毕业设计论文1500TD合成氨工艺耐硫变换工段第一换换热器设计

1、毕业设计（论文）题目：1500t/d合成氨工艺耐硫变换工段第一变换换热器毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）：毕业设计的主要目的是培养和训练学生综合运用所学知识独立进行过程设备设计、控制方案制定及和制造中技术问题处理的能力。毕业设计环节要求学生完成以下任务：1 了解合成氨生产工艺，掌握耐硫变换、转化/变换或煤气水分离工段的工艺流程及控制方法。2 使用国家最新压力容器和换热器设计标准、规范进行设计。掌握最新化工容器及设计的全过程。3 查阅翻译综合分析各种文献资料，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。4 设计计算以手算、电算相结合，要求设计思路新颖、计算数据准确、可靠、且正确掌握计算机操作

2、和专业软件使用。5 采用CAD绘制所设计的工程图纸。6 毕业设计全部工作由设计者独立完成。设计数据物 料温度（进口/出口）操作压力(MPa)体积流量 (N/hr)粗煤气147240变换煤气184904毕业设计（论文）主要内容：具体内容包括：1 合成氨生产工艺、耐硫变换、转化/变换或煤气水分离工段工艺流程及控制方法设计；2 评述所设计的换热器在生产中的地位、作用及设备选型（附工艺流程图）；3 单体设备工艺计算及初选设备轮廓尺寸（如：管径、管长、管子数、管壳程数、壳径等）；4 设备结构设计；5 设备强度计算；6 编制制造、检验、安装、运输等技术条件；7 绘制设备总装配图及零件图；8 编制设计说明书

3、。学生应交出的设计文件（论文）：1 设计说明书一份。2 合成氨生产工艺物料流程图、耐硫变换、转化/变换或煤气水分离工段工艺物料流程图各一张(A1)、总装配图一张(A1)、零部件图不少于四张（折合 A1 图纸）3 相关题目中文文献综述一篇，译文一篇。主要参考文献（资料）：1 天津大学化工原理教研室，化工原理上册，天津科技出版社，1992年 2 国家技术监督局，钢制管壳式换热器（GB151-99） 3 国家医药管理局上海医药设计院，化工工艺设计手册（上、下册），化学工业出版社，1987 4 国家压力容器标准化委员会，压力容器（GB150-2011）5 燕山石化总公司设计院化工设计院，钢制列管式固定

4、管板换热器结构设计手册，化工部设备设计技术中心站，1985 6 化工部第六设计院，化工设备图样技术要求（上、下册），化工部设备设计技术中心站，2000 7 石油化学工业部化工设计院，小氮肥厂工艺设计手册，石油化学工业出版社，1979 8 化学工业部设备技术中心站，全国压容器标准化技术委员会，化工设备标准手册（共4册）19979过程装备成套设计，化学工业出版社，200210过程装备成套技术课程设计指南，化学工业出版社，2002年工业出版社，200211 国家压力容器标准化委员会，钢制焊接压力容器及标准释义（JB/T4735 1997）12 国家压力容器标准化委员会，压力容器用锻件、压力容器用镍铜

5、合金（JB47264728、JB47414743-2000）13 国家压力容器标准化委员会，钢制管法兰、垫片、紧固件（HG 2059220635-2009）14 国家压力容器标准化委员会，钢制压力容器焊接工艺评定、钢制压力容器焊接规程、钢制压力容器产品焊接试板的力学性能测试（JB4708、JB/T4709、JB4744-2000）15 国家压力容器标准化委员会，压力容器法兰（GB47004707-2000）16 国家压力容器标准化委员会，压力容器波形膨胀节及标准释义（GB16749-1997）17 国家压力容器标准化委员会，容器支座（JB/T4712、4713、4724、4725-92）18

6、国家压力容器标准化委员会，换热器基本参数（JB/T47144720、JB4721、JB/T47224723-92）19 国家压力容器标准化委员会，压力容器封头（GB/T25198-2010）20 国家压力容器标准化委员会，固定式压力容器安全技术监察规程，2010专业班级学生要求设计（论文）工作起止日期指导教师签字日期教研室主任审查签字日期系主任批准签字日期摘要本次设计在安全前提下，以经济实用为原则，从原始数据开始经工艺计算、机械设计和强度校核三步详尽地阐述了本台换热器的设计过程。此设计过程有五个部分：绪论，工艺计算，机械设计，强度校核和技术条件的编制。在绪论中主要叙述了合成氨生产工艺中的耐硫变

