南华大学毕业生论文.doc

前 言
我们把热量由热流体传递到冷流体的设备称为换热设备。换热设备在人们生活生产的领域应用广泛，在我们生活中换热设备也举不胜数，是不可或缺的工艺设备之一。
冷凝器是通过取走潜热而用于蒸汽液化的特殊传热设备。冷却冷凝器是有相变发生的换热设备，是化工生产的重要换热设备之一。主要用于单组分可凝蒸汽和含不凝性气体的混合气体的冷却冷凝。冷凝器可以分为两种类型，一是壳管式冷凝器，需要一个管式的传热面把冷凝的蒸汽和冷凝剂分开。二是接触式冷凝器，冷凝剂和水进行混合，然后作为唯一的物流流出冷凝器。间壁式换热器，就是采用固体壁面把传递热量的热流体和吸收热量的冷流体隔开，热量透过间壁传递的换热器。在生产二硫化碳工艺中，间壁式换热器是溶解SO2气体净化生产装置中的冷凝冷却设备，主要是使混合气体中的二硫化碳冷凝而使有毒的HS气体排出并进行处理。
冷却机理:在冷凝器中，如果冷凝传热管的表面温度低于混合气体的露点，则混合气体里的蒸气（可凝性蒸气为二硫化碳蒸气，不凝性气体为硫化氢气体）冷凝，湿润整个管的表面，表面被气体界膜所包裹，而混合气体中通过气体界膜的蒸汽，一直扩散到管的表面上冷凝。

1 二硫化碳尾气处理系统工艺设计
1.1国内外二硫化碳生产概况
二硫化碳是一种非常重要的无机化工原料，主要应用于燃料、树脂、药品、农业、防腐溶剂、其他多种溶剂以及橡胶等各种各样产品的生产。
由于二硫化碳用途广泛，而国内外各行业的需求量也较大，仅我国国内橡胶促进剂、选矿药剂、粘胶纤维、玻璃纸及农药、医药等行业每年需求量近30万吨，特别是粘胶行业的飞速发展，每年仍需3万吨的二硫化碳的供应才能满足需要；其次，国际市场发达国家如美、日、俄、法等国因生产二硫化碳环境投入成本太大，生产成本增加以及竞争能力下降等原因，使得有较大部分的二硫化碳生产厂关闭，这也直接造成了国际市场二硫化碳的需求极大增加，有非常好的市场前景。
而我国一些重点需求二硫化碳的医药橡胶行业的发展，市场需求量也稳步增长，目前出现短暂的产品供不应求。而市场评估其需求量和生产量每年将以15%的速度增长。
我国现有生产二硫化碳的工厂或生产车间约有一百来处 ，其生产工艺基本采用比较古老的电炉法，原来使用木炭和硫，流程如下图所示：
冷凝
除硫

反应

木炭

干燥

硫磺

熔硫

粗二硫化碳

精馏

冷凝

成品二硫化碳

图1.1 电炉法流程图
电炉法不仅消耗大量的森林资源，而且会产生有毒气体H2S，工艺古老，效率低，破坏自然环境。现在国内外先进的生产技术普遍以天然气代替木炭为原料生产二硫化碳。美国的ＦＭＣ技术、Ｓｔａｕｆｆｅｒ技术和ＰＰＧ技术。是比较常用的几种技术路线。此外还存在着以丙烯为原料的生产工艺，但是由于以丙烯为原料不如用天然气，极少采用。
1.2工艺流程设计
整套尾气系统的工艺流程由四个子系统共同配合交替完成。
第一部分是将CS2、H2S混合气体进行冷凝，这部分设备的主要功能是把CS2蒸汽冷凝成液体并收集起来，绝大部分的CS2蒸汽被冷凝收集。
第二部分是活性炭吸附塔吸收CS2 的过程，这部分设备主要作用是对从冷凝器接口4排出来的H2S气体与从第一部分还未冷凝的CS2蒸汽进行吸收。第二个部分有两个相同的活性炭填料塔，当一个塔里的活性炭吸附饱和后，及时进行更换另外一个吸附塔，保证吸附工作的连续不断进行。
第三部分是H2S与氨水的反应，这部分设备主要的功能是对从吸附塔接口15和20排出的气体进行处理，采用的原理是低浓度氨水与H2S的反应。这个部分同样是采用两个相同的反应罐，以便其中一台反应罐反应完毕后及时更替。
第四部分是燃烧炉。气体在反应罐内进行充分反应后，残余气的体随流程进入燃烧炉内燃烧后排出。

