初侧油预冷器设计说明书

摘要浮头式换热器是在热补偿方面针对固定管板式换热器缺陷进行改进的换热设备。因为浮头式换热器的外壳的膨胀没有关系，而且管束连同浮头可以自由伸缩，所以不会产生温差应力。因为管束可以抽出，所以管程和壳程便于清洗。因此浮头式换热器的应用较为广泛。本篇设计是用于冷却工艺物料的浮头式换热器，把温度降到求范围内方便来实现整个工艺流程的连续性。在设计中，首当其冲要结合设计课题来了解设计的思路,理念和论文的要求；然后通过入口和出口处的介质温度，查出介质的比热、传热系数、粘度和密度；从而计算平均温差，进行热量衡算并计算出流量；然后计算出传热面积，确定换热管的规格以及排列方式。再根据传热面积算出换热管数量；通过排列管子并得出换热器内径；决定流体通过的空间。再根据污垢传热系数得出总传热系数，校核有效平均温差，从而得出实际粘度比，最后计算出实际传热面积；然后对管程和壳程的压力降分别进行计算；要保证压力降在允许范围内。再进行强度计算时要先进行确定入口、出口温度、工作压力，换热器内径以及换热管直径。分别确定管程和壳程的设计温度和设计压力，计算压力；确定设备的焊缝系数。决定设备的材料然后查出材料的物性数据；然后进行结构尺寸的计算。所以受压元件都按照GB150和GB151的标准进行强度计算。关键词：换热器；热应力：结构；强度AbstractThefloatingheadtypeheatinterchangerwasaimsatthefixedtubeplatetypeheatinterchangertocarryontheimprovementheatequipmentinthethermalcompensationaspectflaw.Becausethefloatingheadtypeheatinterchangercontrolmayexpandandcontractfreelytogetherwiththefloatinghead,hasnothingtodowiththeoutercoveringinflation.Thusdoesnithavethethermalstress,Moreovercontrolsmayextract,isadvantageousforthecleantubeChengHeketheregulation,Thereforethefloatingheadtypeheatinterchangerapplicationiscommon.Thefloatingheadthatthispageisdesignedisinchargeoftheheatexchangerandusedfbrthecoolingcraft,maketemperatureitsisitrequirerangeinordertorealizewholecontinuityoftechnologicalprocesstodropto.Inthedesign,firstunifiesthedesigntopicunderstandingdesignthementality,theideaandthepaperrequest.Accordingtotheentrance,theexitmediumtemperature,findsoutthemediumthespecificheat,theheattransfercoefficient,theviscosityandthedensity.Theaveragetemperatureforheataccountancyandcalculatedflows.Thuscalculatedtheheattransferarea.Transferringtubesdeterminespecificationsandconfiguration.Figuresouttherecuperatortubequantityaccordingtotheheattransferarea.Figuresouttherecuperatortubequantityaccordingtotheheattransferarea.Arrangesthepipeandobtainstheheatinterchangerinsidediameter.Thedecisionfluidpassesspace.Againobtainsthetotalheattransfercoefficientaccordingtothedirtheattransfercoefficient,Examinestheeffectivemeantemperaturedifference,obtainstheactualratioofviscosities.Calculatestheactualheattransferarea.Thendistinctioncomputershellandtubeprocesspressuredrop.Guaranteesthepressuredropinthepermissionscope.Carriesonwhenthestrengthcalculationmustdeterminetheentranceoutlettemperaturefirst,theworkingpressure,theheatexchangerinsidediameterandtherecuperatortubediameter.Determinesshellandtubeprocessseparatelytheregulationthedesigntemperatureandthedesignpressure,PressureratingoDefiniteequipmentweldedjointcoefficient.Decidedtheequipmentthematerialandfindsoutthematerialthenaturaldata.Carriesonthestructuresizethecomputation.CarriesonthestrengthcalculationaccordingtoGB150andGB151.Keywords:Heatinterchanger;thermalload;structure;intensityTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 IAbstract II\o"CurrentDocument"第1章引言 1\o"CurrentDocument"第2章初侧油预冷器工艺设计 4\o"CurrentDocument"2.1设计任务和设计条件 41.1确定设计方案 41.2确定物性数据 4\o"CurrentDocument"2.2平均传热温差校正及壳程数 52.1计算传热量,按柴油所需热量计算 52.2导热油用量 52.3平均传热温差 52.4平均船热温差校正系数为 5\o"CurrentDocument"2.3估算传热面积 6\o"CurrentDocument"2.4工艺结构尺寸 62.4.1管径和管内流速 62.4.2管程数和传热管数 62.4.3传热管排列和分布方法 72.4.4壳体内径 72.4.5折流板 82.4.6其他附件 82.4.7接管 8\o"CurrentDocument"2.5换热器核算 92.5.1管程核算 92.5.2壳程核算 92.5.4污垢热阻和管壁热阻 102.5.5传热系数KC 112.5.6热面积裕度 11\o"CurrentDocument"2.6校核压力降 122.6.1管程流动阻力（压力降） 122.6.2壳程压力降 12\o"CurrentDocument"2.7结构设计 142.7.1筒体内径确定 142.7.2浮头管板及钩圈法兰结构设计 142.7.3法兰设计 142.7.4外头盖和外头盖侧法兰设计 152.7.5管箱结构设计 162.7.6垫片选择 162.7.7座选用及安装位置确定 172.7.8折流板布置 18\o"CurrentDocument"第3章浮头式换热器的强度计算 19\o"CurrentDocument"3.1换热器强度计算条件的确定 193.1.1设计压力的确定 193.1.2主体材料的选择 19\o"CurrentDocument"3.2容器筒体的强度计算 193.2.1筒体计算参数及材料力学性能 193.2.2筒体的焊接接头系数 203.2.3容器筒体的厚度计算 203.2.4压力试验时应力校核 213.3.1管箱封头计算参数及材料力学性能 223.3.2管箱封头的焊接接头系数 233.3.3管箱封头的厚度计算 233.3.4外头盖短节、封头厚度计算 243.3.5压力试验时应力校核 25\o"CurrentDocument"3.4容器开孔补强计算 273.4. 1接管计算参数及材料力学性能 273.4. 2管箱短节开孔补强的校核 273.4. 3管箱短节接管口的补强计算 283.4. 4壳体接管开孔的补强校核 303.4. 5补强计算 31\o"CurrentDocument"3.5浮头换热器管板强度计算 333.5. 1设计参数的选择 333.5. 2管板最大应力 333.5. 3管板上管孔所占的总截面积 343.5. 4管子最大应力 343.5. 5管板、管子强度校核 343.5. 6浮头管板及钩圈 353.5. 7无折边球封头计算 35\o"CurrentDocument"第4章结论 37\o"CurrentDocument"参考文献 38致谢 38第1章引言换热器的主要是用来实现物料之间热量传递并且节能的一种通用过程设备，它主要用来对物料的加热、冷却、蒸汽、冷凝，换热器也是在化工过程中应用比较广泛的一种工艺设备。对于换热器在石油、化工、炼油、冶金、原子能、造船、动力、电力、电子、食品、制冷、轻工、航空等相关的工业部门中也得到了比较广泛应用，它是在生活和生产中不可或缺的重要换热工艺设备。