7、换工段W-301所在的工段工艺流程、变换煤气冷却的工艺说明。控制方案的设计主要是通过对整体设备的综合分析，确定设备的控制方案，达到自动控制目的；工艺计算主要是通过对热量负荷的计算得到换热器的传热面积、初步确定换热器的基本尺寸，为下一步提供依据；机械设计主要任务是在设计条件下，从主体到部件，进行材料和零部件的设计入手，设计合理的结构；强度校核是在满足工艺条件的要求下，对所设计的设备进行强度校核，以便生产可以顺利的进行。关键词：换热器，工艺计算，机械设计AbstractThe premise of the design in a safe, economical and practical to

8、the principle of starting from the raw data calculated by the technology, mechanical design and strength check of this three-step detail on the design of heat exchanger units. The design process has five parts: Introduction, process computing, mechanical design, strength check, and the establishment

9、 of technical conditions. DESCRIBED IN THE INTRODUCTION, THE MAIN PRODUCTION PROCESS OF TRANSFORMATION OF SULFUR TOLERANT SHIFT IN W-301 IS LOCATED IN THE SECTION IN PROCESS, TRANSFORM SULFUR TOLERANT SHIFT. KEY WORDS: HEAT EXCHANGER, PROCESS CALCULATION, MECHANICAL DESIGN摘要IIIABSTRACTIII1绪论31.1 合成氨

10、的工艺流程3耐硫变换工段说明3第一变换热交换器（W-301）设计说明32.工艺计算3壳程介质物性计算3壳程介质比热容3壳程介质黏度3壳程介质导热系数3壳程介质密度3管程介质物性计算3管程介质比热容3管程介质黏度3管程介质导热系数3管程介质密度3换热器选型3初算换热面积3初选换热器类型3总传热系数3物质流速3管程对流传热系数3壳程的对流传热系数3压力降校核3管程压力降校核3壳程压力降校核33机械设计3设计压力3设计温度3金属壁温的确定3管程金属壁温的确定：3壳程金属壁温的确定3接管设计3管程进出口设计3壳程进出口设计3排气、排夜管设计3接管外伸长度设计3接管法兰的选取3接管法兰的接口形式及标记3

11、接管法兰垫片选用3钢制管法兰紧固件3接管与筒体的连接3筒体与封头的连接3接管与同的连接3管箱接构设计3封头设计选型3封头材料选择3封头尺寸3管箱法兰的选取3管箱法兰材料选取3法兰尺寸3管箱垫片3螺柱与螺母的选择3管板设计3管板的结构形式急尺寸3管板上的布管设计3换热管规格尺寸及换热管孔尺寸3拉杆孔的设计3筒体设计3筒体材料的选择3筒体壁厚的计算3换热管设计3拉杆与定距管设计3折流板设计3防冲挡板的设计3防冲挡板的位置确定3防冲挡板的材料3保温层设计3支座设计3支座的选型与材料选择3支座承受载荷计算3支座结构尺寸3支座的安装尺寸3压力试验34强度校核35.技术条件的编制35.1 技术条件的说明3

12、5.1.1 钢材35.1.2 焊接35.1.3 热处理35.1.4 无损探伤35.1.5 换热管的尺寸偏差35.2 设备的技术条件3装配图的计术条件35.2.2 折流板技术条件35.2.3 管板技术要求35.2.4 鞍座技术要求3参考文献3结束语31绪论本次设计是针对天脊集团合成氨生产工艺中的粗煤气变换系统中的第一变换热交换器（W-301）的设计。天脊煤化工有限公司现在位于山西省潞城市。它的前身是山西化肥厂，1997年，山西化肥厂整体改制为天脊煤化工有限公司。经过十多年的发展，天脊集团的总资产已达35亿，年销售收入近15亿元，公司拥有年产合成氨60万吨、硝酸81万吨、硝酸磷肥90万吨（或硝酸磷