2 冷凝器的设计
2.1冷凝器的结构选型
已知有：初进水的工作温度 t＝5℃ 出口工作温度t＝7℃, 两种介质都无腐蚀性，不易结垢，所以我们选用固定管板式管壳换热器。采用的形式为工业清水走管程，而混合气体走壳程。
2.2冷凝器设计的各种参数的计算
2.2.1计算传热量Q
已知初始数据 1）、尾气的气体性质：组成成分为600㎏/h的饱和二硫化碳蒸汽和91.33kg/h硫化氢气体，气体压力为0.13MPa，尾气温度为45℃。
2）、冷凝器的尾气出口温度10℃，冷 却水进口温度为5℃，出口温度 为7℃，冷却水 的进口压力0.42MPa。
3）、各物性参数：
H2S的 分子量M=34；比 热容CP=0.25kcal/kg·℃
CS2的 分子量M=76；比 热容CP=0.24 kcal/kg·℃
汽化潜热r=84 kcal/kg·℃
CS2 的饱和蒸汽压㏒p=-A/T+B；A=1446，B=7.410
热量衡算 设 P0为总压力P1为C，S2出口蒸气压力，P2为CS2进口蒸气压力，P3为H2S出口蒸气压力，P4为H2S进口蒸气压力。
（1）. CS2出口压力P1为：（出口温度t=10℃）
log P1=－+B’ ； 其中A=1466, B’=7.410, T=273+t.
得到 P1=26.6kPa
（2）计算CS2进口压力 P2：（进口温度t=45℃）
logP 2=－+B’ ； 其中A=1466, B’=7.410, T=273+t.
得到 P2=95.3kPa
所以； P3= P0－P1=0.103 MPa P4= P0－P2=0.045 MPa
∴ H2S的进口压力为0.045 MPa， H2S的出口压力为0.103 MPa
（3）. CS2的出口流量为 G1
有道尔顿分压定律，压力比=摩尔数
得到 G1＝n1×t2

则有 G1＝51.38
∴ 其冷凝量为600－51.38=548.62
（4）设混合气体的入口焓为i
[ t由45℃→10℃ r=84kcal=84kJ =1.059 =1.005]
i=G CP+G
=(91.331+6005)(45-10)+600
=235502.155
（5）设混合气体的出口焓为i
[ t由5℃→7℃ r=84kcal=84kJ =1.059 =1.005]
i=G CP+G
=(91.331+51.385)(7－5)+600
=18366.634=235502.155－18366.634
=217135.521= 60.3210W
2.2.2冷凝时需要的冷却水量的计算
由已知中知道冷却水的进、出口温度为
其特性温度ts＝==6C
查在此温度时的物性参数：CP＝4199J/(kg·K)
W=
=
=7.18
=7.18
2.2.3冷凝器尺寸初步选定
根据经验值，估算管壳式换热器的总传热系数约为200W/m2·K（采用逆流）如下图：
图2.1 逆流

计算平均温度差为：
△tm＝[（T1－t2）－（T2－t1）]/㏑[（T1－t2）/（T2－t1）
=[(45-7)-(10-5)]/ [㏑(45-7)/(10-5)
＝16.26℃
∴
（1）初选管子
方案采用水走管程，蒸汽走壳程的形式。初选取管程中的水的流速为0.8，取管径的规格为：Ø25×2.5 mm 则 内径d1＝20mm
初选为单管程，估算管子数为:

n’=
=
=28.59
所以取29根。
则L===8.4 (过长，不符和长径比值 )
所以需取四管程，采用 116根管子。
即L===2.03m 即取2.5米。
采用的排列形式为正三角形，得到管心距t=1.25d0=1.25×25=32mm
内径D=1.05t=1.05×32=439.7mm
所以取450mm。
（2）校核水的流速
根据雷诺数，初选换热器为四管程，同时设有4根拉杆，考虑布管，则布有120个孔，116个换热管管孔。
则：对于单管程管束有：n＝116/4＝29
查得在特性温度t=(5＋7/2)=6℃下的物理参数：
CP＝4.199×103 J/k·K ; ρ=999.8 kg/m3
μ=1.498×10-3 Pa·S ; λ＝0.565 W/m·K
在冷凝器中有相变发生的传热，为避免管内产生气液两相流，所以设计蒸气在管外冷凝，即冷凝水走的是管程，而蒸气走的是壳程。
得到管内水的流速 ==0.79
（3）、校核总传热系数
管程对流传热系数α1
u1＝0.79m/s

