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前 言
氢气是一个关键工业产品，它广泛用于石油、化工、建材、冶金、电子、医药、电力、轻工、气象、交通等工业部门和服务部门，因为使用要求不一样，这些部门对氢气纯度、对所含杂质种类和含量全部有不相同要求，尤其是改革开放以来，伴随工业化进程，大量高精产品投产，对高纯度需求量正逐步加大，等等对制氢工艺和装置效率、经济性、灵活性、安全全部提出了更高要求，同时也促进了新型工艺、高效率装置开发和投产。
依据原料及工艺路线不一样，现在氢气关键由以下多个方法取得：①电解水法；②氯碱工业中电解食盐水副产氢气；③烃类水蒸气转化法；④烃类部分氧化法；⑤煤气化和煤水蒸气转化法；⑥氨或甲醇催化裂解法；⑦石油炼制和石油化工过程中多种副产氢；等等。其中烃类水蒸气转化法是世界上应用最普遍方法，但该方法适适用于化肥及石油化工工业上大规模用氢场所，工艺路线复杂，步骤长，投资大。伴随精细化工行业发展，当其氢气用量在200～3000m3/h时，甲醇蒸气转化制氢技术表现出很好技术经济指标，受到很多国家重视。甲醇蒸气转化制氢含有以下特点：
3) 和大规模天然气、轻油蒸气转化制氢或水煤气制氢相比，投资省，能耗低。
4) 和电解水制氢相比，单位氢气成本较低。
5) 所用原料甲醇易得，运输、贮存方便。
6) 能够做成组装式或可移动式装置，操作方便，搬运灵活。
对于中小规模用氢场所，在没有工业含氢尾气情况下，甲醇蒸气转化及变压吸附制氢路线是一很好选择。本设计采取甲醇裂解+吸收法脱二氧化碳+变压吸附工艺，增加吸收法目标是为了提升氢气回收率，同时在需要二氧化碳时，也能够方便得到高纯度二氧化碳。
1、 设计任务书
一、题目：生产能力为1600 Nm3/h甲醇制氢生产装置。
二、设计参数：生产能为1600 Nm3/h。
1、工艺计算：物料衡算和热量衡算。
2、机器选型计算。
3、设备部署设计计算。
4、管道部署设计计算。
三、图纸清单：
1、预热器总装配图1张，1号
2、预热器零件图2号，2张
3、管道仪表步骤图2号，1张
4、设备平面部署图2号，1张
5、管道平面部署图2号，1张
6、管道空视图3号，2张
7、自动控制方案图3号，1张
2、 甲醇制氢工艺设计
2.1 甲醇制氢工艺步骤
甲醇制氢物料步骤图1－2。步骤包含以下步骤：甲醇和水按配比1：1.5进入原料液储罐，经过计算泵进入换热器（E0101）预热，然后在汽化塔（T0101）汽化，在经过换热器(E0102)过热到反应温度进入转化器(R0101)，转化反应生成H2、CO2和未反应甲醇和水蒸气等首先和原料液换热(E0101)冷却，然后经水冷器(E0103)冷凝分离水和甲醇，这部分水和甲醇能够进入原料液储罐，水冷分离后气体进入吸收塔，经碳酸丙烯脂吸收分离CO2，吸收饱和吸收液进入解析塔降压解析后循环使用，最终进入PSA装置深入脱除分离残余CO2、CO及其它杂质，得到一定纯度要求氢气。
图1－2 甲醇制氢物料步骤图及各节点物料量
2.2 物料衡算
1、依据
甲醇蒸气转化反应方程式：
CHOH→CO↑+2H↑
CO+HO→CO↑+ H↑
CHOH分解为CO转化率99%，反.应温度280℃，反应压力1.5MPa，醇水投料比1：1.5(mol)。
2、投料计算量
代入转化率数据，式(1-3)和式(1-4)变为：
CHOH→0.99CO↑+1.98H↑+0.01 CHOH
CO+0.99HO→0.99CO↑+ 1.99H+0.01CO
合并式(1-5)，式(1-6)得到：
CHOH+0.9801 HO→0.9801 CO↑+2.9601 H↑+0.01 CHOH+0.0099 CO↑
氢气产量为： 1600m/h=71.429 kmol/h
甲醇投料量为： 71.429/2.9601ⅹ32=772.179kg/h
水投料量为： 71.429/2.9601ⅹ1.5ⅹ18=651.526 kg/h
3、原料液储槽(V0101)
进： 甲醇 772.179 kg/h 水 651.526 kg/h
出： 甲醇 772.179 kg/h 水651.526 kg/h
4、换热器 (E0101)，汽化塔(T0101)，过热器(E0103)
没有物流改变.
