立式熱虹吸再沸器機械設計說明書

大連理工大學本科課程設計立式熱虹吸式再沸器機械設計說明書學院（系）：化工機械與安全學院專業(yè)：過程裝備與控制工程學生姓名：孔闖學號：202342052指導教師：由宏新、代玉強評閱教師：完成日期：2023.10.2大連理工大學DalianUniversityofTechnolog摘要本課程設計主要任務是設計1臺立式熱虹吸式再沸器，作為丙烯-丙烷精餾塔的提餾段加熱設備。在大三下學期的時候已經(jīng)初步完成了再沸器的工藝部分的設計和核算，本次設計主要進行再沸器的機械部分的計算及校核，包括再沸器各部分的結構說明，筒體壁厚的計算，封頭壁厚的計算，管箱法蘭和管板的計算，筒體和封頭開孔及補強等。通過3周的工作，已完成了再沸器的機械參數(shù)的計算，手工繪制了再沸器的裝配圖1張和管板零件圖1張。目錄摘要 I1 設計基礎 21.1 項目背景 21.2 設計依據(jù) 21.3 技術來源及授權 21.4 項目簡介 22 結構工藝說明 12.1 管程和殼程物料的選擇 12.2 換熱管 12.3 管板 12.3.1管板結構尺寸 12.3.2換熱管與管板連接 22.3.3排管及管孔 32.4 折流板 52.5 接管及連接附件 52.6 安全泄放 72.7 耳式支座 72.8 管箱、管箱法蘭與封頭 103 強度計算 123.1 工藝參數(shù)計算結果表 123.2 計算條件 133.3 強度計算 143.3.1殼程圓筒計算 143.3.2前端管箱筒體計算 153.3.3前端管箱封頭計算 163.3.4后端管箱筒體計算 183.3.5后端管箱封頭計算 193.3.6開孔補強設計計算 203.3.7兼作法蘭固定式管板計算 233.3.8管箱法蘭計算 324 結論 35附錄A過程工藝與設備課程設計任務書 37設計基礎本項目來源于大連理工大學過程裝備與控制工程專業(yè)大四年級過程工藝與設備課程設計題目；設計者為過程裝備與控制工程專業(yè)在校大四學生，與項目發(fā)布者為師生關系；本項目設計裝置為立式熱虹吸式再沸器。過程工藝與設備課程設計任務書（見附錄A）《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》TSGR0004-2023《壓力容器》GB150-2023《熱交換器》GB/T151-2023《長頸對焊法蘭》JB/T4703-2000《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》GB/T17395-2023《鋼制壓力容器封頭》JB/T4746-2002《承壓設備無損檢測》NB/T47013-2023《石油化工鋼制管法蘭用緊固件》SH/T3404-2023《化工單元過程及設備課程設計》，匡國柱、史啟才主編，化學工業(yè)出版社，2002年?！痘瘜W化工物性數(shù)據(jù)手冊》（有機卷），劉光啟、劉杰主編，化學工業(yè)出版社，2002年?！痘ぴ怼罚ㄏ聝裕筮B理工大學，高等教育出版社，2023年。SW6-2023化工設備設計軟件精餾是分離液體混合物（含可液化的氣體混合物）最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中得到廣泛應用。板式精餾塔是常見的精餾分離設備，結構上，板式精餾塔是一圓形筒體，塔內裝有多層塔板，塔中部適宜位置設有進料板，兩相在塔板上相互接觸和分離。在板式塔提餾段底部會設置再沸器，再沸器的作用是將塔底液體部分汽化后送回精餾塔，使塔內氣液兩相間的接觸傳質得以連續(xù)進行。本設計采用立式熱虹吸式再沸器，它是一垂直放置的管殼式換熱器。液體在自下而上通過換熱器管程時部分汽化，由在殼程內的載熱體供熱。立式熱虹吸再沸器是利用塔底單相釜液與換熱器傳熱管內汽液混合物的密度差形成循環(huán)推動力，構成工藝物流在精餾塔底與再沸器間的流動循環(huán)。這種再沸器具有傳熱系數(shù)高，結構緊湊，安裝方便，釜液在加熱段的停留時間短，不易結垢，調節(jié)方便，占地面積小，設備及運行費用低等顯著優(yōu)點。同時，由于結構上的原因，殼程不能采用機械方法清洗，因此不適宜用于高粘度或較臟的加熱介質；而且，由于是立式安裝，因而會增加塔的裙座高度。為提高本項目的設計計算準確性，本設計采用了業(yè)內常用的化工設備設計軟件SW6-2023進行計算校核。結構工藝說明本立式熱虹吸再沸器用于對提餾段的丙烯丙烷凝液加熱，使其氣化返回塔底，繼續(xù)進行精餾分離，丙烯丙烷為低毒易燃介質，工作壓力1.79MPa。加熱介質為飽和水蒸氣，干凈清潔，工作壓力0.1MPa。