換熱器畢業(yè)設(shè)計(jì)（含外文翻譯）

1、<p><b>　　引 言</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在現(xiàn)有工業(yè)在用氧化器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，以提高生產(chǎn)效率，降低能耗。此設(shè)計(jì)氧化器高度大，設(shè)備重，在滿足工藝過程要求的前提下，換熱器應(yīng)達(dá)到安全與經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。</p><p>　　此設(shè)計(jì)以氧化系統(tǒng)中需回收需要冷卻的化學(xué)工藝氣甲醛混合氣的余熱以及JB4708-200《壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》和本

2、專業(yè)所學(xué)為依據(jù)，氧化器具有氧化效果好、高效率等特點(diǎn)，由于氧化器的換熱管和管板的設(shè)計(jì)獨(dú)特性，使氧化器的使用壽命可達(dá)八年以上，生產(chǎn)遇停電停車后，不用處理即可開車生產(chǎn)，產(chǎn)量高。自身帶廢鍋，不需另配汽包。在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是化工行業(yè)具有重要地位。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)氧化器為平板氧化器，有反應(yīng)室和兩個(gè)管殼式換熱器組成。它將反應(yīng)熱通過第一段即急冷段的換熱段將反應(yīng)汽溫度從650℃下降到200℃左右，把熱能轉(zhuǎn)化為蒸汽，

3、并用于生產(chǎn)上。第二段工藝上稱為熱水段，將200℃左右的反應(yīng)汽冷卻到140℃。帶走的反應(yīng)熱用于加熱甲醇蒸發(fā)器或用于產(chǎn)生熱水供給鍋爐。這種結(jié)構(gòu)使得氧化器余熱利用相當(dāng)充分，設(shè)計(jì)合理。</p><p>　　設(shè)計(jì)要求有基本的設(shè)計(jì)繪圖能力以及相應(yīng)專業(yè)知識(shí)，還應(yīng)會(huì)查閱相關(guān)的各種設(shè)計(jì)手冊(cè)，熟悉GB150-1998《鋼制壓力容器》、 GB151-1998《管殼式換熱器》、《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)定》等現(xiàn)行國(guó)家法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。同時(shí)需要

4、指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)，更需要有認(rèn)真負(fù)責(zé)，一絲不茍的研究態(tài)度。</p><p>　　限于水平，雖經(jīng)努力，設(shè)計(jì)中不妥甚至錯(cuò)誤之處在所難免，還望指導(dǎo)老師加以指正。</p><p><b>　　1 總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　已知裝配參數(shù)：</b></p><p>　　殼程

5、 管程</p><p>　　工作壓力(MPa)： 0.4 0.02</p><p>　　操作溫度 (℃)： 140 650</p><p>　　物料名稱： 水 汽 甲醛混合氣</p><p>　　腐蝕余量(mm) 1

6、 0 </p><p>　　換熱面積(m2) 210</p><p>　　圓筒內(nèi)徑D=1400mm 帽體內(nèi)徑 =1600mm</p><p><b>　　圖1.1總裝圖</b></p><p>　　2 主要零部件材料確定</p><

7、;p>　　由新標(biāo)準(zhǔn)GB713-2008氧化器殼程不與甲醛混合汽接觸的部分設(shè)計(jì)材料選用Q245R，與三元混合汽接觸的筒體材料選用0Gr18Ni9。 </p><p><b>　　3 設(shè)備零部件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 氧化器筒體設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 殼體計(jì)算</p><p>　　由新標(biāo)

8、準(zhǔn)GB713-2008氧化器殼程設(shè)計(jì)材料選用Q245R </p><p>　　最小壁厚不得小于8mm</p><p>　　查GB150-1998得：</p><p>　　[σ]=132Mpa，C=0 mm，=1.0mm，</p><p><b>　　氧化器壁厚：</b></p><p>　　φ－

9、焊縫系數(shù)，φ=0.85</p><p><b>　　=1.50mm</b></p><p><b>　　取=8mm</b></p><p><b>　　有效厚度</b></p><p>　　取=8mm時(shí)，設(shè)備的最大工作壓力：</p><p>　　能夠保證

10、設(shè)備正常工作，故=8mm滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　3.1.2 筒節(jié)和帽體的材料選擇及壁厚計(jì)算</p><p>　　由于筒節(jié)和帽體與三元混合氣直接接觸，故材料選用0Gr18Ni9</p><p>　　本次設(shè)計(jì)氧化器屬內(nèi)壓容器，殼程工作壓為P=-0.4Mpa</p><p>　　取設(shè)計(jì)壓力P=1.05×0.4=0.42MPa&

11、lt;/p><p>　　殼程工作溫度為t=140℃,可取設(shè)計(jì)溫度在150℃下設(shè)計(jì)計(jì)算筒體能保證設(shè)備正常運(yùn)行。采用雙面焊，并且局部進(jìn)行探傷。</p><p><b>　　初取</b></p><p><b>　　a．對(duì)于筒節(jié)</b></p><p>　　則有D=1410mm</p><

12、p>　　取C=0 mm 腐蝕余量： C=1.0mm </p><p><b>　　故 </b></p><p>　　設(shè)計(jì)溫度下筒節(jié)的許用應(yīng)力</p><p><b>　　=137MPa</b></p><p><b>　　則</b></p><

13、p>　　[P]>P且接近，故所取δ=5mm 合適。</p><p><b>　　b．對(duì)于帽體</b></p><p>　　則有D=1610mm</p><p>　　取C=0 mm 腐蝕余量： C=1.0mm </p><p><b>　　故 </b></p><

