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1、 南京工业大学过程装备成套技术课程设计过热器 37 2020年4月19日 文档仅供参考，不当之处，请联系改正。 前 言 氢气是一种重要的工业产品，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，由于使用要求的不同，这些部门对氢气的纯度、对所含杂质的种类和含量都有不相同的要求，特别是改革开放以来，随着工业化的进程，大量高精产品的投产，对高纯度的需求量正逐步加大，等等对制氢工艺和装置的效率、经济性、灵活性、安全都提出了更高的要求，同时也促进了新型工艺、高效率装置的开发和投产。 依据原料及工艺路线的不同
2、当前氢气主要由以下几种方法获得：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石油炼制与石油化工过程中的各种副产氢；等等。其中烃类水蒸气转化法是世界上应用最普遍的方法，但该方法适用于化肥及石油化工工业上大规模用氢的场合，工艺路线复杂，流程长，投资大。随着精细化工的行业的发展，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的技术经济指标，受到许多国家的重视。甲醇蒸气转化制氢具有以下特点： 3) 与大规模的天然气、轻油蒸气转化制氢或水煤气制氢相比，投资省，能耗低。 4) 与电解水制
3、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的装置，操作方便，搬运灵活。 对于中小规模的用氢场合，在没有工业含氢尾气的情况下，甲醇蒸气转化及变压吸附的制氢路线是一较好的选择。本设计采用甲醇裂解+吸收法脱二氧化碳+变压吸附工艺，增加吸收法的目的是为了提高氢气的回收率，同时在需要二氧化碳时，也能够方便的得到高纯度的二氧化碳。 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、设备布置设计计
4、算。 4、管道布置设计计算。 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、管道仪表流程图2号，1张 4、设备平面布置图2号，1张 5、管道平面布置图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 甲醇制氢工艺流程 甲醇制氢的物料流程如图1－2。流程包括以下步骤：甲醇与水按配比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的以及未反应的甲醇和水
5、蒸气等首先与原料液换热(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，水冷分离后的气体进入吸收塔，经碳酸丙烯脂吸收分离CO2，吸收饱和的吸收液进入解析塔降压解析后循环使用，最后进入PSA装置进一步脱除分离残余的CO2、CO及其它杂质，得到一定纯度要求的氢气。 图1－2 甲醇制氢的物料流程图及各节点物料量 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
6、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)
7、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) 没有物流变化. 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
8、 剩余甲醇 772.179/32ⅹ0.01ⅹ32=7.722kg/h 剩余水 651.526-772.179/32ⅹ0.9801ⅹ18=225.819 kg/h 总计 1423.705kg/h 6、吸收塔和解析塔 吸收塔的总压为1．5MPa，其中CO的分压为0.38 MPa ，操作温度为常温(25℃). 此时，每m 吸收液可溶解CO11.77 m.此数据能够在一般化工基础数据手册中找到，二氧化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度数据见表1一l及表1—2。 解吸塔操作压力为0.1MPa， CO溶解度为2.32，则此时吸收塔的吸收能力为： 11.77-2.32=9.45 0.4MPa压力
9、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 考虑吸收塔效率以及操作弹性需要，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. 混合气体中的其它组分如氢气，CO以及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的吸收. 7、PSA系统 略. 8、各节点的物料量 综合上面的工艺物料衡算结
10、果，给出物料流程图及各节点的物料量，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的条件下，能够根据汽液平衡关系确定汽化塔的操作温度· 甲醇和水的蒸气压数据能够从一些化工基础数据手册中得到：表1-3列出了甲醇的蒸气压数据；水的物性数据在很多手册中都能够得到，这里从略。 在本工艺过程中，要使甲醇水完全汽化，则其汽相分率必然是甲醇40%，水60%(mol)且已知操作压力为1.5MPa，设温度为T，根据汽液平衡关系有 0.4p+0.6p=1.5MPa 初设 T=170℃ p=2.19MPa; p=0.824 MPa p=1.3704<1.5 MPa 再
11、设 T=175℃ p=2.4MPa; p=0.93 MPa p=1.51 MPa 蒸气压与总压基本一致，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) 两步反应的总反应热为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℃，能够选用导热油温度为320℃，导热油温度降设定为5℃，从手册中查到导热油的物性参数，如比定压热容与温度的关系，可得： c=4.18680.68=2.85kJ/(kg·K)，
12、 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) 甲醇和水的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的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℃
13、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变化。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℃，基本合适。 5、换热器（EO101) 壳程：甲醇和水液体混合物由常温（25 ℃ ）升至175
14、 ℃ ，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的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：没有相变化，同时一般气体在一定的温度范围内，热容变化不大，以恒定值计算，这里取各种气体的比定压热容为： 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的温度变化为： t=Q/(cm)=7.8410/(10.471040.617+14.65142.858+4.19225.81
15、9)=56.3℃ 换热器出口温度为280-56.3=223.7℃ 6、冷凝器（EO103) 在E0103 中包含两方面的变化： ①CO， CO， H的冷却以及②CHOH ， HO的冷却和冷凝. 1、 CO， CO， H的冷却 Q=cmt=(10.471040.617+14.65142.858+1.046.689) (223.7-40)=2.3910kJ/h 2、 CHOH的量很小，在此其冷凝和冷却忽略不计。压力为1.5MPa时水的冷凝热为： H=2135KJ/kg，总冷凝热Q=Hm=2135225.819=4.8210kJ/h 水显热变化Q=cmt=4.19225.819
16、223.7-40)=1.7410kJ/h Q=Q+Q+Q=3.04610kJ/h 冷却介质为循环水，采用中温型凉水塔，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 计算公式或来源 结果 备注 管程流体名称 导热油 壳程流体名称 甲醇、水 导热油的进、出口温度 Ti ；To ℃ 给定 315℃； 313℃ 乙醇水的进、出口温度 ti；to ℃ 给定 175℃；28
17、0℃ 导热油、甲醇水的工作压力 pt；po MPa 给定 1.5；0.5 导热油的质量流量 ωt Kg/s 给定 23.36 定性温度与物性参数 计算内容或项目 符号 单位 计算公式或来源 结果 备注 导热油的定性温度 Tm ℃ Tm=T1+T2 314 甲醇水的定性温度 tm ℃ tm=t1+t2 227.5 导热油、甲醇水的密度 ρt；ρs Kg/m3 按定性温度查物性表 1070；8.505 导热油、甲醇水的比热容 ct；cs J/(kg. ℃) 按定性温度查物性表 2826；3246
