《卒業(yè)設(shè)計(jì)-釜式再沸器設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《卒業(yè)設(shè)計(jì)-釜式再沸器設(shè)計(jì)（63頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 摘要 文章主要介紹了再沸器的工藝設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算。其中工藝設(shè)計(jì)計(jì)算包括獲取進(jìn)料與加熱介質(zhì)的操作條件及有關(guān)根底數(shù)據(jù)，確定再沸器的傳熱溫差，算出熱負(fù)荷，計(jì)算總傳熱系數(shù)，并對(duì)初估傳熱系數(shù)進(jìn)行校核以及再沸器各局部的壓力降的計(jì)算；機(jī)械設(shè)計(jì)局部包括確定再沸器的換熱管、殼體、封頭、管箱、法蘭、接管、管板、支持板以及其他所有零部件的結(jié)構(gòu)尺寸和材料，并對(duì)換熱器所有受壓元件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。最后，簡(jiǎn)單介紹了再沸器的制造、檢驗(yàn)、安裝、試車、維護(hù)與維修。 關(guān)鍵詞：換熱管；再沸器；法蘭；機(jī)械設(shè)計(jì) Abstract,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Introduces,,,

2、,,a,,,,,reboiler,,,,,process,,,,,design,,,,,and,,,,,mechanical,,,,,design,,,,,calculations.,,,,,Process,,,,,design,,,,,,including,,,,,access,,,,,to,,,,,feed,,,,,and,,,,,heating,,,,,medium,,,,,,operating,,,,,conditions,,,,,and,,,,,the,,,,,underlying,,,,,data,,,,,to,,,,,determine,,,,,the,,,,,reboiler,

3、,,,,heat,,,,,transfer,,,,,temperature,,,,,difference,,,,,to,,,,,calculate,,,,,the,,,,,heat,,,,,load,,,,,calculate,,,,,the,,,,,overall,,,,,heat,,,,,transfer,,,,,coefficient,,,,,,and,,,,,preliminary,,,,,estimates,,,,,suggest,,,,,that,,,,,the,,,,,heat,,,,,transfer,,,,,coefficient,,,,,check,,,,,,and,,,,

4、,then,,,,,reboiler,,,,,pressure,,,,,drop,,,,,calculation;,,,,,mechanical,,,,,design,,,,,section,,,,,to,,,,,determine,,,,,the,,,,,reboiler,,,,,heat,,,,,exchange,,,,,tubes,,,,,,shell,,,,,,head,,,,,tube,,,,,box,,,,,,flange,,,,,,receivership,,,,,,tube,,,,,plate,,,,,,support,,,,,plate,,,,,,and,,,,,all,,,

5、,,other,,,,,parts,,,,,of,,,,,the,,,,,structure,,,,,size,,,,,and,,,,,materials,,,,,,and,,,,,heat,,,,,exchanger,,,,,pressure,,,,,parts,,,,,for,,,,,the,,,,,strength,,,,,calculation.,,,,,Finally,,,,,,a,,,,,simple,,,,,the,,,,,reboiler,,,,,manufacturing,,,,,,testing,,,,,,installation,,,,,,commissioning,,,

6、,,,maintenance,,,,,and,,,,,repair. ,,,,,,,,,, Key,,,,,words：heat,,,,,transfer,,,,,tube；reboiler；flanges；design,,,,,of,,,,,mechanical,,,,, 目,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,錄 摘要 I Abstract II 第1章,,,,,緒論 1 換熱器及傳熱研究的現(xiàn)狀 1 換熱器的開(kāi)展趨勢(shì) 2 第2章,,,,,再沸器的選型 4 2.1,,,,,概述 4 2.2,,,,,,,,,,釜式再沸器 4 2.3,,,,,,,,,,塔內(nèi)

7、置式再沸器 5 2.4,,,,,,,,,,水平熱虹吸再沸器 5 2.5,,,,,,,,,,立式管側(cè)熱虹吸再沸器 6 2.6,,,,,,,,,,立式殼側(cè)熱虹吸再沸器 7 2.7,,,,,強(qiáng)制流動(dòng)再沸器 8 第3章,,,,,再沸器的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 10 3.1,,,,,,,,,,設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)條件 10 3.2,,,,,,,,,,估算設(shè)備尺寸 10 3.3,,,,,,,,,,傳熱系數(shù)的校核 12 3.4,,,,,,,,,,阻力校核 15 第4章,,,,,再沸器結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì) 19 4.1,,,,,,,,,,筒體 19 4.1.1,,,,,,,,,,大端壁厚 19 4.1.2

8、,,,,,,,,,,錐殼壁厚 19 4.1.3,,,,,,,,,,封頭 20 4.2,,,,,,,,,,管箱 20 4.2.1,,,,,,,,,,短節(jié) 20 4.2.2,,,,,,,,,,封頭 21 4.2.3,,,,,,,,,,法蘭 22 4.3,,,,,,,,,,補(bǔ)強(qiáng) 23 4.3.1,,,,,,,,,,管箱接管 23 4.3.2,,,,,,,,,,殼體進(jìn)料接管 23 4.3.3,,,,,,,,,,殼體氣相出口接管 24 4.3.4,,,,,,,,,,殼體液相出口接管 25 4.4,,,,,,,,,,固定管板 25 4.4.2,,,,,,,,,,確定管板設(shè)計(jì)壓力 2

9、6 4.4.3,,,,,,,,,,計(jì)算無(wú)量綱數(shù) 26 4.4.4,,,,,,,,,,計(jì)算管板厚度 27 4.4.5,,,,,,,,,,校核軸向應(yīng)力 27 4.4.6,,,,,,,,,,校核拉脫力 28 4.5,,,,,,,,,,浮頭 28 4.5.1,,,,,,,,,,浮動(dòng)管板計(jì)算 29 4.5.2,,,,,,,,,,浮頭蓋計(jì)算 30 4.5.3,,,,,,,,,,浮頭計(jì)算結(jié)果 33 4.6,,,,,,,,,,拉桿，滑道 34 4.7,,,,,,,,,,振動(dòng) 35 4.8,,,,,,,,,,支座 36 4.9,,,,,,,,,,強(qiáng)度設(shè)計(jì)結(jié)果 38 第5章,,,,,制造

10、、檢驗(yàn)、安裝、試車、維護(hù)和檢修 39 制造和檢驗(yàn)要求 39 殼體 39 換熱管 39 管板 40 換熱管與管板的連接 40 支持板 40 管束 40 其它構(gòu)件的制造和檢驗(yàn)要求 41 壓力試驗(yàn) 41 安裝、試車、維護(hù)和維修 41 安裝 41 試車 42 維護(hù)和檢修 42 參考文獻(xiàn) 43 致謝 44 附錄 45 第1章,,,,,緒論 換熱器及傳熱研究的現(xiàn)狀 換熱器是一種廣泛使用的工藝設(shè)備，在煉油、化工行業(yè)中是主要的工藝設(shè)備之一。因此，換熱器的研究倍受重視。從換熱器的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改良到傳熱機(jī)理的試驗(yàn)研究一直都在進(jìn)行。特別是七十年代初發(fā)生能源危機(jī)以

