管式反應(yīng)器設(shè)計(jì)

1、本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文)管式反應(yīng)器設(shè)計(jì)Design of Tubular Reactor學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 過程裝備與控制工程 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2013年 6月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要管式反應(yīng)器設(shè)計(jì)摘 要：這篇論文主要介紹管式反應(yīng)器機(jī)械計(jì)算等相關(guān)的設(shè)計(jì)過程。本畢業(yè)設(shè)計(jì)中，通過對(duì)該設(shè)備設(shè)計(jì)的相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)，獨(dú)立的設(shè)計(jì)了管式反應(yīng)器。管式反應(yīng)器一種呈管狀、長徑比很大的連續(xù)操作反應(yīng)器。管式反應(yīng)器是一種適用于強(qiáng)放熱反應(yīng)的反應(yīng)設(shè)備。設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是：根據(jù)給出的工藝參數(shù)選擇合適的結(jié)構(gòu)類型，然后根據(jù)已經(jīng)選定的型式按照國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備的換熱管、

2、折流板、定距管、管箱等零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，該設(shè)備主要由筒體、管箱、支座、換熱管、折流板、管板及接管、法蘭等組成。通過對(duì)該管式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，進(jìn)而熟悉和了解化工設(shè)備設(shè)計(jì)的一般方法和步驟，熟悉和了解化工設(shè)備相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，掌握化工設(shè)備通用零部件的選用方法，培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析、解決工程實(shí)際問題的能力。關(guān)鍵詞：管式反應(yīng)器；管板；法蘭；固定管板式畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要Design of Tubular ReactorAbstract: This thesis mainly introduces the design procedure of Tubular reactor ,which is re

3、lated to mechanical calculation. the design of the device through the relevant national standards and industry standards of learning, independent design of the tubular reactor. A device that tubular tubular reactor, large aspect ratio of the continuous operation of the reactor. The tubular reactor i

4、s a suitable strong exothermic reaction equipment. The main contents of the design are: according to the given parameters select the appropriate structure type, then the type has been selected in accordance with national standards and industry standards for equipment tubes, baffles, fixed pitch pipe

5、s, boxes and other zero part design, the device is mainly the cylinder, tube box, bearings, tubes, baffles and tube plate, flange and other components. Through the tubular reactor design, and thus familiar with and understand the general chemical equipment design methods and procedures, knowledge an

6、d understanding of relevant chemical equipment design standards and norms, master chemical equipment selection method for general parts, training integrated use of knowledge analyze and solve practical engineering problems.Keywords: Tubular reactor; tube plate; Flange;Fixed tube sheet目 錄1 緒論11.1 管式反

7、應(yīng)器的特點(diǎn) 11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢(shì)11.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)目的11.4 畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 12 確定換熱管數(shù)目2 3 管子排列方式管間距的的確定34 管式反應(yīng)器筒體直徑的確定35 確定折流板形式和數(shù)目45.1 折流板的形式及材料45.2 折流板的主要幾何參數(shù)45.3 折流板與殼體間隙45.4 折流板厚度45.5 折流板數(shù)目45.6 折流板的管孔56 確定殼體（筒體和封頭）壁厚56.1 計(jì)算殼程筒體厚度56.2 管箱的選擇67 選取標(biāo)準(zhǔn)件157.1 選取接管157.2 選取接管法蘭157.3 分布器的選擇168 選取拉桿和定距管178.1 拉桿的結(jié)構(gòu)形式178.2 拉桿的直徑與數(shù)量

8、188.3 拉桿的布置188.4 定距管189 管板的設(shè)計(jì)計(jì)算189.1 上管板的設(shè)計(jì)計(jì)算189.2 下管板的設(shè)計(jì)計(jì)算2310 膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)2710.1 U形膨脹節(jié)的計(jì)算2711 開孔補(bǔ)強(qiáng)2911.1 進(jìn)料口的開孔補(bǔ)強(qiáng)3011.2 測(cè)溫口的開孔補(bǔ)強(qiáng)3211.3 安全閥口的開孔補(bǔ)強(qiáng)3412 支座的選擇37結(jié)論 38致謝 39參考文獻(xiàn)40附錄41淮海工學(xué)院二一三屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第40頁 共41頁1 緒論1.1 管式反應(yīng)器的特點(diǎn)管式反應(yīng)器一種呈管狀、長徑比很大的連續(xù)操作反應(yīng)器。管式反應(yīng)器在近40年里，由于其體積小，效率高的特點(diǎn)，在化工中的應(yīng)用與發(fā)展十分迅速。因此，對(duì)管式反應(yīng)器的研究具有深遠(yuǎn)的意義

