15万吨年丙烯腈项目3-设备计算说明书

15万吨/年丙烯腈项目——设备计算说明书-11-15万吨年丙烯腈项目设备计算说明书目录第一章塔设备设计计算说明书 -4-1.1塔设备选型设计依据 -4-1.2塔形的选型 -4-1.2.1与物性有关的因素 -4-1.2.2与操作条件有关的因素 -5-1.2.3其它因素 -5-1.3塔盘的类型与选择 -7-1.4丙烯精制塔结构计算 -8-1.4.1塔径计算 -9-1.4.2溢流区设计 -10-1.4.3开孔区设计 -12-1.4.4流体力学校核 -14-1.5用cup-tower校核 -22-1.5.1数据输入输出 -22-1.5.2计算结果 -23-1.6塔高计算 -30-1.6.1塔顶空间高 -30-1.6.2人孔数 -30-1.6.3进料段高度 -30-1.6.4塔底部空间高度 -30-1.6.5支座的高度 -31-1.6.5封头高度 -31-1.6.6接管计算 -31-1.7塔高强度校核 -32-1.7.1塔体和封头选材 -32-1.7.2校核结果 -34-1.8设计总结（输入数据、计算结果、机械核算） -56-第二章换热器设计计算说明书 -58-2.1概述 -58-2.2设计依据 -58-2.3换热器的选型说明 -59-2.3.1类型与特点 -59-2.3.2物流流程的选择 -60-2.3.3换热管 -60-2.4换热器的选型计算 -62-2.4.1设计条件的确定 -62-2.4.2确定主要物性数据 -63-2.4.3.工艺过程计算 -63-2.4.4使用软件进行辅助设计 -69-2.5换热器的强度校核 -71-2.6设计小节（输入数据、计算结果、机械核算） -93-第三章反应器设计计算说明书 -95-3.1丙烷脱氢反应器设计 -95-3.1.1概述 -95-3.1.2反应机理 -96-3.1.3催化剂的选择 -98-3.1.4动力学分析 -102-3.1.5反应条件的选择 -104-3.1.6移动床膜反应器的设计 -104-3.1.7反应器计算结果以及强度校核 -107-3.2丙烯氨氧化反应器设计 -116-3.2.1概述 -116-3.2.2反应机理 -116-3.2.3催化剂的选择 -117-3.2.4动力学分析 -119-3.2.5反应条件的选择 -120-3.2.6反应器类型选择 -124-3.2.7反应器设计与多物理场耦合 -133-3.2.8反应器结果计算以及强度校核 -135-3.3设计结果（输入数据、计算结果、机械核算） -140-第四章压缩机设计计算说明书 -142-4.1概述 -142-4.2选用要求 -142-4.3压缩机选型 -143-第五章泵设备计算说明书 -144-5.1概述 -144-5.2选用要求 -145-5.3选型依据 -148-5.4泵的选型 -149-第六章罐类设备计算说明书 -152-6.1储罐设备 -152-6.1.1储罐选型依据 -152-6.1.2液氨原料储罐 -152-6.1.3丙烷原料储罐 -152-6.1.4丙烯腈产品储罐 -153-6.1.5乙腈产品储罐 -153-6.1.6氰化氢产品储罐 -154-6.1.7氢气产品储罐 -154-6.2非罐区罐设备 -155-6.2.1概述 -155-6.2.2非罐区设备设计计算 -155-第七章膜分离器设计 -158-7.1概述 -158-7.2气体膜分离器的简介 -159-7.2.1气体膜分离器 -159-7.2.2气体膜分离器中气体的流型与流动导向 -162-7.3初步选型 -164-7.4中空纤维式膜分离器数学模型的改进与嵌入 -164-7.4.1中空纤维膜分离器数学模型的假设 -164-7.4.2中空纤维膜分离器数学模型的建立及化简 -165-7.5中空纤维式气体膜分离器Hysys中的模拟计算 -166-7.6浅冷膜分离过程设计 -166-7.7膜分离Hysys模拟 -167-7.7.1Hysys工艺流程图 -167-7.7.2Hysys设计参数 -168-7.7.3渗透侧参数 -169-7.7.4渗余侧参数 -170-7.7.5Hysys设计结果 -171-7.8膜组件设计 -171-7.9膜分离器的设计 -172-7.10设计小结 -172-7.11膜分离优势 -173-第八章设备选型一览表 -0-8.1定型设备（标准设备）一览表 -0-8.1.1泵 -0-8.1.2压缩机 -2-8.1.3换热器 -2-8.2非标设备一览表 -5-8.2.1塔设备 -5-8.2.2非罐区罐设备 -7-8.2.3储罐设备 -9-8.2.4反应器设备 -10-8.2.5膜分离器设备 -11-第一章塔设备设计计算说明书1.1塔设备选型设计依据《石油化工设计手册》《固定式压力容器》 GB150-2011《设备及管道保温设计导则》 GB8175-2008《压力容器封头》 GB/T25198-2010《塔器设计技术规定》 HG20652-1998《钢制化工容器结构设计规定》 HG/T20583-2011《工艺系统工程设计技术规范》 HG/T20570-1995《塔顶吊柱》 HG/T21639-2005《不锈钢人、手孔》 HG21594-2014《钢制人孔和手孔的类型与技术条件》 HG/T21514-2014《钢制塔器容器》 JB/T4710-20051.2塔形的选型塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节。选择时考虑的因素有：物料性质、操作条件、塔设备性能，以及塔设备的制造、安装、运转和维修等。1.2.1与物性有关的因素易起泡的物系，如处理量不大时，以选用填料塔为宜。因为填料能使泡沫破裂，在板式塔中则易引起液泛。具有腐蚀性的介质，可选用填料塔。如必须用板式塔，宜选用结构简单、造价便宜的筛板塔盘、穿流式塔盘或舌形塔盘，以便及时更换。具有热敏性的物料须减压操作，以防过热引起分解或聚合，故应选用压力降较小的塔型。如可采用装填规整填料的散堆填料等，当要求真空度较低时，也可用筛板塔和浮阀塔。黏性较大的物系，可以选用大尺寸填料，板式塔的传质效率较差。含有悬浮物的物料，应选择液流通道较大的塔型，以板式塔为宜。可选用泡罩塔、浮阀塔、栅板塔、舌形塔和孔径较大的筛板塔等。不宜使用填料。操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。因塔板上积有液层，可在其中安放换热管，进行有效的加热或冷却。1.2.2与操作条件有关的因素若气相传质阻力大（即气相控制系统。如低黏度液体的蒸馏，空气增湿等），宜采用填料塔，因填料层中气相呈湍流，液相为膜状流。反之，受液相控制的系统（如水洗CO2），宜采用板式塔，因为板式塔中液相呈湍流，用气相在液层中鼓泡。大的液体负荷，可选用填料塔，若用板式塔时，宜选用气液并流的塔型（如喷射型塔盘）或选用板上液流阻力较小的塔型（如筛板和浮阀）。此外，导向筛板塔盘和多降液管筛板塔盘都能承受较大的液体负荷。低的液体负荷，一般不宜采用填料塔。因为填料塔要求一定量的喷淋密度，但网体填料能用于低液体负荷的场合。液气比波动的适应性，板式塔优于填料塔，故当液气比波动较大时宜用板式塔。1.2.3其它因素对于多数情况，塔径小于800mm时，不宜采用板式塔，宜用填料塔。对于大塔径，对加压或常压操作过程，应优先选用板式塔；对减压操作过程，宜采用新型填料。一般填料塔比板式塔重。大塔以板式塔造价较廉。因填料价格约与塔体的容积成正比，板式塔按单位面积计算的价格，随塔径增大而减小。表1-1塔型选用顺序考虑因素选择顺序塔径800mm以下，填料塔大塔径，板式塔具有腐蚀性的物料填料塔穿流式塔筛板塔喷射型塔污浊液体大孔径筛板塔穿流式塔喷射型塔浮阀塔泡罩塔操作弹性浮阀塔泡罩塔筛板塔真空操作填料塔导向筛板网孔塔板筛板浮阀塔板大液气比多降液管筛板塔填料塔喷射型塔浮阀塔筛板塔存在两液相的场合穿流式塔填料塔结合上述原则和表1-1板式塔和填料塔的对比情况，两种类型的塔器各有特点：不同任务、操作条件、介质性质情况下，选择合适的精制塔能够充分发挥塔的作用，既能保证安全稳定生产，又能过降低生产成本。