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，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時(shí)，甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)表現(xiàn)出很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，受到許多國家的重視。甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化制氫具有以下特點(diǎn)：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。

設(shè)計(jì)任務(wù)書一、題目：生產(chǎn)能力為1600Nm3/h甲醇制氫生產(chǎn)裝置。二、設(shè)計(jì)參數(shù)：生產(chǎn)能為1600Nm3/h。1、工藝計(jì)算：物料衡算和熱量衡算。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。三、圖紙清單：1、預(yù)熱器總裝配圖1張，1號(hào)2、預(yù)熱器零件圖2號(hào)，2張3、管道儀表流程圖2號(hào)，1張4、設(shè)備平面布置圖2號(hào)，1張5、管道平面布置圖2號(hào)，1張6、管道空視圖3號(hào)，2張7、自動(dòng)控制方案圖3號(hào)，1張

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=2.19MPa;p=0.824MPap=1.3704<1.5MPa再設(shè)T=175℃p=2.4MPa;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=772.179×0.99/32×1000×(-49.66)=-1.19106kJ/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5℃，從手冊(cè)中查到導(dǎo)熱油的物性參數(shù)，如比定壓熱容與溫度的關(guān)系，可得：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)=1.19/(2.835)=84099kg/h3、過熱器(E0102)甲醇和水的飽和蒸氣在過熱器中175℃過熱到280℃，此熱量由導(dǎo)熱油供給.從手冊(cè)中可以方便地得到甲醇和水蒸氣的部分比定壓熱容數(shù)據(jù)，見表氣體升溫所需熱量為：Q=cmt=(1.90772.179+4.82651.526)(280-175)=4.8310kJ/h導(dǎo)熱油c=2.826kJ/(kg·K)，于是其溫降為：t=Q/(cm)=3.6310/(2.82662898)=2.04℃導(dǎo)熱油出口溫度為：315-2.0=313.0℃4、汽化塔（TO101)認(rèn)為汽化塔僅有潛熱變化。175℃時(shí)甲醇H=727.2kJ/kg；水H=203IkJ/kgQ=772.1779727.2+2031651.526=1.8810kJ/h以300℃導(dǎo)熱油計(jì)算c=2.76kJ/(kg·K)t=Q/(cm)=1.8810/(2.7683840)=8.12℃則導(dǎo)熱油出口溫度：t=313.0-8.1=304.9℃導(dǎo)熱油系統(tǒng)溫差為：T=320-304.9=15.1℃，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)。Q=cmt=(772.1793.14+651.5264.30)(175-25)=7.8410kJ/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)=7.8410/(10.471040.617+14.65142.858+4.19225.819)=56.3℃換熱器出口溫度為280-56.3=223.7℃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.CO，CO，H的冷卻Q=cmt=(10.471040.617+14.65142.858+1.046.689)(223.7-40)=2.3910kJ/hCHOH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=2135225.819=4.8210kJ/h水顯熱變化Q=cmt=4.19225.819(223.7-40)=1.7410kJ/hQ=Q+Q+Q=3.04610kJ/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)=3.04610/(4.1910)=72697kg/h