9、。 ；1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢(shì)我國自20世紀(jì)80年代引進(jìn)這一先進(jìn)技術(shù)后，由上?；ぱ芯吭?、南華集團(tuán)設(shè)計(jì)院和鄭州工業(yè)大學(xué)在“七五”期間承擔(dān)了管式反應(yīng)器的國家攻關(guān)項(xiàng)目，四川大學(xué)在“八五”、“九五”、“十五”期間也承擔(dān)了管式反應(yīng)器的國家攻關(guān)項(xiàng)目和有關(guān)基礎(chǔ)研究工作。一些研究、設(shè)計(jì)院和高校大力協(xié)同，積極開展基礎(chǔ)研究工作和承擔(dān)工程項(xiàng)目，至今取得了很大的成績，填補(bǔ)了這一領(lǐng)域的空白。隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，我國研制的新型管式反應(yīng)器也必將趕上世界先進(jìn)水平，在化工界占有一席之地！20世紀(jì)60年代美國TVA公司將管式反應(yīng)器用于磷酸銨的氣液固三項(xiàng)系統(tǒng)，省掉了傳統(tǒng)的預(yù)中和工藝；70年代以來，許多國家在磷復(fù)合肥

10、工業(yè)中相繼開發(fā)了各種管式反應(yīng)器以及相應(yīng)的新流程，如德國UHDE公司、西班牙CROS公司。目前世界上生產(chǎn)磷酸銨最簡捷、能耗最低的流程是西班牙Aspindesa公司開發(fā)的生產(chǎn)粉狀MAP的管式反應(yīng)器噴霧流程。如今的管式反應(yīng)器的開發(fā)已擴(kuò)展到磷酸銨以外的許多化肥生產(chǎn)領(lǐng)域，如硫基復(fù)合肥的中和段采用了短管型管式反應(yīng)器，并且在擴(kuò)大段形成了一個(gè)內(nèi)循環(huán)反應(yīng)過程以延長停留時(shí)間。然而，隨著科技的不斷發(fā)展，新型的管式反應(yīng)器將被不斷地被研究出，為化工行業(yè)帶來方便。1.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)目的管式反應(yīng)器是一種適用于強(qiáng)放熱反應(yīng)的反應(yīng)設(shè)備。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)將通過列管式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)：（1）、掌握管式反應(yīng)器機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法和步驟；（2）、熟

11、悉和了解化工設(shè)備相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；（3）、掌握化工設(shè)備通用零部件的選用方法；（4）、培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析、解決工程實(shí)際問題的能力。1.4 畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求1.4.1 原始數(shù)據(jù)見下表表1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表設(shè) 計(jì) 數(shù) 據(jù) 表名 稱指 標(biāo)名 稱指 標(biāo)管 程殼 程管 程殼 程工作壓力 MPa6.50.4焊接接頭系數(shù)1.00.85設(shè)計(jì)壓力MPa8.00.9換熱面積m264.8工作溫度 >200/235-245250/235-245容器類別III設(shè)計(jì)溫度 300300物料名稱烯類，液化氣等導(dǎo)熱油表2 管口表1.4.2 設(shè)計(jì)要求管 口 表符號(hào)公稱尺寸mm用途符號(hào)公稱尺寸mm用途a80進(jìn)料口i20測(cè)壓

12、口b25測(cè)溫口j80出料口c20測(cè)壓口k20放凈口d50安全閥口v20排氣口25測(cè)溫口m20測(cè)壓口f50出料口n50泄壓口g40導(dǎo)熱油出口o25測(cè)溫口h40導(dǎo)熱油進(jìn)口p25測(cè)溫口在給定條件下完成反應(yīng)器的機(jī)械設(shè)計(jì)，具體要求包括：1、確定換熱管根數(shù)；2、確定殼體直徑；3、確定折流板形式及數(shù)目；4、管束設(shè)計(jì)；5、選擇材料；6、確定殼體（筒體、封頭）壁厚；7、法蘭選擇或設(shè)計(jì)；8、選取并核算標(biāo)準(zhǔn)件；9、開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算；10、繪制設(shè)備圖紙；11、編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。1.4.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)成果1、設(shè)計(jì)說明書一份2、裝配圖一張3、零部件圖若干張4、主要為手繪圖時(shí)，用計(jì)算機(jī)繪制的圖紙不少于0號(hào)圖（折合成）一張；主要