14、;p>　　設(shè)計(jì)溫度下筒節(jié)的許用應(yīng)力</p><p><b>　　=137MPa</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　[P]>P且接近，故所取δ=5mm 合適 </p><p><b>　　3.2 封頭計(jì)算</b></p>

15、;<p>　　封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭</p><p>　　圖3.1標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭</p><p>　　3.2.1 上封頭：</p><p>　　由于筒體上封頭只受內(nèi)壓作用，為了便于制造、安裝，可取上封頭壁厚與下封頭相同，材料均為0Cr18Ni9，設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力均為=137Mp。</p><p>　　查JB/T4746-200

16、2《鋼制壓力容器用封頭》標(biāo)準(zhǔn)得相關(guān)參數(shù)如下：</p><p>　　公稱直徑：D=D=1600mm 總深度：H=425mm 內(nèi)表面積：A=2.90m </p><p>　　容積：V=0.586m； h=25mm； ；K=1.0</p><p><b>　　封頭計(jì)算厚度</b></p><p>　　取厚度負(fù)偏差=0，圓

17、整后取名義厚度=6mm,</p><p><b>　　當(dāng)量厚度，</b></p><p><b>　　強(qiáng)度校核</b></p><p>　　從而取=6mm滿足要求；</p><p>　　3.2.2 下封頭：</p><p>　　查JB/T4746-2002《鋼制壓力容器用封頭

18、》標(biāo)準(zhǔn)得相關(guān)參數(shù)如下：</p><p>　　公稱直徑：D=D=1400mm 總深度：H=375mm 內(nèi)表面積：A=2.23m </p><p>　　容積：V=0.398m ； h=25mm ； </p><p><b>　　=6mm</b></p><p>　　3.3 筒節(jié)高度確定</p><

19、p>　　選取D=1400mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，有關(guān)數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　公稱直徑：D=1400mm 曲面高度 =350mm 直邊高度： =25mm 內(nèi)表面積：A=2.2346 m 容積V=0.3977m </p><p>　　查《壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)》表2-1-2得</p><p>　　每一米圓筒容積V=1.539m</p

20、><p><b>　　H==</b></p><p>　　由于筒節(jié)上開有接管孔 377</p><p>　　故取筒節(jié)高度 =535mm</p><p><b>　　i==</b></p><p>　　選取 =1600mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，有關(guān)數(shù)據(jù)如下：</p><

21、;p>　　公稱直徑： =1600mm 曲面高度 =400mm 直邊高度： =25mm</p><p>　　內(nèi)表面積：A=2.9007 容積 =0.5864 </p><p>　　查得每一米圓筒容積V=2.017m</p><p>　　由于帽體上開有大小頭，大小頭上接法蘭 350 6</p><p>　　故取筒節(jié)高度 =8

22、66mm</p><p><b>　　i==</b></p><p><b>　　3.4 管箱設(shè)計(jì)</b></p><p>　　管箱短節(jié)及開孔按GB150-98要求設(shè)計(jì)，則取管箱厚度為5mm，管箱的最小內(nèi)側(cè)深度l，徑向開口的單程管箱。</p><p><b>　　圖3.2 管箱</

23、b></p><p><b>　　3.5 換熱管</b></p><p>　　根據(jù) GB 151-89表3-4換熱管選用管子規(guī)格選用Φ25×2.5mm，長(zhǎng)度為3m，管子材料選用0Cr18Ni9鋼，采用單管程，單殼程。</p><p>　　初步估算氧化器的管子數(shù)：</p><p>　　管子按正三角形排列，查

24、《鋼制管殼式換熱器》設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取n=1045 根，中心排管數(shù)34根，管間距t=39mm.</p><p><b>　　殼體內(nèi)徑：</b></p><p>　　D=a(b-1)+2e</p><p><b>　　D—?dú)んw內(nèi)徑，mm</b></p><p>　　a —管心距，mm </

25、p><p>　　b —橫過管束中心線的管數(shù)</p><p>　　e—管束中心線上最外層管子中心至殼體內(nèi)壁的距離，一般取e=(1～1.5)d</p><p><b>　　b值計(jì)算：</b></p><p>　　管子按正三角形排列，b=1.1</p><p>　　n —為換熱器的總管數(shù)</p>

26、<p>　　b=1.1=1.1=35.56mm</p><p>　　其中e取1.2 d e=1.2×25=30mm</p><p>　　D=39×(35.56-1)+2×30=1407.84mm</p><p>　　將D進(jìn)行圓整取D=1400mm</p><p><b>　　完全符合設(shè)

27、計(jì)要求。</b></p><p><b>　　實(shí)際布管圖如下：</b></p><p>　　圖3.3正三角形排列</p><p><b>　　圖3.4 布管圖</b></p><p>　　3.6 折流板、定距管桿</p><p>　　圖3.5 盤-環(huán)形折流板換

28、熱器管束不同區(qū)段的流動(dòng)面積</p><p>　　，此處為環(huán)形折流板內(nèi)徑，為盤形折流板直徑</p><p>　　采用盤環(huán)形折流板，選左右缺口型的，取盤和環(huán)的間距為殼體內(nèi)徑的10%， </p><p>　　折流板間距B取148mm</p><p><b>　　則折流板數(shù)為3</b></p><p>&

29、lt;b>　　厚度取8mm</b></p><p>　　定距管為12根，通過定距管桿固定折流板。定距管桿d=32mm.L=148mm , </p><p>　　盤板折流板與殼體間的環(huán)形截面積等于環(huán)形折流板以內(nèi)的截面積，即</p><p>　　3.7 放大口厚度計(jì)算</p><p>　　材料為0Cr18Ni9，按無力矩理論，最

