Ⅱ型甲烷化换热器的设计毕业设计说明书

摘 要换热器是化工生产过程中的重要设备，它能够实现介质之间热量交换。广泛应用于石油、化工、制药、食品、轻工、机械等领域。U型管式换热器是换热器的一种，它只有一个管板，结构简单，密封面少，且U形换热管可自由伸缩，不会产生温差应力，因此可用于高温高压的场合。一般高压、高温、有腐蚀介质走管程，这样可以减少高压空间，并能减少热量损失，节约材料，降低成本。甲烷化换热器，是合成氨生产中的重要设备之一, 它能将27的H2N2混合气升温至274，同时将339的H2N2精制气降温至90。甲烷化换热器一般选用U型管换热器，它由一台型甲烷化换热器与一台型甲烷化换热器连接组成。其中型甲烷化换热器将27的H2N2混合气升温至150，同时将215的H2N2精制气降温至90；型甲烷化换热器能将150的H2N2混合气升温至274，同时将339的H2N2精制气降温至215。本次设计主要根据GB150钢制压力容器及GB151管壳式换热器对设备的主要受压元件进行了设计及强度计算，又结合HG/T20615钢制管法兰、JB/T 4712容器支座等其它压力容器相关标准，对其它各部件进行设计，最终完成了型甲烷化换热器的设计。关键词：换热器；甲烷化换热器AbstractHeat exchanger is important in the process of chemical production equipment, which can be achieved between the heat exchange media. Widely used in petroleum, chemical, pharmaceutical, food, light industry, machinery and other fields. U-tube heat exchanger is a heat exchanger, it has only one tube plate, simple structure, less sealing surface, and the U-shaped tubes are free to stretch, no thermal stress, it can be used for high temperature and pressure of the occasion . General high-pressure, high temperature, corrosive media, take control process, thus reducing the pressure of space, and can reduce heat loss and saving materials and reduce costs.Methanation heat exchanger, ammonia production is one of the important equipment, it will be 27 of H2N2 mixture heated to 274 , 339 while the H2N2 refined gas cooled to 90 . Methanation heat exchanger is generally used in U-tube heat exchanger, which consists of Type and type methanation methanation Heat exchanger connected to form a methanation type. Heat exchanger type methanation of H2N2 to 27 heating the mixture to 150 , 215 while the H2N2 refined gas cooled to 90 ; -type heat exchanger can methanation 150 , heating the mixture to the H2N2 274 , 339 while the H2N2 refined gas cooled to 215 .This design mainly based on GB150 steel pressure vesselsand GB151 shell and tube heat exchangers, the main pressure parts of the equipment was designed and strength calculation, but also with