生產(chǎn)能力為4200Nm3h甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)冷凝器設(shè)計(jì)

1、機(jī)械與動力工程學(xué)院過程裝備與控制工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：生產(chǎn)能力為4200m³/h 甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 人： 邱宏偉 指導(dǎo)教師： 班 級： 過程裝備與控制工程07班 組 號： 7（21） 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2016年12月20日2017年1月14日 前 言氫氣是一種重要的工業(yè)用品，它廣泛用于石油、化工、建材、冶金、電子、醫(yī)藥、電力、輕工、氣象、交通等工業(yè)部門和服務(wù)部門，由于使用要求的不同，這些部門對氫氣的純度、對所含雜質(zhì)的種類和含量也有著不同的要求。近年來隨著中國改革開放的進(jìn)程，隨著大量高精產(chǎn)品的投產(chǎn)，對高純氫氣的需求量正在逐漸擴(kuò)大。 烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫氣是目前世界上應(yīng)用最普遍

2、的制氫方法，是由巴登苯胺公司發(fā)明并加以利用，英國ICI公司首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。這種制氫方法工作壓力為2.0-4.0MPa,原料適用范圍為天然氣至干點(diǎn)小于215.6的石腦油。近年來，由于轉(zhuǎn)化制氫爐型的不斷改進(jìn)。轉(zhuǎn)化氣提純工藝的不斷更新，烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫工藝成為目前生產(chǎn)氫氣最經(jīng)濟(jì)可靠的途徑。 甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)表現(xiàn)出很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，受到許多國家的重視。它具有以下的特點(diǎn)： 1、與大規(guī)模天然氣、輕油蒸氣轉(zhuǎn)化制氫或水煤氣制氫比較，投資省，能耗低。 2、與電解水制氫相比，單位氫氣成本較低。 3、所用原料甲醇易得，運(yùn)輸儲存方便。而且由于所用的原料甲醇純度高，不需要在凈化處理，反應(yīng)條件溫和，流程簡單，故易

3、于操作。 4、可以做成組裝式或可移動式的裝置，操作方便，搬運(yùn)靈活。 摘 要本次課程設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為4200m3/h甲醇制氫生產(chǎn)裝置。 在設(shè)計(jì)中要經(jīng)過工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，典型設(shè)備的工藝計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，管道設(shè)計(jì)，單參數(shù)單回路的自動控制設(shè)計(jì)，機(jī)器選型和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)等各個(gè)環(huán)節(jié)的基本訓(xùn)練。 在設(shè)計(jì)過程中綜合應(yīng)用所學(xué)的多種專業(yè)知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識，同時(shí)獲得一次工程設(shè)計(jì)時(shí)間的實(shí)際訓(xùn)練。課程設(shè)計(jì)的知識領(lǐng)域包括化工原理、過程裝備設(shè)計(jì)、過程機(jī)械、過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用、過程裝備成套技術(shù)等課程。本課程設(shè)計(jì)是以甲醇制氫裝置為模擬設(shè)計(jì)對象，進(jìn)行過程裝備成套技術(shù)的全面訓(xùn)練。 設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容和步驟： 1、工藝計(jì)算。 2、生產(chǎn)

4、裝置工藝設(shè)計(jì)。 3、設(shè)備設(shè)計(jì)。分組進(jìn)行。 4、機(jī)器選型。 5、設(shè)備布置設(shè)計(jì)。 6、管道布置設(shè)計(jì)。 7、繪制管道空視圖。 8、設(shè)計(jì)一個(gè)單參數(shù)、單回路的自動控制方案。 9、對該裝置進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)。 10、 整理設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 設(shè)計(jì)任務(wù)書一、題目：生產(chǎn)能力為4200 Nm3/h甲醇制氫生產(chǎn)裝置。 二、設(shè)計(jì)參數(shù)：生產(chǎn)能為4200Nm3/h 。三、計(jì)算內(nèi)容： 1、工藝計(jì)算：物料衡算和能量衡算。 2、機(jī)器選型計(jì)算。 3、設(shè)備布置設(shè)計(jì)計(jì)算。 4、管道布置設(shè)計(jì)計(jì)算。 四、圖紙清單： 1、物料流程圖 2、工藝流程圖 3、換熱器總裝圖4、換熱器零件圖 5、管道布置圖 6、管道空視圖 目錄第一章 工藝設(shè)計(jì)11.

