生產(chǎn)能力為800Nm3h甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)過程設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算書SW6-2011page1全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院過程裝備與控制工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：生產(chǎn)能力為800Nm3/h甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)人：指導(dǎo)教師：班級(jí)：組號(hào)：第一組設(shè)計(jì)時(shí)間：2012年12月24日至2013年1月18日前言氫氣是一種重要的工業(yè)產(chǎn)品，它廣泛用于石油、化工、建材、冶金、電子、醫(yī)藥、電力、輕工、氣象、交通等工業(yè)部門和服務(wù)部門，由于使用要求的不同，這些部門對(duì)氫氣的純度、對(duì)所含雜質(zhì)的種類和含量都有不相同的要求，特別是改革開放以來，隨著工業(yè)化的進(jìn)程，大量高精產(chǎn)品的投產(chǎn)，對(duì)高純度的需求量正逐步加大，等等對(duì)制氫工藝和裝置的效率、經(jīng)濟(jì)性、靈活性、安全都提出了更高的要求，同時(shí)也促進(jìn)了新型工藝、高效率裝置的開發(fā)和投產(chǎn)。依據(jù)原料及工藝路線的不同，目前氫氣主要由以下幾種方法獲得：①電解水法；②氯堿工業(yè)中電解食鹽水副產(chǎn)氫氣；③烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化法；④烴類部分氧化法；⑤煤氣化和煤水蒸氣轉(zhuǎn)化法；⑥氨或甲醇催化裂解法；⑦石油煉制與石油化工過程中的各種副產(chǎn)氫；等等。其中烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化法是世界上應(yīng)用最普遍的方法，但該方法適用于化肥及石油化工工業(yè)上大規(guī)模用氫的場(chǎng)合，工藝路線復(fù)雜，流程長(zhǎng)，投資大。隨著精細(xì)化工的行業(yè)的發(fā)展，當(dāng)其氫氣用量在200～3000m3/h與大規(guī)模的天然氣、輕油蒸氣轉(zhuǎn)化制氫或水煤氣制氫相比，投資省，能耗低。與電解水制氫相比，單位氫氣成本較低。所用原料甲醇易得，運(yùn)輸、貯存方便?？梢宰龀山M裝式或可移動(dòng)式的裝置，操作方便，搬運(yùn)靈活。對(duì)于中小規(guī)模的用氫場(chǎng)合，在沒有工業(yè)含氫尾氣的情況下，甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化及變壓吸附的制氫路線是一較好的選擇。本設(shè)計(jì)采用甲醇裂解+吸收法脫二氧化碳+變壓吸附工藝，增加吸收法的目的是為了提高氫氣的回收率，同時(shí)在需要二氧化碳時(shí)，也可以方便的得到高純度的二氧化碳。目錄前言 2設(shè)計(jì)任務(wù)書 4第一章甲醇制氫工藝設(shè)計(jì) 51.1甲醇制氫工藝流程 51.2物料衡算 51.3熱量衡算 6第二章反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算 92.1工藝計(jì)算 92.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 122.3.SW6校核 16第三章管道設(shè)計(jì) 353.1管子選型 353.2閥門選型 393.3管道法蘭選型 403.4儀表選型 41第四章泵的選型 444.1計(jì)量泵的選擇 444.2離心泵的選型 45第五章反應(yīng)器控制方案設(shè)計(jì) 475.1被控參數(shù)選擇 475.2控制參數(shù)選擇 475.3過程檢測(cè)儀表的選用 485.4溫度控制系統(tǒng)流程圖及其控制系統(tǒng)方框圖 485.5調(diào)節(jié)器參數(shù)整定 495.6如何實(shí)現(xiàn)控制過程的具體說明 49第六章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 496.1甲醇制氫裝置的投資估算 496.2總成本費(fèi)用估算與分析 516.3財(cái)務(wù)評(píng)價(jià) 52參考文獻(xiàn)： 54

設(shè)計(jì)任務(wù)書一、題目：生產(chǎn)能力為800Nm3/h甲醇制氫生產(chǎn)裝置。二、設(shè)計(jì)參數(shù)：生產(chǎn)能為800Nm3/h。三、計(jì)算內(nèi)容：1、工藝計(jì)算：物料衡算和能量衡算。2、機(jī)器選型計(jì)算。3、設(shè)備布置設(shè)計(jì)計(jì)算。4、管道布置設(shè)計(jì)計(jì)算。四、圖紙清單：1、工藝流程圖2、反應(yīng)器裝配圖3、反應(yīng)器零件圖4、管道儀表流程圖5、設(shè)備平面布置圖6、管道平面布置圖7、管道空視圖（E0101(a)--T0101(a)，P0102(a)--V0101(a)）8、單參數(shù)控制方案圖