5、转化器 (R0101)
进： 甲醇 772.179 kg/h；水651.526kg/h；总计1423.705kg/h
出： 生成
CO
772.179/32ⅹ0.9801ⅹ44 =1040.617kg/h
H
772.179/32ⅹ2.9601ⅹ2 =142.858 kg/h
CO
772.179/32ⅹ0.0099ⅹ28 =6.689 kg/h
剩下甲醇
772.179/32ⅹ0.01ⅹ32=7.722kg/h
剩下水
651.526-772.179/32ⅹ0.9801ⅹ18=225.819 kg/h
总计
1423.705kg/h
6、吸收塔和解析塔
吸收塔总压为1．5MPa，其中CO分压为0.38 MPa ，操作温度为常温(25℃). 此时，每m 吸收液可溶解CO11.77 m.此数据能够在通常化工基础数据手册中找到，二氧化碳在碳酸丙烯酯中溶解度数据见表1一l及表1—2。
解吸塔操作压力为0.1MPa， CO溶解度为2.32，则此时吸收塔吸收能力为：
11.77-2.32=9.45
0.4MPa压力下=pM/RT=0.444/[0.0082(273.15+25)]=7.20kg/m
CO体积量V=1040.617/7.20=144.530 m/h
据此，所需吸收液量为144.530/9.45= 15.294m/h
考虑吸收塔效率和操作弹性需要，取吸收量为 15.294 m/h=45.883 m/h
可知系统压力降至0.1MPa时，析出CO量为144.530 m/h=1040.617 kg/h.
混合气体中其它组分如氢气，CO和微量甲醇等也能够按上述过程进行计算，在此，忽略这些组分在吸收液内吸收.
7、PSA系统
略.
8、各节点物料量
综合上面工艺物料衡算结果，给出物料步骤图及各节点物料量，见图1一2.
2.3 热量衡算
1、汽化塔顶温确定
在已知汽相组成和总压条件下，能够依据汽液平衡关系确定汽化塔操作温度·
甲醇和水蒸气压数据能够从部分化工基础数据手册中得到：表1-3列出了甲醇蒸气压数据；水物性数据在很多手册中全部能够得到，这里从略。
在本工艺过程中，要使甲醇水完全汽化，则其汽相分率肯定是甲醇40%，水60%(mol)且已知操作压力为1.5MPa，设温度为T，依据汽液平衡关系有
0.4p+0.6p=1.5MPa
初设 T=170℃
p=2.19MPa; p=0.824 MPa
p=1.3704<1.5 MPa
再设 T=175℃
p=2.4MPa; p=0.93 MPa
p=1.51 MPa
蒸气压和总压基础一致，能够认为操作压力为1.5MPa时，汽化塔塔顶温度为175℃.
