【正文】 4tew ieP M p aD? ? ?? ? ? ?? ? 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 62 頁 [P]P 且接近，故所取δ n =5mm 合適 封頭計(jì)算 封頭 采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 圖 上封頭： 由于 筒體上封頭只受內(nèi)壓作用，為了便于制造、安裝，可取上封頭壁厚與下封頭相同，材料均為 0Cr18Ni9，設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力均為 t][? =137Mp。采用雙面焊，并且局部進(jìn)行探傷。 3 設(shè)備零部件設(shè)計(jì) 氧化器 筒 體設(shè)計(jì) 殼體計(jì)算 由新標(biāo)準(zhǔn) GB7132021 氧化器殼程設(shè)計(jì) 材料選用 Q245R 最小壁厚不得小于 8mm 查 GB1501998 得： [σ ]t =132Mpa， C1 =0 mm， 2C =， 氧化器壁厚： ppDt i?? ??? ][2 φ － 焊縫系數(shù)，φ = 0 .4 2 1 4 0 02 1 3 2 0 .8 5 0 .4 2? ?? ? ? ?= 取 n? =8mm 有效厚度 mmCCne 721 ???? ?? 取 n? =8mm時(shí)，設(shè)備的最大工作壓力： ? ? 2 [ ] 2 1 3 2 0 . 8 5 7 1 . 1 2 0 . 4 21 4 0 0 + 7t er iep M p a M p aD? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? 能夠保證設(shè)備正常 工作，故 n? =8mm滿足設(shè)計(jì)要求。 限于水平，雖經(jīng)努力，設(shè)計(jì)中不妥甚至錯(cuò)誤之處在所難免，還望指導(dǎo)老師加以指正。 設(shè)計(jì) 要 求 有基本的設(shè)計(jì)繪圖能力以及相應(yīng) 專業(yè)知識(shí)，還應(yīng)會(huì)查閱相關(guān)的各種 設(shè)計(jì)手冊(cè)， 熟悉 GB1501998《鋼制壓力容器》、 GB1511998《管殼式換熱器》、《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)定》等現(xiàn)行國家法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。帶走的反應(yīng)熱用于加熱甲醇蒸發(fā)器或用于產(chǎn)生熱水供給鍋爐。它將反應(yīng)熱 通過第一段即急冷段的換熱段將反應(yīng)汽溫度從 650℃ 下降到 200℃ 左右，把熱能轉(zhuǎn)化為蒸汽，并用于生產(chǎn)上。在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是化工 行業(yè)具有重要地位。 此設(shè)計(jì)以氧化系統(tǒng)中需回收需要冷卻的化學(xué)工藝氣甲醛混合氣的余熱以及 JB4708200《壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》和本專業(yè)所學(xué)為依據(jù)， 氧化器具有氧化效果好、 高效率等特點(diǎn)，由于氧化器的換熱管和管板的設(shè)計(jì)獨(dú)特性，使氧化器的使用壽命可達(dá)八年以上，生產(chǎn)遇停電停車后，不用處理即可開車生產(chǎn)，產(chǎn)量高。南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 62 頁 引 言 本次畢業(yè)設(shè)計(jì) 是在現(xiàn)有工業(yè)在用氧化器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，以提高生產(chǎn)效率，降低能耗 。 此設(shè)計(jì) 氧化器高度大，設(shè)備重 ， 在滿足工藝過程要求的前提下，換熱器應(yīng)達(dá)到安全與經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。自身帶廢鍋，不需另配汽包。 本次設(shè)計(jì)氧化器為平板氧化器，有反應(yīng)室和兩個(gè)管殼式換熱器組成。第二段工藝上稱為熱水段，將 200℃ 左右的反應(yīng)汽冷卻到 140℃ 。這種結(jié)構(gòu)使得氧化器余熱利用相當(dāng)充分，設(shè)計(jì)合理。同時(shí)需要指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)，更需要有認(rèn)真負(fù)責(zé)，一絲不茍的研究態(tài)度。 