大連理工大學(xué)再沸器設(shè)計說明書

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上大連理工大學(xué)本科課程設(shè)計再沸器機(jī)械設(shè)計學(xué) 院（系）： 大連理工大學(xué) 專 業(yè)： 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 指 導(dǎo) 教 師： 評 閱 教 師： 完 成 日 期： 大連理工大學(xué)Dalian University of Technology專心-專注-專業(yè)目 錄1 設(shè)計基礎(chǔ)1.1 項目背景本項目來源于大連理工大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè)大四年級過程工藝與設(shè)備課程設(shè)計題目； 設(shè)計者為過程裝備與控制工程專業(yè)在校大四學(xué)生，與項目發(fā)布者為師生關(guān)系； 本項目設(shè)計裝置為立式熱虹吸式再沸器。 1.2 設(shè)計依據(jù)過程工藝與設(shè)備課程設(shè)計任務(wù)書（見附錄） 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 TSG R

2、0004-2009 壓力容器 GB 150-2011 熱交換器 GB/T 151-2014 長頸對焊法蘭 JB/T 4703-2000 無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差 GB/T 17395-2008 鋼制壓力容器封頭 JB/T 4746-2002 承壓設(shè)備無損檢測 NB/T47013-2015 石油化工鋼制管法蘭用緊固件 SH/T 3404-2013 1.3 技術(shù)來源及授權(quán)化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計，匡國柱、史啟才主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年。 化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊（有機(jī)卷），劉光啟、劉杰主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年。 化工原理（下冊），大連理工大學(xué)，高等教育出版社，2009年。

3、SW6-2011化工設(shè)備設(shè)計軟件 1.4 項目簡介精餾是分離液體混合物（含可液化的氣體混合物）最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。板式精餾塔是常見的精餾分離設(shè)備，結(jié)構(gòu)上，板式 精餾塔是一圓形筒體，塔內(nèi)裝有多層塔板，塔中部適宜位置設(shè)有進(jìn)料板，兩相在塔板上相互接觸和分離。在板式塔提餾段底部會設(shè)置再沸器，再沸器的作用是將塔底液體部分汽化后送回精餾塔，使塔內(nèi)氣液兩相間的接觸傳質(zhì)得以連續(xù)進(jìn)行。正文各級標(biāo)題編號的示例如圖1.1所示。1.5 選擇依據(jù)再沸器分為立式再沸器、臥式再沸器及內(nèi)置式再沸器。立式又分為立式熱虹吸式、立式強(qiáng)制循環(huán)式，臥式分為臥式熱虹吸、臥式強(qiáng)制循環(huán)式和釜式再

4、沸器。而立式熱虹吸式再沸器結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、傳熱系數(shù)高，塔釜提供氣液分離空間和緩沖區(qū)，而且此次傳熱介質(zhì)較為清潔適合該類型換熱器。立式熱虹吸式再沸器，它是一垂直放置的管殼式換熱器。液體在自下而上通過換熱器管程時部分汽化，由在殼程內(nèi)的載熱體供熱。立式熱虹吸再沸器是利用塔底單相釜液與換熱器傳熱管內(nèi)汽液混合物的密度差形成循環(huán)推動力，構(gòu)成工藝物流在精餾塔底與再沸器間的流動循環(huán)。這種再沸器具有傳熱系數(shù)高，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，釜液在加熱段的停留時間短，不易結(jié)垢，調(diào)節(jié)方便，占地面積小，設(shè)備及運行費用低等顯著優(yōu)點。同時，由于結(jié)構(gòu)上的原因，殼程不能采用機(jī)械方法清洗，因此不適宜用于高粘度或較臟的加熱介質(zhì)；而且，

5、由于是立式安裝，因而會增加塔的裙座高度。 為提高本項目的設(shè)計計算準(zhǔn)確性，本設(shè)計采用了業(yè)內(nèi)常用的化工設(shè)備設(shè)計軟件SW6-2011進(jìn)行計算校核。2 機(jī)械設(shè)計2.1 工藝參數(shù)計算結(jié)果表管程殼程物料名稱進(jìn)口丙烷水蒸氣出口丙烷冷凝水流量Kg/h進(jìn)口27071.283334.55出口27071.283334.55操作溫度ºC進(jìn)口52.25100出口52.25100操作壓力MPa1.8180.1013定性溫度ºC52.25100液體密度kg/m3440958.4導(dǎo)熱系數(shù)W/mºC0.081540.683熱容kJ/kgºC3.0904.220粘度mPaS0.0710.2