11、來(lái)，各國(guó)都在紛紛尋找新的能源及節(jié)約能源的途徑，而換熱器是節(jié)約能源的有效設(shè)備。在余熱回收、利用地?zé)?、太?yáng)能等方面都離不開(kāi)換熱器。因而各國(guó)都在致力于研究各種高性能換熱器及換熱元件，其中不少是國(guó)家直接下達(dá)的重點(diǎn)課題。近幾年來(lái)?yè)Q熱器及傳熱技術(shù)的開(kāi)展主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 1．研究工作的動(dòng)向 目前世界上每年發(fā)表有關(guān)傳熱及換熱設(shè)備方面的文獻(xiàn)約在六千篇以上。有關(guān)新能源開(kāi)發(fā)的文章日趨增多，研究的重點(diǎn)是傳熱機(jī)理、傳熱強(qiáng)化、兩相流、模擬及測(cè)試技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、振動(dòng)、污垢以及與能源利用和環(huán)境保護(hù)有關(guān)的新型高效換熱器。對(duì)傳熱根底理論的研究探討十分重視，一種新的動(dòng)向是：從數(shù)學(xué)模型和物理模型出發(fā)，用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出精

12、確的計(jì)算公式。 2．計(jì)算機(jī)的使用 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,應(yīng)用計(jì)算機(jī)不僅節(jié)省了人力、提高了效率，而且可以進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制，使其到達(dá)最大技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。例如美國(guó)帕斯卡古拉煉油廠常減壓裝置的原油換熱系統(tǒng)，由于采用了換熱系統(tǒng)的最正確化設(shè)計(jì)及其他改良措施，平均傳熱系數(shù)有了很大的提高。傳熱分析、應(yīng)力分析、信息儲(chǔ)存與檢索以及模擬和控制均編有程序。有些程序從工藝設(shè)計(jì)開(kāi)始，直到繪出圖紙。計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪圖機(jī)只需十幾分鐘即可繪出一張標(biāo)準(zhǔn)換熱器圖紙。目前，美國(guó)HTRI換熱器設(shè)計(jì)程序在國(guó)外無(wú)疑是具有代表性的，已被許多國(guó)家所引進(jìn)。此外，其他國(guó)家也開(kāi)發(fā)了一些自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)和程序。如英國(guó)HTFS開(kāi)發(fā)的TA

13、SC等程序；1975年英國(guó)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室和劍橋計(jì)算機(jī)輔機(jī)設(shè)備重心合作，按美國(guó)管殼式換熱器制造商協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，編制管殼式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)程序STEM。這一程序不但可對(duì)TEMA標(biāo)準(zhǔn)中的所有“R〞、“C〞 、“B〞三類換熱器進(jìn)行各種設(shè)計(jì)計(jì)算，列出一系列不同參數(shù)以供選擇，而且能自動(dòng)繪出換熱器的平面布置圖，到1978年底已能提供全部TEMA標(biāo)準(zhǔn)換熱器的制造施工圖。以后又結(jié)合英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)1976年底公布的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)BS·5500編制了換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)程序；蘇聯(lián)也有CA∏TA自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)；日本HEADS自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)是由三菱工程及造船研制的，使用該系統(tǒng)，僅僅輸入最少的數(shù)據(jù)，就能迅速地得到機(jī)械的設(shè)計(jì)圖表及圖紙。

14、 3．高溫高壓換熱器的進(jìn)展 隨著工藝的進(jìn)展和大型高溫高壓換熱器的使用越來(lái)越多。煉油廠加氫換熱器就是一個(gè)例子。近年來(lái)，高溫高壓換熱器在結(jié)構(gòu)、材料和制造方面都有一些進(jìn)展，管箱和密封結(jié)構(gòu)均有一些改良，管子進(jìn)口區(qū)的熱防護(hù)獲得一些改善。另外還采用了薄管板或撓性管板結(jié)構(gòu)以減小熱應(yīng)力；使用小管子密排列，改善了管子與管板的連接。 4．采用新材料 由于工藝條件日趨苛刻，迫切需要一些新的材料。在換熱器制造中，由于鈦具有很高的抗腐蝕性能、高的強(qiáng)度限和屈服限，且比重小、重量輕，又有一定的抗污塞性，因此西德在含氯溶液中采用了鈦制換熱器，在煉油廠中使用鈦制冷卻器和冷凝器?，F(xiàn)在鈦制換熱器的應(yīng)用有了迅速的增加。滲鋁管換

15、熱器及鍍鋅鋼管換熱器的使用也日益增多。非金屬材料方面最具有代表性的是聚四氟乙烯塑料，自美國(guó)杜邦公司于六十年代中期研究成功這種塑料換熱器以來(lái)，由于它優(yōu)越的抗腐蝕抗污垢性能，國(guó)外推廣使用很快，到了七十年代，但凡適用這種換熱器的場(chǎng)合，幾乎到達(dá)了普及的地步。 1．余熱回收裝置的研究 工業(yè)余熱的利用潛力很大,對(duì)生產(chǎn)影響顯著，主要是：1000℃左右的高溫?zé)崃考捌涓邏耗芰康暮侠砝?，這是石油化學(xué)工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。從換熱器的整體結(jié)構(gòu)、各類管板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱膨脹補(bǔ)償方法直到高溫側(cè)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(duì)一般企業(yè)有普遍意義。企業(yè)的熱利用率低的原因大多是低溫位

16、熱能沒(méi)有很好地利用起來(lái)。 2．緊湊式換熱器的研究 緊湊式換熱器包括板翅、板式、板殼式等換熱器，它們具有優(yōu)異的性能，在采用多流道布置后，其優(yōu)越性更為顯著。板式換熱器需要改良密封結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)板片的強(qiáng)度，研究新的墊片材料以提高操作溫度和操作壓力是今后開(kāi)展的重點(diǎn)。板殼式換熱器由于從結(jié)構(gòu)上解決了耐溫、抗壓和高效之間的矛盾，因而在化學(xué)工業(yè)中很快得到推廣應(yīng)用。但是，由于它的制造工藝比擬復(fù)雜，焊接要求高因而今后應(yīng)注重改良結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開(kāi)展新的成型和焊接工藝。 3．強(qiáng)化傳熱管的研究 近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在采用強(qiáng)化傳熱管改良換熱器性能、提高傳傳熱效率、減少傳熱面積、降低設(shè)備投資等方面，取得了顯著的成績(jī)。強(qiáng)化傳熱管同時(shí)也

