I效蒸发器设计-毕业论文（设计）.pdf

I效蒸发器设计摘要:本设计的I效蒸发器是将电解工序的Nacl电解液10%左右的NaOH溶液浓 缩成浓度较高的溶液再进一步加工制成商品碱，同时把析出的Nacl晶体溶解成 盐水回收的一套蒸发设备。该设备是由蒸发室、加热室、循环管、强制循环泵等 部件组成。该设备为I效外加热式强制循环蒸发器，工艺要求较简单，操作难度不大，所以被广泛采用。由于使用的是外置加热器以及因为溶液各部分温度的不同造成 密度的不同，所以容易造成传热效果较差；易结垢结晶等不良状况。为了克服这 一缺点，所以采用流体机械强迫溶液循环。采用强制循环泵循环速度一般为 2-5m/So本次设计的主要思想是首先根据设计任务书制定设计方案，对容器及各个主 要零部件的制作材料进行选择，再根据GB150钢制压力容器标准及GB151换 热器设计标准等进行换热器选择，壁厚计算、校核，容器桶壁开孔补强计算等 设计。最后根据相关数据制装配图与部件图。关键字：I效外加热式强制循环蒸发器、蒸发室、加热室、循环管、循环泵。I evaporator designAbstract：This design of I evaporator electrolysis process is of 10%Nacl electrolyte solution NaOH concentration of condensed into further processing of high solution made goods,simultaneously the precipitation of alkali Nacl crystals dissolve into salt water recycling a set of evaporation equipment.The device consists of evaporator,heating room,circular tube,forced circulation pump parts.This equipment for I effect exterior heating type compulsory recycling evaporator,craft demand is simple,the operation difficulty is not hard,so be widely adopted.Due to the use of external heater and is part of the temperature because solution to different densities differently,so easy to cause the heat transfer effect is poorer;Easy scaling crystallization adverse conditions.In order to overcome this one defect,so using fluid mechanical force solution cycle.Using forced circulation pump cycle speed is commonly 2-5 m/s.The design of the main thought is the first formulated according to the design plan descriptions of container design,and all the main parts choose materials,GB150 again according to the steel pressure vessel standards and GB151 heat exchanger design standard etc choice,wall thickness calculation,checking,drum wall opening reinforcement design calculations,etc.Finally,according to the relevant data system with assembly parts prints.Key word:I effect of exterior heating compulsory recycling evaporator,evaporator,heating room,circular tube,circulating pump.