畢業(yè)論文-浮頭釜式再沸器設(shè)計(jì)

浮頭釜式再沸器設(shè)計(jì)前言換熱器在目前化工、石油、食品、冶金等行業(yè)已成為必不可少的重要設(shè)備，是用于將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器為工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域至關(guān)重要的一環(huán)，它的性能對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及工藝流程的經(jīng)濟(jì)性可靠性起著重要的作用。節(jié)能減排成為我國(guó)“十二五”期間重要戰(zhàn)略舉措，高效節(jié)能換熱器的研究值得我們共同關(guān)注。隨著制造技術(shù)、材料技術(shù)的飛速發(fā)展以及傳熱理論研究的不斷進(jìn)步，換熱器的種類越來(lái)越多，衍生出適用于不同介質(zhì)、不同工況、不同壓力和溫度下的各種換熱器，結(jié)構(gòu)型式也大有不同，其中管殼式換熱器由于結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，操作可靠性高，且能在高溫、高壓下使用，成為目前應(yīng)用最為廣泛的類型。再沸器屬于管殼式換熱器的一種，被廣泛地用于石油化工裝置上，如煉油廠氣體精餾裝置塔底再沸器、天然氣凈化廠脫硫裝置再生塔底再沸器。再沸器與精餾塔合用是石油化工企業(yè)常見(jiàn)的組合工藝裝置，再沸器安裝在精餾塔底部，通過(guò)再沸器加熱塔底(蒸餾釜)的液體，使其部分汽化并成為上升蒸汽，為精餾塔的精餾段、提餾段以及塔板汽液兩相傳熱傳質(zhì)提供所需的熱量。目前常用的再沸器為釜式再沸器和虹吸式再沸器。釜式再沸器是主要由一個(gè)可抽出的管束和一個(gè)擴(kuò)大部分的殼體組成，殼程擴(kuò)大部分空間作為氣液分離的空間。優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，維護(hù)和清洗方便，操作彈性大，可在真空下操作，缺點(diǎn)是換熱系數(shù)小，殼體容積大，占地面積大，造價(jià)高，物料停留時(shí)間長(zhǎng)易結(jié)垢，造價(jià)較高。釜式再沸器的最佳應(yīng)用場(chǎng)合是低壓、窄沸點(diǎn)范圍以及小溫差或大溫差條件下的潔凈流體，對(duì)于近臨界壓力的條件，盡管殼體較大，造價(jià)高，但性能較為可靠[6]。管殼式換熱器主要有固定端管板式，U型管式和浮頭式，采用浮頭式設(shè)計(jì)是考慮到拆卸方便，清洗方便，適用于管子和殼體間溫差較大工況的優(yōu)點(diǎn)。由于釜式再沸器的結(jié)構(gòu)的特殊性，整臺(tái)設(shè)備需精心設(shè)計(jì)，做到既滿足工藝要求，又能方便操作檢修，還要保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文介紹了釜式再沸器的結(jié)構(gòu)和工作原理，然后通過(guò)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)，確定了再沸器設(shè)計(jì)過(guò)程和主要零部件的設(shè)計(jì)方法。首先確定了釜式再沸器的總體結(jié)構(gòu)，確定各零部件的材料，完成了殼體、管箱、換熱管管束、浮頭蓋、管板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。然后對(duì)主要零部件進(jìn)行了強(qiáng)度計(jì)算，包括殼體的強(qiáng)度校核，管板的應(yīng)力校核，接管開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，筒體應(yīng)力校核以及壓降校核。最后提出了設(shè)備的制造、檢驗(yàn)和安裝的技術(shù)要求。

2文獻(xiàn)綜述2.1再沸器工作原理及分類再沸器是安裝在石油化工裝置底部或側(cè)面的熱交換器，用來(lái)將一部分塔底液相產(chǎn)物汽化返回塔內(nèi)作氣相回流，使得塔內(nèi)氣液兩相間的接觸傳質(zhì)得以進(jìn)行，同時(shí)提高蒸餾過(guò)程所需的熱量，又稱重沸器。工業(yè)用再沸器主要有釜式、虹吸式、強(qiáng)制循環(huán)式和內(nèi)置式等型式，不同型式的再沸器有不同的傳熱原理。根據(jù)塔底再沸器內(nèi)載有熱量的介質(zhì)的流向不同可以將塔底再沸器分為軸向流和交叉流兩種。在軸向再沸器中，沸騰的載熱蒸汽、氣體或者液體順著軸向流動(dòng)，熱量載體與塔底產(chǎn)物的熱量交換主要在管程進(jìn)行，而在交叉流塔底再沸器中，這些熱量交換則全部在殼程進(jìn)行。常見(jiàn)的軸向流再沸器為立式熱虹吸再沸器、強(qiáng)制流動(dòng)再沸器；交叉流再沸器在形式上則主要包括內(nèi)置式、釜式及水平熱虹吸式。2.1.1釜式再沸器圖2-1是釜式再沸器的結(jié)構(gòu)示意圖，其由大端和小端殼體組成，通過(guò)斜錐殼連接，內(nèi)有一個(gè)可抽出的管束，一般管程走加熱介質(zhì)，殼程為被加熱介質(zhì)，管束末端設(shè)置一個(gè)擋板來(lái)保證管束能全部浸沒(méi)在液體之中，外側(cè)空間作為出料液體的緩沖區(qū)，殼體擴(kuò)大部分是蒸發(fā)空間，蒸發(fā)空間大小由產(chǎn)氣量和所需的蒸汽品質(zhì)決定。圖2-1釜式再沸器2.1.2熱虹吸式再沸器熱虹吸式再沸器的原理是精餾塔底的液體進(jìn)入再沸器被加熱汽化，變成氣液混合物則密度減小，進(jìn)入精餾塔內(nèi)進(jìn)行氣液分離，氣體進(jìn)入塔頂，液體進(jìn)入塔底，利用兩側(cè)的密度差使得塔底的液體不斷地被吸入再沸器，形成自然循環(huán)。虹吸式再沸器分為兩類：立式和臥式，通常管內(nèi)蒸發(fā)采用立式，殼程蒸發(fā)采用臥式。煉油工業(yè)約95%使用臥式熱虹吸，而化工行業(yè)約95%采用立式熱虹吸，型式的選用與裝置規(guī)模及介質(zhì)的結(jié)垢性有關(guān)，也與使用習(xí)慣有關(guān)。2.1.3強(qiáng)制循環(huán)式再沸器強(qiáng)制循環(huán)式再沸器依靠外部泵提供動(dòng)力使流體循環(huán)運(yùn)動(dòng)，也有立式和臥式之分。由于流速快，物料停留時(shí)間短，在易結(jié)垢和黏度較大的流體中使用有較好的效果。但缺點(diǎn)是泵造價(jià)高且能源消耗較大。2.1.4內(nèi)置式再沸器將管束直接插入塔底液池之中，不需要?dú)んw和配管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易清洗，但液體循環(huán)差，不適用于易結(jié)垢流體且使用時(shí)對(duì)塔直徑有一定要求，設(shè)計(jì)原則與釜式再沸器類似。2.2國(guó)內(nèi)浮頭釜式再沸器的研究現(xiàn)狀周濤，徐東等人研究了浮頭式換熱器的失效和故障，分析得到常見(jiàn)浮頭式換熱器發(fā)生各種失效和故障的原因，使用殘骸分析法和金相分析法來(lái)對(duì)換熱器進(jìn)行失效分析[3]。