【文章內(nèi)容簡介】 毒性為極度，高度危害或管、殼程之間不允許有微量泄漏時，必須增加北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 氣密性試驗。換熱器壓力試驗的順序如下： 固定管板換熱器先進行殼程試壓，同時檢查換熱管與管板連接接頭，然后進行管程試壓； U形管式換熱器、釜式重沸器（ U 形管束）及填料函式換熱器先用試驗 壓環(huán)進行殼程試壓，同時檢查接頭，然后進行管程試壓； 浮頭式換熱器、釜式重沸器（浮頭式管束）先用試驗壓環(huán)和浮頭專用工具進行管頭試壓，對于釜式重沸器尚應(yīng)配備管頭試壓專用殼體，然后進行管程試壓，最后進行殼程試壓； 重疊換熱器接頭試壓可單臺進行，當(dāng)各臺換熱器程間連通時，管程和殼程試壓應(yīng)在重疊組裝后進行。 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 章 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計 第 2． 1 節(jié) 換熱器型式的確定 根據(jù)換熱器工藝條件可知，其工作壓力殼程為 ，管程為 ，工作溫度殼程為 ，管程為 。 用于冷熱流體 溫度差不大 ,且殼程 流動的是蒸汽 不需機械清 洗，所以選用結(jié)構(gòu)簡單的管殼式固定管板換熱器。 2． 1． 總體結(jié)構(gòu) 有工藝條件表可知，換熱器面積為 1189，布管方式采用正三角形排列，殼程為蒸汽，管程為 C4，乙腈。管程設(shè)計壓力為 ，設(shè)計溫度為 150，殼程設(shè)計壓力位，設(shè)計溫度為 300。管程材料用 16Mn。殼程材料 16MnR，殼體內(nèi)經(jīng)為 1800，總體結(jié)構(gòu)的設(shè)備簡圖如下圖 2178。 1 所示： 圖 2178。 1 再沸器設(shè)備簡圖 2． 1． 殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計 （ 1）換熱管 現(xiàn)取換熱管的外徑 d=25mm，管壁厚為 δ =，由 GB1511999《管殼式換熱器表 10 可查得外徑偏差為177。 ，壁厚偏差 +， 。 （ 2）布管：換熱管的排列方式為正三角形排列，如下圖 2178。 2 所示： 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 圖 2178。 2 再沸器中換熱管的排列方式 根據(jù) GB1511999《管殼式換熱器》表 12 知，換熱管中心距為 S=32mm,布管限定直徑有下式確定： =2 式中： ：布管限定圓直徑， mm； ：圓筒內(nèi)直徑， mm； 最外層換熱管外表面至殼體內(nèi)壁的最短距離， =，一般不小于 8mm所以在這里取 10mm； 所以 =1800210=1780mm （ 3）換熱管長度 有布管分布圖可知，管子的根數(shù)為 2740 根，所以： dL=，所以 L= 所以取管長為 L=. （ 4）拉桿定距管 根據(jù) GB1511999《管殼式換熱器》表 43 可知，拉桿直徑為 =16mm，根據(jù)表 44可知，拉桿的數(shù)量為 12 根，拉桿的連接尺寸按 GB1511999《管殼式換熱器》圖 42和表 45 確定，拉桿直徑 =16mm，拉桿螺紋公稱直徑 =16mm，拉桿簡要結(jié)構(gòu)如下圖 2178。 3所示： 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 圖 2178。 3 拉桿定距管 此時 =20mm， 60mm,b=, 拉桿長度 L 按需要確定，拉桿應(yīng)盡量均勻布置。 （ 5）接管 容器接管一般采用無縫鋼管，物料入口處的接管公稱直徑為 500mm，根據(jù)HG205801998《鋼制壓力容器設(shè)計基礎(chǔ)規(guī)定》表 56 可得最小接管壁厚為 10mm，接管外徑為 =508mm，管側(cè)物料出口接管的公稱直徑為 600mm，根據(jù)上表 56 可知最小接管壁厚為 10mm，接管外徑為 =610mm。 殼側(cè)入口接管公稱直徑為 400，有表 56 可知最小接管壁厚為 10mm，接管外徑為 ，殼側(cè)出口公稱直徑為 150，由表 56 知最小壁厚為 ，接管外徑為。殼側(cè)放凈口接管公稱直徑為 25mm，由表 56 可知最小接管壁厚為 ，接管外徑為 ，放空口和放凈口一樣。 （ 6）管法蘭的選用 [15] 根據(jù) HG/T20592206352021《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》選用制管法蘭。