng)用更加廣泛。 換熱器種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換交換的原理和方式基本上可分三大 類即：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多。 換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用極為普遍，例如動(dòng)力工業(yè)中鍋爐設(shè)備的過熱器、

10、省煤器、空氣預(yù)熱器，電廠熱力系統(tǒng)中的凝氣器、除氧器、給水加熱器、冷水塔； 冶金工業(yè)中高爐的熱風(fēng)爐，煉鋼和軋鋼生產(chǎn)工藝中的空氣或煤氣預(yù)熱；制冷工業(yè) 中蒸汽壓縮式制冷機(jī)或吸收式制冷機(jī)中的蒸發(fā)器、冷凝器；制糖工業(yè)和造紙工業(yè) 的糖液蒸發(fā)器和紙漿蒸發(fā)器，都是換熱器的應(yīng)用實(shí)例。在化學(xué)工業(yè)和石油化學(xué)工 業(yè)的生產(chǎn)過程中，換熱器也有較多的應(yīng)用。在航天工業(yè)中，為了及時(shí)取出發(fā)動(dòng)機(jī) 及其輔助動(dòng)力裝置在運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的大量熱量，換熱器也是不可缺少的重要部件。 在化工廠，換熱器的費(fèi)用約占總費(fèi)用的10%-20%在煉油廠約占總費(fèi)用35%- 40%換熱器在其他部門如動(dòng)力、原子能、冶金、食品、交通、環(huán)保、家電等也有 著廣泛的應(yīng)用

11、。 2.2 設(shè)計(jì)課題 設(shè)計(jì)一臺(tái)用飽和水蒸氣加熱水的列管式固定管板換熱器，水流量為 45t/h ,水 溫由25七加熱到65七。水蒸氣入口溫度128.7℃ ,出口溫度128.7P。允許壓強(qiáng)降 管程不高于104Pa,殼程不高于105Pa。 根據(jù)設(shè)計(jì)題目與介質(zhì)，選擇列管式固定管板換熱器，循環(huán)水走管程，水蒸氣 走殼程。 2.3 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 根據(jù)工藝條件查物性表可得： 水蒸氣的定性溫度 密度 汽化潛熱 黏度 定壓比熱容 熱導(dǎo)率 循環(huán)水的定性溫度 密度 定壓比熱容 熱導(dǎo)率 黏度 T = 128.7 C ：0 = 1.443kg/m3 =2082.2KJ/m3 」o =0.0

12、133mPas Cpv = 4.267KJ/kg K ■0 =0.0320W/m K T = (25 65) / 2 = 45 C R =990kg/m3 Cpv =4.174KJ/kg K ■ i = 0.64W/m K 」i =0.5988mPas 2.4 初算換熱器的傳熱面積S0 熱流量 Q = WCCp c ： T 由公式（2-1）計(jì)算得 Qo =WcCpc：T = 3 45 10 4.174 (65 - 25) 3600 (2-1) 2087KW 2.4.2水蒸氣的消耗量（忽略熱損失） 冷卻劑（加熱劑）用量 W氣=—Q—= Q CpcAT T

13、由公式（2-2）計(jì)算得水蒸氣的用量為 (2-2) Q W氣=— 2087 2082.2 =1.0kg/s 2.4.1 換熱器的熱流量（忽略熱損失） 2.4.3 平均傳熱溫差 根據(jù)工藝條件，選取逆向流向，先按單殼程單管程考慮，計(jì)算出平均溫度差A(yù)tm ；：tm , ：t2 - . 41 ln (2-3) 式中 &2 =128.7 —65 = 63.7C , At1 =128.7—25 = 103.79 由公式（2-3 ）算得 ， 二 tm 63.7 -103.7 =82.1C 103.7 溫度校正系數(shù) 邛A >0.8,故平均溫度差