5、1.甲醇制氫物料衡算.11.1.1依據(jù)11.1.2投料量計(jì)算11.1.3原料儲液槽 (V0101)11.1.4換熱器(E0101),汽化塔(T0101)、過熱器(E0102)11.1.5轉(zhuǎn)化器(R0101)11.1.6吸收和解析塔11.2熱量恒算21.2.1氣化塔頂溫度確定21.2.2轉(zhuǎn)化器(R0101)21.2.3過熱器(E0102)31.2.4汽化塔(T0101)31.2.5換熱器(E0101)31.2.6冷凝器(E0103)42.1.冷凝器的計(jì)算與選型52.1.1.設(shè)計(jì)任務(wù)52.1.2.總體設(shè)計(jì)52.1.3.熱工計(jì)算52.1.4詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)112.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)112.2.1筒體

6、122.2.2封頭122.2.3管程接管補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算（按照GB150-1998 等 面 積 補(bǔ) 強(qiáng) 法）132.2.4殼程接管補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算（按照GB150-1998 等 面 積 補(bǔ) 強(qiáng) 法）132.2.5換熱管（GB151-1999）142.2.6折流板（GB151-1999）142.2.7拉桿（GB151-1999）152.3SW6軟件校核152.3.1 固定管板換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算152.3.2前端管箱筒體計(jì)算152.3.3 前端管箱封頭計(jì)算152.3.4后端管箱筒體計(jì)算152.3.5 后端管箱封頭計(jì)算152.3.7開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算152.3.8延長部分兼作法蘭固定式管板15第三章 機(jī)器選型及管道設(shè)計(jì)373

7、.1計(jì)量泵的選型373.1.1純水計(jì)量泵P0101選型373.1.2甲醇計(jì)量泵P0102選型37已知條件：373.1.6吸收液用泵P0106選型383.2管子選型（確定幾種主要管道尺寸的方法如下）383.2.1材料選擇383.2.2管子的規(guī)格尺寸的確定及必要的保溫層設(shè)計(jì)393.3主要管道工藝參數(shù)匯總一覽表523.4 各部件的選擇及管道圖533.4.1管道上閥門的選型533.4.2管道法蘭選型533.4.3管件選型543.4.4管道儀表流程圖543.4.5管道布置圖553.4.6管道空視圖55第四章自動控制方案設(shè)計(jì)554.1選擇一個(gè)單參數(shù)自動控制方案554.2流量控制系統(tǒng)流程圖及其控制系統(tǒng)方框圖

8、554.3如何實(shí)現(xiàn)控制過程的具體說明55第五章 經(jīng)濟(jì)評價(jià)565.1甲醇制氫裝置的投資估算565.1.1單元設(shè)備價(jià)格估算565.1.2總投資估算565.2總成本費(fèi)用估算與分析57參考文獻(xiàn)60第一章 工藝設(shè)計(jì)1.1.甲醇制氫物料衡算. 1.1.1依據(jù) 甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)方程式： CH3OHCO + 2H2 CO + H2O CO2 + H2 CH3OHF分解為CO,轉(zhuǎn)化率99,CO變換轉(zhuǎn)化率99,反應(yīng)溫度 280,反應(yīng)壓力為1. 5 MPa,醇水投料比1:1.5(mol)。 1.1.2投料量計(jì)算 代如轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù) CH3OH 0.99 CO + 1.98 2H2 +0.01 CH3OH CO + 0.

9、99 H2O 0.99 CO2 + 0.99 H2+ 0.01 CO 合并得到 CH3OH + 0.9801 H2O 0.9801 CO2 + 2.9601 H2 + 0.01 CH3OH+ 0.0099 CO 氫氣產(chǎn)量為: 4200m/h=187.5kmol/h甲醇投料量為: 120.536/2.960132=2027.5 kg/h水投料量為: 2027.5/321.518=1710.3kg/h1.1.3原料儲液槽 (V0101) 進(jìn) : 甲醇 2027.5 kg/h , 水1710.3 kg/h出: 甲醇 2027.5 kg/h , 水1710.3kg/h1.1.4換熱器(E0101),汽