普兰特常数：
管内流体温度上升，为加热，查资料得到公式：
∴

壳程对流传热系数α2
冷凝器中壳程有相变发生的对流传热，所以根据以下的步骤进行计算：
①纯CS蒸气的传热系数α0

则特性温度为：t=℃
—— 黏度380
—— 密度
——导热系数
——管子外径=0.025mm
——温差=45℃—10℃=35℃
②HS的CS混合气体的传热系数的计算：
不凝性气体的HS的混合气体的传热系数为

设HS的摩尔分数为C
C=
为混合气体的运动黏度
D为两种气体的相互扩散系数

得到 T=273+27.5=300.5K
P=0.13MP=1.3bar(大气压)
原子及其单分子的扩散体积的数据位：
H ：2.31 C ：15.9 S ：22.9
下列分子式的 M为： HS ： 34 CS ： 76
得到 M==47
=2=47.5
=15.9+222.9=61.7
则
=
=127

=
=277.5

=
=1.30
运动黏度= =213.54
则混合气体的传热系数为：
= =210.8
(3)总传热系数的计算
取热流体的污垢热阻为Rd1＝1.4 mK/w
取冷流体的污垢热阻为Rd2＝5.8 mK/w
碳钢的导热系数为 λ＝45 W/(m2·K)

所以
Rd1——混合蒸气热阻
Rd2——管子内流体(即冷凝水)的热阻
α1——管程对流传热系数
α——壳程对流传热系数
b —— 管璧厚 2.5mm

（4）传热面积的校核

根据计算大约留有5％的传热面裕量，并且我们在设计的时候余出了0.05的传热系数，所以计算表明：所选管子规格、材料、管程数皆为可用。
2.2.4冷凝器结构设计
（1）管束分程：
由之前的设计计算可知选择换热器为四管程，因此其管程结构顺序如下图所示：

图2.2 管程结构顺序

（2）管子的排列：
选用排列形式为正三角形，如下图所示：

图2.3 管子排列顺序
有计算得到管间距d=32 管子的长度L选泽为2.5米
（3）冷凝器管板结构形式
有前面的设计为四管程的排列方式，管板上又120个孔，其实116个换热管孔，4个拉杆孔,黑色部分为拉杆位置。管板上管孔的设计排列方式如下图所示

图2.4 管孔排列顺序
查得：管板与法兰的的结构图：

图2.5 管板与法兰结构图
管板的型号为HG20593-97, 规格20个螺栓孔直径为23mm，螺纹Th M20×2
（4）管子与管板、管板与壳体的连接
① 管子与管板的连接我们采用机械滚胀法，如图所示：

图2.6 管子与管板的连接

② 管板与壳体的连接我们采用的是焊接，如图所示：

图2.7 管板与壳体的连接
（5） 冷凝器壳体设计
根据数据，冷凝器中最大的压力P＝0.13Mpa，所以选择的材料为Q235-A，由上可知设计壳体内径D＝450mm 查表得：Q235-A的温差应力：=113MP.

焊缝采用的是局部无损探伤∴
厚度附加裕量分为两部分：分别为钢板或钢管厚度的负偏差C1和腐蚀裕度C2，取：C＝C1+C2=2 mm。因为壳体厚度不得低于6mm，取名义厚度
筒体外径D= D+2=450+2462mm
(6) 冷凝器封头设计
封头的结构形式是根据其工艺过程、承载能力、制造工艺、技术等要求而成型的。我们设计的封头采取的是标准椭圆形封头，选择的材料与筒体相同为 Q235-A，设计压力P=0.13MP，封头内径=450mm,由公式可以得到计算厚度为：