第一章甲醇制氫工藝設(shè)計(jì)1.1甲醇制氫工藝流程甲醇制氫的物料流程如圖1－2。流程包括以下步驟：甲醇與水按配比1：1.5進(jìn)入原料液儲(chǔ)罐，通過計(jì)算泵進(jìn)入換熱器（E0101）預(yù)熱，然后在汽化塔（T0101）汽化，在經(jīng)過換熱器(E0102)過熱到反應(yīng)溫度進(jìn)入轉(zhuǎn)化器(R0101)，轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成H2、CO2的以及未反應(yīng)的甲醇和水蒸氣等首先與原料液換熱(E0101)冷卻，然后經(jīng)水冷器(E0103)冷凝分離水和甲醇，這部分水和甲醇可以進(jìn)入原料液儲(chǔ)罐，水冷分離后的氣體進(jìn)入吸收塔，經(jīng)碳酸丙烯脂吸收分離CO2，吸收飽和的吸收液進(jìn)入解析塔降壓解析后循環(huán)使用，最后進(jìn)入PSA裝置進(jìn)一步脫除分離殘余的CO2、CO及其它雜質(zhì)，得到一定純度要求的氫氣。圖2－1甲醇制氫的物料流程圖及各節(jié)點(diǎn)物料量1.2物料衡算1、依據(jù)甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)方程式:CHOH→CO↑+2H↑（1-1）CO+HO→CO↑+H↑（1-2）CHOH分解為CO轉(zhuǎn)化率99%,反應(yīng)溫度280℃,反應(yīng)壓力1.5MPa,醇水投料比1:1.5(mol).2、投料計(jì)算量代入轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù),式(1-1)和式(1-2)變?yōu)?CHOH→0.99CO↑+1.98H↑+0.01CHOH（1-3）CO+0.99HO→0.99CO↑+1.99H+0.01CO（1-4）合并式(1-3),式(1-4)得到:CHOH+0.981HO→0.981CO↑+0.961H↑+0.01CHOH+0.0099CO↑氫氣產(chǎn)量為:800m/h=35.714kmol/h甲醇投料量為:35.714/2.960132=386.087kg/h水投料量為:386.087/321.518=325.761kg/h 3、原料液儲(chǔ)槽(V0101)進(jìn):甲醇386.087kg/h,水325.761kg/h出:甲醇386.087kg/h,水325.761kg/h4、換熱器(E0101),汽化塔(T0101),過熱器(E0103)沒有物流變化.5、轉(zhuǎn)化器(R0101)進(jìn):甲醇386.087kg/h,水325.761kg/h,總計(jì)711.848kg/h出:生成CO386.087/320.980144=520.305kg/hH386.087/322.96012=71.429kg/hCO386.087/320.009928=3.344kg/h剩余甲醇386.087/320.0132=3.861kg/h剩余水325.761-386.087/320.980118=112.909kg/h總計(jì)711.848kg/h6、吸收塔和解析塔吸收塔的總壓為1．5MPa,其中CO的分壓為0.38MPa,操作溫度為常溫(25℃).此時(shí),每m吸收液可溶解CO11.77m.此數(shù)據(jù)可以在一般化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)中找到。解吸塔操作壓力為0.1MPa,CO溶解度為2.32,則此時(shí)吸收塔的吸收能力為:11.77-2.32=9.450.4MPa壓力下=pM/RT=0.444/[0.0082(273.15+25)]=7.20kg/mCO體積量V=520.305/7.20=72.265m/h據(jù)此,所需吸收液量為72.265/9.45=7.647m/h考慮吸收塔效率以及操作彈性需要,取吸收量為7.647m/h=22.941m/h可知系統(tǒng)壓力降至0.1MPa時(shí),析出CO量為72.265m/h=520.305kg/h.混合氣體中的其他組分如氫氣,CO以及微量甲醇等也可以按上述過程進(jìn)行計(jì)算,在此,忽略這些組分在吸收液內(nèi)的吸收。7、PSA系統(tǒng)略.8、各節(jié)點(diǎn)的物料量綜合上面的工藝物料衡算結(jié)果,給出物料流程圖及各節(jié)點(diǎn)的物料量,見圖2—1。1.3熱量衡算1、汽化塔頂溫確定在已知汽相組成和總壓的條件下，可以根據(jù)汽液平衡關(guān)系確定汽化塔的操作溫度·甲醇和水的蒸氣壓數(shù)據(jù)可以從一些化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)中得到：表1-3列出了甲醇的蒸氣壓數(shù)據(jù)·水的物性數(shù)據(jù)在很多手冊(cè)中都可以得到，這里從略。在本工藝過程中,要使甲醇水完全汽化,則其汽相分率必然是甲醇40%,水60%(mol)且已知操作壓力為1.5MPa,設(shè)溫度為T,根據(jù)汽液平衡關(guān)系有0.4p+0.6p=1.5MPa初設(shè)T=170℃p=2.172MPa;p=0.824MPap=1.3632<1.5MPa再設(shè)T=175℃p=2.425MPa;p=0.93MPap=1.51MPa蒸氣壓與總壓基本一致,可以認(rèn)為操作壓力為1.5MPa時(shí),汽化塔塔頂溫度為175℃2、轉(zhuǎn)換器(R0101)兩步反應(yīng)的總反應(yīng)熱為49.66kJ/mol,于是,在轉(zhuǎn)化器內(nèi)需要供給熱量為:Q=386.0870.99/321000(-49.66)=-5.9317105kJ/h此熱量由導(dǎo)熱油系統(tǒng)帶來,反應(yīng)溫度為280℃,可以選用導(dǎo)熱油溫度為320℃,導(dǎo)熱油溫度降設(shè)定為c=4.18680.68=2.85kJ/(kg·K),c=2.81kJ/(kg·K)取平均值c=2.83kJ/(kg·K)則導(dǎo)熱油用量w=Q/(ct)=5.9317105/(2.835)=41919.942kg/h3、過熱器(E0102)甲醇和水的飽和蒸氣在過熱器中175℃過熱到280氣體升溫所需熱量為:Q=cmt=(1.90386.087+4.82325.761)(280-175)=2.41910kJ/h導(dǎo)熱油c=2.826kJ/(kg·K),于是其溫降為:t=Q/(cm)=2.41910/(2.82641919.942)=2.042℃導(dǎo)熱油出口溫度為:320-2.042=317.958℃4、汽化塔（TO101)

認(rèn)為汽化塔僅有潛熱變化。

175℃甲醇H=727.2kJ/kg水H=203IkJ/kgQ=386.087727.2+2031325.761=9.424105kJ/h以300℃導(dǎo)熱油c計(jì)算c=2.76kJ/(kg·K)t=Q/(cm)=9.424105/(2.7641919.942)=8.145℃則導(dǎo)熱油出口溫度t=317.958-8.13=309.828℃導(dǎo)熱油系統(tǒng)溫差為T=320-309.828=10.172℃基本合適.5、換熱器（EO101)殼程：甲醇和水液體混合物由常溫（25℃）升至175℃，其比熱容數(shù)據(jù)也可以從手冊(cè)中得到，表1一5列出了甲醇和水液體的部分比定壓熱容數(shù)據(jù)。

液體混合物升溫所需熱量Q=cmt=(386.0873.14+325.7614.30)(175-25)=3.92010kJ/h管程：沒有相變化，同時(shí)一般氣體在一定的溫度范圍內(nèi)，熱容變化不大，以恒定值計(jì)算，這里取各種氣體的比定壓熱容為：

c10.47kJ/(kg·K)c14.65kJ/(kg·K)c4.19kJ/(kg·K)則管程中反應(yīng)后氣體混合物的溫度變化為：t=Q/(cm)=3.9210/(10.47520.305+14.6571.429+4.19112.909)=56.3℃換熱器出口溫度為280-56.3=223.6、冷凝器（EO103)

在E0103中包含兩方面的變化：①CO,CO,H的冷卻以及②CHOH,HO的冷卻和冷凝.

①CO,CO,H的冷卻②CHOH的量很小，在此其冷凝和冷卻忽略不計(jì)。壓力為1.5MPa時(shí)水的冷凝熱為：H=2135KJ/kg,總冷凝熱 Q=Hm=2135112.909=2.41110kJ/h水顯熱變化Q=cpmt=4.19112.909(223.7-40)=8.692104kJ/hQ=Q+Q+Q=1.52410kJ/h冷卻介質(zhì)為循環(huán)水，采用中溫型涼水塔，則溫差△T=10用水量w=Q/(ct)=1.52410/(4.1910)=36372kg/h