10、化塔(T0101)、過熱器(E0102) 沒有物流變化 1.1.5轉(zhuǎn)化器(R0101) 進(jìn) : 甲醇 2027.5kg/h , 水1710.3 kg/h , 總計(jì)2402.489kg/h出 : 生成 CO 2027.5/320.980144 =2732.032kg/h H 2027.5/322.96012 =375.071kg/h CO 2027.5/320.009928 =17.688kg/h 剩余甲醇 2027.5/320.0132 20.271kg/h 剩余水 1710.3-2027.5/320.980118=590.067 kg/h 總計(jì) 3737.64kg/h1.1.6吸收和解析塔

11、60吸收塔的總壓為15MPa,其中CO的分壓為0.38 MPa ,操作溫度為常溫(25). 此時(shí),每m 吸收液可溶解CO11.77 m.此數(shù)據(jù)可以在一般化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊中找到，二氯化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度數(shù)據(jù)見表1一l及表12。解吸塔操作壓力為0.1MPa, CO溶解度為2.32,則此時(shí)吸收塔的吸收能力為: 11.77-2.32=9.450.4MPa壓力下 =pM/RT=0.444/0.0082(273.15+25)=7.20kg/ mCO體積量 V=2732.032/7.20=379.89m/h據(jù)此,所需吸收液量為 379.89/9.45=39.68 m/h考慮吸收塔效率以及操作彈性需要,

12、取吸收量為 39.68m/h=119m/h可知系統(tǒng)壓力降至0.1MPa時(shí),析出CO量為520m/h=2732kg/h.7、PSA系統(tǒng) 略.8、各節(jié)點(diǎn)的物料量綜合上面的工藝物料衡算結(jié)果,給出物料流程圖及各節(jié)點(diǎn)的物料量,1.2熱量恒算 1.2.1氣化塔頂溫度確定 要使甲醇完全汽化，則其氣相分率必然是甲醇40%,水60%(mol),且已知操作壓力為1.5MPa,設(shè)溫度為T,根據(jù)汽液平衡關(guān)系有： 0.4p甲醇 + 0.6 p水=1.5MPa 初設(shè) T=170 p甲醇=2.19MPa; p水 =0.824MPa p總 =1.3704MPa < 1.5MPa 再設(shè) T=175 p甲醇=2.4MPA;

13、 p水 0.93MPa p總 =1.51MPa 蒸氣壓與總壓基本一致，可以認(rèn)為操作壓力為1.5MPa時(shí)，汽化塔塔頂溫度為175 1.2.2轉(zhuǎn)化器(R0101) 兩步反應(yīng)的總反應(yīng)熱為49.66kJ/mol,于是,在轉(zhuǎn)化器內(nèi)需要供給熱量為: Q=2027.50.99/321000(-49.66) =-3.0910kJ/h此熱量由導(dǎo)熱油系統(tǒng)帶來,反應(yīng)溫度為280,可以選用導(dǎo)熱油溫度為320,導(dǎo)熱油溫度降設(shè)定為5,從手冊中查到導(dǎo)熱油的物性參數(shù),如比定壓熱容與溫度的關(guān)系,可得:c=4.18680.68=2.85kJ/(kg·K), c=2.81kJ/(kg·K)取平均值 c=2.83

14、 kJ/(kg·K)則導(dǎo)熱油用量 w=Q/(ct)=2.00210/(2.835)=2.1810kg/h1.2.3過熱器(E0102) 甲醇和水的飽和蒸氣在過熱器中175過熱到280,此熱量由導(dǎo)熱油供給.氣體升溫所需熱量為:Q= cmt=(1.902027.5+4.821710.3) (280-175)=12.710kJ/h導(dǎo)熱油c=2.826 kJ/(kg·K), 于是其溫降為: t=Q/(cm)= 8.1610/(2.826141484)=2.04導(dǎo)熱油出口溫度為: 315-2.1=312.91.2.4汽化塔(T0101) 認(rèn)為汽化塔僅有潛熱變化。175 甲醇H = 7

15、27.2kJ/kg 水 H = 203IkJ/kg Q=2027.5727.2+20311710.3=4.9510 kJ/h以300導(dǎo)熱油c計(jì)算 c=2.76 kJ/(kg·K)t=Q/(cm)= 3.1810/(2.76141484)=8.14則導(dǎo)熱油出口溫度 t=312.9-8.14=304.8導(dǎo)熱油系統(tǒng)溫差為T=320-304.8=15.2 基本合適.1.2.5換熱器(E0101) 殼程：甲醇和水液體混合物由常溫（25 ）升至175 ，其比熱容數(shù)據(jù)也可以從手冊中得到，表1 一5 列出了甲醇和水液體的部分比定壓熱容數(shù)據(jù)。液體混合物升溫所需熱量Q= cmt=(2027.53.14+