设计厚度：=+ C=0.37+2=2.37mm
C——腐蚀余量，取C=2mm
由于焊接因素，所以取封头名义厚度。
封头结构如下图所示：

图2.8 封头结构
(7) 折流板设计
换热器一般都采用弓形折流板，所以本设计的冷凝器折流板也采用弓形。
在卧式冷凝器中的折流板底部设有缺口（a＝90°，高度为15～20mm），供冷凝器排液时使用。折流板材料为Q235－B，由于气体走壳程，折流板的缺口选择为左右开。
折流板的名义直径：D＝Ds－3＝450－3＝447 mm
由于折流板的最小间距应不少于1/5筒体的内径，则取折流板的间距B＝0.35m
得到：nB=L/B－1＝2.5/0.35－1＝7.1－1＝6.1
因此在冷凝器内要安装7块折流板，厚度为12mm，折流板取左右缺口，缺口高度为h＝0.20.2m，采用弓形折流板H＝0.9，而且在底部开缺口，供其停车排液之用,缺口面积约为接管的两倍。
如下图所示：

图2.9 折流板与拉杆
（8）拉杆设计
换热器采用的是拉杆定距杆结构，根据GB151-1999的规定选取拉杆直径与数量为4根，直径为φ16mm。
拉杆与定距管是固定的，拉管的一端用螺纹连接于管板，定距管固定在两块折流板之间，对于每一块拉杆最后一块折流板，都用螺纹螺母与拉杆固定，如上图所示。
(9) 进出口管设计
管程进出口管设计：管内流体质量流量G=7.18kg/s 流体密度ρ=999.8
假设进、出口管管内流速均为 <<查换热器设计手册>>
进口管管口面积A==

综合考虑选用管子规格取。
壳程进出管的设计
1）、 壳程进口（壳程内走混合蒸气）；混合蒸气密度=1.30
假设的进口管管内混合蒸气的流速：
进口管的面积A==

根据计算选取管子的规格为：。
2）、壳程出口： 在冷凝过程中CS 有90%冷凝成为液体，则出口管道有两个：
①对于未冷凝的蒸气出口管道：（=1.45）
出口管的面积A==
②对于90%的CS冷凝液出口管道：（ρ=1262， ）
出口管的面积A==

∴管子选取为：。
(10) 进出口管法兰设计
该冷凝器为低压容器，故冷凝器的管法兰根据GB/T9119-2000系列选取，选取突面板式平焊钢制管法兰。材料为Q235-A，结构尺寸如下表：

表2.1 法兰尺寸
管子
公称直径
法兰
螺栓
d
Dg
D
D
D
D
B
f
数量
直径
108
100
10
70
144
110
16
2
4
M16
57
50
140
110
88
59
14
2
4
M12
32
25
100
75
58
33
14
2
4
M10

图2.10 法兰结构

(11) 开孔补强
表2.2补强尺寸
管子
(mm)
公称直径
（mm）
补强圈尺寸
(mm)
d
Dg
D
D
B
质量（kg）
108
100
210
103
6
1.17
57
50
130
53
6
0.48

图2.11 补强结构
(12) 管箱设计及管箱与壳体接管的位置
前、后管箱的结构尺寸和接管位置如下：
管箱与封头为埋弧自动焊，全焊透，里面使用手工焊。焊缝系数为=0.85
下图的接管位置L由公式（查换热器手册）可以得到：
D—开孔补强的补强圈的外径， D=210mm；
—管板的厚度 ，=48；
L=175mm C—修正系数，C (S为壳体壁厚)。

图2.12 官箱结构及官箱和封头的焊接
壳体接管位置与结构尺寸如下图所示：

图2.13 壳体接管位置与结构尺寸

、、按下列公式（查换热器手册）计算得：
1）

取135mm
2）

L取90mm
3）

L取175mm

D——此处开孔补强的补强圈的外径， D=130mm;
D——此处开孔补强的补强圈的外径， D=210mm;
d ——此处开孔外径 ，d=25mm；
b——管板的厚度， b=48mm；
C——修正系数，C (S为壳体壁厚)。
(13) 支座设计
（1）、本设计的冷凝器选取的是卧式容器，因此鞍式支座 型号为：4712—92 鞍座BI 450—F
因为：1）该容器圆筒鞍座处的周向应力大于规定的周向应力；
2）容器圆筒筒体有热处理的要求；
3）容器质量较大，地基为非钢筋混泥土时。
所以鞍座必须设计有垫板。

