立式熱虹吸式再沸器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言4</b></p><p>　　第一章 再沸器基本參數(shù)6</p><p>　　1.1、設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件6</p><p>　　1.2、再沸器類型的選擇6</p><p>　　1.

2、3、流程的安排7</p><p>　　1.4、再沸器的熱流量計(jì)算7</p><p>　　1.5、流體的有效平均溫差7</p><p>　　1.6、傳熱面積的估算8</p><p>　　1.7、再沸器基本參數(shù)的初步確定8</p><p>　　1.7.1換熱器型號(hào)8</p><p>　　

3、1.7.2折流板9</p><p>　　1.7.3拉桿11</p><p>　　1.7.4 防沖板12</p><p>　　第二章 再沸器機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)13</p><p>　　2.1 殼體壁厚計(jì)算13</p><p>　　2.2 管箱壁厚計(jì)算14</p><p>　　2.3 封頭壁

4、厚計(jì)算15</p><p>　　2.4、管箱結(jié)構(gòu)16</p><p>　　2.4.1 管箱結(jié)構(gòu)尺寸確定16</p><p>　　2.4.2 管箱法蘭17</p><p>　　2.4.3 墊片18</p><p>　　2.5、固定管板計(jì)算19</p><p>　　2.6、殼體、管子與

5、管板連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23</p><p>　　2.6.1殼體與管板連接23</p><p>　　2.6.2管子與管板連接23</p><p>　　2.7、管板與管箱連接25</p><p>　　2.8、判斷是否需要膨脹節(jié)25</p><p>　　2.9、開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)27</p><p>

6、　　2.10、接管29</p><p>　　2.11、排氣、排液30</p><p>　　2.12、支座的選擇31</p><p><b>　　第三章 結(jié)論34</b></p><p><b>　　主要參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　致

7、 謝35</b></p><p><b>　　再沸器的工藝設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一臺(tái)立式熱虹吸再沸器，以前塔頂蒸汽冷凝為熱源，加熱塔底釜液使其沸騰。前塔頂蒸汽組成：乙醇0.12，水0.88，均為摩爾分?jǐn)?shù)，釜液可視為純水。具體條件及物性如下

8、</p><p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件如表1-1</p><p>　　表1-1 設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件</p><p><b>　　1.2、物性數(shù)據(jù)</b></p><p>　　殼程液體在定性溫度200℃下的物性數(shù)據(jù)：</p><p>　　潛熱rc=1938.2kJ/kg

9、熱導(dǎo)率λc=0.663W/(m.k)</p><p>　　黏度μc=0.136mPa.s 密度 ρc=863.0kg/m3</p><p>　　管程流體在定性溫度116℃下的物性數(shù)據(jù)：</p><p>　　液相潛熱 rb=361.14 kJ/kg 液相熱導(dǎo)率λb=0.124 W/(m.k)</p><p>　　液相黏

10、度 μb=0.24 mPa.s 液相密度 ρb=791 kg/m3</p><p>　　表面張力 σ=0.0173N/m 液相比熱容Cpb=1.6 kJ/(kg.k)</p><p>　　汽相密度 ρv=5.81 kg/m3 汽相黏度 μv=0.009 mPa.s</p><p>　　蒸汽壓曲線斜率（Δt/Δp）=0.00303 m2.

11、K/kg物性數(shù)據(jù)</p><p><b>　　1.3、流程的安排</b></p><p>　　該再沸器由于用于甲醇的蒸汽再沸，工藝設(shè)計(jì)時(shí)考慮到甲醇具有較高的清潔度，不易在管道內(nèi)產(chǎn)生污垢，具有飽和蒸汽冷凝的再沸器應(yīng)使飽和蒸汽走殼程，便于排出冷凝液，因此考慮甲醇走管程，水蒸氣走殼程。</p><p>　　1.4、再沸器的熱流量計(jì)算</p>

12、;<p>　　查設(shè)計(jì)常用標(biāo)準(zhǔn)得水蒸氣在管道中常用速度范圍為20～40m/s,本設(shè)計(jì)取30m/s，則進(jìn)口流量</p><p><b>　　(1-1)</b></p><p>　　又查水蒸氣在160時(shí)密度為3.252</p><p><b>　　則殼程冷凝量</b></p><p><

13、;b>　　(1-2)</b></p><p>　　查化工原理殼程在時(shí)潛熱</p><p><b>　　則熱流量</b></p><p><b>　　(1-3)</b></p><p>　　1.5、流體的有效平均溫差</p><p><b>　　因采

14、用逆流換熱，則</b></p><p><b>　　(1-4)</b></p><p>　　1.6、傳熱面積的估算</p><p><b>　　根據(jù)物料性質(zhì)選取</b></p><p><b>　　則傳熱面積</b></p><p><