HG/T20615 steel pipe flange, JB / T 4712 containers bearing pressure vessels and other relevant standards, the design of other components, he finally completed the methanation type heat exchanger design.Keywords: Heat exchanger;Methanation heat exchanger目 录图表清单1符号说明3引言8第一章 换热器件简介91.1 U型管换热器简介91.2甲烷化换热器简介91.2.1.型甲烷化换热器的作用91.2.2甲烷化换热器工作原理10第二章 设计方案的确定112.1设计参数的确定112.2换热器主要零部件结构形式的确定12第三章 强度计算133.1圆筒的设计133.2封头设计133.2.1下封头设计133.2.2管箱封头设计143.3管箱圆筒短节设计153.4压力试验153.4.1压力试验条件确定153.4.2水压试验时强度校核153.5换热管设计163.5.1换热管选取163.5.2布管形式163.5.3布管限定圆173.5.4 U形管长度选取183.5.5换热管与管板的连接183.6管板设计19第四章 换热器其他各部件设计234.1进出口接管设计234.1.1精制气入口接管234.1.2精制气出口接管254.1.3混合气入口接管264.1.4混合气出口接管264.1.5 管板排气口接管设计274.1.6加强管设计284.2接管开孔补强的设计计算284.2.1精制气进口处补强设计284.2.2精制气出口处补强设计314.2.3混合气入口处补强设计334.2.4混合气出口处补强设计364.2.5上排气口处补强设计384.2.6下排净口处补强设计404.3管法兰设计424.4折流板、支撑板设计484.5防冲板设计494.6分程隔板494.7纵向隔板设计494.8接管最小位置504.8.1壳程接管最小位置504.8.2管箱上接管最小位置504.9管箱的最小内测深度514.10管箱筒节长度确定514.11拉杆定距管514.12支座选取51参考文献60谢 辞61图表清单类别标号名称插图图3-1标准椭圆形封头图3-2换热管布管图图3-3换热管与管板的连接图4-1凹凸面法兰的密封面图4-2带颈对焊钢制管法兰图4-3钢制管法兰盖图4-4垫片尺寸图4-5分程隔板连接面图4-6接管位置图4-7偏心载荷简化图图4-8设备质心计算简化图图4-9支座图4-10耳式支座安装尺寸图4-11载荷近似计算简图插表插表表2-1钢板许用应力表2-2钢管许用应力表2-3锻件许用应力表3-1EHA椭圆形封头型式参数表3-2EHA椭圆形封头质量表3-3低铬钼钢弹性模量表4-1钢管类别及刚号表4-2DN350接管尺寸表4-3DN500接管尺寸表4-4长半径异径弯头表4-5DN300接管尺寸表4-6DN50024补强圈尺寸表4-7DN30024补强圈尺寸表4-8DN30022补强圈尺寸表4-9DN35020补强圈尺寸表4-10钢制管法兰用材料表4-11材料组别为1.17最大允许工作压力表4-12法兰密封面型式表4-13凹凸面法兰的密封面尺寸表4-14Class300带颈对焊钢制管法兰尺寸.表4-15Class300钢制管法兰盖尺寸表4-16class300法兰的近似质量表4-17垫片型式选用表表4-18垫片选用表表4-19垫片的使用温度范围表4-20垫片尺寸表4-21螺栓/螺母的选用表4-22螺柱长度和质量表4-23紧固件用平垫圈尺寸表4-24支座参数表4-25支座处壳体的允许弯矩表4-26支座处壳体的允许弯矩符号说明一根换热管管壁金属的截面积，；在布管区范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，而未能被换热管支撑的面积，；例如双管程管板，对于三角形排列：管板布管区面积，； 三角形排列 开孔削弱所需要的补强截面积，；补强有效宽度，；钢板负偏差，；腐蚀裕量，；厚度附加量，；系数，按查参考文献4(GB151-1999)图19；系数，按查参考文献4(GB151-1999)图20；系数，按查参考文献4(GB151-1999)图21；开孔直径，圆形孔取接管内直径加两倍厚度附加量，椭圆形或长圆形孔取所考虑平面上的尺寸（弦长，包括厚度附加量)，；管板开孔前的抗弯刚度， 容器外径；壳程圆筒和管箱圆筒内直径，；管板布管区当量直径，；换热管外径，；下述对于b型连接方式，指管箱圆筒材料的弹性模量，；管板材料的弹性模量，；下述对于b型连接方式，指壳程圆筒材料的弹性模量，；风压高度变化系数，按设备质心高度取 