目录第一章概述.11.1 氯碱工业简介.11.2 以氯碱工业为基础的化工生产.1L3我国氯碱工业的发展.214蒸发器简介.21.5 外加热式强制循环蒸发器的优点.3第二章结构的选型及材料的选择.42.1 结构选型.42.1.1 圆筒结构的选择.42.1.2 椭圆形封头的选择.42.1.3 锥壳的选择.42.1.4 支座的选择.42.1.5 汽液分离装置的选择.52.1.6 膨胀节的选用.52.2 材料的选择.5第三章 壁厚计算.63.1 筒体壁厚的计算.63.1.1 蒸发室.63.1.2 加热室壁厚计算.93.2 开孔补强的计算.123.2.1 蒸发室封头开孔补强.123.2.2 加热室蒸汽进口开孔补强.163.3 水压试验校核.193.3.1 水压试验压力的确定.193.3.2 应力校核.20第四章 U型膨胀节的选用及应力计算.224.1 U型膨胀节的选取：.224.2 膨胀节应力的计算.22第五章 力口热室.265.1 结构尺寸参数.265.2 受压元件材料及数据.275.3 平盖计算.285.4 管板计算.295.5 壳程压力作用下危险组合.32第六章 其他零件的选取.446.1 折流板的选取.446.2 定距管、拉杆的选取.44第七章支座的选取.457.1 第一层支座的选取.457.2 第二层支座的选取.467.3 第三层支座的选取.46第八章轴流泵选取.488.1 管内循环速度.488.2 流体阻力的计算.488.3 轴流泵的选择.51参考文献.53结束语.54第一章概述1.1 氯碱工业简介工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、C12和H2,并以它们为 原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的产品除应用于化学工业本身外，还广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业。1.2 以氯碱工业为基础的化工生产NaOH.C12和H2都是重要的化工生产原料，可以进一步加工成多种化工产 品，广泛用于各工业。所以氯碱工业及相关产品几乎涉及国民经济及人民生活的 各个领域。由电解槽流出的阴极液中含有30%的NaOH,称为液碱，液碱经蒸发、结晶 可以得到固碱。阴极区的另一产物湿氢气经冷却、洗涤、压缩后被送往氢气贮柜。阳极区产物湿氯气经冷却、干燥、净化、压缩后可得到液氯。2 NaOH+C12=NaCl+NaC10+H2 0H2 O+C12=HC1+HC1OH2+C12=2 HC12 NaOH+CO2=Na2 CO3（苏打）+H2 0NaOH+CO2=NaHCO3（小苏打）随着人们环境保护意识的增强，对以氯碱工业为基础的化工生产过程中所造 成的污染及其产品对环境造成的影响越来越重视。例如，现已查明某些有机氯溶 剂有致癌作用，氟氯燃会破坏臭氧层等，因此已停止生产某些有机氯产品。我们 在充分发挥氯碱工业及以氯碱工业为基础的化工生产在国民经济发展中的作用 的同时，应尽量减小其对环境的不利影响。L3我国氯碱工业的发展我国最早的氯碱工厂是1930年投产的上海天原电化厂(现上海天原化工厂 的前身)，日产烧碱2 t。到1949年解放时，全国只有少数几家氯碱厂，烧碱年 产量仅1.5万吨，氯产品只有盐酸、液氯、漂白粉等几种。近年来，我国的氯碱工业在产量、质量、品种、生产技术等方面都得到很大 发展。到1990年，烧碱产量达331万吨，仅次于美国和日本，位于世界第三位。1995年，烧碱产量达496万吨，其中用离子交换膜电解法生产的达56.2万吨，占总产量的1L 3%。预计到2000年，烧碱年产量将达540万吨，其中用离子膜 电解法生产的将达180万吨，占33.3%。1.4 蒸发器简介(1)蒸发室蒸发室一般都是圆柱形的筒体，其作用是提供物料汽化的空间和进行气液 分离。蒸发室一般都比较大，筒体上有料液进出口、二次蒸汽出口、视镜及 仪表检测口。在筒体的上部设有汽液分离装置，其作用是分离二次蒸汽和二次 蒸汽所夹带的料液泡沫以减少飞溅损失，是蒸发器的重要组成部分。蒸发过程中经常采用饱和蒸汽间壁加热的方法，通常把作热源用的蒸汽称 做一次蒸汽，从溶液蒸发出来的蒸汽叫做而次蒸汽。