6、83表面張力N/m0.58.8*10-6氣化潛熱kJ/kg278.1822258.4氣體密度kg/m3250.5970導(dǎo)熱系數(shù)W/mºC0.02050.0237熱容kJ/kgºC0.124.180粘度mPaS0.00860.0102氣化潛熱kJ/kg278.1822258.4設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式立式臺數(shù)1殼體內(nèi)徑mm700殼程數(shù)1管徑mm38×3管心距mm48管長mm3000排列方式正三角形管數(shù)目（根）123傳熱面積m244.05管程數(shù)1接管尺寸mm進(jìn)口250300出口300200主要計算結(jié)果管程殼程流速m/s0.785傳熱膜系數(shù)W/m2ºC718.1113

7、93.73污垢熱阻w/m2 K0.0.00009阻力損失Pa9378.52熱負(fù)荷kW2091.873傳熱溫差ºC47.75總傳熱系數(shù)W/m2ºC1376.14裕度%38.382.2 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算2.2.1 布管方式布管圖如下：2.2.2 傳熱管與管板連接根據(jù)設(shè)計壓力及工作溫度等條件，管子與管板的連接采用強(qiáng)度脹接即滿足要求。傳熱管板厚度大于25mm，強(qiáng)度脹接的管孔結(jié)構(gòu)采用雙槽。脹接長度假設(shè)管板厚60mm min（2×38，50，60-3）=50（mm）環(huán)形槽深度 K=0.6mm所以管板最小厚度為=26mm。2.2.3 殼體及管箱連接（1） 管板與殼體的連接延

8、長部分兼作法蘭的管板。（2） 管板與管箱的連接按照工藝要求及壓力、溫度選擇法蘭形式為長頸對焊法蘭，密封面采用凹凸面形式。2.2.4 法蘭選用以工藝條件：管側(cè)壓力和殼側(cè)壓力中的的高值，以及設(shè)計溫度和公稱直徑700，按JB4703-2000長頸對焊法蘭標(biāo)準(zhǔn)選取。法蘭結(jié)構(gòu)尺寸如下（mm）： D3=766 h=35 =50 H=120 d=27。具體數(shù)據(jù)意義如下：2.2.5 管箱計算（1） 封頭選用橢圓形封頭曲面高度h1=175mm；直邊高度為50。（2） 管箱結(jié)構(gòu)形式根據(jù)工藝條件，選用單管程換熱器管箱。（3） 慣性結(jié)構(gòu)尺寸確定 管箱最小長度管箱最小長度的確定原則：單程管箱采用軸向接管時，接管中心線上

9、的管箱最小長度大于等于接管內(nèi)徑的1/3，即管箱最小長度計算:進(jìn)口處：按流通面積計算按各相鄰焊縫間的距離計算 管箱無需短節(jié)， 出口處：按流通面積計算按各相鄰焊縫間的距離計算 管箱最大長度 管箱長度的確定 取進(jìn)出口處管箱長度均為345。2.3 換熱器機(jī)械設(shè)計和計算2.3.1 筒體壁厚計算由工藝設(shè)計給定溫度100，設(shè)計壓力=1.82MPa,選低合金結(jié)構(gòu)鋼板16MnR卷制，材料100是的許用應(yīng)力=163MPa,取焊縫系數(shù)=0.9，腐蝕裕度=2mm，則計算厚度 設(shè)計厚度名義厚度 6.37+0.8+圓整=7.17+圓整，取=12有效厚度 12-0.8-2=9.2水壓試驗壓力 1.25×1.82&

