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1、 本 科 畢 業(yè) 設 計 (論 文) 銅液氨冷設計 Design of Copper Ammonia Cooler 學 院： 專業(yè)班級： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 2013年 6 月 畢業(yè)設計（論文）中文摘要 銅液氨冷設計 摘 要：釜式重沸器是一種使用很廣泛

2、的化工設備，其在石油、化工行業(yè)中的使用越來越廣泛。 文章主要介紹了釜式重沸器，它屬于換熱器的一種。本設計主要涉及了釜式重沸器的機械計算。在已知換熱器的管程 殼程設計壓力設計溫度，以及它們各自進出的物料，焊接系數(shù)等參數(shù)的情況下。查相關資料后，一步步求出換熱管的尺寸和排列方式，大端和小端殼體的筒徑和壁厚以及它們的封頭壁厚、管箱的各數(shù)據(jù)計算、接管的選取及開孔后的補強、兩塊管板的厚度、浮頭的各自參數(shù)、支座的選取、折流板以及其他所有零部件的結構尺寸和材料。并對所算的數(shù)據(jù)參數(shù)進行了校核，以保證設計的可行性和安全性。 關鍵詞：釜式重沸器；設計計算；校核

3、 畢業(yè)設計（論文）外文摘要 Design of Copper Ammonia Cooler Abstract: Kettle-type reboiler is a widely used chemical equipment, in oil, and more and more widely used in chemical industry. Kettle-type reboiler is introduced in this article, it belongs to a kind of heat exchanger. This design mainly involv

4、es the mechanical calculation of kettle-type reboiler. Known in the shell side of the tube side design pressure design temperature of the heat exchanger, as well as their respective materials in and out, under the condition of welding parameters such as coefficient. After check related information,

5、step by step, find out the size and arrangement of the heat exchange tube, Big end and small end of the tube diameter and wall thickness of the shell wall thickness as well as their head, tube box of each data calculation, selection of takeover and open hole after reinforcement, two pieces of the th

6、ickness of the tube plate, each parameter of the floating head, Selection of bearing and baffle plate, and all other parts of structure size and material. Data and to calculate the parameters for the checking, to ensure the safety and feasibility of the design. Keywords: Kettle-type reboiler；Des

7、ign calculation；check 目 錄 1 緒論 ……………………………………………………………………………1 2 設計計算 …………………………………………………………………3 2.1 換熱器結構設計 ……………………………………………………………3 2.2 換熱器殼體設計 ………………………………………………………………4 2.3 管箱的設計 …………………………………………………………………8 2.4 開孔補強 ……………………………………………………………………9 2.5 管板計算

8、 ……………………………………………………………………16 2.6 浮頭的計算 …………………………………………………………………19 2.7 支座 …………………………………………………………………………28 2.8 其他零件 ……………………………………………………………………30 3 安裝、試車、維護和維修 ……………………………………………………33 3.1 安裝 …………………………………………………………………………33 3.2 試車 ……………………………………………………………………………33 3.3 維護和維修 …………………………………

9、………………………………34 結論 ………………………………………………………………………………35 致謝 ………………………………………………………………………………36 參考文獻 ………………………………………………………………………37 附錄 ……………………………………………………………………………38 二〇一三屆本科畢業(yè)生（論文） 第 38 頁 共 38頁 1 緒論 1.1 換熱器的現(xiàn)狀 管殼式換熱器又稱為列管式換熱器。是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結構比較簡單，操作較可靠，

10、適用各種結構材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，特別在煉油、化工行業(yè)中，是主要的工藝設備之一。特別是七十年代初發(fā)生能源危機以來，各國都在紛紛尋找新的能源及節(jié)約能源的途徑。因此，換熱器的研究倍受重視。 1.1.1 計算機的使用 借助計算機模擬運算的優(yōu)點，90年代，楊長威利用計算機對蒸發(fā)器進行了計算和繪圖，鄭剛等利用計算機采用穩(wěn)態(tài)分布參數(shù)法，對換熱器使用時回路的最佳長度進行了模擬。到如今，各種計算系統(tǒng)應運而生。利用計算機后，僅僅輸入最少的數(shù)據(jù)，就能迅速地得到化工機械的設計圖表及圖紙。 1.1.2 高溫高壓換熱器的出現(xiàn) 隨著工藝的飛速反展和大型高溫高壓換熱器的使用率越來越大。近

11、年來，高溫高壓換熱器在結構，材料，工藝和制造方面都有一些進展，管箱和密封面結構都有較大的改善，管子進口區(qū)的防護獲得一些改進。另外采用了薄板以減小熱應力。使用小管子較密排列，改善了管子和管板的連接。 1.2 換熱器的發(fā)展 1.2.1 壓力容器向大型化發(fā)展 壓力容器的大型化能節(jié)約材料、能源、降低投資、降低生產(chǎn)成本?？梢詷O大的提高生產(chǎn)效率。近年來壓力容器大型化趨勢仍在繼續(xù)。 1.2.2 壓力容器用剛的發(fā)展 由于壓力容器向大型化發(fā)展，對鋼材的要求越來越嚴格，材料技術的不斷提高使壓力容器大型化有了保障。鋼材的強度不斷提高，鋼材的抗裂性和韌性指標也有了改善。出現(xiàn)了大線性能量下焊接性良好的鋼板。