15、b>　　(1-5)</b></p><p><b>　　圓整取</b></p><p>　　1.7、再沸器基本參數(shù)的初步確定</p><p>　　1.7.1換熱器型號(hào)</p><p>　　管徑：選用較小的管子，可以提高流體的對(duì)流給熱系數(shù)，并使單位體積設(shè)備中的傳熱面積增大，設(shè)備較緊湊，單位傳熱面積的金屬耗

16、量小，但制造麻煩，小管子易結(jié)垢，不易清洗，可用于較清潔流體，由于甲醇腐蝕性小，是清潔流體，故可選用的不銹鋼。</p><p>　　管心距：由于管程介質(zhì)干凈，管外無需清洗，取管心距</p><p><b>　　(1-6)</b></p><p>　　管長(zhǎng)：按單管程計(jì)算，取管長(zhǎng)</p><p><b>　　則傳熱管

17、管數(shù)</b></p><p><b>　　(1-7)</b></p><p>　　管子采用正三角形排列，則</p><p><b>　　(1-8)</b></p><p>　　求得，則正六邊形對(duì)角線上傳熱管數(shù)目</p><p><b>　　(1-9)&l

18、t;/b></p><p>　　則單程換熱器殼體內(nèi)徑</p><p><b>　　(1-10)</b></p><p><b>　　查標(biāo)準(zhǔn)取</b></p><p><b>　　1.7.2折流板</b></p><p>　　1.7.2.1選擇弓形折

19、流板</p><p>　　設(shè)置折流板的目的是為了提高殼程流體的流速，增加湍動(dòng)程度，并使殼程流體垂直沖刷管束，以改善傳熱，增大殼程流體的傳熱系數(shù)，同時(shí)減少結(jié)垢。</p><p>　　弓形折流板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良，一般標(biāo)準(zhǔn)換熱器中只采用這種形式，弓形折流板切去的圓缺高度一般是殼體內(nèi)徑的10%40%，常用值為20%～25%，經(jīng)驗(yàn)證明，20%的切口最為適宜，在相同的壓力降下，能提供最好的傳熱性能。

20、</p><p>　　折流板間距B的選取最好使殼體直徑處的管間流動(dòng)面積與折流板切口處的有效流動(dòng)面積近似相等，這樣可以減少介質(zhì)在通過缺口前后由于流通面積的擴(kuò)大與收縮而引起的壓力損失。對(duì)于20%的切口，符合此要求的折流板間距B為殼體直徑的三分之一，一般情況下可使折流板間距不大于或小于/5.</p><p>　　折流板高度h初步確定</p><p><b>　　

21、(1-11)</b></p><p>　　由排管分布圖知，應(yīng)將尺寸調(diào)整到被切除管孔保留到小于1/2孔位，取</p><p>　　折流板間距B初步確定</p><p><b>　　(1-12)</b></p><p>　　圓整取B=200mm</p><p>　　1.7.2.2 折流板厚

22、度</p><p>　　折流板厚度與殼體直徑、換熱管無支撐長(zhǎng)度有關(guān)，厚度選取4mm，如表1-2</p><p>　　表1-2 折流板厚度/mm </p><p>　　1.7.2.3折流板與殼體間隙</p><p>　　折流板與殼體的間隙依據(jù)制造安裝條件，在保證順利的裝入前提下，越小越好，以減少殼程中旁路損失

23、，排列方式采用水平切口。</p><p>　　查表4-2（化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)）取折流板外徑允許偏差-0.5mm，如表1-3</p><p>　　表1-3折流板外直徑/mm</p><p>　　1.7.2.4 折流板的管孔</p><p>　　折流板上管孔中心距等于管心距，公差為相鄰兩孔±0.3mm，任意兩孔折±1.

24、00mm，折流板上管孔加工后兩端必須倒角0.5×45·</p><p>　　流板的管孔直徑有表4-5查得允許偏差為+0.4mm</p><p>　　表1-4換熱器折流板管孔尺寸及允許偏差/mm </p><p>　　折流板結(jié)構(gòu)形式如圖1 </p><p>　　

25、圖1 折流板結(jié)構(gòu)形式</p><p><b>　　1.7.3拉桿</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用拉桿定距結(jié)構(gòu)，拉桿一端用螺紋擰入管板，每?jī)蓧K折流板之間的間距用定距管固定，每根拉桿最后一塊折流板用兩個(gè)螺母鎖緊固定，這種形式易于調(diào)節(jié)折流板之間夾緊程度，在穿進(jìn)換熱管后，各折流板處于相對(duì)自由狀態(tài)。</p><p>　　拉桿直徑由表4-7查得取1

26、6mm</p><p>　　拉桿數(shù)量由表4-8查得取4mm</p><p>　　因?yàn)檎哿靼彘g距B=200mm</p><p>　　所以拉桿長(zhǎng)度選取3根 (1-13)</p><p>　　1根 (1-14)</p><p><b>　　拉桿結(jié)構(gòu)形式如圖2</b></p