按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸发，若产生的二次蒸汽不 加利用，直接经冷凝器冷凝后排出，这种操作称为单效蒸发。若把二次蒸汽引至 另一操作压力较低的蒸发器作为加热蒸气，并把若干个蒸发器串联组合使用，这 种操作称为多效蒸发。多效蒸发中，二次蒸汽的潜热得到了较为充分的利用，提 高了加热蒸汽的利用率。（2）加热室加热室为一列管式换热器，其作用是把加热蒸汽的汽化潜热传递给料液，在 蒸发器的换热管内走物料，在换热器壳体内走加热蒸汽。其下部有冷却水出口，上下都有排放不凝气出口。（3）循环管蒸发器的循环系统的重要组成部分，是料液进行循环，改善传热工艺的重要 装置，自然循环性蒸发器仅有循环管，强制循环蒸发器有循环管和循环泵。（4）沉降室沉降室位于蒸发室的最下面，圆锥形。其作用是为析出的氯化钠晶体提供沉 降空间。在结晶器底部开有采盐口，以便从这里抽出沉降的盐浆。1.5 外加热式强制循环蒸发器的优点外加热式强制循环蒸发器的蒸发流程有很多的优点。首先，它的工艺要求简单，且操作比较容易。在生产30%的碱液时，材质无 特殊要求，采用强制循环泵改善蒸发器的流动状况，强制循环速度大形成的推动 力大，传热效率高，生产能力大，由于是外加热式的，所以其换热面积也就大，可以进一步增大其生产量。其次，从蒸发室锥形底出来的料液可以再重新送入加热室加热，然后再进入 蒸发室蒸发，由于采用外部动力来克服循环阻力，形成循环的推动力大，料液的 循环速度大，传热效率高，生产能力大，但动力消耗也大。第二章结构的选型及材料的选择2.1 结构选型2.1.1 圆筒结构的选择圆桶是压力容器用以储存物料或完成化学反应的主要压力空间，由于圆筒 的承压效果好，结构简单便于制造，所以使用圆筒。2.1.2 椭圆形封头的选择封头的形式主要有以下几种：半圆形封头：制造过程中直径小时整体难冲压，直径大时用瓣冲压后焊接 工作量太大。蝶形封头：两曲面连接处应力高于其他处，受力状况不佳。球冠形封头：球面与圆筒连接处没有转角过度，有很大的不连接应力。椭圆形封头：直边段的作用是避免封头和圆筒的连接焊缝处出现径向曲率 半径突变，以改变焊缝的受力状况，封头椭圆部分径线曲率 变化平滑，应力分布均匀，深度比半球形封头小得多，易冲 压成型。综合考虑后选择椭圆形封头。2.1.3 锥壳的选择锥壳的结构形式有利于固体颗粒、悬浮物、粘稠液体的排放，蒸发室下端 为烧碱的出料口，浓度较高，故选择锥壳。2.1.4 支座的选择蒸发室支座:选用耳式B型支座、长臂、带垫板、筋板和底板材料为Q2 35-A,垫板材料与容器材料相同。其优点是简单轻便，但对容器会产生较大的局部应 力，因此在容器较大或容器壁较薄时应该加一块垫板。支承加热室和循环管：选用耳式B型，由于加热室冷热流体温差较大，壳 壁受力不均匀，因此需要弹簧支撑架来调节。支承弯头的支座：选用支承式支座，当容器较大或器壁较薄时，应该加一块垫板。2.1.5 汽液分离装置的选择汽液分离装置是分离二次蒸汽与碱沫的装置，以减少飞溅损失，是蒸发器 的重要组成部分。本设计采用旋流分离器，这种分离器能使蒸汽得到一定的旋 转速度，依靠离心力来进行汽液分离。2.1.6 膨胀节的选用膨胀节是一种有一定自由伸缩度的弹性元件，能有效的补偿轴向的弹性变 形作用。本设计选用U型膨胀节。2.2 材料的选择对于本次设计的蒸发器，分析其介质，介质压力不太高，但是浓度较大，腐蚀性强。所以蒸发室筒体，循环管，加热室材料都选择耐腐蚀性的不锈钢 0Crl8Nil0Ti,法兰材料采用Q2 35-A与0Crl8Nil0Ti复合材料。第三章 壁厚计算3.1 筒体壁厚的计算通体材料选用OCrl8NilOTi材料钢板标准厚度mm常温强度指标工作温度下 许用应力分MPa5MPa65 130OCrl8NilOTiGB42 372-60490205137137表3.1由GB150-1998得内压筒体壁厚计算公式为3二2司9-6式中：P设计压力，MPaDi-圆筒内直径，mma设计温度下材料的许用应力，MPa(P-焊接接头系数，mm3.1.1 蒸发室3.1.1.1 蒸发室筒体：参数的选取：设计压力P=0.33MPa其中 Pupg/zulXlO-6x9.8x5400=0.0539MP。P=尸十%=0.33+0.0539=0.3839MPa圆筒内径。i=2 400mm焊缝系数9=0.85采用双面焊对接焊缝，采用局部无损探伤。