14、 △tm=&m=82.-C 2.4.4 計(jì)算傳熱面積 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值初選總傳熱系數(shù) K0 =600W/m2 K ,由K0值初算所需傳熱面 積。 傳熱面積 S0= Q0 （2-4） K0 - tm 由式（2-4）得 S0 = —Q^ = 2087M 103 = 42.4m2 K0 tm 600 82.1 2.5主要工藝及結(jié)構(gòu)基本參數(shù)的計(jì)算 2.5.1 換熱管選擇 1、換熱管選用025mmM 2.5mm的鋼管，管內(nèi)流速取ui =0.4m/s 2、換熱管數(shù)量及長(zhǎng)度的確定 管數(shù) 4V n 二 2 ui 二 di 4 45 1000/(3600 990) _ 2 _

15、 0.4 0.02 3.14 = 101(根) 管長(zhǎng) l = & = 2. = 5. 3 m n二d0 1 0 1 3. 1 4 0. 0 25 根據(jù) GB151,標(biāo)準(zhǔn)傳熱管有 1.0m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、4.5m、6.0m、 7.5m、9.0m、12.0m。根據(jù)計(jì)算結(jié)果取傳熱管長(zhǎng)L=6.0m。 ‘ 則該換熱器的管程數(shù)為 Np=- J-3 6.8 8（即為單管程） p L 6.0 所以傳熱管總根數(shù) N =1 0僅1= 1 01（ 3、管子的排列方式及管子與管板的連接方式的選定 管子的排列方式采用正三角形排列；管子與管板的連接采用焊接法。 2.

16、5.2 計(jì)算殼體內(nèi)直徑Di 殼體內(nèi)徑 Di=tS-1）+2b （2-5） 式中管中心距 t=1.2g= 1.25 = 25 32 mm 橫過管束中心線的管數(shù) nc =1.布=1E M1根1 1 管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離 b =1.5d0 = 37.5mm 所以由式（2-5）得 Di =32 11 ）1 + 2 37.=5 395 mm 按殼體直徑標(biāo)準(zhǔn)系列尺寸圓整，取 Di = 400mm 2.5.3 畫出排管圖 根據(jù)殼體內(nèi)徑Di、管中心距t、橫過管中心線的管數(shù)nc及其排列方式，繪出排 管圖。由圖可見，中心排有11根管，按三角形排列，可排119根，除去6根拉桿

17、位置，實(shí)際排出113根。與上述計(jì)算相符。因此實(shí)際管數(shù)取 N=113根。 圖2-1換熱管排布圖 東北石油大學(xué)石化裝備設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)(卓) 2.5.4 計(jì)算實(shí)際傳熱面積S0及過程的總傳熱系數(shù)K0^) 傳熱面積 S = Nnd0(l —0.1) (2-6) 由式(2-6)得 S = Nnd0(l —0.1) = 101x3.14x0.025(6 —0.1) = 46.7m2 總傳熱系數(shù) 由式(2-7)得 K0 Q S0.--：tm (2-7) K。 2087 103 46.7 82.1 2 =544W/(m2 K) 2.5.5 折流板直徑Dc數(shù)量及有關(guān)尺

18、寸的確定 選取折流板與殼體間的間隙為3mm因此 折流板直徑 Dc = 400 — 2 3 = 394mm 切去弓形高度 h =0.25Di =0.25 400-100mm 折流板數(shù)量 Nb：、01* h。 取折流板間距ho = 300mm,那么Nb = 6000-100 _1=19塊 300 取整得 Nb =19塊 實(shí)際折流板間距 h = 6000 -100 = 295mm 19 1 2.5.6拉桿的直徑和數(shù)量與定居管的選定 選用412mm鋼拉桿，數(shù)量6根，定距管采用425mm父2.5mm鋼管 2.6換熱器核算 2.6.1 換熱器內(nèi)流體的壓力降 1、管程壓力降計(jì)算：

19、 工△Pi = 9Pi+Ap2)NsNpFt (2-8) 串聯(lián)殼程數(shù)Ns=1,管程數(shù)Np=1。對(duì)于0 25mm黑2.5mm換熱管，結(jié)構(gòu)校正 系數(shù)為Ft =1.4。換熱器為單程管 即2=0。 9 Gi = 45 130 3600 - 4 (0 202 ) =497.6 80 diGi Rei = T 0. 0 2 4 9 7. 6 3 =16620 0.5988 10 由Re=16620,傳熱管絕對(duì)粗糙度 則流體流經(jīng)直管段的壓力為 0.02,查莫狄圖得入=0.027。 , l 彳、2 3 P1 = ( + 1 . di