陶彩虹采用有限元軟件ANSYS對(duì)不同錐角的斜錐殼應(yīng)力分布和應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行了分析，將分析結(jié)果與GB150常規(guī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)條款進(jìn)行比較，探討GB150標(biāo)準(zhǔn)中錐殼結(jié)構(gòu)的錐角限定條件[4]。劉進(jìn)榮等人通過(guò)對(duì)管束殼側(cè)循環(huán)流動(dòng)沸騰傳熱的分析，提出了管束沸騰傳熱的薄層蒸發(fā)傳熱增強(qiáng)貢獻(xiàn)的計(jì)算公式，建立了釜式再沸器殼側(cè)循環(huán)流動(dòng)與管束傳熱的分格模型，利用此模型，對(duì)管束傳熱系數(shù)及循環(huán)流速進(jìn)行了模擬計(jì)算[5]。程立新在研究中詳細(xì)分析了各種再沸器的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用的場(chǎng)合，對(duì)再沸器的設(shè)計(jì)作了簡(jiǎn)介，對(duì)再沸器的研究動(dòng)向和技術(shù)改造進(jìn)行了討論[6]。周偉通過(guò)對(duì)GB150中所列計(jì)算公式的分析，說(shuō)明了封頭焊入深度對(duì)浮頭計(jì)算厚度的影響，然后又給出了確定該參數(shù)的一般原則和方法[7]。2.3國(guó)外浮頭釜式再沸器的研究現(xiàn)狀DavidA.McNeil基于建立的孔隙率和管壁力的相關(guān)性，介紹了一種釜式再沸器的二維模型，并且通過(guò)R113和正戊烷釜式再沸器在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下對(duì)一定范圍的熱通量下的壓降測(cè)量來(lái)證實(shí)此種仿真模型的可行性[8]。C.Nadarajah探討了換熱器浮頭內(nèi)使用的傳統(tǒng)單開口墊環(huán)的設(shè)計(jì)過(guò)程，認(rèn)為這種設(shè)計(jì)方法過(guò)于保守而給出了一種更好的設(shè)計(jì)方法，即在管板背面安裝一個(gè)鍵，使用有限元分析評(píng)估了設(shè)計(jì)流程來(lái)確定獲得最佳設(shè)計(jì)的因素和規(guī)范公式設(shè)計(jì)中保守/非保守量的數(shù)量[9]。Cornwell對(duì)管束沸騰傳熱的特性進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究，采用大型模擬再沸器以R113為介質(zhì)，繪制出管束沸騰傳熱系數(shù)的等線圖，得到管束殼側(cè)傳熱系數(shù)由下至上是逐漸增大的，以管束中同一列管而言，管位越高則傳熱系數(shù)越大[10]。NakajimaK等人在滿液式蒸發(fā)器水平管束沸騰傳熱實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，首次地將池式核沸騰的薄層蒸發(fā)傳熱理論推廣應(yīng)用于管束沸騰，認(rèn)為在水平管束中上升氣泡和加熱壁面間（邊界層內(nèi)）可形成一極薄液層，由加熱壁面間通過(guò)此薄層以熱傳導(dǎo)方式向氣泡傳遞熱量[11]。BurnsideBM對(duì)釜式再沸器內(nèi)液體和蒸汽分離問(wèn)題的影響進(jìn)行了描述和討論，并且對(duì)于由研究數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)全規(guī)模的釜式再沸器和水平再循環(huán)蒸發(fā)器進(jìn)行了討論[12]。3浮頭釜式再沸器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)條件現(xiàn)設(shè)計(jì)一臺(tái)浮頭釜式再沸器，殼程介質(zhì)為丁醇、乙醇、丙醇等，管程介質(zhì)為水蒸汽；管程設(shè)計(jì)壓力為0.5MPa，工作壓力0.4Mpa，管程設(shè)計(jì)壓力3.2MPa，工作壓力2.9MPa；殼程設(shè)計(jì)溫度150℃，工作溫度進(jìn)口為105℃，出口135℃，管程設(shè)計(jì)溫度160℃，工作溫度進(jìn)口145℃，出口110℃。要求設(shè)計(jì)換熱面積50m2。3.2換熱管選擇與排列形式確定國(guó)內(nèi)常用換熱管有φ25和φ19兩種，小管徑可使單位體積的傳熱面積增大，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)約金屬，但小管徑流體阻力大，不便清洗，易結(jié)構(gòu)堵塞。本設(shè)計(jì)采用φ25×2.5的無(wú)縫鋼管，換熱管材料選擇20號(hào)鋼。管長(zhǎng)的選則是以清洗方便和合理使用管材為準(zhǔn)。換熱管長(zhǎng)度推薦采用：1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，4.5，6.0，7.5，9.0，12.0m，本設(shè)計(jì)采用管長(zhǎng)4.5m。換熱管的排列形式主要有正三角形、正方形、轉(zhuǎn)角正三角形、轉(zhuǎn)角正方形，其結(jié)構(gòu)形式如圖3-1所示。圖3-1管子的基本排列型式與正方形相比，等邊三角形排列比較緊湊，管外流體湍流程度高，給熱系數(shù)大，故本設(shè)計(jì)的換熱器換熱管的排列方式采用正三角形排列。3.3筒體材料選擇與直徑確定3.3.1材料選擇本設(shè)計(jì)再沸器管程介質(zhì)為水蒸氣，殼程介質(zhì)為乙醇、丙醇、丁醇等，管程壓力為3.2MPa，殼程壓力為0.5MPa，筒體材料除了要滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求外，由于在制造過(guò)程中經(jīng)過(guò)卷板、沖壓和焊接等工序，還需要有一定的塑性和可焊性。本設(shè)計(jì)采用Q345R作為再沸器主要承壓元件。Q345R是屈服強(qiáng)度為345MPa的壓力容器專用鋼板，壓力容器常用材料。它的強(qiáng)度較高，塑性韌性良好，具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能。磷、硫含量略低于普Q345鋼，除抗拉強(qiáng)度、延伸率要求比普通Q345鋼有所提高外，還要求保證沖擊韌性[1]。3.3.2筒體直徑確定設(shè)計(jì)要求換熱面積為m2，選取傳熱管尺寸為φ25×2.5，管長(zhǎng)mm，計(jì)算初選管數(shù)n： （3-1）式中：d0——換熱管外徑；換熱管排列形式選取正三角形排列，查GB151中表12得25mm換熱管中心距t=32mm，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距S=44mm。為保證殼體內(nèi)徑的可靠，采取按比例在管板上畫出隔板位置，并進(jìn)行排管的方法，布管圖如圖3-2，當(dāng)布管148根時(shí)，管束最大外徑為448mm。