根據(jù)換熱器設計經(jīng)驗，管程和殼程介質的選擇一般遵循以下原則：易結垢的流體走管程,便于檢修及時清洗除垢；具有腐蝕性的流體應走管程，可防止管束和殼體材質受腐蝕,且便于管子清洗檢修；易燃易爆、有毒流體走管程，減少泄漏機會,避免引起人員中毒或者爆炸；高壓流體走管程，以防殼體受壓，節(jié)省殼體材料；被冷卻流體走殼程，可借外殼向外的散熱作用使殼體散熱，增強冷卻效果；流量大、粘度大的流體走殼程，流量小的流體走管程；飽和蒸汽走殼程，便于及時排出冷凝液，且蒸汽潔凈清洗方便；需要提高流速以增大其對流傳熱系數(shù)的流體宜走管內，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。物料不同，走法也就不同，應根據(jù)實際情況，選擇液體流徑。故，本換熱器丙烯丙烷凝液走管程，加熱蒸汽走殼程。根據(jù)工藝計算結果，本再沸器換熱管尺寸為φ25×2，長度L=3000mm，數(shù)量為245根，管心距32mm，材料選用10g，Ⅰ級管束，外徑允許偏差±0.10mm，制造及檢驗標準為GB/T17395-2023。因殼程為清潔水蒸氣，管束無需清洗，故管束排列方式為正三角形排列。管板結構尺寸本再沸器管板采用固定管板兼做法蘭的結構形式，根據(jù)工藝計算結果要求，本再沸器為單管程單殼程結構，管板無需開分程槽，具體結構尺寸如圖2.1、圖2.2。圖STYLEREF1\s2.SEQ圖\*ARABIC\s11管板結構尺寸圖STYLEREF1\s2.SEQ圖\*ARABIC\s12管板法蘭結構尺寸換熱管與管板連接根據(jù)GB151-2023中要求，強度脹接具有結構簡單，管子更換和修補容易的特點，故本裝置換熱管與管板采用脹接連接，其的適用范圍如下：設計壓力小于或等于4.0MPa;設計溫度小于或等于300℃；操作中無振動，無過大的溫度波動及明顯的應力腐蝕傾向。本再沸器設計壓力1.9MPa，設計溫度100℃，操作平穩(wěn)且無明顯應力腐蝕傾向，滿足上述條件，故換熱管與管板采用脹接連接，脹度k=7%，管孔尺寸如圖2.3示。圖STYLEREF1\s2.SEQ圖\*ARABIC\s13管孔尺寸排管及管孔管板排孔限位圓直徑為549mm，排管如圖2.4、圖2.5，管板開4個拉桿開孔，開孔尺寸見圖2.6。圖STYLEREF1\s2.SEQ圖\*ARABIC\s14排管圖圖STYLEREF1\s2.SEQ圖\*ARABIC\s15管孔尺寸圖STYLEREF1\s2.SEQ圖\*ARABIC\s16拉桿螺孔尺寸本再沸器選用拱形折流板，弓形折流板引導流體垂直流過管束，流經(jīng)缺口處順流經(jīng)過管子后進入下一板間，改變方向，流動中死區(qū)較少，能提供高度的湍動和良好的傳熱。其結構尺寸見圖2.7，板厚8mm，全換熱器布置7個折流板，折流板間距400mm。圖STYLEREF1\s2.SEQ圖\*ARABIC\s17折流板尺寸根據(jù)工藝計算結果要求，查GB/T17395-2023選取接管規(guī)格及尺寸見表2-1。表格STYLEREF1\s2SEQ表格\*ARABIC\s11接管數(shù)據(jù)接管編號規(guī)格DN公稱壓力/bar外徑/mm壁厚/mm長度/mm重量/Kg用途a250252731220015.45管程出料口b200252191020010.31管程進料口c1502.51594.52003.8殼程出料d1002.510841502.05殼程進料e5025573.51500.92安全閥接管f、g202.522.51500.21液位計接管h、i202.5252.51500.21排氣、排液接管根據(jù)HG/T20592-2023為接管選用配套的連接件，板由于式平焊鋼制管法蘭取材方便，制造簡單，成本低，使用廣泛，具有良好的綜合性能，因此本裝置的管法蘭全部選用板式平焊鋼制管法蘭，具體結構及連接尺寸見圖2.8和表2-2圖STYLEREF1\s2.SEQ圖\*ARABIC\s18板式平焊法蘭結構接管法蘭螺栓規(guī)格DN公稱壓力/bar法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K厚度mm重量/Kg螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量規(guī)格長度/mm250254253703520.23012M27110200253603103214.22612M271001502.5265225205.14188M16651002.5210170183.41184M16605025165125202.77184M1665202.59065140.6114M1045202.59065140.6114M1045表格STYLEREF1\s2SEQ表格\*ARABIC\s12接管法蘭及連接附件注：排氣和排液接管孔工作時常閉，用法蘭蓋密封。對安全閥接管需計算其最小泄放面積，安全閥安裝在再沸器上管箱筒節(jié)處，介質為飽和丙烯丙烷蒸汽，輸入熱量H==5.84×106kJ/h，泄放壓力pf=1.9MPa，泄放壓力下液體汽化潛熱q=265.8kJ/kg，根據(jù)GB150.1-2023附錄B中要求，選用全啟式安全閥，由制造廠提供的泄放系數(shù)為容器安全泄放量WsW安全閥最小泄放面積A：A=0.19最小接管內徑為D=4Aπ=15.1m本換熱器由于立式安裝，故采用耳式支座，具體結構尺寸見圖2.9。