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁 共 62 頁 1 總體 方案 設(shè)計(jì) 已知裝配參數(shù)： 殼程 管程 工作壓力 (MPa)： 操作溫度 (℃ )： 140 650 物料名稱： 水 汽 甲醛混合氣 腐蝕余量 (mm) 1 0 換熱面積 (m2) 210 圓筒內(nèi)徑 Di =1400mm 帽體內(nèi)徑 =1600mm 圖 nfed 12c 14b 12b 34j 14k 12amlh 12A南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁 共 62 頁 2 主要零部件材料確定 由新標(biāo)準(zhǔn) GB7132021 氧化器殼程不與甲醛混合汽接觸的部分設(shè)計(jì) 材料選用Q245R，與三元混 合汽接觸的筒體材料選用 0Gr18Ni9。 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 共 62 頁 筒節(jié)和帽體的材料選擇及壁厚計(jì)算 由于 筒節(jié)和帽體與三元混合氣直接接觸，故材料選用 0Gr18Ni9 本次設(shè)計(jì)氧化器屬內(nèi)壓容器， 殼程工作壓為 P= 取設(shè)計(jì)壓力 P= = 殼程工作溫度為 t=140℃ ,可取設(shè)計(jì)溫度在 150℃下設(shè)計(jì)計(jì)算筒體能保證設(shè)備正常運(yùn)行。 初取 mmn 5?? a．對(duì)于筒節(jié) 則有 D0 =1410mm 取 C1 =0 mm 腐蝕余量： C2 = 故 mmCCne ???? ?? 設(shè)計(jì)溫度下筒節(jié)的許用應(yīng)力 t][? =137MPa 則 2 [ ] 2 4 . 0 1 3 7 0 . 8 5[ ] = = 0 . 6 61 4 0 0 + 4tew ieP M p aD? ? ?? ? ? ?? ? [P]P 且接近，故所取δ n =5mm 合適。 查 JB/T47462021《鋼制壓力容器用封頭》標(biāo)準(zhǔn)得 相關(guān)參數(shù)如下： 公稱直徑： DN =Di =1600mm 總深度： H=425mm 內(nèi)表面積： A= 容積： V= ； h=25mm； 2)(2 ??hHDi ； K= 封頭計(jì)算厚度 1 . 0 0 . 4 2 1 6 0 0 2 . 8 92 [ ] 0 . 5 2 1 3 7 0 . 8 5 0 . 5 0 . 4 2cit cK P D mmP? ?? ??? ? ?? ? ? ? ? 2 9 9d c m m??? ? ? ? ? 取厚度負(fù)偏差 1c =0，圓整后取名義厚度 n? =6mm, 當(dāng)量厚度 mmce ??????? ?? ， 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 62 頁 強(qiáng)度校核 2 [ ] 2 5 . 0 1 3 7 0 . 8 5[ ] = 0 . 7 3 0 . 4 20 . 5 1 . 0 1 6 0 0 + 0 . 5 5 . 0tew ieP M p a M p aKD ? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? 從而取 n? =6mm滿足要求； 下封頭： 查 JB/T47462021《鋼制壓力容器用封頭》標(biāo)準(zhǔn)得 相關(guān)參數(shù)如下： 公稱直徑： DN =Di =1400mm 總深度： H=375mm 內(nèi)表面積： A= 容積： V= ； h=25mm ； 2)(2 ??hHDi n? =6mm 筒節(jié)高度確定 選取 DN =1400mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，有關(guān)數(shù)據(jù)如下： 公稱直徑： DN =1400mm 曲面高 度 =350mm 直邊高度： =25mm 內(nèi)表面積： A= m2 容積 VF = 查 《壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)》表 212得 每一米圓筒容積 V1 = H=1VVV F? = 39 39 ?? 由于筒節(jié)上開有接管孔 377 故取筒節(jié)高度 =535mm i=iDH = ? 選取 =1600mm 的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，有關(guān)數(shù)據(jù)如下： 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 共 62 頁 公稱直徑： =1600mm 曲面高度 =400mm 直邊高度： =25mm 內(nèi)表面積： A= 容積 = 查得每一米圓筒容積 V1 = 11 0 . 5 8 6 4 0 . 2 0 52 . 0 1 7FVVH V? ?? ? ? 由于帽體上開有大小頭，大小頭上接法蘭 350 6 故取筒節(jié)高度 =866mm i=iDH = ? 管箱設(shè)計(jì) 管箱短節(jié)及開孔按 GB15098 要求設(shè)計(jì)，則取管箱厚度 為 5mm，管箱的最小內(nèi)側(cè)深度 l，徑向開口的單程管箱。 初步估算 氧化 器的管子數(shù)： 210n = 8 9 4 . 7( 0 . 1 ) 3 . 1 4 0 . 