30、大薄膜應(yīng)力為錐殼大端周向應(yīng)力，</p><p>　　即 </p><p>　　由最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則，并取，可得厚度計(jì)算式</p><p>　　式中 ——錐殼計(jì)算內(nèi)直徑，mm；</p><p>　　——錐殼計(jì)算厚度，mm;</p><p>　　——錐殼半頂角，（°）。</

31、p><p><b>　　因此 </b></p><p><b>　　圓整后取=4mm</b></p><p><b>　　圖3.6 放大口</b></p><p>　　4 管板的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　4.1 管板的初步設(shè)計(jì)</p>

32、<p>　　件15材料選用0Cr18Ni9，根據(jù)GB151-99中，管板與氧化器筒體采用焊接時(shí)，應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的要求，且管板最小厚度為=20mm，故初取δ=36mm,將管板設(shè)計(jì)為延長(zhǎng)部分兼做法蘭結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖4.1 管板圖（件15）</p><p>　　件50材料選用0Cr18Ni9與Q245R的，根據(jù)GB151-99中，管板與氧化器筒體采用焊接時(shí)，應(yīng)滿

33、足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的要求，且管板最小厚度為=20mm，故初取δ=39mm,將管板設(shè)計(jì)為延長(zhǎng)部分兼做法蘭結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖4.2 管板圖（件50）</p><p>　　件42材料選用0Cr18Ni9，根據(jù)GB151-99中，管板與氧化器筒體采用焊接時(shí)，應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的要求，且管板最小厚度為=20mm，故初取δ=50mm,將管板設(shè)計(jì)為延長(zhǎng)部分兼做法蘭結(jié)構(gòu)。</p>

34、<p>　　圖4.3 上管板圖（件42）</p><p>　　4.2 管板的計(jì)算：</p><p>　　4.2.1 相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算</p><p>　　0Cr18Ni9鋼材在150℃溫度下彈性模量</p><p><b>　　許用應(yīng)力</b></p><p><b>　　屈服點(diǎn)

35、 </b></p><p><b>　　線性膨脹系數(shù)</b></p><p>　　管子許用應(yīng)力 </p><p>　　由前面已經(jīng)確定了殼程圓筒，管箱圓筒，管箱法蘭，換熱管等元件結(jié)構(gòu)尺寸及管板布管方式?，F(xiàn)對(duì)管板設(shè)計(jì)計(jì)算所需系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　——?dú)こ虉A筒內(nèi)直徑橫截面積，；</p&

36、gt;<p>　　——圓筒殼壁金屬橫截面積，；</p><p>　　——一根換熱管管壁金屬的橫截面積，；</p><p>　　管子外徑： , 管子壁厚: </p><p>　　管子間距: , 管子根數(shù): n=1045根</p><p>　　管子金屬總截面積: </p><p><b>　

37、　——管束模數(shù)，；</b></p><p><b>　　管子的有效長(zhǎng)度: </b></p><p><b>　　()</b></p><p>　　——換熱管穩(wěn)定許用壓應(yīng)力，；</p><p>　　——列管的回轉(zhuǎn)半徑，；</p><p>　　——管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度

38、，；</p><p>　　由GB151-1999中圖32確定，取</p><p><b>　　系數(shù)</b></p><p>　　故管子穩(wěn)定的許用應(yīng)力：</p><p>　　——管板開孔后的面積，；</p><p>　　——管板布管區(qū)的面積，； </p><p>　　對(duì)于單管

39、程換熱器的正三角形排列：</p><p>　　——換熱管中心距，；</p><p>　　——管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑，；</p><p><b>　　——系數(shù)；</b></p><p>　　——?dú)んw不帶波形膨脹節(jié)時(shí)，換熱管束與圓筒剛度比；</p><p><b>　　——系數(shù)； </b

40、></p><p><b>　　——系數(shù)； </b></p><p><b>　　——系數(shù)；</b></p><p>　　——管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑與殼程圓筒直徑之比；</p><p>　　4.2.2 計(jì)算基本法蘭力矩</p><p>　　對(duì)于其延長(zhǎng)部分兼做法蘭的管板，

41、計(jì)算和。</p><p>　　——基本法蘭力矩，；</p><p>　　按GB150-1998第九章規(guī)定，</p><p>　　基本法蘭力矩計(jì)算如下：</p><p>　　法蘭墊片材料選用槽形金屬墊片，根據(jù)JB4706-2000選取法蘭</p><p>　　DN=1400mm PN=1.6Mpa D=1550mm

42、 D1=1510mm D2=1470mm D3=1417mm D4=1414mm δ=36mm d=28mm 螺柱 規(guī)格：M26 數(shù)量： n=20 ，螺栓材料選用Q235-B常溫下許用應(yīng)力，設(shè)計(jì)溫度下</p><p><b>　　法蘭力矩：</b></p><p>　　——需要的螺栓總截面積: 取與之大值，；</p><p>　　

43、——預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總截面積,以螺紋小徑計(jì)算或以無螺紋部分的最小直徑計(jì)算,取小者，； </p><p>　　——操作狀態(tài)下需要的螺栓總截面積, 以螺紋小徑計(jì)算或以無螺紋部分的最小直徑計(jì)算,取小者，；</p><p>　　根據(jù)GB150-98表9-2查得: 墊片系數(shù)m=3.75 ， 比壓力</p><p>　　——墊片壓緊力作用中心圓直徑，；<

44、;/p><p>　　——墊片的有效密封寬度，；</p><p>　　——墊片的接觸密度，；</p><p>　　——墊片的基本密封寬度，；</p><p>　　預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷:</p><p>　　操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷:</p><p><b>　　螺栓面積:<