13、肥100万吨）、工业用多孔硝酸铵20万吨、尿素45万吨、硝酸铵钙20万吨、水泥28万吨、塑料编织袋及塑料编织品4500万余条的生产规模。换热器又称热交换器，是冷、热流体间进行换热的设备。它广泛地应用于化工、石油、动力、食品、制药、冶金等工业部门。为适应不同的工作条件和物料特性，换热器种类繁多、结构各异、用材多样，可根据生产工艺要求进行选择。在工业生产中，尤其是在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。这些过程均和能量传递有着密切联系，因而均可通过换热器来完成。换热设备性能的好坏直接关系到能源利用率的高低，环保质量

14、的好坏。1.1 合成氨的工艺流程合成氨的反应式为，合成氨工艺流程图如下：图1 合成氨工艺流程图对原料气的制取有许多种方法，它可以由分别制得的氢气和氮气混合而成,也可以同时制得氢,氮混合气。煤和天然气等原料可制成含氢和氮的粗原料气。对于固体原料煤和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。比如对H2的制取有煤气化法，烃类蒸汽转化法，重油部分氧化法。本次采用煤气化法制取H2。而对N2来说一般是采用空气分离法制得，本次在5800#和1800#工段经过空气分离制得N2。H2的制取过程为：原煤煤处理系统（100#

15、）加压气化系统（200#）粗煤气变换系统（300#）煤气冷却系统（400#）低温甲醇洗及冷冻系统（500#/550#）。在这些过程中发生的主要反应式是：从300#工段出来的粗煤气的主要成分是CO2，H2，CO，CH4，H2S，N2， O2及碳化物等。除H2、N2外，其它物质的存在对合成氨的催化剂均有毒害，会影响合成氨的质量，还可能造成设备仪器的损坏等，需要进行脱除，直至百分之几的数量级为止。工段400#的主要作用是将气体冷却，气体的成分基本没有变化。脱硫的方法很多，目前主要分为干法脱硫和湿法脱硫。干法脱硫有活性炭法，有机硫加氢法和氧化锌法。湿法脱硫就是对含有大量H2S的气体采用溶液吸收法脱硫。

16、可以分为化学吸收法和物理吸收法。化学吸收法又有碳酸钠，氨水，醇胺溶液吸收，物理吸收法有用冷甲醇吸收硫化氢。本次采用的就是物理吸收法中的用冷甲醇吸收硫化氢。粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。一般采用溶液吸收法脱除CO2。根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。一类是物理吸收法，利用CO2能溶于水或有机溶剂的特性。如低温甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法。本次就是采用低温甲醇洗涤法

17、（Rectisol）。一类是化学吸收法，是利用碳酸钾，有机胺和氨水等碱性溶剂为吸收剂，利用CO2具有酸性而进行反应将其吸收。如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化MDEA法，MEA法等。去除杂质的主要工段是在500#和550#，即低温甲醇洗及冷冻系统。从500#和550#出来的气体除H2外还有残余的CH4，N2，CO等杂物。经CO变换和CO2脱除后的原料气中尚含有少量残余的CO和CO2。为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定CO和CO2总含量不得大于10cm3/m3(体积分数)。因此，原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程。目前在工业生产中，最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法。深

18、冷分离法主要是液氮洗法，是在深度冷冻(<-100)条件下用液氮吸收分离少量CO，而且也能脱除甲烷和大部分氩，这样可以获得只含有惰性气体100cm3/m3以下的氢氮混合气，深冷净化法通常与空分以及低温甲醇洗结合。甲烷化法是在催化剂存在下使少量CO、CO2与H2反应生成CH4和H2O的一种净化工艺，要求入口原料气中碳的氧化物含量(体积分数)一般应小于0.7%。甲烷化法可以将气体中碳的氧化物(CO+CO2)含量脱除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分H2，并且增加了惰性气体CH4的含量。甲烷化反应如下： CO+3H2CH4+H2CO2+4H2CH4+2H2从1800#和5800#空气分

19、离得到的N2也进入 600#工段与H2混合。将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，按照一定的控制比例系统将3：1的氢氮气送入氨合成系统（900#）工段，在催化剂的作用下合成氨。由于氨的合成反应是可逆的，要采用氨分离器将氨与未反应的原料气分离并将没有反应的气体回送入合成塔。将合成的纯净氨经多级压缩后送入氨库（2000#）工段。耐硫变换工段说明此工段主要任务是将来自200#的粗煤气进行洗涤、分离和加热变换成为变换煤气和煤气水分别输送到400#和1000#。工段的主要设备有B-301变换气煤气水分离器、B-302径流洗涤器、W-301第一变换热交换器、B-305雾化器、W-303第三变换热交换器和W-30