该丙烯精制塔以丙烷和丙烯为原料，原料洁净、腐蚀性小、粘度小且无悬浮物，整套装置产量大并且气液相负荷大。直径较大，且要满足操作稳定性比较好等要求，故本设计采用板式塔。1.3塔盘的类型与选择板式塔是分级式接触型气液传质设备，种类繁多。根据目前国内外实际使用的情况，主要的塔型是泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔、浮动喷射塔、等等。表1-2各种板式塔的优缺点及用途塔盘型式结构优点缺点用途泡罩型圆形泡罩复杂弹性好，无泄漏费用高，板间距大，压降大特定要求S型泡罩塔板稍简单简化形式，性能同特定要求浮阀型条形浮阀简单操作弹性好塔板效率高处理能力大无特别缺点加压常压下的气液传质重盘式浮阀简单，复杂T形浮阀简单穿流型筛板(溢流式)简单正常负荷下的效率高。费用最低压力降小稳定操作范围窄，易堵，易泄露变动量少且不析出固体波纹筛板简单处理量大压降小，便宜效率低，弹性小，量少粗蒸馏栅板简单处理量大，压力降小，便宜塔效率低，弹性较小，量少适合粗蒸馏表1-3各种塔盘性能的比较性能塔型泡罩塔浮阀塔筛板塔舌形塔栅板塔与泡罩塔相比的相对气体负荷11.31.31.352效率良优优良良操作弹性超超良超中85%最大负荷时的单板压降/mm(水柱)45-8045-8030-5040-7025-40与泡罩塔的相对价格10.70.70.70.5可靠性优良优良中从上表中可以得出以下几条结论：(1)浮阀塔在蒸汽负荷、操作弹性、效率和价格方面都比泡罩塔优越，这也是浮阀塔被广泛应用的原因。(2)筛板塔造价低、压降小，但是操作弹性较差。对于本次的设计采用的是浮阀塔，主要是由于处理量比较大。1.4丙烯精制塔结构计算工艺数据：由Aspenplus模拟的T203的各塔板上的物性参数可知，选取塔板上气液相负荷较大的第72块塔板进行手工计算和校核，然后再用CUP-TOWER进行软件计算，通过比较来检查计算的正确性。第72块塔板物性参数如表1-4所示：表1-4第72块塔板物性参数板数液相温度气相温度液相流速气相流速液相密度气相密度液相粘度气相粘度液相表面张力CCcum/hrcum/hrkg/cumkg/cumcPcPdyne/cm7251.4151.626781.8057794.82449.11943.3790.01030.06635.165整理得液相流量气相流量液相密度气相密度1.4.1塔径计算初选塔间距,板上液层高度，故。计算Smith图中横坐标的数值查Smith图，得图1-5Smith关联图矫正到表面张力为5.165mN/m时泛点气速:为避免雾沫夹带及液泛的发生，一般情况,这里取安全系数为0.75，则空塔系数为：塔径为：按塔径系列标准圆整为则塔截面积空塔气数1.4.2溢流区设计因液相流量大，采用双弓形降液管，凹形受液盘故不设内堰。eq\o\ac(○,1)堰长，取为0.7，即eq\o\ac(○,2)堰高图1-6流系收缩系数由图1-6流系收缩系数图查得堰上液层高度可按弗朗西斯公式计算,即则eq\o\ac(○,3)降液管底隙，为防止气体从降液管底部窜入取底部液封高度为0.01m流体流经降液管底部流速ud’eq\o\ac(○,4)弓形管宽和面积由弓形降液管参数图得：图1-7弓形降液管参数图所以可得校验降液管内停留时间故降液管尺寸符合要求。1.4.3开孔区设计取阀孔动能因子,则孔速为阀孔数N为取边缘区宽度，安定区宽度边缘降液板宽度对双溢流型塔板因尽量使中间降液管的面积等于两侧降液管面积之和则取则有效传质面积Aa为浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一横排孔心距t=0.075m则相邻两排孔心距为考虑到塔的直径较大要进行分块，而分块式塔板的支撑和塔接需要占去一部分开孔面积，因此排间率因小于120mm，按照等腰三角形叉排式作图，如下，排得阀孔数为1216个。按N=1216重新核算阀动能因子变化不大，任然在912范围内，塔板开孔率图1-8塔板排孔图1.4.4流体力学校核1.4.4.1计算气相压降干板阻力阀片全开前阀片全开后联立解出临界孔速,即解得因为,所以按阀片全开后式计算塔板液层的阻力对于丙烷-丙烯物系可取，则板上液体的表面张力引起的压力降甚小，将其忽略。所以气体通过一层塔板的压降为1.4.4.2漏液的验算前已求得操作条件下阀动能因子,不会发生严重漏液现象。1.4.4.3液泛的验算为避免液泛，要求控制降液管内清液层高度,同时—气体通过一层塔板的压降所相当的液柱高度。前已算出，则—液体通过降液管的压头损失。因不设内堰，按下式计算—板上清液层高度。为0.12m。忽略不计。所以为泡沫层的相对密度，和液体的起泡性有关，对一般液体，可取为0.50.6取,则可见，符合防止液泛的要求。1.4.4.5液沫夹带验算按下面二式计算泛点率，取计算结果较大者。对双流型板上液相流长板上液流面积其中根据物性系数表表1-9物性系数表系统k系统k无泡沫，正常系统1.0重度起泡沫（如胺及乙二醇吸收塔）0.73氟化物（如BF4、氟利昂）0.9严重起泡沫（如甲乙酮装置）0.60中等起泡沫（如油吸塔、胺及乙二醇再生塔）0.85形成稳定泡沫系统（如碱再生塔）0.30根据物性系数表丙烯-丙烷按正常物系取，又查泛点负荷因子图图1-10泛点负荷因子图带入上式得对于大塔，为避免过量液沫夹带，一般控制泛点率不超过80%计算得出的泛点率均在80%以下，所以液沫夹带能满足要求。1.4.4.6塔板负荷性能图液沫夹带上限线。按泛点率为80%计算Vs—Ls的关系,即整理得液泛线。液泛关系式且eq\o\ac(○,a)—气体通过一层塔板的压降所相当的液柱高度。—干板阻力所相当的液柱高度。 —液层阻力所相当的液柱高度。—液层阻力所相当的液柱高度。忽略。eq\o\ac(○,b)—液体通过降液管的压头损失。—底隙高度。eq\o\ac(○,c)—板上清液层高度。—堰高。—堰上液层高度。eq\o\ac(○,d)—液层阻力所相当的液柱高度。忽略。则该式可简化为计算降液管泛液线上点得表表1-11降液管泛液线数据表Ls0.10.130.160.190.220.250.280.310.340.37Vs5.315.1214.9054.6574.3694.0323.6313.1422.5141.587液相负荷上限线：取气相负荷下限线以作为最小负荷的标准液相负荷下限线取堰上液流高度取由负荷性能图可看出，该塔的气相负荷完全由液沫夹带控制。液相流量气相流量做操做点p，该点在操作区适中位置。过op做直线，交负荷性能图于A,B两点。由此可确定气相负荷上限气相负荷下限图1-12浮阀塔塔板性能图表1-13设计结果一览表项目数值及说明备注塔径D/m4.8塔间距0.65塔板形式双溢流降液管分块式塔板空塔气速0.126溢流堰长3.36板上液层高度0.12降液管底隙高度0.04浮阀数/个1216阀孔气速1.492阀孔动能因数9.827临界阀孔气速1.33孔心距0.075同一横排孔心距排孔距0.1相邻两横排中心线距离单板压降556.056液体在降液管内的停留时间9.501降液管内清液层高度0.346泛点率%72.31液相负荷上限2.394液相负荷下限1.1021.5用cup-tower校核1.5.1数据输入输出输入塔板结构参数如下图1-14浮阀塔数据输入图1-15浮阀塔数据输出1.5.2计算结果计算结果及计算说明书如下表1-16塔体计算结果项目数值塔板编号(实际)1-77塔板层数77塔内径，m4.8板间距，mm650液流程数2Ａd/Ａt,%17.5开孔率,%7.4堰长，mm3360/4754堰高，mm50底隙/侧隙，mm100/100降液管宽，mm686/664受液盘宽，mm686/664受液盘深，mm60堰型平堰塔板形式圆形浮阀塔板编号1#—77#溢流强度，m3/mh116.34停留时间，s9.50降液管液泛，%77.09阀孔动能因