45、/b></p><p>　　a) 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積:</p><p>　　b) 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積:</p><p>　　c) 需要的螺栓截面積取和之大值 </p><p>　　d) 實(shí)際螺栓面積應(yīng)不小于需要的螺栓面積。</p><p>　　——墊片壓緊力的力臂為螺栓中心圓直徑與DG之差的一

46、半</p><p>　　4.2.3 計(jì)算管程壓力操作工況下的法蘭力矩</p><p>　　——管程壓力操作工況下的法蘭力矩，；</p><p>　　、、——法蘭力矩的力；</p><p>　　、、——法蘭力矩的力臂；</p><p>　　4.2.4 系數(shù)計(jì)算: </p><p>　　在管板結(jié)構(gòu)設(shè)

47、計(jì)中已假定管板計(jì)算厚度，先按結(jié)構(gòu)要求確定殼體法蘭厚度，計(jì)算、和。</p><p><b>　　確定殼體法蘭厚度</b></p><p>　　——換熱管加強(qiáng)系數(shù)；</p><p>　　——管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度；</p><p>　　——旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù)；</p><p>　　——旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)

48、，；</p><p>　　對(duì)于其延長(zhǎng)部分兼做法蘭的管板：</p><p><b>　　法蘭寬度</b></p><p><b>　　查圖26 有</b></p><p><b>　　——管束模數(shù)，；</b></p><p><b>　　旋轉(zhuǎn)剛

49、度無量綱參數(shù)</b></p><p>　　按 查GB151-99圖27,得管板第一彎矩系數(shù) </p><p><b>　　——系數(shù)；</b></p><p>　　查GB151-99圖29，由 查得G=4.0</p><p>　　對(duì)于其延長(zhǎng)部分兼做法蘭的管板，計(jì)算</p><p>&l

50、t;b>　　——系數(shù)；</b></p><p>　　由K，Q查GB151-99圖30得，計(jì)算、、。</p><p>　　——法蘭力矩折減系數(shù)；</p><p>　　——管板邊緣力矩變化系數(shù)；</p><p><b>　　管箱法蘭厚度</b></p><p>　　查GB151-99

51、圖26，得</p><p>　　管箱圓筒與法蘭夫人旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)：</p><p>　　——法蘭力矩變化系數(shù)；</p><p>　　由圖28（a）按K和Q查管板第二彎矩系數(shù)</p><p>　　4.3 設(shè)計(jì)條件下危險(xiǎn)組合工況的應(yīng)力計(jì)算</p><p>　　4.3.1 初始數(shù)據(jù)及參數(shù)</p><p>

52、;　　按GB151-1999 5.7.3.3進(jìn)行h至k各步驟的計(jì)算與校核：</p><p><b>　　殼程設(shè)計(jì)壓力：</b></p><p><b>　　管程壓力</b></p><p>　　——線膨脹系數(shù)（1/℃）；</p><p>　　——列管材料的線膨脹系數(shù)（℃）；</p>

53、<p>　　——?dú)こ虉A筒材料線膨脹系數(shù)（℃）；</p><p><b>　　——制造環(huán)境溫度；</b></p><p>　　——沿長(zhǎng)度平均殼程圓筒金屬溫度℃；</p><p>　　——沿長(zhǎng)度平均的列管金屬溫度℃；</p><p>　　Y——列管與殼程圓筒的熱膨脹的變形差；</p><p>

54、;　　——管板邊緣力矩系數(shù)，對(duì)于延長(zhǎng)部分兼作法蘭的管板 即是法蘭力矩系數(shù)；</p><p>　　——管板徑向應(yīng)力系數(shù)；</p><p>　　——管板布管區(qū)周邊外徑向應(yīng)力系數(shù)；</p><p>　　——管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)；</p><p>　　——在殼程壓力作用工況下的殼體法蘭力矩系數(shù)；</p><p>　　——

55、殼體法蘭的應(yīng)力；</p><p>　　——管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力；</p><p><b>　　——?dú)んw法蘭應(yīng)力；</b></p><p><b>　　——管子應(yīng)力；</b></p><p>　　——?dú)こ虉A筒軸向應(yīng)力；</p><p><b>　　Q——拉脫應(yīng)力；&

56、lt;/b></p><p>　　4.3.2 殼程：只有殼程設(shè)計(jì)壓力，而管程設(shè)計(jì)壓力</p><p>　　——有效壓力組合，；</p><p>　　——基本法蘭力矩系數(shù)；</p><p>　　——管程壓力操作工況下的法蘭力矩系數(shù)；</p><p>　　殼程壓力作用工況下的管板邊緣力矩系數(shù)：</p>

57、<p>　　——管板邊緣剪切系數(shù)；</p><p>　　——管板總彎矩系數(shù)；</p><p><b>　　有</b></p><p><b>　　由圖31（a）實(shí)線</b></p><p>　　因?yàn)閙>1,,K>1.3 則有 </p><p><

58、b>　　故 </b></p><p>　　根據(jù)GB151-1999固定管板式換熱器管板，其延長(zhǎng)部分兼做法蘭的應(yīng)力計(jì)算公式及管板計(jì)算表30，有</p><p>　　管板應(yīng)力計(jì)算及校核：</p><p><b>　　管板應(yīng)力：</b></p><p>　　<1.5=205.5MPa</p>

59、;<p><b>　　殼體法蘭的應(yīng)力：</b></p><p><b>　　管子應(yīng)力：</b></p><p>　　殼程圓筒的軸向應(yīng)力：</p><p><b>　　拉脫應(yīng)力： </b></p><p>　　4.3.3 管程：只有管程設(shè)計(jì)壓力，而殼程設(shè)計(jì)壓力<