12、 1.2.3 焊接新材料新技術的產(chǎn)生和應用 壓力容器材料在鑄鍛軋三種形式之外產(chǎn)生了第四種焊接材料全焊肉，它有兩大特點。第一，焊肉性能完全可根據(jù)需要來決定。焊后只需要做消除應力熱處理。第二，堆焊層之間以及焊肉-芯筒之間基本沒有熱影響區(qū)。 1.2.4 無損檢測技術的可靠性提高 無損檢測技術在對過程裝備材料和整個制造過程以及在役裝備檢驗方面起著重要作用，有效的保證了安全。 1.3 換熱器的發(fā)展趨勢 1.3.1 余熱回收裝置的研究 工業(yè)余熱的利用潛力大,對生產(chǎn)有顯著影響，主要為：1000℃左右的高溫熱量及其高壓能量的合理利用是石油化學工業(yè)的關鍵技術之一。從換熱器的整體結構、各類管板的結構設

13、計、熱膨脹補償方法直到高溫側熱通量的控制，都有許多課題急待解決；100～200℃的低溫余熱回收，對一般企業(yè)有普遍意義。企業(yè)的熱利用率低的原因很多都是低溫位熱能沒有很好地利用起來。 1.3.2 緊湊式換熱器的研究 緊湊式換熱器具有很多優(yōu)異的性能，在采用多流道布置后，其優(yōu)越性更為顯著。板式換熱器需要改進密封結構，以增強板片的強度，研究開發(fā)新的墊片材料以提高操作溫度和操作壓力是今后發(fā)展的重點。板殼式換熱器由于從結構上解決了耐溫、抗壓和高效之間的矛盾，因此在化學工業(yè)中很快得到推廣應用。但是，由于它的制造工藝比較復雜，焊接要求很高因而今后應注重改進結構設計，發(fā)展新的成型和焊接工藝 1.3.3強化傳

14、熱管的研究 近年來，國內外在采用強化傳熱管改進換熱器性能、提高傳傳熱效率、減少傳熱面積和降低設備投資等方面，取得了顯著的成績。強化傳熱管的同時也是利用低溫位熱量的關鍵部件。表面多孔管可以在非常小的溫差下產(chǎn)生很多的泡核，使汽化核心增加許多倍，但是制造工藝要求比較嚴格，且生產(chǎn)成本高，這些都是今后有待解決的問題。 2 設計計算 主要工藝設計參 [1] 殼程進、出口溫度：30℃、－5℃ [2] 殼程工作壓力：1.4 MPa [3] 管程進、出口溫度：38℃、10℃ [4] 管程工作壓力：0.3 MPa [5] 殼

15、程介質：液氨、氣氨 [6] 管程介質：銅氨液 [7] 結構要求：釜式重沸器　　　　 [8] 換熱面積：150 m2 2.1 釜式換熱器的結構設計 2.1.1 總體結構設計 選擇設計帶蒸發(fā)空間的傳統(tǒng)的結構形式，主要部件的代號為BKT。即前端管箱形式為封頭管箱，殼體形式為釜式重沸器，后端結構形式為可抽式浮頭。并有換熱管、管板、法蘭、支座等部件組成。 2.1.2 換熱器管程設計 換熱管，選取換熱管尺寸為的無縫鋼管。由于管長太長不易清洗，安裝繁瑣。一般取六米以下，采用標準管長4.5米，材料選用20鋼。 2.1.3估算單根換熱管的傳熱面積

16、 （2-1） 式中 A 單根換熱管的面積 d 換熱管外徑 L 換熱管的長度 估算伸入管板內的換熱管長度 假設為60mm 估算焊接接頭長度 估算為3mm 換熱管根數(shù)： （2-2） 式中 F 要求工藝換熱面積 n 換熱管根數(shù) 所以換熱管根數(shù)為442根。 2.1.4 換熱管的排列方式 由于在同樣的管板面積上能排列最多的管束所以采用正三角形的排列方式，如圖一所示： 圖一 正三角形排列 查參考文獻

17、[1]可知換熱管中心距離不小于1.25倍換熱管的外徑。根據(jù)表12查得并選用常用換熱管中心距32mm。 2.2 換熱器殼體設計 2.2.1小端殼體直徑確定 用以下公式粗略計算小端殼體直徑 （2-3） 式中 分隔板槽兩側相鄰管中心間距。 查參考文獻[1]表 12， 其值為44 a 換熱管中心距 b 位于管束中心線上的管數(shù) （2-4） 最外層管子的中心到殼壁邊緣的距離，取l=2d=50mm。 經(jīng)圓整后，取小端殼體直徑為900

18、mm。 2.2.2 大端殼體直徑確定 釜式重沸器需要在殼體的上部設置蒸發(fā)空間，所以殼體有大直徑殼體。蒸發(fā)空間的大小由產(chǎn)氣量和所要求的蒸汽品質所決定。且大端直徑一般為小端直徑的1.5~2倍。錐形過度段角度取30度。 故 經(jīng)圓整后取大端殼體直徑為1400mm。 斜錐長度為 2.2.3 大端殼體壁厚的確定 取設計壓力Pc=1.6MPa，材料選用Q345R，假設厚度在6~16mm范圍內,查材料在設計溫度下許用應力為170MPa，屈服應力為345MPa。焊接為雙面對焊，100%無損檢測，焊縫系數(shù)，腐蝕余量為2mm，厚度負偏差為0.8mm。 計算厚度

