設(shè)備設(shè)計課程設(shè)計

1、北方民族大學(xué)課程設(shè)計報告院（部、中心）化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院姓名付明釗 學(xué) 號 20082916專 業(yè) 過程裝備與控制工程 班 級 081同組人員課程名稱過程設(shè)備設(shè)計課程設(shè)計設(shè)計題目名稱煤制甲醇精餾工段精甲醇冷卻器的設(shè)計起止時間成績指導(dǎo)教師簽名北方民族大學(xué)教務(wù)處制課程設(shè)計設(shè)備設(shè)計前言Foreward課程設(shè)計是對于我們來說是在學(xué)校期間的實踐鍛煉，是學(xué)習(xí)的其他課程的應(yīng)用， 是對所學(xué)習(xí)內(nèi)容的一次綜合考察，涉及內(nèi)容多，設(shè)計方式也多。對于我們來說，課程 設(shè)計也是一個獲得和積累經(jīng)驗的一個途徑和方式，應(yīng)該好好珍惜這些機會。我設(shè)計的課題的 煤制甲醇精餾工段甲醇冷卻器設(shè)計 ，就是要求設(shè)計一個換熱器， 考慮到所給的設(shè)

2、計條件，確定設(shè)計一個固定管板式換熱器，固定管板式換熱器由管箱、 殼體、管板、換熱管、折流板等零部件組成，其機構(gòu)簡單緊湊，排管比較多，在相同 的換熱器中，換熱器公稱直徑相同的情況下傳熱面積比較大，制造簡單，制造設(shè)備費 用相對較低，生產(chǎn)技術(shù)相當(dāng)成熟，廣泛應(yīng)用于化工，石油等工業(yè)生產(chǎn)中。本設(shè)計總共包括兩個部分。第一部分是過程設(shè)備課程設(shè)計任務(wù)書，主要包括課程 設(shè)計的要求和一些條件參數(shù)；第二部分是過程設(shè)備設(shè)計設(shè)計部分，主要包括設(shè)計的所 有內(nèi)容，計算說明都在這部分，內(nèi)容較多，又分為21 個小模塊，每個模塊是某個方面的設(shè)計及其計算，部分還附圖，更好的說明了情況。該課程設(shè)計全部的按照相關(guān)國家 標準設(shè)計的，理論性

3、較強。根據(jù)課程設(shè)計的要求對固定管板式容器進行設(shè)計， 能使我們得到以下得到鍛煉 （ 1）. 整合資料的能力；（ 2）.在較緊的時間下如何很好的安排時間能力； （3）.作圖能力；（4）. 設(shè)計思想和設(shè)計意識。做好課程設(shè)計一方面是在鍛煉自己，另一方面是為畢業(yè)設(shè)計打 下良好的基礎(chǔ)。1課程設(shè)計設(shè)備設(shè)計目錄Contents第一部分過程設(shè)備設(shè)計任務(wù)書 3第二部分過程設(shè)備設(shè)計設(shè)計部分 41. 固定管板換熱器的特點42. 換熱器管程內(nèi)介質(zhì)的性質(zhì) 43. 換熱管的計算及選取44. 換熱管排列形式及中心距55. 換熱管跟數(shù)的計算66. 換熱器筒節(jié)厚度的計算67. 殼程水壓試驗校核計算78. 封頭厚度設(shè)計計算79.

4、封頭校核計算810. 管板設(shè)計811. 折流板設(shè)計計算912. 拉桿、定距管的設(shè)計913. 開孔補強設(shè)計 1014. 鞍座選取 1015. 容器法蘭的選取 1116. 墊片的選取 1117. 關(guān)于管口表參數(shù)及法蘭的定 1118. 接管安裝位置的確定 1219. 封頭管箱長度計算 1220. 設(shè)計體會 1321. 參考資料 13課程設(shè)計設(shè)備設(shè)計第一部分過程設(shè)備設(shè)計任務(wù)書一. 設(shè)計目錄：煤制甲醇精餾工段精甲醇冷卻器的設(shè)計二. 設(shè)計內(nèi)容1. 冷卻器列管數(shù)量確定及排列方式2. 臥式冷卻器的外形尺寸設(shè)計及材質(zhì)選擇3. 臥式冷卻器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計4. 臥式冷卻器的強度計算及校核5. 焊接結(jié)構(gòu)選擇及設(shè)計6.