殼體公稱直徑大于400mm時(shí)，換熱器公稱直徑以400mm為基數(shù)，以100mm為晉級(jí)檔，初選小端殼體內(nèi)徑500mm，繼續(xù)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)浮動(dòng)管板密封設(shè)計(jì)空間不足，故選取小端殼體內(nèi)徑600mm，后續(xù)設(shè)計(jì)結(jié)果表明可以保證浮頭抽裝順且剛好留有浮頭蓋密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)空間，最終確定小端殼體內(nèi)徑600mm，換熱管布管n=148根，驗(yàn)算實(shí)際換熱面積：m2（3-2）實(shí)際換熱面積大于設(shè)計(jì)換熱面積，符合設(shè)計(jì)要求。圖3-2換熱管排布圖一般帶蒸發(fā)空間的釜式再沸器的筒體大端直徑為小端直徑的1.5~2倍，本設(shè)計(jì)選取大端殼體直徑為1000mm。3.4管箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管箱是管程流體進(jìn)出口流道空間，其作用是將進(jìn)口流體均勻分布到管束的各換熱管中，再將換熱后的管內(nèi)流體匯集送出換熱器。在多管程換熱器中，管箱還起到改變流體流向的作用。管箱結(jié)構(gòu)有A型平蓋管箱和B型封頭管箱，A型管箱裝有平板蓋（或稱盲板），檢查清洗時(shí)只要拆開盲板即可，不需拆卸整個(gè)管箱和相連的管路。缺點(diǎn)是盲板加工用材多，并增加一道法蘭密封。B型管箱端蓋采用橢圓形封頭焊接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造，適合高壓，清潔介質(zhì)，可用于單程或多程管箱。本設(shè)計(jì)采用B型封頭管箱，采用兩管程，結(jié)構(gòu)如圖3-3所示[13]。圖3-3B型封頭管箱出于制造方便，管箱法蘭和其與筒體連接的法蘭選相同法蘭。由于殼體小端內(nèi)徑為600mm，參照J(rèn)B/T4703-2000選取相同的長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭FM-600-4.0，法蘭材料選取16MnⅡ級(jí)鍛件。與法蘭配套使用M24×250JB/T4707-2000螺柱30根，以及M24×260帶肩雙頭螺柱2根，材料選用40Cr。已知法蘭FM-600-4.0JB/T4703-2000的長(zhǎng)度為120mm，管程進(jìn)口接管采用的接管，接管距封頭焊縫96mm，距法蘭焊縫141mm，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭長(zhǎng)度187mm，則管箱總長(zhǎng)度=96+141+187+108+120=652mm。3.5管板結(jié)構(gòu)與連接方式設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中共有兩塊管板，一塊固定端管板，一塊浮動(dòng)管板。管板材料選用16MnⅡ級(jí)鍛件。固定端管板采用通過(guò)墊片與殼體法蘭和管箱法蘭連接的結(jié)構(gòu)，為可拆式管板。另一端浮動(dòng)管板采用延長(zhǎng)部分兼做法蘭結(jié)構(gòu)，與浮頭蓋通過(guò)墊片連接，可自由伸縮。管板與法蘭的密封面為凹凸密封面，螺柱拆卸后管程和殼程都可以拆下清洗。管板尺寸的確定先依據(jù)設(shè)計(jì)壓力、殼體內(nèi)徑來(lái)選擇容器法蘭，然后根據(jù)法蘭的結(jié)構(gòu)確定管板的最大外徑、密封面位置、寬度。由于采用兩管程結(jié)構(gòu)，需在固定端管板上開分程隔板槽，槽寬12mm，槽深4mm。換熱管與管板的連接方式有強(qiáng)度焊接、強(qiáng)度脹接和脹焊并用等形式。本設(shè)計(jì)采用強(qiáng)度焊接，強(qiáng)度焊接是指保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度的焊接。優(yōu)點(diǎn)是焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)，在高溫高壓下能保持連續(xù)的緊密型。管板孔加工要求低，不需開槽，管子端部不需退火和磨光，制造加工較簡(jiǎn)單[13]。公稱直徑小于或等于800mm時(shí)，在固定端管板設(shè)兩個(gè)防松支耳，固定端管板連接圖如圖3-4。圖3-4固定端管板連接圖3.6浮頭型式選擇標(biāo)準(zhǔn)浮頭有S型鉤圈式浮頭和T型可抽式浮頭兩種，本設(shè)計(jì)采用T型可抽式浮頭，由浮動(dòng)管板和球冠形封頭依靠螺柱連接。主要是考慮到釜式再沸器的管束和浮頭都是從一端插入，若采用S型鉤圈式浮頭結(jié)構(gòu)，則浮頭尺寸過(guò)大，無(wú)法安裝與拆卸。因此，從安裝使用角度考慮，選擇T型可抽式浮頭。3.7折流板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)折流板的作用是用來(lái)提高殼程流體流速，迫使流體橫向流過(guò)管束，增加湍動(dòng)程度，以提高管間對(duì)流傳熱效率，也起到支撐管束的作用。常用折流板的形式有弓形和圓盤-圓環(huán)形兩種。弓形折流板有單弓形、雙弓形和三弓形三種，本設(shè)計(jì)折流板選用單弓形折流板。臥式換熱器、冷凝器和重沸器的殼程介質(zhì)為氣、液相共存或液體中含有固體物料時(shí)，折流板缺口應(yīng)垂直左右布置，并在折流板最低處開通液口，本設(shè)計(jì)即采用這種結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-5所示。圖3-5折流板布置方式折流板一般應(yīng)按等間距布置，最小間距一般不小于殼體內(nèi)徑的20%，且不得大于殼體內(nèi)徑[2]。由于換熱管總長(zhǎng)為4500mm，取折流板間距600mm，計(jì)算得到需要7塊折流板，第一塊折流板距固定端管板端面384mm。折流板的安裝固定通過(guò)拉桿和定距管來(lái)是實(shí)現(xiàn)。折流板弦高按0.25倍內(nèi)直徑確定后，考慮折流板制造中可能產(chǎn)生的管孔變形而影響換熱管的穿入，將該尺寸調(diào)整到使被切除管孔保留到小于1/2孔位，確定mm。折流板材料選擇Q235-A，查文獻(xiàn)13表4-3得折流板最小厚度為5mm，本設(shè)計(jì)取折流板厚度為6mm，折流板名義外徑為mm。3.8拉桿、定距管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)拉桿均勻布置在管束的外邊緣，拉桿數(shù)量根據(jù)公稱直徑600mm選用4根拉桿，拉桿直徑根據(jù)25mm換熱管外徑選取16mm。拉桿定距管結(jié)構(gòu)選用拉桿一端用螺紋擰入管板，每?jī)蓧K折流板的間距用定距管固定，最后一塊折流板用兩個(gè)螺母鎖緊固定。3.9支座選擇3.9.1重量計(jì)算設(shè)備自重再沸器均由碳素鋼和低合金鋼制成，取密度為kg/m3。