子，(m/s)(kg/m3)0.510.65单位塔板压降，Pa563.20降液管内线速度,m/s0.07降液管底隙速度,m/s0.40表1-16塔校核计算说明书基本信息1项目名称年产15吨丙烯腈7校核人夏泽秋2装置名称丙烯精制塔8日期2016/5/23塔的名称T2039说明4塔板编号(实际)1#—120#10计算选用的理论版72#5塔板层数12011塔板编号(理论)1#—77#6塔板形式圆形浮阀12分段说明工艺设计条件液相气相1质量流量kg/h351123.817质量流量kg/h338135.812密度kg/m3449.128密度kg/m343.383体积流量m3/h781.809体积流量m3/h7794.824粘度cp0.0710粘度cp0.015表面张力dyn/cm5.1711安全因子/0.826体系因子/0.9512充气因子/0.50塔板结构参数1塔径m4.806孔数#1121.522板间距m0.65007开孔密度#/m2111.023塔截面积m218.09568溢流程数/24开孔区面积m210.10239堰的形式/平堰5开孔率%7.40溢流区尺寸两侧中心1降液管面积比%17.5417.562堰径比%70.0099.043降液管顶部宽度m0.68610.66414弯折距离m0.25960.33255降液管底部宽度m0.42650.33166受液盘深度m0.06000.06007受液盘宽度m0.68610.66418堰高m0.05000.05009降液管底隙m0.10000.100010降液管顶部面积m23.17373.177311降液管底部面积m21.58321.590412顶部堰长m3.36004.753813底部堰长m2.73154.788514进口堰高度m15进口堰宽度m圆形浮阀参数1浮阀孔径m0.03952单阀重量kg0.03363748工艺计算结果正常操作110%操作90%操作1空塔气速m/s0.11970.13160.10772空塔动能因子m/s(kg/m3)^0.50.78810.86690.70933空塔容量因子m/s0.03910.04300.03524孔速m/s1.61701.77871.45535孔动能因子m/s(kg/m3)^0.510.649811.71489.58486漏点气速m/s0.75910.75910.75917漏点动能因子m/s(kg/m3)^0.55.00005.00005.00008相对泄露量kg液/100kg液9溢流强度m^3/(h.m)116.3400127.9740104.706010流动参数/0.32270.32270.322711板上液层高度m0.11770.12210.113112堰上液层高度m0.06770.07210.063113液面梯度m14板上液层阻力m液柱0.05880.06110.056515干板压降m液柱0.06910.08360.056016总板压降m液柱0.12800.14470.112517雾沫夹带kg液/kg气0.01340.01980.008618降液管液泛%77.091184.591870.058919降液管内液体高度m0.26980.29610.245220降液管停留时间s9.49928.635610.554721降液管内线速度m/s0.06840.07530.061622降液管底隙速度m/s0.39750.43730.357823降液管底隙阻力m液柱0.02420.02930.019624稳定系数/2.13002.34301.917025降液管最小停留时间s4.00004.00004.0000负荷性能图参数1操作点横坐标m3/h781.802操作点纵坐标10^3m3/h7.793操作上限百分比--110.00%4操作下限百分比--90.00%55%漏液时漏点动能因子m/s(kg/m3)^0.55.00610%漏液时漏点动能因子m/s(kg/m3)^0.5X液相体积流量m3/hY气相体积流量10^3*m3/h0-操作线1-液相下限线2-液相上限线3-漏液线4-雾沫夹带线5-液泛线塔板编号#—#气相工况100%110%90%液相工况100%110%90%结构参数负荷性能图塔径[mm]4800.板间距[mm]650.降液管面积[%]17.54塔板开孔率[%]7.4出口堰长[mm]3360./4754.出口堰高[mm]50./50.降液板底隙[mm]100.溢流程数2气液负荷气相负荷[m3/h]7794.828574.3037716.872气相密度[kg/m3]43.3843.3843.38液相负荷[m3/h]781.805859.985703.624液相密度[kg/m3]449.12449.12449.12塔板水力学计算结果液流强度[m3/m*h]116.34127.97104.71空塔气速[m/s]0.120.130.11阀孔动能因子[m/s(kg/m3)^0.5]10.6511.719.58塔板压降[pa]563.2636.86495.29雾沫夹带[%]1.341.980.86漏液率[%]操作/下限孔速2.132.341.92降液管停留时间[s]9.58.6410.55降液管清液高度[mm]269.82296.07245.21降液管液泛率[%]77.0984.5970.06降液管底隙流速[m/s]0.40.440.36通过比较软件计算出来的结果和手算结果还可以得到以下结论：在设定相同参数时，CUP-TOWER计算结果和详细设计计算结果都能够满足工艺要求1.6塔高计算1.6.1塔顶空间高塔顶空间高是指最上一层塔板到顶封头上端之间的距离。塔顶空间高度的作用时安装塔板和开人孔的需要，也使气体中的液体自由沉降，减少塔顶出口气中的液滴夹带，空间高度一般取1.2～1.5m，这里取。1.6.2人孔数有人孔的上下两塔板间距应大于等于600mm，这里取。取10块板设置一个人孔，实际塔板120块，所以开12个人孔(不包括塔顶和塔底人孔数)。1.6.3进料段高度进料段高度取决于进料口结构形式和物料状态，一般要比大，取。1.6.4塔底部空间高度塔底部空间高度是指最下一层塔板到底封头上端之间的距离。则取筒体高度为1.6.5支座的高度支座一般均选用圆筒形或圆锥形的裙座。筒体高度大于10m，塔径3.8m>1m，所以采用圆柱形裙座：综上可知板式塔的高度为：1.6.5封头高度封头选取标准椭圆形封头，根据JB/T4746-2002，知h=50mm，H=2000mm。1.6.6接管计算塔顶出料气体流速为15m/s。塔顶液体出料管（1）塔顶出料管选取φ490×15的无缝钢管，实际流速为13.6m/s。（2）塔釜出料管塔釜出料液体速度取0.5m/s选取φ165×10的无缝钢管，实际流速为0.49m/s。（3）进料管取进料流速为1.0m/s选取φ210×5的无缝钢管，实际流速为0.57m/s1.7塔高强度校核1.7.1塔体和封头选材精馏塔内操作压力为1.9MPa，最低操作温度为44.05℃，最高操作温度52.5℃，选取Q345R做为塔体和封头的材料。这里采用SW6-2011进行塔体的强度计算，封头采用标准椭圆封头，输入参数如下面系列图所示：图1-17筒体数据输入图1-18塔板数据输入图1-19上封头数据图1-20上封头数据1.7.2校核结果表1-21校核结果塔设备校核计算单位大连理工大学（盘锦校区）chemblock计算条件塔型板式容器分段数（不包括裙座）1压力试验类型液压封头上封头下封头材料名称Q345RQ345R名义厚度(mm)3838腐蚀裕量(mm)33焊接接头系数0.850.85封头形状椭圆形椭圆形圆筒设计压力(Mpa)设计温度(℃)长度(mm)名义厚度(mm)内径/外径(mm)材料名称(即钢号)127084050384800Q345R2345678910圆筒腐蚀裕量(mm)纵向焊接接头系数环向焊接接头系数外压计算长度(mm)试验压力(立)(Mpa)试验压力(卧)(Mpa)130.850.8502.53.344642345678910