对于换热器的合理性、先进性和运转可靠性，它将会直接来影响产品的质量，数量以及成本。换热器性能的优点和缺点对于能源的有效利用将会产生比较重大的影响。然而随着工业的迅速发展，我们对能源消耗量的一直增加，因此已经产生了一个世界性的问题就是能源紧张。对于如何来缓和能源紧张的现状，因此世界各国都开始采取节能措施，将发展节能技术成为当前工业生产和人民生活中一个必不可少的重要课题。在节能技术改革中换热器具有很重要的作用，主要表现在两个方面：一方面是在生产工艺流程中对换热器进行大量的使用，从而来提高换热器的效率，这样毋庸置疑可以减少对能源的消耗；第二个方面,将换热器用来回收工业余热来增加设备的热效率。通过应力的目的不同可以将换热器分为加热器、冷却器、恒温器。根据传热过程特点可将换热器分为间壁式、蓄热式、直接接触式三种。根据传热面的结构形式可将换热器分为管式和板式。在各种各样的换热器中，不同换热器有它们与众不同的特点，把它们应用在不同的场合,然而使用目的也不相同，有时是为了工作介质来获得或散去有关热量；有时是为了制取或挥手来得到纯净的工作介质；有时是为了保持工作介质的恒温；有时是为了回收还有利用价值的工作介质或回收工艺过程中未散失的热量等。浮头式换热器的优点是因为管束和壳体之间的差胀不会产生温差应力，并且管束的膨胀也不受壳体的约束，然而浮头端可自由拆卸，可抽出管束,所以便于用来清洗和检修，更换管子，能够承受较高的温度和较高的压力，因此浮头式换热器能适应一般的换热条件,对于浮头式换热器的这些优点，所以它在生活中得到较为广泛的应用.但是浮头式换热器也有缺点，它的结构比较复杂,金属消耗量比较多，造价也比较高。关于近代科学的迅速发展，从化学工业到宇宙开发我们都需要热交换,并且越来越对换热器提出各种各样的特殊要求，然而换热设备又和传热过程的机理密切相关，因此世界各国对传热设备都进行了很多研究工作，从传热机理的探索到设备结构的改造和创新，从设计计算到制造工艺都有一些专门机构来从事这方面的一些研究工作。美国从1962年就成立HTRI,英国从1967年就成立HTFS,然而他们的主要目的就是为了集中人力和物力来从事传热学理论和换热设备方面的探究。现在换热器的基本发展趋势是：提高换热设备的传热效率，使设备的结构具有紧凑性，从而加强生产制造成的专业化和标准系列化，并且在比较大的范围内-一步一步继续向大型化的方向发展，并且CFD(ComptationalFluidDynamics)模型化技术、强化传热技术以及新型换热器开发等已经形成一个高技术体系。(1)从传热过程机理：在现代科技中，很多研究者忙于传递过程机理方面的研究，曾发表了许多文章.G.F.Heitt和R.Semeria等重要文献。核反应工程的发展，关于电磁场对导流体热传递的影响，从而显示出它的重要意义。(2)设备结构的改进和创新：为了加强换热设备，面对旧的形式然后加以改进，同时也提出了有关的一些新的结构形式。采用的技术有：连续提供增强热传递的激励；利用挠动促进物；扩大热传递面积。(3)设计方面和计算：最近儿年对换热器设计方法和计算的研究，采纳了电子计算机来进行换热器的设计，并且得到了重视和发展，同时把它应用于换热器网络的一些优化设计。其次，通过研究管壳式换热器和其它型式换热器的设计，然后将计算公式进行了修正，从而来减少其误差。另外，还研究和提出了一些有关特殊条件下换热器设计方法，例如提高容量换热器特殊设计等。(4)生产制造工艺：换热器的发展与制造工艺有着密不可分的关系，最近儿年，随着换热器设备的进一步发展，在制造工艺方面采取了以下一些主要措施。①扩大标准系列，进一步组织专业化生产；②提高机械化和加速自动化生产；③采用新技术，新工艺和新材料；除此以外还发展了各种管子和表面处理技术及各种各样新型翅片管的制造工艺等。现今换热器发展的基本趋势是：不断提高设备的传热效率，来促进设备的结构紧凑性，加强生产制造成的标准专业化和系列化，并且在比较广泛的范围内不断向大型化的方向进行发展，并CFD(ComptationalfluidDynamics)模型化技术、强化传热技术以及新型换热器开发等形成一个高的技术体系。本台换热器所适用的工艺条件：(1)导热油量：72162Kg/h,入口温度：60°C,出口温度：90°C。(2)初侧油入口温度：180°C,出口温度：110°Co(3)壳程和管程的允许压力为LOMpa,初侧油的工作压力为0.5Mpa。除满足上述工艺要求外，还应该考虑下列因素：(1)流体流动阻力小，即压力降小。(2)强度足够，结构可靠，便于安装和检修，制造成本低。本篇设计的主要内容：(D结构设计：根据设计条件，来确定导热油冷却器的一些结构尺寸，其中包括：筒体直径、短节长度、折流板间距、接管和支座位置等。(2)热力计算：热量衡算、物料衡算、传热膜系数的确定、传热面积的确定、压力降计算。(3)主要受压元件强度计算：换热器壳体、管箱短节和容器封头厚度确定，容器法兰、螺栓和垫片的校核计算，管板厚度计算，开孔补强计算。