60、;/p><p><b>　　管程設(shè)計(jì)壓力</b></p><p><b>　　βEt=0</b></p><p>　　因?yàn)閙>1,,K>1.3 則有 </p><p><b>　　故 =0.48</b></p><p><b>　　

61、管板應(yīng)力：</b></p><p><b>　　令 </b></p><p><b>　　殼體法蘭的應(yīng)力：</b></p><p><b>　　管子應(yīng)力：</b></p><p>　　殼程圓筒的軸向應(yīng)力：</p><p><b>

62、　　拉脫應(yīng)力：</b></p><p>　　上述計(jì)算結(jié)果表明，各個(gè)危險(xiǎn)工況下，各結(jié)構(gòu)單元的應(yīng)力和連接結(jié)構(gòu)中的載荷均小于該元件材料的許用應(yīng)力或許用承載能力，因此，本氧化器管板是安全可靠的</p><p><b>　　5 接管法蘭的選擇</b></p><p>　　圖5.1突面板式平焊鋼制管法蘭</p><p>

63、　　三元汽進(jìn)口和反應(yīng)汽出口接管φ377×13.5mm</p><p><b>　　接管管法蘭：</b></p><p>　　DN=350 =490 K=445 L=22 f=4 C=26 d=412 B=380 螺栓：M20 數(shù)量：12個(gè) 重量：14.3kg</p><p>　　蒸汽出口接管φ219×9

64、.5mm</p><p><b>　　接管管法蘭：</b></p><p>　　DN=200 =320 K=280 L=18 f=3 C=22 d=255 B=222 螺栓：M16 數(shù)量：8個(gè) 重量：6.85kg</p><p>　　裝配總圖上軟水入口接管φ133×4mm</p><p>&l

65、t;b>　　接管管法蘭：</b></p><p>　　DN=125 =240 K=200 L=18 f=3 C=18 d=175 B=135 螺栓：M16 數(shù)量：8個(gè) 重量：4.08kg</p><p>　　圖5.2突面對(duì)焊鋼制管法蘭</p><p>　　a．裝配總圖上軟水入口、放凈口f、g、軟水出口、排污口接管均選用φ57&#

66、215;3mm</p><p><b>　　接管管法蘭：</b></p><p>　　DN=50 =165 K=125 L=18 f=3 C=20 d=90 B=74 H=48 螺栓：M12 數(shù)量：4個(gè) 重量：3.11kg</p><p>　　b．放凈口接管φ32 mm</p><p><

67、b>　　接管管法蘭：</b></p><p>　　DN=25 =115 K=85 L=14 f=2 C=16 d=60 B=46 H=40 螺栓：M10 數(shù)量：4個(gè) 重量：1.26kg</p><p><b>　　6 視鏡的選用</b></p><p>　　公稱壓力：Pg=0.4Mpa 公稱直徑：Di=

68、150mm</p><p>　　D=250mm D=215mm b=40mm b=30mm H 110mm 螺柱d=16 數(shù)量：12 質(zhì)量：m=17.6kg </p><p><b>　　圖6.1 視鏡</b></p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)：HG/T21622.1-1990</p><p>　　此為組合件，材

69、料如下：</p><p>　　視鏡玻璃：鋼化硼硅玻璃（HGJ501-85-0） 數(shù)量 1</p><p>　　襯墊：石棉橡膠板（GB3985-83） 數(shù)量 2 PN10 XB200 PN16、PN25 XB350</p><p>　　接緣：1Gr18Ni9 數(shù)量1</p

70、><p>　　壓緊環(huán)：A3 數(shù)量1</p><p>　　螺柱：A3（GB897-76）</p><p>　　螺母：A3（GB52-76）</p><p><b>　　7 膨脹節(jié)</b></p><p><b>　　7.1 應(yīng)力分析</b></p><p>

71、;　　殼體材料的橫截面積：</p><p>　　全部管子的橫截面積：</p><p>　　其中，a= 每根管子的橫截面積</p><p>　　由溫差引起的軸向力：</p><p>　　由汽體壓力引起的軸向力：</p><p><b>　　列管外徑</b></p><p>

72、　　列管總數(shù)n=1045</p><p><b>　　列管壁厚</b></p><p><b>　　殼體內(nèi)徑為1.4m</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　故作用在殼壁上的軸向力：</p><p>　　作用在管壁上的軸向

73、力</p><p>　　管壁應(yīng)力應(yīng)滿足： </p><p>　　查《化工設(shè)備設(shè)計(jì)》表2-2</p><p>　　管子與管板連接處的許用應(yīng)力</p><p><b>　　當(dāng)量</b></p><p><b>　　管子的回轉(zhuǎn)半徑：</b></p><p

74、><b>　　系數(shù)</b></p><p><b>　　故管子的許用應(yīng)力：</b></p><p>　　由以上的計(jì)算可知該氧化器需要設(shè)置膨脹節(jié)。</p><p><b>　　7.2 膨脹節(jié)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)如下：</b>&

75、lt;/p><p>　　圖7.1 ZDLC型（內(nèi)襯套立式）</p><p><b>　　材料為Q245R;</b></p><p><b>　　各符號(hào)說明如下：</b></p><p>　　—鋼板厚度負(fù)偏差（按3.3規(guī)定）,取0.6mm;</p><p>　　—腐蝕裕量（按3.