圖STYLEREF1\s2.SEQ圖\*ARABIC\s19耳式支座以下各部分計算內容系根據(jù)JB/T4712.3-2007《容器支座第3部分:耳式支座附錄A》進行設計計算。計算數(shù)據(jù)：設計壓力PMPa1.9示意圖：設計溫度t℃100殼體內徑Dimm600設備總高度H0mm4374支座底板離地面高度mm10000支座底板距設備質心hmm750風壓高度變化系數(shù)fi1設置地區(qū)的基本風壓q0N/m2450地震設防烈度（地震加速度）7地震影響系數(shù)a0.08殼體材料Q345R設計溫度下許用應力[σ]tMPa189圓筒名義厚度δnmm8厚度附加量Cmm0.8圓筒有效厚度δemm4.2設備總質量m0kg2493.5偏心載荷GeN0偏心距Semm0b2mm90l2mm180s1mm40δ3mm6設備保溫厚mm0設備外徑DOmm616支座數(shù)量n2不均勻系數(shù)k1所選耳式支座型號JB/T4712.3-2007，耳式支座B2-Ⅰ1.耳座安裝尺寸計算901.52mm2.耳座載荷計算地震載荷1954.904N風載荷1454.967N水平力P取PW和Pe+0.25PW的大值，NPe+0.25PW=2318.64584N因此P=2318.64584N耳式支座實際承受載荷16.07605kN3.計算支座處圓筒所受的支座彎矩2.250647684校核所選耳式支座耳式支座本體允許載荷[Q]kN60(根據(jù)所選支座查表3，表4，表5得到)支座處圓筒的許用彎矩[ML]74.27(根據(jù)δe和p查表B.1內插得到)判斷依據(jù):Q<[Q]且ML<[ML]，所選耳式支座合格耳式支座最終校核結果合格附表1風壓高度變化系數(shù)fi距地面高度Hit地面粗糙度類別ABC51.171.000.74101.381.000.74151.521.140.74201.631.250.84301.801.421.00401.921.561.13502.031.671.25602.121.771.35702.201.861.45802.271.951.54902.342.021.621002.402.091.701502.642.382.03附表2對應于設防烈度αmax值設防烈度789設計基本地震加速度0.1g0.15g0.2g0.3g0.4g地震影響系數(shù)最大值αmax0.080.120.160.240.32根據(jù)GB151-2023中6.2本立式再沸器選用B型封頭管箱結構，封頭選用標準橢圓封頭其結構尺寸見圖2.10；根據(jù)《化工單元過程及設備課程設計》第122頁管箱結構尺寸要求，管箱圓筒長度取L=200mm，根據(jù)JBT4703-2000管箱法蘭選用長頸對焊法蘭，結構尺寸見圖2.11。圖STYLEREF1\s2.SEQ圖\*ARABIC\s110標準封頭尺寸圖STYLEREF1\s2.SEQ圖\*ARABIC\s111長頸對焊法蘭強度計算管程殼程物料名稱進口凝液飽和水蒸氣出口混合蒸汽水流量Kg/h進口998802588出口998802588操作溫度oC進口52.9100出口53100操作壓力MPa1.790.1定性溫度oC52.9100液體密度kg/m3445958.1導熱系數(shù)W/m●oC0.0720.683熱容kJ/kg●oC1.6412.02粘度Pa●S0.0000750.000283表面張力N/m0.004173氣化潛熱kJ/kg265.82256.9氣體密度kg/m331.10.51導熱系數(shù)W/m●oC熱容kJ/kg●oC粘度Pa●S0.00000880.000012氣化潛熱kJ/kg設備結構參數(shù)形式立式熱虹吸式臺數(shù)1殼體內徑mm600殼程數(shù)1管徑mm25管心距mm32管長mm3000排列方式正三角形排列管數(shù)目（根）245折流板數(shù)（個）7傳熱面積m257.53折流板間距mm400管程數(shù)1材質碳鋼接管尺寸mm進口200150出口250100主要計算結果管程殼程流速m/s0.734傳熱膜系數(shù)W/m2●oC966.58334.6污垢熱阻m2●oC/w0.0001760.00009阻力損失MPa0.006458熱負荷kW1622.4傳熱溫差oC47.1總傳熱系數(shù)W/m2●oC866裕度%61.1備注設計計算條件殼程管程設計壓力0.1MPa設計壓力1.9MPa設計溫度100設計溫度53600mm管箱圓筒內徑Di600mm材料名稱Q345R材料名稱Q345R簡圖計算內容3.3.1殼程圓筒校核計算3.3.2前端管箱圓筒校核計算3.3.3前端管箱封頭校核計算3.3.4后端管箱圓筒校核