第二章反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1工藝計(jì)算已知甲醇制氫轉(zhuǎn)化工藝的基本反應(yīng)為：CH3OH+H2O=CO2+3H2。該反應(yīng)在管式反應(yīng)器進(jìn)行，進(jìn)出反應(yīng)器的各物料的工藝參數(shù)如表3-1所示。物流名稱管程殼程/(kg/h)進(jìn)口/(kg/h)出口/(kg/h)設(shè)計(jì)溫度/oC壓力/MPa進(jìn)出口/(kg/h)設(shè)計(jì)溫度/oC壓力/MPa甲醇386.0873.8612801.5水325.761112.909二氧化碳520.305一氧化碳3.344氫氣71.429導(dǎo)熱油419203200.5表3-1反應(yīng)器的物流表（1）計(jì)算反應(yīng)物的流量對(duì)于甲醇，其摩爾質(zhì)量為32kg·k/mol，則其摩爾流量為：386.087/32=12.065kmol/h對(duì)于水，其摩爾質(zhì)量為18kg·k/mol，其摩爾流量為：325.761/18=18.098kmol/h對(duì)于氫氣，其摩爾質(zhì)量為2kg·k/mol,其摩爾流量為：71.429/2=35.715kmol/h對(duì)于一氧化碳，其摩爾質(zhì)量為28kg·k/mol,其摩爾流量為：3.344/28=0.119kmol/h進(jìn)料氣中甲醇的摩爾分率yA為：yA=對(duì)于甲醇和水，由于溫度不太高（280oC），壓力不太大（1.5MPa），故可將其近似視為理想氣體考慮。有理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT，可分別計(jì)算出進(jìn)料氣中甲醇和水的體積流量：甲醇的體積流量VA為：VA=m3/h水的體積流量VB為：VB=m3/h 進(jìn)料氣的總質(zhì)量為：mo=386.087+325.761=711.848kg/h（2）計(jì)算反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)甲醇的流量為386.087kg/h，出反應(yīng)器時(shí)甲醇的流量為3.861kg/h，則甲醇的轉(zhuǎn)化率xAf為：xAf=即反應(yīng)過程中消耗甲醇的物質(zhì)的量為：12.065×99%=11.944kmol/h （3）計(jì)算反應(yīng)體系的膨脹因子由體系的化學(xué)反應(yīng)方程式可知，反應(yīng)過程中氣體的總物質(zhì)的量發(fā)生了變化，可求出膨脹因子δA。對(duì)于甲醇有：δA=（4）計(jì)算空間時(shí)間根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程為：rA=kpAk=5.5×10-4eCA=CAO上式兩邊同乘以RT，則得：pA=CAORT反應(yīng)過程的空間時(shí)間τ為：τ=CAO∫=CAO∫/[kCAORT]=∫dxA將k=5.5×10-4em3/(kmol·h)，R=8314.3，T=553.15K，δA=2，yA=0.4，代入上式，可得空間時(shí)間：τ=0.0038h（5）計(jì)算所需反應(yīng)器的容積VR=τVO進(jìn)料氣的總體積流量為：V0=36.992+55.489=92.481m/h=0.0257m/s則可得所需反應(yīng)器的容積為：VR=τV0=0.0038×92.481=0351m（6）計(jì)算管長(zhǎng)由文獻(xiàn)可知，氣體在反應(yīng)器內(nèi)的空塔流速為0.1m/s，考慮催化劑填層的空隙率對(duì)氣體空塔速度的影響，取流動(dòng)速度為μ=0.2m/s，則反應(yīng)管的長(zhǎng)度為：l=τu=0.0038×3600×0.2=2.736m根據(jù)GB151推薦的換熱管長(zhǎng)度,取管長(zhǎng)l=3m。反應(yīng)器內(nèi)的實(shí)際氣速為：u==（7）計(jì)算反應(yīng)熱甲醇制氫的反應(yīng)實(shí)際為兩個(gè)反應(yīng)的疊合，即CH3OH=CO+2H2-90.8kj/molCO+H2O=CO2+H2+43.5kj/mol 反應(yīng)過程中的一氧化碳全部由甲醇分解而得，由化學(xué)反應(yīng)式可知，每轉(zhuǎn)化1kmol的甲醇就可生成1kmol的一氧化碳，則反應(yīng)過程中產(chǎn)生的一氧化碳的物質(zhì)的量為11.944kmol/h。反應(yīng)器出口處的一氧化碳的物質(zhì)的量為0.119kmol/h，轉(zhuǎn)化的一氧化碳的物質(zhì)的量為：11.944-0.119=11.825kmol/h一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為：xCO=則反應(yīng)過程中所需向反應(yīng)器內(nèi)供給的熱量為：Q=90.8×10×11.944-43.5×10×11.825=570.1×10kJ/h（8）確定所需的換熱面積假定選用的管子內(nèi)徑為d，壁厚為t，則其外徑為d+2t，管子數(shù)量為n根。反應(yīng)過程中所需的熱量由導(dǎo)熱油供給，反應(yīng)器同時(shí)作為換熱器使用，根據(jù)GB151，320oC時(shí)鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為λ=44.9W/（m·OC），管外油側(cè)的對(duì)流給熱系數(shù)為αo=300W/（m2·OC），管內(nèi)側(cè)的對(duì)流給熱系數(shù)為αi=80W/（m2·OC），根據(jù)表5-2所列的壁面污垢系數(shù)查得，反應(yīng)管內(nèi)、外側(cè)的污垢系數(shù)分別為0.0002m2·OC/W和0.0008m2·OC/W總污垢系數(shù)為Rf=0.0002+0.0008=0.001m2·OC/W根據(jù)傳熱學(xué)，反應(yīng)器的傳熱系數(shù)為：K=1/（+++Rf）由于的值接近于1，對(duì)K帶來的誤差小于1%；鋼管的傳熱很快，對(duì)K的影響也很小，故可將上式簡(jiǎn)化為：K=1/（++Rf）=W/（m2·OC）=213.84kJ/(h·m·OC)由于反應(yīng)器所需的換熱面積為：F==m（9）計(jì)算管子的內(nèi)徑反應(yīng)器需要的換熱面積為：F=nπdl反應(yīng)器內(nèi)氣體的體積流量為：V0=nu聯(lián)立上述兩式，并將l=3m，u=0.22(m/s)，F(xiàn)=66.650(m)V0=0.0257(m/s)代入，即可得所需管子的內(nèi)徑為：d=0.0210m根據(jù)計(jì)算所得的管子內(nèi)徑，按前述換熱設(shè)備設(shè)計(jì)選擇合適的管子型號(hào)和所需的管數(shù)及布管方式。反應(yīng)器外殼及封頭尺寸及管板厚度均參照前述換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)方法和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。（10）催化劑支撐件催化劑支撐件置于反應(yīng)管的底部（立式）或端部（臥式），強(qiáng)度應(yīng)能支撐催化劑的質(zhì)量，其自由截面積不小于催化劑的孔隙率。詳細(xì)結(jié)構(gòu)可參照填料塔。2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注管

程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)換熱管材料選用碳鋼無縫鋼管Φ25×2換熱管內(nèi)徑、外徑di;dm0.021;0.025換熱管管長(zhǎng)Lm選用3m標(biāo)準(zhǔn)管長(zhǎng)3.0換熱管根數(shù)n283(圓整)管程數(shù)Ni根據(jù)管內(nèi)流體流速范圍選定1管程進(jìn)出口接管尺寸

