1、金涼7婦寫化工設備設計基礎課程設計計算說明書學生：學號：所在學院：專 業(yè)：設計題目：指導教師：2012 年 月目錄一. 設計任務書 2二. 設計參數(shù)與結(jié)構(gòu)簡圖 4三. 設備的總體及結(jié)構(gòu)設計 5四. 強度計算 9五. 設計小結(jié) .15六. 參考文獻 .15、設計任務書1、設計題目設計題目：（題號3）尾氣冷去卩器（卩=19吊）設計2、設計任務設計參數(shù)：管程殼程介質(zhì)尾氣冷凍鹽水工作壓力MPa0.10.43設計壓力MPa0.10.45工作溫度C6010設計溫度C7020換熱面積2m19題號換熱面積3）管板厚度（mm）規(guī)格殼體徑x換熱管長度（mm）換熱管尺寸31933Dg00QX 2000©

2、25x2接管表物料進口物料出口排液口排氣口管程殼程管程殼程Dg 50Dg 25Dg 40Dg 25Dg 40Dg 202.1設備的總體設計1、按照設備條件設計要求，確定設備型式（臥式、立式）；2、根據(jù)換熱面積、換熱管長度和直徑，確定換熱管數(shù)目；3、根據(jù)設備直徑和換熱管直徑，確定拉桿數(shù)目和直徑；4、根據(jù)管板直徑，確定折流板的形狀和尺寸；根據(jù)換熱管直徑，確定折流 板間距；5、根據(jù)介質(zhì)特性，確定筒體、管箱、法蘭、管板、換熱管等材料。2.2設備的機械強度設計計算1、筒體的強度計算；2、封頭的強度計算；3、開孔補強計算；按等面積補強法進行計算。補強圈或加強管補強也盡可能采用標準件。4、法蘭的選型或設計；

3、根據(jù)公稱直徑、公稱壓力確定標準設備法蘭，同樣根據(jù)公稱直徑、公稱壓力 選用管道法蘭標準（HG,確定法蘭尺寸。5、水壓試驗應力校核。2.3換熱器裝配圖繪制（1）完成換熱設備的裝配圖設計，包括主視圖、局部放大圖、焊縫節(jié)點圖、 管口方位圖等。（2）編寫技術要求、技術特性表、管口表、明細表和標題欄。3、參考資料：1 董大勤.化工設備機械基礎M.北京：化學工業(yè)，2003.2 全國化工設備技術中心站.化工設備圖樣技術要求2000版S.3 GB150.1150.4-2011.鋼制壓力容器S.4 曉梅.化工工程制圖 化工制圖M.北京：化學工業(yè)，2002.5 GB151-1999管殼式換熱器S.4、文獻查閱要求設

4、計說明書中公式、容等應明確文獻出處；裝配圖上應寫明引用標準號。5、設計成果1、提交設計說明書一份。2、提交換熱器裝配圖一（A1）。（例題）二.設計參數(shù)與結(jié)構(gòu)簡圖1、設計參數(shù)本課程設計的設計參數(shù)管程殼程介質(zhì)尾氣冷凍鹽水工作壓力MPa0.10.43設計壓力MPa0.10.45工作溫度C6010設計溫度C7020換熱面積m2192、結(jié)構(gòu)簡圖（手畫）三. 設備的總體設計及結(jié)構(gòu)設計1、換熱器的總體設計根據(jù)換熱器設計條件要求，考慮壓差、溫差等因素，由于溫差不高（v 50°C）, 確定換熱器設備的型式為固定管板式，程數(shù)為單程。（1）根據(jù)換熱面積、換熱管長度和直徑，確定換熱管數(shù)目。換熱面積F n d

5、0L , 式中：do-換熱管外徑;L-換熱管長度（扣除伸入管板長度），對U形管，不包括彎管段 面積；n-換熱管數(shù)目F ndoL取n為 根（2）根據(jù)設備直徑和換熱管直徑，確定拉桿數(shù)目和直徑 拉桿的數(shù)量與筒體直徑及拉桿直徑有關，根據(jù)GB151表 拉桿直徑（mn）換熱管外徑1014192532384557拉桿直桿1012121616161616表拉桿數(shù)量公稱直徑DNmm拉桿直徑mm、V 400A 400v 700A 700v 900A 900v 1300A 1300v 1500A 1500v 1800A 1800v 200010461012161824124481012141816446681012

6、本設計換熱器換熱管：025x2選取拉桿數(shù)量為：4選取拉桿直徑為：16 mm（3）根據(jù)管板直徑，確定折流板的形狀和尺寸；根據(jù)換熱管直徑，確定折 流板間距。選取折流板為弓形結(jié)構(gòu)。取缺口方向（臥式換熱器）水平上下布置：根據(jù)折流板的最小厚度公稱直徑DN換熱管無支撐跨距< 300> 300w600> 600w900> 900w1200> 1200w 1500> 1500折流板最小厚度V 40034581010400700456101012>700V 900568101216>900V15006810121616>1500V2000一101216202