13、為計(jì)算機(jī)繪圖時(shí)，手繪圖紙不少于0號(hào)圖（折合成）一張注：圖紙總量折合成0號(hào)圖不少于2.5張。2 確定換熱管根數(shù)結(jié)合介質(zhì)性質(zhì)及便于清洗換熱管，于是采用，長為3.5m，材料為00Cr17Ni14Mo2，由換熱面積可得：根考慮到安排6根拉桿和留有一定裕量，取n=145根。3 管子排列方式，管間距的確定換熱管在管板上的排列有正三角形、正方形和同心圓排列三種方式，如下圖所示。各自特點(diǎn)：正三角形排列：排列緊湊，管外流體湍流程度高；正方形排列：易清洗，但給熱效果較差；同心圓排列：可以提高給熱系數(shù)。 圖1 換熱管排列方式采用正三角形排列，假設(shè)管板上管子排列的間距a，與管子與管板的連接方法有關(guān)。取mm。4 管式反

14、應(yīng)器筒體直徑的確定筒體內(nèi)徑可由下式計(jì)算： 式中a換熱器管間距，由上知a57mm； b位于管束中心線上的管數(shù)，管子按正三角形排列時(shí)， 最外層管子的中心到殼壁邊緣的距離， 取mm 所以 mm 取筒體內(nèi)徑mm。5 確定折流板形式和數(shù)目5.1 折流板的形式及材料該管式反應(yīng)器的殼程流體流通截面積大，在殼程流體屬對(duì)流傳熱條件時(shí)，為增大殼程流體的流速，加強(qiáng)其湍動(dòng)程度，提高其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，需要設(shè)置折流板。折流板有橫向折流板和縱向折流板兩類，單殼程的管式反應(yīng)器僅需設(shè)置橫向折流板，橫向折流板同時(shí)兼有支承傳熱管，防止產(chǎn)生振動(dòng)作用。常用的折流板有弓形和盤環(huán)形。在弓形折流板中，流體在板間錯(cuò)流沖刷管子，而流經(jīng)折流板弓形缺

15、口時(shí)是順流經(jīng)過管子后進(jìn)入下一板間，改變方向，流動(dòng)中死區(qū)較少，比較優(yōu)越，結(jié)構(gòu)比較簡單，一般標(biāo)準(zhǔn)換熱器中只采用這種。盤環(huán)形折流板制造不方便，流體在管束中為軸向流動(dòng)，效率較低。而且要求介質(zhì)必須是清潔的，否則沉淀物將會(huì)沉積在圓環(huán)后面，傳熱面積失效，一般用于壓力比較高而又清潔的介質(zhì)。此處的折流板采用單弓形折流板。為方便選材，可選折流板的材料為Q235-B。5.2 折流板的主要幾何參數(shù)弓形折流板圓缺大小用切去弓弦高占圓筒內(nèi)直徑的百分比來確定，單弓形折流板缺口弦高h(yuǎn)值，宜取0.20-0.45倍的圓筒內(nèi)直徑,取系數(shù)為0.2，切去圓缺高度mm。5.3 折流板與殼體間隙折流板外周與殼體內(nèi)徑之間的間隙越小，殼程流體

16、介質(zhì)在此處的泄漏越小，使傳熱效率提高，但間隙越小，給制造、安裝帶來困難。選取折流板名義外直徑mm。5.4 折流板的厚度折流板的厚度與殼體直徑、換熱管無支承長度有關(guān)，選取折流板的厚度mm。5.5 折流板的數(shù)目取折流板間距B=200（） 折流板數(shù)目：，考慮到上下管箱和管板及排布的原因，取折流板數(shù)。5.6 折流板的管孔由國標(biāo)151-1999規(guī)定，的換熱管的折流板孔直徑為45.40mm及允許偏差。6 確定殼體（筒體和封頭）壁厚6.1 計(jì)算殼程筒體厚度因?yàn)闅こ痰牧黧w是導(dǎo)熱油，設(shè)計(jì)壓力是0.9MPa，設(shè)計(jì)的溫度是300，選用16MnR作為制造材料。由GB150-1998可以查得，16MnR在300時(shí)的許用

17、應(yīng)力=144MPa。焊接系數(shù)。取mm，mm。因?yàn)镸Pa所以 mm設(shè)計(jì)厚度： mm名義厚度： mm有效厚度： mm6.1.1 水壓試驗(yàn)校核筒體水壓試驗(yàn)的壓力 MPa因?yàn)樗畨涸囼?yàn)的壓力，為了防止容器產(chǎn)生過大的應(yīng)力，要求在試驗(yàn)壓力下圓筒產(chǎn)生的最大應(yīng)力不超過圓筒材料在試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)的90%。 。所以 MPa式中：MPaMPa>76.34MPa因?yàn)樗运畨涸囼?yàn)的應(yīng)力校核滿足要求。6.2 管箱的選擇管箱由兩部分組成：短節(jié)與封頭；把由管道來的管程流體均勻分布到各傳熱管把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器。在多管程換熱器中，管箱還起到改變流體流向的作用。管箱的結(jié)構(gòu)形式主要根據(jù)換熱器是否需要清洗或管束是否需要