5、零部件選型、支座校核、開孔補強校核等7. 裝配圖和主要零部件圖（冷卻器裝配圖一張A0、零部件圖一張 A1）三 設(shè)計說明要求1. 字數(shù)不少于 3500 字。2. 主要內(nèi)容包括： 前言、 固定管板換熱器的特點、 設(shè)計參數(shù)的確定； 結(jié)構(gòu)分析； 材料選?。粡姸扔嬎慵靶：?；焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計；標準零件的選型；設(shè)計體會；參考書目 等。3. 設(shè)計說明書封面要求有設(shè)計題目、班級、姓名、指導(dǎo)老師姓名、設(shè)計時間等內(nèi) 容。四技術(shù)特性及尺寸殼程管程換熱面積 m2推薦材質(zhì)物料名 稱操作名 稱 MPa工作溫度物料 名稱操 作壓 力 MPa操作溫度管層殼層冷卻水0.330-38甲醇0.4545-901002016MnR五管口表符

6、號公稱尺寸公稱壓力連接標準密封面型 式用途A80自定查標準確定自行設(shè)計甲醇入口B65自定查標準確定自行設(shè)計冷卻水出口C80自定查標準確定自行設(shè)計甲醇出口D65自定查標準確定自行設(shè)計冷卻水進口E25自定查標準確定自行設(shè)計排氣口F50自定查標準確定自行設(shè)計排液口課程設(shè)計設(shè)備設(shè)計第二部分過程設(shè)備設(shè)計設(shè)計部分1 固定管板換熱器的特點 固定管板式換熱器是一種實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，是在 石 油、化工 、石油化工 、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)普遍應(yīng)用的一種工藝 設(shè)備。近年來隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，利用換熱器進行高 溫和低溫?zé)崮芑厥諑砹孙@著的經(jīng)濟效益。在工業(yè)生產(chǎn)中，為了滿足工藝流程

7、 的需要，往往進行著各種不同的換熱過程：加熱、冷卻等。固定管板式換熱器的特點 :(1)、旁路滲流較小 (2)、鍛件使用較少， 造價低； (3)、 無內(nèi)漏； (4)、傳熱面積比浮頭式換熱器大 20% 30%。固定管板式換熱器的缺點： (1)、殼體和管壁的溫差較大，殼體和管子壁溫差t50 ,當(dāng) t50時必須在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)； ( 2)、易產(chǎn)生溫差力， 管板與管頭之間易產(chǎn)生溫差應(yīng)力而損壞； (3)、清洗困難；(4)、管子腐蝕后連同殼體報廢，設(shè)備壽命較低；2. 換熱器管程內(nèi)介質(zhì)的性質(zhì)甲醇，化學(xué)式 CH3OH，相對分子質(zhì)量 32.04 ，是無色有酒精氣味易揮 發(fā)的液體，有毒，誤飲5 10 毫升能雙目失

8、明，大量飲用會導(dǎo)致死亡。燃燒時無煙有藍色火焰，能與水、乙醇、酮類和其他有機溶劑混溶，能溶解 多種 無機鹽類 。相對密度 0.7915 ，熔點 -97.8 ， 沸點 64.7 ， 折光 率 (n20D)1.3292 ，閃點 12 ，易燃，蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物，爆炸 極限 6.0% 36.5%( 體積 ) 。3. 換熱管的計算及選取換熱管操作壓力 0.45Mpa；操作溫度 45-90 ，取 90為設(shè)計條件，既有 t=90+20=110( )選用 20 號鋼的無縫鋼管，查 GB150得 t =140Mpa 。并查的鋼管的負偏差 C1=0.15 ，腐蝕裕度 C2=1，因為說選的是無縫鋼管，因此