17、是利用低溫位熱量的關(guān)鍵部件。外表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擬嚴(yán)格，且生產(chǎn)本錢(qián)高，這些都是今后有待解決的問(wèn)題。 第2章,,,,,再沸器的選型 2.1,,,,,概述 再沸器是精餾工藝中的核心裝備之一，屬于換熱器的范疇，但是由于在其中發(fā)生了相變，其設(shè)計(jì)、施工、維修和管理方面也與日常的無(wú)相變換熱器有所不同。再沸器就其形式而言，可分為交叉流和軸向流兩種類型。在交叉流類型中，相變過(guò)程全部發(fā)生在殼程。最常用交叉流再沸器的有釜式再沸器、內(nèi)置式再沸器和水平熱虹吸再

18、沸器。在軸向流類型中，沸騰流體沿軸向流動(dòng)，在管程完成汽化過(guò)程。最常用的軸向流再沸器為立式熱虹吸再沸器。當(dāng)熱虹吸再沸器的循環(huán)量不夠時(shí)，那么使用泵來(lái)增加循環(huán)量，這時(shí)，稱之為強(qiáng)制流動(dòng)再沸器。強(qiáng)制流動(dòng)再沸器既可以為立式結(jié)構(gòu)，也可以為水平結(jié)構(gòu)。通常，立式熱虹吸再沸器和強(qiáng)制流動(dòng)再沸器的沸騰過(guò)程均發(fā)生在管程，但在特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，沸騰過(guò)程也可發(fā)生在殼程。下面就各種類型再沸器的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用作一較詳細(xì)的分析。 ,,,,,,,,,,釜式再沸器 釜式再沸器〔圖1.1〕殼體為大小端圓柱形殼體結(jié)構(gòu)，通過(guò)錐形殼連接。其汽液別離過(guò)程在殼程中進(jìn)行。為保證管束完全浸沒(méi)在液體中，通常在管束的外側(cè)設(shè)一擋板，維持殼程液位。換熱管束

19、通常為雙管程的U,,,,,形管結(jié)構(gòu)，當(dāng)殼程液體較臟，為了方便清洗也可以使用浮頭式換熱管。釜式再沸器非常適合應(yīng)用在汽化量大，沸點(diǎn)范圍寬的場(chǎng)合。 圖1.1,,,,,,,,,,釜式再沸器示意圖 ,,,,,,,,,, 2.3,,,,,,,,,,塔內(nèi)置式再沸器 塔內(nèi)置式再沸器〔圖1.2〕的特點(diǎn)是將管束直接插入蒸餾塔的塔底液池中，其他同釜式再沸器一樣。其應(yīng)用場(chǎng)合類似于釜式再沸器，但是也有相當(dāng)?shù)南拗?，即塔或塔釜直徑大，釜液潔凈不易結(jié)垢的工況。 圖1.2,,,,,,,,,,塔內(nèi)置式再沸器示意圖 ,,,,,,,,,,水平熱虹吸再沸器 熱虹吸，顧名思義，是利用塔底液再沸過(guò)程密度變

20、小〔主要是局部汽化的緣故〕，從而和塔內(nèi)液體產(chǎn)生密度差，進(jìn)而獲得穩(wěn)定而持續(xù)的推動(dòng)力，使得再沸過(guò)程得以持續(xù)。熱虹吸再沸器是自然循環(huán)式，不需要外加能源，易于控制，所以幾乎可以用于任何精餾裝置中。其局限性是不宜用于粘性大、有特殊結(jié)垢傾向的介質(zhì)〔這主要是因?yàn)闊岷缥俜衅饔捎诮Y(jié)構(gòu)原因，一般都設(shè)計(jì)成固定管板式，其殼程的清洗是相當(dāng)困難的〕以及熱源溫度不穩(wěn)定、或再沸器前后過(guò)程不穩(wěn)定的場(chǎng)合，另外熱虹吸再沸器的汽化率要控制在一個(gè)較小的〔10%~20%〕范圍內(nèi)。而且，對(duì)于管內(nèi)外流體溫差較大的情況下，需要增設(shè)膨脹節(jié)?？傊?，熱虹吸式再沸器是目前最廣泛應(yīng)用，使用經(jīng)驗(yàn)最豐富的再沸器形式。 水平熱虹吸再沸器〔圖1.3〕，其加

21、熱介質(zhì)在管內(nèi)流動(dòng)，管程即可以是單流程，也可以是多流程。在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于沸點(diǎn)范圍較寬的流體，應(yīng)設(shè)水平折流板，以防止輕組分在進(jìn)口處閃蒸及重組分在出口處濃縮。為了防止流動(dòng)阻塞，流動(dòng)不穩(wěn)定，應(yīng)對(duì)最大熱流密度加以限制。該型再沸器適用于中等壓力、中等溫差及低靜壓頭的場(chǎng)合。 圖1.3,,,,,,,,,,水平熱虹吸再沸器示意圖 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,立式管側(cè)熱虹吸再沸器 即立式熱虹吸再沸器〔圖1.4〕，是應(yīng)用范圍最廣泛的再沸器形式。沸騰過(guò)程可以發(fā)生在管程，也可以在殼程。立式管側(cè)熱虹吸再沸器的沸騰過(guò)程發(fā)生在管程，加熱介質(zhì)在殼程，兩相流混合物以較高的流速由

22、排出管流向塔內(nèi)。出口管的流通截面應(yīng)與管束總的過(guò)流面積一樣大，出口管的壓降應(yīng)小于總壓降的30%。出口管既可由沿軸向的大直徑彎管和塔連接，也可采用管箱側(cè)面開(kāi)口。試驗(yàn)說(shuō)明，出口管的結(jié)構(gòu)對(duì)再沸器的性能影響很小，但出口管過(guò)流面積過(guò)小對(duì)再沸器的性能影響很大[3]。流動(dòng)循環(huán)的驅(qū)動(dòng)壓頭由塔釜的液面壓頭提供。通常，塔釜液面和再沸器的上管板在一個(gè)水平面上。對(duì)于真空條件，塔內(nèi)液面高度可為管束長(zhǎng)度的0.5—0.8,,,,,倍，這樣可減少再沸器的過(guò)冷長(zhǎng)度。為消除在低壓頭和高熱流條件下發(fā)生的流動(dòng)不穩(wěn)定性，應(yīng)在供液管路上安裝閥門(mén)或孔板。對(duì)于碳?xì)浠衔?，最正確的出口干度應(yīng)在0.1—0.35，而對(duì)于水和水溶液，出口干度應(yīng)在0.