19、 （2-5） 式中 設計壓力 大端殼體筒體直徑 設計厚度設計厚度 （2-6） 名義厚度 （2-7） 有效厚度 （2-8） 水壓試驗壓力 （2-9） 材料的屈服應力 （2-10） 水壓試驗校核 （2-11） 故筒體壁厚滿足要求，厚度假設成立。 2.2.4 大端殼體封頭壁厚的確定 參照參考文獻[1]，設計時選用DN1400的標準橢圓封頭，

20、材料焊接等技術要求和殼體相同。 計算厚度 （2-12） 所以 設計厚度 名義厚度 有效厚度 水壓試驗壓力 材料的屈服應力 水壓試驗校核 故封頭壁厚滿足要求。 查參考文獻[2]得其曲邊高度為387mm,直邊高度為25mm。 2.2.5 斜錐厚度確定 設計時，選取和筒體相同的材料，錐殼上頂角。錐殼的大端為1400 mm，小端900mm。腐蝕余量mm，鋼板負偏差mm。焊接為雙面對焊，100%無損檢測，取焊接接頭系數(shù)為1。斜錐殼為無折邊斜錐殼，當無折邊錐殼大端和圓筒連接時。由參考文獻[3]

21、圖7-11。由于最大角 加強系數(shù) （2-13） 所以需要增加厚度，應在圓筒和錐殼之間加加強段，且厚度相同。 （2-14） 式中 Q 應力增值系數(shù) 查參考文獻[3]圖7-12 得到應力系數(shù)Q為1.17 所以 名義厚度 由于大端殼體厚度為12mm和需要設置加強段厚度相同。不用另

22、行增厚。同時為了制造和準備材料的方便，取斜錐殼厚度為12mm。在錐殼周圍圓弧過渡，以緩解局部應力。 2.2.6 筒節(jié)厚度 由于設計技術需要，需要在殼體上裝一個筒節(jié)，筒節(jié)安裝在殼體上端，筒節(jié)直徑取500mm。設計所以設計壓力同殼體壓力一樣，同為1.6MPa，材料選用Q345R，假設厚度在6~16mm范圍內，查得材料在設計溫度下的許用應力為170MPa，屈服應力為345MPa。采用局部檢測，焊接接頭系數(shù)為0.85，腐蝕余量為2mm，厚度負偏差為0.8mm。 名義厚度 參考文獻[1]規(guī)定，碳素鋼或低合金鋼圓筒的最小厚度應按照表8選取，故名義厚度取8mm。 計算厚度 設計厚度

23、 有效厚度 水壓試驗壓力 材料的屈服應 水壓試驗壓力 水壓試驗校核 所以筒體壁厚滿足要求，假設滿足要求。 由于殼程介質易產(chǎn)生霧沫夾帶，應在筒體內設置除沫器。采用絲網(wǎng)除沫器，它具有比表面積大，重量輕，空隙率大以及使用方便。而且它的除沫效率高，壓力降小。采用全徑型絲網(wǎng)除沫器，開孔安裝，采用SP型過濾網(wǎng)形式，材料為Q-235，高度為100mm，采用法蘭連接。 法蘭選取長頸對焊法蘭，并采用凹凸密封面形式，由于筒體直徑為500mm，壓力為1.6MPa。參考文獻[4]可得法蘭及密封面的各項數(shù)據(jù)。 圖二 凹凸密封面 表一 法蘭數(shù)據(jù) D D1 D

24、2 D3 D4 H h a R d 規(guī)格 數(shù)量 640 600 565 555 552 36 90 25 17 14 12 22 12 79 M24 24 2.3 管箱的設計 2.3.1 管箱厚度計算 由工藝設計可知，管箱直徑和小端筒體的直徑應取相同值，故都為900mm。設計溫度為50度，設計壓力和管程壓力相同，都為0.4MPa。采用Q345R卷制。假設厚度在6~16mm范圍內,查得材料在50度時的許用應力為170MPa。采用局部檢測，焊接接頭系數(shù)為0.85，腐蝕余量為2mm，厚度負偏差為0.8mm。 計算厚度

25、設計厚度 名義厚度 查參考文獻[1]表8得最小名義厚度為10mm。但為了制造方便和經(jīng)濟成本的考慮，取其厚度和殼體厚度相同，同為12mm。 有效厚度 水壓試驗壓力 材料的屈服應力 水壓試驗壓力 水壓試驗校核 所以壁厚滿足要求，假設滿足要求。 2.3.2 管箱封頭厚度計算 選取DN900的標準橢圓封頭，材料和焊接方式等技術要求同大端殼體封頭相同。 計算厚度 （2-15） 設計厚度 名義厚度 查參考文獻[1]表8得最小名義厚度為10mm。但為了制造方便和經(jīng)濟成本的考慮，取其厚度和殼體厚度