20、 (2-9) 由式(2-9)得 l :u / 2 、 .p1 = (■ —+1.5)—u- = (0.027 +1.5) di 2 0.02 2 04—990 = 332.64Pa %.P =(3 3 2. 6 4 0) 1 1. 4 4 6 54 7 Pa 1 0 Pa 故管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。 2、殼程壓力降計(jì)算 母二(P1 P2)FsNs 其中流體流經(jīng)管束的壓強(qiáng)降為 (2-10) △P =FfNc(NB +1) 其中，管子排列方式對(duì)壓強(qiáng)降的校正因子, 2 F=0.5 (2-11) 摩擦系數(shù)f0 =5Re -0.228 Uo h(D-nc

21、d0) - 1.443 0.295 (0.4-11 0.025) =18.8m/s Re = doUo D 0.0202 18.8 1.443 3 0.0135 10 = 41203 f0 =5 (41203)^.228 = 0.442 P =Ff04(NB 1) 過=0.5 0.442 11 20 1.443 (18.8)2 & ， P2 =Nb(3.5 - 2h u ) 2 2 2 0 =19 ( 3.5-2 0.295 0.

22、4 =12398Pa 2 2 )1.443 ( =9811Pa 2 、、 R =(12398 9811) 1 = 22209Pa 二 105Pa 故殼程壓力降在允許范圍內(nèi)。 2.6.2熱流量核算 總傳熱系數(shù)Ko Ko 」 弛.正 so d d -

23、， 二 i =0.023 (16620)0.8 (4.174 0.5988): 3013W/m 2 K 0.02 0.64 由式（2-14）得 [ 0 二1.13 IP(P-^)gV14 [^L(ts-tw) = 1.13 998 998 -1.443 10 2082.2 103 (0.64)3 又 3 0.5988父10 父2M(128.7-45) 15 = 1021.8W/m 2.K 由式(2-12)算得 1 bdo Rsid0 d0 — RSO ~~ ~- 7 1 _3 0.26 10 1021.8 :0 1dm di ：idi 0.025

24、 25 0.26 10-竺 25 51.8 225 20 3013 20 即 K0 =492.85W/m2 K 由于Kg = 3^ =1.10在范圍之內(nèi)，所以本設(shè)計(jì)合理。 K。⑴ 492.85 第3章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 折流擋板 安裝折流擋板的目的是為提高管外對(duì)流傳熱系數(shù)，為取得良好效果，擋板的 形狀和間距必須適當(dāng)。對(duì)常用的圓缺型擋板，弓形缺口的大小對(duì)殼程流體的流動(dòng) 情況有重要影響。弓形缺口太大或太小都會(huì)產(chǎn)生“死區(qū)”，太大不利于傳熱，太 小又增加流體阻力。 擋板的間距對(duì)殼程的流動(dòng)亦有重要的影響。間距太大，不能保證流體垂直流 過管束，使管外對(duì)流傳熱系數(shù)下降；間距太小，不便于制造和

25、檢修，不便于制造 和檢修，阻力損失亦大。一般取擋板間距為殼體內(nèi)徑的 0.2?1.0倍。我國(guó)系列標(biāo) 準(zhǔn)中采用的擋板間距為：固定管板式有 100mm 150mm 200mm 300mm 450mm 600mm 700mm 7 種；浮頭式有 100mm 150mm 250mm 300mm 350mm 450mm （或 480mm） 600mm 價(jià)中。 3.2 法蘭 換熱器設(shè)備常用的法蘭分為設(shè)備法蘭和管法蘭兩類。 設(shè)備法蘭標(biāo)準(zhǔn)有： JB 4710甲型平焊法蘭，選用壓力范圍為 0.25~1.6MPa JB 4702乙形平焊法蘭，選用壓力范圍為 0.25 ~ 4.0MPa JB 4703長(zhǎng)頸對(duì)