内件及偏心载荷介质密度kg/m3445塔釜液面离焊接接头的高度mm585塔板分段数12345塔板型式浮阀塔板层数120每层塔板上积液厚度mm120最高一层塔板高度mm86950最低一层塔板高度mm7100填料分段数12345填料顶部高度mm填料底部高度mm填料密度kg/m3集中载荷数12345集中载荷kg0集中载荷高度mm0集中载荷中心至容器中心线距离mm0塔器附件及基础塔器附件质量计算系数1基本风压N/m2400基础高度mm0塔器保温层厚度mm50保温层密度kg/m350裙座防火层厚度mm0防火层密度kg/m30管线保温层厚度mm30最大管线外径mm530笼式扶梯与最大管线的相对位置90场地土类型II场地土粗糙度类别B地震设防烈度8度(0.2g)设计地震分组第三组地震影响系数最大值max0.16阻尼比0.01塔器上平台总个数13平台宽度mm1200塔器上最高平台高度mm87700塔器上最低平台高度mm8000

裙座裙座结构形式圆筒形裙座底部截面内径mm4800裙座与壳体连接形式对接裙座高度mm5000裙座材料名称Q345R裙座设计温度℃70裙座腐蚀裕量mm3裙座名义厚度mm25裙座材料许用应力MPa185裙座与筒体连接段的材料Q345R裙座与筒体连接段在设计温度下许用应力MPa189裙座与筒体连接段长度mm108裙座上同一高度处较大孔个数2裙座较大孔中心高度mm950裙座上较大孔引出管内径（或宽度）mm500裙座上较大孔引出管厚度mm10裙座上较大孔引出管长度mm250地脚螺栓及地脚螺栓座地脚螺栓材料名称Q345地脚螺栓材料许用应力MPa170地脚螺栓个数40地脚螺栓公称直径mm68全部筋板块数64相邻筋板最大外侧间距mm306.922筋板内侧间距mm120筋板厚度mm40筋板宽度mm170盖板类型整块盖板上地脚螺栓孔直径mm85盖板厚度mm55盖板宽度mm0垫板有垫板上地脚螺栓孔直径mm67垫板厚度mm24垫板宽度mm120基础环板外径mm5100基础环板内径mm4500基础环板名义厚度mm55