管箱短節(jié)長(zhǎng)mm，短節(jié)質(zhì)量約為kg(3-3)筒體長(zhǎng)度為mm，筒體質(zhì)量約為kg(3-4)斜錐殼平均直徑取620mm，斜錐殼質(zhì)量約為kg(3-5)固定端管板厚60mm，外徑664mm，開孔面積mm2,則固定端管板質(zhì)量約為：kg(3-6)浮動(dòng)管板厚50mm，外徑590mm，開孔面積mm2,則浮動(dòng)管板質(zhì)量約為：kg(3-7)換熱管質(zhì)量約為：kg(3-8)封頭質(zhì)量查GB/T25198-2010得管箱封頭質(zhì)量為kg，大端封頭質(zhì)量為kg，容器法蘭查JB/T4703-2000得質(zhì)量為kg，浮頭法蘭厚70mm，外徑590mm，內(nèi)徑471mm，質(zhì)量約為：kg(3-9)接管法蘭與接管總質(zhì)量約為kg其余附件總質(zhì)量取kg。設(shè)備總重(3-10)物料重量管程物料體積約為V1=0.3754m3，密度為kg/m3，則管程物料質(zhì)量為：kg(3-11)殼程物料液體只到設(shè)備截面弦高550mm處，其余空間均被氣體充滿，只考慮液體質(zhì)量，殼程液體體積約為m3，密度為，則殼程物料質(zhì)量為：kg(3-12)則物料總質(zhì)量為：kg(3-13)操作工況總重:N(3-14)3.9.2支座型式選擇支座選擇參照J(rèn)B/T4712.1-2007容器支座第1部分：鞍式支座選擇。鞍式支座分為輕型（A型）和重型（B型）兩種，同樣公稱直徑輕型鞍座比重型鞍座承載能力小。再沸器操作工況下共重約51270.3N，充分考慮成本和安全性，本設(shè)計(jì)選擇DN1000mm，120°包角重型帶墊板鞍式支座，允許載荷305KN，材料材料選擇Q235-B，墊板材料與筒體材料相同。對(duì)同一型號(hào)鞍式支座又有固定鞍座（F型）和滑動(dòng)鞍座（S型）兩種，一般成對(duì)使用，以適應(yīng)溫度變化引起的伸縮，減小溫差應(yīng)力。本設(shè)計(jì)選擇靠近大端封頭的鞍座為移動(dòng)端，為了避免在錐殼處布置鞍座，選固定鞍座距容器法蘭1100mm，移動(dòng)支座與封頭切線距離1100mm。3.10滑道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了便于裝配或檢修時(shí)抽裝管束，需要增設(shè)滑道?；赖慕Y(jié)構(gòu)有滑板、滾輪和滑條。TOC\o"1-2"\h\z\u本設(shè)計(jì)采用滑條結(jié)構(gòu)，在折流板外側(cè)焊接2根圓鋼滑條，直徑6mm，對(duì)稱布置，間距60°，長(zhǎng)度從第一塊折流板到最后一塊折流板，約3620mm。另外，還要在殼體底部用角鋼設(shè)置支承導(dǎo)軌，與圓鋼滑條配合使用，長(zhǎng)度從第一塊折流板到浮頭蓋，約4200mm，右端距堰板110mm。支承導(dǎo)軌上有礙滑道通過(guò)的焊接接頭應(yīng)修磨齊平。

4浮頭釜式再沸器強(qiáng)度計(jì)算4.1壁厚計(jì)算4.1.1大端筒體壁厚殼程設(shè)計(jì)溫度為150℃，設(shè)計(jì)壓力為MPa，計(jì)算壓力，選擇Q345R卷制圓筒，大端筒體內(nèi)徑mm。查得，150℃下，材料的許用應(yīng)力為MPa。焊接采用單面焊，100%無(wú)損檢測(cè)，焊縫系數(shù)，腐蝕裕量mm，鋼板負(fù)偏差mm。計(jì)算厚度：mm(4-1)設(shè)計(jì)厚度：mm(4-2)名義厚度：取mm(4-3)有效厚度：mm(4-4)水壓試驗(yàn)壓力：MPa(4-5)材料屈服應(yīng)力：MPa(4-6)水壓試驗(yàn)應(yīng)力：MPa(4-7)水壓試驗(yàn)校核：MPa(4-8)壁厚滿足要求。4.1.2大端封頭壁厚大端封頭選取參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T25198-2010選取EHA型DN1000橢圓封頭，材料與筒體一樣選Q345R。計(jì)算厚度：mm(4-9)名義厚度：取mm(4-10)水壓試驗(yàn)應(yīng)力：MPa(4-11)水壓試驗(yàn)校核：MPa(4-12)壁厚滿足要求。4.1.3錐殼壁厚錐殼壁厚按照GB150-2011中受內(nèi)壓無(wú)折邊錐殼厚度計(jì)算公式計(jì)算，斜錐殼錐角取30°，材料為Q345R。計(jì)算厚度：mm(4-13)名義厚度：(4-14)考慮制造方便和經(jīng)濟(jì)成本，取斜錐殼厚度選取和筒體厚度相同，mm。為了緩解局部應(yīng)力，在錐殼周圍圓弧過(guò)渡。4.1.4管箱壁厚管箱厚度按管箱封頭的計(jì)算厚度，封頭選標(biāo)準(zhǔn)DN600橢圓封頭，焊接為單面焊，全部無(wú)損檢測(cè)，焊縫系數(shù)，材料為Q345R，管程設(shè)計(jì)壓力MPa，計(jì)算壓力，設(shè)計(jì)溫度為160℃，查得160℃下，材料許用應(yīng)力為MPa，腐蝕余量mm，鋼板負(fù)偏差mm。計(jì)算厚度：mm(4-15)名義厚度：(4-16)考慮到制造方便和經(jīng)濟(jì)成本，取管箱壁厚與大端筒體壁厚相同，即取mm。有效厚度：mm(4-17)水壓試驗(yàn)壓力：MPa(4-18)材料屈服應(yīng)力：MPa(4-19)管箱筒體水壓試驗(yàn)應(yīng)力：MPa(4-20)封頭水壓應(yīng)力：MPa(4-21)水壓試驗(yàn)校核：MPa(4-22)管箱壁厚滿足要求。4.2開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算4.2.1接管與管法蘭表4.2為再沸器管口表。表4.2管口表符號(hào)公稱規(guī)格接管尺寸法蘭形式密封面形式用途深出長(zhǎng)度aPN5.0DN100φ108×8SORF水蒸汽進(jìn)口200bPN5.0DN65φ76×6SORF液相出口150cPN1.0DN80φ89×6SORF物料進(jìn)口150dPN1.0DN200φ219×8SORF物料出口200ePN1.0DN40φ45×4SORF排液口150fPN1.0DN50φ57×5SORF備用口150g1-2PN1.0DN20φ25×3.5SORF液位計(jì)接口200h1-4M20×1.5————螺紋溫度計(jì)接口60iPN1.0DN20φ25×3.5SORF壓力表接口150管法蘭選取參照GB/T20592-2009《鋼制管法蘭》（PN系列），材料選用16MnⅡ級(jí)鍛件，接管選取參照GB/T17395-2008《無(wú)縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》，接管材料選取20號(hào)鋼。開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)就是采取適當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)措施將應(yīng)力集中系數(shù)降低到一定范圍的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)均采用等面積補(bǔ)強(qiáng)準(zhǔn)則，即在有效的補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)，殼體除本身內(nèi)壓所需截面積外的多余截面積A不應(yīng)少于開孔所減小的有效截面積A0。