(外徑*壁厚)djt*Sjtm按接管內(nèi)流體流速合理選取Φ159×9殼程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)殼程數(shù)Ns1換熱管排列形式正三角形排列正三角形排列換熱管中心距SmS=1.25d或按標(biāo)準(zhǔn)0.032分程隔板槽兩側(cè)中心距Sn按標(biāo)準(zhǔn)0.044管束中心排管數(shù)nc（外加4根拉桿）19殼體內(nèi)徑DimDi=S(nc-1)+(1~2)d0.6換熱器長(zhǎng)徑比L/DiL/Di5合理實(shí)排熱管根數(shù)n作圖290折流板形式選定單弓形折流板折流板外直徑Dbm按GB151-19990.595折流板缺口弦離hm取h=0.20Di0.12折流板間距Bm取B=(0.2～1)Di0.3折流板數(shù)NbNb=L/B-19殼程進(jìn)出口接管尺寸djs*Sjs合理選取Φ133×4.5選取按照GB150-1998《鋼制壓力容器》進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。筒體(1)筒體內(nèi)徑:600mm設(shè)計(jì)壓力：P=0.6MPa設(shè)計(jì)溫度取35筒體材料：16MnR焊接接頭系數(shù)Φ=0.85鋼板厚度負(fù)偏差C1=0,腐蝕裕量C2=1.0mm,厚度附加量=C1+C2=1.0mm.筒體的計(jì)算厚度計(jì)算δ==mm考慮厚度附加量并圓整至鋼板厚度系列，得材料名義厚度n=4mm.取n=6mm強(qiáng)度校核有效厚度e=n-C1-C2=5mmt==MPa<=122MPa符合強(qiáng)度要求。（2）根據(jù)筒徑選用非金屬軟墊片：墊片厚度：3墊片外徑:644墊片內(nèi)徑：604根據(jù)筒體名義厚度選用乙型平焊法蘭（JB4702）法蘭材料：16MnRDN法蘭外徑中心孔直徑法蘭厚度螺栓孔直徑螺紋規(guī)格螺栓數(shù)量6007607155027M2424表3-2筒體法蘭數(shù)據(jù)封頭（1）封頭內(nèi)徑：600mm設(shè)計(jì)壓力：P=1.6MPa設(shè)計(jì)溫度取3封頭材料：16MnR焊接接頭系數(shù)Φ=1.0鋼板厚度負(fù)偏差C1=0,腐蝕裕量C2=1.0mm,厚度附加量C=C1+C2=1.0mm.封頭的計(jì)算厚度計(jì)算選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，K=1.0==考慮厚度附加量并圓整至鋼板厚度系列，取封頭名義厚度與筒體厚度相同，得材料名義厚度n=6mm.強(qiáng)度校核有效厚度e=n-C1-C2=5mmt==MPa<=153MPa符合強(qiáng)度要求。根據(jù)筒徑選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭直邊高：25mm曲邊高：150mm壁厚：6mm3、排液、排氣口接管補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算根據(jù)GB150第8.3節(jié)的規(guī)定,本開孔可不另行補(bǔ)強(qiáng)。4、換熱管（GB151-1999）管子材料：16MnR根據(jù)上節(jié)中計(jì)算的管子內(nèi)徑選用尺寸：φ25×2管長(zhǎng)：3000根數(shù)：286實(shí)排根數(shù)：230（外加4根拉桿）排列形式：正三角形中心距：32管束中心排管數(shù)：22長(zhǎng)徑比：55、管程數(shù)據(jù)管程數(shù)：1管程氣體流速：1.2m/s進(jìn)出口接管尺寸：φ159×9接管材料：16Mn法蘭類型：板式平焊法蘭（HG20593-97）法蘭材料：20RDN法蘭外徑中心孔直徑法蘭厚度法蘭內(nèi)徑螺栓孔直徑螺栓孔數(shù)螺紋規(guī)格15028524024161228M20表3-3管程法蘭數(shù)據(jù)δ===mmd=150+2×1.0=152mm=9mmmm0.915=152×3.448+2×3.448×8×（1-0.915）=528.9mm26、殼程數(shù)據(jù)殼程數(shù)：1殼程液體流速：1.2m/s進(jìn)出口接管尺寸：φ133×4.5接管材料：16Mn法蘭類型：板式平焊法蘭HG20593-97）法蘭材料：16MnRDN法蘭外徑中心孔直徑法蘭厚度法蘭內(nèi)徑螺栓孔直徑螺栓孔數(shù)螺紋規(guī)格12524020020135188M16表3-4殼程法蘭數(shù)據(jù)δ===mmd=125+2×1.0=127mm=4.5mmmm0.94=127×1.288+2×1.288×3.5×（1-0.94）=164.117mm27、排氣口接管尺寸：φ32×3接管材料：16Mn法蘭類型：板式平焊法蘭（HG20593-97）法蘭材料：16MnRDN法蘭外徑中心孔直徑法蘭厚度法蘭內(nèi)徑螺栓孔直徑螺栓孔數(shù)螺紋規(guī)格25115851633144M12表3-6法蘭數(shù)據(jù)8、折流板（GB151-1999）材料：16MnR形式：?jiǎn)喂瓮庵睆剑?95.5管孔直徑：25.4缺口弦高：140間距：300板數(shù)：9厚度：109、拉桿（GB151-1999）直徑：16螺紋規(guī)格：M16根數(shù)；410、耳座（JB/T4725-92）形式：A2型高度：160底板：L1:128b1:80δ1：8s1:40筋板：L2:100b2:100δ2：5墊板：L3：200b3:160δ3：6e:24地角螺栓規(guī)格：M20螺栓孔直徑：2411、管板材料：16MnR換熱管管孔直徑：25拉桿管孔直徑：18厚度：55外徑：76012、柵板材料：Q235-A外徑：680厚度：20間距：192.3.SW6校核前端管箱筒體計(jì)算計(jì)算單位南京工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程系計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc1.60MPa設(shè)計(jì)溫度t300.00C內(nèi)徑Di600.00mm材料Q345R(板材)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力189.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t153.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)s345.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C21.00mm焊接接頭系數(shù)0.85厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度==3.71mm有效厚度e=n-C1-C2=4.70mm名義厚度n=6.00mm重量269.00Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25P=2.4706(或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平TT0.90s=310.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力T==186.98MPa校核條件TT校核結(jié)果合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==2.02161MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力t==102.93MPat130.05MPa校核條件t≥t結(jié)論筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度6.00mm,合格

前端管箱封頭計(jì)算計(jì)算單位南京工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程系計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc1.60MPa設(shè)計(jì)溫度t300.00C內(nèi)徑Di600.00mm曲面深度hi150.00mm材料Q345R(板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t153.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力189.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C21.00mm焊接接頭系數(shù)1.00壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25Pc=2.4706MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力tT0.90s=310.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力T==158.32MPa校核條件TT校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K==1.0000計(jì)算厚度h==3.15mm有效厚度eh=nh-C1-C2=4.70mm最小厚度min=3.00mm名義厚度nh=6.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量20.44Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==2.38765MPa結(jié)論合格后端管箱筒體計(jì)算計(jì)算單位南京工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程系計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc1.60MPa設(shè)計(jì)溫度t300.00C內(nèi)徑Di600.00mm材料Q345R(板材)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力189.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t153.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)s345.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C21.00mm焊接接頭系數(shù)0.85厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度==3.71mm有效厚度e=n-C1-C2=4.70mm名義厚度n=6.00mm重量269.00Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25P=2.4706(或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平TT0.90s=310.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力T==186.98MPa校核條件TT校核結(jié)果合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==2.02161MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力t==102.93MPat130.05MPa校核條件t≥t結(jié)論筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度6.00mm,合格