9、 =1 。換熱管的厚度計算 有兩種情況，即把它當(dāng)做承受完全外壓和完全內(nèi)壓來計算，即只有殼程設(shè)計的壓力 ps，管程設(shè)計的壓力 pt=0只有管程設(shè)計的壓力 pt ，殼程設(shè)計的壓力 ps=0課程設(shè)計設(shè)備設(shè)計19 30.32.2 2.060.1656mm105C1 C20.1656 0.151 1.3156mm因此有2mm管道受內(nèi)壓時：pcDi2tpc0.45192 140 1 0.450.0305 mmC1 C20.0305 0.15 1 1.1805mm因此有n 2mmd0= 19mm 2mm綜合上述， 按照換熱管的標準選取 d0=19mm 2mm是滿足設(shè)計要求的， 本換 熱器管內(nèi)是走甲醇，是相對

10、比較清潔的物質(zhì)，腐蝕性弱，操作壓力相對較小，選 擇相對較細的換熱管更有利于傳熱。按照換熱管的標準，長度選為 3m的無縫鋼管。 .s=25mm4. 換熱管排列形式及中心距 正三角形排列形式可以在同樣的管板面積上排列最多的管束，故而選取正三 角形排列形式。根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計 244 頁表 6-2 常用的換熱管中心距，查得 d0=19mm 2mm時，換熱管的中心距為 l=25mm。如圖：換熱管的正三角形排列形式5. 換熱管跟數(shù)的計算課程設(shè)計設(shè)備設(shè)計考慮到能很好的保證換熱器的可靠性能，把換熱器的換熱面積稍微放大點，即有個恰當(dāng)?shù)脑６龋≡６?H=10%。實際面積 Ac=A(H+1)=100 1.1=110

11、 m2AC n rlAcrl1103.14 19 10 3 3614.6換熱管外徑 d/mm管間距 s/mm換熱管的根數(shù) n管子外表面與殼體內(nèi)徑間的最小距離 b3/mm公稱直徑DN/mm192561510700取整得，管子的根數(shù)為： n 615查常用壓力容器手冊 181 頁表 2-5-5單程管板最大布管總數(shù)6.換熱器筒節(jié)厚度的計算有上面已經(jīng)得到筒體的內(nèi)徑為 DN=700m，m 即 Di=700mm。由課程設(shè)計條件有：殼程操作壓力 pc=0.3Mpa, 殼程操作溫度 t=30-38 。筒體材料選推薦的 Q345R,查過程設(shè)備設(shè)計附錄表 D-1 壓力容器材料， ReL 345Mpa ， t =18

12、9Mpa ，焊接接頭取 =0.85 ，因為筒體直徑比較小，不適合雙面焊。計算厚度pcDit2pc0.3 7002 189 0.85 0.30.65mmn 615DN=700mmReL 345Mpa t=189Mpa腐蝕余量取 C2=1mm，材料負偏差 C1=0.3mm。設(shè)計厚度C2 0.65 1 1.65mm名義厚度n d C11.65 0.3 2mm當(dāng)殼體元件不包括腐蝕余量的最小厚度低碳鋼Q345R 來說，最小厚度應(yīng)n 6mm.不低于 3mm，在加上 1mm的腐蝕余量， 還有鋼板負偏差， 名義厚度至少應(yīng)該取 5mm， 但是由于鋼材是標準規(guī)格的，所以名義厚度取為6mm，即 n 6mm 。有效厚

13、度計算e n C1 C2 6 0.3 1 4.7mm課程設(shè)計設(shè)備設(shè)計7. 殼程水壓試驗校核計算水壓試驗壓力1.25PTpct1.25 0.31891890.375Mpa水壓試驗校核pT (Die)0.375 （700 4.7） 28.113Mpa2 4.7如果滿足關(guān)系式 T 0.9 ReL 即滿足設(shè)計的要求。T 28.113Mpa 0.9 0.85 345 263.925Mpa綜合上述，換熱器殼體厚度為 6mm是合理的，能滿足設(shè)計要求。8. 封頭厚度設(shè)計計算 封頭材料和筒體一樣，為 Q345R。選取標準橢圓形封頭，即是 a/b=2 的橢圓形 封頭。計算厚度pcDi2 t0.5pc0.3 700