第2章初侧油预冷器工艺设计2.1设计任务和设计条件拟用一水平管壳式换热器，已知导热油入口温度为60C,出口温度为90C,压力为0.8Mpa,若初侧油入口温度为180C,出口温度为110℃,流量为28000kg/h,试设计能满足该要求的冷却器。2.1.1确定设计方案(1)选择换热器的类型：两流体温度变化情况：热流体进口温度180C,出口温度110℃；冷流体进口温度60C,出口温度90℃。(2)流程安排：本设计使初侧油走管程，导热油走壳程。2.1.2确定物性数据定性温度：对于-一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值，故管程柴油的定性温度为丁"80+110=.Ch2壳程流体的定性温度为： T=丝上丝=75°C2根据定性温度分别查取壳程和管程流体的有关物性数据？导热油在75c下的有关物性数据如下：密度 ro=860kg/m3粘度 外=5.210-3NgS/M2热导率 /„=0.119W/(M°C)比热容 Cpo=2.2KJkg-1K-1初侧油在145℃下的有关物性数据如下：密度 r,.=715kg/m3粘度 叫=0.6410-3pas比热容 Cpi=2.48KJkg1K-1热导率 /,.=O.133W/(mk)

2.2平均传热温差校正及壳程数2.2.1计算传热量,按初侧油所需热量计算28000依据式：0i=qm,h?r ?1701281323000W36002.2.2导热油用量1323000CpDtj IO?创1323000CpDtj IO?创2.2(90-60)=20.045kg/s110602.2.311060先按逆流计算：嗅一，

90 50因为2t=1.92,所以，可用算术平均值：Dr2因为D*>50°C,所以，选用浮头式换热器。2.2.4平均船热温差校正系数为TOC\o"1-5"\h\zC180-110 …R= =2.33：90-60C90-60 “P= =0.2180-60按单壳程、双管程结构，得%=092平均传热温差：D*=e儿逆=7°?0.9264.4C由于平均传热温差校正系数大于0.8,故选单壳程合适⑵。3估算传热面积参照表4-7,假设传热面积K=280w/（md2“ 715&J0.254d2“ 715&J0.254aQ,1323000 2A„= !—= =73mpkDr,„28064.4艺结构尺寸1管径和管内流速选用拼92较高级冷藏技术传热管子（碳钢），取管内流速%=1.2m/s2管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数：3.14^JO.O1521.2故n,取61根。按单管程算所需的传热管长度为:=23.53m按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构，采用我国生产的钢管系列标准设计⑶，现取传热管长l=6m,则该换热器的管程数为：N3=且史=4管程/ 6传热管总根数：=52?4208根3传热管排列和分布方法根据估算的换热管根数，按正方形排列，换热管的排列见图2-1o相关的结构数据如下：图27换热管排列取管心距t=1.3d0,则t=L3’19=24.7»25m。隔板中心到离最近一排管中心距离按式（3-16）计算：m=0.6各程相邻管子的管心距为2S=38mmo管束的分程方法，每程各有传热管52根，其前后管箱再隔板设置和介质的流通顺序按图选取。壳体内径采用多管程结构，壳体内径可按式（3-19）估算。取管板利用率〃=0.5则

1.05/J+=1.05仓必1.05/J+=1.05仓必5।迎=535团〃，

0.5按卷制壳体的进级档，可取。=600mm。折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%,则切去的圆缺高度为：h=25%。=0.25?600150mm取折流板间距6=0.3。，则8=0.3?600180/nm,可取8=200nwi折流板数：Nb」-1=--1=29块B200其他附件拉杆数量与直径按表4-7和表4-8选取，本换热器壳体内径为600mm,故其拉杆直径为了12,拉杆数量不得少于4个(拉杆螺纹公称直径d“=12mm,La=15mm,Lh=50mm,管板上拉杆孔深(=\Srnm)。壳程入口处，应设置防冲挡板。2.4.7接管(1)壳程流体进出口接管，按管内流速为相应管、壳程流速的1.2〜1.4倍，并参考化工单元过程及设备课程设计中表4-11选取⑷。取得接管内流速为«1=0.84m/s则接管内径为：圆缺后可取管内径为200mmo(2)管程流体进出口接管，取接管内液体流速“2=L56,〃/s,则接管内径为:圆缺后可取管内径为100mm。2.5换热器核算管程核算(1)管程传热系数小,按式计算有：TOC\o"1-5"\h\za.