南京工业大学过程装备成套技术课程设计-过热器

前言氢气是一种重要的工业产品，它广泛用于石油、化工、建材、冶金、电子、医药、电力、轻工、气象、交通等工业部门和服务部门，由于使用要求的不同，这些部门对氢气的纯度、对所含杂质的种类和含量都有不相同的要求，特别是改革开放以来，随着工业化的进程，大量高精产品的投产，对高纯度的需求量正逐步加大，等等对制氢工艺和装置的效率、经济性、灵活性、安全都提出了更高的要求，同时也促进了新型工艺、高效率装置的开发和投产。依据原料及工艺路线的不同，目前氢气主要由以下几种方法获得：①电解水法；②氯碱工业中电解食盐水副产氢气；③烃类水蒸气转化法；④烃类部分氧化法；⑤煤气化和煤水蒸气转化法；⑥氨或甲醇催化裂解法；⑦石油炼制与石油化工过程中的各种副产氢；等等。其中烃类水蒸气转化法是世界上应用最普遍的方法，但该方法适用于化肥及石油化工工业上大规模用氢的场合，工艺路线复杂，流程长，投资大。随着精细化工的行业的发展，当其氢气用量在200～3000m3/h时，甲醇蒸气转化制氢技术表现出很好的技术经济指标，受到许多国家的重视。甲醇蒸气转化制氢具有以下特点：与大规模的天然气、轻油蒸气转化制氢或水煤气制氢相比，投资省，能耗低。与电解水制氢相比，单位氢气成本较低。所用原料甲醇易得，运输、贮存方便。可以做成组装式或可移动式的装置，操作方便，搬运灵活。对于中小规模的用氢场合，在没有工业含氢尾气的情况下，甲醇蒸气转化及变压吸附的制氢路线是一较好的选择。本设计采用甲醇裂解+吸收法脱二氧化碳+变压吸附工艺，增加吸收法的目的是为了提高氢气的回收率，同时在需要二氧化碳时，也可以方便的得到高纯度的二氧化碳。

设计任务书一、题目：生产能力为1600Nm3/h甲醇制氢生产装置。二、设计参数：生产能为1600Nm3/h。1、工艺计算：物料衡算和热量衡算。2、机器选型计算。3、设备布置设计计算。4、管道布置设计计算。三、图纸清单：1、预热器总装配图1张，1号2、预热器零件图2号，2张3、管道仪表流程图2号，1张4、设备平面布置图2号，1张5、管道平面布置图2号，1张6、管道空视图3号，2张7、自动控制方案图3号，1张

甲醇制氢工艺设计2.1甲醇制氢工艺流程甲醇制氢的物料流程如图1－2。流程包括以下步骤：甲醇与水按配比1：1.5进入原料液储罐，通过计算泵进入换热器（E0101）预热，然后在汽化塔（T0101）汽化，在经过换热器(E0102)过热到反应温度进入转化器(R0101)，转化反应生成H2、CO2的以及未反应的甲醇和水蒸气等首先与原料液换热(E0101)冷却，然后经水冷器(E0103)冷凝分离水和甲醇，这部分水和甲醇可以进入原料液储罐，水冷分离后的气体进入吸收塔，经碳酸丙烯脂吸收分离CO2，吸收饱和的吸收液进入解析塔降压解析后循环使用，最后进入PSA装置进一步脱除分离残余的CO2、CO及其它杂质，得到一定纯度要求的氢气。图1－2甲醇制氢的物料流程图及各节点物料量2.2物料衡算1、依据甲醇蒸气转化反应方程式：CHOH→CO↑+2H↑CO+HO→CO↑+H↑CHOH分解为CO转化率99%，反.应温度280℃，反应压力1.5MPa，醇水投料比1：1.5(mol)。2、投料计算量代入转化率数据，式(1-3)和式(1-4)变为：CHOH→0.99CO↑+1.98H↑+0.01CHOHCO+0.99HO→0.99CO↑+1.99H+0.01CO合并式(1-5)，式(1-6)得到：CHOH+0.9801HO→0.9801CO↑+2.9601H↑+0.01CHOH+0.0099CO↑氢气产量为： 1600m/h=71.429kmol/h甲醇投料量为： 71.429/2.9601ⅹ32=772.179kg/h水投料量为： 71.429/2.9601ⅹ1.5ⅹ18=651.526kg/h3、原料液储槽(V0101)进： 甲醇772.179kg/h 水651.526kg/h出： 甲醇772.179kg/h 水651.526kg/h4、换热器(E0101)，汽化塔(T0101)，过热器(E0103)没有物流变化.5、转化器(R0101)进： 甲醇772.179kg/h；水651.526kg/h；总计1423.705kg/h出： 生成CO772.179/32ⅹ0.9801ⅹ44=1040.617kg/hH772.179/32ⅹ2.9601ⅹ2=142.858kg/hCO772.179/32ⅹ0.0099ⅹ28=6.689kg/h剩余甲醇772.179/32ⅹ0.01ⅹ32=7.722kg/h剩余水651.526-772.179/32ⅹ0.9801ⅹ18=225.819kg/h总计1423.705kg/h6、吸收塔和解析塔吸收塔的总压为1．