计算结果容器壳体强度计算元件名称压力设计名义厚度(mm)直立容器校核取用厚度(mm)许用内压(MPa)许用外压(MPa)下封头38383.855第1段圆筒38382.208第1段变径段第2段圆筒第2段变径段第3段圆筒第3段变径段第4段圆筒第4段变径段第5段圆筒第5段变径段第6段圆筒第6段变径段第7段圆筒第7段变径段第8段圆筒第8段变径段第9段圆筒第9段变径段第10段圆筒上封头38383.855裙座名义厚度(mm)取用厚度(mm)2525

风载及地震载荷0－0A－A裙座与筒体连接段1－1(筒体)1－1(下封头)2－23－3762606759742737873737547737547500645497781475911475586475586压力试验时质量2.20179e+062.19893e+062.17706e+06605741605741风弯矩2.111e+102.075e+101.928e+101.924e+101.924e+10Mca(I)1.088e+101.072e+101.006e+101.004e+101.004e+10Mca(II)顺风向弯矩(I)2.798e+092.75e+092.552e+092.546e+092.546e+09顺风向弯矩(II)00000组合风弯矩2.111e+102.075e+101.928e+101.924e+101.924e+10地震弯矩注:计及高振型时,此项按B.24计算1.633e+101.6e+101.466e+101.463e+101.463e+10偏心弯矩00000需横风向计算时2.161e+102.119e+101.948e+101.944e+101.944e+10

垂直地震力583531583508582429582402582402应力计算69.1669.1624.6525.5422.8512.7112.7155.0353.9947.4330.9630.9610.0310.0386.4686.4666.0168.5562.3911.3611.3616.1315.8714.089.199.19[]t185.00185.00189.00181.00181.00B110.94110.94116.84142.38142.38

组合应力校核(内压),(外压)87.4187.41许用值184.62184.62(内压),(外压)79.6779.5370.2840.9940.99许用值133.13133.13140.21170.85170.8584.2984.29许用值283.50283.5082.1484.4276.4820.5520.55许用值112.75112.75118.51152.58183.10233.00233.00许用值283.50283.50校核结果合格合格合格合格合格

计算结果地脚螺栓及地脚螺栓座基础环板抗弯断面模数mm35.12929e+09基础环板面积mm24.52389e+06基础环板计算力矩Nmm35699.7基础环板需要厚度mm38.17基础环板厚度厚度校核结果合格混凝土地基上最大压应力MPa6.01地脚螺栓受风载时最大拉应力MPa3.03地脚螺栓受地震载荷时最大拉应力MPa2.69地脚螺栓需要的螺纹小径mm53.6652地脚螺栓实际的螺纹小径mm60地脚螺栓校核结果合格筋板压应力MPa42.84筋板许用应力MPa97.16筋板校核结果合格盖板最大应力MPa107.23盖板许用应力MPa147盖板校核结果¦合格裙座与壳体的焊接接头校核焊接接头截面上的塔器操作质量kg737547焊接接头截面上的最大弯矩Nmm1.94382e+10

对接接头校核对接接头横截面mm2342308对接接头抗弯断面模数mm34.10769e+08对接焊接接头在操作工况下最大拉应力MPa27.88对接焊接接头拉应力许可值MPa130.32对接接头拉应力校核结果合格搭接接头校核搭接接头横截面mm2搭接接头抗剪断面模数mm3搭接焊接接头在操作工况下最大剪应力MPa搭接焊接接头在操作工况下的剪应力许可值MPa搭接焊接接头在试验工况下最大剪应力MPa搭接焊接接头在试验工况下的剪应力许可值MPa搭接接头拉应力校核结果主要尺寸设计及总体参数计算结果裙座设计名义厚度mm25容器总容积mm31.57099e+12直立容器总高mm91138壳体和裙座质量kg415915附件质量kg0内件质量kg162694保温层质量kg3226.7平台及扶梯质量kg48963.8操作时物料质量kg131806液压试验时液体质量kg1.57099e+06吊装时空塔质量kg448454直立容器的操作质量kg762606直立容器的最小质量kg500645直立容器的最大质量kg2.20179e+06

空塔重心至基础环板底截面距离mm45500.8直立容器自振周期s2.55第二振型自振周期s0.40第三振型自振周期s0.14临界风速(第一振型)9.74临界风速(第二振型)雷诺系数12370302.46设计风速36.03风载对直立容器总的横推力N377623地震载荷对直立容器总的横推力N235214操作工况下容器顶部最大挠度mm85.9608容器许用外压MPa注：内件质量指塔板质量；填料质量计入物料质量；偏心质量计入直立容器的操作质量、最小质量、最大质量中。

上封头校核计算计算单位大连理工大学（盘锦校区）chemblock计算所依据的标准GB150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力Pc2.36MPa设计温度t70.00C内径Di4800.00mm曲面深度hi2000.00mm材料Q345R(板材)设计温度许用应力t181.00MPa试验温度许用应力181.00MPa钢板负偏差C10.30mm腐蚀裕量C23.00mm焊接接头系数0.85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=1.25Pc=2.5000(或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力tT0.90s=283.50MPa试验压力下封头的应力T==117.37MPa校核条件TT校核结果合格厚度及重量计算形状系数K==0.5733计算厚度h==21.19mm有效厚度eh=nh-C1-C2=34.70mm最小厚度min=7.20mm名义厚度nh=38.00mm结论满足最小厚度要求重量9985.03Kg压力计算最大允许工作压力[Pw]==3.85549MPa结论合格

下封头校核计算计算单位大连理工大学（盘锦校区）chemblock计算所依据的标准GB150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力Pc2.00MPa设计温度t70.00C内径Di4800.00mm曲面深度hi2000.00mm材料Q345R(板材)设计温度许用应力t181.00MPa试验温度许用应力181.00MPa钢板负偏差C10.30mm腐蚀裕量C23.00mm焊接接头系数0.85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=1.25Pc=3.3446(或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力tT0.90s=283.50MPa试验压力下封头的应力T==157.02MPa校核条件TT校核结果合格厚度及重量计算形状系数K==0.5733计算厚度h==17.95mm有效厚度eh=nh-C1-C2=34.70mm最小厚度min=7.20mm名义厚度nh=38.00mm结论满足最小厚度要求重量9985.03Kg压力计算最大允许工作压力[Pw]==3.85549MPa结论合格