图2.14 鞍座
（2）、支座尺寸如下表所示：

表 2.3 支座尺寸 mm
公称
直径
DN
允许
载荷
Q/kN
鞍座
高度
h
底板
腹板
筋板
螺栓间距
l
l
b

b

450
61
200
420
120
8
8
96
8
290
垫板
鞍座质量
kg
弧长
b

e
540
160
6
28
14

(14) 校核冷凝器应力
（1）换热管与管板连接 强度校核

表2.4 管子、壳体数据

管子
壳体
材质
20号铜
Q235—A

11.2×10－6
11.2×10－6
E/MPa
0.21×106
0.21×106
尺寸mm
25×2.5×2500
450×2500
数量
116
1
管间距
32mm

壳体的璧温约为27.5℃，所以管子的壁温可估算为：
管子的进口温度T1＝5℃，出口温度T2＝7℃。
∴
假设装配时温度为15℃，则
壳体伸长量

管子伸长量：

管子与筒体伸缩量之差（管子受拉，壳体受压）：

壳体截面积：

管子截面积：

1）筒体上的应力

—由于筒体和管子的温差而产生的应力

—由于壳程和管程的压力而作用于筒体上的力

Q—由于壳程与管程压差而产生的力

Ps—壳程 设计压力,Ps=0.3MPa
Pt—管程 设计压力， Pt=0.42MPa

故=MN
2）管子 上产生的力
F—由于壳体及管程压力而作用于管子上的力

故

3）管子与管板连接的拉脱力
Mpa<[q]=4.0MPa
a—单跟 换热管横截面积a=
l—胀接深度为管板厚度减3~5mm。故l=L-4=48-4=44mm=0.044m
故因为筒体及管子产生的应力和管子与管板连接的拉脱力都不超过许用应力,该冷凝器不需要设置膨胀节。
(15) 管板的校核
由图2.4~2.5延长部分兼作法兰的固定管板图来校核，已知操作温度t1=6℃，取t=10℃,优质碳素钢Q235-A的性能E=0.21×106MPa,线膨胀系数
αt=αs=11.2×10mm/mm℃.
初始数据:
壳程筒体: 内径Di: =450 mm 厚度: δs=6 mm
内径面积: A=π/4 ×Di2 =π/4×4502=158963 mm 2
金属横截面积： As=πδs(Di+δs) =π×6(450+6)=8591.04 mm2
管箱： 取管箱厚度与圆筒厚度相同 δh=6mm
管子： 管子外径：d=25mm , 管子壁厚:δ=2.5 mm
管子间距: s=32mm , 管子根数:n=116
管子金属总截面积:na =nπ(d-δt)δt=116×π×(25-2.5) ×2.5= 18212 mm 2
管子的有效长度: L=2500mm
管束模数：Kt=Ena/LDi (E=0.21×106MPa )
=（0.21×106×18212）/（2500×450）=3399.6MPa
管子回转半径: i=1/4[d2+(d-2δt)2]1/2
=0.25[252+ (25-2×2.5)2]1/2
=8
管子受压失稳的当量长度:因折流板7块均分，故lcr = 350 mm
系数:Cr=π(2Et/бst )1/2
=3.14 (2×0.21×106/113)1/2
=191.4