2、转换器(R0101)
两步反应总反应热为49.66kJ/mol，于是，在转化器内需要供给热量为：
Q=772.179×0.99/32×1000×(-49.66)
=-1.19106 kJ/h
此热量由导热油系统带来，反应温度为280℃，能够选择导热油温度为320℃，导热油温度降设定为5℃，从手册中查到导热油物性参数，如比定压热容和温度关系，可得：
c=4.18680.68=2.85kJ/(kg·K)， c=2.81kJ/(kg·K)
取平均值c=2.83 kJ/(kg·K)
则导热油用量w=Q/(ct)= 1.19/(2.835)=84099 kg/h
3、过热器(E0102)
甲醇和水饱和蒸气在过热器中175℃过热到280℃，此热量由导热油供给.从手册中能够方便地得到甲醇和水蒸气部分比定压热容数据，见表1-4
气体升温所需热量为：
Q= cmt=(1.90772.179+4.82651.526) (280-175)=4.8310kJ/h
导热油c=2.826 kJ/(kg·K)，于是其温降为：
t=Q/(cm)= 3.6310/(2.82662898)=2.04℃
导热油出口温度为：315-2.0=313.0℃
4、汽化塔（TO101 )
认为汽化塔仅有潜热改变。175 ℃时甲醇H = 727.2kJ/kg；水H = 203IkJ/kg
Q=772.1779727.2+2031651.526=1.8810 kJ/h
以300℃导热油计算c=2.76 kJ/(kg·K)
t=Q/(cm)=1.8810/(2.7683840)=8.12℃
则导热油出口温度：t=313.0-8.1=304.9℃
导热油系统温差为：T=320-304.9=15.1℃，基础适宜。
5、换热器（EO101)
壳程：甲醇和水液体混合物由常温（25 ℃ ）升至175 ℃ ，其比热容数据也能够从手册中得到，表1 一5 列出了甲醇和水液体部分比定压热容数据。
液体混合物升温所需热量
Q= cmt=(772.1793.14+651.5264.30) (175-25)=7.8410kJ/h
管程：没有相改变，同时通常气体在一定温度范围内，热容改变不大，以恒定值计算，这里取多种气体比定压热容为：
c10.47 kJ/(kg·K)
c14.65 kJ/(kg·K)
c 4.19 kJ/(kg·K)
则管程中反应后气体混合物温度改变为：
t=Q/(cm)=7.8410/(10.471040.617+14.65142.858+4.19225.819)=56.3℃
换热器出口温度为280-56.3=223.7℃
6、冷凝器（EO103)
在E0103 中包含两方面改变：
①CO， CO， H冷却和②CHOH ， HO冷却和冷凝.
1、 CO， CO， H冷却
Q=cmt=(10.471040.617+14.65142.858+1.046.689) (223.7-40)=2.3910kJ/h
2、 CHOH量很小，在此其冷凝和冷却忽略不计。压力为1.5MPa时水冷凝热为：
H=2135KJ/kg，总冷凝热Q=Hm=2135225.819=4.8210kJ/h
水显热改变Q=cmt=4.19225.819(223.7-40)=1.7410kJ/h
Q=Q+Q+Q=3.04610kJ/h
冷却介质为循环水，采取中温型凉水塔，则温差△T=10℃
用水量W=Q/( ct)= 3.04610/(4.1910)=72697kg/h
3、 过热器工艺设计
3.1 过热器工艺计算
原始数据
计算内容或项目
符号
单位
计算公式或起源
结果
备注
管程流体名称
导热油
壳程流体名称
甲醇、水
导热油进、出口温度
Ti ；To
℃
给定
315℃；
313℃
乙醇水进、出口温度
ti；to
℃
给定
175℃；280℃
导热油、甲醇水工作压力
pt；po
MPa
给定
1.5；0.5
导热油质量流量
ωt
Kg/s
给定
23.36
定性温度和物性参数
计算内容或项目
符号
单位
计算公式或起源
结果