内压圆筒校核计算单位大连理工大学（盘锦校区）chemblock计算所依据的标准GB150.3-2011计算条件筒体简图计算压力Pc2.00MPa设计温度t70.00C内径Di4800.00mm材料Q345R(板材)试验温度许用应力181.00MPa设计温度许用应力t181.00MPa试验温度下屈服点s315.00MPa钢板负偏差C10.30mm腐蚀裕量C23.00mm焊接接头系数0.85厚度及重量计算计算厚度==31.40mm有效厚度e=n-C1-C2=34.70mm名义厚度n=38.00mm重量381060.38Kg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=3.3446(或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平TT0.90s=283.50MPa试验压力下圆筒的应力T==274.12MPa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]==2.20845MPa设计温度下计算应力t==139.33MPat153.85MPa校核条件t≥t结论合格1.8设计总结（输入数据、计算结果、机械核算）计算和校核小节圆筒设计压力(Mpa)设计温度(℃)长度(mm)名义厚度(mm)直径(mm)材料名称(即钢号)127093000384800Q345R风载及地震载荷0－0A－A裙座与筒体连接段1－1(筒体)1－1(下封头)2－23－3组合风弯矩2.111e+102.075e+101.928e+101.924e+101.924e+10地震弯矩注:计及高振型时,此项按B.24计算1.633e+101.6e+101.466e+101.463e+101.463e+10地脚螺栓及地脚螺栓座地脚螺栓受风载时最大拉应力MPa3.03地脚螺栓受地震载荷时最大拉应力MPa2.69容器壳体强度计算元件名称压力设计名义厚度(mm)直立容器校核取用厚度(mm)校核结果封头3838合格筒体3838合格裙座2525合格地脚螺栓材料名称Q345地脚螺栓材料许用应力MPa170地脚螺栓个数40地脚螺栓公称直径mm68裙座材料名称Q345R裙座设计温度℃70裙座腐蚀裕量mm3裙座名义厚度mm25裙座高度mm5000裙座材料许用应力MPa185备注：其余塔的选型结果见附录第二章换热器设计计算说明书2.1概述在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度高，放热；另一种流体温度低，吸热。在工程实践中有时也会有两种以上流体参加换热的换热器，但其基本原理与前一致。化工、石油、动力、食品等行业中广泛使用各种换热器，它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。随着工业的迅速发展，能源消耗量不断增加，能源紧张已成为一个世界性问题。为缓和能源紧张的状况，世界各国竞相采取节能措施，大力发展节能技术，已成为当前工业生产和人民生活中一个重要课题。换热器在节能技术改造中具有很重要的作用，表现在两方面：一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器，提高这些换热器效率，显然可以减少能源的消耗；另一方面，用换热器来回收工业余热，可以显著地提高设备的热效率。2.2设计依据《浮头式换热器和冷凝器型式与基本参数》JB/T4714—92《固定管板式换热器型式与基本参数》JB/T4715—92《立式热虹吸式重沸器型式与基本参数》JB/T4716—92《管壳式换热器》GB151-1999换热器包括过程流股的加热器，塔的再沸器和冷凝器。根据工艺衡算和工艺物料的要求，掌握物料流量、温度、压力、化学性质、物性参数等特性，结合AspenEnergyAnalyzer得出的有关设备负荷、传热面积、流程中的位置等来明确设计任务，选择换热器型式。在设计过程中，需满足如下几个方面的要求：（1）合理地实现所规定的工艺条件。（2）结构安全可靠。（3）便于制造、安装、操作和维修。（4）经济上合理。2.3换热器的选型说明2.3.1类型与特点换热器作为传热设备在工业中应用非常普遍，按照换热的方式和原理不同，换热设备分为直接式、蓄热式和间壁式。间壁式换热器又分为夹套式、管式、管壳式和板式。根据分离及利用生产工艺的特点，我们选择管壳式换热器，管壳式换热器的主要形式大致可分为固定管板式、浮头式、U型管式、外填料函式、滑动管板式、双管板式及薄管板式几种。管壳式换热器是把管子和管板连接，再用壳体固定。其优缺点如表2-1所示。表2-1换热器优缺点名称特点相对费耗用金属（kg/m2）固定管板式换热器结构简单、制造本低，使用广泛，已系列化，管板最薄，但壳侧不易清洗或检修，所以壳程必须走清洁且不易结垢的流体。当两流体温差较大时，可采用具有膨胀节的壳体。但是不宜用于两流体温差过大（一般要<70℃）和壳程压力过高（可通过改变材料、壳体厚度、封头与管板设计来增加其可承受压力）的场合。1.030浮头式换热器克服了固定式的缺点，管束的热膨胀不受壳体的约束，检修和清洗只要将整个管束抽出即可，但结构复杂，安装时浮头端泄露不好控制。适用于冷热流体温差较大，壳程介质腐蚀强、易结垢的情况。1.246U型管式换热结构较浮头简单，但是管程不易清洗，且每根管流程不同，不均匀，且造价高，适用于高温高压情况下，不适合做大直径设备。1.28外填料函式换热器具有浮头式换热器优点，又克服了固定式换热器的缺点，结构简单，制造方便，易于检修和清洗，适合于壳程压力不高、较严重腐蚀的介质、温差较大而经常要更换管束的冷却器。1.012.3.2物流流程的选择对于高温物流一般走管程，从而节省保温层和减少壳体厚度，但是有时为了物料的散热，增强冷却效果，也可以使高温流体走壳程；对于压力较高的物流应该走管程；粘度较大的流体应该走壳程，在壳程可以得到较高的传热系数；对于压力降有特定要求的工艺物流应走管程，因管程的传热系数和压降计算误差较小；流量较小的物流应走壳程，易使物流形成湍流状态，从而增加传热系数；对于具有腐蚀性的物流走管程，否则对壳程和管程都会造成腐蚀；对于有毒流体宜走管程，使泄漏机会减少。