26、焊法蘭，選用壓力范圍為 0.6~6.4MPa 本設(shè)計(jì)選用JB 4701甲型平焊法蘭，選用壓力范圍為 0.25~1.6MPa。 甲型平焊法蘭只有法蘭環(huán)。一般采用鋼板制作，必要時(shí)也可以采用鍛件軋制， 與圓筒體或封頭角焊連接。由于法蘭環(huán)與筒體或封頭連接的整體性差，即該法蘭 的連接強(qiáng)度和剛度較小，因此只適用于溫度、壓力較低的場(chǎng)合。在現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)中，甲型平焊法蘭只有四個(gè)壓力等級(jí)（ PN0.25、0.6、1.0、1.6MPa ）,公稱直徑的 適用范圍也較?。―N300 ~ 2000mm ）,所用工作溫度范圍為 -20~300℃。 3.3 換熱管 換熱管的規(guī)格包括管徑和管長(zhǎng)。換熱管的直徑越小，

27、換熱器單位體積的傳熱 面積越大。因此，對(duì)于潔凈的流體管徑可取小些，但對(duì)于不潔凈或亦結(jié)垢的流體， 管徑應(yīng)該取得大些，以免堵塞。目前我國(guó)試行的系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用 ①25X 2.5和① 19X2.5兩種規(guī)格，對(duì)于一般流體是適用的。此外還有 ①38X2.5,①57X2.5的無 縫鋼管。本設(shè)計(jì)選用 ①25X2.5規(guī)格的換熱管。 我國(guó)生產(chǎn)的鋼管系列標(biāo)準(zhǔn)中管長(zhǎng)有 1.5m、2m、3m、4.5m、6m、9m,按選定 的管徑和流速確定管子數(shù)目，再根據(jù)所需傳熱面積，求得管長(zhǎng)合理截取。同時(shí)管 長(zhǎng)又應(yīng)與殼徑相適應(yīng)，一般管長(zhǎng)與殼徑之比，即L/D為3?4.5。本設(shè)計(jì)選用6m的 管長(zhǎng)。 管子的排列方式有等邊三角形和正方

28、形兩種。與正方形相比，等邊三角形排 列比較緊湊管外流體湍流程度高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。正方形排列雖比較松散，傳 熱效果也較差，但管外清洗方便，對(duì)亦結(jié)垢流體更為適用。本設(shè)計(jì)選用等邊三角 形的排列方式。 3.4 支座 化工壓力容器及設(shè)備都是通過支座固定在工藝流程中的某一位置上的。支座 的形式主要分三大類：立式容器支座、臥式容器支座、球式容器支座。臥式容器 支座又可分為鞍式支座、圈式支座和支腿式支座，尤以鞍式支座使用最為廣泛。 鞍式支座的結(jié)構(gòu)特征： 1 .鞍式支座標(biāo)準(zhǔn)分輕型（代號(hào) A）和重型（代號(hào)B）兩種。輕型用于滿足一 般臥式容器使用要求；重型用以滿足臥式換熱器、盛裝液體重度大和 L/D大的臥

29、 式容器使用要求。 2 .根據(jù)安裝形式，鞍式支座分固定式（代號(hào) F）和滑動(dòng)式（代號(hào)S）兩種。 3 .鞍式支座適用于臥式容器直徑 DN300?450 （用無縫管件筒體）、300?4000 （用卷制筒體）的范圍內(nèi)。 本設(shè)計(jì)選用鞍式支座。 3.5 壓力容器選材原則 1、選用壓力容器材料時(shí)，必須考慮容器的工作條件，如溫度、壓力和介質(zhì)特 征；材料的使用性能，如機(jī)械性能、物理性能和化學(xué)性能；加工性能，如材料的 焊接性能和冷熱加工性能；經(jīng)濟(jì)合理性能，如材料的價(jià)格、制造費(fèi)用和使用壽命。 2 .剛制壓力容器用鋼材應(yīng)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼制壓力容器》中所列材料選用，標(biāo) 準(zhǔn)中規(guī)定設(shè)計(jì)壓力不大于 35MPa,