計算3.3.5后端管箱封頭校核計算3.3.6開孔補強設計計算3.3.7管板校核計算3.3.8管箱法蘭校核計算殼程圓筒計算計算所依據(jù)的標準GB150.3-2023計算條件筒體簡圖計算壓力pc0.10MPa設計溫度t100.00C內徑Di600.00mm材料Q345R(板材)試驗溫度許用應力189.00MPa設計溫度許用應力t189.00MPa試驗溫度下屈服點s345.00MPa鋼板負偏差C10.30mm腐蝕裕量C21.00mm焊接接頭系數(shù)0.80厚度及重量計算計算厚度==0.18mm有效厚度e=n-C1-C2=6.70mm名義厚度n=8.00mm重量359.85Kg壓力試驗時應力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值pT=1.25p=0.1250MPa壓力試驗允許通過的應力水平TT0.90s=310.50MPa試驗壓力下圓筒的應力T==6.29MPa校核條件TT校核結果合格壓力及應力計算最大允許工作壓力[pw]==3.75695MPa設計溫度下計算應力t==4.53MPat170.10MPa校核條件t≥t結論筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度6.00mm,合格前端管箱筒體計算計算所依據(jù)的標準GB150.3-2023計算條件筒體簡圖計算壓力pc1.90MPa設計溫度t53.00C內徑Di600.00mm材料Q345R(板材)試驗溫度許用應力189.00MPa設計溫度許用應力t189.00MPa試驗溫度下屈服點s345.00MPa鋼板負偏差C10.30mm腐蝕裕量C22.00mm焊接接頭系數(shù)0.80厚度及重量計算計算厚度==3.37mm有效厚度e=n-C1-C2=5.70mm名義厚度n=8.00mm重量23.99Kg壓力試驗時應力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值pT=1.25p=2.3750MPa壓力試驗允許通過的應力水平TT0.90s=310.50MPa試驗壓力下圓筒的應力T==140.21MPa校核條件TT校核結果合格壓力及應力計算最大允許工作壓力[pw]==3.20239MPa設計溫度下計算應力t==100.95MPat170.10MPa校核條件t≥t結論筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度7.00mm,合格前端管箱封頭計算計算所依據(jù)的標準GB150.3-2023計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力pc1.90MPa設計溫度t53.00C內徑Di600.00mm曲面深度hi150.00mm材料Q345R(板材)設計溫度許用應力t189.00MPa試驗溫度許用應力189.00MPa鋼板負偏差C10.30mm腐蝕裕量C22.00mm焊接接頭系數(shù)0.80壓力試驗時應力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值pT=1.25p=2.3750MPa壓力試驗允許通過的應力tT0.90s=310.50MPa試驗壓力下封頭的應力T==139.55MPa校核條件TT校核結果合格厚度及重量計算形狀系數(shù)K==1.0000計算厚度h==3.36mm有效厚度eh=nh-C1-C2=5.70mm最小厚度min=3.00mm名義厚度nh=8.00mm結論滿足最小厚度要求重量27.47Kg壓力計算最大允許工作壓力[pw]==3.21662MPa結論合格后端管箱筒體計算計算所依據(jù)的標準GB150.3-2023計算條件筒體簡圖計算壓力pc1.90MPa設計溫度t53.00C內徑Di600.00mm材料Q345R(板材)試驗溫度許用應力189.00MPa設計溫度許用應力t189.00MPa試驗溫度下屈服點s345.00MPa鋼板負偏差C10.30mm腐蝕裕量C22.00mm焊接接頭系數(shù)0.80厚度及重量計算計算厚度==3.37mm有效厚度e=n-C1-C2=5.70mm名義厚度n=8.00mm重量23.99Kg壓力試驗時應力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值pT=1.25p=2.3750MPa壓力試驗允許通過的應力水平TT0.90s=310.50MPa試驗壓力下圓筒的應力T==140.21MPa校核條件TT校核結果合格壓力及應力計算最大允許工作壓力[pw]==3.20239MPa設計溫度下計算應力t==100.95MPat170.10MPa校核條件t≥t結論筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度7.00mm,合格后