2.3.3换热管2.3.3.1换热管规格在选择管道规格时，通常选用Φ19mm的管子；对于易结垢的物料，为方便清洗，采用外径Φ25mm或Φ38mm的管子；对于有气液两相流的工艺物流或者物流流量较大工艺物流，一般选用较大的管径。表22换热管规格表材料换热管标准管子规格/mm外径壁厚碳钢低合金钢GB/T8163GB9948≥14～302～2.5＞30～502.5～3573.5不锈钢GB13296GB9948GB/T14976≥14～30＞1.0～2.0＞30～50＞2.0～3.057铝铝合金GB/T6893≤342.0～3.536～50＞50～55铜GB/T1527101.0～3.011～1819～30铜合金GB/T889010～121.0～3.0＞12～18＞18～25＞25～28钛钛合金GB/T362510～300.5～2.5＞30～40＞40～50管长在满足设计要求的前提下，尽量选用较短的管子，以降低压降。管程数随着管程数增加，管内流速和传热系数均相应的增加，因此一般选在1～2或者4管程，不宜选用太高的管程数，以免压力降过大。换热管中心距心距为管径的1.25～1.5倍，常用换热管中心距一般按照表2-3选取表2-3换热管中心距/mm换热管外径19253238换热管中心距25324048分程隔板槽两侧相邻管中心距38445260排列方式正三角形排列更为紧凑，管外流体的湍动程度高，给热系数大，而正方形排列的管束清洗方便，对易结垢流体更为适用，如将管束旋转45℃放置，也可提高给热系数。折流板折流板可以改变壳程流体的方向，使其垂直于管束流动，获得较好的传热效果。对于DN500mm，选择一对；对于DN500～1000mm，选择两对；对于DN＞1000mm，选择三对以上。裕量对于工艺物流间的换热，留有40%−50%的裕量；对于工艺物流与公用工程间的换热，留有15%−25%的裕量。2.4换热器的选型计算换热器E409壳程与管程的设计条件：设计一台换热器，使T403的出料气换热，达到预定温度，使出料气从58℃到40℃。实现实现气液分离。根据上述流程选择的原则再结合流股具体实际情况，热物流走壳程，冷物流走管程。又因逆流的传热温差较大，所以让两股流体逆流传热。2.4.1设计条件的确定表2-4换热器设计条件操作条件参数壳程管程介质丙烯腈和水循环冷却水质量流量/(kg/h)58616715225进口温度/℃5820出口温度/℃3825进口压力/MPa0.080.15出口压力/MPa0.070.142.4.2确定主要物性数据2.4.2.1定性温度的确定壳程的定性温度为℃管程的定性温度为℃2.4.2.2流体有关物性数据表2-5壳程流体及管程流体的物性项目热物流（壳程）冷物流（管程）密度（kg/m3）722.059993.957黏度（Pa.s）0.000300820.00091253导热系数（W/(m.K)）0.1600.606比热（kJ/(kg.℃)）2.3053.8282.4.3.工艺过程计算2.4.3.1热流量由换热网络可以确定此换热器所通过的热流量为2.4.3.2平均传热温差℃其中2.4.3.3传热面积根据《传热传质过程设备设计》中对K值的范围，假设，根据aspenEnergyAnalyzer得出了换热面积为154m2。2.4.3.4传热管排列方式及管心距传热管按正三角形排列，如图所示。根据的传热管规格，取常用的管心距t为25mm。图2-6传热管正三角形排列方式换热过程是无相变传热场合，采用Ⅰ级较高级冷拔传热管。2.4.3.5.壳体内径换热器壳体内径取决于传热管数、管心距和传热管的排列方式。选用标准换热器，忽略壳体壁厚，其壳体内径约为，采用无缝钢管制作筒体。2.4.3.6.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%，切去的圆缺高度为取折流板间距为：500mm折流板数为考虑到进出口管的排布这里取折流板数块，折流板圆缺面水平配置。2.4.3.7.传热系数的校核（1）壳程表面传热系由克恩法计算可得其中 ——壳程流体的热导率，；——当量直径，；——管外流动雷诺数；——流体在定性温度下的普朗特数；——流体在定性温度下的粘度，；——流体在壁温下的粘度，。则管子为正三角形排列时的当量直径为壳程的流通截面积为壳程流量由AspenPlus模拟得到壳层流速则壳程流体的雷诺数为前式中的适应范围为，符合前式要求。普朗特数为粘度矫正 则壳程表面传热系数（2）管内表面传热系数管程为冷物流，无相变传热，则管程表面传热系数为此公式的适用范围是：低粘度流体；雷诺数；普朗特数；管长管径之比；管程流体被加热，n=0.4。管程流体的流通截面积为管程流量由AspenPlus模拟得到管程流体流速为管程流体的雷诺数为管程流体的雷诺数，适用于前式。普朗特数为以上各物性数据符合前式的适用范围，可用于计算管程表面传热系数。则管程表面传热系数eq\o\ac(○,3)污垢热阻和管壁热阻查阅化工工艺物性手册得管外侧污垢热阻管内侧污垢热阻此换热器管程选用较高级冷拔碳钢传热管材料，其热导率约为50，则管壁热阻为d.总传热系数的确定经计算得到的与假设的基本一致，所选用的换热器可以达到换热要求。eq\o\ac(○,4)换热面积的裕度换热器所需要的换热面积可用式估算传热面积换热器实际的传热面积则换热器的面积裕度为：换热器E409的换热面积裕度合适，可以满足冷热物流的换热要求。2.4.4使用软件进行辅助设计同时使用AspenExchangeDesign&Rating进行辅助设计，所得结果如下表所示。图2-7EDR设计结果2.5换热器的强度校核设计初步完成后，我们用AspenExchangerDesign&Rating中所能得到的数据对所设计出的换热器进行初步机械校核。我们所用的软件为SW6-2011。换热器各部分计算数据如下表所示：表2-8换热器强度校核固定管板换热器设计计算计算单位大连理工大学（盘锦校区）chemblock设计计算条件壳程管程设计压力0.8MPa设计压力1.5MPa设计温度65设计温度30800mm管箱圆筒内径Di800mm材料名称Q245R材料名称Q245R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