许用应力：蒸发室T=108MPa壁厚附加量c：c=cx+c2其中：C,钢板或钢管的厚度负偏差，取G=0-9mmC2腐蚀裕度，由于料液腐蚀程度较大，取C2=lmm则 C=G+=09+1.0=1.9mmPc D5=0.3839x2 4002 x137x0.85-0.3839=4.13mm考虑筒体腐蚀裕度后，通体壁厚8=8+C=4.13+1.9=6.12 mm 向上圆整得 3=10mm3.1.1.2蒸发室下锥体：蒸发室下锥体选用大端折边锥壳，取半锥顶角。=30。1.封头大端：（1）过渡段厚度：3=毕一2 a（p-0.5a由于大端带折边锥壳的过度段转角半径r应不小于封头大端内径的10%且 不小于该过渡段厚度的3倍，所以选择r=R xl0%=2 40mm,查GB150-1998表7-4中查得K=0.7554所以3=2旧黄0”0.7554x0.3839x2 4002 x137x0.85-0.5x0.3839=3.11mm（2）与过渡段相接处的厚度6=2同-0mm其中f为系数，有GB150-1998查得f=0.5619取两者中的较大值8=4.64mm考虑壁厚附加量C后，4=5+C=4.64+1.9=6.63mm圆整得3“=10mm2.封头小端:采用小端无折边结构，而 一一=、3839一=0 0033。=30 由 团0 137x0.85GB150-1998钢制压力容器中图7-13得需要在其连接处进行加强。由公式a=%”可求得壁厚2团(P-Pc其中Q是应力增值系数，由GB150-1998钢制压力容器中图7-14查得Q=2.8Dis-锥型封头小端内直径 Djs=1000mmQPcDis 2.8x0.3839x1000.所以 5=-=-=4.62 mm2a(p-P.2 x137x0.85-0.3839考虑壁厚附加量 C,4=+0=4.62+1.9=6.61mm圆整得心二10mm3.锥壳厚度_L2a(p-Pc cost t其中 a=30Dc锥壳大端计算内直径Dc=Di-2(1-cosx)=2400-2 x2 40 x(l-cos30)=2433mm由公式得PD 1 0.3839x2 433(_ _ _ _2a(p-Pc cosa 2 x137x0.85-0.3839-=4.64mm cos30考虑壁厚附加量C后,8e=8+C=4.64+1.9=6.63mm圆整后得6n=10mm综合取锥型封头壁厚由公式a=Qp一可求得壁厚 2团(P-PCQPD,2a(p-Pc2.8x0.3839x10002 x137x0.85-0.3839=4.62 mm考虑壁厚附加量后，=6r+C=4.62+1.9=6.61mm圆整后得dn=1 Omm3.1.1.3蒸发室壁厚计算蒸发室顶部封头采用标准椭圆形封头，其壁厚公式由GB150-1998钢制压力容器中查得5=Pc D 2c y(p-0.5Pc1.蒸发室顶部封头5=0.3839x2 4002 x137x0.85-0.5x0.3839=4.12 mm考虑壁厚附加量a=b+C=4.12+1.9=6.02 mm圆整后de=10mm由JB/T4746-2 002钢制压力容器用封头选取蒸发室顶部封头尺寸如下:名称公称直径曲面高度4直边高度h2容积V疝质量Kg蒸发室 上封头2 400mm640mm2 5mm1.9905502.2表3.22.蒸发室筒体晨一也一 2可夕_0.5?0.3839x10002 x137x0.85-0.5x0.3839=1.65mm考虑壁厚附加量，=S+C=L65+1.9=3.64mm圆整后得3n=8mm3.1.2加热室壁厚计算加热室采用固定管板式换热器结构3.1.2.1 加热室筒体壁厚计算公式为b=一平一 2团（P-PC其中：加热室设计压力P=0.33MPa加热室圆筒内直径=700mm设计温度下的许用应力bf=137Pq焊缝系数0=0.85壁厚附加量C=1.9mm川仆 PcDi 0.33x700 nQO贝II o=-=-=0.99mm2(p-Pc 2x137x0.85-0.33考虑壁厚附加量&=5+C=2.89mm考虑到要在换热器圆筒上焊接支耳所以要把筒壁取厚一些，根据经验最后取3n=10 mm3.1.2.2加热室上下锥体下锥体静压力远大于上锥体，因此只计算下锥体后，上锥体与下锥体取相同厚 度即可。1.锥壳厚度计算2a(p-Pc cos a设计压力 PC=P+3=0.33+9.8xlxl0-6x7000=0.39MPa选取锥角a=30。锥壳大端内直径。0=700机加，锥壳小端内直径为600mm则有a0.39x700 1-x-2 x137x0.85-0.39 cos 30=1.356mm为焊接安装方便，圆整取，=10帆机2.