对于B类地面粗糙度设备质心所在高度，m1520风压高度变化系数1.001.141.25强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比值，当该比值大于1.0时，取；重力加速度，取；偏心载荷，N；容器总高度，mm；水平力作用点至底板高度，mm；接管外侧有效补强高度，；接管内侧有效补强高度，；不均匀系数，安装3个支座时，k=1；安装3个以上支座时，取k=0.83；管板边缘旋转刚度参数，； 壳程圆筒与法兰的旋转刚度参数，； 管箱圆筒与法兰（或凸缘）的旋转刚度参数，； 旋转刚度无量纲参数； 质心距容器底端距离；换热管与管板胀接长度或焊脚高度，按参考文献4(GB151-1999)5.8.2.3或5.8.3.2规定，；设备总质量，kg；沿隔板槽一侧的排管根数。U形管根数，管板开孔数为;计算压力，；水平风载荷，水平力，取的大值，N。水平地震力，N；管板设计压力，；壳程设计压力，；管程设计压力，；支座实际承受的载荷，kN；换热管与管板连接的力，；许用拉脱力，按参考文献4(GB151-1999)5.7.5规定，；10m高度处的基本风压，此处按呼和浩特市区；半径，；对于a型连接方式，；对于其他连接方式，换热管中心距，；换热管中心距，；隔板槽两侧相邻管中心距，；管板强度削弱系数，一般可取；管板材料泊松比，取；布管区当量直径与直径之比；应力，；压力作用下，分别为管板中心处，布管区周边处，边缘处的径向应力，；换热管轴向应力，；设计温度下，管板材料的许用应力，；设计温度下，换热管材料的许用应力，；设计温度下壳体材料的许用应力，；设计温度下接管材料的许用应力，；系数，查参考文献4(GB151-1999)图26；系数，查参考文献4(GB151-1999)图26；焊接接头系数。偏心距，mm；计算厚度，；管箱圆筒厚度，；壳程圆筒厚度，； 壳体开孔处的有效厚度，； 有效厚度，；名义厚度，； 接管名义厚度，；接管计算厚度，；换热管壁厚，；引言毕业设计是我们在校期间的一次重要教学环节，通过毕业设计可以让我们对大学四年所学的知识有更深的理解。过程装备与控制工程涵盖石油、化工、食品、制药、机械、轻工等多个领域。它的发展将直接促进国民经济的发展。工业生产中，利用一些设备，来进行热量交换，这类设备统称为换热器。换热器是化工、制药、石油、动力、食品等许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要的地位。换热器的应用广泛，日常生活中供暖系统、发动机的泠却系统和动力装置的冷凝系统都用到换热器。换热器的较多，按其结构分类主要分为管式换热器和板式换热器两种。由于经济、科技的不断发展，节能减排被人们重视。换热器的研究设计也就变得越来越重要。随着装置的大型化，对换热面积的需求也变大。但设备的大型化将会使成本大大增加，因此紧凑型的换热器就比较受欢迎；同时提高传热系数也是换热器研究的一个重要方向。换热器的研究发展对其他领域的依赖也是比较大的，传热理论研究的不断完善，制造技术的发展，材料科学技术的不断进步，都将促进换热器的发展。本次设计的甲烷化换热器采用U型管式换热器，属于管式换热器。甲烷化换热器在高温高压下氢被金属吸附，分解为原子氢溶解在金属晶体中，并向晶体内部扩散，与钢中碳化物发生反应生成甲烷。因此在设计选材时应考虑抗氢腐蚀。换热器是化工、石油中的重要热工设备, 对换热器进行科学的计算,合理的结构设计, 是换热器性能及安全的重要保证。在保证安全的前提下，应尽可能降低成本，换热器的结构设计就变得尤为重要, 因此在换热器的设计中, 只有经过对换热器结构参数的不断调整, 反复计算, 才能使换热器的性能更高, 设计更加合理。第一章 换热器件简介工业生产中，利用一些设备，来进行热量交换，这类设备统称为换热器。换热器化工生产必不可少的单元设备，广泛的应用于化工、石油、轻工、机械、冶金、动力、制药等领域。据统计，在现代石油化工企业中，换热器投资约占装置建设总投资的30%；在合成氨厂中，换热器约占全部设备总台数的40%。由此可见，换热器对整个企业的建设投资及经济效益有着着重的影响。1.1 U型管换热器简介U型管换热器是一种典型的管壳式换热器，其管子弯成U形，管子的两端固定在同一管板上，因此每根管子可以自由伸缩，壳体和管壁不受温差限制，不会产生温差应力，且换热管流程较长，流速较高，管侧传热性能好，承压能力强。U型管换热器仅有一块管板，所以结构简单，造价比其他换热器便宜。U型管换热器可用于高温、高压、有腐蚀性工况。一般高温、高压、有腐蚀性介质走管内，这样可以减少高压空间，降低成本。