參照GB150-2011不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開孔直徑的要求，本設(shè)計(jì)只需要進(jìn)行a、b、c三個(gè)接管的開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。4.2.2管箱進(jìn)口接管（DN100）選取φ108×8的接管，材料為20號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴?，查得設(shè)計(jì)溫度下接管材料的許用應(yīng)力MPa，mm，mm。接管計(jì)算厚度：mm(4-23)有效厚度：mm(4-24)開孔直徑：mm(4-25)接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度：mm(4-26)外伸接管有效補(bǔ)強(qiáng)高度：mm(4-27)強(qiáng)度削弱系數(shù)：(4-28)殼體開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：mm2(4-29)殼體有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積：(4-30)mm2接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積：mm2(4-31)(4-32)考慮焊縫面積，面積是足夠的，故不用補(bǔ)強(qiáng)。4.2.3管箱出口接管（DN65）選取φ76×6的接管，材料為20號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴?，查得設(shè)計(jì)溫度下接管材料的許用應(yīng)力MPa，mm，mm。接管計(jì)算厚度：mm(4-33)有效厚度：mm(4-34)開孔直徑：mm(4-35)接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度：mm(4-36)外伸接管有效補(bǔ)強(qiáng)高度：mm(4-37)強(qiáng)度削弱系數(shù)：(4-38)殼體開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：mm2(4-39)殼體有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積：(4-40)mm2接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積：mm2(4-41)(4-42)考慮焊縫面積，面積是足夠的，故不用補(bǔ)強(qiáng)。4.2.4物料出口接管（DN200）選取φ219×8的接管，材料為20號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴埽榈迷O(shè)計(jì)溫度下接管許用應(yīng)力MPa，mm，mm。接管計(jì)算厚度：mm(4-43)有效厚度：mm(4-44)開孔直徑：mm(4-45)接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度：mm(4-46)外伸接管有效補(bǔ)強(qiáng)高度：mm(4-47)強(qiáng)度削弱系數(shù)：(4-48)殼體開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：mm2(4-49)殼體有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積：(4-50)mm2接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積：mm2(4-51)(4-52)考慮焊縫面積，面積是足夠的，故不用補(bǔ)強(qiáng)。4.3固定端管板強(qiáng)度計(jì)算由前面設(shè)計(jì)得到小端殼體公稱直徑600mm，換熱管外徑mm，換熱管壁厚mm，換熱管根數(shù)n=148，換熱管長(zhǎng)度mm，換熱管失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度mm。由布管圖得到，沿隔板槽一側(cè)的排管數(shù)，換熱管間距mm，管板上管程分隔板槽深mm，換熱管與管板連接采用強(qiáng)度焊，焊高mm。殼體管箱法蘭均采用FM-600-4.0JB/T4703-2000，墊片均采用600-2.5JB/T4704-2000。換熱管使用20號(hào)鋼，管板使用16MnⅡ材料。4.3.1計(jì)算各參數(shù)布管區(qū)無(wú)支撐面積：mm2(4-53)管板布管區(qū)面積：(4-54)布管區(qū)當(dāng)量直徑，mm(4-55)管板開孔后的面積：(4-56)墊片外徑mm，墊片內(nèi)徑mm，密封寬度：mm，mm(4-57)有效密封寬度：mm(4-58)壓緊力中心圓直徑mm(4-59)4.3.2確定管板設(shè)計(jì)壓力對(duì)于浮頭式換熱器，管板兩側(cè)壓力在任何情況下同時(shí)作用，則管板設(shè)計(jì)壓力：MPa(4-60)4.3.3計(jì)算無(wú)量綱數(shù)假設(shè)固定端管板的名義厚度為50mm，材料選用16MnⅡ級(jí)鍛件，查得管板材料的許用應(yīng)力為MPa，換熱管材料的許用應(yīng)力為MPa，管板彈性模量為MPa，換熱管彈性模量為MPa，管板強(qiáng)度削弱系數(shù)，剛度削弱系數(shù)，a為一根換熱管管壁金屬的橫截面積。無(wú)量綱壓力：(4-61)換熱管有效長(zhǎng)度：mm(4-62)管束模數(shù)：MPa(4-63)管束無(wú)量綱剛度：(4-64)計(jì)算系數(shù)：(4-65)(4-66)系數(shù)：(4-67)查GB151-1999圖24，得系數(shù)。4.3.4計(jì)算管板厚度按和查GB151-1999圖23，得系數(shù)。則管板計(jì)算厚度：mm(4-68)管板名義厚度：mm(4-69)管板厚度圓整為60mm。此時(shí)需從新核算換熱管有效長(zhǎng)度，即mm(4-70)(4-71)(4-72)此時(shí)，C值仍為0.59，則管板計(jì)算厚度：mm(4-73)管板名義厚度：mm(4-74)則管板厚度圓整為60mm。4.3.5換熱管軸向應(yīng)力校核換熱管的穩(wěn)定許用應(yīng)力設(shè)計(jì)溫度時(shí)，換熱管材料的屈服點(diǎn)：MPa換熱管回轉(zhuǎn)半徑：mm(4-75)系數(shù)：(4-76)(4-77)則換熱管的穩(wěn)定許用壓應(yīng)力為：MPa(4-78)應(yīng)力校核一般情況下，應(yīng)按下列三種工況分別計(jì)算換熱管軸向應(yīng)力：只有殼程壓力作用下，殼程壓力，當(dāng)量壓力組合為：MPa(4-79)MPa(4-80)，合格。只有管程壓力作用下，殼程壓力，當(dāng)量壓力組合為：MPa(4-81)(4-82)，合格。殼程設(shè)計(jì)壓力和管程設(shè)計(jì)壓力同時(shí)作用，當(dāng)量壓力組合為：MPa(4-83)(4-84)，合格。