20、4废热锅炉。第一变换热交换器（W-301）设计说明第一变换热交换器（W-301）是利用生成的高温变换煤气与进入换热器的相对低温的粗煤气进行换热，以达到加热粗煤气同时冷却变换煤气的目的，节省了资源的利用。2.工艺计算依据任务书可知，此设计温差不大因此可选固定管板式换热器，粗煤气走管程，变换煤气走壳程。壳程介质物性计算壳程给定的操作压力为，进出口温度分别为和，则壳程的定型温度。壳程介质比热容壳程主要介质组成：名称变换煤气的混合摩尔质量：=+ =4440+28×+2×+16×+28×壳程混合气体各组分质量分数：=同理=2，经查表1,45-55的在壳程的操作条件

21、下各组分的比热容：·，kJ/·，kJ/·，kJ/·，kJ/·壳程混合气体的比热容：=+kJ/·壳程介质黏度经查表1,80-96在壳程的操作条件下各组分的黏度：×p，×p，×p，×p，×p壳程混合气体的黏度=+Pa·S壳程介质导热系数经查表1,132-145在壳程的操作条件下各组分的导热系数：=833×，×，×，=1717×，×壳程混合气体的导热系数：=+·壳程介质密度=m³管程介质物性计算壳程给定的操作压力

22、为，进出口温度分别为和，则壳程的定型温度。管程介质比热容管程主要介质组成：名称变换煤气的混合摩尔质量：=+ =44+28×+2×+16×+28×壳程混合气体各组分质量分数：=同理，经查表1,45-55在壳程的操作条件下各组分的比热容：·，kJ/·，kJ/·，kJ/·，kJ/·壳程混合气体的比热容：=+kJ/管程介质黏度经查表1,80-96在壳程的操作条件下各组分的黏度：×p，×p，×p，×p，×p壳程混合气体的黏度=+Pa·S管程介质导热系数经查

23、表1,132-145在壳程的操作条件下各组分的导热系数：=759×，×，×，×，×壳程混合气体的导热系数：=+·管程介质密度=m³换热器选型初算换热面积换热量计算：Q=（）××（） =10941436kJh初选K=420换热器采用逆流形式，则2=P=R=换热器为单壳程查表可知=×则换热面积：S=初选换热器类型由换热面积参考8,19-27初选换热器类型参数如下：公称直径：DN=800mm公称压力：管程数：N=1管子根数：n=797中心排管数：31管程流通截面积：²换热管长度：L=4500

24、mm计算换热面积：²总传热系数物质流速流速计算公式为：壳程的流通面积：折流板的间距h取800mm换热管取的是的管子则由上可知所以管程对流传热系数管程物质的雷诺数：管程物质的普朗特常数：则管程的对流传热系数：壳程的对流传热系数壳程物质的雷诺数;壳程物质的普朗特常数：则壳程的对流传热系数：由2附录20表管内外侧污垢热阻均取：换热器的总传热系数：因为15所以符合要求压力降校核管程压力降校核管程压力降计算公式：由2查得管子为时结垢校正系数为设管壁粗糙度则由2图1-27查得直管摩擦阻力压降：弯管摩擦阻力压降：管程数壳程数管程压力降：=143157Pa操作压力则允许压力降因为所以符合要求壳程压力

25、降校核壳程压力降计算公式：流体流经管束的压力降：管子按三角形排列则折流板数：所以流经管束的压力降流经折流板缺口压力降：壳程数所以操作压力为则允许压力降因为所以符合要求3机械设计设计压力壳程设计压力管程设计压力设计温度壳程设计温度，取管程设计温度取金属壁温的确定管程金属壁温的确定：热流体侧壁温：冷流体侧壁温：所以则管程金属平均壁温壳程金属壁温的确定因为壳程有保温层进行保温，所以壳程金属壁温取流体的平均温度则接管设计管程进出口设计管程密度修正系数管程进口密度：管程出口密度：管程进口流量：管程出口流量：管程进口流速：管程出口流速：则管程入口直径：圆整后取DN=400mm管程出口直径：圆整后取DN=4