76、3規(guī)定）,取1.0mm;</p><p>　　—系數(shù)，由圖6-2查得0.77;</p><p>　　—系數(shù)，由圖6-3查得，1.68</p><p>　　—系數(shù)，由圖6-4查得，1.53</p><p>　　—直邊段加強(qiáng)圈平均直徑，mm;</p><p>　　—波紋管平均直徑，mm;</p><p&

77、gt;　　—波紋管直邊段平均直徑，mm;</p><p>　　—波紋管直邊段與波紋內(nèi)徑，1400mm;</p><p>　　—容器圓筒外直徑，1416mm;</p><p>　　—室溫下波紋管材料的彈性模量，192 ；</p><p>　　—操作溫度變化范圍內(nèi)波紋管材料下限溫度時(shí)的彈性模量，</p><p><b

78、>　　189 ；</b></p><p>　　—操作溫度變化范圍內(nèi)波紋管材料上限溫度時(shí)的彈性模量，</p><p><b>　　189 ；</b></p><p>　　—設(shè)計(jì)溫度下波紋管材料的彈性模量,189 ；</p><p>　　—設(shè)計(jì)溫度下加強(qiáng)圈材料的彈性模量，189 ；</p>&

79、lt;p>　　—容器殼體材料在設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量，189 ；</p><p>　　—一個(gè)波的軸向位移，13.0mm;</p><p>　　h—波紋管波高150mm;</p><p>　　K—膨脹節(jié)一個(gè)波的軸向彈性剛度，43686N/mm;</p><p>　　—膨脹節(jié)總體軸向彈性剛度，43686N/mm;</p><

80、;p><b>　　—系數(shù)；</b></p><p><b>　　=0.12；</b></p><p>　　—波紋管直邊段長(zhǎng)度，60mm;</p><p>　　—波紋管波的長(zhǎng)度，106mm;</p><p><b>　　;</b></p><p>　

81、　—直邊段加強(qiáng)圈長(zhǎng)度，10mm;</p><p>　　—膨脹節(jié)長(zhǎng)度，220mm;</p><p>　　L—波紋管長(zhǎng)度，=130mm;</p><p>　　L'—連接膨脹節(jié)的容器圓筒長(zhǎng)度，199mm;</p><p>　　—內(nèi)襯套長(zhǎng)度，280mm;</p><p>　　m—波紋管的層數(shù)，單層波紋管，m=1;<

82、;/p><p>　　—疲勞壽命安全系數(shù)， 15;</p><p>　　n—波紋管的波數(shù)，1個(gè)；</p><p>　　—設(shè)計(jì)壓力，1.0；</p><p>　　—試驗(yàn)壓力，0.52；</p><p>　　[]—許用外壓力，0.6；</p><p>　　—膨脹節(jié)平面失穩(wěn)壓力，0.6；</p>

83、<p>　　S—波紋管一層材料的名義厚度，8mm;</p><p>　　—波紋管一層材料的有效厚度，mm;</p><p>　　—直邊段加強(qiáng)圈的有效厚度，2mm;</p><p>　　—考慮成形過程中厚度減薄時(shí)，波紋管一層材料的有效厚度，mm;</p><p>　　亦可采用成形減薄后的實(shí)測(cè)值，</p><p&

84、gt;　　—容器圓筒名義厚度，8mm;</p><p>　　—容器圓筒有效厚度，mm;</p><p><b>　　；</b></p><p>　　—內(nèi)襯套名義厚度，3mm;</p><p>　　—疲勞壽命的溫度修正系數(shù)，用于未進(jìn)入蠕變范圍的波紋管，;</p><p>　　—波紋管一個(gè)波的波長(zhǎng)，1

85、06mm;</p><p>　　—內(nèi)襯套有效厚度，2.4mm;</p><p>　　—設(shè)計(jì)溫度下波紋管材料的許用應(yīng)力值，132MPa;</p><p>　　—設(shè)計(jì)溫度下波紋管材料的屈服點(diǎn)，235MPa；</p><p><b>　　應(yīng)力計(jì)算：</b></p><p>　　內(nèi)壓引起的波紋管直邊段的周

86、向薄膜應(yīng)力：</p><p>　　內(nèi)壓引起的直邊段加強(qiáng)圈周向薄膜應(yīng)力：</p><p>　　內(nèi)壓引起的波紋管周向薄膜應(yīng)力：</p><p>　　內(nèi)壓引起的波紋管經(jīng)向薄膜應(yīng)力：</p><p>　　內(nèi)壓引起的波紋管經(jīng)向彎曲應(yīng)力：</p><p>　　軸向位移引起的波紋管經(jīng)向薄膜應(yīng)力：</p><p&g

87、t;　　軸向位移引起的波紋管經(jīng)向彎曲應(yīng)力：</p><p><b>　　組合應(yīng)力：</b></p><p>　　由于、、、均小于， 1.5，</p><p>　　且 ，故所選擇的膨脹節(jié)滿足要求。</p><p><b>　　圖7.2 系數(shù)Cp</b></p><p><

88、b>　　圖7.3 系數(shù)Cf</b></p><p><b>　　圖7.4 系數(shù)Cd</b></p><p><b>　　7.3 內(nèi)襯套</b></p><p>　　內(nèi)襯套的有效厚度按下表選取</p><p><b>　　表7.1</b></p>

89、<p>　　由于內(nèi)襯套長(zhǎng)度，且介質(zhì)流速v 30m/s，所以取內(nèi)襯套有效厚度=2.0mm,</p><p><b>　　從而名義厚度</b></p><p><b>　　8 開孔補(bǔ)強(qiáng)</b></p><p>　　在圓筒體中心80%的內(nèi)直徑范圍內(nèi)開孔時(shí)，當(dāng)滿足下列條件，無需補(bǔ)強(qiáng)</p><p>