18、分程等因素來決定。（1）、A型（平蓋管箱）如圖（a）裝有管箱平蓋（或稱盲板），清洗管程時(shí)只要拆開盲板即可，而不必拆卸整個(gè)管箱和與管箱相連的管路，缺點(diǎn)是盲板結(jié)構(gòu)用材多，且尺寸較大是得用鍛件，耗費(fèi)大量機(jī)加工時(shí)，提高制造成本，并增加一道密封的泄漏可能。（2）、B型封頭管箱型 如圖（b），用于單程或多程管箱，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，適于高壓，清潔介質(zhì)，可省掉一塊造價(jià)高的盲板、法蘭和幾十對(duì)螺栓，且橢圓封頭受力情況要比平端蓋好的多，缺點(diǎn)是檢查管子和清洗管程時(shí)必須拆下連接管道和管箱。（3）、C型、D型管箱 這種形式是管箱一端與殼體及管板連成一體，或是用于可拆管束與管板制成一體的管箱，另一端可采用A型結(jié)構(gòu)，

19、減少了泄漏的可能性。一般用的較少，只在高壓情況下采用。 A型管箱 B型管箱 C型管箱 D型管箱圖2 管箱形式6.2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算上部管箱（1）根據(jù)已知條件，綜合考慮上管箱選A型，材料為16MnR.由GB150-1998和GB151-1999有，管箱的圓筒厚度 mm 設(shè)計(jì)厚度： mm 名義厚度： mm 有效厚度： mm（2）容器法蘭的設(shè)計(jì)法蘭的基本結(jié)構(gòu)形式按組成法蘭的圓筒、法蘭環(huán)及錐頸三部分的整體性程度可分為松式法蘭、整體法蘭、任意式法蘭三種。松式法蘭：指法蘭不直接固定在殼體上或者雖固定而不能保證與殼體作為一個(gè)整體承受螺栓載荷的結(jié)構(gòu)。整體法蘭：將法蘭于殼體鍛或鑄成一體或經(jīng)全熔透的平焊法蘭。任意式

20、法蘭：從結(jié)構(gòu)來看，這種法蘭與殼體連成一體，但剛性介于整體法蘭和松式法蘭之間。性能從好到差：整體法蘭>任意式法蘭>松式法蘭所以選整體法蘭形式比較好，已知管程的設(shè)計(jì)壓力為8.0MPa，設(shè)計(jì)溫度為300，選用長頸對(duì)焊法蘭，材料為16Mn，為了保護(hù)焊縫，采用襯環(huán)凹凸面密封，材料為00Cr17Ni14Mo2。 墊片選用不銹鋼內(nèi)填石棉纏繞式金屬墊片，由GB150-1998有：m=3.00,y=69。墊片的有效密封厚度 墊片的接觸寬度N=12mm，所以密封寬度mm 當(dāng)mm時(shí)， 當(dāng)mm時(shí)，所以，有效密封寬度mm墊片壓緊力作用中心圓直徑因?yàn)閙m<6.4mm，所以mm墊片壓緊力預(yù)緊狀態(tài)下需要的最

21、小墊片壓緊力 KN操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力 KN墊片寬度墊片在預(yù)緊狀態(tài)下受到最大螺栓載荷作用，可因壓緊過度而失去密封性能。為此墊片可取寬度80mm。 螺栓螺栓的布置 法蘭徑向尺寸及螺栓間距的最小值，按GB150-1998表9-3選取有mm，mm ，mm，=90mm。螺栓的規(guī)格為M45，數(shù)量36個(gè)。 螺栓最大間距不宜超過下式計(jì)算值： mm式中：螺栓最大間距，mm 螺栓孔直徑，mm 法蘭有效厚度，mm M墊片系數(shù) 螺栓載荷 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 KN 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 = =5009.13KN 螺栓面積 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積 選用螺柱的材料為35CrMoA，在常溫

22、下的許用應(yīng)力MPa。 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積 需要的螺栓面積取與之大值 =26503.33 （d）實(shí)際螺栓面積 螺栓設(shè)計(jì)載荷（a） 預(yù)緊狀態(tài)螺栓設(shè)計(jì)載荷 =10388.6KN（b） 操作狀態(tài)螺栓設(shè)計(jì)載荷 KN 法蘭 圖3 長頸對(duì)焊法蘭 初始設(shè)定如下尺寸：公稱直徑DN（mm） D H h R d800 1116 1032 880 868 158 263 60 20 30 56 45 (1)法蘭力矩 （a）預(yù)緊狀態(tài)的法蘭力矩 Nmm 螺栓中心至作用位置處的徑向距離，mm（b）操作狀態(tài)的法蘭力矩 = = Nmm式中：，按GB150-1998有： mm mm mm螺栓中心至法蘭頸部（或焊接）與法