14、2 189 0.85 0.5 0.30.65mm腐蝕余量取 C2=1mm，材料負偏差 C1=0.3mm。設(shè)計厚度 dC2 0.65 1 1.65mm名義厚度n d C11.65 0.3 2mm不包括腐蝕余量的最小厚度低碳鋼Q345R來說， 最小厚度應(yīng)不低于 3mm，在加上 1mm的腐蝕余量，還有鋼板負偏差，名義厚度至少應(yīng)該取5mm，但是由于鋼材是標準規(guī)格的，所以名義厚度取為6mm，即 n 6mm 。有效厚度計算4.7n 6mm課程設(shè)計設(shè)備設(shè)計n C1 C2 6 0.3 1 4.7mm9. 封頭校核計算 標準橢圓形封頭 K=1 。 橢圓形封頭允許的最大工作壓力為KDi0.5e 4.72 189

15、0.85 4.72.15 Mpa1 700 0.5 4.7pc 0.3Mpa p 2.15Mpa因此，所設(shè)計的封頭厚度是合理的，即 n 6mm。16MnRt179Mpa10. 管板設(shè)計 管板的材料選用 16MnR ，查過程設(shè)備設(shè)計附錄 表 D-1 得知， t 179Mpa 。使用 TEMA 設(shè)計法設(shè)計管板，管板的設(shè)計應(yīng)滿足：1) .必需的彎曲強度說明下式中的 K 為結(jié)構(gòu)系數(shù)，查化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計第二版第 133頁，表 4-29 得，固定管板 K=1。Dtb K p/ t27001 0.3/178 14.37mm22) .必需的剪切強度0.309D0P bt0 t (1 d/s)其中，

16、D0 為最外圈管子當(dāng)量中心圓直徑。D0D 2d32700 2 102340mm0.t309D0P 0.309 0.3 340 0.738mmt (1 d/ s) 178 (1 19/ 25)3) .對于 d 25mm的換熱管，管板的最小厚度為： b 3d/ 4 3 19/4 14.25mm腐蝕裕度雙面各取 1mm，即取 C2=2mm 按照管板厚度標準取 b=14.25+2+ =18mm。b=36mm但是根據(jù) JB/T4701-2000 ，標準法蘭的選取要求， b 在滿足設(shè)計強度的條件下 應(yīng)該和標準法蘭的厚度相等，即 b=36mm=。11. 折流板設(shè)計計算課程設(shè)計設(shè)備設(shè)計折流板的材料選 16Mn

17、，178Mpa 。取折流板缺口 h1為弦高的 0.2 倍，即h1 0.2 700 140mm折流板高度 h2 為h2 Di h1 700 140 560mm折流板的造型折流板間距 B 取 300mm折流板厚度選取， 查化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計 第二版第 99頁，表 4-2、 表 4-3 、表 4-5 得折流板厚度 B 1=5mm折流板孔徑 d 孔 =d+0.6=19+0.6=19.6mm折流板外徑 D 折=Di-7-693mm 折流板的數(shù)目N l 3000 / 300 10B塊12. 拉桿、定距管的設(shè)計材料選取 16Mn，查化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計第二版第101 頁，表4-7 、表 4-8

18、 得拉桿直徑為 d 拉 =12mm拉桿數(shù)目為 6 跟，均勻幾何布置，一端用螺紋連接在管板上，另外一端用雙 螺母連接在折流板上，確保良好的機械連接效果。定距管材料選用 16Mn制的無縫鋼管 ,DN=20mmx2m。m13.開孔補強設(shè)計為了安裝接管等，需要在筒體上開安裝接管法蘭等的孔，根據(jù)設(shè)計要求，開 的最大孔直徑均小于 89mm。GB150 規(guī)定，當(dāng)在設(shè)計壓力小于或等于 2.5Mpa 的殼體上開孔，兩相鄰的開孔 中心距（對于曲面間距以弧長計算）大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱直徑 小于或等于 89mm時，只要求接管的最小厚度滿足下表即可。接管公稱外徑253238454857657689最小厚度