16、1710.34.30) (175-25)=20.610kJ/h管程：沒有相變化，同時(shí)一般氣體在一定的溫度范圍內(nèi)，熱容變化不大，以恒定值計(jì)算，這里取各種氣體的比定壓熱容為： c10.47 kJ/(kg·K) c14.65 kJ/(kg·K) c 4.19 kJ/(kg·K)則管程中反應(yīng)后氣體混合物的溫度變化為：t=Q/(cm)=13.2310/(10.471756.032+14.65241.071+4.19381.067)=56.26換熱器出口溫度為 280-56.26=223.741.2.6冷凝器(E0103) CO, CO, H的冷卻Q=cmt=(10.4717

17、56.032+14.65241.071+1.0411.288) (223.7-40)=6.7210kJ/h CHOH的量很小，在此其冷凝和冷卻忽略不計(jì)。壓力為1.5MPa時(shí)水的冷凝熱為：H=2135KJ/kg,總冷凝熱 Q=Hm=2135381.067=12.610kJ/h水顯熱變化Q= cmt=4.19381.067(223.7-40)=4.5410kJ/h Q=Q+Q+ Q=8.43410kJ/h冷卻介質(zhì)為循環(huán)水，采用中溫型涼水塔，則溫差T=10用水量 w=Q/( ct)= 8.43410/(4.1910)=2.0110kJ/h第二章 設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算和選型2.1.冷凝器的計(jì)算與選型2.1.1

18、.設(shè)計(jì)任務(wù) 根據(jù)給定的工藝設(shè)計(jì)條件，此設(shè)計(jì)有相變熱、冷流體間換熱的管殼式換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)。 2.1.2.總體設(shè)計(jì) 確定結(jié)構(gòu)形式。由于介質(zhì)換熱溫差不大，在工藝和結(jié)構(gòu)上均無特殊要求，因此選用固定管板式換熱器。 合理安排流程。安排水、甲醇、二氧化碳和氫氣的混合氣走殼程，冷卻水走管程。 2.1.3.熱工計(jì)算 熱工設(shè)計(jì)的計(jì)算步驟與結(jié)果列于下各表中。1， 原始數(shù)據(jù)計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注管程流體名稱冷卻水殼程流體名稱混合氣體冷卻水的進(jìn)出口溫度；給定20；30混合氣體的進(jìn)出口溫度；給定223.7；40冷卻水混合氣體工作壓力；MPa給定0.3；1.5混合氣體的質(zhì)量流量kg/s給定0.6672

19、，定性溫度與物性參數(shù)計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注混合氣體的定性溫度=()/2 131.85冷卻水的定性溫度=(+)/225冷卻水，混合氣體密度；kg/按定性溫度查物性表997；1.74冷卻水，混合氣體比熱容；J/(kg·)按定性溫度查物性表4180；2580冷卻水，混合氣體導(dǎo)熱系數(shù)；W/(m·)按定性溫度查物性表 0.680.11冷卻水，混合氣體的粘度；Pa·s按定性溫度查物性表8.93710-43.2510-4冷卻水，混合氣體普朗特?cái)?shù)；查表或計(jì)算5.594；0.76323,物料與熱量衡算計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注換熱器效率0.9

20、8負(fù)荷QW見汽化塔熱量衡算2.34106冷卻水的質(zhì)量流量kg/s見過熱器熱量衡算55.84，有效平均溫差計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注冷流體蒸發(fā)對數(shù)平均溫差t=(-t)/ln(t/t)76.5流程型式初步確定12型管殼式換熱器1殼程2管程參數(shù)RR=（-）/（-）18.37參數(shù)PP=（-）/(-)0.0491溫度校正系數(shù)查圖4-21有效平均溫差t=76.55，初算傳熱面積計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注初選總傳熱系數(shù)W/(·)參考表4-1600初算傳熱面積=Q/(t)51.036,換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注換熱管材料選用碳鋼無縫