端管箱封頭計算計算所依據(jù)的標準GB150.3-2023計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力pc2.00MPa設計溫度t53.00C內徑Di600.00mm曲面深度hi150.00mm材料Q345R(板材)設計溫度許用應力t189.00MPa試驗溫度許用應力189.00MPa鋼板負偏差C10.30mm腐蝕裕量C22.00mm焊接接頭系數(shù)0.80壓力試驗時應力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值pT=1.25p=2.3750MPa壓力試驗允許通過的應力tT0.90s=310.50MPa試驗壓力下封頭的應力T==139.55MPa校核條件TT校核結果合格厚度及重量計算形狀系數(shù)K==1.0000計算厚度h==3.54mm有效厚度eh=nh-C1-C2=5.70mm最小厚度min=3.00mm名義厚度nh=8.00mm結論滿足最小厚度要求重量27.47Kg壓力計算最大允許工作壓力[pw]==3.21662MPa結論合格開孔補強設計計算根據(jù)再沸器換熱的工藝要求及結構需要，需在換熱器上開孔接管，開孔接管如下：接管規(guī)格DN公稱壓力/bar外徑/mm壁厚/mm重量/Kg用途250252731215.45管程出料口200252191010.31管程進料口1502.51594.53.8殼程出料1002.510842.05殼程進料5025573.50.92安全閥接管202.5252.50.21液位計接管202.5252.50.21排氣、排液接管容器開孔時，需考慮開孔對設備強度的削弱作用，一定情況下還需對開孔進行補強，對于以上開孔，只需考慮計算同一開口部位，各壓力狀態(tài)下最大開孔即可。下列計算中N1為管程進料口，N2為殼程出料口。接管:N1,φ273×12計算方法:GB150.3-2023等面積補強法，單孔設計條件簡圖計算壓力pc1.9MPa設計溫度53℃殼體型式橢圓形封頭殼體材料名稱及類型Q345R板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)φ0.8殼體內直徑Di600mm殼體開孔處名義厚度δn8mm殼體厚度負偏差C10.3mm殼體腐蝕裕量C22mm殼體材料許用應力[σ]t189MPa橢圓形封頭長短軸之比2凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角(°)0接管實際外伸長度200mm接管連接型式插入式接管接管實際內伸長度0mm接管材料20(GB9948)接管焊接接頭系數(shù)0.80名稱及類型管材接管腐蝕裕量2mm補強圈材料名稱\凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離\mm補強圈外徑\mm補強圈厚度\mm接管厚度負偏差C1t1.2mm補強圈厚度負偏差C1r\mm接管材料許用應力[σ]t149.94MPa補強圈許用應力[σ]t\MPa開孔補強計算非圓形開孔長直徑255.4mm開孔長徑與短徑之比1殼體計算厚度δ3.4035mm接管計算厚度δt1.5877mm補強圈強度削弱系數(shù)frr0接管材料強度削弱系數(shù)fr0.7933開孔補強計算直徑d255.4mm補強區(qū)有效寬度B510.8mm接管有效外伸長度h155.361mm接管有效內伸長度h20mm開孔削弱所需的補強面積A882mm2殼體多余金屬面積A1578mm2接管多余金屬面積A2634mm2補強區(qū)內的焊縫面積A324mm2A1+A2+A3=1236mm2，大于A，不需另加補強。補強圈面積A4\mm2A-(A1+A2+A3)\mm2結論:合格接管:N2,φ159×4.5計算方法:GB150.3-2023等面積補強法，單孔設計條件簡圖計算壓力pc0.1MPa設計溫度100℃殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型Q345R板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)φ0.8殼體內直徑Di600mm殼體開孔處名義厚度δn8mm殼體厚度負偏差C10.3mm殼體腐蝕裕量C21mm殼體材料許用應力[σ]t189MPa接管軸線與筒體表面法線的夾角(°)0凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角(°)接管實際外伸長度200mm接管連接型式插入式接管接管實際內伸長度0mm接管材料10(GB9948)接管焊接接頭系數(shù)0.8名稱及類型管材接管腐蝕裕量1mm補強圈材料名稱\凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離\mm