27、><p><b>　　圖2 拉桿結(jié)構(gòu)形式</b></p><p><b>　　1.7.4 防沖板</b></p><p>　　為了防止殼程物料進(jìn)口處流體對(duì)換熱管表面的直接沖刷，引起腐蝕及振動(dòng)，應(yīng)在流體入口處裝置防沖板，以保護(hù)換熱管。</p><p>　　防沖板在殼體內(nèi)的位置，應(yīng)使防沖板周邊與殼體內(nèi)壁形成

28、的流通面積為殼程進(jìn)口接管截面積的1～1.25倍。也就是接管與殼體內(nèi)表面形成的馬鞍形和防沖板平面間形成圓柱形側(cè)面積，實(shí)際上接管管徑確定后，就是一個(gè)防沖板與殼體內(nèi)壁的高度H的確定，一般規(guī)定H=（1/4～1/3）接管外徑，則</p><p><b>　　(1-15)</b></p><p><b>　　圓整取H=20mm</b></p>

29、<p>　　防沖板為不銹鋼時(shí)最小厚度取4mm</p><p>　　防沖板結(jié)構(gòu)形式如圖3</p><p>　　圖3 換熱器防沖板結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　第二章 再沸器機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 殼體壁厚計(jì)算</p><p>　　根據(jù)工藝條件，殼程設(shè)計(jì)壓力為，焊接采用雙面對(duì)接焊局部無損探傷，

30、焊接接頭系數(shù)，材料用Q235-B， ， 取鋼板厚度負(fù)偏差，腐蝕余量，則</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p><b>　　則壁厚</b></p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　考慮到換熱器立體擺放，殼體上需要安裝支座，為

31、此適當(dāng)增加筒體壁厚，且對(duì)合金鋼最小壁厚要求，取筒體名義厚度為，</p><p><b>　　水壓試驗(yàn)壓力為</b></p><p><b>　　(2-3)</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　(2-4)</b><

32、;/p><p>　　所用Q235-B材料在常溫是，則</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　因故水壓強(qiáng)度滿足要求</p><p>　　氣壓試驗(yàn) (2-6)</p><p><b>　　(2-7)</b></p><

33、p><b>　　故氣壓試驗(yàn)滿足要求</b></p><p>　　2.2 管箱壁厚計(jì)算</p><p>　　再沸器管箱選用材料Q235-B，該材料在設(shè)計(jì)溫度下，焊接采用雙面對(duì)接焊局部無損探傷，焊接接頭系數(shù)，設(shè)計(jì)壓力，鋼板厚度負(fù)偏差，腐蝕余量，則</p><p><b>　　(2-8)</b></p>&l

34、t;p><b>　　管箱名義厚度為</b></p><p><b>　　(2-9)</b></p><p><b>　　圓整取</b></p><p><b>　　水壓試驗(yàn)壓力</b></p><p><b>　　(2-10)</b&

35、gt;</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　(2-11)</b></p><p>　　所用材料Q235-B在常溫時(shí)，則</p><p><b>　　(2-12)</b></p><p>　　因，故水壓試驗(yàn)滿足要求</

36、p><p>　　氣壓試驗(yàn) (2-13)</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　(2-14)</b></p><p>　　因，故水壓試驗(yàn)滿足要求</p><p>　　2.3 封頭壁厚計(jì)算</p><p>　　封頭采用

37、標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，材料采用Q235-B，則</p><p><b>　　(2-15)</b></p><p>　　由于管箱壁厚取6mm</p><p>　　故封頭厚度圓整取6mm</p><p>　　在此情況了壓力試驗(yàn)一般都滿足要求</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭結(jié)構(gòu)形式如圖4</p>

38、;<p>　　圖4 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　2.4、管箱結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　2.4.1 管箱結(jié)構(gòu)尺寸確定</p><p>　　管箱的作用是把由管道來的管程流體均勻分布到各傳熱管和把管內(nèi)流體匯集在一起送出，本設(shè)計(jì)采用單程換熱器，其結(jié)構(gòu)如圖5</p><p>　　圖5 管箱

39、結(jié)構(gòu)形式 </p><p>　　管箱所要確定的尺寸主要是由排管圖確定的分程隔板位置尺寸，由殼程直徑?jīng)Q定的管箱直徑以及管箱長(zhǎng)度尺寸，管箱長(zhǎng)度尺寸的確定是以保證流體分布均勻、流速合理以及強(qiáng)度因素來限定最小長(zhǎng)度，而已制造安裝方便來限制最大長(zhǎng)度的。還要求管箱上各相鄰焊縫之間距離大于或等于4s，且應(yīng)大于或等于50mm，s為管箱壁厚，單程管箱采用軸向接管時(shí)，接管中心線上的管箱長(zhǎng)度應(yīng)大于或等于接管內(nèi)徑的1/3. 即</p