21、鋼管25×2.5換熱管內(nèi)，外徑；dm0.02；0.025換熱管管長Lm4.5換熱管根數(shù)nn=/（d L）144管程數(shù)根據(jù)管內(nèi)流體流速范圍選定1管程進(jìn)出口接管尺寸（外徑*壁厚）按接管內(nèi)流體流速3m/s 合理選取159×6選取殼程數(shù)m1換熱管排列形式分程隔板槽兩側(cè)正方形排列，其余正三角形排列正三角形排列換熱管中心距SmS=1.25d或按標(biāo)準(zhǔn)40.0375管束中心排管數(shù)=1.1（外加6根拉桿）13.5 殼體內(nèi)徑m=S（-1）+（1-2）d0.6換熱管長徑比L/L/7.5合理實(shí)排換熱器管根數(shù)n作圖或按計(jì)算150折流板型式選定單弓形折流板折流板外徑m按GB151-19990.5955

22、折流板缺口弦高h(yuǎn)m取h=0.200.12折流板間距Bm取B=（0.21）0.3折流板數(shù)=L/B-114殼程進(jìn)出口接管尺寸（外徑*壁厚）m合理選取219×6選取7，管程傳熱與壓降計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注管程流速m/s=4/(n)0.595管程雷諾數(shù)=/13275.475換熱器壁溫假定92管程流體給熱系數(shù)W/(·)=0.023/8366.3（n=1/3） 管程進(jìn)出口處流速m/s41.66管程摩擦因子查圖4-30.0084管內(nèi)摩擦壓降Pa=4L/()10563.98回彎壓降Pa=4/26327.46進(jìn)出口局部壓降Pa=1.5/26027.2管程壓降Pa=(+)

23、+29675.216（Ft1.4）管程最大允許壓降Pa查表4-335000校核管程壓降合理8、殼程傳熱與壓降計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注殼程當(dāng)量直徑DmD=0.099橫過管束的流通截面積AA0.05殼程流體流速um/su=8.9殼程雷諾數(shù)ReRe=40666.315殼程流體給熱系數(shù)oW/(·)o=0.3620098.11折流板圓缺部分的換熱管數(shù)nw切口上管子按圓弧比計(jì)入26值按表4-40.112折流板圓缺部分流通面積Ab0.0157折流板圓缺區(qū)流體流速ubm/s24.2圓缺區(qū)平均流速umm/sum=14.8殼程進(jìn)出口處流速uNsm/suNs=11.94殼程摩擦因子fo

24、查圖4-40.041折流板間錯(cuò)流管束壓降pPap=4 fo865.19圓缺部分壓降pPap=1592.47進(jìn)出口局部壓降pPap=1.5186.05殼程壓降pPap=p+p+p2634.71殼程最大允許壓降pPa查表4-335000合理校核殼程壓降pp合理9，總傳熱系數(shù)計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注管內(nèi)污垢熱阻·/W查表4-535.2×10-5管外污垢熱阻·/W查表4-535.2×10-5換熱管材料導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·)查表3448.85管壁熱阻·/W5.71×10-5總傳熱系數(shù)KW/(·)按式4-22

25、864.810傳熱面積與壁溫核算計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注需要傳熱面積AA=35.37實(shí)有傳熱面積A實(shí)A實(shí)=nd(L-2S)設(shè)管板厚度為0.03m41.85校核傳熱面積AA =A實(shí)/ A1.18熱流體傳熱面積按式4-25126.5冷流體傳熱面積按式4-2658.9管壁計(jì)算溫度按式4-2492.7校核管壁溫度=-0.7結(jié)論設(shè)計(jì)符合要求2.1.4詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)確定所有零部件的尺寸和材料，并對換熱設(shè)備所有受壓元件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算1， 換熱流程設(shè)計(jì)：采用殼程為單程，管程為雙程的結(jié)構(gòu)型式2， 換熱管及其排列方式：采用25×2.5的無縫鋼管，材料為20G號鋼。換熱管排列方式

26、為三角形排列，共排換熱管144根，另外再設(shè)6拉桿。3， 折流板：采用通用的單彎形折流板，材料為Q235-B鋼，板厚4mm，板數(shù)14塊。4， 拉桿：采用Q235-B鋼，16mm，共 6根5， 筒體：材料采用Q345R鋼，筒體內(nèi)徑500mm，厚度由GB150鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到6， 封頭：采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，材料采用Q345R鋼7， 管板：采用固定管板，其厚度可以按照GB151管殼式換熱器標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，材料采用16MnII鋼確定了換熱器的結(jié)構(gòu)以后，必須對換熱器的所有受壓元件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。對鋼制的換熱器，按照GB150鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)果如表4-62.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照GB150-1998