90、;　?、僭O(shè)計(jì)壓力小于等于2.5MPa；</p><p>　?、趦上噜忛_孔中心間距應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍；</p><p>　?、劢庸芄Q外徑小于等于89mm；</p><p>　　管最小厚度滿足要求（查過程設(shè)備設(shè)計(jì)表4-14）。</p><p>　　因受液罐所有接管均滿足上述要求，不需另行補(bǔ)強(qiáng)。</p><p>　

91、　本氧化器中公稱直徑為50、125、350的接管的開孔均需要補(bǔ)強(qiáng)。</p><p>　　開孔直徑d<700mm滿足GB150-98 6.4.1條的計(jì)算方法適用條件，故采用等面積補(bǔ)強(qiáng)方法進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　因?yàn)閳A筒受內(nèi)壓故所需最小補(bǔ)強(qiáng)面積為：</p><p>　　殼體開孔處的計(jì)算厚度：</p><p>　　公稱直徑為50的接管

92、材料：Q245R 許用應(yīng)力：</p><p><b>　　接管有效厚度：</b></p><p>　　接管選用φ57×3.5mm</p><p><b>　　開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：</b></p><p><b>　　有效補(bǔ)強(qiáng)范圍：</b></p><

93、p><b>　　B=2d=116</b></p><p><b>　　取其中大者</b></p><p>　　其中為殼梯開孔處名義厚度，為接管名義厚度。</p><p><b>　　故B=116</b></p><p><b>　　有效高度：</b>

94、</p><p><b>　　外側(cè)：</b></p><p><b>　　(實(shí)際外伸高度)</b></p><p><b>　　故=15mm</b></p><p><b>　　內(nèi)側(cè)： </b></p><p>　　=30（實(shí)際內(nèi)伸

95、高度） 取其中小者</p><p><b>　　故=15mm</b></p><p><b>　　有效補(bǔ)強(qiáng)面積： </b></p><p><b>　　多余金屬面積：</b></p><p><b>　　筒體</b></p><p>

96、;<b>　　接管多余金屬面積：</b></p><p><b>　　接管計(jì)算厚度：</b></p><p>　　接管區(qū)焊縫面積：（焊腳取4.0mm）</p><p><b>　　有效補(bǔ)強(qiáng)面積：</b></p><p>　　則開孔后不需另行補(bǔ)強(qiáng)。</p><

97、p>　　公稱直徑為125的接管材料：Q245R 許用應(yīng)力：</p><p><b>　　接管有效厚度：</b></p><p>　　接管選用φ133×4mm</p><p><b>　　開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：</b></p><p><b>　　有效補(bǔ)強(qiáng)范圍：</b&g

98、t;</p><p><b>　　B=2d=268</b></p><p><b>　　取其中大者</b></p><p>　　其中為殼體開孔處名義厚度，為接管名義厚度。</p><p><b>　　故B=268</b></p><p><b>

99、;　　有效高度：</b></p><p><b>　　外側(cè)：</b></p><p><b>　　(實(shí)際外伸高度)</b></p><p><b>　　故=24mm</b></p><p><b>　　內(nèi)側(cè)： </b></p>&

100、lt;p>　　=30（實(shí)際內(nèi)伸高度） 取其中小者</p><p><b>　　故=24mm</b></p><p><b>　　有效補(bǔ)強(qiáng)面積： </b></p><p><b>　　多余金屬面積：</b></p><p><b>　　筒體</b>&l

101、t;/p><p><b>　　接管多余金屬面積：</b></p><p><b>　　接管計(jì)算厚度：</b></p><p>　　接管區(qū)焊縫面積：（焊腳取4.0mm）</p><p><b>　　有效補(bǔ)強(qiáng)面積：</b></p><p>　　則開孔后不需另行補(bǔ)

102、強(qiáng)。</p><p>　　公稱直徑為350的接管材料：0Cr19Ni9Ti 許用應(yīng)力：</p><p><b>　　，故取=1</b></p><p><b>　　接管有效厚度：</b></p><p>　　接管選用φ377×6mm</p><p><b&g

103、t;　　開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：</b></p><p><b>　　A=</b></p><p><b>　　有效補(bǔ)強(qiáng)范圍：</b></p><p><b>　　B=2d=756</b></p><p><b>　　取其中大者</b></p&

104、gt;<p>　　其中為殼體開孔處名義厚度，為接管名義厚度。</p><p><b>　　故B=756</b></p><p><b>　　有效高度：</b></p><p><b>　　外側(cè)：</b></p><p><b>　　(實(shí)際外伸高度)<

105、;/b></p><p><b>　　故=47.62mm</b></p><p><b>　　內(nèi)側(cè)： </b></p><p>　　=30（實(shí)際內(nèi)伸高度） 取其中小者，故=30mm</p><p><b>　　有效補(bǔ)強(qiáng)面積： </b></p><p&g

106、t;<b>　　多余金屬面積：</b></p><p><b>　　筒體</b></p><p><b>　　接管多余金屬面積：</b></p><p><b>　　接管計(jì)算厚度：</b></p><p>　　接管區(qū)焊縫面積：（焊腳取4.0mm）</

107、p><p><b>　　有效補(bǔ)強(qiáng)面積：</b></p><p>　　則開孔后不需另行補(bǔ)強(qiáng)。</p><p><b>　　9 支座的選擇</b></p><p>　　選取支座形式為圈座。DN=1400mm 支座結(jié)構(gòu)如下：</p><p><b>　　圖9.1 裙座&l

108、t;/b></p><p>　　筋板數(shù)量：16，厚度16mm；</p><p>　　基礎(chǔ)環(huán)板厚度：22mm；</p><p>　　壓板厚度：16mm。</p><p>　　10 氧化器的水壓試驗(yàn)</p><p>　　殼體分段進(jìn)行試壓，試驗(yàn)壓力均為0.52MPa，管程以0.12MPa壓力試壓。</p>