管子的稳定许用应力[б]cr
lcr /i=350/8=43.75<Cr=191.4
故=бst /2[1- lcr /i/2 Cr]
=113/2{1-[43.75/（2×191.4）]}=73.23 Mpa
系数计算:
管板开孔后的面积: A1=A-1/4nπd2=158963-（116π*252）/4
=102050.5 mm2
管板布管区的面积At (正三角形排列)
At =0.866ns2=0.866×116×322=102866.94mm2
管板布管区当量直径Dt
Dt =(4At/π)1/2=(4×102866.94/π)1/2=362
系数:、λ、θ、β、∑s、∑t、ρt
λ= A1/A=102866.94/158963=0.65
Q=Etna/EsAs=18212/8591.04=2.12
β=na/A1=18212/102050.5=0.18
∑s=0.4+0.6/λ(1+Q)
=0.4+0.6/0.65(1+2.12)=3.28
∑t=0.4(1+β)+（1/λ）* (0.6+Q)
=0.4(1+0.18)+(1/0.65)(0.6+2.12)
=8.87
ρt =Dt/Di =362/450=0.8
法兰力矩:
Am—需要的螺栓总截面积: 取Aa与Ap之大值mm2
Aa—预紧状态下需要的最小螺栓总截面积,以螺纹小径计算或以无螺纹部分的最小直径计算,取小者mm2
—操作状态下需要的螺栓总截面积, 以螺纹小径计算或以无螺纹部分的最小直径计算,取小者mm2
法兰垫片材料选用具有适当加固物的石棉,根据JB4704-2000选取：
DN=500 PN=1.0 D=510 d=470 δ=4
根据GB150-80表7-2查得: 垫片系数m=2.00 ， 比压力y=11MPa
D—垫片压紧力作用中心圆直径mm
b—垫片的有效密封宽度mm
N—垫片的接触密度mm
b0—垫片的基密封宽度
N=(D-d)/2=(544-504)/2=20
b0=N/2=10>6.4
有效密封宽度 b=2.53 b01/2=7.59mm≈8mm
对筒体的端部结构DG=D-2b=544-2*8=528mm
螺栓载荷:
1)预紧状态下需要的最小螺栓载荷:
Wa=Fa=3.14DG by
=3.14×528×8×13
=1.7×105 (N)
2)操作状态下需要的最小螺栓载荷:
Wp=F+Fp=0.785 DG2 P+6.28 DGbmP
=0.785×5282×0.22+6.28×528×8×2×0.22
=69817.8(N)
螺栓面积:
①预紧状态下需要的最小螺栓面积:
Aa=Wa/[б]b
螺栓材料选用2Cr13，常温螺栓材料的许用应力
[б]b =126MPa
∴Aa=1.7×105/126=1349.2mm2
②操作状态下需要的最小螺栓面积:
Ap = Wp/[б]bt
=69817.7/111 （查得[б]bt=111 MPa）
=628.99
③需要的螺栓截面积 取Aa与Ap之大值
Am=Aa=1349.2mm2
基本法兰力矩:
Sa—垫片压紧力的力臂为螺栓中心圆直径与DG之差的一半
Sa=（D1- DG）/2=(625-528)/2=48.5
Mm=AmSa[б]b=1349.2×10-6×48.5×10-3×126×106=8244.96(N*m)
管程压力作用下的法兰力矩:
MP=FDSD+ FTST + FGSG
FD—作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力
FD=0.785Di2 P=0.785×5002×0.22=43175(N)
FG—操作状态下需要的最小垫片压紧力
FG=3.14DGby=3.14×528×8×13=1.7×105(N)
FT—流体压力引起的总轴向力与作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向之差
FT=F-FD=0.785DG2P-FD
=0.785×5282×0.22-43175=4971(N)
SG=(D1-DG)/2=(625-528)/2=48.5
ST=(SG +SD )/2=(48.5+57.5)/2 =53
∴MP=FDSD+ FTST + FGSG
=43175×57.5+4971×53 +1.7×105×48.5=1.1×107 N•mm
管板:
采用管板与换热管机械滚胀接连接，则管板的最小厚度除满足计算要外,
还应满足结构设计和制造的要求。
材料选用20号钢
由结构设计和制造要求: 取管板厚度:δ=48mm
管子的加强系数:
K={1.318×Di/δ(Etna/EpηLδ)1/2}1/2
={1.318×500/25[18343.88/(0.4×1900×25) 1/2]}1/2
=5.1
η—管板刚度削弱系数 η=0.4
法兰
根据选用甲型平焊法兰（平面密封）
法兰外径: Df =615mm
法兰宽度:bf=(Df-Di)/2=(615-500)/2=57.5
管箱法兰厚度 δf”=30mm
δh/ Di=4.5/500=0.009
δf/ Di=30/500=0.06
查图 3-15 得 ω”=0.0009
旋转刚度
K”==27Mpa
确定壳体法兰厚度δf’=30mm
δh/ Di=4.5/500=0.009
δf’/ Di=30/500=0.06
则同上 ω’=ω”=0.0009 K’=K”=27Mpa
—旋转刚度无量钢参数
=πkf’/4kt=3.14×27/（4×3591.5）=0.0059
由K=5.1，=0.0059，根据GB151-99图27查出m=0.32
m—管板第一弯矩系数
系数
由K和，根据GB151-99图28查出G=3.2
系数M=
K=5.1，Q=2.31，根GB151-99图29查出，系数G=0.0013
法兰力矩折减系数：

