【正文】 。管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一。 殼程壓力作用下（外壓）浮頭蓋的計算 將球冠形封頭當作球殼進行計算，具體過程如下：假設，腐蝕裕量，則： ； ， 故；所以；查GB150可知，此時許用外壓力為： ， 滿足穩(wěn)定要求，故合適。（內(nèi)壓）浮頭蓋的計算： 球冠形封頭計算厚度按下式計算： （）為方便選材，故可將浮頭蓋的材料選Q345R，設計溫度下=，選擇為粘接，100%無損探傷，故，則 。 （2）開孔所需補強面積計算： 強度削弱系數(shù)： fr=[5] 接管有效厚度： 開孔所需補強面積按下式計算：（3）有效補強范圍①有效寬度B： ②有效高度：（a）外側(cè)有效高度為： （b）內(nèi)側(cè)有效高度為： （4）有效補強面積①殼體多余金屬面積： 殼體有效厚度： 則多余的金屬面積為： ②接管多余金屬面積： 接管計算厚度： 接管多余金屬面積： ③接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為6mm）： ④有效補強面積： （5）另需補強面積 （6）擬采用補強圈補強 由接管公稱直徑，補強圈的外徑[8]，內(nèi)徑[8]補強圈的厚度為： 因為鋼板負偏差故圓整，取殼體和管箱上補強圈的名義厚度為6mm， 浮頭蓋 本浮頭式換熱器浮頭端采用B型鉤圈式浮頭，而浮頭蓋使用了球冠形封頭。最大允許工作壓力 ，合格（4）校核水壓試驗壓力 [5] 采用液壓試驗，試驗應力 現(xiàn)校核試驗壓力，筒體 試驗壓力， 而，所以水壓試驗壓力校核合格。故封頭計算厚度 （）封頭名義厚度，為了利于焊接與選材，當制造用材相差無幾時，可取封頭與管箱短節(jié)壁厚相同。則管箱短節(jié)有效厚度最大允許工作壓力 設計溫度下計算的應力 ，管箱短節(jié)名義厚度合格。 焊接方式：選為雙面焊對接接頭，局部無損探傷，故焊接系數(shù)； 規(guī)定可知對Q345R鋼板其厚度負偏差[10]，取腐蝕裕量[3]（2）確定管箱短節(jié)厚度 由GB 1502011《壓力容器》標準中，當時，可用 計算。最大允許工作壓力 ，合格（4）校核水壓試驗壓力 [5] 采用液壓試驗，試驗應力 現(xiàn)校核試驗壓力，筒體 試驗壓力， 而，所以水壓試驗壓力校核合格。故封頭計算厚度 （）封頭名義厚度，為了利于焊接與選材，當制造用材相差無幾時，可取封頭與管箱短節(jié)壁厚相同。則管箱短節(jié)有效厚度最大允許工作壓力 （）設計溫度下計算的應力 （） ，管箱短節(jié)名義厚度合格。 焊接方式：選為雙面焊對接接頭，局部無損探傷，故焊接系數(shù)； 規(guī)定可知對Q345R鋼板其厚度負偏差[3] 腐蝕裕量[3] （2）確定管箱短節(jié)厚度當時，可用 計算。 計算管箱短節(jié)、封頭厚度 后管箱短節(jié)及封頭厚度（1） 確定計算參數(shù) 管箱與殼體材料相同，為Q345R。（4） 最大允許工作壓力及應力計算 最大允許工作壓力 （）設計溫度下計算的應力 （） ，筒體名義厚度合格。 則筒體計算厚度 （）設計厚度為： 筒體名義厚度。假設厚度為，由設計溫度為，知Q345R的許用應力 [5]焊接方式：選為雙面焊對接接頭，局部無損探傷，故焊接系數(shù)； 規(guī)定可知對Q345R鋼板其厚度負偏差[10]，取腐蝕裕量[10]。 筒體材料的選擇 由于本設計殼程流動的混合氣體有輕微的腐蝕性，故在此綜合成本、使用條件等的考慮，根據(jù)GB 7132008《鍋爐和壓力容器用鋼板》選擇Q345R為殼體的材料。 殼程流體阻力 [3] 其中，為4，1； 管束壓力損失為： 其中， 流速 正三角形排列 F= 缺口壓力損失為： 其中， ，D=800mm，B=300mm 總阻力為： 所以殼程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。 換熱器內(nèi)流體的流動阻力 [3]其中： ——直管中存在摩擦阻力而產(chǎn)生的壓力降，； ——回彎管中存在摩擦阻力而產(chǎn)生的壓力降，可由經(jīng)驗公式 估算； ——結(jié)垢校正系數(shù)，的換熱管??； ——管程數(shù)，取4； ——串聯(lián)的殼程數(shù)，取1。 各接管墊片標記如下： 循環(huán)水接管： 墊片 ； 混合氣接管： 墊片 ； 排液管： 墊片 。 在本設計中殼程接管有補強圈，計算可得取。 在本設計中殼程接管有補強圈，計算可得取。采用平行分法是為了接管的安裝，而且平行分法可以令管箱內(nèi)物料填放充足。其目的是為了使流體在換熱管中分布均勻以及式流體聚集起來流出換熱器，另外流體起到的作用是改變流體運動方向。（2）管程流體進、出口接管 根據(jù)溫度計算，使進出口接管內(nèi)徑相等，接管內(nèi)冷卻水流速：[4]，接管內(nèi)徑： 取接管公稱直徑DN=200mm 。為了避免殼體的有液體殘留在最低處留排出液口。 