23、蘭背面交點(diǎn)的徑向距離，mm螺栓中心圓直徑，mm墊片壓緊力作用中心圓直徑，mm作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力， N液體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力所引起的軸向力之差，N (2)法蘭設(shè)計(jì)力矩 法蘭設(shè)計(jì)力矩取以下大值： 所以 Nmm (3)法蘭應(yīng)力 整體法蘭、帶勁松式法蘭以及按整體法蘭計(jì)算的任意式法蘭。(a)軸向應(yīng)力 MPa (b)徑向應(yīng)力 =118.4MPa (c)環(huán)向應(yīng)力 =80.4MPa 式中：f整體法蘭頸部應(yīng)力校正系數(shù)（法蘭頸部小端應(yīng)力與大端應(yīng)力的比值），當(dāng)f<1時(shí)，取f=1 系數(shù)， k法蘭外徑與內(nèi)徑的比值， 查GB150-1998表9-5有：T=1.

24、77,Z=3.30，Y=6.35,U=6.98 圖4 f值圖 剪應(yīng)力(a) 剪切載荷預(yù)緊狀態(tài)的剪切載荷 KN操作狀態(tài)的剪切載荷 KN(b) 剪切面積 式中：剪切面積， 剪切面計(jì)算直徑，取圓筒外徑，mm l剪切面計(jì)算高度，mm(c)剪應(yīng)力 預(yù)緊時(shí)的剪應(yīng)力 MPa 操作時(shí)的剪應(yīng)力 MPa應(yīng)力校核(a) 軸向應(yīng)力根據(jù)要求： 與之小值 MPa MPa ，所以符合要求。(b) 徑向應(yīng)力 MPa 所以滿足要求。(c) 環(huán)向應(yīng)力 MPa 所以滿足要求。(d) 組合應(yīng)力 所以滿足要求。(e) 剪應(yīng)力 預(yù)緊時(shí)： MPa 操作時(shí)： MPa符合要求。（3）平蓋封頭設(shè)計(jì)計(jì)算選用材料為16MnR，因?yàn)樵摲忸^為平蓋封頭，

25、且管箱內(nèi)無隔板，所以厚度按以下計(jì)算。操作時(shí) mm預(yù)緊時(shí) mm取兩者中較大值，所以mm，取mm式中：平蓋計(jì)算厚度，mm 墊片壓緊力作用中心圓直徑（按GB150-1998第9章選），mm 管程計(jì)算壓力，MPa設(shè)計(jì)溫度下平蓋材料的許用應(yīng)力，MPa 試驗(yàn)溫度下平蓋材料的許用應(yīng)力，MPa 焊接接頭系數(shù) k結(jié)構(gòu)特征系數(shù) 操作時(shí)： = 預(yù)緊時(shí)： 6.2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算下部管箱（1）下管箱封頭材料仍選16MnR，因?yàn)榻橘|(zhì)需從設(shè)備中排出，且本設(shè)備為單殼程結(jié)構(gòu)，所以采用D型管箱。根據(jù)GB150-1998有：16MnR在300時(shí)的許用應(yīng)力為MPa因?yàn)?MPa所以 mm設(shè)計(jì)厚度：mm名義厚度： mm 有效厚度： mm考

26、慮到耐磨、耐熱、耐腐蝕等方面性能，用焊接方法在管箱內(nèi)表面堆敷一層厚度為8的00Cr17Ni14Mo2。7 選取標(biāo)準(zhǔn)件7.1 選取接管7.1.1 接管的一般要求（1）接管應(yīng)與殼體內(nèi)表面平齊；（2）必要是可設(shè)置溫度計(jì)接口、壓力表及液面計(jì)接口；（3）接管與外部管線可采用焊接連接；（4）設(shè)計(jì)溫度在300以上時(shí)，必須采用整體法蘭;（5）對(duì)于不能利用接管進(jìn)行放氣和排液的換熱器，應(yīng)在管程和殼程的最高點(diǎn)設(shè)置放氣口，最低點(diǎn)設(shè)置排液口，其最小公稱直徑為20mm；（6）接管應(yīng)盡管沿徑向或軸向布置;根據(jù)HG20592-97選取：測(cè)壓口、放凈口、排氣口選用規(guī)格的接管，長為150mm,重量為0.16kg。測(cè)溫口選用規(guī)格的