=O.O23^-Re°8Pr04 (2-2)4(2)管程流体速度：a *7o码== Y7T2 =l19(m/s)「与：〃 715仓心处0.0152524, 4(3)管程雷诺数和普朗树分别为：Re=皿=吧5创,9四=zo?U4码0.64'10-3所以，a=0.023、Re°&Pr04 (2-3)4=1182.2W/(m2g°C)壳程核算(1)壳程表面传热系数，用克思法计算⑸，见式：(2)当量直径:鸣X。2pd0(2)当量直径:鸣X。2pd0a=0.36—Re055Pr1de,,(2-4)4簿0252-亚0.0192J =0.023m3.14,0.019壳程流通截面积:s0=bd由0.2仓s0=bd由0.2仓ijD.6：黑0.0288〃/(4)壳程流速:q,ncqmc20.045nO1.m=-2^=———= =0.81m/s「ArP_j\8600.0288壳程雷诺数和普朗树分别为:-deurti=—-deurti=——0.023仓0818605.2,10一=3081.120.119»1.050.119»1.052.2仓附5.2103 八… =96.13(3081.123“仓死小1.05=731W/(m5.35.3黏度校正2.5.4污垢热阻和管壁热阻初侧油污垢热阻：/?,,=0.0004m2K/W导热油污垢热阻:R*.=0.0004m2K/W管壁热阻忽略2.5.5传热系数Kc+4°-1+24_+R4+幺主Idm"4导热油污垢热阻:R*.=0.0004m2K/W管壁热阻忽略2.5.5传热系数Kc+4°-1+24_+R4+幺主Idm"4da产瑞+0.0004+0002，,19+0.0004?1245创71519 :1182.215+=333.33W/(m2°C)5.6热面积裕度(1)传热面积Ac为:A=q=1323。。。=6i.63n?’K“D4333.3364.4该换热器的实际传热面积为:&=npd0(L-1)=208仓R140.019?(61)=73.21m2)该换热器的面积裕度为:4 73.21-61.6361.63=18.79(%)传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。2.6校核压力降2.6.1管程流动阻力（压力降）格“=格“=(DR+DR2)£N,N(2-5)当Rc,=2.0?107o.2mtn,传热管相对粗糙度工=0.013,查莫狄图d1-24向，摩擦系数％=0.041。时叱酊>3争2=1.041?^357BL©B0.015丁2=9821.36R”箱匕=9821.36仓业.54?158928.16Pa<1.0?05Ra2.6.2壳程压力降.R“=(DR；+DR2MM,其中&=1.15,—=1DR；=WM(Nb+1)|〃02 (2-6)管子为正方形错列，取F=0.4Nc=1.19(%了5=1.19?20805 17'产柒上至T=29A0=8(0-N”,)=0.2创。.617?0.019)0.0554m2

m20.045860'0.0554=0.42m/50.019^600.425.2'叱=1319.77>500fom20.045860'0.0554=0.42m/50.019^600.425.2'叱=1319.77>500fo=5Re0228=0.97流体流过折流板缺口的阻力，所以,D['=FfMW+lFf=0.4仓心.9717?(291)860'0.422=15009.59Pa普 2g28600.422：勒0.6 2千=6225.17Pa故箱P.=(DR+DP；)KNs=(15009.59+6225.17)创.151=24419.974Ra<1.0?05Pa管程和壳程压强降均符合设计要求，所以所选用的换热器是合适的。2.7结构设计2.7.1筒体内径确定工艺设计已确定筒体内径为600mm2.7.2浮头管板及钩圈法兰结构设计(1)浮头管板外径：Do=。-2bl=600-2?3594mm,(2)浮头管板外径与壳体内径间隙，取(3)垫片宽度，选取。=12mm(4)浮头管板密封宽度：b2=bn+1.5=13.5mm(5)浮头法兰和钩圈的内直径为：Dfi=D「2色+〃)=600-2(3+12)=570mm(6)浮头法兰和钩圈的外直径为：Df(l=D,+80=600+80=680mm(7)外头盖内径：D=0+100=600+100=700mm(8)螺栓中心圆直径：4=(。+0%=(594+68%=637所2.7.3法兰设计(-)管箱法兰和管箱侧壳体法兰设计依工艺条件：管侧压力和壳侧压力中的高值，以及设计温度和公称直径/600,按JB4703-2000甲型平焊(DN300〜900mm)法兰标准选取闭，并确定各结构尺寸。(1)法兰材料按化工设备机械基础中表10T0选取⑻，因为是16MnR,温度小于最高颈尺寸 质量（KG）螺栓小厚度Hh44R40.3/54.1规格数量4(mm)10525122212M2024286300℃,最大允许工作压力PN=L0MP的甲型平焊，所以公称直径为了600的连接尺寸如表格3-5,3-6所示表3-5法兰结构尺寸DnD3d2AAaU'd法兰盘厚度60073069065564564217142340740700665655652表3-6法兰结构尺寸所以D=730mm,d=40mm。