本設計采用單弓形折流板，橫向排列。取管心距，則：，取[3] 分程隔板槽兩側(cè)相鄰管心距為:[3] 通過管束中心線的管數(shù)：（根） 多層管殼體內(nèi)徑的估算。傳熱管總根數(shù)（根） 按單殼程、四管程結(jié)構(gòu)，由和的值，查[10]圖得，即選用單殼程、四管程的結(jié)構(gòu)形式。 管殼式換熱器常用流速的范圍 流體的種類 一般液體 易結(jié)垢液體 氣體 流速 管程 殼程 單程傳熱管數(shù)：由有， 冷卻水流量，則， （根） 由單程管的長度，可得傳熱管長度為 （） 采用單程管會導致設備較長不便于制造，所以采用多管程結(jié)構(gòu)。所以本設計選用規(guī)格。本設計殼程氣體進出口溫差大、冷卻水屬于較清潔的流體走管程。在逆流操作時，換熱效率高，所以逆流操作在工程中經(jīng)常采用，在本設計中首先按逆流計算，然后再進行校正。 浮頭式換熱器3 換熱器的工藝設計 在冷凝器的設計計算中，根據(jù)本設計給定的設計條件選擇合適的換熱器，其次計算換熱的傳熱面積。主要技術(shù)指標：（1） 殼程：混合氣 入口：280℃，出口：25℃ ( kg/h ， kg/h ， kg/h， kg/h， kg/h) 壓力：（2） 管程：循環(huán)水 入口：20℃，出口：30℃ 壓力：：ＣPCO2= KJ/() ＣPH2= KJ/() ＣPCO= KJ/()2換熱器選型 在冷凝器中混合氣體介質(zhì)從280℃降溫到25℃。這兩個過程可以滿足工藝給定指標。 本工藝流程大致經(jīng)過以下步驟：甲醇與水按配比進入原料液儲罐，通過計量泵進入換熱器（E0101）預熱，然后在汽化塔（T0101）汽化，再經(jīng)換熱器（E0102）過熱到反應溫度進入轉(zhuǎn)化器（R0102），轉(zhuǎn)化生成的氫氣、二氧化碳以及為反應的甲醇和水蒸氣等首先與原料液換熱冷卻（E0101），然后經(jīng)水冷器（E0103）冷凝分離甲醇和水，這部分水和甲醇可以進入原料液儲罐，水冷分離后氣體進入吸收塔，經(jīng)碳酸丙烯酯吸收分離二氧化碳，吸收飽和的吸收液進入解析塔降壓解析后循環(huán)使用，最后進入PSA進一步分離參與的二氧化碳一氧化碳以及其他雜質(zhì)得到一定純度要求的氫氣。 關于冷凝器設計的每個個環(huán)節(jié)，本設計說明書中有詳細的介紹。設計最后進行結(jié)構(gòu)和機械設計，由選定的換熱器類型進行換熱器內(nèi)部零件的設計，包括：根據(jù)介質(zhì)物性選擇材料、管板厚度計算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計算、開孔補強計算等。荊楚理工學院畢業(yè)設計甲醇制氫裝置冷凝器畢業(yè)設計目 錄1 概述 1 甲醇制氫工藝簡介 1 設計參數(shù)及介質(zhì)特性數(shù)據(jù) 12 換熱器選型 23 換熱器的工藝設計 2 2 熱負荷及冷卻水用量計算 2 傳熱平均溫度差的的計算 2 計算傳熱面積 3 計算工藝結(jié)構(gòu)尺寸 3 管徑和管內(nèi)流速 3 管程數(shù)和換熱管數(shù) 3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 4 換熱管排列和分程方法 4 殼體內(nèi)徑的確定 4 折流板 4 接管 4 換熱管束的分程 5 接管位置最小尺寸 5 接管尺寸 6 管法蘭的選擇 6 換熱器核算 7 殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 7 污垢熱阻和管壁熱阻 9 傳熱系數(shù) 9 傳熱面積裕度 9 換熱器內(nèi)流體的流動阻力 10 管程流體阻力 10 殼程流體阻力 104 換熱器的機械設計 12 計算筒體厚度 12 筒體材料的選擇 12 筒體厚度 12 計算管箱短節(jié)、封頭厚度 13 后管箱短節(jié)及封頭厚度 13 前管箱短節(jié)及封頭厚度 15 殼體上開孔補強計算 17 浮頭蓋 18 浮頭蓋的設計計算 18 管程壓力作用下（內(nèi)壓）浮頭蓋的計算： 19 殼程壓力作用下（外壓）浮頭蓋的計算 19 19 管板與殼體的連接 19 管板與管箱的連接 19 管板材料 20 管板有關參數(shù)的確定 20 管板厚度計算 225 拉桿與定距管 23 拉桿的結(jié)構(gòu)形式 23 拉桿的直徑、數(shù)量及布置 236 防沖板 237 鉤圈 238 分程隔板 249 法蘭與墊片 24 固定端的管箱法蘭及墊片選擇 24 浮頭端管箱法蘭及殼體法蘭及墊片選擇 24 殼程、管程接管法蘭型式與尺寸 25 浮頭蓋法蘭及墊片選擇 2610鞍座 26 支反力計算 26 鞍座的型號及尺寸 27 鞍座的布置 2811換熱器的制造與檢驗要求 28 管箱 29 換熱管 29 管板 29 換熱管與管板的連接 29 折流板 29主要參考文獻 31