后端管箱封頭計(jì)算計(jì)算單位南京工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程系計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc1.60MPa設(shè)計(jì)溫度t300.00C內(nèi)徑Di600.00mm曲面深度hi150.00mm材料Q345R(板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t153.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力189.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C21.00mm焊接接頭系數(shù)1.00壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25Pc=2.4706MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力tT0.90s=310.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力T==158.32MPa校核條件TT校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K==1.0000計(jì)算厚度h==3.15mm有效厚度eh=nh-C1-C2=4.70mm最小厚度min=3.00mm名義厚度nh=6.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量20.44Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==2.38765MPa結(jié)論合格延長(zhǎng)部分兼作法蘭固定式管板設(shè)計(jì)單位南京工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程系設(shè)計(jì)計(jì)算條件簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)壓力ps0.6MPa設(shè)計(jì)溫度Ts350平均金屬溫度ts320裝配溫度to15殼材料名稱Q345R設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力[]t143Mpa程平均金屬溫度下彈性模量Es1.81e+05Mpa平均金屬溫度下熱膨脹系數(shù)s1.304e-05mm/mm圓殼程圓筒內(nèi)徑Di600mms6mmse5mm筒殼體法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Ef’1.78e+05MPa殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積A=0.25Di22.827e+05mm2殼程圓筒金屬橫截面積As=s(Di+s)9503mm2管設(shè)計(jì)壓力pt1.6MPa箱設(shè)計(jì)溫度Tt300圓材料名稱Q345R筒設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Eh2.01e+05MPa管箱圓筒厚度(管箱為高頸法蘭取法蘭頸部大小端平均值)h16mm管箱圓筒厚度he4.7mm管箱法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Et”1.83e+05MPa材料名稱16MnR#換管子平均溫度tt280設(shè)計(jì)溫度下管子材料許用應(yīng)力[]tt130MPa設(shè)計(jì)溫度下管子材料屈服應(yīng)力st195MPa熱設(shè)計(jì)溫度下管子材料彈性模量Ett1.78e+05MPa平均金屬溫度下管子材料彈性模量Et1.85e+05MPa平均金屬溫度下管子材料熱膨脹系數(shù)t1.3e-05mm/mm管管子外徑d25mm管子壁厚t2mm注：帶＃號(hào)的材料數(shù)據(jù)是設(shè)計(jì)者給定的管子根數(shù)n290換熱管中心距S32mm換一根管子金屬橫截面積144.5mm2換熱管長(zhǎng)度L300mm管子有效長(zhǎng)度(兩管板內(nèi)側(cè)間距)L1190mm管束模數(shù)Kt=Etna/LDi6.801e+04MPa管子回轉(zhuǎn)半徑8.162mm熱管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度lcr10mm系數(shù)Cr=134.2比值lcr/i1.225管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力()MPa管管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力()97.06MPa材料名稱Q345R設(shè)計(jì)溫度tp350管設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力123MPa設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Ep1.78e+05MPa管板腐蝕裕量C22mm管板輸入厚度n55mm管板計(jì)算厚度50.7mm隔板槽面積(包括拉桿和假管區(qū)面積)Ad0mm2板管板強(qiáng)度削弱系數(shù)0.4管板剛度削弱系數(shù)0.4管子加強(qiáng)系數(shù)K=7.242管板和管子連接型式焊接管板和管子脹接(焊接)高度l3.5mm脹接許用拉脫應(yīng)力[q]MPa焊接許用拉脫應(yīng)力[q]65MPa管材料名稱Q345R管箱法蘭厚度50mm法蘭外徑760mm箱基本法蘭力矩3.031e+07Nmm管程壓力操作工況下法蘭力2.505e+07Nmm法蘭寬度80mm法比值0.007833比值0.08333系數(shù)(按h/Di,/Di,查<<GB151-1999>>圖25)0.00蘭系數(shù)”(按h/Di,/Di,查<<GB151-1999>>圖26)0.0003625旋轉(zhuǎn)剛度22.68MPa材料名稱Q345R殼殼體法蘭厚度50mm法蘭外徑760mm體法蘭寬度80mm比值0.008333法比值0.08333系數(shù),按h/Di,/Di,查<<GB151-1999>>圖250.00蘭系數(shù),按h/Di,/Di,查<<GB151-1999>>圖260.0004089旋轉(zhuǎn)剛度22.33MPa法蘭外徑與內(nèi)徑之比1.267殼體法蘭應(yīng)力系數(shù)Y(按K查<<GB150－2011>>表7-9)8.349旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù)0.0002578膨脹節(jié)總體軸向剛度0N/mm過程設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算書SW6-2011page26全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站管板第一彎矩系數(shù)(按,查<<GB151-1999>>圖27)0.06465系系數(shù)38.81系數(shù)(按查<<GB151－98>>圖29)4.654換熱管束與不帶膨脹節(jié)殼體剛度之比4.507數(shù)換熱管束與帶膨脹節(jié)殼體剛度之比管板第二彎矩系數(shù)(按K,Q或查<<GB151-1999>>圖28(a)或(b))2.833系數(shù)（帶膨脹節(jié)時(shí)代替Q）0.0005461計(jì)系數(shù)(按K,Q或Qex查圖30)0.003359法蘭力矩折減系數(shù)0.07129管板邊緣力矩變化系數(shù)0.9474算法蘭力矩變化系數(shù)0.9325管管板開孔后面積Al=A-0.25nd21.404e+05mm2板參管板布管區(qū)面積(三角形布管)(正方形布管)2.572e+05mm2數(shù)管板布管區(qū)當(dāng)量直徑572.2mm系數(shù)0.4965系系數(shù)0.2985數(shù)系數(shù)7.055計(jì)系數(shù)(帶膨脹節(jié)時(shí)代替Q)10.81算管板布管區(qū)當(dāng)量直徑與殼體內(nèi)徑之比0.9537管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度k=K(1-t)0.3352

僅有殼程壓力Ps作用下的危險(xiǎn)組合工況(Pt=0)不計(jì)溫差應(yīng)力計(jì)溫差應(yīng)力換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差=(t-t)-(t-t)0.0-0.000531當(dāng)量壓力組合0.60.6MPa有效壓力組合4.233-25.09MPa基本法蘭力矩系數(shù)0.08501-0.01434管板邊緣力矩系數(shù)0.08552-0.01382管板邊緣剪力系數(shù)3.319-0.5365管板總彎矩系數(shù)2.192-3.139系數(shù)僅用于時(shí)0.40710.5831系數(shù)當(dāng)時(shí),按K和m查圖31(a)實(shí)線當(dāng)時(shí),按K和m查圖31（b）0.91761.508系數(shù)>0,=,<0,=0.91761.508管板徑向應(yīng)力系數(shù)帶膨脹節(jié)Q為Q=0.10810.01907管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)=0.12-0.01844管板布管區(qū)周邊處剪切應(yīng)力系數(shù)=0.11790.01265殼體法蘭力矩系數(shù)0.00555-0.001532計(jì)算值許用值計(jì)算值許用值管板徑向應(yīng)力79.591.5184.583.23369MPa管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力73.021.5184.582.463369MPa管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力6.990.561.5-4.4461.5184.5MPa殼體法蘭應(yīng)力11.021.5184.518.023369MPa換熱管軸向應(yīng)力17.9613097.0666.89339097.06MPa殼程圓筒軸向應(yīng)力29.48121.6-18.75364.7MPa換熱管與管板連接拉脫應(yīng)力q=9.443[q]6535.173[q]焊接[q]脹接195MPa僅有管程壓力Pt作用下的危險(xiǎn)組合工況(Ps=0)不計(jì)溫差應(yīng)力計(jì)溫差應(yīng)力換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差=(t-t)-(t-t)0.0-0.000531當(dāng)量壓力組合-2.078-2.078MPa有效壓力組合-17.2997.06hich0MPa操作情況下法蘭力矩系數(shù)-0.0172-0.006379管板邊緣力矩系數(shù)-0.0172-0.006379管板邊緣剪力系數(shù)-0.6675-0.2476管板總彎矩系數(shù)-5.492-0.8462系數(shù)僅用于時(shí)1.020.1572系數(shù)當(dāng)時(shí),按K和m查圖31（a）實(shí)線當(dāng)時(shí),按K和m查31（b)2.60.5801系數(shù)>0,=;<0,=2.60.5801管板徑向應(yīng)力系數(shù)帶膨脹節(jié)Q為Q=0.02360.01191過程設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算書SW6-2011page30全國(guó)化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)=-0.02314-0.008068管板布管區(qū)周邊處剪切應(yīng)力系數(shù)=0.0090740.02053殼體法蘭力矩系數(shù)-0.001772-0.001001計(jì)算值許用值計(jì)算值許用值管板徑向應(yīng)力70.921.5184.596.523369MPa管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力68.881.5184.581.463369MPa管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力-2.1980.561.5-13.411.5184.5MPa殼體法蘭應(yīng)力14.361.5184.521.873369MPa換熱管軸向應(yīng)力41.4813097.0691.38339097.06MPa程圓筒軸向應(yīng)力38.33121.6-8.952364.7MPa換熱管與管板連接拉脫應(yīng)力q=21.81[q]6548.043[q]焊接[q]脹接195MPa計(jì)算結(jié)果管板名義厚度55mm管板校核通過前端管箱筒體計(jì)算計(jì)算單位南京工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程系計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc1.60MPa設(shè)計(jì)溫度t300.00C內(nèi)徑Di600.00mm材料Q345R(板材)試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力189.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t153.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)s345.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C21.00mm焊接接頭系數(shù)0.85厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度==3.71mm有效厚度e=n-C1-C2=4.70mm名義厚度n=6.00mm重量269.00Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25P=2.4706(或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平TT0.90s=310.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力T==186.98MPa校核條件TT校核結(jié)果合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==2.02161MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力t==102.93MPat130.05MPa校核條件t≥t結(jié)論筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度6.00mm,合格

