【導(dǎo)讀】論文首先收集了國內(nèi)外諸多近期關(guān)于再沸器的文獻，指出了現(xiàn)階段再沸器存在的問題與解決方法，并展望了未來的發(fā)展方向。論文從選型方面，對各種再沸器的優(yōu)缺點進行了詳細的分析與比較，并結(jié)合實際生產(chǎn)情況，確定使用釜式再沸器。在工藝設(shè)計方面，使用管內(nèi)無相變傳熱公式和莫斯廷斯基管外傳熱公式，確定了合適的尺寸，避免再沸器尺寸過大，且裕度合適。設(shè)計中的強度設(shè)計依照GB150-1998和GB151-1999，按照TEMA-1998設(shè)計了浮頭管板，并校核了振動失效。經(jīng)計算，所有設(shè)計均安全。經(jīng)濟性方面，成本費與加工費合計約為80萬人民幣。可靠性和維護性方面，由于釜式再沸器有著相當(dāng)?shù)木彌_能力，而且不存在熱應(yīng)力，其可靠性好。另外由于殼程是可拆結(jié)構(gòu)，有利于殼程的清洗，對設(shè)備的持續(xù)工作有利。所以，新設(shè)計在可靠性與維護性方面有優(yōu)勢。

　　

【正文】 ： N操作狀態(tài)螺栓面積：預(yù)緊狀態(tài)螺栓面積：取螺栓面積為： 計算的螺栓面積小于殼程壓力下計算的螺栓面積，故仍然使用M30螺栓40根。實際螺栓面積預(yù)緊狀態(tài)螺栓設(shè)計載荷： N操作狀態(tài)螺栓設(shè)計載荷： N操作壓力法蘭力矩(設(shè)法蘭厚100 mm)： N N N N mm= Nmm預(yù)緊法蘭力矩： Nmm 計算系數(shù)： 操作工況下厚度： mm預(yù)緊工況下厚度： mm 綜合結(jié)果，在管程壓力下，取法蘭厚110 mm?？芍?，法蘭厚度對無影響，則不必迭代。 (2) 殼程壓力下，法蘭力在之前已經(jīng)計算過。其中：預(yù)緊狀態(tài)螺栓設(shè)計載荷： N操作狀態(tài)螺栓設(shè)計載荷： N操作壓力法蘭力矩(設(shè)法蘭厚100 mm)： N N N N mm= Nmm預(yù)緊法蘭力矩： Nmm計算系數(shù)： 操作工況下厚度： mm預(yù)緊工況下厚度： mm 綜合結(jié)果，在管程壓力下，取法蘭厚125 mm?？芍?，法蘭厚度對無影響，則不必迭代。 浮頭計算結(jié)果 浮頭球冠形封頭材料Q345R，管板與法蘭材料均為16MnII，螺栓材料為40MnB。球冠形封頭半徑為1000 mm，厚20 mm。管板與法蘭外徑均為1490 mm，螺栓布圓直徑均為1430 mm，螺栓孔直徑為33 mm。法蘭內(nèi)徑為1337 mm，形式為凹面法蘭，凹面深6 mm，凹面外徑1381 mm。管板凸面外徑為1377 mm，取凸面高6 mm。管板名義厚91 mm，法蘭名義厚125 mm。 JB/T47062000。螺栓取M30260 GB/T57822000螺栓40個。 折流板，拉桿，滑道因小端內(nèi)徑變化，需對折流板重新設(shè)計。經(jīng)計算，折流板尺寸為=DN8=15008=1492 mm。折流板距固定管板的最小距離： mm 調(diào)整為=800 mm。后端板至浮動管板距離為=950 mm。折流板間距重新設(shè)為450 mm。所需折流板數(shù)量=(750010191800950)/450=≈14塊。 拉桿直徑應(yīng)為16 mm，需要10根拉桿長6765 mm。已知管束直徑為1280 mm，折流板直徑為1492 mm，選擇拉桿分布圓直徑為1380 mm，間隔36176。且在位于殼程進口管上部的拉桿上，焊接防沖板，位置應(yīng)在進口管正上方(中心距固定管板486 mm)，長400 mm，厚6 mm。 此外，為了拆裝管束方便，應(yīng)在折流板外側(cè)設(shè)置四條圓鋼滑道，直徑6mm，對稱布置，間距50176。與60176。，焊接在支撐板板外側(cè)，長度從第1塊折流板到浮頭法蘭，約6800 mm。此外，殼體內(nèi)部應(yīng)用角鋼布置支撐導(dǎo)軌，與圓鋼滑道相配合，從距堰板290mm左右開始布置，長度約為7000 mm，錐殼部分人工削薄找平。 振動振動設(shè)計主要參考GB1511999附錄E中的內(nèi)容。計算管間流速與最小間隙： m 進口流速： m/s折流板間橫流流速： m/s卡門渦街頻率 節(jié)徑比；排列角為30176。查圖E1，得St=。 進口處卡門渦街頻率： Hz折流板間卡門渦街頻率： Hz丙烯的比定壓熱容與比定容熱容之比為，取壓縮系數(shù)Z=1。 聲速為： m/s其中：為殼程絕壓(MPa)。 聲頻為： Hz因。