27、鋼制壓力容器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。2.2.1筒體(1) 筒體內(nèi)徑:600mm計(jì)算壓力：P=1.7MPa 設(shè)計(jì)溫度取228° C筒體材料：Q345R 焊接接頭系數(shù) =1.0鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.3,腐蝕裕量C2=1.0mm,厚度附加量C= C1+ C2=1.3mm.筒體的計(jì)算厚度計(jì)算d = = 2.8mm考慮厚度附加量并圓整至鋼板厚度系列，得材料名義厚度dn = 6mm.強(qiáng)度校核 有效厚度de =dn - C1- C2=4.7mmst = = 109.36 MPa <s f= 183.00 MPa符合強(qiáng)度要求。（2）根據(jù)筒徑選用非金屬軟墊片：石棉橡膠板 墊片厚度：3mm 墊片外徑:

28、642mm 墊片內(nèi)徑：604mm根據(jù)筒體名義厚度選用甲型平焊法蘭（JB4702） 法蘭材料：Q345R DN法蘭外徑中心孔直徑法蘭厚度螺栓孔直徑螺紋規(guī)格螺栓數(shù)量600mm730mm690mm40mm23mmM2024表3-2 筒體法蘭數(shù)據(jù)2.2.2封頭封頭內(nèi)徑：600mm設(shè)計(jì)壓力：P=0.4MPa 設(shè)計(jì)溫度取35° C封頭材料：Q345R 焊接接頭系數(shù) =0.85鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.3,腐蝕裕量C2=1.0mm,厚度附加量C= C1+ C2=1.3mm.封頭的計(jì)算厚度計(jì)算選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，K=1.0d = =0.75mm考慮厚度附加量并圓整至鋼板厚度系列，取封頭名義厚度與筒體厚

29、度相同，得材料名義厚度dn = 6mm.強(qiáng)度校核 有效厚度de =dn - C1- C2=4.7mmst = =25.63MPa<s f=189MPa符合強(qiáng)度要求。根據(jù)筒徑選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭直邊高：25mm 曲邊高：125mm 壁厚：6mm2.2.3管程接管補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算（按照GB150-1998 等 面 積 補(bǔ) 強(qiáng) 法）接管：159 6 材料：20G = =0.8mmd=150.2mm=6mm mm0.78=425.8 mm2補(bǔ)強(qiáng)滿足要求,不需另加補(bǔ)強(qiáng)。2.2.4殼程接管補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算（按照GB150-1998 等 面 積 補(bǔ) 強(qiáng) 法）接管：219 6 材料：20G = =1.44mmd= 210

30、.2mm=6mm mm0.765=594.35mm2所增加的補(bǔ)強(qiáng)金屬截面積補(bǔ)強(qiáng)圈材料Q345R，外徑300mm，厚度6mm補(bǔ)強(qiáng)滿足要求。2.2.5換熱管（GB151-1999）管子材料：20G 根據(jù)上節(jié)中計(jì)算的管子內(nèi)徑選用尺寸：25×2.5 管長：4500 根數(shù)：238實(shí)排根數(shù)：244（外加6根拉桿） 排列形式：正三角形 中心距：32 管束中心排管數(shù)：17 長徑比：9 2.2.6折流板（GB151-1999）材料：Q235-B 形式：單弓形 外直徑：600 管孔直徑：25.4缺口弦高：120mm 間距：300 mm 板數(shù)：14 厚度：4mm2.2.7拉桿（GB151-1999）直徑：

31、16 螺紋規(guī)格：M16 根數(shù)；62.3SW6軟件校核2.3.1 固定管板換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算2.3.2前端管箱筒體計(jì)算2.3.3 前端管箱封頭計(jì)算2.3.4后端管箱筒體計(jì)算2.3.5 后端管箱封頭計(jì)算2.3.6殼程圓筒計(jì)算2.3.7開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算2.3.8延長部分兼作法蘭固定式管板2.3.9管箱法蘭計(jì)算固定管板換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算單位南京工業(yè)大學(xué)設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 條 件 殼 程管 程設(shè)計(jì)壓力 1.5MPa設(shè)計(jì)壓力 0.3MPa設(shè)計(jì)溫度 230設(shè)計(jì)溫度 30殼程圓筒內(nèi)徑Di600 mm管箱圓筒內(nèi)徑Di600mm材料名稱Q345R材料名稱Q345R 簡 圖計(jì) 算 內(nèi) 容殼程圓筒校核計(jì)算前端管箱圓筒校核計(jì)算前端