前端管箱封頭計(jì)算計(jì)算單位南京工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程系計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc1.60MPa設(shè)計(jì)溫度t300.00C內(nèi)徑Di600.00mm曲面深度hi150.00mm材料Q345R(板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t153.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力189.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.30mm腐蝕裕量C21.00mm焊接接頭系數(shù)1.00壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT=1.25Pc=2.4706MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力tT0.90s=310.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力T==158.32MPa校核條件TT校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K==1.0000計(jì)算厚度h==3.15mm有效厚度eh=nh-C1-C2=4.70mm最小厚度min=3.00mm名義厚度nh=6.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量20.44Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==2.38765MPa結(jié)論合格前端管箱法蘭計(jì)算計(jì)算單位南京工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程系設(shè)計(jì)條件簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)壓力p1.600MPa計(jì)算壓力pc1.600MPa設(shè)計(jì)溫度t300.0C軸向外載荷F0.0N外力矩M0.0N.mm殼材料名稱Q345R體許用應(yīng)力153.0MPa法材料名稱Q345R許用[]f181.0MPa蘭應(yīng)力[]133.0MPa材料名稱40Cr螺許用[]b212.0MPa應(yīng)力[]170.0MPa栓公稱直徑24.0mm螺栓根徑d120.8mm數(shù)量n24個(gè)Di600.0Do760.0墊結(jié)構(gòu)尺寸Db715.0D外644.0D內(nèi)604.0δ016.0mmLe22.5LA31.5h10.0δ126.0材料類型軟墊片N20.0m1.25y(MPa)2.8壓緊面形狀1a,1bb8.00DG628.0片b0≤6.4mmb=b0b0≤6.4mmDG=(D外+D內(nèi))/2b0>6.4mmb=2.53b0>6.4mmDG=D外-2b螺栓受力計(jì)算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WaWa=πbDGy=44196.4N操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WpWp=Fp+F=558733.1N所需螺栓總截面積AmAm=max(Ap,Aa)=3286.7mm2實(shí)際使用螺栓總截面積AbAb==8117.5mm2力矩計(jì)算操FD=0.785pc=452160.0NLD=LA+0.5δ1=44.5mmMD=FDLD=20121120.0N.mm作FG=Fp=63105.8NLG=0.5(Db-DG)=43.5mmMG=FGLG=2745135.8N.mmMpFT=F-FD=43184.6NLT=0.5(LA+1+LG)=50.5mmMT=FTLT=2180833.0N.mm外壓:Mp=FD(LD-LG)+FT(LT-LG);內(nèi)壓:Mp=MD+MG+MTMp=25047088.0N.mm預(yù)緊MaW=1208838.4NLG=43.5mmMa=WLG=52585136.0N.mm計(jì)算力矩Mo=Mp與Ma[]ft/[]f中大者M(jìn)o=38639908.0N.mmPAGE55螺栓間距校核實(shí)際間距=93.6mm最小間距56.0(查GB150-2011表9-3)mm最大間距219.4mm形狀常數(shù)確定97.98h/ho=0.1K=Do/DI=1.2671.6由K查表9-5得T=1.811Z=4.309Y=8.349U=9.175整體法蘭查圖9-3和圖9-4FI=0.90379VI=0.460290.00922松式法蘭查圖9-5和圖9-6FL=0.00000VL=0.000000.00000查圖9-7由1/o得f=2.15945整體法蘭=499951.9松式法蘭=0.00.3ψ=δfe+1=1.46=/T=0.811.61=1.06剪應(yīng)力校核計(jì)算值許用值結(jié)論預(yù)緊狀態(tài)10.48MPa校核合格操作狀態(tài)4.84MPa校核合格輸入法蘭厚度δf=50.0mm時(shí),法蘭應(yīng)力校核應(yīng)力性質(zhì)計(jì)算值許用值結(jié)論軸向應(yīng)力194.69MPa=199.5或=382.5()校核合格徑向應(yīng)力39.37MPa=133.0校核合格切向應(yīng)力45.43MPa=133.0校核合格綜合應(yīng)力=120.06MPa=133.0校核合格剛度系數(shù)0.637校核合格法蘭校核結(jié)果校核合格開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算計(jì)算單位南京工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程系接管:N3,φ133×4.5計(jì)算方法:GB150.3-2011等面積補(bǔ)強(qiáng)法，單孔設(shè)計(jì)條件簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力pc0.6MPa設(shè)計(jì)溫度350℃殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型Q345R板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)φ0.85殼體內(nèi)直徑Di600mm殼體開孔處名義厚度δn6mm殼體厚度負(fù)偏差C10.3mm殼體腐蝕裕量C21mm殼體材料許用應(yīng)力[σ]t143MPa接管軸線與筒體表面法線的夾角(°)0凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角(°)接管實(shí)際外伸長(zhǎng)度180mm接管連接型式插入式接管接管實(shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)度0mm接管材料16Mn接管焊接接頭系數(shù)0.85名稱及類型管材接管腐蝕裕量1mm補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度mm接管厚度負(fù)偏差C1t0.5625mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差C1rmm接管材料許用應(yīng)力[σ]t130MPa補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力[σ]tMPa開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算非圓形開孔長(zhǎng)直徑127.12mm開孔長(zhǎng)徑與短徑之比1殼體計(jì)算厚度δ1.4845mm接管計(jì)算厚度δt0.3376mm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù)frr0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)fr0.9091開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算直徑d127.12mm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度B254.25mm接管有效外伸長(zhǎng)度h123.918mm接管有效內(nèi)伸長(zhǎng)度h20mm開孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A190mm2殼體多余金屬面積A1407mm2接管多余金屬面積A2113mm2補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積A37mm2A1+A2+A3=527mm2，大于A，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈面積A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論:合格開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算計(jì)算單位南京工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程系接管:N34,φ159×9計(jì)算方法:GB150.3-2011等面積補(bǔ)強(qiáng)法，單孔設(shè)計(jì)條件簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力pc1.6MPa設(shè)計(jì)溫度300℃殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型Q345R板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)φ0.85殼體內(nèi)直徑Di600mm殼體開孔處名義厚度δn6mm殼體厚度負(fù)偏差C10.3mm殼體腐蝕裕量C21mm殼體材料許用應(yīng)力[σ]t153MPa接管軸線與筒體表面法線的夾角(°)0凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角(°)接管實(shí)際外伸長(zhǎng)度180mm接管連接型式插入式接管接管實(shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)度0mm接管材料16Mn接管焊接接頭系數(shù)1名稱及類型管材接管腐蝕裕量1mm補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度mm接管厚度負(fù)偏差C1t1.125mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差C1rmm接管材料許用應(yīng)力[σ]t140MPa補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力[σ]tMPa開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算非圓形開孔長(zhǎng)直徑145.25mm開孔長(zhǎng)徑與短徑之比1殼體計(jì)算厚度δ3.7137mm接管計(jì)算厚度δt0.8103mm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù)frr0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)fr0.915開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算直徑d145.25mm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度B290.5mm接管有效外伸長(zhǎng)度h136.156mm接管有效內(nèi)伸長(zhǎng)度h20mm開孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A544mm2殼體多余金屬面積A1142mm2接管多余金屬面積A2401mm2補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積A314mm2A1+A2+A3=557mm2，大于A，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈面積A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論:合格