2.7.4外头盖和外头盖侧法兰设计依流体设计工艺条件，壳侧压力、温度及公称直径/700,按JB4703-2000甲型平焊（DN300〜900mm）法兰标准选取⑼，连接尺寸如表格3-7,3-8所示表3-7法兰结构尺寸DnDAD2D3D4a%d法兰盘厚度83079075574574270084080076575575217142346表3-8法兰结构所以D=830mm,d-46mm。7.5管箱结构设计6垫片选择（一）管箱垫片设计（1）垫片材料、密封面型式根据管程操作条件（初侧油压力0.5MP”条件，温度145C）采用耐油橡胶石棉垫口”（2）垫片宽度参照化工单元过程及设备课程设计表4-24选取口”，垫片宽度N=17.5mmc（3）垫片尺寸参照化工机械设备基础表10-12选取1⑵，（查JB/T4704-2000）取垫片内径d=603/wn,外径0=639/”/”，厚度3=3”〃〃。（二）外头盖垫片设计（1）垫片材料、密封面型式根据壳程操作条件（导热油压力0.8MPa条件，温度75℃）采用耐油高颈尺寸质量（KG）螺栓筒体最小厚度Hh& 4R规格数量452.8/67.5(mm)10525 12 2212M20 328橡胶石棉垫。(2)垫片宽度参照化工单元过程及设备课程设计表4-24选取,垫片宽度N=2Qmm。(3)垫片尺寸参照化工机械设备基础表10-12选取.，(查JB/T4704-2000)取垫片内径d=704/w”，外径£)=744/w”，厚度S=(三)浮头垫片设计根据管壳程压差，选取垫片内径d=704mm,外径。=744mni,厚度3=3mmo2.7.7座选用及安装位置确定(1)根据本设计选用卧式支座，采用固定F型和滑动S型各一支，靠近管箱侧为固定鞍座。(2)安装尺寸两支座应设置在换热器管束长度范围内的适当位置，一般为：当LW3000n?机时，取4=(0.4〜0.6)L；当L>3000nwi时，取dn,并且乙=4O因为L=5819加见4=0.6L=3491.4/?2/w,取3500mm,则LC=LC=+%+2+c,cN4s,且N50mm,B为补强圈外径，单位为mm,s为筒体壁厚，单位为〃〃%。Lc=Le=1159.5mmo(3)其中鞍式支座为重型，BI型，适用公称直径范围500〜900mm,特征是120°包角，焊制，双筋，带垫板。支座如图3T所示：

图3-1鞍式支座7.8折流板布置参照化工单元过程及设备课程设计表4-12选取口"，公称直径〉500<900mm,为DN-4.5o厚度查表4-3取5mm,圆缺尺寸在排管图上取。前端折流板距管板的距离至少为450mm,结构调整为493mm。实际按折流板间距B=200mm,计算折流板数量为29块。拉杆直径取。12,数量为4根。第3章浮头式换热器的强度计算换热器强度计算条件的确定1.1设计压力的确定由于换热器没有安全阀，故换热器的设计压力按换热器的最高工作压力确定。即：p=(1.05~1.1)根据换热器整个系统的受压情况，取设计压力p=l.lp.Mpa。1.2主体材料的选择换热器的主体材料已确定。筒体和封头采用钢板制造，按GB6654T996《压力容器用钢板》选用，材料均为Q345R；接管按GB/T8163T987《输送流体用无缝钢管》选用，材料为20号钢；法兰按1TB4726-2000《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》选用，材料均为Q345,II级锻件「⑹。容器支座选用较为经济的材料Q235-A.F制造。3.2容器筒体的强度计算3.2.1筒体计算参数及材料力学性能筒体计算参数及材料力学性能见表3-1：表3-1筒体计算参数及材料力学性能材料项目内径设计温度设计压力计算压力设计温度下的许用应力设计温度下的屈服极限符号DitPPc同416MnR单位mm℃MPaMPaMPaMPa数值600750.880.88170345筒体的焊接接头系数筒体的焊接接头采用单面焊接，局部探伤，故焊接接头系数力=0.85。容器筒体的厚度计算（1）筒体的计算厚度：由工艺计算给定设计温度75℃,设计压力0.88MPa,选低合金结构钢板16MnR,所以，计算厚度为：(3-1)式中：Pc——计算压力，Pc=0.88MPa£>. 筒体内直径，0.=600mm[a]'——设计温度下筒体材料的许用应力，[b]'=170MPa0——焊缝系数，0=0.850.88x6002x170x0.85-0.88取S=2mm（2）筒体的设计厚度筒体的设计厚度等于筒体的计算厚度与腐蚀裕量之和，即:8d=6+C2(3-2)式中：C2——腐蚀裕量，C2=2mm6d=2+2=4mm（3）筒体的名义厚度筒体的名义厚度等于筒体的设计厚度加上钢板负偏差后向上圆整至钢板规格厚度。