32、管箱封頭(平蓋)校核計(jì)算后端管箱圓筒校核計(jì)算后端管箱封頭(平蓋)校核計(jì)算開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算管板校核計(jì)算前端管箱封頭計(jì)算計(jì)算單位 南京工業(yè)大學(xué)計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計(jì)算條件橢圓封頭簡圖計(jì)算壓力 Pc 0.30MPa設(shè)計(jì)溫度 t 30.00° C內(nèi)徑 Di 600.00mm曲面深度 hi 125.00mm材料 Q345R (板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 0.85壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值 PT = 1.25Pc=

33、0.3750 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力stsT£ 0.90 ss = 310.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 46.37MPa校核條件sT£ sT校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù) K = = 1.2933計(jì)算厚度 dh = = 0.72mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 3.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名義厚度 dnh = 6.00mm結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 18.95 Kg壓 力 計(jì) 算最大允許工作壓力 Pw= = 1.52833MPa結(jié)論 合格后端管箱封頭計(jì)算計(jì)算單位 南京工業(yè)大學(xué)計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB

34、 150.3-2011 計(jì)算條件橢圓封頭簡圖計(jì)算壓力 Pc 0.30MPa設(shè)計(jì)溫度 t 30.00° C內(nèi)徑 Di 600.00mm曲面深度 hi 125.00mm材料 Q345R (板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 0.85壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值 PT = 1.25Pc= 0.3750 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力stsT£ 0.90 ss = 310.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 46.

35、37MPa校核條件sT£ sT校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù) K = = 1.2933計(jì)算厚度 dh = = 0.72mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 3.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名義厚度 dnh = 6.00mm結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 18.95 Kg壓 力 計(jì) 算最大允許工作壓力 Pw= = 1.52833MPa結(jié)論 合格殼程圓筒計(jì)算計(jì)算單位南京工業(yè)大學(xué)計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計(jì)算條件筒體簡圖計(jì)算壓力 Pc 1.60MPa設(shè)計(jì)溫度 t 230.00° C內(nèi)徑 Di 600.00mm材料 Q345R ( 板

36、材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 173.40MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss 345.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 1.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度 d = = 2.78mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 4.70mm名義厚度 dn = 6.00mm重量 403.41Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT = 1.25P = 1.8750 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平 sTsT£ 0.90 ss = 310.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 sT

37、= = 120.62 MPa校核條件 sT£ sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力 Pw= = 2.69549MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 102.93MPastf 173.40MPa校核條件stf st結(jié)論 筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度6.00mm,合格開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算計(jì)算單位南京工業(yè)大學(xué)接 管: N1, 159×6計(jì)算方法: GB150.3-2011等面積補(bǔ)強(qiáng)法，單孔設(shè) 計(jì) 條 件簡 圖計(jì)算壓力 pc0.4MPa設(shè)計(jì)溫度30殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型Q345R板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)0.85殼體內(nèi)直徑 Di600mm殼體開

38、孔處名義厚度n8mm殼體厚度負(fù)偏差 C10.3mm殼體腐蝕裕量 C22mm殼體材料許用應(yīng)力t189MPa接管軸線與筒體表面法線的夾角(°) 0凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角(°) 接管實(shí)際外伸長度 150mm接管連接型式 插入式接管接管實(shí)際內(nèi)伸長度 0mm接管材料 20(GB6479)接管焊接接頭系數(shù) 1名稱及類型 管材接管腐蝕裕量 0.4mm補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱 凸形封頭開孔中心至 封頭軸線的距離 mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑 mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度 mm接管厚度負(fù)偏差 C1t 0.6mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差 C1r mm接管材料許用應(yīng)力t 151.38MPa補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力t MPa開 孔 補(bǔ) 強(qiáng)

39、計(jì) 算非圓形開孔長直徑 149mm開孔長徑與短徑之比 1 殼體計(jì)算厚度 0.7479mm接管計(jì)算厚度t 0.1945 mm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù) frr 0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù) fr 0.8009開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算直徑 d 149mm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度 B 298 mm接管有效外伸長度 h1 29.9mm接管有效內(nèi)伸長度 h2 0 mm開孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A 113mm2殼體多余金屬面積 A1 728 mm2接管多余金屬面積 A2 230mm2補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A3 12 mm2A1+A2+A3= 970mm2 ，大于A，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈面積 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論: 合格開孔