另外知跨距n=14，單位空管質(zhì)量 kg/s，單位管內(nèi)流體質(zhì)量=,管外流體質(zhì)量需要進行估計，設(shè)計其虛擬流量=450，綜合結(jié)果，則單位管質(zhì)量=++= kg/m。頻率常數(shù)。則固有頻率為： Hz 假設(shè)換熱管對數(shù)衰減率，則系數(shù)： m/s 臨界流速： m/s 校核 故不會發(fā)生聲振動。 故不會出現(xiàn)因流體彈性不穩(wěn)定造成的管束振動。再沸器是安全的。 支座首先，要計算再沸器的尺寸和質(zhì)量。之前已經(jīng)計算過管箱長1050 mm，殼程內(nèi)管長按7500 mm計算。浮頭蓋經(jīng)計算后，認為高約350 mm。取浮頭蓋前端與堰板距離為100 mm，堰板到封頭距離為250 mm，封頭高550 mm。經(jīng)計算，再沸器總長=1050+7500+350+100+250+550=9800 mm。其中管箱與殼體法蘭和殼體封頭間的距離L=7400+350+100+250=8100 mm。其中，不宜在錐殼(錐殼長度為500cot25176。=1072 mm)處設(shè)置支座，L=8100=1620 mm。 再沸器均由碳鋼制成，取密度為 kg/m3 筒體長度 mm，筒體質(zhì)量為： kg 管箱圓筒長 mm，質(zhì)量為： kg 錐殼平均直徑取1750 mm，質(zhì)量為： kg 固定管板厚105 mm，直徑1587 mm，開孔面積A4=1412= m2，質(zhì)量為： kg 浮頭管板厚91 mm，直徑1490 mm，開孔面積A5= A4= m2，質(zhì)量為： kg 浮頭蓋法蘭厚125 mm，外徑為1490 mm，內(nèi)徑為1337 mm，質(zhì)量為： kg 考慮球冠形封頭，約為400 kg。 平蓋封頭外徑為1695 mm，厚125 mm，質(zhì)量為 kg 橢圓封頭質(zhì)量為 kg kg/m。則總質(zhì)量為： kg 考慮封頭內(nèi)有部分液體，則取=23000 kg。 HG/T 2059597兩個， kg。 HG/T 2059597一個， kg。 HG/T 2059597一個， kg。 HG/T 2059597六個， kg?？傊貫椋?kg 考慮接管質(zhì)量，取=200 kg?？傊? kg= kN鞍座全布置在再沸器筒體大端，則選DN2000的鞍座。根據(jù)JB/T 471292，DN2000的BI型鞍座可承受載荷為875 kN，大于總載荷，是合適的。所以，支撐件選擇JB/T 471292 ，鞍座BI2000F與JB/T 471292 ，鞍座BI2000S h=250，l=40相配合，選擇封頭大端為移動端。安裝位置，L=8100 mm，為了避免在錐殼處布置鞍座，選固定鞍座距法蘭距離1500 mm，移動支座與封頭切線距離1400 mm，則 mm。 強度設(shè)計結(jié)果。 設(shè)計匯總表名稱尺寸/mm材料名稱尺寸/mm材料筒體壁厚20Q345R浮頭法蘭厚12516MnII筒體封頭厚20Q345R球冠型封頭厚20Q345R管箱壁厚16Q345R管程接管20管箱封頭厚12516MnII殼程進口管20管箱隔板厚14Q345R殼程氣相出口管20錐殼厚20Q345R殼程液相出口管20固定管板厚10516MnII殼程進口管補強片厚16Q345R浮動管板厚9116MnII殼程氣相出口管補強片厚16Q345R 4 個人重點—設(shè)備費用與經(jīng)濟性分析 設(shè)備費用估算設(shè)備費用估算主要參考文獻[21]中的內(nèi)容。材料總質(zhì)量為P，其與設(shè)備換熱面積A有如下關(guān)系： t 原材料質(zhì)量： t 其中換熱管質(zhì)量： t 目前，鋼板報價普遍為5200 /t，鍛件為30000/t，管材為16000/t。 材料費： 萬元 輔助材料費：萬元 人工：萬元 機械使用費：萬元 經(jīng)費：萬元 則總費用C為：萬元 壓力與型式修正：萬元 可知，,000元。 原設(shè)計為固定管板式，傳熱面積1084m2單殼程四管程，則費用為： 萬元 比較可知。所以說臥式熱虹吸式再沸器設(shè)計在控制設(shè)備成本上是有優(yōu)勢的。而釜式再沸器之所以成本高出很多，主要是因為浮頭成本高、錐殼制造困難，成本高以及體積較大，耗費金屬多等等。 此外，天津五環(huán)兄弟化工設(shè)備制造公司對本設(shè)計再沸器進行了估計。 