下锥体大端过渡段厚度:取r=2 00mm,由%=0.3在GB150-1998钢制压力容器中查得K=0.5749kpD2 cr(p-0.5xPc0.5749x0.39x7002 x137x0.85-0.5x0.39=0.68mm考虑壁厚附力口量 8=8r+C=0.68+1.9=2.58mm为焊接安装方便，圆整取名=10帆机3.与过渡段相连的锥壳厚度一 2 cr(p-Q.5Pc其中f由%=0.3,GB150-1998钢制压力容器中查得f=0.5310e fPcD.0.5310 x0.39x700,o=-=-=1.25mmr 4 e-0.5兄 137x0.85-0.5x0.43考虑壁厚附加量5=a+C=1.2 5+1.9=3.15mm为焊接安装方便，圆整取a=10加加4.下锥体小端Pc 0.39 137x0.85=0.0033查化工设备设计手册表5-14得Q=2.6QP，2a(p-P2.6x0.39x6002 x137x0.85-0.39=2.62 mm考虑壁厚附加量b=4+C=2.62+1.9=4.6mm为焊接安装方便，圆整取心=10帆机由以上计算可得锥体的名义厚度为d=10帆加3.12 3循环管1.根据结构要求，循环管内径2=600根根，材料为0Crl8Nil0TiPc D 2a(p-Pc设计压力2=尸+信=0.33+7000 x 1.0 x 10-6*9.8=OAOMPa则=由5=贝I讥=0.40 x6002 x137x0.85-0.40=1.03mm因为在循环管上焊接支耳和支承所以根据经验圆整后心=8皿2.循环管下部锥体选取30锥壳，大端内径600mm,小段内经400mm,均不带折边（1）锥壳厚度计算5=_L-2a(p-Pc c o s a0.40 x600_1_2 x137x0.85-0.40*cos 30=1.19 mm（2）锥壳大端厚度计算Pc0.40137x0.85=0.0034再有a=30。查化工设备设计设计手册上卷图5-11得Q=L63 _。耳。C2a(p-Pc1.6x0.40 x6002 x137x0.85-0.40=1.65 mm（3）锥壳小端厚度计算旌 QPc D，2.7x0.40 x400-=1.86772 m2a(p-Pc 2 x137x0.85-0.40其中Q由一4一=0.0034 a=30。查化工设备设计设计手册上团（p卷图5-13得Q=2.7取三中壁厚中的最大值5=2.02 mm考虑壁厚附.加量a=b+C=2.02+L9=3.92加机 圆整后取&=5如%3.2开孔补强的计算容器开孔后引起了强度削弱和应力集中，必须采用适当的措施，以使 孔边的应力集中系数降低到某一允许值。本设计采用等面积补强法，补强 原则是补强金属截面积必须等于或大于开孔所减去的截面积。3.2.1蒸发室封头开孔补强3.2.1.1蒸汽出口开孔补强二次蒸汽出口，=400机机开孔计算直径 d=2+2 C=400+2 x 1.9=403.8/71/71根据经验实际取接管厚度为10mm补强金属截面积的计算由GB150-1998钢制压力容器P16得圆筒开孔所需的补强面积为式中：d-开孔直径403.8mm6筒体开孔处的计算厚度0.66mm品接管名义厚度10mmC壁厚附加量 1.9mm心壳体开孔处的名义厚度10mmfr-强度削弱系数 fr=l则 A=d 3+2 双(1 二疗)=403.8 x 0.66=2 66.5mm2有效补强范围：有效宽度B=2d=2 x403.8=807.6mmB=d+24+1dM-403.8+2 x10+2 x 10=443.8mm取两者中的最大值则B=807.6mm有效高度 外侧高度 h=yld Snt=V403.8xl0=63.5mm内侧高度=0有效补强面积：A=(3 d)(S)2(/C)-A时加热蒸汽出口不需补强 3.2.1.2蒸发室上封头开孔计算直径 d=4+2 C=400+2x L9=403.8mm开孔所需补强面积(1)封头计算厚度S=A2mm(2)圆筒开孔所需的补强面积为：A=d 8+2 百(1 一。)=403.8 x 4.12=1663.7根机？式中：d-开孔直径403.8mmB筒体开孔处的计算厚度 4.12 mm接管有效壁厚=10-1.9=8.1mmfr强度削弱系数 fr=l(3)有效补强范围有效宽度 5=2 d=2 x403.8=807.6mmB=d+23n+23nt=403.8+2 x10+2 x10=443.8mm取两者较大值B=807.6mm式中：功壳体开孔处名义厚度 J=10mm有效高度 外侧高度 h=yld Snt=V403.8xl0=63.5mm内侧高度为=。