—管板边缘力矩变化系数；
因为
所以==0.55
～法兰力矩的变化系数，
==0.55
由K=5.1，Q=2.31，根据GB151-99图28（a）查出
=2.45
（8）壳程压力作用下的危险组合
壳程设计压力p=p=0.22Mpa
管程压p=0
～线膨胀系数（1/℃）
～换热器材料的线膨胀系数（℃）
～壳程圆筒材料线膨胀系数（℃）
～制造环境温度
～沿长度平均壳程圆筒金属温度℃
～沿长度平均的换热管金属温度℃
y～换热管与壳程圆筒的热膨胀的变形差
～管板边缘力矩系数，对于延长部分兼作法兰的管板 即是法兰力矩系数：
～管板径向应力系数
～管板布管区周边外径向应力系数
～管板布管区周边剪切应力系数
～在壳程压力作用工况下的壳体法兰力矩系数
～壳体法兰的应力Mpa
～管板布管区周边剪切应力Mpa
～壳体法兰应力Mpa
～管子应力Mpa
～壳程圆筒轴向应力Mpa
q～拉脱应力 Mpa
1）不计膨胀接
=0
βEt=0

=+0.55×0.0059=0.0034
=8.8×0.0034=0.03

因=max(G1e,G1i)
其中=3μm/K=3×0.4×0.34/5.1=0.08
m>1,K>1.3,G1i=3m/K+2.1/K2=1.45
故 =0.28
0.25

=0.82×0.3-0.53×0.0062
=0.26
管板应力：

=30.8

=4.8
壳体法兰应力：K=Df/Di=615/500=1.28 由GB150-99表31(a)查得Y=8.01

=
=125MPaMpa

管子应力：

壳程圆筒轴向应力：
=
拉脱应力：（焊接）
2）计入膨胀差
αt=αs=17.06×10-6
tt=（115-40）/（ln115/40）=77.5℃ t0=25℃ ts=150℃

βEt=0.17×（-1.2×10-3）×186×103=-37.9Mpa
Mpa

=－0.0065+0.53×0.0062=-0.0032
=8.8×(-0.0028)=-0.025

因=max(G1e,G1i)
其中=3μm/K=3×0.4×0.22/4.2=0.06
K>1.3时 G1i ==0.28　　　　
故=0.28

=0.83×（－0.0065）-0.53×0.0062
=－0.009
管板应力：
=

=59Mp

=-36Mpa

壳体法兰的应力：
=
=222.8Mpa〈3=411Mpa
管子应力：

壳程圆筒的轴向应力：

拉脱应力：
管程在压力作用下的危险组合：
壳程压力为：=0
管程设计压力为:
1）不计膨胀差：

βEt=0

=8.8× 0.2=1.76

因=max(G1e,G1i)
其中=3μm/K=3×0.4×1.66/4.2=0.48
m>1,K>1.3,G1i=3m/K+2.1/K2=1.3
故 =1.3

=0.87×0.2-0.0062
=0.017
管板应力：
=
=13.7Mpa
壳体法兰的应力：
=
= 5.7Mpa
管子应力：

壳程圆筒的轴向应力：
=
=1.1Mpa

2）计入膨胀差

=-38Mpa

=－0.0026

=8.8×（－0.0055）=－0.048

因=max(G1e,G1i)
其中=3μm/K=3×0.4×0.22/4.2=0.063
由图GB151-99图31（a）查得
所以

56

= 0.87×（-0.0055）-0.0062
=－0.0014
管板应力：
=

=
=111.4

壳体法兰的应力：
=
=35.7MPa
管子应力：

壳程圆筒的轴向应力：
=
=82.2
拉脱应力：
（16） 水压试验校核
进行水压试验目的是检验材料在超过工作压力下的宏观强度，包含有检查材料的缺陷、容器各个部分的变形、容器法兰连接的泄漏检查和焊接接管的强度等。为了防止检测过程中受到氯离子的干扰，应当控制试压用水为。以免低温脆性破坏，对于Q235—A钢制压力容器，试压液体的温度不低于5℃。
壳体材料为Q235—A，查表可得 常温下
根据规定水压试验压力PT为：
或
试压值取最大值为PT＝0.4MPa
应力校核：
筒体壁内应力

封头壁内应力

PT——试验压力 Mpa P—— 设计内压 Mpa
Di——筒体内径 mm te—— 筒体璧厚 mm
——焊缝系数（局部无损检测）：0.85
（17）压力试验
根据GB 150-98 ，进行的压力试验须用两个量程相同并且经过专业校核的压力表。使用的压力表量程为试验压力的2倍左右（应大于或等于1.5倍且小于或等于4倍的试验压力）。容器的开孔补强圈应在压力试验以前通