备注
导热油定性温度
Tm
℃
Tm=T1+T2
314
甲醇水定性温度
tm
℃
tm=t1+t2
227.5
导热油、甲醇水密度
ρt；ρs
Kg/m3
按定性温度查物性表
1070；8.505
导热油、甲醇水比热容
ct；cs
J/(kg. ℃)
按定性温度查物性表
2826；3246
导热油、甲醇水导热系数
λt；λs
W/(m. ℃)
按定性温度查物性表
0.99；0.62
导热油、甲醇水粘度
μt；μs
Pa.s
按定性温度查物性表
0.21×10-3；0.1×10-3
导热油、甲醇水普朗特数
Prt；Prs
查表或计算
45.296；32.981
物料和热量衡算
计算内容或项目
符号
单位
计算公式或起源
结果
备注
换热器效率
η
取用
0.98
负荷
Q
W
Q=ωtct(T1-T2)η
1.008×105
甲苯质量流量
ωs
Kg/s
ωs=Q/cs(t2-t1)
0.395
有效平均温度
计算内容或项目
符号
单位
计算公式或起源
结果
备注
逆流对数平均温度
Δtlog
℃
Δtlog=（Δt1-Δt2）/Ln（Δt1/Δt2）
33.39
步骤型式
初步确定1-2型管壳式换热器
参数
R
0.019
参数
P
0.75
温度校正系数
φ
查图4-2
1
有效平均温度
ΔtM
℃
ΔtM=φΔtlog
33.39
初算传热面积
计算内容或项目
符号
单位
计算公式或起源
结果
备注
初选总传热系数
Ko
W/(m2. ℃)
参考表4-1
280
初算传热面积
Ao
m2
10.78
换热器结构设计
计算内容或项目
符号
单位
计算公式或起源
结果
备注
管程结构设计
换热管材料
选择碳钢无缝钢管
φ25×2
换热管内径外径
di;d
mm
0.021;0.025
换热管管长
L
m
选择4m标准管长折半
2
换热管根数
n
54
管程数
Nt
依据管内流体流速范围选定
1
管程进出口接管尺寸（外径×壁厚）
djt×Sjt
mm
按接管内流体流速<3m/s合理选择
Φ114×2
壳程结构设计
壳程数
Ns
1
换热管排列形式
分程隔板槽两侧正方形排列，其它正三角形排列
正三角形排列
换热管中心距
S
m
S=1.25d或按
标准[4]
0.032
分程隔板槽两侧管中心距
Sn
按标准[4]
0.044
管束中心排管数
nc
（外加6根拉杆）
9
壳体内径
Di
m
0.3
换热器长径比
L/Di
L/Di
10
实排换热管根数
N
(不计拉杆)作图或按计算
54
折流板形式
选定
单弓形折流板
折流板外直径
Db
m
按GB151-1999
0．197
折流板缺口弦高
h
mm
取h=0.20 Di
60
折流板间距
B
m
取B=（0.2～1）Di
0．2
折流板板数
Nb
Nb=L/B-1
8
壳程进出口接管尺寸（外径×壁厚）
djs×Sjs
m
合理选择
Φ80×1.5
管程传热和压降
计算内容或项目
符号
单位
计算公式或起源
结果
备注
管程流速
m/s
0.589
管程雷诺数
6303
换热管壁温
℃
280
管程流体给热系数
W/(m²·℃)
3729
管程进出口处流速
uNt
m/s
1.779
管程摩擦因子
fī
0.03
管内摩擦压降
Pa
2121
回弯压降
Pa
742
进出口局部压降
Pa
2540
管程压降
Pa
6548
管程最大许可压降
Pa
35000
校核管程压降
合理
壳程传热和压降
计算内容及项目
符号
单位
计算公式或起源
结果
备注
壳程当量直径
De
m
0.07958
横过管束流通截面积
As
m²
0.00438
壳程流体流速
m/s
10.6097
壳程雷诺数
71767
壳程流体给热系数
W/(m²·℃)
785.9
折流板圆缺部分换热管数
7
β值
0.112
折流板圆缺部分流通面积
㎡
0.00104
折流板圆缺区流体流速
m/s
44.683
圆缺区平均流速
m/s
21.773
壳程进出口处流速
m/s
9.979
壳程摩擦因子
0.005
折流板间错流管束压降