(4)有效补强面积：A 二(B 一 d)&-5)2四-C)-少(1 0)式中：4壳体承受内外压所需设计厚度之外的多余金属面积a 壳体开孔有效厚度。=10-1.9=8皿则：A=(3 d)(a 5)=(807.6-403.8)x(8.1-4.12)=1607.124如储4=2/2,(2-4 一 C)fr+2似源C)fr式中：4接管承受内外压所需设计厚度之外的多余金属面积0.3839x4002 x137x0.85-0.3839=0.66mm4=2%（%可一。）=2*63.5 X（1 o 0.66-1.9）=944.88根根？1,A.=x2 xl0 xl0=100mm-2式中：人-有效补强区内焊缝金属的截面积（焊脚取10mm）有效补强面积Ae=A1+A2+4=2652mm2由前文知 A=1663.7 mm2 Ae=2652mm2则开孔后不需要另行补强。3.2.1.3人孔补强开孔计算直径 d=d,+2 C=500+2 x 1.9=503.8mm开孔所需补强面积（1）封头计算厚度S=A2mm（2）圆筒开孔所需的补强面积为：A=d d+258et（1-./?）=503.8x4.12=2 075.7mm2式中：d-开孔计算直径503.8mm6筒体开孔处的计算厚度 4.12 mm接管有效壁厚,=10-1.9=8.1mmfr强度削弱系数 fr=（3）有效补强范围有效宽度 B=2d=2 x503.8=1007.6mm3=d+2，+2/=503.8+2 x10+2 x10=543.8mm取两者较大值B=1007.6mm式中：山一一壳体开孔处名义厚度 O=10mm有效高度 外侧高度 h=yjd Snt=a/503.8x10=71mm内侧高度 b=（4）有效补强面积：A 二（B 一 d）（e b）-2屹C）-5）（1 0）式中：A壳体承受内外压所需设计厚度之外的多余金属面积4壳体开孔有效厚度4=10-1.9=8.1加加则：A=(3_d)(e _5)=(1007.6-503.8)x(8.1-4.12)=2 005.12 mm24=24(/_2 _C)fr+2bsm-c)fr式中：4接管承受内外压所需设计厚度之外的多余金属面积0.3839x5002 x137x0.85-0.3839=0.82 6mm4=2%一 一 C)/r=2 X 71 义(10 0.82 6-1.9)=1032.9mm21?A,=x2 xl0 xl0=100/72777-3 2式中：A3有效补强区内焊缝金属的截面积(焊角取10mm)有效补强面积 A,=A+&+A3=3138.02 mm2由前文知 A=2 075.7mm2 A,=3138.02 mm2则开孔后不需要另行补强。因为蒸发室其他开孔均比人孔开口要小，且蒸发室的设计压力较低，壁厚均 是由刚度和稳定性决定的，其实际壁厚比按强度要求计算的壁厚大得多，不进行 补强也是安全的，所以蒸发室其他孔不需要另行补强。3.2.2加热室蒸汽进口开孔补强1.加热室蒸汽进口开孔补强蒸汽进口开孔4-250mm开孔计算直径 d=4+2 C=250+2 x 1.9=2 53.8mm开孔所需补强面积(1)壳体计算厚度3=1.356mm(2)圆筒开孔所需的补强面积为：A=d 8+2 碱,(l-/r)=2 53.8x1.356=344.15mm2式中：d-开孔直径2 53.8mm3-筒体开孔处的计算厚度8=1.356mm接管有效壁厚,=10-1.9=8.1mmfr强度削弱系数 fr=l(3)有效补强范围有效宽度 5=2 d=2 x 2 53.8=507.6mmB=d+23n+23nl=2 53.8+2 x10+2 x10=2 90.0mm取两者较大值B=507.6mm式中：&壳体开孔处名义厚度 J=10mm有效高度 外侧高度 h=V2 53.8xl0=50.38mm内侧高度 h=0(4)有效补强面积：A=(B-d)()-2(4-C)0-5)(1-/r)式中：4壳体承受内外压所需设计厚度之外的多余金属面积4壳体开孔有效厚度10-1.9=8.1mm则：4=(3-d)(-5)=(507.6-2 53.8)x(8.1-1.356)=1711.6mm24=2kl C-C)fr+2似鬣-C)fr式中：4一接管承受内外压所需设计厚度之外的多余金属面积PCD.0.39x2 502a(p-Pc-2 x137x0.85-0.39=0.42 mmA2=2%(图一g。)