钢板负偏差G=LOmm,考虑到容器支座和开孔的影响，取筒体的名义厚度为：2=54+G+圆整=4+1.0+圆整=5mm(4)筒体的有效厚度按GB151表8规定公称直径D,在400〜700mm,取筒体的有效厚度按式计算：8e=8n-Cy-C2=8-2^6mm3.2.4压力试验时应力校核(1)水压试验压力筒体的水压试验压力按下式计算：Pi=L25p哥 (3-3)式中：p 设计压力，p=0.88MPa[a]——试验温度下的材料许用应力，[打=170MPaPT=1.25X0.88x1=1.IMPa(2)压力试验允许通过的应力水平(3-4)[b]r<0啊。(3-4)式中：q 试验温度下的材料屈服极限，er,=345MPa[cr]r<0.95。=0.9X345X0.85=263.925MPa(3)试验压力下圆筒的应力试验压力下圆筒的应力按下式计算：4_PT(Di+3e)T 241.1x(600+6)oT= i 乙=55.55MPa2x6(4)校核结论5勺司丁，水压试验较核合格，圆筒厚度满足水压试验要求。3换热器封头强度计算管箱封头计算参数及材料力学性能封头计算参数及材料力学性能与筒体相同，即表3-2封头计算参数及材料力学性能材料项目内径设计温度设计压力计算压力设计温度下的许用应力设计温度下的屈服极限符号D,tP孔同%16MnR单位mm℃MPaMPaMPaMPa数值6001450.550.55170345

管箱封头的焊接接头系数封头的焊接接头系数与筒体相同，①=0.85。3.3.3管箱封头的厚度计算（1）封头的计算厚度其计算厚度按下式计算:选择标准椭圆形封头，其计算厚度按下式计算:(3-6)所以,(3-6)所以,0.55x600

2x170x0.85-0.55（2）封头的设计厚度封头的设计厚度等于封头的计算厚度与腐蚀裕量之和，即:dd=d+C2式中：C2——腐蚀裕量，C2=2mm6d=l.144+2=3.144mm（3）封头的名义厚度考虑到对容器筒体的加强，取封头的名义厚度为：6=6d+G+圆整=3.144+圆整mm

（4）封头的有效厚度Se=8n-Ci-C^=8-2=6mm根据设计的结构和工艺要求，管箱封头取用厚度与短节相同，取心=8如w3.3.4外头盖短节、封头厚度计算外头盖封头计算参数及材料力学性能与筒体相同，见表3-3表3-3封头计算参数及材料力学性能材料项目内径设计温度设计压力计算压力设计温度下的许用应力设计温度下的屈服极限符号D,tPPc516MnR单位mm℃MPaMPaMPaMPa数值700750.880.88170345（1）外头盖封头的焊接接头系数封头的焊接接头系数与筒体相同，①=0.85。（2）短节的计算厚度选择标准椭圆形封头,其计算厚度按下式计算:选择标准椭圆形封头,其计算厚度按下式计算:0.88x700 …= =2.14mm2x170x0.85-0.88取6=2mm。（3）短节的设计厚度封头的设计厚度等于封头的计算厚度与腐蚀裕量之和，即:Sj=3+C2式中：C2——腐蚀裕量，G=2mm6d=2+2=4mm（4）短节的名义厚度考虑到对容器筒体的加强，取封头的名义厚度为：6n=6d+G+圆整=4+圆整，取6n=6mm。按GB151规定取6“=8mm。（5）短节的有效厚度8e=8n-Cx-G=8-2=6mm3.3.5压力试验时应力校核（1）水压试验压力水压试验压力按下式计算：p「=L25p哥 (3-7)式中：p-'设计压力，p=0.88MPa[cr] 试验温度下的材料许用应力，。了=170MPaPT=1.25X0.88x1=1.IMPa(2)压力试验允许通过的应力水平[叫<Q.9b@式中：4——试验温度下的材料屈服极限，q=345MPa[a]T<0.9b、。=0.9X345X0.85=263.925MPa(3)试验压力下的应力试验压力下的应力按下式计算：+久 (3-8)1.1x(700+6)…ot= 乙=64.72MPa2x6(4)校核结论crT<[cr]r,水压试验较核合格，其厚度满足水压试验要求。(5)封头计算壁厚，按下式计算(3-9)PR(3-9)0.5Pc式中：Pc——计算压力，Pc=0.88MPaD「 ■筒体内直径，D,=700mm[a]'——设计温度下筒体材料的许用应力，。了=170MPa。——焊缝系数，0=0.856= ： =2.14mm,取6=2mm。2x170x0.85-0.5x0.88（6）封头名义壁厚6n=6db=3mm取名义壁厚与短节等厚a=8nw?3.4容器开孔补强计算3.4.1接管计算参数及材料力学性能接管计算参数及材料力学性能与筒体相同，见表3-1。3.4.2管箱短节开孔补强的校核开孔补强采用等面积补强法，由工艺设计给定的接管尺寸为。114x5考虑实际情况取20号热轧碳素钢管团=130MPa,C2=1mm,。=0.85（1）接管计算壁厚.=7平—2团。