0 2 5 ( 3 0 . 1 )AdL? ??? ? ? ? （ 根 ） 管子按正三角形排列，查《鋼制管殼式換熱器》設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取 n=1045 根 ，中心排管數(shù) 34 根，管間距 t=39mm. ? ? ? ? 220. 1 3. 14 0. 02 5 10 45 3 0. 1 24 5. 3 21 0A dn L m m?? ? ? ? ? ? ? ? ? 殼體內(nèi)徑： Di =a(b1)+2e Di — 殼體內(nèi)徑， mm a — 管心距， mm b — 橫過管束中心線的管數(shù) e— 管束中心線上最外層管子中心至殼體內(nèi)壁的距離，一般取 e=(1～ )d0 b值計(jì)算： 管子按正三角形排列， b= n n — 為換熱器的總管數(shù) b= n = 1045 = 其中 e取 d0 e= 25=30mm Di =39 ()+2 30= 將 Di 進(jìn)行圓整取 Di =1400mm 完全符合設(shè)計(jì)要求。定距管 桿 d==148mm , 盤板折流板與殼體間的環(huán)形截面積 1KS 等于環(huán)形折流板以內(nèi)的截面積 2KS ，即 )(4 2121 DDS sK ??? 222 4 DSK ?? 2221221 DDDSS sKK ???? 放大口厚度計(jì)算 材料為 0Cr18Ni9，按無力矩理論，最大薄膜應(yīng)力為錐殼大端周向應(yīng)力 ?? ， 即 ???? cos2 DPc? 由最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則，并取 ?? cosccDD ?? ，可得厚度計(jì)算式 ???? c os1][2 ct ccc PDP ?? 式中 cD —— 錐殼計(jì)算內(nèi)直徑， mm； c? —— 錐殼計(jì)算厚度， mm。）。 圖 管板圖（件 15） 件 50 材料選用 0Cr18Ni9 與 Q245R 的，根據(jù) GB15199 中，管板與氧化器南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 共 62 頁 筒體采用焊接時(shí)，應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的要求，且管板最小厚度為 min? =20mm，故初取δ =39mm,將管板設(shè)計(jì)為延長部分兼做法蘭結(jié)構(gòu)。 圖 上管板圖（件 42） 管板的計(jì)算 ： 相關(guān)數(shù)據(jù) 計(jì)算 0Cr18Ni9 鋼材在 150℃溫度下彈性模量 51. 95 10pE M pa?? 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁 共 62 頁 許用應(yīng)力 [ ] 137ts Mpa? ? 屈服點(diǎn) 205ts Mpa? ? 10sE M pa?? 線性膨脹系數(shù) 617 .0 10 /taC?? ? ? 61 7 .0 1 0 /sta a C?? ? ? ? 管子許用應(yīng)力 [ ] 137ts Mpa? ? 42. 06 10tE M pa?? 由前面已經(jīng)確定了殼程圓筒，管箱圓筒，管箱法蘭，換熱管等元件結(jié)構(gòu)尺寸及管板布管方式。 A —— 殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積， 2mm ； mmDi 1400? 222 mmDA i ???? ? sA —— 圓筒殼壁金屬橫截面積， 2mm ； 8s mm? ? 2( ) 3. 14 8 ( 14 00 8 ) 35 36 8. 96s s i sA D m m? ? ?? ? ? ? ? ? ? a —— 一根換熱管 管壁 金屬 的 橫截面積 ， 2mm ； 管子外徑： mmd 25? , 管子壁厚 : mm? ? 管子間距 : mmt 39? , 管子根數(shù) : n=1045 根 2( ) 3. 14 ( 25 2. 5 ) 2. 5 17 6. 62 5tta d m m? ? ?? ? ? ? ? ? ? 管子金屬總截面積 : 2( ) 1 0 4 5 3 .1 4 ( 2 5 2 .5 ) 2 .5 1 8 4 5 7 3 .1 2 5ttn a n d m m? ? ?? ? ? ? ? ? ? tK —— 管束模數(shù)， MPa ； 管子的有效長度 : mmLL n 2 9 2 2)336(23 0 0 0)3(20 ???????? ? 42 . 0 6 1 0 1 8 4 5 7 3 . 1 2 5 9 0 5 . 1 12 9 2 2 1 4 0 0ttiE n aK M P aLD ??? ? ?? 南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁 共 62 頁 ( M P aE t ?? ) []cr? —— 換熱管穩(wěn)定許用壓應(yīng)力， MPa ； i —— 列管的回轉(zhuǎn)半徑 ， mm ； 220 .2 5 ( 2 )