第三章管道設(shè)計(jì)3.1管子選型(1)材料——綜合考慮設(shè)計(jì)溫度、壓力以及腐蝕性（包括氫腐蝕），本裝置主管道選擇20g無縫鋼管，理由如下：①腐蝕性——本生產(chǎn)裝置原料甲醇、導(dǎo)熱油對(duì)材料無特殊腐蝕性；產(chǎn)品氫氣對(duì)產(chǎn)品可能產(chǎn)生氫腐蝕，但研究表明碳鋼在220℃以下氫腐蝕反應(yīng)速度極慢，而且氫分壓不超過1.4MPa時(shí)，不管溫度有多高，都不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的氫腐蝕。本裝置中臨氫部分最高工作溫度為300℃，雖然超過220℃，但轉(zhuǎn)化氣中氫氣的分壓遠(yuǎn)低于1.4MPa。所以20g無縫鋼管符合抗腐蝕要求。②溫度——20g無縫鋼管的最高工作溫度可達(dá)475℃，溫度符合要求。③經(jīng)濟(jì)性——20g無縫鋼管屬于碳鋼管，投資成本和運(yùn)行維護(hù)均較低。二氧化碳用于食品，其管道選用不銹鋼。(2)管子的規(guī)格尺寸的確定及必要的保溫層設(shè)計(jì)①導(dǎo)熱油管道的規(guī)格和保溫結(jié)構(gòu)的確定流量＝0.01088m3/s流速范圍0.5～2.0m/s取為1.0m/s則 Di＝＝117.7mm壁厚t＝＝＝0.188mmSch.x=1000×=1000×=3查表應(yīng)選用Sch.5系列得管子故選擇RO0101、RO0102、RO0103、RO0104管道規(guī)格為φ133×4無縫鋼管流速校正u==0.88m/s保溫層計(jì)算:管道外表面溫度T0=320,環(huán)境年平均溫度Ta=20℃,年平均風(fēng)速為2m/s,采用巖棉管殼保溫,保溫結(jié)構(gòu)單位造價(jià)為750元/m3,貸款計(jì)息年數(shù)為5年,復(fù)利率為10%,熱價(jià)為10元/106kJ.設(shè)保溫層外表面溫度為30℃,巖棉在使用溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)為0.0609W/(m.K),表面放熱系數(shù)為12W/(m2.K)保溫工程投資償還年分?jǐn)偮蔛==0.264計(jì)算經(jīng)濟(jì)保溫層經(jīng)濟(jì)厚度=0.316δ=0.5（D1-DO）=110mm計(jì)算保溫后的散熱量=117.31W/m計(jì)算保溫后表面溫度==28.8℃計(jì)算出來的表面溫度28.8℃略低于最初計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)是假設(shè)的表面溫度30℃,故δ=110mm的保溫層可以滿足工程要求.②甲醇原料管道的規(guī)格流量＝386.087Kg/h＝0.000133m3/s一般吸水管中流速u1=1m/s,出水管中流速u2=1.8m/s則 Di＝＝13.0mm/9.70mm故選擇PL0101管道規(guī)格為φ17×1.5無縫鋼管選擇PL0102管道規(guī)格為φ13×1.5無縫鋼管流速校正u1==0.863m/s,合適u2==1.69m/s③脫鹽水原料管道的規(guī)格流量＝325.761Kg/h＝9.076*10-5m3/s一般吸水管中流速u1=1m/s,出水管中流速u2=1.8m/s則Di＝＝10.7mm/8.01mm選擇DNW0101管道規(guī)格為φ13×1.2無縫鋼管選擇DNW0102管道規(guī)格為φ11×1.2無縫鋼管流速校正u1==1.028m/su2==1.56m/s④甲醇水混合后原料管道的規(guī)格流量＝711.848Kg/h＝0.000231m3/s一般吸水管中流速u1=1m/s,出水管中流速u2=1.8m/s則Di＝＝15.9mm/12.8mm選擇PL0103管道規(guī)格為φ20×2無縫鋼管選擇PL0104、PL0105管道規(guī)格為φ16×1.5無縫鋼管流速校正u1==1.148m/su2==1.74m/s⑤吸收液碳酸丙烯酯管道的規(guī)格流量＝22.941m3/h=0.00637m3/s一般吸水管中流速u1=1m/s,出水管中流速u2=1.8m/s則Di＝＝90.0mm/67.1mm選擇PL0106管道規(guī)格為φ102×4無縫鋼管選擇PL0107、PL0108管道規(guī)格為φ76×4無縫鋼管流速校正u1==0.918m/su2==1.754m/s⑥冷卻水管道的規(guī)格流量＝36367.61Kg/h＝0.0101m3/s一般吸水管中流速u1=1m/s,出水管中流速u2=1.8m/s則Di＝＝113.6mm/84.5mm選擇CWS0101管道規(guī)格為φ121×3.5無縫鋼管選擇CWS0102、CWR0101管道規(guī)格為φ95×3.5無縫鋼管流速校正u1==0.989m/su2==1.66m/s⑦PG0101、PG0102、PG0103、PG0104混合氣管道的規(guī)格流量＝595.078Kg/h＝0.0219;m3/s流速范圍15-40m/s取20m/sDi＝＝37.3mm200℃:壁厚t＝＝＝0.306mm300℃:壁厚t＝＝＝0.373mm選擇PG0101、PG0102、PG0103、PG0104管道規(guī)格為φ48×4無縫鋼管流速校正u1==17.4m/s類似以上管道規(guī)格的計(jì)算過程,將本工藝所有主要管道工藝參數(shù)結(jié)果匯總于下表：序號(hào)所在管道編號(hào)管內(nèi)介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)溫度流量狀態(tài)流速公稱直徑材料1PG0106-40M1B氫氣1.650187.5氣相8.24020g2PG0101-40M1B甲醇54.5%水45.5%2001869氣相8.64020g3PG0102-65M1B-H3001869氣相8.66520g4PG0103-125M1BH210%CO273%H2O17%3001869氣相8.612520g5PG0104-125M1B-H2001869氣相8.612520g6PG0105-40M1BH212%CO288%501553氣相5.44020g7RO0101-125L1B-H導(dǎo)熱油0.6320110035液相1.612520g8RO0102-125L1B-H導(dǎo)熱油0.6320110035液相1.612520g9RO0103-125L1B-H導(dǎo)熱油0.6320110035液相1.612620g10RO0104-125L1B-H導(dǎo)熱油0.6320110035液相1.612520g11PL0101-10L1B甲醇常壓501013.5液相1.01020g12PL0102-8L1B甲醇常壓501013.5液相1.8820g13PL0103-15L1B原料液常壓501869液相1.01520g14PL0104-15M1B原料液1.6501869液相1.71520g15PL0105-15M1B原料液1.62001869液相1.71520g16PL0106-100L1B吸收液0.4504200液相1.010020g17PL0107-100L1B吸收液0.4504200液相1.410020g18PL0108-65L1B吸收液0.45042000液相1.46520g19DNW0101-8L1B脫鹽水0.350855液相0.9820g20DNW0102-6L1B脫鹽水0.350855液相1.6620g21CWS0101-100L1B冷卻水0.35095465液相1.5100鍍鋅管22CWS0102-100L1B冷卻水0.35095465液相2.2100鍍鋅管23CWR0101-80L1B冷卻水0.38095465液相2.280鍍鋅管