過熱器工藝設(shè)計(jì)3.1過熱器工藝計(jì)算原始數(shù)據(jù)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)果備注管程流體名稱導(dǎo)熱油殼程流體名稱EQ\F(,)甲醇、水導(dǎo)熱油的進(jìn)、出口溫度Ti；To℃給定315℃313乙醇水的進(jìn)、出口溫度ti；to℃給定175℃；導(dǎo)熱油、甲醇水的工作壓力pt；poMPa給定1.5；0.5導(dǎo)熱油的質(zhì)量流量ωtKg/s給定23.36定性溫度與物性參數(shù)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)果備注導(dǎo)熱油的定性溫度Tm℃Tm=T1+T2314甲醇水的定性溫度tm℃tm=t1+t2227.5導(dǎo)熱油、甲醇水的密度ρt；ρsKg/m3按定性溫度查物性表1070；8.505導(dǎo)熱油、甲醇水的比熱容ct；csJ/(kg.℃)按定性溫度查物性表2826；3246導(dǎo)熱油、甲醇水的導(dǎo)熱系數(shù)λt；λsW/(m.℃)按定性溫度查物性表0.99；0.62導(dǎo)熱油、甲醇水的粘度μt；μsPa.s按定性溫度查物性表0.21×10-3；0.1×10-3導(dǎo)熱油、甲醇水的普朗特?cái)?shù)Prt；Prs查表或計(jì)算45.296；32.981物料與熱量衡算計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注換熱器效率η取用0.98負(fù)荷QWQ=ωtct(T1-T2)η1.008×105甲苯的質(zhì)量流量ωsKg/sωs=Q/cs(t2-t1)0.395有效平均溫度計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注逆流對(duì)數(shù)平均溫度Δtlog℃Δtlog=（Δt1-Δt2）/Ln（Δt1/Δt2）33.39流程型式初步確定1-2型管殼式換熱器參數(shù)R0.019參數(shù)P0.75溫度校正系數(shù)φ查圖4-21有效平均溫度ΔtM℃ΔtM=φΔtlog33.39初算傳熱面積計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注初選總傳熱系數(shù)KoW/(m2.℃)參考表4-1280初算傳熱面積Aom210.78換熱器結(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;dmm0.021;0.025換熱管管長Lm選用4m標(biāo)準(zhǔn)管長折半2換熱管根數(shù)n54管程數(shù)Nt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×Sjtmm按接管內(nèi)流體流速<3m/s合理選取Φ114×2殼程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)殼程數(shù)Ns1換熱管排列形式分程隔板槽兩側(cè)正方形排列，其余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)[4]0.032分程隔板槽兩側(cè)管中心距Sn按標(biāo)準(zhǔn)[4]0.044管束中心排管數(shù)nc（外加6根拉桿）9殼體內(nèi)徑Dim0.3換熱器長徑比L/DiL/Di10實(shí)排換熱管根數(shù)N(不計(jì)拉桿)作圖或按計(jì)算54折流板形式選定單弓形折流板折流板外直徑Dbm按GB151-19990．197折流板缺口弦高h(yuǎn)mm取h=0.20Di60折流板間距Bm取B=（0.2～1）Di0．2折流板板數(shù)NbNb=L/B-18殼程進(jìn)出口接管尺寸（外徑×壁厚）djs×Sjsm合理選取Φ80×1.5管程傳熱與壓降計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注管程流速m/s0.589管程雷諾數(shù)6303換熱管壁溫℃280管程流體給熱系數(shù)W/(m2·℃)3729管程進(jìn)出口處流速uNtm/s1.779管程摩擦因子fī0.03管內(nèi)摩擦壓降Pa2121回彎壓降Pa742進(jìn)出口局部壓降Pa2540管程壓降Pa6548管程最大允許壓降Pa35000校核管程壓降合理殼程傳熱與壓降計(jì)算內(nèi)容及項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注殼程當(dāng)量直徑Dem0.07958橫過管束的流通截面積Asm20.00438殼程流體流速m/s10.6097殼程雷諾數(shù)71767殼程流體給熱系數(shù)W/(m2·℃)785.9折流板圓缺部分的換熱管數(shù)7β值0.112折流板圓缺部分流通面積㎡0.00104折流板圓缺區(qū)流體流速m/s44.683圓缺區(qū)平均流速m/s21.773殼程進(jìn)出口處流速m/s9.979殼程摩擦因子0.005折流板間錯(cuò)流管束壓降63圓缺部分壓降Pa6380進(jìn)出口局部壓降Pa635殼程壓降Pa7078殼程最大允許壓降Pa35000校核殼程壓降合理總傳熱系數(shù)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