5MPa，其中CO的分压为0.38MPa，操作温度为常温(25℃).此时，每m吸收液可溶解CO11.77m.此数据可以在一般化工基础数据手册中找到，二氧化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度数据见表1一l及表1—2。解吸塔操作压力为0.1MPa，CO溶解度为2.32，则此时吸收塔的吸收能力为：11.77-2.32=9.450.4MPa压力下=pM/RT=0.444/[0.0082(273.15+25)]=7.20kg/mCO体积量V=1040.617/7.20=144.530m/h据此，所需吸收液量为144.530/9.45=15.294m/h考虑吸收塔效率以及操作弹性需要，取吸收量为15.294m/h=45.883m/h可知系统压力降至0.1MPa时，析出CO量为144.530m/h=1040.617kg/h.混合气体中的其他组分如氢气，CO以及微量甲醇等也可以按上述过程进行计算，在此，忽略这些组分在吸收液内的吸收.7、PSA系统略.8、各节点的物料量综合上面的工艺物料衡算结果，给出物料流程图及各节点的物料量，见图1一2.2.3热量衡算1、汽化塔顶温确定在已知汽相组成和总压的条件下，可以根据汽液平衡关系确定汽化塔的操作温度·甲醇和水的蒸气压数据可以从一些化工基础数据手册中得到：表1-3列出了甲醇的蒸气压数据；水的物性数据在很多手册中都可以得到，这里从略。在本工艺过程中，要使甲醇水完全汽化，则其汽相分率必然是甲醇40%，水60%(mol)且已知操作压力为1.5MPa，设温度为T，根据汽液平衡关系有0.4p+0.6p=1.5MPa初设T=170℃p=2.19MPa;p=0.824MPap=1.3704<1.5MPa再设T=175℃p=2.4MPa;p=0.93MPap=1.51MPa蒸气压与总压基本一致，可以认为操作压力为1.5MPa时，汽化塔塔顶温度为175℃2、转换器(R0101)两步反应的总反应热为49.66kJ/mol，于是，在转化器内需要供给热量为：Q=772.179×0.99/32×1000×(-49.66)=-1.19106kJ/h此热量由导热油系统带来，反应温度为280℃，可以选用导热油温度为320℃，导热油温度降设定为5℃，从手册中查到导热油的物性参数，如比定压热容与温度的关系，可得：c=4.18680.68=2.85kJ/(kg·K)，c=2.81kJ/(kg·K)取平均值c=2.83kJ/(kg·K)则导热油用量w=Q/(ct)=1.19/(2.835)=84099kg/h3、过热器(E0102)甲醇和水的饱和蒸气在过热器中175℃过热到280℃，此热量由导热油供给.从手册中可以方便地得到甲醇和水蒸气的部分比定压热容数据，见表气体升温所需热量为：Q=cmt=(1.90772.179+4.82651.526)(280-175)=4.8310kJ/h导热油c=2.826kJ/(kg·K)，于是其温降为：t=Q/(cm)=3.6310/(2.82662898)=2.04℃导热油出口温度为：315-2.0=313.0℃4、汽化塔（TO101)认为汽化塔仅有潜热变化。175℃时甲醇H=727.2kJ/kg；水H=203IkJ/kgQ=772.1779727.2+2031651.526=1.8810kJ/h以300℃导热油计算c=2.76kJ/(kg·K)t=Q/(cm)=1.8810/(2.7683840)=8.12℃则导热油出口温度：t=313.0-8.1=304.9℃导热油系统温差为：T=320-304.9=15.1℃，基本合适。