1.2甲烷化换热器简介甲烷化换热器在高温高压下氢被金属吸附，分解为原子氢溶解在金属晶体中，并向晶体内部扩散，与钢中碳化物发生反应生成甲烷。1.2.1.型甲烷化换热器的作用型甲烷化换热器采用U型管式换热器，是合成氨生产中的重要设备之一,它能将150的混合气升温至274，同时将339的精制气降温至215。U型管式换热器的特点是结构简单，重量轻，适用于高温高压的场合。1.2.2甲烷化换热器工作原理150的75混合气体由混合气体入口进入壳程，339的75精制气由精制气入口进入管程，由于管道内精制气和壳程的混合气体存在温度差，会形成热交换，高温物体的热量向低温物体传递，这样就把管道里精制气的热量交换给了壳程的混合气体，将150的混合气升温至274，同时将339的精制气降温至215。第二章 设计方案的确定2.1设计参数的确定管程、壳程的工作压力均为3.2。设计压力 取设计压力为3.5。计算压力 混合气出口温度274，取壳程设计温度为300。精制气进口温度339，取管程设计温度为350。依据介质温度、压力以及含氢、氮特点，在选材、加工制造方面，首先考虑抗氢腐蚀。是中温抗氢钢板，常用于设计温度不超高550的压力容器。筒体、管箱、封头材料选择。换热管、进出口接管材料选择，管板材料选择锻件。由参考文献1(GB150-1998)表4-1，表4-3，表4-5查钢板、钢管、锻件许用应力如下。表2-1钢板许用应力钢号钢板标准使用状态厚度mm常温强度指标在下列温度（）下许用应力，20300350GB 6654正火加回火660450295150131125表2-2钢管许用应力钢号钢管标准厚度mm常温强度指标在下列温度（）下许用应力，300350GB 994844023510195表2-3锻件许用应力钢号锻件标准厚度mm常温强度指标在下列温度（）下许用应力，300350JB 4726440275123116由1(GB150-1998)10.8.2.1规定，容器及受压元件当钢材为厚度的时，对其A类和B类焊接接头，进行百分之百射线或超声检测。焊接接头系数按1(GB150-1998)3.7双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头100%无损检测 。2.2换热器主要零部件结构形式的确定由于氢气易燃易爆，不允许有泄漏，且管程、壳程走的均为气体，不易结垢，换热管不需经常清洗，所以管板与筒体及管箱宜采用焊接。管程工作温度339，换热管与管板不宜采用胀接形式，所以采用焊接形式。第三章 强度计算3.1圆筒的设计取腐蚀裕量，钢板负偏差设计厚度钢板负偏差取名义厚度有效厚度3.2封头设计椭圆形封头由两个半椭球面和短圆筒组成，由于封头的椭球部分经线曲率变化连续平滑，故应力分布较平均，且椭圆形封头易于冲压成型，是中低压容器应用较多的封头，故此设备选择标准椭圆形封头。3.2.1下封头设计设计厚度钢板负偏差取名义厚度有效厚度封头最小成形厚度 取由参考文献2(GB/T25198-2010)选取EHA椭圆形封头图3-1 标准椭圆形封头由参考文献2(GB/T25198-2010)附录C表C.1 查EHA椭圆形封头型式参数如下表表3-1 EHA椭圆形封头型式参数公称直径DN/mm总深度H/mm内表面积容积12003251.65520.2545由参考文献2(GB/T25198-2010)表C.2查EHA椭圆形封头质量表3-2 EHA椭圆形封头质量 （kg）公称直径DN/mm封头名义厚度201200261.8封头标记： 3.2.2管箱封头设计 350时设计厚度钢板负偏差取名义厚度有效厚度封头最小成形厚度 取封头参数见表3-1及表3-2封头标记： 3.3管箱圆筒短节设计，设计温度为350。 350时设计厚度钢板负偏差取名义厚度有效厚度3.4压力试验3.4.1压力试验条件确定进行液压试验，介质选水，水压试验温度20。 试验压力的确定3.4.2水压试验时强度校核（1）筒体强度校核 满足水压试验强度要求（2）管箱短节强度校核 满足水压试验强度要求（3）封头强度校核 满足水压试验强度要求3.5换热管设计3.5.1换热管选取由参考文献3(GB9948-2006) 选取 低合金钢管。3.5.2布管形式采用正三角形排列由参考文献4(GB151-1999)表12 换热管中心距S取。图3-2 换热管布管图3.5.3布管限定圆由参考文献4(GB151-1999)表13布管限定圆直径U形管换热器管束最外层换热管外表面至壳体内壁的最短距离，一般不小于。换热管最小弯曲半径由参考文献4(GB151-1999)表11取。考虑布置防冲板及纵向隔板的密封，可布511个U形管，由参考文献4(GB151-1999)表43、表44，选拉杆直径，拉杆数12根，U形管数为505根。