23、02—0.1。管徑和管長(zhǎng)的選擇應(yīng)保證有足夠的循環(huán)量，防止發(fā)生干涸。 立式熱虹吸式再沸器仍然屬于固定管板式換熱器，是無(wú)法對(duì)熱應(yīng)力進(jìn)行補(bǔ)償?shù)摹Ｒ虼藢?duì)于溫差較大的工況，只能通過(guò)采取加膨脹節(jié)的方法，這對(duì)控制本錢(qián)是不利的。所以，其最正確適用條件為純組分、中等壓力、中等溫差、中等熱流及易結(jié)垢的場(chǎng)合。 圖1.4,,,,,,,,,,立式管側(cè)熱虹吸再沸器示意圖 ,,,,,,,,,,立式殼側(cè)熱虹吸再沸器 立式殼側(cè)熱虹吸再沸器〔圖1.5〕沸騰過(guò)程發(fā)生在殼側(cè)。殼側(cè)裝有折流板，以使流體縱向流動(dòng)。垂直殼側(cè)再沸器適用于加熱介質(zhì)不適宜放在殼側(cè)的場(chǎng)合。例如，對(duì)于廢熱鍋爐，由于加熱流體的腐蝕性，因而要節(jié)省特殊

24、的金屬材料，加熱介質(zhì)走管程較為適宜。 該類再沸器的設(shè)計(jì)，應(yīng)使沸騰側(cè)的流動(dòng)均勻分布，以防止死區(qū)的出現(xiàn)，防止汽態(tài)和高沸點(diǎn)組分的積聚，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使兩相混合物以均勻的高流速流經(jīng)管板。該類型再沸器的最正確應(yīng)用場(chǎng)合為中等壓力、中等溫差條件下的純組分的蒸發(fā)，且加熱介質(zhì)必須放在管內(nèi)側(cè)的工況，例如加熱介質(zhì)壓力很大的情況。 圖1.5,,,,,,,,,,立式殼側(cè)熱虹吸再沸器示意圖 ,,,,,強(qiáng)制流動(dòng)再沸器 強(qiáng)制流動(dòng)再沸器〔圖1.6〕沸騰過(guò)程發(fā)生在管內(nèi)側(cè)，臥式立式均可以。流體循環(huán)的動(dòng)力由大容量泵提供。強(qiáng)制流動(dòng)再沸器的最正確應(yīng)用場(chǎng)合為有嚴(yán)重結(jié)垢傾向和有極高粘性的流體。因?yàn)楸每梢允沽黧w保持很高的流速和非

25、常低的蒸發(fā)率，使結(jié)垢的速率大大減小。但泵的造價(jià)和能源消耗都很高，故而使用受到一定限制，適用場(chǎng)合不甚廣泛。 圖1.6,,,,,,,,,,強(qiáng)制流動(dòng)再沸器示意圖 表1.1,,,,,,,,,,各型再沸器優(yōu)缺點(diǎn)一覽表 種類 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 釜式再沸器 1．對(duì)操作條件的變化不敏感，可到達(dá)很高的汽化率，很低的溫差。 2．在真空下或接近臨界壓力下操作時(shí)，設(shè)計(jì)比擬可靠。 3．無(wú)熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)可靠，清洗方便。 1．殼程液體在再沸器內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，湍流度低，是所有再沸器中最容易結(jié)垢的。 2.,,,,,占地面積大，消耗金屬多，造價(jià)高。 內(nèi)置式再沸器 1.受水力環(huán)境

26、的影響很小，可使用低品位熱源。 2．省去了殼體及連接管路等附件，是所有類型再沸器中造價(jià)最低的。 3.,,,,,無(wú)熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)可靠。 1．比擬容易結(jié)垢。 2．對(duì)塔釜設(shè)計(jì)不利，往往使塔釜過(guò)大，不利于操作和開(kāi)停車。 3．不適宜經(jīng)常拆洗維護(hù)。 水平熱虹吸再沸器 1．不需要外加能源，易于控制，幾乎可以用于任何精餾裝置中。 2．有較高的循環(huán)率，較高的流速和較低的出口干度，從而防止了高沸點(diǎn)組分的積聚和降低了結(jié)垢的速率。 3．管束為水平方向布置，且流動(dòng)面積易于控制，因而需要的靜壓頭較低，這就降低了塔釜的高度，對(duì)精餾塔的設(shè)計(jì)有利。 1．不宜用于粘性大、有特殊結(jié)垢傾向的介質(zhì)。 2

27、．由于無(wú)法進(jìn)行很大的熱補(bǔ)償，不適宜溫差大，熱應(yīng)力大的場(chǎng)合。 3．殼程結(jié)垢后很難清洗。 4．由于折流板及支撐板的影響，在高熱流條件下，有可能發(fā)生局部的干涸現(xiàn)象。對(duì)于大型熱虹吸再沸器，為了使流動(dòng)分布均勻，往往需設(shè)多個(gè)管口和連接管件，這也勢(shì)必增加了再沸器的造價(jià)。 5．水平熱虹吸再沸器相對(duì)于立式再沸器，其占地面積大。 立式熱虹吸再沸器 1．應(yīng)用最為廣泛，使用經(jīng)驗(yàn)最為豐富。 2．循環(huán)速度高，不僅傳熱膜系數(shù)高于水平式，而且有很好的防垢作用，特別適用于高分子材料。 1．垂直管不易拆卸、清洗及維修,尤其是管程結(jié)垢不易清洗。 2．塔底液面高度大約與再沸器上部管板在同一水平面上，這就提

28、高了塔底的高度，使塔體造價(jià)增大，尤其是高大的塔。 3.,,,,,立式熱虹吸再沸器對(duì)操作條件要求高，對(duì)于高真空和高壓力(近臨界壓力)及高粘度的寬沸點(diǎn)的條件，設(shè)計(jì)的難度很大。 4．由于無(wú)法進(jìn)行很大的熱補(bǔ)償，不適宜溫差大，熱應(yīng)力大的場(chǎng)合。 強(qiáng)制流動(dòng)換熱器 1．由于油泵提供能量，管內(nèi)流體流速快，不易結(jié)垢，適合嚴(yán)重結(jié)垢和極高粘性的流體 1．泵的造價(jià)和能源的消耗都很高。應(yīng)用不很廣泛 通過(guò)對(duì)各種類型再沸器的優(yōu)缺點(diǎn)比擬，在依據(jù)本次設(shè)計(jì)的溫度、壓力、流體黏度、安裝方式等條件，本次設(shè)計(jì)選用釜式再沸器。 第3章,,,,,再沸器的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1,,,,

29、,,,,,,設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)條件 現(xiàn)設(shè)計(jì)一臺(tái)釜式再沸器，以195℃的熱水為熱源，加熱塔底的丙烯。 表2.1,,,,,,,,,,殼程與管程的設(shè)計(jì)條件 殼,,,,,,,,,,程 管,,,,,,,,,,程 溫度/℃ 50℃ 195℃ 壓力〔絕壓〕/MPa 2.0 1.3 流量/〔kg/s〕 ……… 腐蝕馀度〔mm〕 1 3.2,,,,,,,,,,估算設(shè)備尺寸 (1),,,,,傳熱面積和管數(shù) 熱負(fù)荷W，殼程流體汽化潛熱，殼程流量。根據(jù)熱平衡，殼程汽化量，體積流量： m3/s 表2.2,,,,,,,,,,物性數(shù)據(jù) 殼程流體50℃，2.0M