27、接管，長度為150mm,重量為0.3kg；導(dǎo)熱油進(jìn)出口選用規(guī)格的接管，長度為150mm,重量為0.48kg；安全閥口、出料口、泄壓口選用規(guī)格的接管，長度為150mm,重量為0.61kg；進(jìn)料口選用規(guī)格的接管，長度為150mm,重量為1.21kg；材料為20鋼。7.2 選取接管法蘭（1） 選取進(jìn)料口接管（DN80）法蘭選用帶頸凹面對(duì)焊法蘭，相關(guān)尺寸根據(jù)HG20592-97查得法蘭外徑（mm） 螺栓孔中心圓直徑（mm） 螺栓孔直徑（mm） 螺栓孔數(shù)量 190 150 18 4螺紋 法蘭內(nèi)徑（mm） 法蘭厚度（mm） 法蘭重量（Kg）M16 94 18 2.88（2） 選取安全閥口、出料口、泄壓口接

28、管（DN50）法蘭選用板式突面平焊法蘭，相關(guān)尺寸根據(jù)HG20592-97查得法蘭外徑（mm） 螺栓孔中心圓直徑（mm） 螺栓孔直徑（mm） 螺栓孔數(shù)量 140 110 14 4螺紋 法蘭內(nèi)徑（mm） 法蘭厚度（mm） 法蘭重量（Kg）M12 62 16 1.48（3） 選取導(dǎo)熱油進(jìn)出口接管（DN40mm）法蘭選用板式突面平焊法蘭，相關(guān)尺寸根據(jù)HG20592-97查得法蘭外徑（mm） 螺栓孔中心圓直徑（mm） 螺栓孔直徑（mm） 螺栓孔數(shù)量 130 100 14 4螺紋 法蘭內(nèi)徑（mm） 法蘭厚度（mm） 法蘭重量（Kg）M12 50 16 1.34（4） 選取測(cè)溫口接管（DN25mm）法蘭選用

29、板式突面平焊法蘭，相關(guān)尺寸根據(jù)HG20592-97查得法蘭外徑（mm） 螺栓孔中心圓直徑（mm） 螺栓孔直徑（mm） 螺栓孔數(shù)量 100 75 11 4螺紋 法蘭內(nèi)徑（mm） 法蘭厚度（mm） 法蘭重量（Kg）M10 36 14 0.71（5） 選取測(cè)壓口、放凈口、排氣口接管（DN20mm）法蘭選用板式突面平焊法蘭，相關(guān)尺寸根據(jù)HG20592-97查得法蘭外徑（mm） 螺栓孔中心圓直徑（mm） 螺栓孔直徑（mm） 螺栓孔數(shù)量 90 65 11 4螺紋 法蘭內(nèi)徑（mm） 法蘭厚度（mm） 法蘭重量（Kg）M10 29 14 0.587.3 分布器的選擇分布器安裝于填料上部，它將加料均勻地分布到填

30、料的表面上，形成初始分布。綜合考慮，選擇壓力型排管式分布器，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是在受外界條件影響時(shí)，液體不會(huì)濺出。此外，液體管中有一定高度的液位，故安裝時(shí)水平誤差不會(huì)對(duì)從小孔流出的液體有交大的影響，因而可達(dá)到較高的分布質(zhì)量。選用絲網(wǎng)波紋填料，并用柵板型支撐裝置。圖5 壓力型管式分布器8 拉桿與定距管的選擇8.1 拉桿的結(jié)構(gòu)形式常用拉桿的形式有兩種：(a)拉桿定距管結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑大于或等于19mm的管束，（ 按GB151-1999表45規(guī)定）；(b)拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑小于或等于14mm的管束，；(c)當(dāng)管板比較薄時(shí)，也可采用其他的連接結(jié)構(gòu)。圖6 拉桿定距管結(jié)構(gòu)圖7 點(diǎn)焊結(jié)

31、構(gòu)因?yàn)閾Q熱管的外徑為45，所以選擇拉桿定距管結(jié)構(gòu)。8.1 拉桿的直徑與數(shù)量拉桿的直徑和數(shù)量可以按表3和表4選取表3 拉桿直徑換熱管外徑d 14<d<25 拉桿直徑 10 12 16表4 拉桿數(shù)量公稱直徑DN，mm <400 - - - = - - 拉桿直徑，mm <700 <900 <1300 <1500 <1800 <2100 <230010 4 6 10 12 16 18 24 2812 4 4 8 10 12 14 18 2016 4 4 6 6 8 10 12 14所以拉桿直徑d=16mm，拉桿數(shù)量為6。8.2 拉桿的布置拉桿