26、相同，都為12mm。 有效厚度 水壓試驗壓力 材料的屈服應力 水壓試驗壓力 水壓試驗校核 所以封頭壁厚滿足要求，查參考文獻[2]得其曲面高度262mm，直邊高度25mm。 為了增加換熱效率，管程分為六程。所以需要在管箱內設置分程隔板。分程隔板厚度參照參考文獻[1]表6中，取其厚度為10mm，開隔板槽深度為4mm，隔板槽間距為210mm。查參考文獻[1]可知，多程管箱的內側最小深度L應保證兩程之間的最小流通面積不小于每程換熱管流通面積的1.3倍。經(jīng)粗略計算考慮，取最小內側深度為777mm。 2.4 開孔補強 2.4.1 接管法蘭的選取 對于殼體上的接管開孔均采用帶頸平

27、焊法蘭，并使用凹面密封。查參考文獻[2]以N1為例，其各項數(shù)據(jù)如下： 圖三 帶頸平焊法蘭 表二 法蘭各數(shù)據(jù) 鋼管外徑A 法蘭外徑D 螺栓中心孔直徑K 螺栓孔直徑 螺栓孔數(shù)量n 螺栓型號 Th 法蘭厚度C 法蘭內徑 法蘭頸N R 法蘭高度H 破口寬度 133 250 210 18 8 M16 22 135 168 8 44 0 圖四 凹面密封 表三 凹面密封的數(shù)據(jù) d W X Y Z 188 2 5 4.5 155 175 176 154 同樣的，其余各接管法蘭,密封面的各項

28、數(shù)據(jù)也可以查到。具體管口表見下表 表四 管口表 符號 公稱尺寸 公稱壓力 連接標準 連接面形式 密封面到中心距離 尺寸 用途與名稱 備注 N1 125 1.0 HG20592 SO FM 660 φ133×6 銅氨液入口 N2 125 1.0 HG20592 SO FM 660 φ133×6 銅氨液出口 N3 50 1.6 HG20592 SO FM 860 φ57×5 液氨入口 N4 25 1.6 HG20592 SO FM 860 φ57×5 放盡口 N5 25 1.6 HG2059

29、2 SO FM 860 φ32×4 放油口 N6 50 1.6 HG20592 SO FM 860 φ57×5 放空口 帶盲板 N7 100 2.5 HG20592 SO FM 910 φ108×6 安全閥接口 N8 200 1.6 HG20592 SO FM 見圖 φ219×8 氣氨出口 L1,L2 25 2.5 HG20592 SO FM 見圖 φ32×4 液面計接口 L3，L4 80 5.0 HG206155 SO FM 見圖 φ89×6 自控液面計接口 2.4.2 筒體的

30、補強 換熱器殼體和封頭上的接管處開孔需要補強，選用等面積補強法進行補強，在結構外孔外面焊上截面積相同的容器器壁相同的材料Q345R。 設計筒體內徑為500mm,故設計制造了的筒體。材料和殼體一樣，采用Q345R。筒體材料的許用應力，殼體材料許用應力。采用局部檢測，焊接接頭系數(shù)為0.85，腐蝕余量為2mm，厚度負偏差為0.8mm。壓力為殼程壓力為1.6MPa 接管計算厚度 開孔直徑 （2-16） mm 接管有效厚度 接管名義厚度 為8mm。 殼體名義厚度 為12mm 殼體開孔處的有效厚度

31、 強度削弱系數(shù) （2-17） 殼體開孔處的計算厚度，之前計算可知為7.79mm。 所以圓筒開孔所需補強面積 可作為補強的截面積 殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積 （2-18） B 補強有效厚度 （2-19） 或者 （2-20） 取兩者較大值，所以 B=979.2

32、 （2-21） 或者 實際外伸厚度為967 取兩者較小值，所以h1=62.58mm 由于實際內伸長度為0 所以h2為0 （2-22） 接管有效厚度減去計算厚度之外的多余積 （2-23） 焊腳取8mm,所以焊縫金屬截面積 因為 （2-24） 所以開孔需要另行補強，另行補強面積 （2-25） 查

33、參考文獻[2]，表3-6-1得補強圈外徑D。=840mm,根據(jù)圖3-6-1，選取D型補強形式，所以內徑Di=500+5=505mm。 補強圈厚度 （2-26） 圓整為10mm，但為了便于制造時準備材料，補強圈的名義厚度也可以取為殼體的厚度，即為12mm。質量為31.1kg。 2.4.3 接管補強 對于接管的補強，根據(jù)參考文獻[3],表8-1，可知N3 N4 N5 N6 L1 L2 L3 L4等外徑小于89mm的都不需另行補強。 (1)接管 N1 N2 設計管程接管內徑為125mm，故采用的接管，考慮采用20號熱軋鋼。接管材

34、料的許用應力，殼體材料許用應力。采用局部檢測，焊接接頭系數(shù)為0.85，腐蝕余量為2mm，厚度負偏差為0.8mm。壓力為管程壓力為0.4MPa。 圓筒開孔所需補強面積 d 開孔直徑，mm 接管計算厚度， 接管名義厚度，為6mm。 殼體名義厚度，為12mm 殼體開孔處的有效厚度， 接管有效厚度， 強度削弱系數(shù)， 殼體開孔處的計算厚度，由之前計算可知為1.24mm 可作為補強的截面積 殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積， 或者 取兩者較大值，所以B=253.2 接管有效厚度減去計算厚度之外的多余積 或者 實際外伸厚