5、换热器（EO101)壳程：甲醇和水液体混合物由常温（25℃）升至175℃，其比热容数据也可以从手册中得到，表1一5Q=cmt=(772.1793.14+651.5264.30)(175-25)=7.8410kJ/h管程：没有相变化，同时一般气体在一定的温度范围内，热容变化不大，以恒定值计算，这里取各种气体的比定压热容为：c10.47kJ/(kg·K)c14.65kJ/(kg·K)c4.19kJ/(kg·K)则管程中反应后气体混合物的温度变化为：t=Q/(cm)=7.8410/(10.471040.617+14.65142.858+4.19225.819)=56.3℃换热器出口温度为280-56.3=223.7℃6、冷凝器（EO103)在E0103中包含两方面的变化：①CO，CO，H的冷却以及②CHOH，HO的冷却和冷凝.CO，CO，H的冷却Q=cmt=(10.471040.617+14.65142.858+1.046.689)(223.7-40)=2.3910kJ/hCHOH的量很小，在此其冷凝和冷却忽略不计。压力为1.5MPa时水的冷凝热为：H=2135KJ/kg，总冷凝热Q=Hm=2135225.819=4.8210kJ/h水显热变化Q=cmt=4.19225.819(223.7-40)=1.7410kJ/hQ=Q+Q+Q=3.04610kJ/h冷却介质为循环水，采用中温型凉水塔，则温差△T=10用水量W=Q/(ct)=3.04610/(4.1910)=72697kg/h

过热器工艺设计3.1过热器工艺计算原始数据计算内容或项目符号单位计算公式或来源结果备注管程流体名称导热油壳程流体名称EQ\F(,)甲醇、水导热油的进、出口温度Ti；To℃给定315℃313乙醇水的进、出口温度ti；to℃给定175℃；导热油、甲醇水的工作压力pt；poMPa给定1.5；0.5导热油的质量流量ωtKg/s给定23.36定性温度与物性参数计算内容或项目符号单位计算公式或来源结果备注导热油的定性温度Tm℃Tm=T1+T2314甲醇水的定性温度tm℃tm=t1+t2227.5导热油、甲醇水的密度ρt；ρsKg/m3按定性温度查物性表1070；8.505导热油、甲醇水的比热容ct；csJ/(kg.℃)按定性温度查物性表2826；3246导热油、甲醇水的导热系数λt；λsW/(m.℃)按定性温度查物性表0.99；0.62导热油、甲醇水的粘度μt；μsPa.s按定性温度查物性表0.21×10-3；0.1×10-3导热油、甲醇水的普朗特数Prt；Prs查表或计算45.296；32.981物料与热量衡算计算内容或项目符号单位计算公式或来源结果备注换热器效率η取用0.98负荷QWQ=ωtct(T1-T2)η1.008×105甲苯的质量流量ωsKg/sωs=Q/cs(t2-t1)0.395有效平均温度计算内容或项目符号单位计算公式或来源结果备注逆流对数平均温度Δtlog℃Δtlog=（Δt1-Δt2）/Ln（Δt1/Δt2）33.39流程型式初步确定1-2型管壳式换热器参数R0.019参数P0.75温度校正系数φ查图4-21有效平均温度ΔtM℃ΔtM=φΔtlog33.39初算传热面积计算内容或项目符号单位计算公式或来源结果备注初选总传热系数KoW/(m2.℃)参考表4-1280初算传热面积Aom210.78换热器结构设计计算内容或项目符号单位计算公式或来源结果备注管程结构设计换热管材料选用碳钢无缝钢管φ25×2换热管内径外径di;dmm0.021;0.025换热管管长Lm选用4m标准管长折半2换热管根数n54管程数Nt根据管内流体流速范围选定1管程进出口接管尺寸（外径×壁厚）djt×Sjtmm按接管内流体流速<3m/s合理选取Φ114×2壳程结构设计壳程数Ns1换热管排列形式分程隔板槽两侧正方形排列，其余正三角形排列正三角形排列换热管中心距SmS=1.25d或按标准[4]0.032分程隔板槽两侧管中心距Sn按标准[4]0.044管束中心排管数nc（外加6根拉杆）9壳体内径Dim0.3换热器长径比L/DiL/Di10实排换热管根数N(不计拉杆)作图或按计算54折流板形式选定单弓形折流板折流板外直径Dbm按GB151-19990．