4.3.6拉脫力校核許用拉脫力：MPa(4-85)軸向應(yīng)力取MPa，焊腳高度mm，則換熱管與管板連接拉脫力：(4-86)結(jié)論：在三種工況下，應(yīng)力校核均合格，因此，取固定端管板厚度為mm，管板外徑為664mm，內(nèi)圓直徑597mm，結(jié)構(gòu)開槽深度4mm。4.4浮動(dòng)管板強(qiáng)度計(jì)算浮動(dòng)管板與小端殼體間隙取為5mm。管板外徑為mm，螺栓布圓直徑為mm，浮頭法蘭內(nèi)徑mm。管板材料為16MnⅡ級(jí)鍛件，在設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力為MPa。墊片參照J(rèn)B/T4706-2000選用G-450-2.5，m=3.75，比壓力y=62MPa。尺寸為墊片外徑mm，墊片內(nèi)徑mm。墊片基本密封寬度：(4-87)有效密封寬度：mm(4-88)墊片壓緊力作用中心圓直徑：mm(4-89)墊片壓緊力力臂：mm(4-90)墊片預(yù)緊力力臂：mm(4-91)中間力臂：mm(4-92)螺栓選用40Cr，常溫下許用應(yīng)力MPa，150℃下許用應(yīng)力MPa。操作狀態(tài)螺栓載荷：(由于管程壓力較大，以管程壓力計(jì)算，下同)(4-93)N預(yù)緊狀態(tài)螺栓載荷：N(4-94)操作狀態(tài)螺栓面積：(4-95)預(yù)緊狀態(tài)螺栓面積：(4-96)取螺栓面積為大者：(4-97)與浮頭法蘭配對(duì)的M20螺栓共36根，間距為47mm，大于最小間距。實(shí)際螺栓面積：mm2(4-98)預(yù)緊狀態(tài)螺栓設(shè)計(jì)載荷：N(4-99)操作狀態(tài)螺栓設(shè)計(jì)載荷：N(4-100)操作壓力法蘭力矩：N(4-101)N(4-102)N(4-103)(4-104)=27171620.42N·mm預(yù)緊法蘭力矩：N·mm(4-105)由螺栓載荷引起的當(dāng)量壓力：MPa(4-106)MPa(4-107)其中：F是與連接方式有關(guān)的系數(shù)，這里取1。管板有效設(shè)計(jì)壓力是的最大者。經(jīng)計(jì)算是最大的。得=4.63MPa。管板厚度計(jì)算：換熱管為三角排列：(4-108)mm(4-109)(4-110)(4-111)因?yàn)?，剪切力不是控制因?shù)，可以不用剪切力設(shè)計(jì)壁厚。因此，浮動(dòng)管板名義厚取mm，取凸面高6mm，管板凸面外徑為503mm，墊片選用G-450-2.5JB/T4706-2000，墊片外徑504mm，內(nèi)徑472mm，墊片厚3mm，螺栓取M20×160-BGB/T4707-2000螺栓36個(gè)。4.5浮頭蓋強(qiáng)度計(jì)算4.5.1球冠形封頭壁厚計(jì)算球冠形封頭材料取Q345R，設(shè)計(jì)溫度下，材料許用應(yīng)力為，許用應(yīng)力MPa。查GB151-1999表46得到殼體內(nèi)直徑為600mm時(shí)取封頭球面半徑mm，分別在管程壓力和殼程壓力作用下進(jìn)行內(nèi)壓和外壓的設(shè)計(jì)計(jì)算。只在管程壓力作用下，按內(nèi)壓公式計(jì)算：由，，查GB150-2011圖5-5，，則封頭計(jì)算厚度為：mm(4-112)腐蝕裕量mm，鋼板負(fù)偏差mm，則名義厚度取mm。只在殼程壓力作用下，按外壓公式計(jì)算。取封頭的有效厚度：mm(4-113)(4-114)查GB150-1998圖4-2，得MPa。許用外壓力：MPa>0.5MPa，滿足要求。因此，封頭厚度取12mm。4.5.2浮頭法蘭強(qiáng)度計(jì)算本設(shè)計(jì)浮頭法蘭外徑為mm，螺栓布圓直徑為mm，內(nèi)徑為mm，法蘭形式為凹面法蘭，凹面深6mm。法蘭材料取16MnⅡ級(jí)鍛件，在設(shè)計(jì)溫度下，許用應(yīng)力為MPa。設(shè)計(jì)使用M20螺栓36根，材料40Cr。常溫下許用應(yīng)力MPa，100℃下許用應(yīng)力MPa。法蘭厚度計(jì)算仍按管程壓力計(jì)算，設(shè)法蘭厚度mm，封頭焊入法蘭深度mm，其中法蘭力在之前已經(jīng)計(jì)算按過(guò)：預(yù)緊狀態(tài)螺栓設(shè)計(jì)載荷：N(4-115)操作狀態(tài)螺栓設(shè)計(jì)載荷：N(4-116)封頭邊緣處球殼中面切線與法蘭環(huán)直徑的夾角：(4-117)操作壓力法蘭力矩：N(4-118)N(4-119)N(4-120)N(4-121)mm(4-122)(4-123)預(yù)緊法蘭力矩：N·mm(4-124)計(jì)算系數(shù)：(4-125)(4-126)(4-127)操作工況下厚度：mm(4-128)預(yù)緊工況下厚度：mm(4-129)法蘭厚度取和之大者，且不小于球冠形封頭名義厚度的兩倍，因此取mm。4.6筒體應(yīng)力校核4.6.1載荷分析支座支反力支座總支撐重量G：N(4-130)支座支反力：N(4-131)(4-132)均布載荷容器受重力作用時(shí)，雙鞍座臥式容器近似看成支承在兩個(gè)鉸支點(diǎn)上手均布載荷的外伸簡(jiǎn)支梁。容器本身的重量和容器內(nèi)物料的重量可假設(shè)為沿容器長(zhǎng)度的均布載荷，本計(jì)算考慮到封頭管箱與大端筒體直徑不同，分別計(jì)算均布載荷：管箱側(cè)物料和管箱自重共4000N，對(duì)橢圓形封頭根據(jù)容積相等的原則，折算為直徑等于管箱直徑，長(zhǎng)度為2/3封頭深度的圓筒，則重量載荷作用的長(zhǎng)度共598mm，均布載荷：N/mm(4-133)斜錐殼當(dāng)做等長(zhǎng)度的直徑1000mm圓筒考慮，大端封頭根據(jù)容積相等的原則，折算為直徑等于筒體直徑，長(zhǎng)度為2/3封頭深度的圓筒，則重量載荷作用的長(zhǎng)度為5160.7mm，筒體側(cè)容器自重和容器內(nèi)物料重量共46033.4N，則均布載荷：N/mm(4-134)豎直剪力和力偶按照力線平移法則，將管箱側(cè)容器自重以及物料對(duì)梁端點(diǎn)的作用用一個(gè)橫向剪力V1和一個(gè)附加力偶M1代替，計(jì)算得到N(4-135)N·mm(4-136)固定端管板對(duì)梁端點(diǎn)的作用用一個(gè)橫向剪力V2和一個(gè)附加力偶M2代替，計(jì)算得到：N(4-137)N·mm(4-138)另外，由于管箱封頭內(nèi)充滿液體，液體靜壓力對(duì)封頭作用一個(gè)水平向外推力，因此液柱靜壓對(duì)梁的端部形成一個(gè)力偶N·mm。因此簡(jiǎn)支梁左端點(diǎn)左側(cè)的受力可合成為一個(gè)橫向V3和一個(gè)附加力偶M3，N(4-139)N·mm(4-140)簡(jiǎn)支梁右端點(diǎn)右側(cè)受大端封頭及封頭內(nèi)物料的作用，用一個(gè)橫向剪力V4和一個(gè)附加力偶M4代替，計(jì)算得到：N(4-141)N·mm(4-142)也考慮液柱靜壓對(duì)梁的端部形成的力偶N·mm。