30、對(duì)于超出規(guī)定的，應(yīng)進(jìn)行具體分析，并進(jìn)行試 驗(yàn)，經(jīng)過研究以后決定。 3 .鋼材的使用溫度不超過各鋼號(hào)許用應(yīng)力中所對(duì)應(yīng)的上限溫度。但要注意的 是，碳素鋼和碳鉆鋼在高于 4259溫度下長(zhǎng)期使用時(shí)，應(yīng)考慮鋼中碳化物的石墨 化傾向。奧氏體剛的使用溫度高于 525c時(shí)，鋼中的含碳量不應(yīng)小于0.04%,對(duì)于 0-20c的低溫容器材料用鋼，還應(yīng)進(jìn)行更比“ V”型缺口沖擊試驗(yàn)。 4 .壓力容器非受壓元件用鋼必須有良好的可焊性。 5.在考慮壓力容器受壓元件有足夠強(qiáng)度的情況下， 必須考慮他的韌性，以防止 外加載荷作用下發(fā)生脆性破壞。 3.6墊片 設(shè)備墊片標(biāo)準(zhǔn)主要有： JB4704 非金屬軟墊片 JB

31、4705 纏繞墊片 JB4706 金屬包墊片 一般情況下，非金屬軟墊片適用于甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭、長(zhǎng)頸對(duì)焊 法蘭。法蘭密封面形式為光滑密封面或凹凸密封面。纏繞墊片適用于乙型平焊法 蘭、長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭。 非金屬軟墊片厚度一般根據(jù)容器直徑選取：容器直徑 DN0450mm時(shí)，厚度 6 =2mm；容器直徑DN〉4500mm時(shí)，厚度6 =3mm。金屬平墊片厚度一般為 3?6mm。 墊片的選擇要綜合考慮操作介質(zhì)的性質(zhì)、操作壓力、操作溫度以及需要密封 的程度；對(duì)墊片本身要考慮墊片性能，壓緊用的次數(shù)。對(duì)高溫高壓的情況一般多 采用金屬墊片；中溫中壓可采用金屬和非金屬組合式或非金屬墊片；中低壓情況

32、 多采用非金屬墊片；高真空或深冷溫度下以采用金屬墊片為宜。 第4章強(qiáng)度計(jì)算 4.1 筒體壁厚計(jì)算 計(jì)算厚度 Pt = PcD （4-1） 2kT ； 設(shè)計(jì)厚度 6d =5+C2 （4-2） 由工藝設(shè)計(jì)給定的設(shè)計(jì)溫度1429，設(shè)計(jì)壓力6 = p =1.0 MPa ,選擇Q245卷 制.材料在設(shè)計(jì)溫度下時(shí)的許用應(yīng)力 b 1 =141Mpa （假設(shè)厚度為6 ~ 16mm時(shí)），取 焊縫系數(shù)4=0.85，腐蝕裕度C2=2mm.則由式（4-1）和式（4-2）得： PcD 1. 0 400 計(jì)算厚度 、= -c = = 1. 6mm 2 b _ P 2 1 4 1 0.-8 5

33、1. 0 設(shè)計(jì)厚度 二d =、,. ? C2 =1. 6 2 3.6mm 對(duì)于Q245R,鋼板負(fù)偏差C1 =0,根據(jù)鋼板厚度標(biāo)準(zhǔn)取名義厚度 6n=12mm , 6e =10mm。 4.2 流體進(jìn)、出口接管直徑 管徑 (4-3) 水蒸氣進(jìn)出口接管d/根據(jù)殼程介質(zhì)取5=35m/s,那么由式（4-3）得, d1 = 4 1.0/1.443 = 0.158m 3.14 35 經(jīng)圓整采用啊59mmM4mm熱軋無縫鋼管（YB231-64）,實(shí)際變化進(jìn)出口管內(nèi)流 4 1.0 Ui 2 = 38.7m/s 1.443 3.14 0.1512 循環(huán)水進(jìn)、出口接管d2：根據(jù)管程介質(zhì)取

34、U2=1.5m/s,那么 4 (45000/3600)/990.0 = 0.104m 3.14 1.5  經(jīng)圓整采用508mm m4mm熱軋無縫鋼管，實(shí)際冷卻水進(jìn)、出口管內(nèi)流速為 4 45000 / 人, u2 = 11.6m/ s 3600 990.0 3.14 0.12 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，殼體進(jìn)出口接管選用6159mm x 4mm熱軋無縫鋼管 （YB231-64）,官箱進(jìn)出口接管選用 508mm父4mm熱軋無縫鋼管。 4.3 其他結(jié)構(gòu)尺寸 具體結(jié)構(gòu)尺寸從有關(guān)手冊(cè)所列標(biāo)準(zhǔn)中查取 表4-1結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù) 封頭名義厚度6h hn 12 mm 封頭厚度附加量Ch 2