18、 导热油、甲醇水的导热系数 λt；λs W/(m. ℃) 按定性温度查物性表 0.99；0.62 导热油、甲醇水的粘度 μt；μs Pa.s 按定性温度查物性表 0.21×10-3；0.1×10-3 导热油、甲醇水的普朗特数 Prt；Prs 查表或计算 45.296；32.981 物料与热量衡算 计算内容或项目 符号 单位 计算公式或来源 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 甲苯的质量流量 ωs Kg/s ωs=Q/cs(t
19、2-t1) 0.395 有效平均温度 计算内容或项目 符号 单位 计算公式或来源 结果 备注 逆流对数平均温度 Δtlog ℃ Δtlog=（Δt1-Δt2）/Ln（Δt1/Δt2） 33.39 流程型式 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 计算公式或来源 结果 备注 初选总传热系数 Ko
20、 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 计算公式或来源 结果 备注 管程结构设计 换热管材料 选用碳钢无缝钢管 φ25×2 换热管内径外径 di;d mm 0.021;0.025 换热管管长 L m 选用4m标准管长折半 2 换热管根数 n 54 管程数 Nt 根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合理选取
21、 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，其余正三角形排列 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
22、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 合理选取 Φ80×1.5 管程传热与压降 计算内容或项目 符号 单位 计算公式或来源 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
23、 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 管程最大允许压降 Pa 35000 校核管程压降 合理 壳程传热与压降 计算内容及项目 符号 单位 计算公式或来源 结果 备注 壳程当量直径 De m 0.07958 横过管束的流通截面积
24、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 折流板圆缺部分的换热管数 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
25、 63 圆缺部分压降 Pa 6380 进出口局部压降 Pa 635 壳程压降 Pa 7078 壳程最大允许压降 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 计算公式或来源 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
26、21×10-5 总传热系数 K W/(㎡·℃) 按式4-22 297.66 传热面积与壁温核算 计算内容及项目 符号 单位 计算公式或来源 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
27、 过热器外壳结构设计 按照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,, 筒体的计算厚度计算 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）根据筒径选用非金属软垫片： 垫片厚度：5mm 垫片外径:354mm
28、 垫片内径：310mm 根据筒体名义厚度选用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， 封头的计算厚度计算 选用标准椭圆形封头，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
29、准，取封头名义厚度与筒体厚度相同，得材料名义厚度。 强度校核 有效厚度， ，符合强度要求。 根据筒径选用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 根据上节中计算的管子内径选用尺寸：，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：
30、 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：
31、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
32、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， 封头的计算厚度计算， 选用标准椭圆形封头，K=1.0 考虑厚度附加量并圆整至钢板厚度系列，取封头名义厚度与筒体厚度相同，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 350m
33、m 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：与管板制成一体 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
34、 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 P
35、c 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
36、 - 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 最大允许工作压力 [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
37、 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
38、重量 8.08 Kg 压 力 计 算 最大允许工作压力 [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 345.0
39、0 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 压力试验允许经过 的应力水平 [s]T [s]T£ 0.90 ss = 310.50 MPa 试
40、验压力下 圆筒的应力 sT = = 64.55 MPa 校核条件 sT£ [s]T 校核结果 合格 压力及应力计算 最大允许工作压力 [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中规定的最小厚度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
41、 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
42、 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
43、 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
44、 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
45、 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 (包括拉杆和假管区面积)Ad 0 mm2 板 管板强度削弱系数 h 0.4 管板刚度削弱系数 m 0.4 管子加强系数 K = 2.345 管板和管子连接型
46、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 基本法兰力矩 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 ,
47、 查< 48、1999>>图26
0.005111
旋转刚度
191.1
MPa
法兰外径与内径之比
1.467
壳体法兰应力系数Y (按 K 查< 49、查< 50、 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(带膨胀节时代替Q)
51.51
算
管板布管区当量直径与壳体内径之比
0.8456
管板周边不布管区无量纲宽度 k = K(1-rt)
0.3619
壳体法兰应力
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