197折流板缺口弦高hmm取h=0.20Di60折流板间距Bm取B=（0.2～1）Di0．2折流板板数NbNb=L/B-18壳程进出口接管尺寸（外径×壁厚）djs×Sjsm合理选取Φ80×1.5管程传热与压降计算内容或项目符号单位计算公式或来源结果备注管程流速m/s0.589管程雷诺数6303换热管壁温℃280管程流体给热系数W/(m²·℃)3729管程进出口处流速uNtm/s1.779管程摩擦因子fī0.03管内摩擦压降Pa2121回弯压降Pa742进出口局部压降Pa2540管程压降Pa6548管程最大允许压降Pa35000校核管程压降合理壳程传热与压降计算内容及项目符号单位计算公式或来源结果备注壳程当量直径Dem0.07958横过管束的流通截面积Asm²0.00438壳程流体流速m/s10.6097壳程雷诺数71767壳程流体给热系数W/(m²·℃)785.9折流板圆缺部分的换热管数7β值0.112折流板圆缺部分流通面积㎡0.00104折流板圆缺区流体流速m/s44.683圆缺区平均流速m/s21.773壳程进出口处流速m/s9.979壳程摩擦因子0.005折流板间错流管束压降63圆缺部分压降Pa6380进出口局部压降Pa635壳程压降Pa7078壳程最大允许压降Pa35000校核壳程压降合理总传热系数计算内容或项目符号单位计算公式或来源结果备注管内污垢热阻㎡·℃/W查表4-535.2×10-5管外污垢热阻㎡·℃/W查表4-535.2×10-5换热管材料导热系数W/(㎡·℃)查表[3]51.8管壁热阻㎡·℃/W4.21×10-5总传热系数KW/(㎡·℃)按式4-22297.66传热面积与壁温核算计算内容及项目符号单位计算公式或来源结果备注需要传热面积A㎡实有传热面积A实㎡设管板厚度为0.03m校核传热面积△A热流体侧管壁温度twh℃按式4-25冷流体侧管壁温度twc℃按式4-26管壁计算温度tw℃按式4-24校核管壁温度△tw℃结论设计符合要求3.2过热器外壳结构设计按照GB150-1998《钢制压力容器》进行结构设计计算。筒体（1）筒体内径:，（2）设计压力：设计温度取280℃筒体材料：16MnR焊接接头系数Φ=0.9钢板厚度负偏差,腐蚀裕量,厚度附加量,,筒体的计算厚度计算考虑厚度附加量并圆整至钢板厚度系列，并按GB－151换热器最小厚度标准，得材料名义厚度。强度校核有效厚度符合强度要求。（2）根据筒径选用非金属软垫片：垫片厚度：5mm垫片外径:354mm垫片内径：310mm根据筒体名义厚度选用凸面平焊钢制管法兰（JB4702）法兰材料：16MnRDN法兰外径中心孔直径法兰厚度螺栓孔直径螺纹规格螺栓数量3003402952423M208表3-2筒体法兰数据封头（1）封头内径：，设计压力：P=1.5MPa,设计温度取280封头材料：16MnR焊接接头系数Φ=0.9钢板厚度负偏差,腐蚀裕量,厚度附加量，封头的计算厚度计算选用标准椭圆形封头，K=1.0考虑厚度附加量并圆整至钢板厚度系列，并按GB－151换热器最小厚度标准，取封头名义厚度与筒体厚度相同，得材料名义厚度。强度校核有效厚度，，符合强度要求。根据筒径选用标准椭圆形封头直边高：25mm，曲面高：125mm，壁厚：6mm。换热管（GB151-1999）管子材料：16MnR根据上节中计算的管子内径选用尺寸：，管长：2000mm，根数：54实排根数：67（外加6根拉杆）排列形式：正三角形中心距：32mm管束中心排管数：8管程数据管程数：1管程流体流速：1.5m/s进出口接管尺寸：接管材料：16MnR法兰类型：凸面平焊钢制管法兰（HG20593-97）法兰材料：20RDN法兰外径中心孔直径法兰厚度法兰内径螺栓孔直径螺栓孔数螺纹规格12524020020141.5188M16表3-3管程法兰数据壳程数据壳程数：1壳程气体流速：0.04m/s进出口接管尺寸：接管材料：16MnR法兰类型：凸面平焊钢制管法兰（HG20593-97）法兰材料：20RDN法兰外径中心孔直径法兰厚度法兰内径螺栓孔直径螺栓孔数螺纹规格802001602091184M16表3-4壳程法兰数据折流板（GB151-1999）材料：16MnR形式：单弓形外直径：197管孔直径：22.35缺口弦高：40mm间距：200mm板数：8厚度：6拉杆（GB151-1999）直径：16螺纹规格：M16根数；6管箱设计1）箱体内径：300mm设计压力：P=1.5MPa设计温度取280封头材料：16MnR焊接接头系数Φ=0.9钢板厚度负偏差,腐蚀裕量,厚度附加量，封头的计算厚度计算，选用标准椭圆形封头，K=1.0考虑厚度附加量并圆整至钢板厚度系列，取封头名义厚度与筒体厚度相同，得材料名义厚度n=8mm.