63
圆缺部分压降
Pa
6380
进出口局部压降
Pa
635
壳程压降
Pa
7078
壳程最大许可压降
Pa
35000
校核壳程压降
合理
总传热系数
计算内容或项目
符号
单位
计算公式或起源
结果
备注
管内污垢热阻
㎡·℃/W
查表4-5
35.2×10-5
管外污垢热阻
㎡·℃/W
查表4-5
35.2×10-5
换热管材料导热系数
W/(㎡·℃)
查表[3]
51.8
管壁热阻
㎡·℃/W
4.21×10-5
总传热系数
K
W/(㎡·℃)
按式4-22
297.66
传热面积和壁温核实
计算内容及项目
符号
单位
计算公式或起源
结果
备注
需要传热面积
A
㎡
实有传热面积
A实
㎡
设管板厚度为0.03m
校核传热面积
△A
热流体侧管壁温度
twh
℃
按式4-25
冷流体侧管壁温度
twc
℃
按式4-26
管壁计算温度
tw
℃
按式4-24
校核管壁温度
△tw
℃
结论
设计符合要求
3.2 过热器外壳结构设计
根据GB150-1998《钢制压力容器》进行结构设计计算。
筒体
（1）筒体内径: ，
（2）设计压力： 设计温度取280℃
筒体材料：16MnR 焊接接头系数 Φ=0.9
钢板厚度负偏差,腐蚀裕量,
厚度附加量,,
筒体计算厚度计算
考虑厚度附加量并圆整至钢板厚度系列，并按GB－151换热器最小厚度标准，得材料名义厚度。
强度校核
有效厚度
符合强度要求。
（2）依据筒径选择非金属软垫片：
垫片厚度：5mm 垫片外径:354mm 垫片内径：310mm
依据筒体名义厚度选择凸面平焊钢制管法兰（JB4702） 法兰材料：16MnR
DN
法兰外径
中心孔直径
法兰厚度
螺栓孔直径
螺纹规格
螺栓数量
300
340
295
24
23
M20
8
表3-2 筒体法兰数据
封头
（1）封头内径：，
设计压力：P=1.5MPa ,设计温度取280° C
封头材料：16MnR 焊接接头系数 Φ=0.9
钢板厚度负偏差,腐蚀裕量,厚度附加量，
封头计算厚度计算
选择标准椭圆形封头，K=1.0
考虑厚度附加量并圆整至钢板厚度系列，并按GB－151换热器最小厚度标准，取封头名义厚度和筒体厚度相同，得材料名义厚度。
强度校核
有效厚度，
，符合强度要求。
依据筒径选择标准椭圆形封头直边高：25mm，曲面高：125mm，壁厚：6mm。
换热管（GB151-1999）
管子材料：16MnR
依据上节中计算管子内径选择尺寸：，管长：mm，根数：54
实排根数：67（外加6根拉杆） 排列形式：正三角形
中心距：32mm 管束中心排管数：8
管程数据
管程数：1 管程流体流速：1.5m/s
进出口接管尺寸： 接管材料：16MnR
法兰类型：凸面平焊钢制管法兰（HG20593-97） 法兰材料：20R
DN
法兰外径
中心孔直径
法兰厚度
法兰内径
螺栓孔直径
螺栓孔数
螺纹规格
125
240
200
20
141.5
18
8
M16
表3-3 管程法兰数据
壳程数据
壳程数：1 壳程气体流速：0.04m/s
进出口接管尺寸： 接管材料：16MnR
法兰类型：凸面平焊钢制管法兰（HG20593-97） 法兰材料：20R
DN
法兰外径
中心孔直径
法兰厚度
法兰内径
螺栓孔直径
螺栓孔数
螺纹规格
80
200
160
20
91
18
4
M16
表3-4 壳程法兰数据
折流板（GB151-1999）
材料：16MnR 形式：单弓形 外直径：197 管孔直径：22.35
缺口弦高：40mm 间距：200mm 板数：8 厚度：6
拉杆（GB151-1999）
直径：16 螺纹规格：M16 根数；6
管箱设计
1）箱体内径：300mm
设计压力：P=1.5MPa 设计温度取280℃
封头材料：16MnR 焊接接头系数 Φ=0.9
钢板厚度负偏差,腐蚀裕量,厚度附加量，
封头计算厚度计算，
选择标准椭圆形封头，K=1.0
考虑厚度附加量并圆整至钢板厚度系列，取封头名义厚度和筒体厚度相同，得材料名义厚度dn = 8mm.