40、><p><b>　　(2-16)</b></p><p>　　綜合考慮管箱應(yīng)有足夠空間來均勻輸送流體，由標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭曲面高度，直邊高度為25mm，質(zhì)量為14.57kg</p><p>　　取，則管箱筒節(jié)長(zhǎng)為250mm </

41、p><p>　　2.4.2 管箱法蘭</p><p>　　換熱器常采用的法蘭結(jié)構(gòu)形式為：平焊法蘭及對(duì)焊法蘭。法蘭封面形式：平面、凸凹面和榫槽面。</p><p>　　法蘭的結(jié)構(gòu)形式和密封面形式，應(yīng)根據(jù)使用介質(zhì)、設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、公稱直徑等因素來決定。</p><p><b>　　設(shè)備法蘭標(biāo)準(zhǔn)有：</b></p>

42、;<p>　　JB/T 4701 甲型平焊法蘭</p><p>　　JB/T 4702 乙型平焊法蘭</p><p>　　JB/T 4703 長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭</p><p>　　甲型平焊法蘭選用的壓力范圍為0.25～1.6MPa ,乙型平焊法蘭選用的壓力范圍為0.25～4MPa，長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭選用的壓力范圍為0.6～6.4MPa。法蘭尺寸如表1

43、-5</p><p>　　表1-5甲型平焊法蘭系列尺寸/mm</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)條件，管箱法蘭選取甲型平焊法蘭，如圖6</p><p><b>　　圖6 管箱法蘭結(jié)構(gòu)</b></p><p><b>　　2.4.3 墊片</b></p><p>　　設(shè)備墊片標(biāo)準(zhǔn)主要

44、有：</p><p>　　JB/T 4704 非金屬軟墊片 </p><p>　　JB/T 4705 纏繞墊片</p><p>　　JB/T 4706 金屬包墊片</p><p>　　一般情況下非金屬軟墊片適用于甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭、長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，法蘭密封面形式為光滑密封面和凹凸密封面，纏繞墊片適用于乙型平焊法蘭、長(zhǎng)頸對(duì)焊

45、法蘭，法蘭密封面形式為光滑密封面、凹凸密封面、榫槽密封面。金屬包墊片適用于乙型平焊法蘭和長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，法蘭密封面形式為光滑密封面、凹凸密封面、榫槽密封面。</p><p>　　墊片的外徑D、內(nèi)徑d，按相應(yīng)墊片標(biāo)準(zhǔn)選取。也可按所選用的法蘭的密封面形式、尺寸定取，這時(shí)可由公稱直徑定墊片的內(nèi)徑d，在參考標(biāo)準(zhǔn)給出的法蘭墊片寬度求得墊片外徑D。</p><p>　　墊片的選擇要綜合考慮操作介質(zhì)的性質(zhì)

46、、操作壓力、操作溫度以及需要密封程度，對(duì)墊片本身要考慮墊片性能，壓緊面形式，螺栓力大小以及拆裝后復(fù)用的次數(shù)，對(duì)高溫高壓的情況一般多采用金屬墊片，中溫中壓可采用金屬與非金屬組合式或非金屬墊片，中、低壓情況多采用非金屬墊片，高真空或深冷溫度下以采用金屬墊片為宜。</p><p>　　根據(jù)條件要求，再沸器屬于低壓容器，根據(jù)工作壓力0.3MPa，工作溫度130，所以采用密封墊圈寬20mm的石棉橡膠墊片（平形），厚度為3m

47、m。</p><p>　　2.5、固定管板計(jì)算</p><p>　　管板比起圓平板其受力復(fù)雜得多，且這些力往往難以估計(jì)，本設(shè)計(jì)采用BS法計(jì)算管板強(qiáng)度，BS法是把管板當(dāng)作承受均布載荷且放置在彈性基礎(chǔ)上的圓板，計(jì)入孔削弱的影響，計(jì)算最大彎曲應(yīng)力，</p><p>　　管板孔直徑和允差如下表1-6 </p><p>　　表1-6換熱管和管板孔直徑允

48、許偏差/mm</p><p>　　又要求知，本設(shè)計(jì)壓力屬低壓，故選用Ⅱ級(jí)</p><p>　　管板采用Q235-B，換熱管采用20號(hào)碳素鋼</p><p>　　假設(shè)管板厚度取 b=35mm</p><p>　　總換熱換管數(shù)量 n=121</p><p>　　一根管壁金屬的橫截面積為</p><p

49、><b>　　(2-17)</b></p><p>　　開孔強(qiáng)度削弱系數(shù)（單程） </p><p>　　兩管板間換熱管有效長(zhǎng)度L估取2000mm</p><p><b>　　計(jì)算系數(shù)K</b></p><p><b>　　(2-18)</b></p><