强度校核有效厚度，符合强度要求。取前箱体长300mm，后箱体长200mm鞍式支座公称直径350mm型式重型BI（120°包角，焊制，单筋，带垫板）管板法兰材料：16MnR换热管管孔直径：25.4拉杆管孔直径：13.6厚度：18外径：与管板制成一体3.3SW6校核见校核文件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1.65MPa设计压力0.65MPa设计温度290设计温度320300mm管箱圆筒内径300mm材料名称Q345R材料名称Q345R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管板校核计算

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Pc0.65MPa设计温度t320.00C内径Di300.00mm曲面高度hi81.00mm材料Q345R(板材)设计温度许用应力t149.00MPa试验温度许用应力189.00MPa钢板负偏差C10.00mm腐蚀裕量C21.00mm焊接接头系数1.00厚度及重量计算形状系数K==0.9049计算厚度==0.59mm有效厚度e=n-C1-C2=7.00mm最小厚度min=3.00mm名义厚度n=8.00mm结论满足最小厚度要求重量8.08Kg压力计算最大允许工作压力[Pw]==7.58634MPa结论合格

后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Pc0.65MPa设计温度t320.00C内径Di300.00mm曲面高度hi81.00mm材料Q345R(板材)设计温度许用应力t149.00MPa试验温度许用应力189.00MPa钢板负偏差C10.00mm腐蚀裕量C21.00mm焊接接头系数1.00厚度及重量计算形状系数K==0.9049计算厚度==0.59mm有效厚度e=n-C1-C2=7.00mm最小厚度min=3.00mm名义厚度n=8.00mm结论满足最小厚度要求重量8.08Kg压力计算最大允许工作压力[Pw]==7.58634MPa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Pc1.65MPa设计温度t290.00C内径Di300.00mm材料Q345R(板材)试验温度许用应力189.00MPa设计温度许用应力t155.80MPa试验温度下屈服点s345.00MPa钢板负偏差C10.00mm腐蚀裕量C21.00mm焊接接头系数0.85厚度及重量计算计算厚度==1.88mm有效厚度e=n-C1-C2=7.00mm名义厚度n=8.00mm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=1.25P=2.5020(或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平TT0.90s=310.50MPa试验压力下圆筒的应力T==64.55MPa校核条件TT校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力[Pw]==6.03915MPa设计温度下计算应力t==36.18MPat132.43MPa校核条件t≥t结论筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度6.00mm,合格延长部分兼作法兰固定式管板设计单位压力容器专用计算软件设计计算条