補強圈外徑\mm補強圈厚度\mm接管厚度負偏差C1t0.45mm補強圈厚度負偏差C1rmm接管材料許用應力[σ]t121MPa補強圈許用應力[σ]t\MPa開孔補強計算非圓形開孔長直徑152.9mm開孔長徑與短徑之比1殼體計算厚度δ0.1764mm接管計算厚度δt0.062mm補強圈強度削弱系數(shù)frr0接管材料強度削弱系數(shù)fr0.6402開孔補強計算直徑d152.9mm補強區(qū)有效寬度B305.8mm接管有效外伸長度h126.231mm接管有效內伸長度h20mm開孔削弱所需的補強面積A27mm2殼體多余金屬面積A1983mm2接管多余金屬面積A2100mm2補強區(qū)內的焊縫面積A39mm2A1+A2+A3=1092mm2，大于A，不需另加補強。補強圈面積A4\mm2A-(A1+A2+A3)\mm2結論:合格兼作法蘭固定式管板計算設計計算條件簡圖設計壓力ps0.1MPa設計溫度Ts100平均金屬溫度ts100裝配溫度to15殼材料名稱Q345R設計溫度下許用應力[]t189Mpa程平均金屬溫度下彈性模量Es1.97e+05Mpa平均金屬溫度下熱膨脹系數(shù)s1.153e-05mm/mm圓殼程圓筒內徑Di600mms8mmse6.7mm筒殼體法蘭設計溫度下彈性模量Ef’1.97e+05MPa殼程圓筒內直徑橫截面積A=0.25Di22.827e+05mm2殼程圓筒金屬橫截面積As=s(Di+s)1.277e+04mm2管設計壓力pt1.9MPa箱設計溫度Tt53圓材料名稱Q345R筒設計溫度下彈性模量Eh1.994e+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)h21mm管箱圓筒厚度he19mm管箱法蘭設計溫度下彈性模量Et”1.994e+05MPa材料名稱10(GB9948)換管子平均溫度tt53設計溫度下管子材料許用應力[]tt121MPa設計溫度下管子材料屈服應力st181MPa熱設計溫度下管子材料彈性模量Ett1.97e+05MPa平均金屬溫度下管子材料彈性模量Et1.994e+05MPa平均金屬溫度下管子材料熱膨脹系數(shù)t1.114e-05mm/mm管管子外徑d25mm管子壁厚t2mm管子根數(shù)n245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L3000mm管子有效長度(兩管板內側間距)L12914mm管束模數(shù)Kt=Etna/LDi4037MPa管子回轉半徑8.162mm熱管子受壓失穩(wěn)當量長度lcr495mm系數(shù)Cr=146.6比值lcr/i60.64管子穩(wěn)定許用壓應力()MPa管管子穩(wěn)定許用壓應力()71.78MPa材料名稱16MnⅡ設計溫度tp100管設計溫度下許用應力178MPa設計溫度下彈性模量Ep1.97e+05MPa管板腐蝕裕量C23mm管板輸入厚度n43mm管板計算厚度36mm隔板槽面積(包括拉桿和假管區(qū)面積)Ad0mm2板管板強度削弱系數(shù)0.4管板剛度削弱系數(shù)0.4管子加強系數(shù)K=4.505管板和管子連接型式脹接，開槽管板和管子脹接(焊接)高度l40mm脹接許用拉脫應力[q]4MPa焊接許用拉脫應力[q]MPa

管材料名稱16MnⅡ管箱法蘭厚度42mm法蘭外徑760mm箱基本法蘭力矩2.773e+07Nmm管程壓力操作工況下法蘭力3.318e+07Nmm法蘭寬度80mm法比值0.03167比值0.07系數(shù)(按h/Di,/Di,查<<GB151-2023>>圖25)0.00蘭系數(shù)”(按h/Di,/Di,查<<GB151-2023>>圖26)0.00562旋轉剛度104.1MPa材料名稱16MnⅡ殼殼體法蘭厚度43mm法蘭外徑760mm體法蘭寬度80mm比值0.01117法比值0.07167系數(shù),按h/Di,/Di,查<<GB151-2023>>圖250.00蘭系數(shù),按h/Di,/Di,查<<GB151-2023>>圖260.0006302旋轉剛度21.72MPa法蘭外徑與內徑之比1.267殼體法蘭應力系數(shù)Y(按K查<<GB150－2023>>表7-9)8.349旋轉剛度無量綱參數(shù)0.004226膨脹節(jié)總體軸向剛度0N/mm