26、00mm壳程进出口设计壳程密度修正系数壳程进口密度：壳程出口密度：壳程进口流量：壳程出口流量：壳程进口流速：壳程出口流速：则壳程入口直径：圆整后取DN=400mm壳程出口直径：圆整后取DN=400mm排气、排夜管设计经考虑为保持换热器外形的美观选取DN80的管子接管外伸长度设计外伸长度：（=100mm）则DN80：，取l=200mm DN400:,取l=200mm接管法兰的选取本设计采用的是带颈对焊法兰：公称直径钢管外径法兰外径螺栓孔中心圆直径螺栓孔直径螺栓孔数量螺纹法兰厚度N法兰内径HR法兰高度法兰理论质量破口高度DNBDKLNThCABHKgn8089200160188M162410510

27、5901264064004266605853916M365046246240020121354812接管法兰的接口形式及标记接管法兰标记举例：公称直径DN400，公称压力的带颈对焊凸面法兰标记为：接管法兰垫片选用本设计根据公称压力和最高设计温度位265选用包覆材料为纯铜板，填充材料为石棉橡胶板的金属包垫片则DN80的垫片标记为：HG/T20609 金属包垫片 80-40 T3/XB450 DN400的垫片标记为：HG/T20609 金属包垫片 400-40 T3/XB450钢制管法兰紧固件本设计各法兰用双头螺柱连接：等长双头螺柱长度：C法兰厚度，mm-法兰厚度正公差，mmP-紧固件的角端长度，

28、mm-螺柱安装时的最小伸长长度，mmn-螺柱负公差，mmT-垫片厚度DN80的螺柱长度：L=95mmDN400的螺柱长度：L=210mm接管与筒体的连接筒体与封头的连接焊接采用单面坡口单面焊全焊透的形式，如下图所示：筒体与封头的焊接接管与同的连接接管和筒体的连接采用单面焊全焊透形式，如下图接管与筒体的焊接管箱接构设计选择Q345R材料，设厚度在616mm，查上表得：=510Mpa，=345Mpa，在设计温度为220时，=160Mpa。焊接接头型式选双面焊对接接头，由3，15表4，采用100无损检测，即焊接接头系数。腐蚀余量应按照容器使用中的腐蚀速率和使用寿命来确定，本次设计中选着容器的腐蚀余量

29、为2，即2mm,钢板厚度负偏差mm。计算厚度=式中，为计算压力=mm计算厚度=mm设计厚度=+=8.26+2=mm名义厚度=+=mm根据3,19中的规定对壳体公称直径在=800mm时，由碳素钢和低合金钢制造的固定管板式换热器的最小筒体厚度为9mm。满足厚度要求，选选择常见的钢板，厚度为12mm。管箱名义厚度取12mm，有效厚度为mm。封头管箱型式采用B型，这种型号适用于单程和多程管箱，结构简单，便于制造。由3，10图7，查得管箱结构，如图：管箱的结构数据长度/mm直径D/mm厚度/mm材料前端管箱121580012Q345R后端管箱121580012Q345R封头设计选型封头材料选择本次换热器

30、的设计，管程的设计温度为200，根据经验选择Q345R，由4，16表4-1，查得材料性能，见表4-4。表4-4 Q345的材料性能封头尺寸本次设计选用以内径为基准的椭圆形封头，代号EHA，由7，19续表1，查得其尺寸和结构，如图：封头尺寸公称直径DN/mm曲面高度/mm直边高度/mm封头厚度/mm内表面积A/mm容积V/质量m/kg8002002512管箱法兰的选取管箱法兰材料选取管箱的材料选择Q345R，根据6,12与其连接的管箱法兰选择材料Q345。以便于焊接。法兰尺寸根据6，11表7，长径对焊法兰适用的公称压力为，工作温度-70450，管箱的设计温度为220，设计压力为Mpa，管箱内径8