50、;p><b>　　則K=3.86</b></p><p>　　按管板簡(jiǎn)支考慮，依K值查圖4-45、圖4-46、圖4-47得</p><p>　　又查得Q235-B和20號(hào)鋼的彈性模量為</p><p>　　筒體殼壁金屬的橫截面積</p><p><b>　　(2-19)</b></p&g

51、t;<p><b>　　筒體內(nèi)徑截面積</b></p><p><b>　　(2-20)</b></p><p>　　管板上管孔所占的總截面積</p><p><b>　　(2-21)</b></p><p><b>　　則管子與筒體剛度比</b&

52、gt;</p><p><b>　　(2-22)</b></p><p>　　系數(shù) (2-23)</p><p>　　系數(shù) (2-24)</p><p>　　查得筒體、管子的線膨脹系數(shù)為</p><p>　　則換熱管與殼體總膨脹差

53、為</p><p><b>　　(2-25)</b></p><p><b>　　則最大壓差</b></p><p><b>　　(2-26)</b></p><p><b>　　則當(dāng)量壓差為</b></p><p><b&g

54、t;　　(2-27)</b></p><p><b>　　則管板最大應(yīng)力</b></p><p><b>　　(2-28)</b></p><p><b>　　管子最大應(yīng)力</b></p><p><b>　　(2-29)</b></p&

55、gt;<p><b>　　或</b></p><p><b>　　(2-30)</b></p><p>　　管板采用Q235-B </p><p>　　換熱管采用20號(hào)鋼 </p><p><b>　　管板，管子強(qiáng)度校核</b></p>

56、<p>　　故管板厚度滿足強(qiáng)度要求，考慮管板雙面腐蝕取，則取實(shí)際管板厚度為39mm</p><p><b>　　管板結(jié)構(gòu)形式如圖7</b></p><p>　　圖7 兼作法蘭管板結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.6、殼體、管子與管板連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.6.1殼體與管板連接</p>

57、<p>　　管板與殼體的連接依換熱器的結(jié)構(gòu)形式分為可拆連接及不可拆連接，可拆連接主要用于浮頭式、U形管式和填料函式換熱器的固定端管板，不可拆連接在剛性結(jié)構(gòu)換熱器中采用，其兩端管板的內(nèi)側(cè)面直接焊在殼體上，而根據(jù)兩端管板的外側(cè)面連接形式又分為管板兼作法蘭和不兼作法蘭，前者用于管側(cè)介質(zhì)壓力及密封性能要求不高的場(chǎng)合即通常稱為固定管板式換熱器，后者多用于管側(cè)壓力很高或密封性能要求也高的高壓高溫?fù)Q熱器中。</p><p

58、>　　本設(shè)計(jì)采用的是延長(zhǎng)部分兼作法蘭的管板，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用角焊縫，結(jié)構(gòu)如圖8</p><p>　　圖8 兼作法蘭的管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.6.2管子與管板連接</p><p>　　為了防止管子與管板連接處的破壞，必須正確選擇連接形式和制造工藝，防止管束振動(dòng)，對(duì)于有高溫介質(zhì)沖刷的部位，采取適當(dāng)?shù)母魺岱雷o(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)于溫差壓力過大的采取有效的

59、補(bǔ)償措施，</p><p>　　管子與管板的連接形式有強(qiáng)度脹接、強(qiáng)度焊接與脹焊接混合結(jié)構(gòu)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用強(qiáng)度焊接連接，能保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度的焊接，管子和管板的焊接目前采用廣泛，由于管孔不需開槽，而且管孔的粗糙度要求不高，管子端部不需要退火和磨光，因此加工方便，也不需要像脹接那樣一定得和管板有硬度差，在高壓、高溫條件下還可考慮選用強(qiáng)度高的低合金管等，

60、在高溫高壓下能保證連接處得緊密性和抗拉脫性，當(dāng)管子焊接處有滲漏可以補(bǔ)焊，管子破漏，可以用專門刀具劃掉焊縫，重新更換新管子，</p><p>　　基于以上要求和特點(diǎn)，故選擇強(qiáng)度焊接連接，結(jié)構(gòu)如圖9</p><p>　　圖9 換熱器管板與管子連接</p><p>　　2.7、管板與管箱連接</p><p>　　管板與管箱連接多數(shù)是靠法蘭連接，形式

61、很多，隨著溫度，壓力及耐腐蝕情況不同而異，在設(shè)計(jì)中應(yīng)合理選擇不同連接形式，對(duì)設(shè)備的制造，安全以及節(jié)約材料有重要的意義。</p><p>　　固定管板式換熱器的管板與管箱法蘭連接形式比較簡(jiǎn)單，除了滿足工藝上要求選擇一定的密封面形式外，按壓力、溫度來選用法蘭結(jié)構(gòu)形式，本設(shè)計(jì)采用平面密封形式，平面密封形式使用于管程操作壓力小于1.6MPa，且對(duì)密封性要求不高的情況，結(jié)構(gòu)如圖10</p><p>