35、度為200 取兩者較小值，所以h1=27.56mm 由于實際內伸長度為0， 所以h2為0 焊縫金屬面積 由于 ,所以不需另行補強。 (2) 接管N7 設計管程接管內徑為100mm,故采用的接管。考慮采用20號熱軋鋼。接管材料的許用應力，殼體材料許用應力。采用局部檢測，焊接接頭系數(shù)為0.85，腐蝕余量為2，厚度負偏差為0.8。壓力為殼程設計壓力為1.6MPa。 接管計算厚度 d 開孔直徑 mm 接管有效厚度 接管名義厚度 為6mm。 殼體名義厚度 為12mm 殼體開孔處的有效厚度 強度削弱系數(shù) 殼體開孔處的計算厚度，由之前計算可知為7.79m

36、m。 圓筒開孔所需補強面積 可作為補強的截面積 B 補強有效厚度 或者 取兩者較大值，所以B=203.2 或者 實際外伸厚度為200 取兩者較小值，所以h1=24.74mm 由于實際內伸長度為0 所以h2為0 焊腳取8mm,所以焊縫金屬截面積 因為 所以開孔需要另行補強，另行補強面積 查參考文獻[2]，表3-6-1得補強圈外徑為D。=200mm,根據(jù)圖3-6-1，選取D型補強形式，所以內徑Di=100+5=105mm。 補強圈厚度 圓整為6 mm。但為了便于制造時準備材料，補強圈的名義厚度也可以取為殼體的厚度，即為12mm。重

37、量為 2.03kg。 (3)接管N8 設計管程接管內徑為200mm, 故采用的接管?？紤]采用20號熱軋鋼。接管材料的許用應力，殼體材料許用應力。采用局部檢測，焊接接頭系數(shù)為0.85，腐蝕余量為2，厚度負偏差為0.8。壓力為殼程壓力為1.6MPa。 接管計算厚度 d開孔直徑 mm 接管有效厚度 接管名義厚度 為8mm。 殼體名義厚度 為8mm 殼體開孔處的有效厚度 強度削弱系數(shù) 小筒體開孔處的計算厚度 由之前計算可知為2.7mm。 圓筒開孔所需補強面積 可作為補強的截面積 B 補強有效厚度 mm 或者 取兩者較大值，所以B=394

38、.8mm 或者 實際外伸厚度為200 取兩者較小值，所以h1=39.74mm 由于實際內伸長度為0 所以h2為0 焊縫金屬面積 由于 ,所以不需另行補強。 2.5 管板計算 2.5.1固定管板厚度計算 此再沸器共有兩塊管板，分別為一塊浮動管板和一塊固定管板。查參考文獻[1]由于本設計的管板和殼體，管箱的連接方式采用 a型連接方式。所以采用a型連接的方法計算管板厚度。 已知條件如下所示 材料許用應力，。強度，剛度消弱系數(shù)都取0.4 表五 已知參數(shù) 管子 殼體 材質 20鋼 Q345R 彈性模量E 210000 210000 尺寸 φ

39、25×2.5×4500 φ900×12 管子數(shù) 442根 管間距 32mm A1 管板布管區(qū)內開孔后的面積 （2-27） 在布管區(qū)內，未能被換熱管支撐的面積。對于六程的管程，根據(jù)換熱管排列方式 管板布管區(qū)面積 多管程且是三角形排列時 （2-28） 板管布區(qū)當量直徑 （2-29） 管束模量 a 一

40、根換熱管金屬的截面積 （2-30） L 換熱管有效長度 假設壁厚為60mm，所以有效長度 （2-31） 管束無量綱度 （2-32） 無量綱壓力 （2-33） 查參考文獻[3]得墊片外徑 ，墊片外徑 密封寬度 （

41、2-34） 所以有效密封寬度 （2-35） 壓緊力中心圓直徑 （2-36） 系數(shù) （2-37） 對于本設計，選壓力大者，故采用殼程設計壓力 所以計算系數(shù) （2-38） （2-39） 利用計算系數(shù)，查參考文獻[1]，圖2

42、3 得到系數(shù)C=0.5，Gwe=5.8，所以管板計算厚度 管板名義厚度 （2-40） 式中 管板上管程分隔板槽深 此時應該重新校核換熱管有效長度。 所以 管束無量綱度 此時，C值仍為0.8，所以換熱管可取56mm。 2.5.2 校核換熱管的軸向應力 管子回轉半徑 （2-41） 求管子受壓失穩(wěn)當量長度。取折流板間距為1000mm，等間距布置。查參考文獻[1]，圖32，經(jīng)計算，選取最大值得失穩(wěn)當量長度

43、 （2-42） 所以系數(shù) （2-43） 因為 所以管子穩(wěn)定許用應力 （2-44） 系數(shù) （2-45） 殼程設計壓力Ps為1.6MPa,管程設計壓力Pt為0.4MPa。 所以換熱管的軸向應力 （2-46） 式中 （2-47） 所以 由于 所以換熱管的軸向應力滿足要求。 2.5.3 校核換熱板和管板連接的拉脫力