31、00mm，因此选用凹凸密封面（MFM）形式的长径对焊法兰。公称直径D0/mm法兰/mmDD1D2D3D4Hhaa180099594089888888570150422118法兰/mm螺柱对接筒体最小厚度/mm法兰质量/kgRd规格数量凸面凹面22321530M274022管箱垫片由6,6，根据设计温度选法兰垫片为带内环的金属带材料为0Cr18Ni9，填充材料为温石棉带的缠绕式垫片。由6,63, DN=800mm,PN=4.0MPa,选择垫片的结构和尺寸如下图：如图4-4，图4-4 管箱法兰垫片根据6，64，由DN=800mm，PN=4MPa,查得垫片尺寸，垫片尺寸见表4-7表4-7 管箱垫片尺

32、寸公称直径DN/mm公称压力PN/MPaD/mmd/mm8004887847螺柱与螺母的选择根据6,6对DN=800mm的换热器应当选择螺柱的材料为35CrMoA，对应的螺母为35CrMoA。根据6,81，对M27的螺柱其尺寸和结构如下图：双头螺柱的结构双头螺柱尺寸d/mm/mmC/mm型式/mmL/mm极限偏差/mm单件质量/kg27805736145±管板设计管板的结构形式急尺寸根据3，27，选择e型管板，即管板兼做法兰，通过焊接与筒体连接，与管箱通过螺母螺柱及垫片连接。管板结构及尺寸件下图：管板尺寸DgmmD mmD1 mmD2mmD3 mmD4mm80099594088580

33、01306D5d2螺柱cbfb规格数量80023M27403848管板上的布管设计本次换热器设计布管采用正三角形排列。换热管外径为19mm，换热管中心距S=25mm。根据3，23，对于固定管板式换热器，布管限定圆的直径为其中，为筒体内径，为换热管外表面到内壁的最短距离，b3一般不小于8mm，d为换热管外径。=800mm，取10mm。=800-20=780mm，布管限定圆的直径为780mm。实际布管797根。布管下图：换热管规格尺寸及换热管孔尺寸换热管选用，材料选用20号钢，起管孔直径为。拉杆孔的设计根据3，25，拉杆与管板采用螺纹连接，结构下图：根据3，25，螺纹深度，其中为拉杆螺孔公称直径。

34、×12=18mm筒体设计筒体材料的选择本次设计的换热器，壳程的设计温度为265，设计压力为。由4，14根据经验可选择低合金钢容器钢Q345R。Q345R是屈服点为340MPa级的压力容器专用钢板，也是压力容器行业中使用量最大的钢板，它具有良好的综合力学性能和制造工艺性能。查4，16表4-1，查得材料性能，见表4-1。表4-1 Q345的材料性能筒体壁厚的计算选择Q345R材料，设厚度在616mm，则由上表有=510Mpa，=345Mpa，在设计温度为265时，=165Mpa。焊接接头型式选择单面焊全焊透的对接接头且对焊缝结构进行100%无损检测，。由3，15表4，选焊接接头系数。腐蚀

35、余量应按照容器使用中的腐蚀速率和使用寿命来确定，本次设计中选着容器的腐蚀余量为2，即2mm,钢板厚度负偏差由5，126知，取0.3mm。计算厚度=（）式中，为计算压力mm计算厚度=mm设计厚度=+=7.5+2=mm名义厚度=+=mm但根据3,19中的规定对壳体公称直径在=800mm时，由碳素钢和低合金钢制造的固定管板式换热器的最小筒体厚度为9mm综上，筒体名义厚度取12mm，有效厚度为mm。换热管设计在之前已经选定换热管的尺寸为mm，长度为4500mm，换热管的材料根据4,18应当选择16Mn为换热管的材料，由4,19查得换热管与管板的连接采用强度焊接。强度焊满足在此次设计下个任何工况，但不适

36、用于有较大振动及有间隙腐蚀的场合。换热管与管板连接尺寸换热管规格外径×壁厚换热管最小伸出长度/mm最小坡口深度/mm/mm/mm19×22换热管与管板的焊接入下图：拉杆与定距管设计选择20G为拉杆的材料，选择20G为定距管的材料。换热管外径大于或等于19mm的管束，可以采用拉杆定距管的型式，。对换热管外径为19mm取拉杆直径为dn=12mm。根据3,75，由DN=800mm, dn=12mm选定拉杆数量为8根。其尺寸和结构为：拉杆直径d/mm拉杆螺纹公称直径dn/mmLa/mmLb/mmb/mmM/mm12126010定距管的长度L视实际情况选定，质量为。其规格一般与所在的