件简图设计压力ps1.65MPa设计温度Ts290平均金属温度ts212.5装配温度to15壳材料名称Q345R设计温度下许用应力[]t155.8Mpa程平均金属温度下弹性模量Es1.902e+05Mpa平均金属温度下热膨胀系数s1.233e-05mm/mm圆壳程圆筒内径Di300mms8mmse7mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量Ef’1.84e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积A=0.25Di27.069e+04mm2壳程圆筒金属横截面积As=s(Di+s)6751mm2管设计压力pt0.65MPa箱设计温度Tt320圆材料名称Q345R筒设计温度下弹性模量Eh1.81e+05MPa管箱圆筒厚度(管箱为高颈法兰取法兰颈部大小端平均值)h12mm管箱圆筒厚度he7mm管箱法兰设计温度下弹性模量Et”1.81e+05MPa材料名称0Cr18Ni9换管子平均温度tt315设计温度下管子材料许用应力[]tt112.8MPa设计温度下管子材料屈服应力st125.4MPa热设计温度下管子材料弹性模量Ett1.744e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量Et1.748e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数t1.766e-05mm/mm管管子外径d25mm管子壁厚t2mm注：管子根数n57换热管中心距S32mm换一根管子金属横截面积144.5mm2换热管长度L2000mm管子有效长度(两管板内侧间距)L11920mm管束模数Kt=Etna/LDi2500MPa管子回转半径8.162mm热管子受压失稳当量长度lcr400mm系数Cr=165.7比值lcr/i49.01管子稳定许用压应力()MPa管管子稳定许用压应力()53.43MPa材料名称Q345R设计温度tp320管设计温度下许用应力129MPa设计温度下弹性模量Ep1.81e+05MPa管板腐蚀裕量C22mm管板输入厚度n40mm管板计算厚度37.7mm隔板槽面积(包括拉杆和假管区面积)Ad0mm2板管板强度削弱系数0.4管板刚度削弱系数0.4管子加强系数K=2.345管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接(焊接)高度l3.5mm胀接许用拉脱应力[q]MPa焊接许用拉脱应力[q]56.4MPa管材料名称Q345R管箱法兰厚度35mm法兰外径440mm箱基本法兰力矩4.14e+06Nmm管程压力操作工况下法兰力3.009e+06Nmm法兰宽度70mm法比值0.02333比值0.1167系数(按h/Di,/Di,查<<GB151-1999>>图25)0.00兰系数”(按h/Di,/Di,查<<GB151-1999>>图26)0.004455旋转刚度139.7MPa材料名称Q345R壳壳体法兰厚度40mm法兰外径440mm体法兰宽度70mm比值0.02333法比值0.1333系数,按h/Di,/Di,查<<GB151-1999>>图250.00兰系数,按h/Di,/Di,查<<GB151-1999>>图260.005111旋转刚度191.1MPa法兰外径与内径之比1.467壳体法兰应力系数Y(按K查<<GB150－1998>>表9-5)5.24旋转刚度无量纲参数0.06003膨胀节总体轴向刚度2.576e+04N/mm管板第一弯矩系数(按,查<<GB151-1999>>图27)0.2848系系数2.044系数(按查<<GB151－98>>图29)1.374换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比1.121数换热管束与带膨胀节壳体刚度之比30.23管板第二弯矩系数(按K,Q或查<<GB151-1999>>图28(a)或(b))34.31系数（带膨胀节时代替Q）0.001941计系数(按K,Q或Qex查图30)0.05496法兰力矩折减系数0.522管板边缘力矩变化系数0.5292算法兰力矩变化系数0.7237管管板开孔后面积Al=A-0.25nd24.271e+04mm2板参管板布管区面积(三角形布管)(正方形布管)5.055e+04mm2数管板布管区当量直径253.7mm系数0.6042系系数0.1929数系数2.506计系数(带膨胀节时代替Q)51.51算管板布管区当量直径与壳体内径之比0.8456管板周边不布管区无量纲宽度k=K(1-t)0.3619