44、校核 拉脫力 （2-48） 許用拉脫應力 由于 所以拉托應力滿足要求。 2.5.4 浮動管板計算 為了設計制造維修方便，浮動管板的厚度和固定管板一樣。浮動管板為帶法蘭的管板。 2.6 浮頭的計算 本設計由于浮頭尺寸過大，為方便安裝與拆卸采用浮頭采用球冠法蘭型浮頭蓋，管板為T型浮動管板。 2.6.1 球冠形封頭的設計 查參考文獻[1]封頭球向內半徑R1=700mm,材料選用Q345R。假設厚度在6~16mm范圍內,材料在50度時的許用壓力，封頭和圓筒的連接采用T形接頭采用全焊透，所以焊接接頭系數(shù)為。 由于 所以球冠形封頭受外壓

45、 封頭計算厚度 （2-49） 式中 Q值由參考文獻[3]圖7-7查取，由于 （2-50） （2-51） 所以系數(shù)Q為2.3 名義厚度 此時再按參考文獻[3] 校核外壓球殼的厚度。 假設名義厚度14mm。 則有效厚度 則

46、 （2-52） 所以計算系數(shù) （2-53） 查參考文獻[3]圖6-5得系數(shù)B為150 封頭許用外壓 （2-54） 校核滿足要求，所以球冠形封頭厚度為14mm。 2.6.2 浮頭蓋法蘭強度計算 本設計中，浮頭蓋是由球冠形封頭和法蘭焊接而成的。其具體尺寸應與浮動管板相配套。 采用校核計算，設封頭蓋法蘭厚度為60mm。球冠形封頭的外壁與法蘭內壁交點距法蘭上的表面L為16mm。材料用,殼體法蘭許用應力， (1) 管程壓力作

47、用下 管程設計壓力為。設計墊片外徑=818mm,內徑=790mm。材料選用耐油石棉橡膠板。厚度為3mm，查參考文獻[2]137頁，3mm的耐油石棉橡膠的墊片系數(shù)m=2,比壓力為 y=11。采用參考文獻[2]表4-12中3的密封面形式。 所以墊片接觸寬度 （2-55） 墊片基本密封寬度 （2-56） 所以有效密封寬度 （2-57）

48、墊片壓緊力作用中心圓直徑 （2-58） 墊片預緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力 （2-59） 操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力 （2-60） 墊片寬度查參考文獻[1]取15mm，法蘭螺栓直徑 ① 螺栓載荷 螺栓材料40MnB常溫的許用應力=210MPa,設計溫度的許用應力=202.5MPa。 預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 （2-61） 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷

49、 （2-62） ② 螺栓面積 預緊狀態(tài)下所需的最小螺栓面積 （2-63） 操作狀態(tài)下所需的最小螺栓面積 （2-64） 所需螺栓面積 取兩者較大值，所以1137 法蘭徑向尺寸、及螺栓最小間距按下表取 表六 法蘭徑向尺寸 螺栓最大間距 （2-65） 式中 為設計的螺栓孔直徑 螺栓最小數(shù)量 （2

50、-66） 螺栓的做多數(shù)量 （2-67） 因此，選取螺栓數(shù)量為24個，型號為M20。由參考文獻[6]表10-1，查得相應螺栓紋小徑=17.294,。 每個M20螺栓有效面積為 實際螺栓總面積 ③ 螺栓設計載荷 （2-68） 操作載荷 N ④ 法蘭力矩 浮頭蓋法蘭內徑 （2-69） 式中 為管板和殼體間間隙，查參考文獻[1]取5mm 法蘭外徑

51、 （2-70） 作用在法蘭環(huán)內側封頭壓力載荷引起的軸向分力 （2-71） 流體壓力引起的總軸向力和作用于法蘭內徑載荷上流體壓力引起的軸向力差 （2-72） 式中 F 所以 （2-73） 窄面法蘭墊片壓緊力 （2-74） 所以 作用在法蘭環(huán)內側封頭壓力載荷引起的徑向分力

52、 （2-75） 螺栓中心至法蘭環(huán)內側的徑向距離 （2-76） 螺栓中心至FG作用位置處的徑向距離 （2-77） 螺栓中心至FT作用位置處的徑向距離 （2-78） FR對法蘭環(huán)載荷面形心的力臂 （2-79） 管程壓力工況時的法蘭力矩 （2-80） 預緊法蘭的力矩

53、 （2-81） 所以系數(shù) （2-82） 系數(shù)， 操作工況時 （2-83） 預緊工況時 （2-84） 法蘭厚度系數(shù) ， 操作工況時 （2-85） 預緊工況時 （2-86） 取這兩種工況時的較大者 (2) 殼程壓力作用下 管程設計壓力為。設計墊片外徑=818mm,內徑=790mm。材料選用耐油石棉橡膠板。厚度為3mm，查參考文獻[2]137頁，3mm的耐油石棉橡膠