根據(jù)P47 表 選?。? DN500mm的接管：蘭外徑 D 為 715mm，螺栓孔中心圓直徑 K 為 650mm，法螺栓孔直徑 L 為 33mm，螺栓孔數(shù)量為 20 個，螺栓選 M30，法蘭厚度為 44mm，法蘭內(nèi)徑為 578mm，法蘭高度 90mm； DN600mm的接管：蘭外徑 D 為 840mm，螺栓孔中心圓直徑 K 為 770mm，法螺栓孔直徑 L 為 36mm，螺栓孔數(shù)量為 20 個，螺栓選 M33，法蘭厚度為 54mm，法蘭內(nèi)徑為 670mm，法蘭高度 95mm； DN400mm的接管：蘭外徑 D 為 580mm，螺栓孔中心圓直徑 K 為 525mm，法螺栓孔直徑 L 為 30mm，螺栓孔數(shù)量為 16 個，螺栓選 M27，法蘭厚度為 32mm，法蘭內(nèi)徑為 464mm，法蘭高度 85m。 DN150mm的接管：蘭外徑 D 為 285mm，螺栓孔中心圓直徑 K 為 240mm，法螺北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 栓孔直徑 L 為 22mm，螺栓孔數(shù)量為 8 個，螺栓選 M20，法蘭厚度為 22mm，法 蘭內(nèi)徑為 184mm，法蘭高度 55mm； DN25mm的接管：蘭外徑 D 為 115mm，螺栓孔中心圓直徑 K 為 85mm，法螺栓孔直徑 L 為 14mm，螺栓孔數(shù)量為 4 個，螺栓選 M12，法蘭厚度為 18mm，法蘭內(nèi)徑為 46mm，法蘭高為 40mm. （ 7）封頭 管箱封頭：由 JB/T47262021《補強圈、鋼制壓力容器用封頭》由筒體直徑 1800m選直邊高度 h=25mm，曲面高度為 450mm，厚度為 12mm， 內(nèi)表面積為 ，容積為 ，橢圓形封頭的總深度為 475mm，質(zhì)量為 。 （ 8）附件 根據(jù) GB1511999《管殼式換熱器》可知，質(zhì)量大于 30kg 的管箱封頭宜設(shè)置吊耳。吊耳支座有 JB/《容器支座》選擇 B7 型支座。 （ 9）換熱器主體材料的選用 根據(jù) GB1511999《管殼式換熱器》的材料選擇原則及工藝要求，管程選用 16Mn，殼程選用 16MnR。 第 3 章 強度校核 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 節(jié) 筒體 由 GB1501998《鋼制壓力容器》 P26 的內(nèi)壓圓筒的計算可知：設(shè)計溫度下圓筒的計算厚度按下式 3178。 1 計算： 式中： δ：筒體的計算厚度， mm； ：計算壓力（取設(shè)計壓力）， MPa； ：筒體的內(nèi)直徑， mm。 ：設(shè)計溫度下材料的需用應(yīng)力， MPa； ：焊接接頭系數(shù)。 參數(shù)值的確定： 在該工藝條件下取 ，有工藝條件表得知 =1800mm，由 GB1511999《管殼式換熱器》 P19 表 8 知筒體的焊接接頭系數(shù)按 100%無損探傷檢測，選 =。故筒體的設(shè)計厚度為： 考慮到筒體的腐蝕，設(shè)計厚度為 =δ== 根據(jù) GB1501998《鋼制壓力容器》表 8 可知內(nèi)徑在 15002021mm的筒體的最小厚度為 12mm，所以在這里取為 14mm。 名義厚度： ==14mm 所以有效厚度： == 筒體的強度校核： 液壓試驗（ GB1511999《管殼式換熱器》 P14 公式 33 可知）： 式中： ：試驗壓力， MPa； P：設(shè)計壓力（有工藝條件確定）， MPa； ：換熱器元件材料在試驗溫度下的許用應(yīng)力， MPa； 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） ：換熱器元件材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力， MPa； 經(jīng)查 GB1501998《鋼制壓力容器》表 41 知 =170MPa =144MPa 則 壓力試驗應(yīng)按 GB1511999《管殼式換熱器》公式 37： 校核圓筒應(yīng)力 . 式中： ：試驗壓力下圓筒的應(yīng)力， MPa； ：筒體的內(nèi)直徑， mm。 ：試驗壓力， MPa； ：圓筒的有效厚度， mm； 代入數(shù)據(jù)知： 應(yīng)滿足下列條件： ，其中：圓筒材料在試驗溫度下的屈服點， MPa； 由 GB1501998《鋼制壓力容器》表 41 查得 =345MPa，有前面知 = 代入其他數(shù)據(jù)得： == 顯然： 因而 筒體的厚度滿足該工藝條件的要求強度。 所以筒體厚度。 第 3． 