)果備注管內(nèi)污垢熱阻㎡·℃/W查表4-535.2×10-5管外污垢熱阻㎡·℃/W查表4-535.2×10-5換熱管材料導(dǎo)熱系數(shù)W/(㎡·℃)查表[3]51.8管壁熱阻㎡·℃/W4.21×10-5總傳熱系數(shù)KW/(㎡·℃)按式4-22297.66傳熱面積與壁溫核算計(jì)算內(nèi)容及項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來源結(jié)果備注需要傳熱面積A㎡實(shí)有傳熱面積A實(shí)㎡設(shè)管板厚度為0.03m校核傳熱面積△A熱流體側(cè)管壁溫度twh℃按式4-25冷流體側(cè)管壁溫度twc℃按式4-26管壁計(jì)算溫度tw℃按式4-24校核管壁溫度△tw℃結(jié)論設(shè)計(jì)符合要求3.2過熱器外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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:，（2）設(shè)計(jì)壓力：設(shè)計(jì)溫度取280℃筒體材料：16MnR焊接接頭系數(shù)Φ=0.9鋼板厚度負(fù)偏差,腐蝕裕量,厚度附加量,,筒體的計(jì)算厚度計(jì)算考慮厚度附加量并圓整至鋼板厚度系列，并按GB－151換熱器最小厚度標(biāo)準(zhǔn)，得材料名義厚度。強(qiáng)度校核有效厚度符合強(qiáng)度要求。（2）根據(jù)筒徑選用非金屬軟墊片：墊片厚度：5mm墊片外徑:354mm墊片內(nèi)徑：310mm根據(jù)筒體名義厚度選用凸面平焊鋼制管法蘭（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3003402952423M208表3-2筒體法蘭數(shù)據(jù)封頭（1）封頭內(nèi)徑：，設(shè)計(jì)壓力：P=1.5MPa,設(shè)計(jì)溫度取280封頭材料：16MnR焊接接頭系數(shù)Φ=0.9鋼板厚度負(fù)偏差,腐蝕裕量,厚度附加量，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，并按GB－151換熱器最小厚度標(biāo)準(zhǔn)，取封頭名義厚度與筒體厚度相同，得材料名義厚度。強(qiáng)度校核有效厚度，，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，曲面高：125mm，壁厚：6mm。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：，管長：2000mm，根數(shù)：54實(shí)排根數(shù)：67（外加6根拉桿）排列形式：正三角形中心距：32mm管束中心排管數(shù)：8管程數(shù)據(jù)管程數(shù)：1管程流體流速：1.5m/s進(jìn)出口接管尺寸：接管材料：16MnR法蘭類型：凸面平焊鋼制管法蘭（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12524020020141.5188M16表3-3管程法蘭數(shù)據(jù)殼程數(shù)據(jù)殼程數(shù)：1殼程氣體流速：0.04m/s進(jìn)出口接管尺寸：接管材料：16MnR法蘭類型：凸面平焊鋼制管法蘭（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802001602091184M16表3-4殼程法蘭數(shù)據(jù)折流板（GB151-1999）材料：16MnR形式：?jiǎn)喂瓮庵睆剑?97管孔直徑：22.35缺口弦高：40mm間距：200mm板數(shù)：8厚度：6拉桿（GB151-1999）直徑：16螺紋規(guī)格：M16根數(shù)；6管箱設(shè)計(jì)1）箱體內(nèi)徑：300mm設(shè)計(jì)壓力：P=1.5MPa設(shè)計(jì)溫度取280封頭材料：16MnR焊接接頭系數(shù)Φ=0.9鋼板厚度負(fù)偏差,腐蝕裕量,厚度附加量，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=8mm.強(qiáng)度校核有效厚度，符合強(qiáng)度要求。取前箱體長300mm，后箱體長200mm鞍式支座公稱直徑350mm型式重型BI（120°包角，焊制，單筋，帶墊板）管板法蘭材料：16MnR換熱管管孔直徑：25.4拉桿管孔直徑：13.6厚度：18外徑：與管板制成一體3.3SW6校核見校核文件固定管板換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算單位壓力容器專用計(jì)算軟件設(shè)計(jì)計(jì)算條件殼程管程設(shè)計(jì)壓力1.65MPa設(shè)計(jì)壓力0.65MPa設(shè)計(jì)溫度290設(shè)計(jì)溫度320300mm管箱圓筒內(nèi)徑300mm材料名稱Q345R材料名稱Q345R簡(jiǎn)圖計(jì)算內(nèi)容殼程圓筒校核計(jì)算前端管箱圓筒校核計(jì)算前端管箱封頭(平蓋)校核計(jì)算后端管箱圓筒校核計(jì)算后端管箱封頭(平蓋)校核計(jì)算管箱法蘭校核計(jì)算管板校核計(jì)算