35、 mm 兩封頭切線間距離 L 6050 mm 鞍座墊板名義厚度6m 0 mm 鞍座墊板有效厚度6re 0 mm 鞍座軸向?qū)挾萣 40 mm 鞍座高度H 200 mm 鞍座包角6 120 o 鞍座地腳螺栓個(gè)數(shù) 2 鞍座地腳螺栓公稱直徑 20 mm 鞍座軸線兩側(cè)的螺紋間距l(xiāng) 330 mm 鞍座底板中心至封頭距離 A 150 mm 封頭曲面高度h1 150 mm 腹板與筋板（小端）組合截面積 Aa 9500 2 mm 圓筒平均半徑Ra 245 mm 物料充裝系數(shù)% 0.85 4.4 支座反力 圓筒質(zhì)量（兩

36、曲線間） m1 二二(Di cn)L、n s =3.14 (0.4 0.012) 6.05 0.012 7840 = 736.34kg 封頭質(zhì)量（曲面部分） 容器容積（兩切線間） 封頭容積（曲面部分） m2=19. 5 2 33kg :二：2 3.14 2 8 3 V= DiL= >40(2 6 05 0 7 . 6 1 0 mm 4 4 Vh =11.5 106mm3 附件質(zhì)量 m3 = m1 m2 m3 m4 進(jìn)出口接管質(zhì)量 東北石油大學(xué)石化裝備設(shè)計(jì)綜合實(shí)訓(xùn)（卓） m1 = 2 2 - 0.1592 -0.1512 0.25 7840 2

37、31 + — X 4 一，一 2 一，2 _ 0.108 -0.1 0.25 7840 2 =12.75kg 換熱管質(zhì)量 m2 2 2 4 0.025 -0.02 2 7840 113 -312.95kg 拉桿質(zhì)量 m3 二 2 c ^ ，， =7 0.012 2 7840 4 = 7.1kg 法蘭質(zhì)量 所以附件質(zhì)量 ml4 =23.7kg = 12.75 312.95 7.1 23.7 = 356.5kg 容器總質(zhì)量 m =叫 m2 m3 = 1125.84kg 容器內(nèi)充液質(zhì)量 2 L P水 n +VhP水 + —D i2l P

38、水 4 3.14 2 0.02 6 990 113 4 3.14 2 +0.015 990+ 0.4 0.408 990 支座反力 4 m+m FFg =276.34kg 1125.84 276.34 9.8 : 6871N 23 4.5筒體彎矩 4.5.1 圓筒中間處截面上的彎矩 M1 FL 4 1 一一2 2 2 1 1+2(Ra—H )/L 4A (4-4) 由式(4-4)得 M1 「. . 2 2.2 FL 1+2(Ra -H )/L 14Hi 3L 4A L 6871 M6.0」1 + 23

39、0.2062 -0.1252 )/6.05 1 A125 3 6.05 2 ] _ 4-0.1 6.05 二9441N m  4.5.2支座處橫截面間彎距 M 2 二 一 FA A R2-H：1 1- L 2AL 4Hi 1 i 3L (4-5) 由式（4-5）得 M 2 = -FA 1 A.Ra2-Hi21 L 2AL 1犯 3L d 0.1 0.2062 -0.1252 1 - 十 =-6871 0.1 =-15.38N m 1 6.05 2x0.1x6.05 彳 4M0.125 1 + 3 6.05 4.6 系數(shù)計(jì)算

40、 表4-2系數(shù)計(jì)算表 K1 1 K2 1 K3 0.879904 3 3 K4 =0.401056 K5 = 0.760258 K6 = 0.0132129 。=0.2035214 4.7 筒體軸向應(yīng)力 4.7.1 軸向應(yīng)力 M1 二 Ra" PcRa . M1 2 e 二 Ra5 JRa_ M2 M2 K2二 Ra2 e (4-6) (4-7) (4-8) (4-9) ― 2 e K1 二 Ra。 由式（4-6）、（4-7）、（4-8）、（4-9）可得, Mi 二 Rak 9441 2 6 )-7.09MPa 3.14 0.2062