壳体法兰应力22.781.5193.53.8063387MPa换热管轴向应力10.94112.853.43-9.8113338.453.43MPa壳程圆筒轴向应力0.9616132.420.33397.3MPa换热管与管板连接拉脱应力q=5.752[q]56.45.1583[q]焊接[q]胀接169.2MPa仅有管程压力Pt作用下的危险组合工况(Ps=0)不计温差应力计温差应力换热管与壳程圆筒热膨胀变形差=(t-t)-(t-t)0.00.002865当量压力组合-0.7754-0.7754MPa有效压力组合-33.4863.1MPa操作情况下法兰力矩系数-0.0070130.003722管板边缘力矩系数-0.0070130.003722管板边缘剪力系数-0.014340.007608管板总弯矩系数-0.210.5417系数仅用于时0.10860.2801系数当时,按K和m查图31（a）实线当时,按K和m查31（b)1.0690.4146系数>0,=;<0,=1.0690.4193管板径向应力系数带膨胀节Q为Q=0.0083370.003342

仅有壳程压力仅有壳程压力Ps作用下的危险组合工况(Pt=0)不计温差应力计温差应力换热管与壳程圆筒热膨胀变形差=(t-t)-(t-t)0.00.002865当量压力组合1.651.65MPa有效压力组合4.136100.7MPa基本法兰力矩系数0.078140.003209管板边缘力矩系数0.079170.004236管板边缘剪力系数0.16180.008659管板总弯矩系数5.0240.5769系数仅用于时2.5970.2983系数当时,按K和m查图31(a)实线当时,按K和m查图31（b）6.1410.4595系数>0,=,<0,=6.1410.3904管板径向应力系数带膨胀节Q为Q=0.056440.003115管板布管区周边处径向应力系数=0.059670.005949管板布管区周边处剪切应力系数=0.009190.007978壳体法兰力矩系数0.039390.0002702计算值许用值计算值许用值管板径向应力22.321.5193.5303387MPa管板布管区周边处径向应力20.791.5193.526.83387MPa管板布管区周边剪切应力0.38630.564.58.1671.5193.5MPa

管板布管区周边处径向应力系数=-0.0021160.00558管板布管区周边处剪切应力系数=0.0077960.00797壳体法兰力矩系数-0.0056021.804e-06计算值许用值计算值许用值管板径向应力26.71.5193.520.173387MPa管板布管区周边处径向应力15.021.5193.514.733387MPa管板布管区周边剪切应力-2.6530.564.55.1111.5193.5MPa壳体法兰应力26.241.5193.50.015923387MPa换热管轴向应力5.904112.853.43-15.853338.453.43MPa程圆筒轴向应力0.2005132.419.53397.3MPa换热管与管板连接拉脱应力q=3.104[q]56.48.3353[q]焊接[q]胀接169.2MPa计算结果管板名义厚度40mm管板校核通过

管箱法兰计算计算单位压力容器专用计算软件设计条件简图设计压力p0.650MPa计算压力pc0.650MPa设计温度t320.0C轴向外载荷F0.0N外力矩M0.0N.mm壳材料名称Q345R体许用应力149.0MPa法材料名称Q345R许用[]f185.0MPa兰应力[]139.0MPa材料名称35螺许用[