62、　　圖10 固定管板式換熱器管板與管箱的連接</p><p>　　2.8、判斷是否需要膨脹節(jié)</p><p>　　膨脹節(jié)是裝在固定管板式換熱器上的撓性構(gòu)件，依靠這樣易變形的撓性構(gòu)件對(duì)管子與殼體的熱膨脹差進(jìn)行補(bǔ)償，以此來緩解和降低殼體與管子因溫差而引起的溫差應(yīng)力</p><p>　　管殼壁溫差所產(chǎn)生的軸向力</p><p><b>　

63、　(2-31)</b></p><p>　　其中 </p><p>　　(2-32)

64、

65、 </p><p><b>　　(2-33)</b></p><p><b>　　則&l

66、t;/b></p><p><b>　　(2-34)</b></p><p>　　壓力作用于殼體上的軸向力</p><p><b>　　(2-35)</b></p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　(2-36

67、)</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　(2-37)</b></p><p>　　壓力作用在管子上的軸向力</p><p><b>　　(2-38)</b></p><p><b>　　則殼體

68、最大應(yīng)力</b></p><p><b>　　(2-39)</b></p><p><b>　　換熱管最大應(yīng)力</b></p><p><b>　　(2-40)</b></p><p>　　又因 (2-41）</p>

69、<p>　　故滿足設(shè)計(jì)要求，本換熱器不需要設(shè)置膨脹節(jié)</p><p>　　2.9、開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)</p><p>　　由于各種工藝和結(jié)構(gòu)上的要求，不可避免地要在容器上開孔并安裝接管，開孔以后，除削弱器壁的強(qiáng)度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連接性被破壞，會(huì)產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，給容器的安全操作帶來隱患，因此壓力容器設(shè)計(jì)必須充分考慮開孔的補(bǔ)強(qiáng)問題。</p><p&

70、gt;　　壓力容器接管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)通常采用局部補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，主要有補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)、壁厚補(bǔ)強(qiáng)和整鍛件補(bǔ)強(qiáng)。而開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則有等面積補(bǔ)強(qiáng)和極限分析補(bǔ)強(qiáng)，一般設(shè)計(jì)都用等面積補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，</p><p>　　壓力容器常常存在各種強(qiáng)度裕量，例如接管和殼體實(shí)際厚度往往大于強(qiáng)度需要的厚度，接管根部有填角焊縫，焊接接頭系數(shù)小于1但開孔位置不在焊縫上，這些因素相當(dāng)于對(duì)殼體進(jìn)行了局部加強(qiáng)，降低了薄膜應(yīng)力從而也降低了開孔處得最大應(yīng)力，因此，對(duì)

71、于滿足一定條件的開孔接管，可以不予補(bǔ)強(qiáng)。</p><p>　　GB150規(guī)定，當(dāng)在設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5MPa的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距（對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算）大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱直徑小于或等于89mm時(shí)，只要接管最小厚度滿足下表要求，就不另行補(bǔ)強(qiáng)，不另行補(bǔ)強(qiáng)尺寸如表1-7</p><p>　　表1-7不另行補(bǔ)強(qiáng)的接管最小厚度/mm</p><p

72、>　　所以依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，甲醇出口管需要進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)校核，</p><p>　　等面積補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法主要用于補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，基本原則就是使有效補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積等于或大于開孔所削弱的金屬面積。</p><p>　　等面積補(bǔ)強(qiáng)法是以無限大平板上開小圓孔的孔邊應(yīng)力分析作為其理論依據(jù)，但實(shí)際的開孔接管時(shí)位于殼體而不是平板上，殼體總有一定的曲率，為減少實(shí)際應(yīng)力集中系數(shù)與理論分析結(jié)果之間的差異，必須

73、對(duì)開孔的尺寸和形狀給予一定的限制。GB150對(duì)開孔最大直徑做了如下限制</p><p>　　圓筒上開孔的限制，其內(nèi)徑時(shí)，開孔最大直徑，且;當(dāng)其內(nèi)徑時(shí)，開孔最大直徑，且。</p><p>　　開孔補(bǔ)強(qiáng)采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法，由工藝設(shè)計(jì)給定的接管尺寸為，考慮實(shí)際情況選20號(hào)鋼，，。</p><p>　　接管計(jì)算厚度 (2-42)</p><p>

74、　　接管有效厚度 (2-43)</p><p>　　開孔直徑 (2-44)</p><p>　　接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度 </p><p>　　接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度 (2-45)</p><p>　　需補(bǔ)強(qiáng)面積 (2-46) </p><p>