3.5.4 U形管长度选取换热管最小有效长度考虑管板厚度，取U形管直边段长。3.5.5换热管与管板的连接图3-3 换热管与管板的连接由参考文献4(GB151-1999) 5.8 采用焊接型式，结构型式及尺寸按图34和表33的规定选图C的工况取 3.6管板设计根据参考文献4(GB151-1999)进行管板计算。由参考文献4(GB151-1999) 图18管板与壳体、管箱的连接方式选b型。由参考文献4(GB151-1999) 5.7.1.3b型连接方式管板的计算。（1）根据布管尺寸计算 对于b型连接方式，（2）假设管板计算厚度（3）计算管板抗弯刚度D和各项旋转刚度参数；对于b型连接方式：； 查57-1常用金属材料的物理性能表3-3 低铬钼钢弹性模量材料下列温度()下的弹性模量/300350低铬钼钢（至）190186 查参考文献4(GB151-1999)图26 查参考文献4(GB151-1999)图26 假设管板计算厚度 （4）由图19，图20和图21按和分别查取。（5）确定管板设计压力（6）计算径向应力（7）换热管轴向应力换热管尺寸为只有壳程设计压力，管程设计压力。350 换热管许用应力只有管程设计压力，壳程设计压力。壳程设计压力和管程设计压力同时作用。换热管满足要求（8）换热管与管板连接的拉脱应力由3.6.5由参考文献4(GB151-1999) 5.7.5规定 满足要求（9）管板的厚度管板厚度不小于下列三者之和：管板的计算厚度或参考文献4(GB151-1999) 5.6.2规定最小厚度，取大者。管板的计算厚度，参考文献4(GB151-1999) 5.6.2规定最小厚度。取壳程腐蚀裕量或结构开槽深度，取大者。壳程腐蚀裕量，结构开槽深度0。取管程腐蚀裕量或分程隔板槽深度，取大者。管程腐蚀裕量，分程隔板槽深度 取管板名义厚度第四章 换热器其他各部件设计4.1进出口接管设计根据参考文献6(HG20553-93)选接管。表4-1 钢管类别及刚号钢管类别标准号钢号使用温度，备注合金钢管GB 9948上限550相当 焊接采用全焊透，局部无损检测。焊接接头系数按参考文献1(GB150-1988) 3.7双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头局部无损检测 。 4.1.1精制气入口接管取设计温度与管箱相同350。（1）DN350接管选取选取参考文献6(HG20553-93)系列接管。表4-2 DN350接管尺寸公称直径DN外径壁厚和理论重量AB35014355.611.093.48 对接管进行强度校核 满足强度要求（2）DN500接管选取精制气进口接管与管箱连接处选用公称直径的接管充当人孔选取参考文献6(HG20553-93)系列接管表4-3 DN500接管尺寸公称直径DN外径壁厚和理论重量AB5002050816.0194.12 对接管进行强度校核 满足强度要求（3）异径弯头选取按参考文献7(GB/T12459-2005) 选取弯管为长半径异径弯头 90E（L）R表4-4 长半径异径弯头 单位：毫米公称尺寸DN坡口处外径中心至端面A大端大端系列系列508355.67624.1.2精制气出口接管取设计温度与管箱相同350选取参考文献6(HG20553-93)系列接管表4-5 DN300接管尺寸公称直径DN外径壁厚和理论重量AB30012323.910.077.41 对接管进行强度校核 满足强度要求4.1.3混合气入口接管取设计温度与筒体设计温度相同300。选取参考文献6(HG20553-93)系列接管尺寸同表4-5 对接管进行强度校核 满足强度要求4.1.4混合气出口接管取设计温度与筒体设计温度相同300。选取参考文献6(HG20553-93)系列接管尺寸同表4-2 对接管进行强度校核 满足强度要求4.1.5 管板排气口接管设计取设计温度与管板设计温度相同350。选取参考文献6(HG20553-93)系列接管表4-6 DN20接管尺寸公称直径DN外径壁厚和理论重量AB2026.92.91.72 对接管进行强度校核 满足强度要求4.1.6加强管设计参照HGT 21630-1990，选择符合JBT4726-2000的截面为圆形的条形锻件，材料选择。利用机加工，将棒料加工成加强管，具体尺寸见加强管零件图。4.2接管开孔补强的设计计算开孔补强按参考文献1(GB150-1998)进行设计计算。4.2.1精制气进口处补强设计1）基本参数 2）补强计算方法判别开孔直径且 满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。