管板第一彎矩系數(shù)(按,查<<GB151-2023>>圖27)0.2494系系數(shù)13.19系數(shù)(按查<<GB151－98>>圖29)2.874換熱管束與不帶膨脹節(jié)殼體剛度之比2.806數(shù)換熱管束與帶膨脹節(jié)殼體剛度之比管板第二彎矩系數(shù)(按K,Q或查<<GB151-2023>>圖28(a)或(b))2.714系數(shù)（帶膨脹節(jié)時代替Q）0.004908計系數(shù)(按K,Q或Qex查圖30)0.01008法蘭力矩折減系數(shù)0.2954管板邊緣力矩變化系數(shù)1.984算法蘭力矩變化系數(shù)0.414管管板開孔后面積Al=A-0.25nd21.625e+05mm2板參管板布管區(qū)面積(三角形布管)(正方形布管)2.173e+05mm2數(shù)管板布管區(qū)當量直徑526mm系數(shù)0.5747系系數(shù)0.2179數(shù)系數(shù)4.373計系數(shù)(帶膨脹節(jié)時代替Q)6.414算管板布管區(qū)當量直徑與殼體內徑之比0.8766管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度k=K(1-t)0.5559僅有殼程壓力Ps作用下的危險組合工況(Pt=0)不計溫差應力計溫差應力換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差=(t-t)-(t-t)0.0-0.0005566當量壓力組合0.10.1MPa有效壓力組合0.4373-23.74MPa基本法蘭力矩系數(shù)0.6504-0.01198管板邊緣力矩系數(shù)0.6601-0.002246管板邊緣剪力系數(shù)8.708-0.02963管板總彎矩系數(shù)2.460.1741系數(shù)僅用于時0.65990.04671系數(shù)當時,按K和m查圖31(a)實線當時,按K和m查圖31（b）1.3730.252系數(shù)>0,=,<0,=1.3730.252管板徑向應力系數(shù)帶膨脹節(jié)Q為Q=0.58670.01076管板布管區(qū)周邊處徑向應力系數(shù)=0.7050.004987管板布管區(qū)周邊處剪切應力系數(shù)=0.42730.04271殼體法蘭力矩系數(shù)0.1901-0.005571計算值許用值計算值許用值管板徑向應力102.41.52671023534MPa管板布管區(qū)周邊處徑向應力87.161.526751.633534MPa管板布管區(qū)周邊剪切應力3.9230.589-21.281.5267MPa

殼體法蘭應力611.526797.033534MPa換熱管軸向應力8.07712171.7857.18336371.78MPa殼程圓筒軸向應力9.512170.1-51.61510.3MPa換熱管與管板連接拉脫應力q=0.3715[q]42.633[q]焊接[q]脹接4MPa僅有管程壓力Pt作用下的危險組合工況(Ps=0)不計溫差應力計溫差應力換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差=(t-t)-(t-t)0.0-0.0005566當量壓力組合-2.314-2.314MPa有效壓力組合-12.19-36.36MPa操作情況下法蘭力矩系數(shù)-0.02793-0.009359管板邊緣力矩系數(shù)-0.02793-0.009359管板邊緣剪力系數(shù)-0.3684-0.1235管板總彎矩系數(shù)-1.188-0.09775系數(shù)僅用于時0.31870.02622系數(shù)當時,按K和m查圖31（a）實線當時,按K和m查31（b)1.0420.3836系數(shù)>0,=;<0,=1.0420.3836管板徑向應力系數(shù)帶膨脹節(jié)Q為Q=0.028980.0148

管板布管區(qū)周邊處徑向應力系數(shù)=-0.02215-0.002529管板布管區(qū)周邊處剪切應力系數(shù)=0.02780.03858殼體法蘭力矩系數(shù)-0.01316-0.007672計算值許用值計算值許用值管板徑向應力140.91.5267214.83534MPa管板布管區(qū)周邊處徑向應力121.71.5267157.73534MPa管板布管區(qū)周邊剪切應力-7.1110.589-29.451.5267MPa殼體法蘭應力117.61.5267204.73534MPa換熱管軸向應力27.8512171.7884336371.78MPa程圓筒軸向應力24.83170.1-29.34510.3MPa換熱管與管板連接拉脫應力q=1.281[q]43.8643[q]焊接[q]脹接4MPa計算結果管板名義厚度43mm管板校核通過換熱管內壓計算計算單位計算條件換熱管簡圖計算壓力Pc1.90MPa設計溫度t100.00C外徑Do25.00mm材料10(GB9948)(管材)試驗溫度許用應力124.00MPa設計溫度許用應力t121.00MPa鋼板負偏差C10.00mm腐蝕裕量C20.00mm焊接接頭系數(shù)0.8厚度及重量計算計算厚度==0.19mm有效厚度e=n-C1-C2=2.00mm名義厚度n=2.00mm重量3.40Kg壓力及應力計算最大允許工作壓力[Pw]==21.04348MPa設計溫度下計算應力t==10.93MPat121.00MPa校核條件t≥t結論換熱管內壓計算合格