前端管箱封頭計(jì)算計(jì)算單位壓力容器專用計(jì)算軟件計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc0.65MPa設(shè)計(jì)溫度t320.00C內(nèi)徑Di300.00mm曲面高度hi81.00mm材料Q345R(板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t149.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力189.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.00mm腐蝕裕量C21.00mm焊接接頭系數(shù)1.00厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K==0.9049計(jì)算厚度==0.59mm有效厚度e=n-C1-C2=7.00mm最小厚度min=3.00mm名義厚度n=8.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量8.08Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==7.58634MPa結(jié)論合格

后端管箱封頭計(jì)算計(jì)算單位壓力容器專用計(jì)算軟件計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc0.65MPa設(shè)計(jì)溫度t320.00C內(nèi)徑Di300.00mm曲面高度hi81.00mm材料Q345R(板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t149.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力189.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.00mm腐蝕裕量C21.00mm焊接接頭系數(shù)1.00厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù)K==0.9049計(jì)算厚度==0.59mm有效厚度e=n-C1-C2=7.00mm最小厚度min=3.00mm名義厚度n=8.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量8.08Kg壓力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]==7.58634MPa結(jié)論合格

殼程圓筒計(jì)算計(jì)算單位壓力容器專用計(jì)算軟件計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力Pc1.65MPa設(shè)計(jì)溫度t290.00C內(nèi)徑Di300.00mm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t155.80MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)s345.00MPa鋼板負(fù)偏差C10.00mm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==1.88mm有效厚度e=n-C1-C2=7.00mm名義厚度n=8.00mm重量Kg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=2.5020(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==64.55MPa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]==6.03915MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力t==36.18MPat132.43MPa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,合格延長部分兼作法蘭固定式管板設(shè)計(jì)單位壓力容器專用計(jì)算軟件設(shè)計(jì)計(jì)算條件簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)壓力ps1.65MPa設(shè)計(jì)溫度Ts290平均金屬溫度ts212.5裝配溫度to15殼材料名稱Q345R設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力[]t155.8Mpa程平均金屬溫度下彈性模量Es1.902e+05Mpa平均金屬溫度下熱膨脹系數(shù)s1.233e-05mm/mm圓殼程圓筒內(nèi)徑Di300mms8mmse7mm筒殼體法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Ef’1.84e+05MPa殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積A=0.25Di27.069e+04mm2殼程圓筒金屬橫截面積As=s(Di+s)6751mm2管設(shè)計(jì)壓力pt0.65MPa箱設(shè)計(jì)溫度Tt320圓材料名稱Q345R筒設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Eh1.81e+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)h12mm管箱圓筒厚度he7mm管箱法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Et”1.81e+05MPa材料名稱0Cr18Ni9換管子平均溫度tt315設(shè)計(jì)溫度下管子材料許用應(yīng)力[]tt112.8MPa設(shè)計(jì)溫度下管子材料屈服應(yīng)力st125.4MPa熱設(shè)計(jì)溫度下管子材料彈性模量Ett1.744e+05MPa平均金屬溫度下管子材料彈性模量Et1.748e+05MPa平均金屬溫度下管子材料熱膨脹系數(shù)t1.766e-05mm/mm管管子外徑d25mm管子壁厚t2mm注：管子根數(shù)n57換熱管中心距S32mm換一根管子金屬橫截面積144.5mm2換熱管長度L2000mm管子有效長度(兩管板內(nèi)側(cè)間距)L11920mm管束模數(shù)Kt=Etna/LDi2500MPa管子回轉(zhuǎn)半徑8.162mm熱管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度lcr400mm系數(shù)Cr=165.7比值lcr/i49.01管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力()MPa管管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力()53.43MPa材料名稱Q345R設(shè)計(jì)溫度tp320管設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力129MPa設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Ep1.81e+05MPa管板腐蝕裕量C22mm管板輸入厚度n40mm管板計(jì)算厚度37.7mm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=2.345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]56.4MPa管材料名稱Q345R管箱法蘭厚度35mm法蘭外徑440mm箱基本法蘭力矩4.14e+06Nmm管程壓力操作工況下法蘭力3.009e+06Nmm法蘭寬度70mm法比值0.02333比值0.1167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)0.004455旋轉(zhuǎn)剛度139.7MPa材料名稱Q345R殼殼體法蘭厚度40mm法蘭外徑440mm體法蘭寬度70mm比值0.02333法比值0.1333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260.005111旋轉(zhuǎn)剛度191.1MPa法蘭外徑與內(nèi)徑之比1.467殼體法蘭應(yīng)力系數(shù)Y(按K查<<GB150－1998>>表9-5)5.24旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù)0.06003膨脹節(jié)總體軸向剛度2.576e+04N/mm管板第一彎矩系數(shù)(按,查<<GB151-1999>>圖27)0.2848系系數(shù)2.044系數(shù)(按查<<GB151－98>>圖29)1.374換熱管束與不帶膨脹節(jié)殼體剛度之比1.121數(shù)換熱管束與帶膨脹節(jié)殼體剛度之比30.23管板第二彎矩系數(shù)(按K,Q或查<<GB151-1999>>圖28(a)或(b))34.31系數(shù)（帶膨脹節(jié)時(shí)代替Q）0.001941計(jì)系數(shù)(按K,Q或Qex查圖30)0.05496法蘭力矩折減系數(shù)0.522管板邊緣力矩變化系數(shù)0.5292算法蘭力矩變化系數(shù)0.7237管管板開孔后面積Al=A-0.25nd24.271e+04mm2板參管板布管區(qū)面積(三角形布管)(正方形布管)5.055e+04mm2數(shù)管板布管區(qū)當(dāng)量直徑253.7mm系數(shù)0.6042系系數(shù)0.1929數(shù)系數(shù)2.506計(jì)系數(shù)(帶膨脹節(jié)時(shí)代替Q)51.51算管板布管區(qū)當(dāng)量直徑與殼體內(nèi)徑之比0.8456管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度k=K(1-t)0.3619