3）开孔所需补强面积所需补强面积4）有效补强范围有效宽度B取下列两式中大者故外侧有效高度取下列两式中小者故内侧有效高度取下列两式中小者故5）有效补强面积管箱多余金属面积接管多余金属面积接管计算厚度接管区焊缝面积焊脚取有效补强面积所需另行补强面积6）补强圈设计根据选补强圈，参照参考文献8(JB/T4736-2002)选取补强圈选择图1 E型补强圈 材料选择E型适用于壳体为内坡口的全焊透结构强圈内径补强圈外径，补强圈在有效补强范围内。补强圈厚度 取补强圈厚度表4-6 DN50024补强圈尺寸接管公称直径外径内径厚度24尺寸，质量，50084051262.2标记：4.2.2精制气出口处补强设计1）基本参数 2）补强计算方法判别开孔直径且 满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。3）开孔所需补强面积所需补强面积4）有效补强范围有效宽度B取下列两式中大者故外侧有效高度取下列两式中小者故内侧有效高度取下列两式中小者故5）有效补强面积管箱多余金属面积接管多余金属面积接管计算厚度接管区焊缝面积焊脚取有效补强面积所需另行补强面积6）补强圈设计根据选补强圈，参照参考文献8(JB/T4736-2002)选取补强圈选择图1 E型补强圈 材料选择E型适用于壳体为内坡口的全焊透结构强圈内径补强圈外径，补强圈在有效补强范围内。补强圈厚度 取补强圈厚度表4-7 DN30024补强圈尺寸接管公称直径外径内径厚度24尺寸，质量，30055032828.7标记：4.2.3混合气入口处补强设计1）基本参数 2）补强计算方法判别开孔直径且 满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。3）开孔所需补强面积所需补强面积4）有效补强范围有效宽度B取下列两式中大者故外侧有效高度取下列两式中小者故内侧有效高度取下列两式中小者故5）有效补强面积筒体多余金属面积接管多余金属面积接管计算厚度接管区焊缝面积焊脚取有效补强面积所需另行补强面积6）补强圈设计根据选补强圈，参照参考文献8(JB/T4736-2002)选取补强圈选择图1 E型补强圈 材料选择E型适用于壳体为内坡口的全焊透结构强圈内径补强圈外径，补强圈在有效补强范围内。补强圈厚度 取补强圈厚度表4-8 DN30022补强圈尺寸接管公称直径外径内径厚度22尺寸，质量，30055032826.3标记：4.2.4混合气出口处补强设计1）基本参数 2）补强计算方法判别开孔直径且 满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。3）开孔所需补强面积所需补强面积4）有效补强范围有效宽度B取下列两式中大者故外侧有效高度取下列两式中小者故内侧有效高度取下列两式中小者故5）有效补强面积筒体多余金属面积接管多余金属面积接管计算厚度接管区焊缝面积焊脚取有效补强面积所需另行补强面积6）补强圈设计根据选补强圈，参照参考文献8(JB/T4736-2002)选取补强圈选择图1 E型补强圈 材料选择E型适用于壳体为内坡口的全焊透结构强圈内径补强圈外径，补强圈在有效补强范围内。补强圈厚度 取补强圈厚度表4-9 DN35020补强圈尺寸接管公称直径外径内径厚度22尺寸，质量，35062036029.5标记：4.2.5上排气口处补强设计1）基本参数 参考文献1(GB150-1998)表7-2查得标准椭圆形封头2）补强计算方法判别开孔直径且 满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。3）开孔所需补强面积所需补强面积4）有效补强范围有效宽度B取下列两式中大者故外侧有效高度取下列两式中小者故内侧有效高度取下列两式中小者故5）有效补强面积封头多余金属面积接管多余金属面积接管计算厚度接管区焊缝面积焊脚取有效补强面积 用此厚壁管不需另行不强4.2.6下排净口处补强设计1）基本参数 参考文献1(GB150-1998)表7-2查得标准椭圆形封头2）补强计算方法判别开孔直径 满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。3）开孔所需补强面积所需补强面积4）有效补强范围有效宽度B取下列两式中大者故外侧有效高度取下列两式中小者故内侧有效高度取下列两式中小者故5）有效补强面积封头多余金属面积接管多余金属面积接管计算厚度接管区焊缝面积焊脚取有效补强面积 用此厚壁管不需另行补强4.3管法兰设计(1)管法兰选取由参考文献4(GB151-1999) 5.4.2设计温度高于或等于300时，应采用对焊法兰。