30、Pa下物性數(shù)據(jù) 臨界壓力/MPa 汽化潛熱/(kJ/kg) 蒸汽熱導(dǎo)率/(W/(m·K)) 6 蒸氣密度/(kg/m3) 4 蒸汽黏度/(mPa·s) 液相密度/(kg/m3) 管程流體195℃下物性數(shù)據(jù) 密度/(kg/m3) 898 黏度/(mPa·s) 0.0153 熱導(dǎo)率/〔kJ/kg〕 1704 比定壓熱容/(kJ/(kg·K) 83 定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。管程入口溫度T=195。 殼程溫度t=50，計(jì)算平均傳熱溫差： 估算傳熱系數(shù)K=600W/(m2·K)，利用下面

31、公式估算傳熱面積： ,,,,,m2 選傳熱管尺寸，那么用下面公式計(jì)算管數(shù)： 根 換熱管的排列形式主要有正三角形、正方形、轉(zhuǎn)角正三角形、轉(zhuǎn)角正方形，其結(jié)構(gòu)形式如圖示： 按傳熱管按三角形排列。，其中a是正六邊形數(shù)，b為正六邊形對(duì)角線上管數(shù)。經(jīng)計(jì)算，a=，,,,,,b=。由于管束為雙管程，中間不能布管。所以，最多可布管數(shù)為-4=106根，所以110根管是適宜的。這樣，就可通過(guò)文獻(xiàn)[2],,,,,50頁(yè)的表3-7查得管心距t=32,,,,,mm，隔程相鄰管的管心距為44,,,,,mm。通過(guò)下面公式計(jì)算管束直徑： ,,,,,mm (2),,,,,殼體尺寸 確定殼體直徑,先算，用下

32、面公式計(jì)算為： ,,,,,m/s 用下面公式計(jì)算為： ,,,,,m2 由mm和m2，查文獻(xiàn)[2],,,,,75頁(yè)的表3-20可知?dú)んw直徑為mm，緩沖能力為,,,,,m3/m。殼體小端由普通管式換熱器殼體內(nèi)經(jīng)公式估算，管板利用率70%。殼體小端直徑為： ,,,,,mm。 拉桿數(shù)量由管外徑為25,,,,,mm，可知拉桿直徑應(yīng)為16,,,,,mm。由小端直徑為427,,,,,mm，可知需要4根拉桿，由于管板利用率為70%，還是有空余面積布置的。另外，在殼程入口處應(yīng)設(shè)置防沖板。 ,,,,,(3),,,,,接管尺寸 管箱接管。管程流體為水，設(shè)流速，那么接管內(nèi)徑為： ,,,,,mm 圓

33、整后，取管程接口管內(nèi)徑為300,,,,,mm。 殼程入口接管。殼程入口為液態(tài)進(jìn)料，設(shè)流速，那么接管內(nèi)徑為： ,,,,,mm 圓整后，取殼程入口接管內(nèi)徑為250,,,,,mm。 殼程出口接管。殼程出口為氣液分開(kāi)出料，氣相出口的流速為，內(nèi)徑為： ,,,,,mm 圓整后，取殼程氣相出口接管內(nèi)徑為250,,,,,mm。 設(shè)液相出口的流速為，那么接管內(nèi)徑為： ,,,,,mm 圓整后，取殼程液相出口接管內(nèi)徑為50,,,,,mm。 3.3,,,,,,,,,,傳熱系數(shù)的校核 (1),,,,,管內(nèi)傳熱系數(shù) 用文獻(xiàn)[2]式〔3—107〕計(jì)算 ,,,,,,,,,,,

34、,,,,,,,,,,,,,,用式計(jì)算 由于，故用文獻(xiàn)[2]式〔3—102〕計(jì)算 〔2〕沸騰狀態(tài)確實(shí)定 管內(nèi)測(cè)污垢熱阻,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 管外測(cè)污垢熱阻,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 管壁熱阻按式計(jì)算，依文獻(xiàn)[2]表3—11，碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為.,,,,, 首先除管外的熱阻，得： ,,,,,(m2·K)/W 與

35、對(duì)應(yīng)的傳熱溫差為： ℃ 沸騰側(cè)傳熱溫差為： ℃ 管外沸騰形式還與比照壓力有關(guān)。其中，為系統(tǒng)壓力〔絕壓〕，為2.1,,,,,MPa，為臨界壓力，查物性手冊(cè)知MPa。那么可知： 查資料[20],,,,,208頁(yè)的圖4-10與莫斯廷斯基關(guān)聯(lián)式，可查得時(shí)，臨界溫差約為15℃，大于。所以該設(shè)計(jì)在泡核狀態(tài)運(yùn)行。 (4),,,,,管外傳熱系數(shù) 利用莫斯廷斯基公式計(jì)算： ,,,,,W/m2=13185.673,,,,,kcal/(m2·K) =3541.814,,,,,kcal/(m2·h·℃)=,,,,,4119.129,,,,,W/(m2·K) (5),,,,,總傳熱系

36、數(shù),,,,, 總傳熱系數(shù)由下式求得： ,,,,,W/(m2·K) (6),,,,,裕度 首先計(jì)算實(shí)際傳熱面積，由下式得： ,,,,,m2 傳熱面積裕度為： 考慮到浮頭也有一定的傳熱能力，此裕度是可以接受的。 (7),,,,,熱流密度核算 熱通量參數(shù)可由下式得: 臨界熱流密度： ,,,,,W/m2 其中：0.7為平安系數(shù)。 可知，故所設(shè)計(jì)的釜式再沸器是適宜的。 3.4,,,,,,,,,,阻力校核 (1),,,,,管程阻力 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,管程阻力應(yīng)用范寧公式進(jìn)行計(jì)算，直管部阻力為。管內(nèi)，相對(duì)粗糙度由文獻(xiàn)[18],,,,,47頁(yè)的

37、表查得。由穆迪圖可知摩擦系數(shù)，那么： ,,,,,Pa 局部阻力系數(shù)可取3，那么： ,,,,,Pa 由于管程為雙管程，浮頭式，利用結(jié)垢系數(shù)修正，那么管程阻力為： ,,,,,Pa 一般情況下，液體流過(guò)換熱器的允許壓降為,,,,,Pa，該再沸器的管內(nèi)流體阻力適宜。 (2),,,,,殼程阻力 圖3.2,,,,,再沸器壓力平衡示意圖 H1：塔釜液位,,,,,(m),,,,,,H2：液面與進(jìn)口管距離,,,,,(m)，HX：安裝差高,,,,,(m)，D：再沸器直徑,,,,,(m) 再沸器的殼程阻力計(jì)算主要是為了計(jì)算再沸器的安裝高度，本設(shè)計(jì)利用文獻(xiàn)[20]的方法進(jìn)行計(jì)算。其中：