75、;　　可以作為補(bǔ)強(qiáng)的面積為</p><p><b>　　(2-47)</b></p><p><b>　　(2-48)</b></p><p>　　因 (2-49)</p><p>　　故該接管補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度足夠，不需要另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)</p><p><b&

76、gt;　　2.10、接管</b></p><p>　　（1）按要求取殼程進(jìn)汽口管為</p><p><b>　　殼程出汽口管為</b></p><p><b>　　管程進(jìn)口管為</b></p><p><b>　　管程出口管為</b></p><

77、p><b>　　接管伸出長(zhǎng)度確定</b></p><p>　　接管伸出殼體（或管箱殼體）外壁的長(zhǎng)度，主要考慮法蘭形式、焊接操作條件、螺栓拆裝，有無保溫及保溫厚度等因素決定，一般最短應(yīng)符合下式</p><p>　　其中h為接管法蘭厚度，為接管法蘭的螺母厚度，為保溫層厚度，為接管伸出長(zhǎng)度</p><p>　　接管法蘭選用帶頸平焊鋼制管法蘭&l

78、t;/p><p>　　蒸汽進(jìn)口法蘭 SO50(B)-FF</p><p>　　冷凝水出口法蘭SO32(B)-FF</p><p>　　甲醇進(jìn)口法蘭 SO80(B)-FF</p><p>　　甲醇出口法蘭 SO150(B)-FF</p><p>　　則蒸汽進(jìn)口伸出長(zhǎng)度 (2-50)</p>&

79、lt;p>　　蒸汽出口伸出長(zhǎng)度 (2-51)</p><p>　　甲醇進(jìn)口伸出長(zhǎng)度 (2-52)</p><p>　　甲醇出口伸出長(zhǎng)度 (2-53)</p><p>　　上述估算后應(yīng)圓整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸由表4-12的接管伸出長(zhǎng)度圓整</p><p>　?。?）接管安裝位置最小尺寸確定<

80、;/p><p>　　不帶補(bǔ)強(qiáng)圈 (2-54)</p><p>　　為考慮焊縫影響，一般取倍殼體壁厚且不小于50～100mm</p><p>　　則蒸汽進(jìn)口 (2-55)</p><p>　　蒸汽出口 (2-56)<

81、;/p><p>　　接管安裝結(jié)構(gòu)尺寸如圖11</p><p>　　圖11 殼程接管安裝位置</p><p>　　2.11、排氣、排液</p><p>　　為提高傳熱效率，排除或回收工作殘夜（氣），凡不能借助其他接管排氣、排液的換熱器殼程和管程的最高、最低點(diǎn)，分別設(shè)置排氣、排液接管，排氣、排液接管的端部必須與殼體和管箱殼體內(nèi)壁平齊。</p&g

82、t;<p>　　立式換熱設(shè)備，殼程的介質(zhì)為蒸汽時(shí)，，排氣可采用在筒體上部開設(shè)不小于16mm的孔，排液時(shí)在筒體底部開設(shè)小孔，排氣管選用，排液管選用</p><p>　　換熱管殼程排液口如圖12，排汽口如圖13</p><p>　　圖12 換熱管排液口</p><p>　　圖13 換熱管排汽口</p><p>　　2.12、支座的選

83、擇</p><p>　　支座是用來支承容器及設(shè)備重量，并使其固定在某一位置的壓力容器附件，在某些場(chǎng)合還受到風(fēng)載荷、地震載荷等動(dòng)載荷的作用，壓力容器支座的結(jié)構(gòu)形式很多，根據(jù)容器自身的安裝形式，支座可以分為兩大類:立式容器支座和臥式容器支座，因本設(shè)計(jì)采用的是立式再沸器，故選用立式容器支座。</p><p>　　立式容器有耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座等四種支座，中、小型直立容器采用前

84、三種支座，高大的塔設(shè)備則廣泛采用裙式支座。</p><p>　　耳式支座又稱懸掛式支座，它由筋板和支腳板組成，廣泛用于反應(yīng)釜及立式換熱器等直立設(shè)備上，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、輕便，但對(duì)器壁會(huì)產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力，因此，當(dāng)容器較大或器壁較薄時(shí)，應(yīng)在支座與器壁間加一不銹鋼墊板耳式支座分為A型（短臂）和B型（長(zhǎng)臂）兩類，每類又有帶墊板和不帶墊板兩種，不帶墊板的分別以AN和BN表示，B型耳式支座有較大安裝尺寸，當(dāng)容器外面包有保溫層，或

85、者將容器直接放置在樓板上時(shí)，宜選用B型。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用B型耳式支座。</p><p>　　查標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭重為 (2-57)</p><p>　　筒體、管板重量估算 (2-58)</p><p>　　法蘭重量估算 (2-59)</p>&l

86、t;p>　　管子重量估算 (2-60)</p><p>　　介質(zhì)、甲醇溶液重量估算 (2-61)</p><p><b>　　則設(shè)備總質(zhì)量為</b></p><p><b>　　(2-62)</b></p><p><b>　　取</b><