41、 0.01 106 PcRa Mi 一 -Z_2 2 c.e 二 R、e e a e 1.0 0.206 9441 - 2 6 2 0.01 3.14 0.2062 0.01 106 = 17.38MPa PcRa M 2 一 _ 2 2 e K1 二 Ra e 1.0 0.206 2 0.01 15.38 2 6 =10.31MPa 1 3.14 0.206 0.01 10 M2 2 □ Ra e 15.38 2 二-0.012MPa 1 3.14 0.206 0.01 4.7.2應(yīng)力校核 1、許用壓縮應(yīng)力 0.094、e 0.094 1

42、0 A = e = = 0.0047 R 200 根據(jù)圓筒材料查GB150圖6-3和圖6-10得到B=585MPa L lac = min (b ]t, B )=141MPa b】ac =min(0.8ReL,B)=172MPa c-二 < I。I =141MPa 2 ， 3 合格 < k" =141MPa ac 合格 T1 , 二 T4 <〔二 L =172Mpa 合格 2、封頭、 圓筒應(yīng)力校核 因?yàn)? A< Ra =0.1 03 2 圓筒中 .產(chǎn) Ra e 0. 8 79904 0. 20 6 6 8 761 2. 9 3M Pa 0.

43、 01 封頭中 封頭 圓筒 封頭 圓筒 封頭 K4F Ra,； he 0. 40 1 056 0. 2 06 0. 0 1 6871 j 0 , =1.法 4 M P a 1 1. 0 0. 4 2 0. —=20 M Pa 0 1 U - 0.8; t = 0 . 8 I. .1-1 .25-1 . < 1 1 -113MPa h< - h l-156.25MPa 14 1 1.25 1 1 3M Pa 1 4 1 =20 1 56.25 M Pa 合格 合格

44、 4.8鞍座處圓筒周向應(yīng)力 圓周的有效寬度 b2 =b 1.56. Rarn =150 1.56.206 10 = 221mm 在橫截面最低處 kK5F , eb2 1 0760258 6871 10~6 0.01 0.221 --2.37MPa 在鞍座邊角處 F 12K6FRa 4 eb2 L e2 6871 10 s 12 0.0132129 6871 10 上 0.206 =- 2 - 2 4 0.01 0.221 6.

45、05 0.01 =-78MPa 應(yīng)力校核

46、 第5章設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 表5-1設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 圓筒材料 Q245 圓筒內(nèi)徑Di 400 mm 換熱管規(guī)格 ①25miW 2.5mm 換熱管長(zhǎng)度 6 m 換熱管根數(shù) 113 根 折流擋板個(gè)數(shù) 19 個(gè) 拉桿規(guī)格 ① 12mm 封頭材料 Q245 封頭名義厚度dhn 12 mm 封頭厚度附加量Ch -h 2 mm 兩封頭切線間距離L 6050 mm 鞍座墊板名義厚度6m 0

47、 mm 鞍座墊板有效厚度5 re 0 mm 鞍座軸向?qū)挾萣 40 mm 鞍座高度H 200 mm 鞍座包角日 120 o 鞍座地腳螺栓個(gè)數(shù) 2 個(gè) 鞍座地腳螺栓公稱直徑 20 mm 鞍座軸線兩側(cè)的螺紋間距l(xiāng) 330 mm 鞍座底板中心至封頭距離 A 150 mm 封頭曲面高度hi 150 mm 腹板與筋板（小端）組合截面積 Asa 9500 mm 管程接管尺寸 ① 108mm: 4mm 殼程接管尺寸 ① 159mm: 4mm [1]鄭津洋，董其伍，桑芝富.過程設(shè)備設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010. [2]姚玉英.化工原理[M ].天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，2005. [3] T.Kuppan.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2002. [4] GB150-2011,壓力容器[S]. [5] JB 4731-2005,鋼制臥式容器 [S]. [6] JB4712-2007,容器支座[S]. 口 JB 4715-1992,固定管板式換熱器型式與基本參數(shù)[S].