38、①,,,,,入口管壓降 入口管流通面積：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,m2 入口管流速：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,m/s 入口管質(zhì)量流速：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,kg/(m2·s) 入口雷諾數(shù)：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 入口管摩擦系數(shù)：,,,,, 入口管壓降： ,,,,,m液柱 ②,,,,,出口管壓降 出口管流通面積：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,m2 出口管流速：,,,,,,,,,,,,,,,,,,

39、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,m/s 出口雷諾數(shù)：,,,,,,,,,,,,,,, 出口管摩擦系數(shù)： 入口管壓降： ,,,,,m液柱 ③,,,,,殼體靜壓,,,,, ,,,,,m液柱 ④,,,,,流體靜壓 ,,,,,m液柱 其中：是釜液在塔體內(nèi)高度，取=0。為封頭內(nèi)釜液高，取=3,,,,,m。 ⑤,,,,,殼程摩擦壓降 殼程流通面積為：,,,,,m2 殼程當(dāng)量直徑為：,,,,,mm 殼程雷諾數(shù)為：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 殼程摩擦系數(shù)為： 殼程質(zhì)量流速為：,,,,,,,,,,,,,,

40、,,,,,,,,,,,,,,,,kg/(m2·s) ,,,,,m液柱 ⑥,,,,,計(jì)算安裝高度 由平衡關(guān)系可知： 一般留1.5倍裕量，取=0.5,,,,,m。 那么此時(shí)，再沸器出口管線垂直長(zhǎng)度=m。 再沸器入口管線當(dāng)量長(zhǎng)度,,,,,m， 再沸器出口管線當(dāng)量長(zhǎng)度,,,,,m。 殼程阻力,,,,,m液柱=10312.87,,,,,Pa，殼程阻力小于50000Pa，符合要求。 2.4,,,,,,,,,,工藝設(shè)計(jì)結(jié)果 工藝設(shè)計(jì)主要對(duì)換熱面積進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)管內(nèi)和管外的傳熱系數(shù)進(jìn)行校核，結(jié)果裕度適宜，能滿足設(shè)計(jì)要求。另外還對(duì)阻力進(jìn)行了計(jì)算和校核，阻力符合要求。 再

41、沸器主要工藝設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2.3。 表2.3,,,,,,,,,,換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸與計(jì)算結(jié)果 形式 浮頭式 管長(zhǎng)/mm 3000 殼體大端內(nèi)徑/mm 800 殼體小端內(nèi)徑/mm 500 管徑/mm Φ25×2 管心距/mm 32 管數(shù)目/根 106 管子排列 △ 傳熱面積/,,,,,m2 管程數(shù) 2 第4章,,,,,再沸器結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì) 4.1,,,,,,,,,,筒體 本設(shè)計(jì)主要參考GB150-1998，GB151-1999，HG20582-1998及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。由工藝計(jì)算可知，筒體大端內(nèi)徑為800,,,,,mm，不用圓整。筒體小

42、端設(shè)計(jì)內(nèi)徑為500,,,,,mm，其計(jì)算值為421mm，故圓整至500,,,,,mm。 4,,,,,,,,,,大端壁厚 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,設(shè)計(jì)溫度為100℃，設(shè)計(jì)壓力,,,,,MPa，選擇16MnR卷制。查得，100℃時(shí)，材料的許用應(yīng)力,,,,,MPa。焊接為雙面對(duì)焊，100%無(wú)損檢測(cè)，焊縫系數(shù)，腐蝕余量,,,,,mm，鋼板負(fù)偏差,,,,,mm。 計(jì)算厚度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 設(shè)計(jì)厚度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 名義厚度：,,,,,,,,,,,,,

43、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 有效厚度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 水壓試驗(yàn)壓力：,,,,,,,,,,,,,,,MPa 材料屈服應(yīng)力：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,MPa 水壓試驗(yàn)應(yīng)力：,,,,,MPa 水壓試驗(yàn)校核：,,,,,,,,,, ,,,,,MPa， 壁厚滿足要求。 4,,,,,,,,,,錐殼壁厚 錐殼按照HG20582-1998中的

44、錐殼局部計(jì)算，取與筒體相同材料，錐殼上頂角50°，下部為水平。錐殼大端為800,,,,,mm，小端500,,,,,mm。腐蝕余量,,,,,mm，鋼板負(fù)偏差,,,,,mm。 計(jì)算厚度：,,,,,mm 名義厚度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 加強(qiáng)系數(shù)：，。查HG20582-1998圖1-2，不需加強(qiáng)。為了緩解局部應(yīng)力，在錐殼周圍圓弧過(guò)渡。 4,,,,,,,,,,封頭 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,封頭選標(biāo)準(zhǔn)DN800橢圓封頭，材料與焊接方式和筒體相同。腐蝕余量,,,,,mm，鋼板負(fù)偏差,,,,,mm。 計(jì)算厚度：,,,,,,,,,,,,,,

45、,mm 名義厚度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 取與筒體大端厚度相同為8,,,,,mm，封頭曲面高160,,,,,mm，直邊高40,,,,,mm。 4.2,,,,,,,,,,管箱 4,,,,,,,,,,短節(jié) 由工藝設(shè)計(jì)知，管箱直徑與筒體小端相同，為500,,,,,mm。設(shè)計(jì)溫度為200℃，設(shè)計(jì)壓力,,,,,MPa，選擇16MnR卷制。查材料表得，200℃時(shí)，材料的許用應(yīng)力,,,,,MPa。焊接為雙面對(duì)焊，100%無(wú)損檢測(cè)，焊縫系數(shù)，腐蝕余量,,,,,mm，鋼板負(fù)偏差,,,,,mm。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

46、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 計(jì)算厚度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 設(shè)計(jì)厚度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 名義厚度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 對(duì)16MnR，鋼板的負(fù)偏差為0，因?qū)Φ睾辖痄撝频娜萜饕?guī)定，包括腐蝕裕度的最小厚度不小于3mm，加上1mm的腐蝕裕度，名義厚度應(yīng)到4mm，由鋼板材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，名義

47、厚度取和筒體一樣8mm。,,,,,,,,,, 有效厚度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 水壓試驗(yàn)壓力：,,,,,,,,,,,,,,,MPa 材料屈服應(yīng)力：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,MPa 水壓試驗(yàn)應(yīng)力：,,,,,MPa 水壓試驗(yàn)校核：,,,,,,,,,, ,,,,,MPa， 壁厚滿足要求。 4,,,,,,,,,,封頭 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,由于管程流體較容易結(jié)垢，故使用比擬容易拆卸的平蓋封頭，材料為16MnR材料，在設(shè)