殼體法蘭應(yīng)力22.781.5193.53.8063387MPa換熱管軸向應(yīng)力10.94112.853.43-9.8113338.453.43MPa殼程圓筒軸向應(yīng)力0.9616132.420.33397.3MPa換熱管與管板連接拉脫應(yīng)力q=5.752[q]56.45.1583[q]焊接[q]脹接169.2MPa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)0.00.002865當(dāng)量壓力組合-0.7754-0.7754MPa有效壓力組合-33.4863.1MPa操作情況下法蘭力矩系數(shù)-0.0070130.003722管板邊緣力矩系數(shù)-0.0070130.003722管板邊緣剪力系數(shù)-0.014340.007608管板總彎矩系數(shù)-0.210.5417系數(shù)僅用于時(shí)0.10860.2801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)1.0690.4146系數(shù)>0,=;<0,=1.0690.4193管板徑向應(yīng)力系數(shù)帶膨脹節(jié)Q為Q=0.0083370.003342

僅有殼程壓力僅有殼程壓力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)0.00.002865當(dāng)量壓力組合1.651.65MPa有效壓力組合4.136100.7MPa基本法蘭力矩系數(shù)0.078140.003209管板邊緣力矩系數(shù)0.079170.004236管板邊緣剪力系數(shù)0.16180.008659管板總彎矩系數(shù)5.0240.5769系數(shù)僅用于時(shí)2.5970.2983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）6.1410.4595系數(shù)>0,=,<0,=6.1410.3904管板徑向應(yīng)力系數(shù)帶膨脹節(jié)Q為Q=0.056440.003115管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)=0.059670.005949管板布管區(qū)周邊處剪切應(yīng)力系數(shù)=0.009190.007978殼體法蘭力矩系數(shù)0.039390.0002702計(jì)算值許用值計(jì)算值許用值管板徑向應(yīng)力22.321.5193.5303387MPa管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力20.791.5193.526.83387MPa管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力0.38630.564.58.1671.5193.5MPa

管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)=-0.0021160.00558管板布管區(qū)周邊處剪切應(yīng)力系數(shù)=0.0077960.00797殼體法蘭力矩系數(shù)-0.0056021.804e-06計(jì)算值許用值計(jì)算值許用值管板徑向應(yīng)力26.71.5193.520.173387MPa管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力15.021.5193.514.733387MPa管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力-2.6530.564.55.1111.5193.5MPa殼體法蘭應(yīng)力26.241.5193.50.015923387MPa換熱管軸向應(yīng)力5.904112.853.43-15.853338.453.43MPa程圓筒軸向應(yīng)力0.2005132.419.53397.3MPa換熱管與管板連接拉脫應(yīng)力q=3.104[q]56.48.3353[q]焊接[q]脹接169.2MPa計(jì)算結(jié)果管板名義厚度40mm管板校核通過

管箱法蘭計(jì)算計(jì)算單位壓力容器專用計(jì)算軟件設(shè)計(jì)條件簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)壓力p0.650MPa計(jì)算壓力pc0.650MPa設(shè)計(jì)溫度t320.0C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149.0MPa法材料名稱Q345R許用[]f185.0MPa蘭應(yīng)力[]139.0MPa材料名稱35螺許用[]b117.0MPa應(yīng)力[]72.0MPa栓公稱直徑20.0mm螺栓根徑d117.3mm數(shù)量n16個(gè)Di300.0Do440.0墊結(jié)構(gòu)尺寸Db400.0D外354.0D內(nèi)310.0δ012.0mmLe20.0LA28.0h10.0δ122.0材料類型軟墊片N22.0m2.00y(MPa)11.0壓緊面形狀1a,1