户=2x50.38x(10-0.42-1.9)=773.8mm21,A.=x2 x6x6=33 2式中：4有效补强区内焊缝金属的截面积(焊角取6mm)有效补强面积 Ae=A+A2+A3=2521 Amm2 由前文知 A=344.15 加/2 Af=2521.4mm2则开孔后不需要另行补强。2.加热室与蒸发室连接筒体处的开孔及开孔补强开孔计算直径 d=4+2 C=600+2 x 1.9=603.8mm开孔所需补强面积（1）蒸发室壳体计算厚度3=4.12根机（2）圆筒开孔所需的补强面积为：A=d d+2应（1-.A）=603.8x4.12+0=2 487.7相机？式中：d-开孔直径603.8mm6筒体开孔处的计算厚度 4.12 mm接管有效壁厚/=10-1.9=8.1加加fr强度削弱系数什=1（3）有效补强范围有效宽度 B=2d=2 x603.8=12 07.6mmB=d+2 b+-603.8+2 x10+2 x10=643.8mm取两者较大值B=12 07.6mm式中：心壳体开孔处名义厚度,=10mm鼠接管的名义厚度,二 10mm有效高度 外侧高度 h=y/d nt=7603.8x10=77.7mm内侧高度 h2=0（4）有效补强面积：A 二（B 一 d）&b）2（鬣-C）5）（1-。）式中：4壳体承受内外压所需设计厚度之外的多余金属面积。-壳体开孔有效厚度5e=10-1.9=8.1mm则：4=(3 d)b)=(12 07.6-603.8)x(8.1-4.12)=2 403.12 mm4=2似公)。+2似/-C)fr式中：&接管承受内外压所需设计厚度之外的多余金属面积耳2 2a(p-Pc二0.3839x6182 x137x0.85-0.3839=1.02 mm4=2%3“一 可 一 C)fr=2 x 77.7 x(10-1.02-1.9)=1100.2 3mm2A.=ix2 xl0 xl0=100mm23 2式中：A3有效补强区内焊缝金属的截面积（焊角取10mm）有效补强面积Ae=A+A2+A3=3603.35如九之 由前文知A=2 487.7相机2 a,=3603.35帆加2 则开孔后不需要另行补强。3.3水压试验校核对蒸发室、加热室、循环管进行水压试验校核。3.3.1 水压试验压力的确定容器做成后必须进行压力试验，其项目和要求必须在图样中注明。压力 试验一般采用水压试验。由GB150-1998钢制压力容器3.8.11试验压力鸟按式与=1.25。旦确定 团式中：P设计压力可试验温度下材料的许用应力a设计温度下材料的许用应力由BG150-1998钢制压力容器得 b=137MPa对于蒸发室 里=空=1同137对于加热室及循环管 旦=m=1a 1371.蒸发室PT=1.2 5P 3=1.2 5 x 1 x 0.33=0.4125Mpei 打弓+0.1=0.33+0.1=0.43MPq两者中取较大值巴=0.43MPa2.加热室管程4=1.25。回=1.2 5 x 1 x 0.06=0.075MP6Z 同壳程 PT=1.25P 星=1.2 5 x 1 x 0.33=0.4IMPa 同.PTP+0.1=0.06+0A=0A6MPaPT +0A=0A3MPa取大值 管程PT=0A6MPa 壳程PT=0.43MR/3.循环管o-lR=1.2 5-=1.2 5x1x0.33=0.416/-3.3.2应力校核由GB150-1998钢制压力容器382查得圆筒的薄膜应力按式2（2+e）2刖计算式中：r圆筒的内直径pt-试验压力a圆筒的有效厚度i.蒸发室5=晅4=0.43x(2 400+8.1)=75.2 MP。2.8e(p 2 x8.1x0.85由GB150-1998钢制压力容器查得试验温度下材料的屈服极限 cr02=205MPa 则。.乡。%?=0.9x2 05x0.85=156.8MP。由以上计算可知与 O.9cro2,则水压试验安全。2.加热室2（2+。）2。0.43x(700+8.1)2 x8.1x0.85=22AMPa由以上计算可知cr,O.9cro2，则水压试验安全。3.循环管2（2+可 2。