109、<p>　　水壓試驗(yàn)時(shí)筒體的壁內(nèi)薄膜應(yīng)力：</p><p>　　=52.26Mpa<104.8Mpa</p><p>　　水壓試驗(yàn)時(shí)封頭的壁內(nèi)應(yīng)力：</p><p>　　所以，水壓試驗(yàn)安全。</p><p><b>　　外文翻譯</b></p><p>　　THEORETICAL

110、 INVESTIGATION OF FLUID DISTRIBUTOR IN</p><p>　　THE INLET/ OUTLET REGION OF SHELL-SIDE OF SHELL-AND-TUBE HEAT EXCHANGER WITHLONGITUDINAL FLOW</p><p>　　ZEN G Wen-Liang1，2, HU Xian-ping1, DEN G Xi

111、an-h1</p><p>　　(1. The Key Lab. of Enhanced Heat Transfer & Energy Conservation of the Ministry of Education , South China University of Technology , Guangzhou 510640 ,China ; 2. The Chemistry and Mater

112、ials Department ,Hengyang Normal University , Hengyang 　421001 ,China)</p><p>　　Abstract:Presents the theoretical investigation of fluid distributor in the region of inlet/ outlet of shell-side of shell-and-

113、tube heat exchanger with longitudinal flow in this paper . It is advanced the structural optimal mathematical model among the various structural parameters of shell-side of heat exchanger. The model provides reference an

114、d direction not only for experimental and numerical investigation of this problem, but also for the other process with fluid distribution.</p><p>　　Key words: shell-and-tube heat exchanger; longitudinal flow

115、 ; fluid distribution ; structural optimization ; theoretical model</p><p>　　CLC Number : TQ051. 5 　　　　Document Code :A</p><p>　　0 　Introduction</p><p>　　Because of such advantages

116、as lower pressure drop of shell-side , larger logarithmic mean temperature difference (LMTD) , eliminating vibration of heat-transfer tubes , and better overall heat transfer performance , shell-and-tube heat exchangers

117、with axial flow have become more popular in various are as of industrial process comparing with shell-and-tube heat exchangers with segment baffles. With the scale of industrial production devices become lager and larger

118、 , heat exchanger as a type of un</p><p>　　1 　Physical Model</p><p>　　The overall shell-side structural drawing and the position of fluid flow distributor of shell-and-tube heat exchanger with a

119、xial flow are shown as Fig. 1 (a) . Fig. 1 (b) is the sketch map of shell-side flow distributor structure. In fact , it is easily to understand the fluid distributor structure as that is a specified punched ratio board p

120、unched many mini-ostioles on it from the Fig. 1 (b) . The purpose of theoretical investigation is to found a mathematical model which brings out the optimal</p><p>　　Fig. 1 　Schematic drawing of shell side c

121、onfiguration of shell and tube</p><p>　　heat exchangers with axial flow</p><p>　　In order to express t he researched physical model more concisely, it is be treated as a rectangle heat</p>

122、<p>　　exchanger with axial flow when we take into account the partial unit and its inlet and outlet only. The</p><p>　　heat exchanger is made up of 36 tubes specification of φ25 mm ×2. 5 mm ×

123、;1 000 mm. The exterior dimension of heat exchanger is a cube wit h t he dimension of 360 mm ×120 mm ×1 000 mm. The elevation of heat exchanger is shown in Fig. 2 (a) . Arrangement styles and parameter of tubes

124、 is shown in Fig. 2(b) . </p><p>　　2 　Mathematical Model</p><p>　　In order to found the mathematical model in theoretical method, a theoretical analysis model must be built firstly as Fig. 3. Th

125、e following assumptions and illumination are necessary for modeling fluid flowing through the inlet region and distributor. </p><p>　　(1) Many mini-ostioles be punched in the fluid dist ributed baffle, and

126、 diameter of mini-ostioles is infinitesimal .</p><p>　　(2) Punched ratio of distributed baffle is a continuous function with x coordinate.</p><p>　　(3) Fluid flow in the x direction as shown in

127、Fig. 3.</p><p>　　(4) Fluid flow velocity through distributed baffle is uniform.</p><p>　　Based above assumptions and next analysis , it is easy to deduce the velocity distribution of x direction

128、 and pressure drop of x direction , z direction ,and x-z direction respectively.</p><p>　　2. 1 　Velocity dist ribution of x coordinate</p><p>　　Mass balance Equation of t he infinitesimal is sho

129、wn in Fig. 4 , and the differential Equation of x </p><p>　　Fig. 4 　Schematic Drawing of analyzed area</p><p>　　direction velocity is obtained as Equa. (1) :</p><p><b>　　(1)&l

130、t;/b></p><p>　　Where A x and A z denote the area of x coordinate and z coordinate , respectively.</p><p><b>　　And;</b></p><p><b>　　(2)</b></p><

131、p>　　The boundary condition is: x = X wit h u( x) = 0 ,so t he integral of Equa. (2) can be expressed as follows :</p><p><b>　　(3)</b></p><p><b>　　(4)</b></p>&l

132、t;p>　　2. 2 　Pressure drop of x coordinate</p><p>　　The energy balance Equation of t he infinitesimal area is shown in Fig. 4. It s differential Equation of</p><p>　　x direction pressure drop

133、can be obtained as follow :</p><p><b>　　(5) </b></p><p>　　Where DH is hydraulic diameter of shell-side.</p><p>　　The boundary condition is x = 0 wit h Δp ( x) = 0 , so