10、#215;1=2.275（MPa）所選材料的屈服應(yīng)力314MPa水壓試驗應(yīng)力校核 （MPa）87.69Mpa<0.9=0.9×314×1=282.6（MPa） 水壓強(qiáng)度滿足要求。氣密試驗壓力 =1.82MPa2.3.2 管箱短節(jié)封頭厚度計算由工藝設(shè)計給定實際參數(shù)為：設(shè)計溫度100，設(shè)計壓力1.82MPa，選用16MnR鋼板，材料許用應(yīng)力=163Mpa，屈服強(qiáng)度314MPa，取焊縫系數(shù)=0.85，腐蝕裕度=2。計算厚度 設(shè)計厚度 名義厚度 +圓整，結(jié)合考慮開孔補強(qiáng)及結(jié)構(gòu)需要取=12mm有效厚度 所選材料的屈服應(yīng)力314MPa水壓試驗應(yīng)力校核 （MPa）9987Mpa&l

11、t;0.9=0.9×314×1=282.6（MPa） 水壓強(qiáng)度滿足要求。管箱封頭取用厚度與短節(jié)相同，取=12mm2.3.3 固定管板計算按GB151-2014中7.4.6固定管板式熱交換器管板計算。管板與管箱、筒體選用e型連接方式。設(shè)計工況為第四類。確定布管方式及各元件結(jié)構(gòu)尺寸：圓筒內(nèi)徑殼程圓筒管箱圓筒管箱法蘭：，換熱管：d=38mm，n=157，S=48mm，L=3000mm，（1）按式計算以下參數(shù)0.10（2）按GB150.3-2011第7章算出以下參數(shù)查得20下20號鋼b=118Mpa。對于延長部分兼做法蘭的管板計算（3）假定管板計算厚度=58mm，法蘭凸緣厚度按式計

12、算對于e型連接由圖7-12查得m1=0.705由圖7-13查得G2=3.8由圖7-14查得m2=1.65由圖7-15查得G3=0.13殼程壓力作用管程壓力作用經(jīng)計算比較殼程較大，顧按殼程計算由圖7-16a)查得其中c1=0.06c2=-0.5c3=0.2157c4=-0.988c5=0.6571c6=-0.1389k=2所以 計算管板應(yīng)力另還需計算殼程壓力作用MPa管程壓力作用取殼程壓力作用計算校核：q=-3.72小于4符合要求小于181MPa，符合要求小于0.5*181=90.5MPa，符合要求故，管板計算厚度滿足強(qiáng)度要求，實際管板厚取為60mm。2.3.4 膨脹節(jié)設(shè)置必要性判斷（1）管子拉

13、脫力計算a. 在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力：式中 b. 溫差應(yīng)力導(dǎo)致的每平方米脹接周邊上的拉脫力：式中 則 由已知條件可知，與的作用方向相反，則合拉脫力： 因此，拉脫力在許用范圍內(nèi)。（2）計算是否安裝膨脹節(jié)根據(jù)鋼制管殼式換熱器設(shè)計規(guī)定，條件成立，故本換熱器不必設(shè)計膨脹節(jié)。2.4 零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算2.4.1 支持板本換熱器由于有相態(tài)變化，無需折流板板，故采用弓形支持板，形式與折流板相同。弓形支持板在液體流動中死區(qū)較少，比較優(yōu)越，結(jié)構(gòu)比較簡單。由工藝設(shè)計給定筒體內(nèi)徑為700mm，按筒體內(nèi)徑為700mm做排管圖，認(rèn)定取Di=700mm合適。同時工藝設(shè)計的有關(guān)參數(shù)計算應(yīng)重新做修正。以固

14、定管板兼作法蘭的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計，依工藝條件：管側(cè)壓力和殼側(cè)壓力中的高值，以及設(shè)計溫度和公稱直徑700，按JB4732-92長頸對焊法蘭標(biāo)準(zhǔn)選取法蘭，材料為16Mn，管板選用結(jié)構(gòu)尺寸如下（mm）： DN=700 D=860 D1=815 D2=776 D3=766 D4=763 =66 1=16 H=210 a=21 a1=18 d=27螺柱： d=27mm 規(guī)格 M24 數(shù)量 28管子與管板采用強(qiáng)度脹接連接換熱管外徑 槽深K=0.6mm （1） 弓形支持板主要幾何參數(shù)切口尺寸約為%=20%×800=160檔板間距B=（1/51）=160800取B=600取靠近管板的支持板與管板間距離的