87、/p><p>　　水平地震力 (2-63)</p><p><b>　　水平風(fēng)載荷</b></p><p><b>　　(2-64)</b></p><p>　　則耳式支座實(shí)際承受載荷的近似計(jì)算</p><p><b>　　(2-65)</b></p&

88、gt;<p>　　由JB/T 4725-92，耳式支座主要尺寸如表1-7</p><p>　　表1-7耳式支座主要尺寸 mm </p><p>　　由計(jì)算和標(biāo)準(zhǔn)耳式支座主要尺寸選取B型20KN耳式支座，耳式支座結(jié)構(gòu)形式如圖14</p><p>　　圖14 換熱器筒體耳式支座結(jié)構(gòu)形式</p>&l

89、t;p><b>　　第三章 結(jié)論</b></p><p>　　此次設(shè)計(jì)全面了解了換熱器的工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，熟練地應(yīng)用了AutoCAD繪圖軟件。在設(shè)計(jì)初期，翻譯了英文文獻(xiàn)，利用文獻(xiàn)檢索查閱了大量的資料，為設(shè)計(jì)后期做了充分的準(zhǔn)備。</p><p>　　在設(shè)計(jì)階段，詳細(xì)的閱讀了設(shè)計(jì)任務(wù)書，查閱資料了解再沸器工作原理，再沸器的種類及性能，對(duì)甲醇提純的生產(chǎn)過程做出了工藝

90、流程圖，了解了如何制取滿足工藝要求的方法。然后根據(jù)工藝條件，初選再沸器的換熱管型號(hào)和數(shù)量，進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，一邊設(shè)計(jì)一邊校核，再一邊修改，最后確定再沸器的結(jié)構(gòu)尺寸。</p><p>　　甲醇再沸器選擇列管式換熱器、立式安裝，是蒸餾塔蒸發(fā)甲醇液體的一部分，利用其高效的傳熱技術(shù)提高了甲醇制取的濃度，目前各企業(yè)選用熱虹吸式再沸器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。甲醇制取需用衛(wèi)生級(jí)板材，選用不銹鋼材料可以有效地保證酒精的衛(wèi)生度，并合理

91、的選擇了管件。</p><p>　　在這期間懂得了設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性和標(biāo)準(zhǔn)性，完善了本專業(yè)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，為這四年的專業(yè)學(xué)習(xí)畫上了個(gè)圓滿的句號(hào)，但學(xué)無止境還有很多需要學(xué)習(xí)的，也為步入社會(huì)從事設(shè)計(jì)工作做了個(gè)準(zhǔn)備工作。</p><p><b>　　主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 顧芳珍，《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，大學(xué)出版社</p>

92、<p>　　[2] 鄭津洋主編，《過程設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　[3] 王菲主編，《化工設(shè)備用鋼》，化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　[4] 蔡紀(jì)寧編，《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》，化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　[5] 匡國(guó)柱編，《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》，化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　

93、[6] 蔡紀(jì)寧編,《化工制圖》，化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　[7] 席偉光編，《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》，高等教育出版社</p><p>　　[8] 秦叔經(jīng)編，《換熱器》，化學(xué)工業(yè)出版社</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　為期一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于塵埃落定了，回首這段時(shí)光，發(fā)現(xiàn)充實(shí)

94、了不少。首先要感謝我的指導(dǎo)老師xxx老師，xxx老師認(rèn)真負(fù)責(zé)，兢兢業(yè)業(yè)，他對(duì)我們嚴(yán)格要求，多少次親自找我們談話，給我們指正論文中的錯(cuò)誤，幫我們解答設(shè)計(jì)過程中遇到的難題。并隨時(shí)關(guān)注我們的論文進(jìn)度，想盡一切辦法解決我們的實(shí)際困難。沒有xxx老師的幫助，我的論文不可能這么順利完成。</p><p>　　在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中得到了同學(xué)的不少幫忙，他們不僅在設(shè)計(jì)上給予我力所能及的幫助，而且在生活上給予我無微不至的關(guān)懷。<

95、/p><p>　　還要感謝為我答辯的所有的老師，感謝你們?cè)诎倜χ谐槌鰰r(shí)間。</p><p>　　最后要感謝我的父母，每當(dāng)我遇到困難的時(shí)候，父母總是第一個(gè)給我鼓勵(lì)的人，我所走過的人生的每一步都浸透著他們無私的關(guān)愛與諄諄教誨。他們?cè)诰裆虾臀镔|(zhì)上的無私支持，使得我的畢業(yè)設(shè)計(jì)少了不少后顧之憂。他們是我人生之中最堅(jiān)強(qiáng)的后盾，他們是我生命中最值得信賴和依靠的人。</p><p>