37、换热器的换热管规格相同。上表Ld为管板上拉杆螺孔深度。折流板设计由于折流板并不需要承受大的载荷，所以由4,11选择Q345为折流板的材料。本次换热器设计是单壳程单管程,选择上下缺边折流板。折流板尺寸件下图：（1）折流板缺口弦高h根据3，73，折流板缺口弦高h宜取圆筒内径的倍，本次设计中折流板高度取为204mm。（2）折流板的最小厚度根据2，74表34，对折流板厚度进行选取，对公称直径DN在600900mm之间的折流板，折流板最小厚度为10mm，本次取10mm。（3）折流板的外圆直径根据2，75表41，对于公称直径DN在600900mm之间，折流板名义外直径=DN-4，允许偏差为，折流板的外圆直

38、径=800-4=796mm。且弓形板的缺口应小于1/2的d。防冲挡板的设计为防止壳程物料进口处，流体对换热管表面的直接冲刺，应在壳程进口处设置防冲挡板。又由于本次设计的壳程物料为气体，所以要设置防冲挡板。因为7008001200，所以防冲挡板才有焊接在定距管的形式。防冲挡板的位置确定防冲挡板在壳体内的位置，应使防冲挡板周边与壳体内壁所形成的流通截面积为壳程进口接管面积的1倍。为简化计算，防冲挡板在壳体内的位置：130mm长度和宽度所以取防冲挡板的材料因为是低合金钢换热器，所以防冲挡板可以选用20G，起厚度为6mm保温层设计根据8，707，当设备或管道及附近的表面温度高于50者，要采取保温措施。

39、由于壳程最高温度达到，因此要增设保温层。根据8，709，保温层材料选择纤维型玻璃棉，该保温材料可以制成绝热板，容重为80200,导热系数为8 W/(m )。根据8，718查得保温层厚度计算公式，公式如下：（）式中，为绝热材料的导热系数，为总传热系数，为设备外壁温度，为保温层外表温度，为环境温度。取6/(m ).对于保温或是加热保护的绝热结构，一般取0=10kcal/m2h,W为当地风速。持此设计中，取为kcal/m2h。=，=32，=12。由上式求得，=mm，圆整为60mm。支座设计支座的选型与材料选择材料选用20G，因为同体直径为800mm，所以选择中型B型。支座承受载荷计算支座承受载荷计算

40、零部件名称计算公式计算结果备注封头=2×193管箱法兰=2×管箱筒节=2×200400左管板右管板筒体m5=（22）7850折流板×5换热管=797××拉杆定距管56接管=保温层换热器总质量m=kg壳程水压试验时水的质量：=9×=kg管程水压试验时水的质量：=×(1.2208+2×0.0796)=kg因此，支座承受的最大载荷为：支座结构尺寸鞍座尺寸公称直径DN/mm允许载荷Q(KN)鞍座高度h底板腹板筋板l1b112L38002202007201501010400垫板螺栓间距鞍座质量带垫板kg增加100m

41、m高度增加的质量kgb33弧长b44el212010940260665530387支座的结构见图4-21：图4-21 支座的结构型式支座的安装尺寸根据5，89，当L>3000mm时，取，即在30004200mm范围内取值,暂取LA=3604，且使。=1170mm。压力试验内压容器实验压力计算公式：壳程试验压力：管程实验压力：由于壳程实验压力小于管程实验压力，所以防止管程做水压实验时管板与管子焊接处受压泄漏，应将壳程试验压力提高到。4强度校核固定管板换热器设计计算计算单位压力容器专用计算软件 ? 设计计算条件壳程管程设计压力MPa设计压力MPa设计温度265设计温度220壳程圆筒内径800

42、 mm管箱圆筒内径800mm材料名称Q345材料名称Q345简图计算内容壳程圆筒校核计算前端管箱圆筒校核计算前端管箱封头(平盖)校核计算后端管箱圆筒校核计算后端管箱封头(平盖)校核计算管箱法兰校核计算开孔补强设计计算管板校核计算前端管箱筒体计算计算单位压力容器专用计算软件 ? 计算条件筒体简图计算压力PcMPa设计温度 t° C内径Dimm材料 Q345 ( 锻材)试验温度许用应力sMPa设计温度许用应力stMPa试验温度下屈服点ssMPa钢板负偏差C1mm腐蚀裕量C2mm焊接接头系数f厚度及重量计算计算厚度d =mm有效厚度de =dn - C1- C2=mm名义厚度dn =mm重