48、計(jì)溫度下，許用應(yīng)力為,,,,,MPa，焊接為雙面對(duì)焊。與之對(duì)應(yīng)，管箱外側(cè)法蘭選擇FM-500-1.6,,,,,JB/T4703-2000，需M20×160,,,,,GB/T5782-200螺栓20根。 墊片選用G-500-1.6,,,,,JB/T4706-2000，y=62,,,,,MPa，m=3.75。其尺寸為：墊片外徑mm，墊片內(nèi)徑mm，墊片根本密封寬度=(577-537)/4=10,,,,,mm>6.4,,,,,mm，有效密封寬度,,,,,mm。 可知，墊片密封作用圓直徑,,,,,mm。墊片壓緊力力臂,,,,,mm。 (1),,,,,操作工況 操作狀態(tài)螺栓載荷： ,,,,,

49、N 結(jié)構(gòu)特征系數(shù)： 計(jì)算厚度： ,,,,,mm (2),,,,,預(yù)緊工況 預(yù)緊狀態(tài)螺栓載荷： ,,,,,N 結(jié)構(gòu)特征系數(shù)： 計(jì)算厚度： ,,,,,mm (3),,,,,考慮分程隔板 利用公式：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 其中：為平板蓋在設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量：,,,,,MPa 為平板蓋中心許可撓度：,,,,,,,,,, 為螺栓總面積：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm2 =,,,,,mm 設(shè)計(jì)管箱平蓋封頭厚度為50mm。內(nèi)分程隔板厚按GB151-1999表6，為10,,,,,mm，平

50、蓋開(kāi)隔板槽深4,,,,,mm。封頭與凹面法蘭相配合，凸面直徑為577,,,,,mm，高6,,,,,mm，內(nèi)圓直徑為497,,,,,mm，高4,,,,,mm。故平蓋封頭名義厚度為65,,,,,mm。 4,,,,,,,,,,法蘭 管箱上焊接兩個(gè)容器法蘭，與平蓋封頭相連的法蘭選用FM-1500-1.6,,,,,JB/T4703-2000，與筒體法蘭連接的法蘭，出于結(jié)構(gòu)原因，選擇與筒體相同的FM-1500-2.5,,,,,JB/T4703-2000。與平蓋封頭相連的法蘭使用M20×140,,,,,GB/T5782-2000螺栓20根。與筒體法蘭連接的法蘭使用M20×180-A,,,,,GB/T47

51、07-2000雙頭螺柱20根。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 由于平蓋封頭重量較大，為了拆裝方便，安裝2號(hào)吊耳兩個(gè)。安裝于平蓋封頭上部，對(duì)稱安裝，夾角60

52、°。管箱由于有接管法蘭，其強(qiáng)度足夠，不必另設(shè)吊耳。 ,,,,,,,,,,法蘭FM-500-1.6,,,,,JB/T4703-2000的長(zhǎng)度是140,,,,,mm，法蘭FM-500-2.5,,,,,JB/T4703-2000的長(zhǎng)度是140,,,,,mm，管箱采用的接管，接管焊縫距法蘭焊縫距離定約為100,,,,,mm，平蓋封頭厚64,,,,,mm，接管寬度300,,,,,mm。那么管箱長(zhǎng)=280+160+316=756,,,,,mm,取800,,,,,mm。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

53、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 4.3,,,,,,,,,,補(bǔ)強(qiáng) 設(shè)計(jì)均采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法，接管按照GB/T8163-2021選取。 4,,,,,,,,,,管箱接管 設(shè)計(jì)管程接管內(nèi)徑為300,,,,,mm

54、，用的接管〔DN300〕。使用20號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴?,,,,MPa，,,,,,mm，,,,,,mm。,,,,, 計(jì)算厚度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 有效厚度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 開(kāi)孔直徑：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度：,,,,,mm 需要補(bǔ)強(qiáng)面積：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

55、,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm2 可做補(bǔ)強(qiáng)面積： mm2 mm2 如果考慮焊縫面積，面積是足夠的，故不用補(bǔ)強(qiáng)。 4,,,,,,,,,,殼體進(jìn)料接管 設(shè)計(jì)管程接管內(nèi)徑為250mm，用的接管〔DN250〕?？紤]使用20號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴?,,,,MPa，,,,,,mm，,,,,,mm。接管位于錐殼，計(jì)算時(shí)用錐殼計(jì)算厚度。 計(jì)算厚度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 有效厚度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 開(kāi)孔直徑：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

56、,,,,,mm 接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度：,,,,,mm 需要補(bǔ)強(qiáng)面積：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 可做補(bǔ)強(qiáng)面積： 需另行補(bǔ)強(qiáng)： 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 取補(bǔ)強(qiáng)厚度為8mm 實(shí)際補(bǔ)強(qiáng)面積： 如果考慮焊縫面積，面積是足夠的?？紤]制造方便，補(bǔ)強(qiáng)片選DN250×8-Q235R,,,,,JB/T4736-2002。 4,,,,,,,,,,殼體氣相出口接管 設(shè)計(jì)管程接管內(nèi)徑為250,,,,,mm，用的接管〔

57、DN250〕?？紤]使用20號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴?,,,,MPa，,,,,,mm，,,,,,mm。接管位于殼體大端，計(jì)算時(shí)用大端計(jì)算厚度。 計(jì)算厚度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 有效厚度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 開(kāi)孔直徑：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度：,,,,,mm 需要補(bǔ)強(qiáng)面積：,,,,,,,,,,,

58、,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 可做補(bǔ)強(qiáng)面積： 需另行補(bǔ)強(qiáng)： 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 取補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為6mm。 實(shí)際補(bǔ)強(qiáng)面積： 如果考慮焊縫面積，面積是足夠的?？紤]制造方便，補(bǔ)強(qiáng)片選DN250×8-D-Q345R,,,,,JB/T4736-2002。 4,,,,,,,,,,殼體液相出口接管 設(shè)計(jì)管程接管內(nèi)徑為50,,,,,mm，用的接管〔DN50〕。考慮使用20號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴?,,,,MPa，,,,,,mm，,,,,,mm。接管位于殼體大端，計(jì)算時(shí)用大端計(jì)算厚度。 計(jì)算厚度：,,,,,,,,,,,,,,,,

59、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 有效厚度：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mm 根據(jù)GB150-1998表8-1，知不必補(bǔ)強(qiáng)。 ,,,,,4.4,,,,,,,,,,固定管板 整臺(tái)再沸器共有兩塊管板，分別是管箱與殼體之間的固定管板和浮頭管板。本設(shè)計(jì)采用T型可抽浮頭結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)參考GB151-1999及相關(guān)法蘭墊片標(biāo)準(zhǔn)。 查得，殼體公稱直徑,,,,,mm，換熱管外徑,,,,,mm，換熱管壁厚,,,,,mm，換熱管根數(shù)，換熱管長(zhǎng)度,,,,,mm，換熱管失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度,,,,,mm，換熱管間距,,,,,mm，管板上管程分隔板槽