因此簡(jiǎn)支梁右端點(diǎn)右側(cè)的受力可合成為一個(gè)橫向V5和一個(gè)附加力偶M5，N(4-143)N·mm(4-144)受載分析如圖4-1：圖4-1再沸器受載分析圖內(nèi)力分析筒體在固定支座截面處的彎矩為：(4-145)N·mm負(fù)值表示筒體在此截面上上半部受拉伸，下半部受壓縮。筒體在滑動(dòng)支座截面處的彎矩為：(4-146)N·mm負(fù)值表示筒體在此截面上上半部受拉伸，下半部受壓縮。經(jīng)計(jì)算筒體在距簡(jiǎn)支梁左端點(diǎn)mm處剪力為0,則此處是跨中截面彎矩極值點(diǎn)，彎矩為：(4-147)N·mm負(fù)值表示上半部筒體受拉伸，下半部筒體受壓縮。4.6.2應(yīng)力校核筒體軸向應(yīng)力鞍座跨中截面的最大軸向應(yīng)力抗彎斷面模數(shù)為：(4-148)筒體的應(yīng)力由兩部分引起，一為操作壓力引起的軸向拉伸或壓縮應(yīng)力，二為縱向彎矩引起的軸向彎曲應(yīng)力，因此最大合成應(yīng)力發(fā)生在跨中截面的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，即：截面最高點(diǎn)：MPa(4-149)截面最低點(diǎn)：MPa(4-150)支座截面上筒體的最大軸向應(yīng)力計(jì)算得到兩個(gè)鞍座中固定鞍座截面上彎矩比滑動(dòng)鞍座截面彎矩大，因此鞍座截面軸向應(yīng)力校核用固定鞍座截面彎矩進(jìn)行計(jì)算（下同）。截面上筒體既未設(shè)置加強(qiáng)圈又,此時(shí)計(jì)算截面最高點(diǎn)彎曲應(yīng)力的抗彎斷面系數(shù)和計(jì)算截面最低點(diǎn)彎曲應(yīng)力的抗彎斷面系數(shù)為，式中、分別是因“扁塌效應(yīng)”而使圓筒整截面抗彎斷面系數(shù)減少的折扣系數(shù)，與鞍座包角大小有關(guān)，數(shù)值查文獻(xiàn)14表3-1。于是鞍座有效截面最高和最低點(diǎn)的軸向合成正應(yīng)力為：在截面最高點(diǎn)：MPa(4-151)在截面最低點(diǎn)：MPa(4-152)由筒體材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力為MPa，而，因此軸向應(yīng)力校核合格。筒體的切向切應(yīng)力筒體既無(wú)加強(qiáng)圈又，未被封頭加強(qiáng)，最大切向剪應(yīng)力在處，切應(yīng)力為：MPa(4-153)MPa，因此切向切應(yīng)力校核合格。筒體周向應(yīng)力理論最大軸向彎矩：MPa(4-154)支座反力在與鞍座接觸的筒體上海產(chǎn)生周向壓縮力，當(dāng)筒體未被加強(qiáng)圈或封頭加強(qiáng)時(shí)，在鞍座邊角處的周向壓縮力假設(shè)為，且由的殼體有效寬度來(lái)承受。N(4-155)mm(4-156)鞍座處筒體承受周向彎矩的有效寬度：mm(4-157)于是，鞍座邊角處的最大合成周向壓縮應(yīng)力：MPa(4-158)在支座截面筒體最低處，周向壓縮力達(dá)到最大，MPa(4-159)MPa，MPa，因此筒體周向應(yīng)力校核合格。4.7壓降校核4.7.1介質(zhì)物性參數(shù)管程水蒸汽的定性溫度：℃(4-160)127.5℃水蒸汽物性參數(shù)：水蒸汽的密度：水蒸汽的比熱：水蒸汽的熱導(dǎo)率：水蒸汽的動(dòng)力粘度：水蒸汽的普朗特?cái)?shù)：殼程物料的物性參數(shù)：105℃乙醇的密度：105℃乙醇的比熱：105℃乙醇的熱導(dǎo)率：105℃乙醇的動(dòng)力粘度：105℃乙醇的普朗特?cái)?shù)：135℃乙醇的密度：135℃乙醇的比熱：135℃乙醇的熱導(dǎo)率：135℃乙醇的動(dòng)力粘度：135℃乙醇的普朗特?cái)?shù)：4.7.2管程阻力管箱進(jìn)口接管流速取m/s;管內(nèi)流速為：m/s(4-161)換熱管內(nèi)雷諾數(shù)：(4-162)相對(duì)粗糙度：(4-163)由穆迪圖可知摩擦系數(shù)則直管部分阻力為：Pa(4-164)局部阻力系數(shù)取3，則局部阻力為：Pa(4-165)由于管程為雙管程，再沸器為浮頭式，取結(jié)垢系數(shù)修正，則管程阻力為：Pa(4-166)一般換熱器允許壓降為，則該再沸器管程流動(dòng)阻力在允許壓降內(nèi)。4.7.3殼程阻力再沸器的殼程阻力計(jì)算主要是為了計(jì)算再沸器的安裝高度Hx，設(shè)計(jì)利用下述方法進(jìn)行計(jì)算，其中：①入口管壓降：入口管流速?。簃/s入口管質(zhì)量流速：kg/(m2·s)(4-167)入口雷諾數(shù)：(4-168)式中：D2——物料入口接管內(nèi)徑；入口管摩擦系數(shù)：(4-169)入口管壓降：m液柱(4-170)式中：L11——入口管線當(dāng)量長(zhǎng)度；②出口管壓降：出口管流速取：m/s出口雷諾數(shù)：(4-171)出口管摩擦系數(shù)：(4-172)出口管壓降：(4-173)m液柱式中：L21——出口管線當(dāng)量長(zhǎng)度；③再沸器內(nèi)流體靜壓：m液柱(4-174)式中：D——大端筒體內(nèi)徑；④出口管線流體靜壓：m液柱(4-175)式中：H1——塔體內(nèi)釜液高度，取H1=0m；H2——塔釜液面到塔進(jìn)口管距離，取H2=3m。⑤殼程摩擦壓降殼程流通面積為：m2(4-176)式中：B——折流板間距，m；Ds——?dú)んw小端直徑，m；殼程當(dāng)量直徑為：m(4-177)殼程雷諾數(shù)為：(4-178)殼程摩擦系數(shù)為：(4-179)殼程質(zhì)量流量：(4-180)殼程質(zhì)量流速為：kg/(m2·s)(4-181)m液柱(4-182)式中：NB——折流板板數(shù)；⑥計(jì)算安裝高度(4-183)由平衡關(guān)系可知：(4-184)取一定裕量，取=1.5m。殼程阻力m液柱=16411.6Pa<105Pa，在允許壓降內(nèi)。5制造、壓力試驗(yàn)與安裝技術(shù)要求5.1制造技術(shù)要求5.1.1管箱、殼體管箱、筒體用板材卷制時(shí)，圓筒內(nèi)直徑允許偏差可通過(guò)外圓周長(zhǎng)加以控制，其外圓周長(zhǎng)允許上偏差為10mm；下偏差為零。管箱圓筒內(nèi)徑為600mm，同一斷面上，最大直徑與最小直徑之差為3mm,大端筒體內(nèi)徑1000mm，同一斷面上，最大直徑與最小直徑之差為5mm。圓筒直線度允許偏差為4mm，直線度檢查，應(yīng)通過(guò)中心線的水平和垂直面，即沿圓周四個(gè)部位測(cè)量。殼體內(nèi)壁凡有礙管束順利裝入或抽出的焊縫均應(yīng)磨至與母材表面齊平。在殼體上設(shè)置接管或其他附件而導(dǎo)致殼體變形較大，影響管束順利安裝時(shí)，應(yīng)采取防止變形措施。5.1.2換熱管換熱管長(zhǎng)度允許偏差+2mm，抽查換熱管管端傾斜偏差應(yīng)小于1mm，換熱管下料尺寸允許偏差為+12.5%。碳素鋼換熱管管端應(yīng)除銹，管端清理程度不小于管外徑，且不小于25mm。5.1.3管板管板使用16Mn材料鍛造而成。鍛造使用的鋼錠、鋼坯應(yīng)有熔煉單位的質(zhì)量證明書。采用鋼錠或鋼坯鍛造時(shí)，鍛件主界面部分的鍛造比不得小于3。采用軋材鍛造時(shí)，鍛件主截面部分的鍛造比不得小于1.6。