0.41x(600+3.1)2 x3.1x0.85=46.92MPa由以上计算可知cr,vL41)0+Sck DcLcEc)加强圈周向薄膜应力:（rc2(msL4EbD0+Sck DcLcEc)U型管周向薄膜应力:0=2”（一）2msp 0.571+U型管径向薄膜应力:%=也-2mBpU型管径向弯曲应力:%=二（也）2613 2mBp 位移应力：U型管径向薄膜应力：乙（%：54 2/z3CfU型管径向弯曲应力：5g,+G）e3h2c d式中符号及参数的说明：L4U型管直边段长度50mmEh设计温度下U型管材料的弹性模量Eh=l.S5xW5MPaC2-腐蚀余量 C2=1mmQ由化工设备设计手册图9-52查得0=2.833由化工设备设计手册图9-51查得 Cf=1.12Cp由化工设备设计手册图9-50查得=0.48P设计压力 P=0.33MPaDbU型管直边段与膨胀节内径 Db=D.-ms=110-1x5=705mmDm 膨胀节的平均直径 Dm=,+2侬+。=705+2 x 1 x 5+0=715mmDa 膨胀节直边段平均直径De-膨胀节直边段外直径 De=710mm斗成型后膨胀节一层材料的最小有效厚度 4.96mm 2 1715；Eb一一室温下膨胀节材料的弹性模量纥=1.93x105k-系数当kl时，取k=l4 50k _ _ -，-1.575X-1.5x7705x5-mU型管管壁的层数m=l K膨胀节一个波的轴向弹性刚度K”喈八七明罗所e膨胀节一个波的轴向位移e=-=8X1518.6K 0.43 xlO5L-L=4R+2 3=4x35+2 x5=150mm代入数据得：2(m5L4ED0+Sck DcLcEc)0.33x710*2x50 x1,85x105x0.562 xlx5xl.85xl05x50 x705-(-)=-.(-=10 AM Pa2mbp 0.571+2 x1x4.96 0,571+W 140=13.2M PaPh 2mbp_ 0.33x12 5-2 x4.97x1=4.15 MPa纥 q+GAe 2h3Cfn 33 175x()2 x 0.48=50.3MPa2 x1 4.96193xl()3x(496+i)2 xi8.6 2x1253x1.12=29A5MPa5用+。2)0 5x193x103x(4.96+1)x18.63h2c d3x1253x2.83=6A5MPa组合应力：Op=4+4=4.15+50.3=54A5MPaad=ct4+cr5=2 9.15+6.45=35.6MPa%=0.7%,+g=0.7 x 54.45+35.6=73.715M&由GB150-1998钢制压力容器表2-5查得国=108Pa,所有内压均应小于此值，6=73.715 团校核疲劳寿命12820口 q370j式中：Tf疲劳寿命的温度修正系数=L875=098f Ehh 1.91Ehc膨胀节操作温度下限时材料的弹性模量鼠=L875xl()5 M为Ebh膨胀节操作温度上限时材料的弹性模量Ehh=l.9lxlO5MPa(、3.4 34则：n=12820=12820_Y=359。Tfar-370 lo.98x73.715-37oj J r J x/nf-疲劳寿命安全系数；nf 15操作循环次数应小于2 3954.3,在这种条件下所选膨胀节合格。第五章加热室5.1 结构尺寸参数管板兼做法兰，不带膨胀节；换热器公称直径DN700,即Q,二700mm；管箱法兰采用JB4702-2 000乙型平焊法兰，DN为700mm螺柱数量”=24；螺柱规格M2 4TT 74螺柱有效随载面积Ah=J=3.14x=452.16mm2图5.1所选法兰尺寸：mm符 号PNMPaDND1D2D3D4dHD表5.1尺寸1.6700815776766753164627200860由化工设备标准手册-化工设备零部件(第二卷)查得：垫片采用/T4704-1992石棉橡胶垫圈垫片尺寸。744/。704 S=3mm垫片接触面宽度N=)4I。、=2 0mm2基本密封宽度，查 GB150-1998 表 9-1,bQ=N/2=10mm由换热器设计手册(钱颂文)表1-2-7查得换热器的圆筒公称直径为700mm的配套换热管的数据如下：02 5x2表5.2换热面积川换热器 公称直 径mm换热管 长度mm管程流 通面积mm2中心排 管数计算换 热面积m2管子总数管间距mm12070045000.12 302112 2.6355325.2 受压元件材料及数据以下数据查自GB150-1998钢制压力容器圆筒材料：0Crl8Nil0Ti查表4-1,130c设计温度下材料的许用应力司:=108MPa(4.5 o-16)查表4-1,65设计温度下材料的许用应力cr；=12 6MPa(4.5 an 16)查表F5,130该金属温度下弹性模量线=186.52 x105查表F6,130金属温度下平均线性膨胀系数a=11.962 xl0-6mm