60、深,,,,,mm，換熱管與管板連接采用焊接，焊高f=3.5,,,,,mm。殼體管箱法蘭均采用FM-800-2.5,,,,,JB/T4703-2000，墊片均采用G-1500-2.5,,,,,JB/T4706-2000。材料，換熱管使用20號(hào)鋼，管板使用16MnR材料。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 計(jì)算各參數(shù) 布管區(qū)無(wú)支撐面積： 布管面積： 布管區(qū)當(dāng)量直徑， ,,,,,mm 墊片外徑,,,,,mm，墊片內(nèi)徑,,,,,mm， 密封寬度：,,,,,mm，,,,,,mm 有效密封寬度：,,,,,mm 壓緊力中心圓直徑,,,,

61、,mm 4,,,,,,,,,,確定管板設(shè)計(jì)壓力 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,由于管板兩側(cè)均為正壓，取最大值，即殼程壓力2.2,,,,,MPa，,,,,,MPa 4,,,,,,,,,,計(jì)算無(wú)量綱數(shù) 假設(shè)管板名義厚度為80,,,,,mm，查得材料的許用應(yīng)力為,,,,,MPa，管板彈性模量為,,,,,MPa，換熱管彈性模量為,,,,,MPa，管板強(qiáng)度削弱系數(shù)，剛度削弱系數(shù)。 無(wú)量綱壓力：,,,,,,,,,,,,,,, 換熱管有效長(zhǎng)度：,,,,,mm 管束模數(shù)： 管束無(wú)量綱剛度： 計(jì)算系數(shù)： 4,,,,,,,,,,計(jì)算管板厚度 利用計(jì)算系數(shù)，查GB15

62、1-1999圖23，得系數(shù)。那么管板計(jì)算厚度： ,,,,,mm 管板公稱厚度： ,,,,,mm 管板的最小厚度： 取管板厚度為55mm。 此時(shí)需從新核算換熱管有效長(zhǎng)度。得,,,,,mm 此時(shí)，C值仍為0.8。那么認(rèn)為管板可以取55,,,,,mm。 4,,,,,,,,,,校核軸向應(yīng)力 (1),,,,,換熱管的穩(wěn)定許用壓應(yīng)力 換熱管材料設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn),,,,,MPa。換熱管回轉(zhuǎn)半徑： 系數(shù)： 那么換熱管的穩(wěn)定許用壓應(yīng)力為： ,,,,,MPa 管板非開(kāi)孔面積： 系數(shù)： 查GB151-1999圖24，得系數(shù)。 (2),,,,,應(yīng)力校

63、核 只有管程壓力作用，組合壓力為： ,,,,,MPa ，合格。 只有殼程壓力作用，組合壓力為： ,,,,,MPa ，合格。 管程與殼程壓力同時(shí)作用，組合壓力為： ,,,,,MPa ，合格。 4,,,,,,,,,,校核拉脫力 許用拉脫力：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,MPa 軸向應(yīng)力取,,,,,MPa，焊腳高,,,,,mm。 拉脫力： ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,結(jié)論：在三種工況下，拉脫力均滿足要求，取固定管板厚度為,,,,,mm。管板外徑為580,,,,,mm，內(nèi)圓直徑497,,,,,mm，內(nèi)圓高6,,

64、,,,mm(雙面)，那么管板名義后厚度取65,,,,,mm。 4.5,,,,,,,,,,浮頭 本設(shè)計(jì)浮頭采用球冠法蘭型浮頭蓋，管板為T(mén)型浮動(dòng)管板。這主要是因?yàn)楦皆俜衅鞯墓苁透☆^都從一端插入，如果采用S型鉤圈法蘭結(jié)構(gòu)，那么浮頭尺寸過(guò)大，無(wú)法安裝與拆卸。所以，從結(jié)構(gòu)上考慮，使用T型浮動(dòng)管板。計(jì)算方法依據(jù)TEMA-1999標(biāo)準(zhǔn)。 4,,,,,,,,,,浮動(dòng)管板計(jì)算 管板與殼體間隙為5,,,,,mm。管板外徑為,,,,,mm。螺栓布圓直徑,,,,,mm。管板材料為16MnR，在設(shè)計(jì)溫度下，許用應(yīng)力為MPa。 墊片選用G-500-2.5,,,,,JB/T4706-2000，y=62,,,,

65、,MPa，m=3.75。尺寸為，墊片外徑mm，墊片內(nèi)徑mm，墊片根本密封寬度=(377-337)/4=10,,,,,mm>6.4,,,,,mm，有效密封寬度,,,,,mm。 可知墊片壓緊力作用中心圓直徑,,,,,mm。墊片壓緊力力臂,,,,,mm。浮頭蓋內(nèi)徑=墊片內(nèi)徑=337,,,,,mm，墊片預(yù)緊力力臂,,,,,mm。中間力臂,,,,,mm。螺栓選用40MnB，常溫下許用應(yīng)力,,,,,MPa，100℃下許用應(yīng)力,,,,,MPa。 操作狀態(tài)螺栓載荷：(由于殼程壓力較大，以殼程壓力計(jì)算，下同) ,,,,,N 預(yù)緊狀態(tài)螺栓載荷： ,,,,,N 操作狀態(tài)螺栓面積： 預(yù)緊狀態(tài)螺栓面積

66、： 取螺栓面積為：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, M20螺栓的有效面積為161，所需螺栓=，取20根，間距,,,,,100,,,,,mm，大于最小間距。實(shí)際螺栓面積 預(yù)緊狀態(tài)螺栓設(shè)計(jì)載荷： ,,,,,N 操作狀態(tài)螺栓設(shè)計(jì)載荷：,,,,,N 操作壓力法蘭力矩： ,,,,,N ,,,,,N ,,,,,N =,,,,,N·mm 預(yù)緊法蘭力矩：,,,,,N·mm 按查得法蘭應(yīng)力系數(shù)Y=24。 由螺栓載荷引起的當(dāng)量壓力： ,,,,,MPa ,,,,,MPa 其中：F是與連接方式有關(guān)的系數(shù)，這里取1。 管板有效設(shè)計(jì)壓力是的最大者。經(jīng)計(jì)算是最大的。得=2.2,,,,,MPa。 管板厚度計(jì)算： 換熱管為三角排列： ,,,,,mm 因?yàn)?，剪切力不是控制因?shù)，可以不用剪切力設(shè)計(jì)壁厚。因此設(shè)計(jì)浮動(dòng)管板厚,,,,,mm。取凸面高6,,,,,mm，那么浮動(dòng)管板名義厚取50,,,,,mm。 4,,,,,,,,,,浮頭蓋計(jì)算 本設(shè)計(jì)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(yīng)與浮動(dòng)管板相配套。 外徑為