32、應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。拉桿位置占據(jù)換熱管的位置，對(duì)于大直徑換熱器，在布管區(qū)的中心部位或靠近折流板缺口處也應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于3個(gè)支承點(diǎn)。8.3定距管定距管的規(guī)格同換熱管，其長度同實(shí)際需要確定。9 管板的設(shè)計(jì)計(jì)算9.1 上管板的設(shè)計(jì)計(jì)算選用固定式換熱器管板，材料選用16Mn，管板厚度的計(jì)算見GB15189鋼制管殼式換熱器表3-15，具體計(jì)算步驟如下：已知數(shù)據(jù)如下：管子殼體材質(zhì)00Cr17Ni14Mo216MnR線膨脹系數(shù)彈性模量E（Mpa）尺寸 管子數(shù) 145根管間距57mm殼程圓筒內(nèi)徑面積:殼程圓筒金屬橫截面積:換熱管金屬總截面積 管板開孔面積 假定管板厚度 = 1

33、61mm換熱管有效長度L=換熱管總長-2-3=3500-2161-3=3175mm換熱管束模數(shù)MPa管子回轉(zhuǎn)半徑mm管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度，查閱GB151-98,圖3-21，可知其與折流板間距有關(guān)，由于管長3500mm，取折流板間距為200mm,且等間距布置。則由圖3-21，取 =400mm則系數(shù) 所以管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力開孔后面積 管板布管區(qū)面積 (采用三角形排列) 管間距。查GB151-98 P18表3-7， 取=57mm隔板槽面積，此題中不分程 取所以 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑：mm系數(shù)： 管板計(jì)算：管子加強(qiáng)系數(shù)： 所以K=3.5管箱厚度30mm查GB151-98圖3-14 查圖3-15 殼程圓筒

34、查GB151-98圖3-14 查圖3-15 旋轉(zhuǎn)剛度查圖3-16有：查圖3-18有：查圖3-17有：殼程壓力作用下的危險(xiǎn)組合MPa殼程設(shè)計(jì)壓力 =0.9MPa 管程壓力=0y=at(tt-to)-as(ts-to)yEt/MPa/MPa50.43 0.0090.00033=0.0000960.52 G10.53/MPa0.033/MPa0.0028/MPa0.063管板應(yīng)力/MPa145.3/MPa26.7/MPa47.13殼體法蘭應(yīng)力/MPa178管子應(yīng)力MPa-14.7814.78<cr殼程圓筒軸向應(yīng)力MPa62.2拉脫力MPa0.5769.2 下管板的有關(guān)計(jì)算法蘭力矩基本法蘭力矩

35、其計(jì)算見GB1501998第九章螺栓載荷計(jì)算 預(yù)緊狀態(tài)下：查閱壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)，此處選長頸對(duì)焊法蘭（PN1.0,DN800）,凹凸密封面則 m,y查 GB1501998表92 取y=15.2 ,m=2.25由表91 取墊片基本密封寬度因?yàn)?所以墊片有效密封寬度所以操作狀態(tài)下： 螺栓面積計(jì)算：預(yù)緊狀態(tài)下 螺栓材料取為Q235，查GB1501998表47 操作狀態(tài)下： 需要螺柱面積： 取大值3051實(shí)際用36個(gè)M42螺柱，其螺柱總面 所以符合要求螺柱設(shè)計(jì)載荷：預(yù)緊狀態(tài)：操作狀態(tài): 法蘭基本力矩： 螺柱中心圓直徑 查法蘭標(biāo)準(zhǔn) 此處為 查GB150-1998 第96頁管程壓力作用時(shí)法蘭力矩計(jì)算 管箱上

36、法蘭計(jì)算：法蘭寬度 管箱法蘭厚度 由于法蘭為FM 800-8.0查GB151-1998圖3-15得：旋轉(zhuǎn)剛度 法蘭材料采用16Mn 取為 此處用長頸對(duì)焊法蘭 所以殼體法蘭厚度取為查GB151-1998圖3-15得：旋轉(zhuǎn)剛度 旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù) =0.0071殼體法蘭應(yīng)力參數(shù)Y :查GB15098 P104表95查表得 Y=6.00查圖3-16有：查圖3-18有：查圖3-17有：殼程壓力作用下的危險(xiǎn)組合殼程設(shè)計(jì)壓力 =0.9MPa 管程壓力=0y=at(tt-to)-as(ts-to)yEt/MPa/MPa50.43 0.0090.00033=0.00290.23 G10.47/MPa0.046