+%_ 0.55x114-2x130x0.85+0.55=0.28mm（2）接管有效厚度8eJ=3mni3.4.3管箱短节接管口的补强计算（1）开孔直径校核d=d,+2C （3-10）式中：d「—■接管的内径，4=104mmd=104+2x2=108mm（2）接管有效补强宽度B=2d=2x108=216mm（3）接管外侧有效高度%= =V108x5=23.24mm(4)开孔所需补强面积A=姬=108x1.144=123.55，〃病式中：8——封头开孔处的计算厚度，3=—^—=\,144mm(5)补强面积封头上多余金属面积：A=(8-d)©-R (3-11)式中：。——接管的有效厚度，8^dn-C,-C26e=6mmA,=(216-108)x(6-1.144)=524.448mm2接管上多余金属面积：A2=2^el-3,)fr (3-12)式中：5,——接管的计算厚度，耳=0.28mm8e,——接管有效壁厚，3el=3mmfr——强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与封头材料许用应力4=2x23.24x（3-0.28）x—

=96.08/nm2所以，补强面积：A,=A+A2Ae=524.448+96.08=620.528列”2（6）补强判定因42A该接管的补强面积足够，不需要另设补强结构。3.4.4壳体接管开孔的补强校核开孔补强采用等面积补强法，由工艺设计给定的接管尺寸为0219x8,[ct]=130MPa.C2=2mm, =0.85（1）接管计算壁厚2[cr]0+Pc0.88x219

-2x130x0.85+0.88=0.869mm（2）接管有效厚度8eJ=8nJ—C2~C\=8—2=6mm3.4.5补强计算(1)开孔直径d=di+2C式中：4——接管的内径，4=203mmd=203+2x2=207mm(2)接管有效补强宽度B=2d=2x201=4\4mm(3)接管外侧有效高度%= =^207x8=40.69加(4)开孔所需补强面积A-d3-207x2.14=442.98m〃J式中：8——封头开孔处的计算厚度，3=—^—=2A4mm2⑻'i(5)补强面积封头上多余金属面积：A=(B—d)(…)式中：。——接管的有效厚度，8^dn-C,-C2de=6mm=(414-207)x(6-2.14)=799.02mm2接管上多余金属面积：&=24(/-e)力式中：S,——接管的计算厚度，=0.869mm8et——接管有效壁厚，3el=6mmfr——强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与封头材料许用应力之比值：/r=—

r170130A2=2x40.69x(6-0.869)x--=317.35mm2补强面积：a,=a+4A,.=799.02+317.35=1116.37mm2⑸补强判定因4NA该接管的补强面积足够，不需要另设补强结构。5浮头换热器管板强度计算设计参数的选择设计参数的选择对换热器管板的强度影响很大，选择合适的设计参数可以提高换热器的工作性能，延长换热器的工作时间，对整台设备和整套装置都有很大的影响。（1）固定管板采用BS法,假定管板厚度b=42mm,查表4-30（600年,1.0Ra）（2）总换热管数量：〃=208,一根管壁金属的横栈面积为：a=-力)=^-(192-152)=106.767〃/（3）开孔强度削弱系数（四程）m=0.6（4）两管板间换热管有效长度（除掉两管板厚度L取5916mm，计算系数K：,DK2,DK2=1.32。h患=L32登=7.280.6x5916x42（5）按管板筒支考虑，依K值参照化工原理中查图4-45,图4-16,图4-47得G1=1.6 ,G2=-0.2,G3=2.0管板最大应力P-PZD,x20.88-0.55,600、2L(―^)2= X(——)2=84.187Mpa4//G,b4x0.6-1.6 42A= =£?6002 282600m/n241 4管板上管孔所占的总截面积C=些=岁4飒町9工58944.08荷282600-58944.08282600=0.099=0.099282600-58944.08当量压差：?=4_£(1+1)=0.88-0.55x(1+0.099)=0.276Mpa管子最大应力6=匕「_心巧=」_'[0.276-畦丝加2]=3.63Mpa

/3a2 0.099 0.79壳程压力<=0.88Mpa,管程压力七=0.55Mpa。管板采用Q345锻㈤，=170Mpa。换热器采用20号碳钢[<t],=130Mpa。管板、管子强度校核5rmax=84.187(Mpa)<2[s]r=34QMpa,max=3.63(Mpa)<2[s],=130Mpa管板计算厚度满足强度要求，考虑管板反面腐蚀取。2=4加加，实际取板厚为46mm。浮头管板及钩圈浮头管板的厚度不是由强度决定的，按结构取46mm,钩圈采用B型，材料与浮头管板相同，设计厚度按浮头管板厚度加16mm至62mm。5.7无折边球封头计算（1）浮头盖上无折边球形封头的计算按外压球壳计算，选Q345R板，封头Ri=500mmo假设名义厚