再沸器的管板與折流板裝夾在一起配鉆，并在外圓上用紅色或藍(lán)色油漆涂涂豎線，以明確表示配鉆方位，禁止在管孔內(nèi)涂油來(lái)表示配鉆方位。管板鉆孔時(shí)不得用機(jī)油冷卻，而應(yīng)用皂液冷卻；待管板加工完畢后要用面紗擦凈孔內(nèi)油污、水跡，防止銹蝕。鉆孔（出鉆）一側(cè)管板表面，其相鄰兩管孔之間的孔橋?qū)挾菳=5.80mm，終鉆后應(yīng)抽查不小于60°管板中心角區(qū)域內(nèi)的孔橋?qū)挾?，B值得合格率應(yīng)不小于96%，值的數(shù)量應(yīng)控制在4%以內(nèi)，超過(guò)上述合格率時(shí)，則應(yīng)全管板檢查。管板螺栓孔中心圓直徑和相鄰兩螺栓孔的弦距允差為±0.6mm，任意兩螺孔極限允差為±1.5mm；螺孔孔徑允差為mm，鉆孔后應(yīng)抽查不小于60°管板中心角區(qū)域內(nèi)的管孔，在這一區(qū)域內(nèi)允許有4%的管孔上偏差比表16-21中的數(shù)值大0.15mm。換熱管與管板焊接連接時(shí)，管孔表面粗糙度Ra值不大于25μm。連接部位的換熱管和管板孔表面應(yīng)清理干凈，不應(yīng)留有影響焊接連接質(zhì)量的毛刺、鐵屑、銹斑、油污等。焊接連接時(shí)，焊渣及凸出于換熱管內(nèi)壁的焊瘤均應(yīng)清除。焊縫缺陷的返修，應(yīng)清除缺陷后焊補(bǔ)。換熱管與管板的強(qiáng)度焊焊接接頭，施焊前應(yīng)按照GB151附錄B作焊接工藝評(píng)定。5.1.4折流板折流板管孔直徑為25.4mm，允許偏差mm，折流板孔兩端要倒角，減少管子的磨損；折流板外圓表面粗糙度Ra值不大于25μm，外圓兩側(cè)的尖角應(yīng)倒鈍；應(yīng)去除管板與折流板上任何的毛刺。5.1.5封頭用以制造封頭鋼板應(yīng)有材質(zhì)證明，并符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。用以制造封頭的鋼板材質(zhì)應(yīng)有不低于容器簡(jiǎn)體材料的質(zhì)量等級(jí)。封頭采用熱沖壓的方法成形。用帶間隙的全尺寸的內(nèi)樣板檢查橢圓形封頭、球冠形封頭內(nèi)表面的形狀偏差，縮進(jìn)尺寸為；其最大形狀偏差外凸不得大于，內(nèi)凹不得大于。檢查時(shí)應(yīng)使樣板垂直于待測(cè)表面。封頭折邊部分不得存在縱向皺折。5.1.6法蘭法蘭面應(yīng)垂直于接管或圓筒的主軸中心線，接管與法蘭的組件與殼體組裝應(yīng)保證法蘭面的水平或垂直，其偏差均不得超過(guò)法蘭外徑的1%（法蘭外徑小于100mm時(shí)，按100mm計(jì)算），且不大于3mm。法蘭螺栓孔應(yīng)與殼體主軸線或鉛垂線跨中布置。5.2壓力試驗(yàn)對(duì)釜式再沸器進(jìn)行液壓試驗(yàn)，試驗(yàn)液體為水，溫度為常溫。釜式再沸器壓力試驗(yàn)順序：用試驗(yàn)壓環(huán)和浮頭專用試壓工具進(jìn)行管頭試壓。對(duì)釜式再沸器應(yīng)配備管頭試壓專用殼體；管程試壓，試驗(yàn)壓力為4MPa；殼程試壓，試驗(yàn)壓力為0.625MPa。試驗(yàn)程序和步驟試驗(yàn)容器內(nèi)的氣體應(yīng)當(dāng)排凈并充滿液體，試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)保持容器觀察表面的干燥；當(dāng)試驗(yàn)容器器壁與液體溫度接近時(shí)，方可緩慢升壓至設(shè)計(jì)壓力，確認(rèn)無(wú)泄漏后繼續(xù)升壓至規(guī)定的試驗(yàn)壓力，保壓時(shí)間一般不少于30min；然后降至設(shè)計(jì)壓力，保壓足夠時(shí)間進(jìn)行檢查，檢查期間壓力應(yīng)保持不變。試驗(yàn)過(guò)程中，容器無(wú)滲漏，無(wú)可見(jiàn)的變形和異常聲響即合格，試驗(yàn)合格后立即降水排凈吹干。5.3安裝技術(shù)要求5.3.1管束的組裝以固定端管板為基準(zhǔn)，按順序裝配拉桿、定距管、折流板，穿管時(shí)由內(nèi)向外進(jìn)行，穿好一排，調(diào)整一排管端，使之伸出外管板的長(zhǎng)度為3-4mm。穿管過(guò)程切勿用鐵錘直接敲擊換熱管，應(yīng)上下輕微晃動(dòng)換熱管，同時(shí)在換熱管端部采用牽引工裝，讓換熱管順利穿入管孔。組裝時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)拉桿上的螺母應(yīng)擰緊，以免在裝入或抽出管束時(shí)，因折流板竄動(dòng)而損傷換熱管；(2)穿管時(shí)不應(yīng)強(qiáng)行敲打，換熱管表面不應(yīng)出現(xiàn)凹癟或劃傷；(3)除換熱管與管板間以焊接連接外，其他任何零件均不準(zhǔn)與換熱管相焊。5.3.2再沸器的安裝在安裝再沸器前應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的基礎(chǔ)質(zhì)量的檢查和驗(yàn)收工作，主要工作有：場(chǎng)地和基礎(chǔ)，基礎(chǔ)標(biāo)高、平面、形狀和主要尺寸以及預(yù)留孔是否符合設(shè)計(jì)要求；地腳螺栓的位置是否正確，螺紋情況是否良好，螺帽和墊圈是否齊全；放置墊鐵的基礎(chǔ)表面是否平整等?；A(chǔ)驗(yàn)收完畢后，在安裝換熱器之前應(yīng)在基礎(chǔ)上放置墊鐵，安放墊鐵處的基礎(chǔ)表面必須鏟平，使兩者能很好接觸。地腳螺栓兩側(cè)均應(yīng)有墊板，墊板安裝不應(yīng)妨礙換熱器的熱膨脹。根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)在換熱器的兩端留有足夠的空間來(lái)滿足操作、清洗、維修的需要?？沙楣苁皆俜衅鲬?yīng)留出足夠的空間以便抽出管束，也可在其相對(duì)的一端留出足夠的空間以便能拆卸殼體。安裝時(shí)應(yīng)在不受力的狀態(tài)下連接管線，避免強(qiáng)力裝配?？沙楣苁俜衅靼惭b前應(yīng)抽芯檢查、清掃，抽管束時(shí)，應(yīng)注意保護(hù)密封面和折流板，移動(dòng)和起吊時(shí)，應(yīng)將管束放置在專用的支承結(jié)構(gòu)上，以避免損傷換熱管。換熱器安放好后用水平儀對(duì)再沸器找平，設(shè)備找平后，斜墊鐵可與設(shè)備支座底板焊牢，但不得與下面的平墊鐵或滑板焊死。

6總結(jié)與討論再沸器是被廣泛地用于石油化工裝置上的一種管殼式換熱器，通過(guò)管程的水蒸汽加熱殼程介質(zhì)，在管束上方的蒸發(fā)空間變?yōu)闅庀喈a(chǎn)物。本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)浮頭釜式再沸器，根據(jù)已給的原始設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合釜式再沸器的工作原理和傳統(tǒng)管殼式換熱器設(shè)計(jì)方法，完成了釜式再沸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算，并繪制了浮頭釜式再沸器的C