选择带颈对焊法兰 法兰类型代号WN 密封面形势及代号MFM由参考文献9(HG/T20615-2009) 表4.0.1 钢制管法兰用材料表4-10 钢制管法兰用材料类别号类别锻件材料牌号标准编号1.17铬钼钢JB4726由参考文献9(HG/T20615-2009) 表7.0.1-10查材料组别为1.17钢制管法兰用材料最大允许工作压力 表4-11 材料组别为1.17最大允许工作压力工作温度最大允许工作压力（bar）Class150（PN20）Class300（PN50）30010.242.93508.440.3由参考文献9(HG/T20615-2009) 表3.2.2选用法兰密封面型式表4-12 法兰密封面型式法兰类型密封面型式公称压力Class（PN）150（20）300（50）600（110）900（150）1500（260）带颈对焊法兰WN凹面（FM）凸面（M）DN15DN600图4-1凹凸面法兰的密封面表4-13 凹凸面法兰的密封面尺寸公称尺寸Class300（PN50）Class2500（PN4200）DNNPSdWXYZ203/45433.342.944.431.87530012392342.9381.0382.6341.335014424374.6412.8414.3373.150020595533.4584.2585.8531.8图4-2 带颈对焊钢制管法兰由参考文献9(HG/T20615-2009) 表8.2.2-2选取Class300带颈对焊钢制管法兰尺寸 表4-14 Class300带颈对焊钢制管法兰尺寸 （mm）公称尺寸DN钢管外径（法兰焊端外径）A连接尺寸法兰厚度C法兰颈大端N法兰内径B法兰高度H法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓Th螺栓孔数量n（个）2026.911582.618M16414.3482156300323.9520450.833M301649.3375303.5129350355.6585514.433M302052.4425333.5141500508775685.836M332462.0587476160图4-3 钢制管法兰盖钢制管法兰盖（BL）尺寸由参考文献9(HG/T20615-2009) 表8.2.8-2选取Class300钢制管法兰盖尺寸4-15 Class300钢制管法兰盖尺寸 （mm）公称尺寸DN连接尺寸法兰厚度CDNNPS法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n（个）螺栓Th203/411582.6184M1614.3查参考文献9(HG/T20615-2009)附录E得管法兰的近似质量表4-16 class300法兰的近似质量 kg公称尺寸DN带颈对焊法兰WN法兰盖BL201.361.3630064.4735093.52500167.53（2）选择管法兰垫片由参考文献10(HG/T20635-2009)表3.2.11选用垫片形式表4-17 垫片型式选用表垫片型式公称压力Class公称尺寸DN最高使用温度密封面型式密封面的表面粗糙度法兰型式缠绕式垫片(A、B)HG/T 20613凹面/凸面带颈对焊法兰由参考文献4(GB151-1999)附录H表H1选择垫片材料表4-18 垫片选用表介质法兰公称压力介质温度法兰密封面型式垫片名称垫片材料或牌号氢气2.5、4.0、6.4凹凸面缠绕式垫片柔性石墨由参考文献11(HG/T20631-2009)表3.0.3垫片的使用温度范围表4-19 垫片的使用温度范围金属带材料填充材料温度范围钢号标准名称参考标准GB/T 3280柔性石墨带JB/T 7758.2由参考文献11(HG/T20631-2009)表3.0.1选择垫片类型：带内环型；代号：B图4-4 垫片尺寸由参考文献11(HG/T20631-2009)表4.0.1-2查垫片尺寸 表4-20 垫片尺寸 mm公称尺寸DN内环内径缠绕部分缠绕垫片厚度T内环厚度tBClass300Class1500(PN50PN260)内径外径2020.633.342.93.22.0300303.2342.9381.0350342.9374.7412.8500495.3533.4584.2(3)管法兰紧固件选取由参考文献10(HG/T20635-2009)表3.3.1查螺栓/螺母的选用表4-21 螺栓/螺母的选用螺栓/螺母紧固件强度公称压力等级使用温度型式标准规格材料全螺纹螺柱专用重型六角螺母HG/T 20634M14M33高（PN420）由参考文献12(HG/T20634-2009)表5.0.6-1选凹面/凸面时螺柱长度代号由参考文献12(HG/T20634-2009)表5.0.6-6 查Class300（PN50）、法兰配用螺柱长度和质量表4-22 