54、的墊片系數(shù)m=2,比壓力為 y=11。采用參考文獻[2]表4-12中3的密封面形式。 所以墊片接觸寬度 墊片基本密封寬度 所以有效密封寬度 墊片壓緊力作用中心圓直徑 墊片預緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力 操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力 墊片寬度查參考文獻[1] 取15mm，法蘭螺栓直徑 ① 螺栓載荷 螺栓材料40MnB常溫的許用應力=210MPa,設計溫度的許用應力=202.5MPa。 預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 ② 螺栓面積 預緊狀態(tài)下所需的最小螺栓面積 操作狀態(tài)下所需的最小螺栓面積 所

55、需螺栓面積 取兩者較大值，所以4548 法蘭徑向尺寸、及螺栓最小間距按下表取 表七 法蘭徑向尺寸 螺栓最大間距 式中 為設計的螺栓孔直徑 螺栓最小數(shù)量 螺栓的做多數(shù)量 因此，選取螺栓數(shù)量為24個，型號為M20。由參考文獻[6]表10-1，查得相應螺栓紋小徑=17.294。 每個M20螺栓有效面積為 實際螺栓總面積 ③ 螺栓設計載荷 操作載荷 N ④ 法蘭力矩 浮頭蓋法蘭內徑 式中 為管板和殼體間間隙，參考文獻[1]取5mm 法蘭外徑 作用在法蘭環(huán)內側封頭壓力載荷引起的軸向分力 流體

56、壓力引起的總軸向力和作用于法蘭內徑載荷上流體壓力引起的軸向力差 式中 F 所以 窄面法蘭墊片壓緊力 所以 作用在法蘭環(huán)內側封頭壓力載荷引起的徑向分力 螺栓中心至法蘭環(huán)內側的徑向距離 螺栓中心至FG作用位置處的徑向距離 螺栓中心至FT作用位置處的徑向距離 FR對法蘭環(huán)載荷面形心的力臂 管程壓力工況時的法蘭力矩 預緊法蘭的力矩 所以系數(shù) 系數(shù)， 操作工況時 預緊工況時 法蘭厚度系數(shù) ， 操作工況時 預緊工況時 取這兩種工況時的較大者 綜合上述，所以法蘭厚度為60mm。 2.7

57、支座 2.7.1鞍座的選取 鞍式支座分為輕型（代號A）和重型（代號B）兩種，同樣公稱直徑輕型鞍座比重型鞍座承載能力小，自身重量輕，參考之前的設計數(shù)據(jù)，根據(jù)參考文獻[4]表1，選取了DN1400的BI型，120度包角，焊制，四筋，帶墊板。為了適應穩(wěn)定引起的伸縮，選一個固定鞍座和一個滑動鞍座。材料選用Q235-A,墊板材料選用Q345R。所選鞍座可以承受579KN。 所選鞍座各數(shù)據(jù)如下: 表八 鞍座各數(shù)據(jù) 鞍座高度 底板 腹板 筋板 墊板 螺栓間距 鞍座質量 h L1 B1 1 2 L3 B2 B3 3 弧長 B4 4 e L2

58、200 1000 170 12 10 230 140 180 10 1140 270 8 40 840 92 由于設計需要，要求加高鞍座高度h到800mm。查參考文獻[4]附表B。圖B.4可知此時可承受的載荷約為200KN。 2.7.2 鞍座位置的設置 圖五 鞍座布置圖 當L>3000mm時，取LB=（0.5~0.7）L。 （2-87） 且 盡量使和 相近。 換熱管長度L1為4500mm 浮動管板到封頭的距離L2為220mm 所以此設備的總長 所以固定鞍座位置取500mm。為了制造和工藝

59、方便，不宜在斜錐殼處設置鞍座，故滑動鞍座的設置如圖所示。 2.7.3 核算鞍座支撐能力 (1) 設備本身的質量M1 橢圓封頭m1 查得封頭EHA-1400*12的質量為208kg。 筒節(jié)m2 （2-88） 換熱管m3 kg 殼體m4 kg 固定管板m5 （2-89） 式中 D 為固定管板厚度 56 A 為開孔面積 所以 浮動管板m5,同理可求出為m6 179.88kg。 計算斜錐殼時，其直徑用

60、最大殼體直徑計算，所以m7 上述總重約為6000，加上其他零部件等，質量不會超過8000千克。 (2) 物料質量M2 假設液體充滿換熱器，而且，將斜錐體處體積按1400mm。計算 所以總重 小于支座能承受的最大允許載荷200KN，所以鞍座適用。 2.8 其他零件 2.8.1 拉桿，滑道，折流板 圖六 拉桿定距桿結構 拉桿查參考文獻[1]，拉桿定距桿結構如上圖所示，查表43,44可得拉桿直徑取16mm。根數(shù)為8根，采用螺紋連接。將拉桿布置在管束外邊緣。并設置定距管。 由于換熱器直徑為1400mm，為了減少裝配和檢修時，抽裝管束的困難，避免損壞折流板和支撐板

61、，所以增設滑道。采用參考文獻中[1]圖58b 中的圓鋼滑材料為Q235-B,厚度為6mm，長度約為2850mm。并在殼體底部設置支撐導軌。 圖七 滑道結構簡圖 為了提高管件對流傳熱效率，所以應設置折流板，對于釜式重沸器，其還起到支撐作用。采用單弓形折流板。查參考文獻[1]表34 折流板的厚度取12mm，折流板的不是采用等間距布置，由于殼程介質為氣液共存，所以折流板缺口應垂直左右布置，并在折流板最低處開通液口，如下圖示： 圖八 折流板結構 折流板的最小間距一般不小于圓筒內直徑的五分之一，即不小于280mm,查參考文獻[1]表42最大無支撐跨距為1850mm,所以選取定距為1000