40、補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算計(jì)算單位南京工業(yè)大學(xué)接 管: N2, 219×6計(jì)算方法: GB150.3-2011等面積補(bǔ)強(qiáng)法，單孔設(shè) 計(jì) 條 件簡 圖計(jì)算壓力 pc1.6MPa設(shè)計(jì)溫度230殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型Q345R板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)1殼體內(nèi)直徑 Di600mm殼體開孔處名義厚度n6mm殼體厚度負(fù)偏差 C10.3mm殼體腐蝕裕量 C21mm殼體材料許用應(yīng)力t173.4MPa接管軸線與筒體表面法線的夾角(°) 0凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角(°) 接管實(shí)際外伸長度 35.5mm接管連接型式 插入式接管接管實(shí)際內(nèi)伸長度 0mm接管材料 20(GB6479)

41、接管焊接接頭系數(shù) 1名稱及類型 管材接管腐蝕裕量 1mm補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱 Q345R凸形封頭開孔中心至 封頭軸線的距離 mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑 300mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度 6mm接管厚度負(fù)偏差 C1t 0.6mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差 C1r 0.3mm接管材料許用應(yīng)力t 122.6MPa補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力t 173.4MPa開 孔 補(bǔ) 強(qiáng) 計(jì) 算非圓形開孔長直徑 210.2mm開孔長徑與短徑之比 1 殼體計(jì)算厚度 2.781mm接管計(jì)算厚度t 1.3596 mm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù) frr 1接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù) fr 0.707開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算直徑 d 210.2mm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度 B 420.4 mm接管有效外伸長度

42、h1 35.5mm接管有效內(nèi)伸長度 h2 0 mm開孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A 592mm2殼體多余金屬面積 A1 398 mm2接管多余金屬面積 A2 153mm2補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A3 9 mm2A1+A2+A3= 560mm2 ，小于A，需另加補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈面積 A4462mm2A-(A1+A2+A3)32mm2結(jié)論: 合格不帶法蘭固定式管板計(jì)算(b) 設(shè) 計(jì) 單 位 南京工業(yè)大學(xué) 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 條 件簡 圖殼程圓筒設(shè)計(jì)壓力Ps1.5MPa設(shè)計(jì)溫度 t230平均金屬溫度 0裝配溫度 15材料名稱Q345R設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力173.4MPa平均金屬溫度下彈性模量2.023e+05MPa平均金

43、屬溫度下熱膨脹系數(shù)1.076e-05mm/mm殼程圓筒內(nèi)徑 600mm殼 程 圓 筒 名 義 厚 度 6mm殼 程 圓 筒 有 效 厚 度 4.7mm殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積 A=0.25 p Di22.827e+05mm2殼程圓筒金屬橫截面積 As=pds ( DI+dn ) 8929mm2管箱圓筒設(shè)計(jì)壓力0.3MPa設(shè)計(jì)溫度 30材料名稱Q345R設(shè)計(jì)溫度下彈性模量2.01e+05MPa管箱圓筒名義厚度8mm管箱圓筒有效厚度6mm換熱管材料名稱20(GB9948)管子平均溫度 t0設(shè)計(jì)溫度下管子材料許用應(yīng)力 122.6MPa設(shè)計(jì)溫度下管子材料屈服應(yīng)力 184MPa設(shè)計(jì)溫度下管子材料彈性模量

44、1.892e+05MPa平均金屬溫度下管子材料彈性模量 2.023e+05MPa平均金屬溫度下管子材料熱膨脹系數(shù)1.076e-05mm/mm管子外徑 d25mm管子壁厚2.5mm管子根數(shù) n150換熱管中心 S37.5mm一根管子金屬橫截面積176.7mm2換熱管長度 L1 4500mm換熱管有效長度(兩管板內(nèi)側(cè)間距) L 4380mm換熱管管束模數(shù) =2041MPa管子回轉(zhuǎn)半徑 8.004mm管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度 350mm系數(shù) Cr =142.5比值 43.73管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力 () = MPa管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力 () =77.88MPa管板材料名稱16MnDR設(shè)計(jì)溫度 230設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力