7、0取折流板管厚度尺寸為5mm間距為400mm(4) 根據(jù)介質(zhì)特性(介質(zhì)的腐蝕性、設計壓力、設計溫度)，確定筒體、 管箱、法蘭、管板、換熱管等材料。由于介質(zhì)尾氣有腐蝕性選取殼程筒體、管板、殼程接管材料0Cr18Ni9 ；換熱管、管程接管材料為20；管箱殼體、設備法蘭為20R、鞍座：Q235-B/0Cr18Ni9。 (殼體、接管材料的許用應力按照化工設備機械基礎表8-7查并列表)(5) 設備法蘭的型式及尺寸選用，管法蘭等零部件選型。a. 工藝接管物料進口物料出口排液口排氣口管程殼程管程殼程Dg 50Dg 25Dg 40Dg 25Dg 40Dg 20b. 壓力容器法蘭和接管法蘭壓力容器法蘭的選取按照

8、化工設備機械基礎選JB/T47004707-2000標準。(按照化工設備機械基礎(p263)寫出選取過程)容器法蘭選取結(jié)果如下表：設備法蘭MFM 600-0.25 JB/T4703-2000材料20R管法蘭選取結(jié)果匯總:管程進料管法蘭HG20594法蘭 SO 50-0.6 RF材料20II管程出料管法蘭HG20594法蘭 SO 40-0.6 RF材料20II殼程進料管法蘭HG20594法蘭 SO 25-0.6 RF材料 0Cr18Ni9ll殼程出料管法蘭HG20594法蘭 SO 25-0.6 RF材料 0Cr18Ni9ll排液口管法蘭HG20594法蘭 SO 40-0.6 RF材料 0Cr18

9、Ni9ll排氣口管法蘭HG20594法蘭 SO 25-0.6 RF材料20II接管a :管程進料口，公稱壓力PN=0.6MPa,材質(zhì)為20,在工作溫度為70°C時， 接管尺寸57 3.5（化工設備機械基礎表 6-5），公稱直徑DN為80mm連接 面為突面連接。查閱“ HG20594法蘭（化工設備機械基礎表10-23） ”法蘭 連接尺寸表得接管法蘭的相關參數(shù)， DN=50m，D=140mm, D=110mm, n=4，M12 法蘭厚度16 mm法蘭質(zhì)量1.73Kg （ D -法蘭外徑mm ; n -螺栓孔個數(shù)；D - 法蘭螺栓孔中心圓直徑mm M12-螺紋直徑mm）接管b：管程出料口，

10、公稱壓力PN=0.6MPa,材質(zhì)為20,在工作溫度為700C時， 接管尺寸 45 3.5（化工設備機械基礎表 6-5），公稱直徑DN為40mm連接 面為突面連接。查閱“ HG20594法蘭（化工設備機械基礎表10-23） ”法蘭 連接尺寸表得接管法蘭的相關參數(shù)， DN=40m，D=130mm, D=100mm, n=4，M12 法蘭厚度16 mm法蘭質(zhì)量1.55Kg （ D -法蘭外徑mm ； n -螺栓孔個數(shù)；D - 法蘭螺栓孔中心圓直徑mm M12-螺紋直徑mm）接管c.d :殼程進出料口，公稱壓力PN=0.6MPa，材質(zhì)為0Cr18Ni9,在工作溫度 為100C時，接管尺寸32 3.5（

11、化工設備機械基礎表6-5），公稱直徑DN為 25mm連接面為突面連接。查閱“ HG20594法蘭（化工設備機械基礎表10-23）”法蘭連接尺寸表得接管法蘭的相關參數(shù)， DN=25mnD=100mm, D=75mm, n=4， M10法蘭厚度14mm法蘭質(zhì)量0.81Kg （ D -法蘭外徑 mm ； n -螺栓孔 個數(shù)；D -法蘭螺栓孔中心圓直徑 mm； M10-螺紋直徑mm）接管 e.f :-c. 法蘭密封墊片的選取法蘭密封墊片的選取參照化工設備機械基礎表 10-30（6）鞍座選取鞍座的選取根據(jù)參照化工設備機械基礎確定鞍座各尺寸。(7) 焊接接頭形式和和焊接材料的選取焊接接頭形式的選取參照化工

12、設備機械基礎第十四章第二節(jié)(p367-377)， 標準為HG20583-2011 A B類焊接接頭按照 HG20583-2011中DU4 D類焊接接 頭按照HG20583-2011中G2,帶補強圈D類焊接接頭按照JB/T4736-2002中C,焊接材料的選取參照第十四章化工設備機械基礎第四節(jié)(P379-382)，標準 GB/T5117-95、GB/T5118-95 GB/T983-95焊接接頭的檢驗化工設備機械基礎第十四章第三節(jié)(p378)(8) 壓力容器類別的劃分壓力容器類別的劃分按壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程，本設計換熱器為低 壓換熱設備，介質(zhì)中毒危害介質(zhì)，故劃分為一類壓力容器。四、強度計算1