62、mm。 2.8.2換熱器零件的連接方式 （1）管板與殼體，管箱的連接。 考慮釜式重沸器的維修方便，選取可拆式結構。采用如圖所示的加緊式。查參考文獻[4] 圖九 凹凸密封面 表九 密封各數(shù)據(jù) D2 D3 h H 976 966 35 115 52 （2）換熱管和管板連接形式 由于強度焊制造加工簡單，焊接結構強度高，抗拉脫力強，能保證換熱管和管板連接的密封性。如果有滲漏也可以補焊或者予以更換，所以我選擇強度焊。查參考文獻[1]圖34: 圖十 換熱管和管板連接方式 求得換熱管最小伸出長度求得換熱管最小伸出長度=1.5mm，最小坡口深度=2mm。

63、 3 安裝、試車、維護和維修 3.1 安裝 在安裝此釜式重沸器之前應嚴格地進行基礎質量的檢查和驗收工作，保證換熱器的安全性能和使用性能。選擇足夠大的場地進行安裝。根據(jù)換熱器的結構形式，安裝時應在換熱器的兩端留有足夠的空間以滿足操作、清洗、維修的需要。安裝時應在不受力的狀態(tài)下連接管線，避免強力裝配。 基礎驗收完畢后，在安裝換熱器之前應在基礎上放墊鐵，安放墊鐵處的基礎表面必須鏟平，使兩者能很好接觸。地腳螺栓兩側均應有墊鐵，墊鐵安裝不應妨礙換熱器的熱膨脹。 換熱器就位后需用水平儀對再沸器找平，找平后，斜墊鐵可與設備支座底板焊牢，但不得與下面的平墊鐵或滑板焊死。 可抽管束再沸器安裝前應抽芯

64、檢查、清掃，抽管束時，應注意保護密封面和折流板，移動和起吊時，應將管束放置在專用的支承結構上，以避免損傷換熱管。 3.2 試車 試車前應查閱圖紙有無特殊要求和說明，銘牌有無特殊標志，如管板是否按壓差設計，對試壓、試車程序有無特殊要求等。試車前應清洗整個系統(tǒng)，并在入口接管處設置過濾網(wǎng)。系統(tǒng)中如無旁路，試車時應增設臨時旁路。開啟放氣口，使流體充滿設備。開車或停車過程中，應緩慢升溫和降溫，避免造成壓差過大和熱沖擊，溫度上升到操作溫度時，要進行螺栓的熱緊。 3.3 維護和檢修 為了保證換熱器長久正常運行，提高其生產(chǎn)率，必須對設備進行維護與檢修。應以預防性維修擺在首位，強調安全預防，以保證換熱性

65、連續(xù)穩(wěn)定運轉，減少任何可能發(fā)生的事故。應經(jīng)常對管、殼程介質的溫度及壓降進行監(jiān)督，分析換熱器的泄漏和結垢情況。檢修應拆開管子與管箱的連接處，再將整個管箱全部拆開以確定清洗或檢修。應把換熱器內的介質，特別是帶有腐蝕性或形成聚合物的液體排出。換熱器排污或放空應在折流板和管板底部開口，換熱器上應安裝閥門以提供反向沖洗。 結 論 釜式重沸器是一種使用很廣泛的化工設備，其在石油、化工行業(yè)中的使用越來越廣泛。其重要性不言而喻。我的畢業(yè)設計任務就是設計一臺釜式重沸器。經(jīng)過幾個月緊張的設計工作，從中受益匪淺。在這次釜式再沸器的設計計算使

66、我進一步的了解掌握了換熱器的工作原理和基本結構。我根據(jù)指導老師所給的主要工藝計算參數(shù)，先大致的確定我的換熱器類型為BKT。即前端管箱形式為封頭管箱，殼體形式為釜式重沸器，后端結構形式為可抽式浮頭。再根據(jù)換熱面積選取換熱管的標準尺寸為和標準管長4.5m。定好換熱管以正三角形排列方式后大致的確定小端和大端殼體的直徑分別為900mm和1400mm。算出壁厚同為12mm。同樣的，他們的封頭壁厚也能一一算出，為設計制造方便同取12mm。并對他們一一校核，以保證設計的可行性和安全性。對于殼體和封頭上的開孔，我都計算是否需要另行補強，需要另行補強的，采用補強圈補強。然后就是兩塊管板的計算，根據(jù)管箱、管板和殼體的連接方式選擇正確的計算方法。得出結果為56mm。并對換熱管進行了應力校核。由于浮頭法蘭等零件等都是非標準件，我根據(jù)參考資料自己設計了浮頭的法蘭、墊片及螺栓，并對他們做了校核。并計算出球冠形封頭的厚度為14mm。最后是支座的選取和布置，由于設計需要增加了支座的高度，校核它的支撐能力。安全可靠后才選擇使用。大體結構完成后，對本臺釜式重沸器的零件和連接方式做了簡略的說明。 通過這次設計，了解到自己