換熱管外壓計算計算單位計算條件換熱管簡圖計算壓力Pc-0.10MPa設計溫度t100.00C外徑D25.00mm材料名稱10(GB9948)(管材)試驗溫度許用應力124.00MPa設計溫度許用應力t121.00MPa鋼板負偏差C10.00mm腐蝕裕量C20.00mm焊接接頭系數(shù)0.8厚度及重量計算計算厚度=0.14mm有效厚度e=n-C1-C2=2.00mm名義厚度n=2.00mm外壓計算長度LL=3000.00mm外徑DoDo=25.00mmL/Do120.00Do/e12.50A值A=0.0077070B值B=125.76MPa重量3.40kg壓力計算許用外壓力當時，=14.77675MPa當時，=結論換熱管外壓計算合格管箱法蘭計算設計條件簡圖設計壓力p1.900MPa計算壓力pc1.900MPa設計溫度t53.0C軸向外載荷F0.0N外力矩M0.0N.mm殼材料名稱Q345R體許用應力189.0MPa法材料名稱16MnⅡ許用[]f178.0MPa蘭應力[]178.0MPa螺栓材料名稱Q235許用[]b212.0MPa應力[]202.5MPa公稱直徑24.0mm螺栓根徑d120.8mm數(shù)量n24個Di600.0Do760.0墊結構尺寸Db715.0D外665.0D內615.0δ016.0mmLe22.5LA31.5h35.0δ126.0材料類型軟墊片N25.0m2.25y(MPa)15.2壓緊面形狀1a,1bb8.94DG647.1片b0≤6.4mmb=b0b0≤6.4mmDG=(D外+D內)/2b0>6.4mmb=2.53b0>6.4mmDG=D外-2b螺栓受力計算預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WaWa=πbDGy=276405.6N操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WpWp=Fp+F=780362.5N所需螺栓總截面積AmAm=max(Ap,Aa)=3853.4mm2實際使用螺栓總截面積AbAb==8117.5mm2力矩計算操FD=0.785pc=536940.0NLD=LA+0.5δ1=44.5mmMD=FDLD=23893830.0N.mm作FG=Fp=155399.5NLG=0.5(Db-DG)=33.9mmMG=FGLG=5275017.0N.mmMpFT=F-FD=87628.1NLT=0.5(LA+1+LG)=45.7mmMT=FTLT=4006569.8N.mm外壓:Mp=FD(LD-LG)+FT(LT-LG);內壓:Mp=MD+MG+MTMp=33175416.0N.mm預緊MaW=1268912.8NLG=33.9mmMa=WLG=43073096.0N.mm計算力矩Mo=Mp與Ma[]ft/[]f中大者Mo=43073096.0N.mm

螺栓間距校核實際間距=93.6mm最小間距56.0(查GB150-2023表7-3)mm最大間距139.6mm形狀常數(shù)確定97.98h/ho=0.4K=Do/DI=1.2671.6由K查表7-9得T=1.811Z=4.309Y=8.349U=9.175整體法蘭查圖7-3和圖7-4FI=0.86564VI=0.325840.00883松式法蘭查圖7-5和圖7-6FL=0.00000VL=0.000000.00000查圖7-7由1/o得f=1.16943整體法蘭=706238.9松式法蘭=0.00.1ψ=δfe+1=1.37=/T=0.761.49=0.86剪應力校核計算值許用值結論預緊狀態(tài)0.00MPa操作狀態(tài)0.00MPa輸入法蘭厚度δf=42.0mm時,法蘭應力校核應力性質計算值許用值結論軸向應力144.11MPa=267.0或=472.5()校核合格徑向應力70.59MPa=178.0校核合格切向應力35.62MPa=178.0校核合格綜合應力=107.35MPa=178.0校核合格剛度系數(shù)0.566校核合格法蘭校核結果校核合格結論本設計說明書根據(jù)前期的工藝計算結果，對丙烯丙烷精餾塔的立式熱虹吸再沸器進行結構工藝設計和強度計算，包括對換熱管、管板、換熱管與管板連接形式、折流板形式、支座形式、接管、安全閥形式等的選擇，和對筒體、管箱、封頭、管板、開孔、法蘭等結構的強度計算與校核。本再沸器所設計計算的所有零部件列于下表：序號名稱材料規(guī)格數(shù)量備注1筒體Q345Rφ600×81L=30002標準橢圓封頭Q345Rφ600×823管箱筒節(jié)Q345Rφ600×82L=2004管箱法蘭16MnⅡDN60025上管板16MnⅡφ6001C=436下管板16MnⅡφ6001C=437墊片石棉橡膠D