13、、換熱器殼程筒體壁厚計算圓筒體壁厚計算按照GB150-1998鋼制壓力容器式5-1計算壁厚：PcD（ 4-1）2 tPc式中：筒體的理論計算壁厚，mmPc：筒體的計算壓力，MPaD :筒體徑，mmt :鋼板在設計溫度下的許用應力，MPa:焊接接頭系數(shù)；名義厚度：n c ；（ 4-2）C1 C2 ；式中n :名義厚度;C:腐蝕裕量；C2:鋼板負偏差;:圓整量；e :有效厚度；t=137MPa查表化工設備機械基礎表 8-7 0Cr18Ni9的許用應力Pc：取筒體的設計壓力，0.45 MPa焊縫為雙面焊，局部射線檢測，=0.85代入數(shù)據(jù)到式（4-1 ）得:PcDi 0.45 6002 tPc _2

14、137 0.85 0.45mmC =0 mmC2 =0 mm代入數(shù)據(jù)到式（4-2 ）得：名義厚度:mm按換熱器最小厚度min要求 取 .=6 mm2、換熱器管程筒體壁厚計算5-1管程圓筒體壁厚計算按照GB150-1998鋼制壓力容器式計算壁厚：pcD（ 4-1）2 Pc式中：筒體的理論計算壁厚，mmPc：筒體的計算壓力，MPaD :筒體徑，mmt :鋼板在設計溫度下的許用應力，MPa:焊接接頭系數(shù)；名義厚度：n C ；（ 4-2）C1 C2 ；式中 n :名義厚度；C:腐蝕裕量；C2:鋼板負偏差；:圓整量；e :有效厚度；換熱器管箱筒體材料取20R,管程設計壓力0.1MPa=133MPa查表化

15、工設備機械基礎表 8-6 20R的許用應力tpc：取管程的設計壓力，0.1MPa焊縫為雙面焊，局部射線檢測，=0.85代入數(shù)據(jù)到式（4-1 ）得:=mmpcDi=0.1 6002 Pc 2 133 0.85 0.1C =0 mmC2 =0 mm代入數(shù)據(jù)到式（4-2 ）得：名義厚度：n Cmm按換熱器最小厚度min要求 取 n = 6 mm3、換熱器管程封頭的強度計算（封頭的設計參照第八章第二節(jié) p175-185 ）。封頭壁厚計算按照GB150-1998鋼制壓力容器式7-1計算壁厚:Pc Di2H0.5PC(4-3)式中：圭寸頭的理論計算壁厚，mmpc：圭寸頭的計算壓力，MPaD :圭寸頭徑，m

16、mt :鋼板在設計溫度下的許用應力，MPa:焊接接頭系數(shù);名義厚度:C1 C2 ；式中 n :名義厚度；C:腐蝕裕量；C2:鋼板負偏差；:圓整量；e :有效厚度；換熱器管箱封頭材料取20R,管程設計壓力0.1MPa查表化工設備機械基礎表 8-6 20R的許用應力t=133MPaPc：取封頭的設計壓力，0.1MPa焊縫為雙面焊，100%寸線檢測，取 =1代入數(shù)據(jù)到式（4-3）得:Pc Di2005PC0.1 600 =mm2 133 1 0.5 0.1C =1 mmC2 =0 mm代入數(shù)據(jù)到式（4-2 ）得：名義厚度:C = 2 mm按標準橢圓封頭最小厚度min0.15%D要求 取.=6 mm查

17、化工設備機械基礎（p196）選標準橢圓形封頭JB/T4746-2002封頭直邊高度h°取25mm圭寸頭高度h取150 mm3）開孔補強計算開孔補強結(jié)構(gòu)選用JB/T4736-2002補強圈結(jié)構(gòu)，補強圈尺寸按照化工設備 機械基礎p327 （列出所選尺寸），焊接坡口尺寸選化工設備機械基礎第十 四章第二節(jié)p375 C型。開孔補強計算采用等面積補強法，其公式參照第十二章第一節(jié)（p326-p335）。 例：a開孔補強計算：公稱壓力0.6MPa,公稱直徑50 mm 標準號為HG20594-95接管 C 57 3.5 （p302） 材料：20a.開孔所需補強面積；A=d +2et(1- fr)(4-

18、4)式中fr :強度削弱系數(shù)d:開孔直徑mm:塔體的計算壁厚mmet :接管的有效厚度mmd=di+2Ct=(57-7)+2(1+0)=52 mmet= nt- Ct=3.5-1=2.5 mm筒體材料：20R t =137MPa接管材料：20 tt=137 MPa137=1137代入式(4-4) A=d +2et(1- fr)=52 0.692=mmb.有效補強圍的補強面積： 有效補強圍有效寬度：B=2d=2 52=104 mm外伸高度：h1= . d nt . 52 3.5 = mm伸高度：h2= 0 mm 殼體多余截面積(4-5)A1=(B-d)( e-)-2 et( e- )(1- fr)代入式（4-5）A1= mm 2 接管多余截面積A2=2h 1( et- t)fr +2h2( et-C2) fr接管計算厚度t=pcdi=0.1 502 tpc2 137 1 0.1(4-6)mm式中di :接管直徑 mm di=57-7=50 mm代入式（4-6）A2