37、/MPa0.0105/MPa0.084管板應(yīng)力/MPa138.5/MPa36.2/MPa4925殼體法蘭應(yīng)力/MPa184管子應(yīng)力MPa-9.389.38<cr殼程圓筒軸向應(yīng)力MPa72.5拉脫力MPa0.64310 膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)為補(bǔ)償因溫度差與機(jī)械振動(dòng)引起的附加應(yīng)力，造成設(shè)備的損壞，需安裝膨脹節(jié)，一般采用U形膨脹節(jié)。選用材料為0Cr18Ni910.1 U形膨脹節(jié)的計(jì)算設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：=20mm，R=35mm，h=73mm，W=140mm，=8mm10.1.1 應(yīng)力計(jì)算 (1)內(nèi)壓引起的無加強(qiáng)圈膨脹節(jié)直邊段的周向薄膜應(yīng)力計(jì)算 MPa式中：p設(shè)計(jì)壓力，MPa 膨脹節(jié)直邊段外直徑（即波根外徑），m

38、m k系數(shù)， 當(dāng)k>1時(shí)，取k=1 膨脹節(jié)直邊段長度，mm m波紋管管壁的層數(shù)，對(duì)單層膨脹節(jié)，m=1 成形后波紋管一層材料的最小有效厚度，mm 成型前波紋管一層材料的有效厚度，mm 波紋管的當(dāng)量外直徑，mm (2)內(nèi)壓引起的波紋管周向薄膜應(yīng)力： (3)內(nèi)壓引起的波紋管徑向薄膜應(yīng)力： (4) 內(nèi)壓引起的波紋管徑向彎曲應(yīng)力： 系數(shù)，由GB151-89上圖A4查得 (5)軸向位移引起的波紋管徑向薄膜應(yīng)力： 10.2MPa常溫時(shí)膨脹節(jié)材料的彈性模量，MPa系數(shù)，由GB151-89上圖A3查得e一個(gè)波的軸向位移，mm（6）軸向位移引起的波紋管徑向彎曲應(yīng)力： 系數(shù)，由GB151-89上圖A2查得(7

39、)組合應(yīng)力： 10.1.2 應(yīng)力校核在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa，= 114MPa在設(shè)計(jì)溫度下的屈服強(qiáng)度，MPa，a，均小于= 114MPab<1.5127=190.5MPac<2127=254MPa所以滿足要求11 開孔補(bǔ)強(qiáng)殼體開孔滿足下列全部要求時(shí)，可不用補(bǔ)強(qiáng)：1)設(shè)計(jì)壓力2.5Mpa.2)兩相鄰開孔中心的間距（對(duì)曲面間距以弧長計(jì)算）應(yīng)小于兩孔直徑之和的兩倍。3)接管公稱外徑89mm4).接管最小壁厚滿足表6 不需補(bǔ)強(qiáng)接管最小厚度表接管公稱外徑/mm253238454857657689最小壁厚/mm3.54.05.06.0注：1、 鋼材的 標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值b>540M

40、Pa時(shí)，接管與殼體的連接宜采用全焊透結(jié)構(gòu)形式。2、 接管腐蝕裕量為1mm。11.1 進(jìn)料口的開孔補(bǔ)強(qiáng)根據(jù)管口數(shù)據(jù)DN80表查HG20592-97選用管子的外徑為89mm，根據(jù)HG20553-93選取的接管，查GB150-1998得圓筒開孔所需面積：圓筒開孔處的計(jì)算厚度， 。強(qiáng)度削弱系數(shù)，等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比值，當(dāng)該值大于1.0時(shí)，取開孔直徑，圓形孔取接管內(nèi)勁加兩倍厚度附加量，取厚度附加量為2mm，。接管有效厚度，接管名義厚度有效補(bǔ)強(qiáng)范圍a. 有效寬度B或取兩者中的最大值。b.有效高度或接管實(shí)際外伸高度取兩者中的最小值。c.內(nèi)側(cè)高度或接管實(shí)際內(nèi)伸高度取兩者中的最小值補(bǔ)強(qiáng)面積在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)，可作補(bǔ)強(qiáng)的截面積為補(bǔ)強(qiáng)面積殼體有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積 接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積 鋼管的設(shè)計(jì)厚度焊縫金屬截面積，焊角取6mm 因?yàn)?，所以需要補(bǔ)強(qiáng)。需要補(bǔ)強(qiáng)的面積選用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，A型補(bǔ)強(qiáng)圈根據(jù)接管直徑DN80選擇補(bǔ)強(qiáng)圈，參照補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)JB/T4736-92.取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑，內(nèi)徑。 取厚度為15mm的補(bǔ)強(qiáng)圈來補(bǔ)強(qiáng)11.2 測(cè)溫口的開孔補(bǔ)強(qiáng)根據(jù)管口數(shù)據(jù)DN25表查HG20592-97