19、3.54.06不另行補強的接管最小厚度h140mmh2560mmN 10 塊d 拉 =12mm課程設(shè)計設(shè)備設(shè)計本設(shè)計的開孔需求滿足 GB150規(guī)定的要求，因此不用設(shè)計補強措施，也可以 滿足設(shè)計的要求。JB/T4712.114. 鞍座選取 本臥換熱器選取支座形式為鞍座，根據(jù) JB/T4712.1 ，選取標準鞍座。本換熱 器相對較小，載荷也較小，選取B型鞍座 (因 A型公稱直徑 DN在 1000 以上)，其中一個為 F 型，一個為 S型，F(xiàn) 型和 S型配對使用。罐體包角大小取 120，公稱 直徑 DN=700，鞍座材料為 Q345R，墊板材料為 Q345R。JB/T4712標記： JB/T4712

20、.1 ，鞍座 B700F；材料 Q345R JB/T4712.1 ，鞍座 B700S；材料 Q345R根據(jù) JB/T4712 標準，選擇帶墊板的鞍座，其結(jié)構(gòu)圖如下：JB/T4701-2000鞍座的結(jié)構(gòu)圖鞍座的尺寸表( JB/T4712-92 )公稱 直徑DN允許 載荷 Q/kg鞍座 高度 h底板腹板肋板墊板螺栓 間距 l2鞍座質(zhì)量 /kgl1b112l3b33弧長b44e70017020064015010835012088302006364602815.容器法蘭的選取法蘭的種類繁多，本設(shè)計操作溫度相對較低，操作壓強也不太高，根據(jù)設(shè)計10的需要， 本設(shè)計選取平焊法蘭， 根據(jù) JB/T4701-2

21、000 ，平焊法蘭的結(jié)構(gòu)圖如下所示：平焊法蘭結(jié)構(gòu)圖平焊法蘭的尺寸表( JB/T4701-2000 )公稱直徑DN/mm法蘭/mm螺柱DD1D2D3D4d規(guī)格數(shù)量PN=0.6Mpa7008307907557457423626M202416. 墊片的選取課程設(shè)計設(shè)備設(shè)計JB/T4701-2000選用非金屬墊片， 根據(jù) JB/T4704-2000 規(guī)定，平焊法蘭的墊片用 JB/T4701-2000 標準。其結(jié)構(gòu)參數(shù)如下圖所示：平焊法蘭的墊片的結(jié)構(gòu)平焊法蘭的墊片參數(shù)( JB/T4704-2000 )公稱壓力 PN/pa0.6公稱直徑 DN/mmDd70074470417. 關(guān)于管口表參數(shù)及法蘭的確定管

22、口表符號公稱尺寸公稱壓力連接標準密封面型式用途A800.45PL( 平焊法蘭 )RF(突面)甲醇入口B650.45PLRF冷卻水出口C800.45PLRF甲醇出口D650.45PLRF冷卻水進口E250.45PLRF排氣口F500.45PLRF排液口1118. 接管安裝位置的確定課程設(shè)計設(shè)備設(shè)計C 3 倍的殼體厚度且不小于C 3 6管箱接管安裝位置50-100mm，即80mml h h115(mm) 100mm上面的計算式只是大體估算一下高度，按照表準常見法蘭的高度為150mm、200mm、 300mm等，本設(shè)計取 l=150mm。L1 d0/2 hf C 80/ 2 36 80 154mmL1 最小值是 154mm，為了更為方便安裝與檢修， L 1取 200mm。L1 200mm管程接管安裝位置C 和 l 的尺寸同管箱接管安裝位置的， C=80mm,l=150mm。L1 d0 /2 (b 4