前端管箱筒体计算计算单位大连理工大学（盘锦校区）chemblock计算所依据的标准GB150.3-2011计算条件筒体简图计算压力Pc1.50MPa设计温度t30.00C内径Di800.00mm材料Q245R(板材)试验温度许用应力148.00MPa设计温度许用应力t147.88MPa试验温度下屈服点s245.00MPa钢板负偏差C10.30mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数1.00厚度及重量计算计算厚度==4.08mm有效厚度e=n-C1-C2=9.70mm名义厚度n=12.00mm重量213.86Kg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=2.0000(或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平TT0.90s=220.50MPa试验压力下圆筒的应力T==83.47MPa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]==3.54301MPa设计温度下计算应力t==62.61MPat147.88MPa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9.00mm,合格

前端管箱封头计算计算单位大连理工大学（盘锦校区）chemblock计算所依据的标准GB150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力Pc1.50MPa设计温度t30.00C内径Di800.00mm曲面深度hi209.00mm材料Q245R(板材)设计温度许用应力t147.88MPa试验温度许用应力148.00MPa钢板负偏差C10.30mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数1.00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=1.25Pc=2.0000(或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力tT0.90s=220.50MPa试验压力下封头的应力T==98.56MPa校核条件TT校核结果合格厚度及重量计算形状系数K==0.9438计算厚度h==3.84mm有效厚度eh=nh-C1-C2=7.70mm最小厚度min=3.00mm名义厚度nh=10.00mm结论满足最小厚度要求重量65.46Kg压力计算最大允许工作压力[Pw]==3.00073MPa结论合格后端管箱筒体计算计算单位大连理工大学（盘锦校区）chemblock计算所依据的标准GB150.3-2011计算条件筒体简图计算压力Pc1.50MPa设计温度t30.00C内径Di800.00mm材料Q245R(板材)试验温度许用应力148.00MPa设计温度许用应力t147.88MPa试验温度下屈服点s245.00MPa钢板负偏差C10.30mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数1.00厚度及重量计算计算厚度==4.08mm有效厚度e=n-C1-C2=7.70mm名义厚度n=10.00mm重量179.78Kg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=2.0000(或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平TT0.90s=220.50MPa试验压力下圆筒的应力T==104.90MPa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]==2.81946MPa设计温度下计算应力t==78.67MPat147.88MPa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9.00mm,合格

后端管箱封头计算计算单位大连理工大学（盘锦校区）chemblock计算所依据的标准GB150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力Pc1.50MPa设计温度t30.00C内径Di800.00mm曲面深度hi209.00mm材料Q245R(板材)设计温度许用应力t147.88MPa试验温度许用应力148.00MPa钢板负偏差C10.30mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数1.00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=1.25Pc=2.0000(或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力tT0.90s=220.50MPa试验压力下封头的应力T==98.56MPa校核条件TT校核结果合格厚度及重量计算形状系数K==0.9438计算厚度h==3.84mm有效厚度eh=nh-C1-C2=7.70mm最小厚度min=3.00mm名义厚度nh=10.00mm结论满足最小厚度要求重量65.46Kg压力计算最大允许工作压力[Pw]==3.00073MPa结论合格壳程圆筒计算计算单位大连理工大学（盘锦校区）chemblock计算所依据的标准GB150.3-2011计算条件筒体简图计算压力Pc0.80MPa设计温度t65.00C内径Di800.00mm材料Q245R(板材)试验温度许用应力148.00MPa设计温度许用应力t147.44MPa试验温度下屈服点s245.00MPa钢板负偏差C10.30mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数1.00厚度及重量计算计算厚度==2.18mm有效厚度e=n-C1-C2=8.70mm名义厚度n=11.00mm重量660.00Kg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=1.0000(或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平TT0.90s=220.50MPa试验压力下圆筒的应力T==46.48MPa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]==3.17227MPa设计温度下计算应力t==37.18MPat147.44MPa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9.00mm,合格

延长部分兼作法兰固定式管板设计单位大连理工大学（盘锦校区）chemblock设计计算条件简图设计压力ps0.8MPa设计温度Ts65平均金属温度ts48装配温度to15壳材料名称Q245R设计温度下许用应力[]t147.4Mpa程平均金属温度下弹性模量Es1.996e+05Mpa平均金属温度下热膨胀系数s1.111e-05mm/mm圆壳程圆筒内径Di800mms11mmse8.7mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量Ef’1.988e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积A=0.25Di25.027e+05mm2壳程圆筒金属横截面积As=s(Di+s)2.21e+04mm2管设计压力pt1.5MPa箱设计温度Tt30圆材料名称Q245R筒设计温度下弹性模量Eh1.995e+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)h15mm管箱圆筒厚度he13mm管箱法兰设计温度下弹性模量Et”1.995e+05MPa材料名称20(GB9948)换管子平均温度tt22.5设计温度下管子材料许用应力[]tt149.2MPa设计温度下管子材料屈服应力st230.9MPa热设计温度下管子材料弹性模量Ett1.988e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量Et2.009e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数t1.092e-05mm/mm管管子外径d19mm管子壁厚t2mm注：

管子根数n886换热管中心距S25mm换一根管子金属横截面积106.8mm2换热管长度L3000mm管子有效长度(两管板内侧间距)L12840mm管束模数Kt=Etna/LDi8367MPa管子回转半径6.052mm热管子受压失稳当量长度lcr400mm系数Cr=130.3比值lcr/i66.1管子稳定许用压应力()MPa管管子稳定许用压应力()86.19MPa材料名称Q345R设计温度tp65管设计温度下许用应力181MPa设计温度下弹性模量Ep1.988e+05MPa管板腐蚀裕量C24mm管板输入厚度n80mm管板计算厚度69.7mm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=4.078管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接(焊接)高度l3mm胀接许用拉脱应力[q]MPa焊接许用拉脱应力[q]74.59MPa

管材料名称20MnMo管箱法兰厚度130mm法兰外径1000mm箱基本法兰力矩4.717e+07Nmm管程压力操作工况下法兰力2.604e+07Nmm法兰宽度100mm法比值0.01625比值0.1625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)0.003229旋转刚度180.5MPa材料名称Q345R壳壳体法兰厚度72mm法兰外径1000mm体法兰宽度100mm比值0.01087法比值0.09系数,按h/Di,/Di,查<<GB151-1999>>图250.00兰系数,按h/Di,/Di,查<<GB151-1999>>图260.0007489旋转刚度33.92MPa法兰外径与内径之比1.25壳体法兰应力系数Y(按K查<<GB150－2011>>表7-9)8.83旋转刚度无量纲参数0.003184膨胀节总体轴向刚度0N/mm

管板第一弯矩系数(按,查<<GB151-1999>>图27)0.1633系系数12.75系数(按查<<GB151－98>>图29)2.775换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比4.309数换热管束与带膨胀节壳体刚度之比管板第二弯矩系数(按K,Q或查<<GB151-1999>>图28(a)或(b))3.57系数（带膨胀节时代替Q）0.002865计系数(按K,Q或Qex查图30)0.01264法兰力矩折减系数0.2012管板边缘力矩变化系数2.57算法兰力矩变化系数0.4829管管板开孔后面积Al=A-0.25nd22.514e+05mm2板参管板布管区面积(三角形布管)(正方形布管)4.796e+05mm2数管板布管区当量直径781.4mm系数0.5002系系数0.3764数系数6.768计系数(带膨胀节时代替Q)10.36算管板布管区当量直径与壳体内径之比0.9768管板周边不布管区无量纲宽度k=K(1-t)0.09477

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