螺柱长度和质量公称尺寸DN螺纹数量n（个）螺柱（）质量kg20M16485136300M30161951092350M30202001120500M33242251530质量为每1000件的近似质量紧固件用平垫圈由参考文献12(HG/T20634-2009)附录A选用平垫圈A级（GB/T 97.2）300HV图4-5 平垫圈表4-23 紧固件用平垫圈尺寸dM16M30M30173134305660h3454.4折流板、支撑板设计材料选择Q245R由参考文献4(GB151-1999)表41取折流板名义外径为DN-6=1200-6=1194mm，由参考文献4(GB151-1999)表42得换热管外径25mm钢管，最大允许无支撑跨距为1850mm，取折流板间距为630mm，由参考文献4(GB151-1999)表34取折流板支撑板厚度为16mm，由GB151表35取折流板、支撑板管孔为d+0.4=25.4mm 允许上偏差0.30，允许下偏差0。4.5防冲板设计材料选择Q245R由参考文献4(GB151-1999) 5.11.4防冲板选取6mm防冲板应大于接管外径50mm 取边长的正方形防冲板4.6分程隔板材料选择Q245R参考文献4(GB151-1999) 表6 规定公称直径1200mm，分程隔板最小厚度10mm，取隔板厚度14mm。密封面处按图削至10mm图4-5 分程隔板连接面分程隔板槽按参考文献4(GB151-1999) 5.6.6.2设计槽深取8mm分程隔板槽的宽度为12mm4.7纵向隔板设计材料选择Q245RGB151 规定最小厚度6mm，取纵向隔板厚度14mm，长4400mm纵向隔板与管板连接方式采用角钢支撑由参考文献13(GB/T706-2008)选择不等边角钢材料选择Q245R型号4/2.5规格为长1米纵向隔板与角钢采用M12螺栓连接4.8接管最小位置参照：141.4接管最小位置图4-6 接管位置4.8.1壳程接管最小位置筒体上混合气入口处补强圈外径筒体上混合气出口处补强圈外径接管中心线位置距筒体上端距离取接管中心线位置距筒体上端400mm4.8.2管箱上接管最小位置取接管中心线位置于管箱中点处筒体上精致气入口处补强圈外径接管中心线位置距管箱两端距离4.9管箱的最小内测深度封头直边段高度，曲面高度由参考文献4(GB151-1999) 5.2.2管箱筒节最小长度4.10管箱筒节长度确定管箱筒节最小长度管箱接管中心线位置距管箱两端距离考虑精致气进口接管充当人孔取管箱筒节长度1000mm4.11拉杆定距管由参考文献参考文献4(GB151-1999)表43、表44，选拉杆直径为12mm，数量12根。定距管选，材料与换热管相同4.12支座选取由5 表16-8在10m高度我国各地基本风压的参考值查取呼和浩特（1）质量计算低合金钢密度换热管的质量取换热管的平均长度为弯曲半径时，换热管的长度换热管总长度管板质量封头质量管箱质量筒体质量法兰质量补强圈质量纵向隔板质量分程隔板质量接管质量长半径异径弯头质量估算总质量（2）偏心载荷计算公称直径350mm法兰质量，长半径异径弯管质量，公称直径500mm法兰质量，公称直径500mm接管质量，质心距右侧的距离偏心载荷偏心距图4-7 偏心载荷简化图（3）设备质心位置计算估算设备质心位置图4-8 设备质心计算简化图质心距容器底端距离L （4）支座选取垫板材料一般与容器材料相同支座的筋板和底板材料材料代号选择B型支座支座号4图4-9 支座由参考文献15(JB/T1712.3-2007)表4得支座参数表4-24 支座参数支座号支座允许载荷Q,kN适用容器公称直径DN高度H底板筋板490250200140147029014010垫板盖板地脚螺栓支座质量kged规格3152508407030M2415.7由参考文献15(JB/T1712.3-2007)附录C计算耳式支座安装尺寸图4-10 耳式支座安装尺寸由参考文献15(JB/T1712.3-2007)附录A进行载荷近似计算图4-11 载荷近似计算简图取耳座底板距设备底端3000mm则取设备底端距地面高度1000mm则设备重心距地面高度为选用4个B4支座地震影响系数，对于7,8,9度地震设防烈度取0.08,0.16,0.32；取地震载荷风载荷，满足支座本体允许载荷的要求计算支座处圆筒所受的支座弯矩由参考文献15(JB/T1712.3-2007)表B.2支座处壳体的允许弯矩（）表4-25 支座处壳体的允许弯矩筒体有效厚度，mm支座号筒体公称直径，mm圆筒内压，1.01.6A，BA，B124120015.0812.52164120028.8325.80由参考文献15(JB/T1712.3-2007)表B.3支座处壳体的允许弯矩（）表4-26支座处壳体的允许弯矩筒体有效厚度，mm支座号筒体公称直径，mm圆筒内压，1.