15、尺寸 進(jìn)口 假設(shè)殼程接管進(jìn)口位置最小尺寸L1=300mm，由于無防沖板，取B2=di=300mm，假設(shè)管板厚度b=60,得(L1+B2/2)-(b-4)+(20100)()=(300+300/2)-56+(20100)=414494() 取l=600出口假設(shè)殼程接管進(jìn)口位置最小尺寸L1=300mm，由于無防沖板，取B2=di=200mm，假設(shè)管板厚度b=60,得()-(b-4)+(20100)()=(300+200/2)-56+(20100)=364444() ?。?） 支持板厚度根據(jù)殼體直徑、換管無支撐長度，取支持板厚度為5。（3） 支持板孔管支持板的管孔直徑 按GB151規(guī)定，取孔管直徑為

16、d=38+0.7（）管孔中心距 管孔中心距為48管孔加工 支持板上管孔加工后兩端必須倒角0.5×45°2.4.2 拉桿和定距管（1）拉桿的結(jié)構(gòu)形式支持板采用拉桿定距管結(jié)構(gòu)與管板固定。（2）拉桿直徑、數(shù)量和尺寸根據(jù)換熱管外徑及再沸器公稱直徑選取拉桿直徑為16，數(shù)量為6個，在換熱器中均勻分布。拉桿尺寸 拉桿螺紋公稱直徑拉桿直徑16 20 60管板上拉桿孔深 =20，拉桿長度2480mm拉桿示意圖：定距管形式與換熱管相同。2.4.3 接管（1）接管直徑考慮流速及=（1/31/4）=250mm的原則選取管程接管內(nèi)徑分別為進(jìn)口處250，出口處300；殼程接管內(nèi)徑分別為進(jìn)口處300、出

17、口處200，選20號鋼。（2）接管高度 （） 接管法蘭厚度h最大為38mm,接管法蘭螺母厚度h1=22，未設(shè)保溫層，故=0 故（3）接管位置最小尺寸殼程接管位置最小尺寸進(jìn)口 300/2+（60-4）+50=256（）取260mm出口 200/2+（60-4）+50=206（）取210mm進(jìn)出口處L1大小與前面計算支撐板與管板距離時假設(shè)值相近，故所計算靠近管板的支持板與管板間距離符合要求。2.4.4 接管法蘭按HG20593-97標(biāo)準(zhǔn)選用(PN=2.5MPa)管程：進(jìn)口管：接管直徑=250mm法蘭選用 板式平焊鋼制管法蘭公稱直徑DN法蘭外徑D法蘭內(nèi)徑B螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n螺

18、紋Th250mm425mm ,276.5mm370mm30mm12M27出口管：接管直徑=300mm法蘭選用 板式平焊鋼制管法蘭公稱直徑DN法蘭外徑D法蘭內(nèi)徑B螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n螺紋Th300mm485mm ,328mm430mm30mm16M27殼程：進(jìn)口管：直徑=300mm法蘭選用 板式平焊鋼制管法蘭公稱直徑DN法蘭外徑D法蘭內(nèi)徑B螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n螺紋Th300mm485mm ,328mm430mm30mm16M27出口管：直徑=200mm法蘭選用 板式平焊鋼制管法蘭公稱直徑DN法蘭外徑D法蘭內(nèi)徑B螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n

19、螺紋Th200mm360mm ,222mm310mm26mm12M242.設(shè)備法蘭：由壓力Pc=1.82MPa,選用PN=2.5MPa選用長頸對焊法蘭墊片結(jié)構(gòu)形式：選用纏繞墊片（A）形式，墊片尺寸：寬度d由DN=700mm,PN=2.5MPa墊片的外徑D=765mm墊片的內(nèi)徑d=725mm，內(nèi)環(huán)直徑D1=705mm法蘭為凹凸面密封，法蘭螺栓孔跨中布置。2.4.5 排液孔為提高傳熱效率，排除或回收工作殘液，在換熱器殼程和管程的最高，最低點，分別設(shè)置排氣、排液接管，排液接管的端部與殼體內(nèi)部平齊。本換熱器殼程排液口采用在管板上開設(shè)直徑為20的孔。2.5 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算2.5.1 墊片選用管箱墊片根據(jù)管程操作條件（壓力1.82MPa，溫度52.25）選石棉橡膠