2 節(jié) 管箱短節(jié)的設(shè)計及校核 選管箱短節(jié)材料為 16MnR，假設(shè)其壁厚為 616mm，由 GB1501998《鋼制壓力容器》表 41 查得在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力為 =170MPa，由 GB1501998《鋼制壓力容器》 P26 式 51 可知： 代入數(shù)據(jù)得： 而設(shè)計厚度： 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） ==+= 圓整后取 ： =8mm 由 GB1511999《管殼式換熱器》 P19 表 8 可知最小取為 14mm。 有效厚度 =c= 143=11mm 強度校核： 由液壓試驗（ GB1511999《管殼式換熱器》 P14 公式 33 可知）， 經(jīng)查 GB1501998《鋼制壓力容器》表 41 知 =170MPa =170MPa 則 壓力試驗應(yīng)按 GB1511999《管殼式換熱器》公式 37： 校核管箱短節(jié)應(yīng)力 代入數(shù)據(jù)知： 應(yīng)滿足下列條件： ，其中：管箱短節(jié)材料在試驗溫度下的屈服點， MPa； 由 GB1501998《鋼制壓力容器》表 41 查得 =325MPa，有前面知 = 代入其他數(shù)據(jù)得： == 顯然 (3178。 6) 因而管箱短節(jié)的厚度滿足該工藝條件的要求強度。 所以管箱短節(jié)厚度。 第 3． 3 節(jié) 管箱封頭的強度校核 管箱封頭的計算厚度按 GB1501998《鋼制壓力容器》式 71 可知： 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 式中： ： 管箱封頭 的計算厚度， mm； ：計算壓力（取設(shè)計壓力）， MPa； ：管箱封頭的內(nèi)直徑， mm。 ：設(shè)計溫度下材料的需用應(yīng)力， MPa； ：焊接接頭系數(shù)。 代入數(shù)據(jù)知： 按 JB/T47462021《鋼制壓力容器用封頭》 [23]設(shè)計封頭時，封頭厚度取為 12mm，所以取 =12mm， 因此名義厚度： ==12mm 有效厚度 === 強度校核： 由液壓試驗（ GB1511999《管殼式換熱器》 P14 公式 33 可知： 經(jīng)查 GB1501998《鋼制壓力容器》表 41 知 =170MPa =156MPa 則 壓力試驗應(yīng)按 GB1511999《管殼式換熱器》公式 37： 校核管箱封頭應(yīng)力。 代入數(shù)據(jù)知： 應(yīng)滿 足下列條件： ，其中：管箱封頭材料在試驗溫度下的屈服點， MPa； 由 GB1501998《鋼制壓力容器》表 41 查得 =345MPa，有前面知 = 代入其他數(shù)據(jù)得： 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） == 顯然 因而管箱封頭的厚度滿足該工藝條件的要求強度。 所以取管箱封頭厚度為 12mm。 第 3． 4 節(jié) 換熱管的設(shè)計及強度校核 換熱管的厚度計算按 GB1501998《鋼制壓力容器》 P26 式 51 計算： 其中 ==20 ， GB1501998《鋼制壓力容器》表 43 查得取為 163MPa 代入數(shù)據(jù)得： 根據(jù) GB1511999《管殼式換熱器》表 10 可查得換熱管厚度取為 因此名義厚度： == 有效厚度： ==1mm 強度校核： 由液壓試驗 GB1511999《管殼式換熱器》 P14 公式 33 可知： 經(jīng)查 GB1501998《鋼制壓力容器》表 41 知 =163MPa =163MPa 則 壓力試驗應(yīng)按 GB1511999《管殼式換熱器》公式 37： 校核換熱管應(yīng)力。 代入數(shù)據(jù)知： 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 應(yīng)滿足下列條件： ， 其中：換熱管材料在試驗溫度下的屈服點， MPa； 由 GB1501998《鋼制壓力容器》表 41 查得 =345MPa，有前面知 = 代入其他數(shù)據(jù)得： == 顯然 因而換熱管的厚度滿足該工藝條件的要求強度。 所以取換熱管的厚度為 12mm。 第 3． 5 節(jié) 管箱法蘭的設(shè)計 管法蘭采用整體法蘭，其基本尺寸如下： 法蘭外徑 =1995mm 法蘭內(nèi)經(jīng) =1803mm 法蘭有效厚度 =90mm 翻邊直徑 =0 錐徑高度 h=4 寬度 mm 頸部小端 寬度 =18mm 經(jīng)部大端 =26mm 法蘭材料選用 16Mn 由 GB1501998《鋼制壓力容