强度校核
有效厚度
，符合强度要求。
取前箱体长300mm，后箱体长200mm。
鞍式支座
公称直径 350mm 型式 重型BI（120°包角，焊制，单筋，带垫板）
管板法兰
材料：16MnR 换热管管孔直径：25.4 拉杆管孔直径：13.6
厚度：18 外径：和管板制成一体
3.3 SW6校核
见校核文件
固定管板换热器设计计算
计算单位
压力容器专用计算软件
设 计 计 算 条 件
壳 程
管 程
设计压力
1.65
MPa
设计压力
0.65
MPa
设计温度
290
设计温度
320
壳程圆筒内径
300
mm
管箱圆筒内径
300
mm
材料名称
Q345R
材料名称
Q345R
简 图
计 算 内 容
壳程圆筒校核计算
前端管箱圆筒校核计算
前端管箱封头(平盖)校核计算
后端管箱圆筒校核计算
后端管箱封头(平盖)校核计算
管箱法兰校核计算
管板校核计算
前端管箱封头计算
计算单位
压力容器专用计算软件
计算条件
椭圆封头简图
计算压力 Pc
0.65
MPa
设计温度 t
320.00
° C
内径 Di
300.00
mm
曲面高度 hi
81.00
mm
材料
Q345R (板材)
设计温度许用应力 [s]t
149.00
MPa
试验温度许用应力 [s]
189.00
MPa
钢板负偏差 C1
0.00
mm
腐蚀裕量 C2
1.00
mm
焊接接头系数 f
1.00
厚度及重量计算
形状系数
K = = 0.9049
计算厚度
d = = 0.59
mm
有效厚度
de =dn - C1- C2= 7.00
mm
最小厚度
dmin = 3.00
mm
名义厚度
dn = 8.00
mm
结论
满足最小厚度要求
重量
8.08
Kg
压 力 计 算
最大许可工作压力
[Pw]= = 7.58634
MPa
结论
合格
后端管箱封头计算
计算单位
压力容器专用计算软件
计算条件
椭圆封头简图
计算压力 Pc
0.65
MPa
设计温度 t
320.00
° C
内径 Di
300.00
mm
曲面高度 hi
81.00
mm
材料
Q345R (板材)
设计温度许用应力 [s]t
149.00
MPa
试验温度许用应力 [s]
189.00
MPa
钢板负偏差 C1
0.00
mm
腐蚀裕量 C2
1.00
mm
焊接接头系数 f
1.00
厚度及重量计算
形状系数
K = = 0.9049
计算厚度
d = = 0.59
mm
有效厚度
de =dn - C1- C2= 7.00
mm
最小厚度
dmin = 3.00
mm
名义厚度
dn = 8.00
mm
结论
满足最小厚度要求
重量
8.08
Kg
压 力 计 算
最大许可工作压力
[Pw]= = 7.58634
MPa
结论
合格
壳程圆筒计算
计算单位
压力容器专用计算软件
计算条件
筒体简图
计算压力 Pc
1.65
MPa
设计温度 t
290.00
° C
内径 Di
300.00
mm
材料
Q345R ( 板材 )
试验温度许用应力 [s]
189.00
MPa
设计温度许用应力 [s]t
155.80
MPa
试验温度下屈服点 ss
345.00
MPa
钢板负偏差 C1
0.00
mm
腐蚀裕量 C2
1.00
mm
焊接接头系数 f
0.85
厚度及重量计算
计算厚度
d = = 1.88
mm
有效厚度
de =dn - C1- C2= 7.00
mm
名义厚度
dn = 8.00
mm
重量
Kg
压力试验时应力校核
压力试验类型
液压试验
试验压力值
PT = 1.25P = 2.5020 (或由用户输入)
MPa
压力试验许可经过
应力水平 [s]T
[s]T£ 0.90 ss = 310.50
MPa
试验压力下
圆筒应力
sT = = 64.55
MPa
校核条件
sT£ [s]T
校核结果
合格
压力及应力计算
最大许可工作压力
[Pw]= = 6.03915
MPa
设计温度下计算应力
st = = 36.18
MPa
[s]tf
132.43
MPa
校核条件
[s]tf ≥st
结论
筒体名义厚度大于或等于GB151中要求最小厚度6.00mm,合格
延长部分兼作法兰固定式管板
设计单位
压力容器专用计算软件
设 计 计 算 条 件
简 图
设计压力 ps
1.65
MPa
设计温度 Ts
290
平均金属温度 ts
212.5
装配温度 to
15
壳
材料名称
Q345R
设计温度下许用应力[s]t
155.8
Mpa
程
平均金属温度下弹性模量 Es
1.902e+05
Mpa
平均金属温度下热膨胀系数as
1.233e-05
mm/mm
圆
壳程圆筒内径 Di
300
mm
壳 程 圆 筒 名义厚 度 ds
8
mm
壳 程 圆 筒 有效厚 度 dse
7
mm
筒
壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef’
1.84e+05
MPa
壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di2
7.069e+04
mm2
壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )
6751
mm2
管
设计压力pt
0.65
MPa
箱
设计温度Tt
320
圆
材料名称
Q345R
筒
设计温度下弹性模量 Eh
1.81e+05
MPa
管箱圆筒名义厚度(管箱为高颈法兰取法兰颈部大小端平均值)dh
12
mm
管箱圆筒有效厚度dhe
7
mm
管箱法兰设计温度下弹性模量 Et”
1.81e+05
MPa
材料名称
0Cr18Ni9
换
管子平均温度 tt
315
设计温度下管子材料许用应力 [s]tt
112.8
MPa
设计温度下管子材料屈服应力sst
125.4
MPa
热
设计温度下管子材料弹性模量 Ett
1.744e+05
MPa
平均金属温度下管子材料弹性模量 Et
1.748e+05
MPa
平均金属温度下管子材料热膨胀系数at
1.766e-05
mm/mm
管
管子外径 d
25
mm
管子壁厚dt
2
mm
注：
管子根数 n
57
换热管中心距 S
32
mm
换
一根管子金属横截面积
144.5
mm2
换热管长度 L
mm
管子有效长度(两管板内侧间距) L1
1920
mm
管束模数 Kt = Et na/LDi
2500
MPa
管子回转半径
8.162
mm
热
管子受压失稳当量长度 lcr
400
mm
系数Cr =
165.7
比值 lcr /i
49.01
管子稳定许用压应力 ()
MPa
管
管子稳定许用压应力 ()
53.43
MPa
材料名称
Q345R
设计温度 tp
320
管
设计温度下许用应力
129
MPa
设计温度下弹性模量 Ep
1.81e+05
MPa
管板腐蚀裕量 C2
2
mm
管板输入厚度dn
40
mm
管板计算厚度 d
37.7
mm
隔板槽面积 (包含拉杆和假管区面积)Ad
0
mm2
板
管板强度减弱系数 h
0.4
管板刚度减弱系数 m
0.4
管子加强系数 K =
2.345
管板和管子连接型式
焊接
管板和管子胀接(焊接)高度l
3.5
mm
胀接许用拉脱应力 [q]
MPa
焊接许用拉脱应力 [q]
56.4
MPa
管
材料名称
Q345R
管箱法兰厚度
35
mm
法兰外径
440
mm
箱
基础法兰力矩
4.14e+06
N×mm
管程压力操作工况下法兰力
3.009e+06
N×mm
法兰宽度
70
mm
法
比值
0.02333
比值
0.1167
系数(按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-1999>>图25)
0.00
兰
系数w”(按dh/Di ,df”/Di ,查<<GB151-1999>>图 26)
0.004455
旋转刚度
139.7
MPa
材料名称
Q345R
壳
壳体法兰厚度
40
mm
法兰外径
440
mm
体
法兰宽度
70
mm
比值
0.02333
法
比值
0.1333
系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-1999>>图25
0.00
兰
系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-1999>>图26
0.005111
旋转刚度
191.1
MPa
法兰外径和内径之比
1.467
壳体法兰应力系数Y (按 K 查<<GB150－1998>>表9-5)
5.24
旋转刚度无量纲参数
0.06003
膨胀节总体轴向刚度
2.576e+04
N/mm
管板第一弯矩系数(按,查<<GB151-1999>>图 27)
0.2848
系
系数
2.044
系数(按查<<GB151－98>>图 29)
1.374
换热管束和不带膨胀节壳体刚度之比
1.121
数
换热管束和带膨胀节壳体刚度之比
30.23
管板第二弯矩系数(按K,Q或查<<GB151-1999>>图28(a)或(b))
34.31
系数（带膨胀节时替换Q）
0.001941
计
系数 (按K,Q或Qex 查图30)
0.05496
法兰力矩折减系数
0.522
管板边缘力矩改变系数
0.5292
算
法兰力矩改变系数
0.7237
管
管板开孔后面积 Al = A - 0.25 npd 2
4.271e+04
mm2
板
参
管板布管区面积
(三角形布管)
(正方形布管 )
5.055e+04
mm2
数
管板布管区当量直径
253.7
mm
系数
0.6042
系
系数
0.1929
数
系数
2.506
计
系数(带膨胀节时替换Q)
51.51
算
管板布管区当量直径和壳体内径之比
0.8456
管板周围不布管区无量纲宽度 k = K(1-rt)
0.3619
壳体法兰应力
22.78
1.5
193.5
3.806
3
387
MPa
换热管轴向应力
10.94
112.8
53.43
-9.811
3
338.4
53.43
MPa
壳程圆筒轴向应力
0.9616
132.4
20.33
397
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