43、量Kg压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值PT P = 4.0700 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平sTsT£ 0.90 ss =MPa试验压力下圆筒的应力sT = = MPa校核条件sT£sT校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力Pw= = MPa设计温度下计算应力st = = MPastfMPa校核条件stfst结论筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度9.00mm,合格前端管箱封头计算计算单位压力容器专用计算软件 ? 计算条件椭圆封头简图计算压力PcMPa设计温度 t° C内径Dimm曲面高度himm材料 Q345

44、R (板材)设计温度许用应力stMPa试验温度许用应力sMPa钢板负偏差C1mm腐蚀裕量C2mm焊接接头系数f厚度及重量计算形状系数 K = = 计算厚度d = mm有效厚度de =dn - C1- C2=mm最小厚度dmin = mm名义厚度dn =mm结论满足最小厚度要求重量 Kg压力计算最大允许工作压力Pw= = MPa结论合格后端管箱筒体计算计算单位压力容器专用计算软件 ? 计算条件筒体简图计算压力PcMPa设计温度 t° C内径Dimm材料 Q345R ( 板材)试验温度许用应力sMPa设计温度许用应力stMPa试验温度下屈服点ssMPa钢板负偏差C1mm腐蚀裕量C2mm焊

45、接接头系数f厚度及重量计算计算厚度d =mm有效厚度de =dn - C1- C2=mm名义厚度dn =mm重量Kg压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值PT P = 4.0700 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平sTsT£ 0.90 ss =MPa试验压力下圆筒的应力sT = = MPa校核条件sT£sT校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力Pw= = MPa设计温度下计算应力st = = MPastfMPa校核条件stfst结论筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度9.00mm,合格后端管箱封头计算计算单位压力容器专用计算软件 ?

46、 计算条件椭圆封头简图计算压力PcMPa设计温度 t° C内径Dimm曲面高度himm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力stMPa试验温度许用应力sMPa钢板负偏差C1mm腐蚀裕量C2mm焊接接头系数f厚度及重量计算形状系数 K = = 计算厚度d = mm有效厚度de =dn - C1- C2=mm最小厚度dmin = mm名义厚度dn =mm结论满足最小厚度要求重量 Kg压力计算最大允许工作压力Pw= = MPa结论合格壳程圆筒计算计算单位压力容器专用计算软件 ? 计算条件筒体简图计算压力PcMPa设计温度 t° C内径Dimm材料 Q345 ( 锻材)试验温度

47、许用应力sMPa设计温度许用应力stMPa试验温度下屈服点ssMPa钢板负偏差C1mm腐蚀裕量C2mm焊接接头系数f厚度及重量计算计算厚度d =mm有效厚度de =dn - C1- C2=mm名义厚度dn =mm重量Kg压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值PT P = 3.8500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平sTsT£ 0.90 ss =MPa试验压力下圆筒的应力sT = = MPa校核条件sT£sT校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力Pw= = MPa设计温度下计算应力st = = MPastfMPa校核条件stfst结论筒体名义厚

48、度大于或等于GB151中规定的最小厚度9.00mm,合格开孔补强计算计算单位压力容器专用计算软件 ? 接管: #,400×12计算方法 : GB150-1998 等面积补强法, 单孔设计条件简图计算压力pcMPa设计温度265壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345锻件壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径Di800mm壳体开孔处名义厚度n12mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量C22mm壳体材料许用应力tMPa接管实际外伸长度200mm接管实际内伸长度12mm接管材料Q345接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称Q345R凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径680mm补强圈厚度10mm接管厚度负偏差C1tmm补强圈厚度负偏差C1rmm接管材料许用应力tMPa补强圈许用应力t147MPa开孔补强计算壳体计算厚度mm接管计算厚度tmm补强圈强度削弱系数 frr1接管材料强度削弱系数fr开孔直径d383mm补强区有效宽度B766mm接管有效外伸长度h1mm接管有效内伸长度h210mm开孔削弱所需的补强面积A3502m