再沸器成本明細表數(shù)量名稱規(guī)格材質(zhì)質(zhì)量進貨價制造費合計1錐殼DN1500200026Q345R15001筒體DN2000246828Q345R82805接管DN4581702081堰板DN200010h=1500Q345R2201接管DN27315200201接管DN4262425020631封頭EHA200020Q345R7242筋板4014010Q24511接管DN57112002011角鋼滑道1703010h=7000Q24511012角鋼滑道1703010h=7000Q2451102接管DN3771225020601前管箱筒體DN150016580Q345R35116定距管φ258002032210定距管φ2450202101封頭EHA1500124Q345R56314支撐板φ14928Q345R93110拉桿φ166800Q2451081防沖板4004006Q245128螺栓M3652040MnB4942鞍座h=250組件4504滑條φ66800Q24561412換熱管φ25750020146952法蘭DN15004016MnⅡ15235法蘭DN404016MnⅡ121法蘭DN4004016MnⅡ96 再沸器成本明細表（完）數(shù)量名稱規(guī)格材質(zhì)質(zhì)量進貨價制造費合計1法蘭DN504016MnⅡ1法蘭DN2504016MnⅡ1法蘭φ1500/φ13304016MnⅡ4302法蘭DN3502516MnⅡ971法蘭DN15002516MnⅡ4851固定管板DN150014516MnⅡ20121浮動管板DN150014516MnⅡ20121平蓋封頭φ171512516MnⅡ2270重量總計 可以看出，后者估價僅有不到80萬元，僅為理論估價的36%。其原因可能是由于理論估價過于保守。另外，由于理論估價涉及到材料費用問題，由于價格與市場的波動，難免會存在材料費上揚或下降的問題，這對估價也有影響。 操作費用評估根據(jù)文獻[21]，操作費用是公用工程用量和其溫度的函數(shù)。在本設(shè)計中，公共工程是熱水，由于其進出口溫度是確定的，熱負荷也是固定的。另外，操作費用也與管內(nèi)的阻力有關(guān)系。因為，管內(nèi)阻力越大，所需泵的功率就越大。本設(shè)計中的釜式再沸器管內(nèi)壓降為26154Pa，而原設(shè)計的壓降接近70000Pa，其泵成本與操作成本的提高明顯。所以，釜式再沸器的操作費用要比臥式熱虹吸再沸器低。 可靠性評估設(shè)備的可靠性是其在工作過程中不發(fā)生故障的概率。設(shè)備可靠性越高，其潛在的經(jīng)濟效益就越大。本設(shè)計中的釜式再沸器，其原理，就是精餾塔的最后一塊塔板。由于釜式再沸器有一定的蒸發(fā)空間和存液量，使得其對入口流量組成的變化不敏感。換句話說，釜式再沸器具有很強的操作彈性，可以是整個精餾系統(tǒng)的可靠性提高。而且，由于釜式再沸器的高操作彈性，其控制系統(tǒng)也相應(yīng)的簡單，可靠?？傊?，釜式再沸器在可靠性方面，較臥式熱虹吸再沸器是有優(yōu)勢的。 設(shè)備維護設(shè)備在使用投產(chǎn)之后，必須經(jīng)常維護保養(yǎng)，使其可以正常可靠工作。設(shè)備維護的難易程度關(guān)系到設(shè)備狀態(tài)的好壞，以及維護時間的長短。本設(shè)計考慮殼程的清潔問題，設(shè)計了易拆的釜式再沸器，其拆裝方便，易于清洗殼程污垢。此外，還在把管箱封頭設(shè)計為平蓋封頭，便于清洗管程。相比較原設(shè)計，釜式再沸器的設(shè)計在維護性方面是有優(yōu)勢的。結(jié) 論本文首先對近年來與再沸器有關(guān)的文獻進行分析，形成綜述。并對不同形式再沸器的優(yōu)缺點進行了詳細的分析。通過這些分析，并考慮現(xiàn)場工藝條件，完成了再沸器的選型工作，決定選用釜式再沸器。 工藝設(shè)計方面，本文首先確定了換熱面積，并分別校核了管內(nèi)和管外的傳熱系數(shù)以及設(shè)備的裕度。此外，設(shè)計還計算并校核了再沸器管內(nèi)和管外的阻力。結(jié)果顯示，該再沸器設(shè)計是可以滿足生產(chǎn)要求的。強度設(shè)計方面，設(shè)計參考GB1501998，GB1511999及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計了包括筒體，封頭，管板，浮頭等部分，并對開孔補強和振動進行了校核。結(jié)果顯示，設(shè)計安全可靠。經(jīng)濟分析方面，比較新舊設(shè)計，可以得出如下結(jié)論： (1) 釜式再沸器的設(shè)備成本比熱虹吸再沸器高，而且，尺寸越大，成本升高越明顯。所以，如果要追求小投資，熱虹吸再沸器是比較合適的。 (2) 相同熱負荷