24PG0107-80L1B食品二氧化碳0.4501366氣相11800Cr18Ni925PL0109-65M1B工藝?yán)淠?.650280液相0.36520g3.2閥門選型從工藝流程圖可以知道需用閥門的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度和接觸的介質(zhì)特性，據(jù)此數(shù)據(jù)選擇閥門的壓力等級(jí)和型式，匯總于下表：序號(hào)所在管道編號(hào)管內(nèi)介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)溫度公稱直徑閥門選型連接形式閥門型號(hào)1PG0106-40M1B氫氣1.65080法蘭閘閥：Z41H-1.6C等，截止閥：J41H-1.6C2RO0101-125L1B-H導(dǎo)熱油0.3320150法蘭閘閥：Z41H-1.6C、Z41Y-1.6C等，截止閥：J41H-1.6C等3RO0104-125L1B-H導(dǎo)熱油0.3320150法蘭4PL0101-10L1B甲醇常壓5020法蘭閘閥：Z41H-1.6C、Z41Y-1.6C、Z15W-1.0K（螺紋）等，截止閥：J41H-1.6C等止回閥：H41H-1.65PL0102-8L1B甲醇常壓5015法蘭6PL0103-15L1B原料液常壓5032法蘭、螺紋7DNW0101-8L1B脫鹽水0.35020法蘭、螺紋Z15W-1.0T8PG0107-80L1B食品二氧化碳0.45080螺紋閘閥：Z41H-1.6C等，截止閥：J41H-1.6C等9PL0107-100L1B吸收液0.45032法蘭、螺紋閘閥：Z15W-1.0T止回閥：H41H-1.610PL0109-65L1B工藝?yán)淠?.65020法蘭Z15W-1.0T3.3管道法蘭選型根據(jù)各管道的工作壓力、工作溫度、介質(zhì)特性和與之連接的設(shè)備、機(jī)器的接管和閥門等管件、附件的連接型式和尺寸等依據(jù)選擇法蘭，將本工藝管道的有關(guān)參數(shù)匯總于下表：序號(hào)所在管道編號(hào)管內(nèi)介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)溫度公稱直徑閥門公稱壓力等級(jí)法蘭選型法蘭類型密封面型式公稱壓力等級(jí)1PG0106-40M1B氫氣1.650802.5帶頸平焊法蘭凹凸面2.52PG0101-40M1B混合氣體2003PG0102-65M1B-H3004.04.04PG0103-125M1B3005PG0104-125M1B-H2002.52.56PG0105-40M1B50657RO0101-125L1B-H導(dǎo)熱油0.33201508RO0102-125L1B-H導(dǎo)熱油0.33209RO0103-125L1B-H導(dǎo)熱油0.332010RO0104-125L1B-H導(dǎo)熱油0.332011PL0101-10L1B甲醇常壓502012PL0102-8L1B甲醇常壓501513PL0103-15L1B原料液常壓503214PL0104-15M1B原料液1.6502015PL0105-15M1B原料液1.62002016PL0106-100L1B吸收液0.450401.01.017PL0107-100L1B吸收液0.4503218PL0108-65L1B吸收液0.4503219DNW0101-8L1B脫鹽水0.350201.0突面1.020DNW0102-6L1B脫鹽水0.3501521CWS0101-100L1B冷卻水0.35015022CWS0102-100L1B冷卻水0.35012523CWR0101-80L1B冷卻水0.38012524PG0107-100L1B食品二氧化碳0.450801.0凹凸面1.025PL0109-65L1B工藝?yán)淠?.650201.6突面1.63.4儀表選型（1）溫度儀表本工藝設(shè)計(jì)過程包含多處測(cè)溫點(diǎn),根據(jù)工藝條件的要求及《自動(dòng)化儀表選型規(guī)定》,在滿足測(cè)量范圍、工作壓力和精度等級(jí)的要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用雙金屬溫度計(jì)。本設(shè)計(jì)中的溫度儀表選擇結(jié)果如下：位號(hào)用途工藝介質(zhì)測(cè)點(diǎn)壓力（MPa）正常溫度/℃測(cè)點(diǎn)溫度特點(diǎn)儀表名稱分度號(hào)測(cè)量范圍等級(jí)TI0101汽化塔進(jìn)口溫度指示甲醇水混合液體1.5175要求精度高鉑熱電阻溫度計(jì)Pt10-200～6500.5TI0103轉(zhuǎn)化器進(jìn)口溫度指示甲醇水混合氣體1.5280要求精度高鉑熱電阻溫度計(jì)Pt11-200～6500.5TI0106吸收塔進(jìn)口溫度指示甲醇水混合氣體1.525要求精度高鉑熱電阻溫度計(jì)Pt12-200～6500.5TI0108導(dǎo)熱油進(jìn)口溫度指示導(dǎo)熱油0.3320要求精度高鉑熱電阻溫度計(jì)Pt13-200～6500.5TI0102過熱器進(jìn)口溫度指示甲醇水混合氣體1.5175一般精度雙金屬溫度計(jì)/80～6001.5TI0104預(yù)熱器進(jìn)口溫度指示甲醇水混合氣體1.5280一般精度雙金屬溫度計(jì)/80～6001.5TI0105冷凝器進(jìn)口溫度指示甲醇水混合氣體1.5224一般精度雙金屬溫度計(jì)/80～6001.5TI0107氫氣進(jìn)儲(chǔ)罐溫度指示氫氣0.425一般精度雙金屬溫度計(jì)/80～6001.5TI0109導(dǎo)熱油出口溫度指示導(dǎo)熱油0.3320要求精度高鉑熱電阻溫度計(jì)Pt13-200～6500.5（2）壓力以表本工藝設(shè)計(jì)過程包含多處測(cè)壓點(diǎn),根據(jù)工藝條件的要求,選擇儀表的類型、量程范圍和精度，一般測(cè)量用的壓力表，精度應(yīng)用1.5級(jí)或2.5級(jí)。測(cè)量穩(wěn)定壓力時(shí)，正常操作壓力值應(yīng)該在儀表測(cè)量范圍上限值的2/3~1/3，測(cè)量脈動(dòng)壓力時(shí)（如泵、壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)的出口處壓力）應(yīng)在儀表測(cè)量范圍的上限值的1/2~1/3。本設(shè)計(jì)中的壓力儀表選擇詳細(xì)結(jié)果如下：儀表位號(hào)用途工藝介質(zhì)儀表名稱溫度/℃正常壓力值測(cè)點(diǎn)壓力特點(diǎn)測(cè)量范圍確定等級(jí)PI0101甲醇進(jìn)儲(chǔ)槽經(jīng)泵出口壓力指示甲醇液體膈膜壓力表250.6脈動(dòng)0～1.51.5PI0102原料液輸送泵出口壓力指示甲醇水混合液體膈膜壓力表301.5脈動(dòng)0～4.01.5PI0103汽化塔進(jìn)口壓力指示甲醇水混合液體膈膜壓力表1751.5穩(wěn)定0～2.51.5PI0104汽化塔出口壓力指示甲醇水混合氣體彈簧管壓力表1751.5穩(wěn)定0～2.51.5PI0105反應(yīng)器進(jìn)口壓力指示甲醇水混合氣體彈簧管壓力表2801.5穩(wěn)定0～2.51.5PI0106反應(yīng)器出口壓力指示氫氣、CO2混合氣體彈簧管壓力表2801.5穩(wěn)定0～2.51.5PI0107冷凝器進(jìn)口壓力指示氫氣、CO2混合氣體彈簧管壓力表2241.5穩(wěn)定0～2.51.5PI0108吸收塔進(jìn)口壓力指示氫氣、C