铜液氨冷设计(釜式重沸器)

本 科 毕 业 设 计 (论 文)铜液氨冷设计Design of Copper Ammonia Cooler 学 院： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2013年 6 月毕业设计（论文）中文摘要铜液氨冷设计摘 要：釜式重沸器是一种使用很广泛的化工设备，其在石油、化工行业中的使用越来越广泛。文章主要介绍了釜式重沸器，它属于换热器的一种。本设计主要涉及了釜式重沸器的机械计算。在已知换热器的管程 壳程设计压力设计温度，以及它们各自进出的物料，焊接系数等参数的情况下。查相关资料后，一步步求出换热管的尺寸和排列方式，大端和小端壳体的筒径和壁厚以及它们的封头壁厚、管箱的各数据计算、接管的选取及开孔后的补强、两块管板的厚度、浮头的各自参数、支座的选取、折流板以及其他所有零部件的结构尺寸和材料。并对所算的数据参数进行了校核，以保证设计的可行性和安全性。关键词：釜式重沸器；设计计算；校核毕业设计（论文）外文摘要Design of Copper Ammonia CoolerAbstract: Kettle-type reboiler is a widely used chemical equipment, in oil, and more and more widely used in chemical industry. Kettle-type reboiler is introduced in this article, it belongs to a kind of heat exchanger. This design mainly involves the mechanical calculation of kettle-type reboiler. Known in the shell side of the tube side design pressure design temperature of the heat exchanger, as well as their respective materials in and out, under the condition of welding parameters such as coefficient. After check related information, step by step, find out the size and arrangement of the heat exchange tube, Big end and small end of the tube diameter and wall thickness of the shell wall thickness as well as their head, tube box of each data calculation, selection of takeover and open hole after reinforcement, two pieces of the thickness of the tube plate, each parameter of the floating head, Selection of bearing and baffle plate, and all other parts of structure size and material. Data and to calculate the parameters for the checking, to ensure the safety and feasibility of the design. Keywords: Kettle-type reboiler；Design calculation；check 目 录1 绪论 12 设计计算 32.1 换热器结构设计 32.2 换热器壳体设计 42.3 管箱的设计 82.4 开孔补强 92.5 管板计算 162.6 浮头的计算 192.7 支座 282.8 其他零件 303 安装、试车、维护和维修 333.1 安装 333.2 试车 333.3 维护和维修 34结论 35致谢 36参考文献 37附录 38二一三届本科毕业生（论文） 第 38 页 共 38页1 绪论1.1 换热器的现状管壳式换热器又称为列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构比较简单，操作较可靠，适用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，特别在炼油、化工行业中，是主要的工艺设备之一。特别是七十年代初发生能源危机以来，各国都在纷纷寻找新的能源及节约能源的途径。因此，换热器的研究倍受重视。1.1.1 计算机的使用借助计算机模拟运算的优点，90年代，杨长威利用计算机对蒸发器进行了计算和绘图，郑刚等利用计算机采用稳态分布参数法，对换热器使用时回路的最佳长度进行了模拟。到如今，各种计算系统应运而生。利用计算机后，仅仅输入最少的数据，就能迅速地得到化工机械的设计图表及图纸。1.1.2 高温高压换热器的出现随着工艺的飞速反展和大型高温高压换热器的使用率越来越大。近年来，高温高压换热器在结构，材料，工艺和制造方面都有一些进展，管箱和密封面结构都有较大的改善，管子进口区的防护获得一些改进。另外采用了薄板以减小热应力。使用小管子较密排列，改善了管子和管板的连接。1.2 换热器的发展1.2.1 压力容器向大型化发展压力容器的大型化能节约材料、能源、降低投资、降低生产成本。可以极大的提高生产效率。近年来压力容器大型化趋势仍在继续。1.2.2 压力容器用刚的发展由于压力容器向大型化发展，对钢材的要求越来越严格，材料技术的不断提高使压力容器大型化有了保障。钢材的强度不断提高，钢材的抗裂性和韧性指标也有了改善。出现了大线性能量下焊接性良好的钢板。1.2.3 焊接新材料新技术的产生和应用压力容器材料在铸锻轧三种形式之外产生了第四种焊接材料全焊肉，它有两大特点。第一，焊肉性能完全可根据需要来决定。焊后只需要做消除应力热处理。第二，堆焊层之间以及焊肉-芯筒之间基本没有热影响区。1.2.4 无损检测技术的可靠性提高无损检测技术在对过程装备材料和整个制造过程以及在役装备检验方面起着重要作用，有效的保证了安全。1.3 换热器的发展趋势1.3.1 余热回收装置的研究工业余热的利用潜力大,对生产有显著影响，主要为：1000左右的高温热量及其高压能量的合理利用是石油化学工业的关键技术之一。从换热器的整体结构、各类管板的结构设计、热膨胀补偿方法直到高温侧热通量的控制，都有许多课题急待解决；100200的低温余热回收，对一般企业有普遍意义。企业的热利用率低的原因很多都是低温位热能没有很好地利用起来。1.3.2 紧凑式换热器的研究紧凑式换热器具有很多优异的性能，在采用多流道布置后，其优越性更为显著。板式换热器需要改进密封结构，以增强板片的强度，研究开发新的垫片材料以提高操作温度和操作压力是今后发展的重点。板壳式换热器由于从结构上解决了耐温、抗压和高效之间的矛盾，因此在化学工业中很快得到推广应用。但是，由于它的制造工艺比较复杂，焊接要求很高因而今后应注重改进结构设计，发展新的成型和焊接工艺1.3.3强化传热管的研究近年来，国内外在采用强化传热管改进换热器性能、提高传传热效率、减少传热面积和降低设备投资等方面，取得了显著的成绩。强化传热管的同时也是利用低温位热量的关键部件。表面多孔管可以在非常小的温差下产生很多的泡核，使汽化核心增加许多倍，但是制造工艺要求比较严格，且生产成本高，这些都是今后有待解决的问题。2 设计计算主要工艺设计参1 壳程进、出口温度：30、5 2 壳程工作压力：1.4 MPa3 管程进、出口温度：38、10 4 管程工作压力：0.3 MPa5 壳程介质：液氨、气氨 6 管程介质：铜氨液7 结构要求：釜式重沸器 8 换热面积：150 m22.1 釜式换热器的结构设计2.1.1 总体结构设计选择设计带蒸发空间的传统的结构形式，主要部件的代号为BKT。即前端管箱形式为封头管箱，壳体形式为釜式重沸器，后端结构形式为可抽式浮头。并有换热管、管板、法兰、支座等部件组成。2.1.2 换热器管程设计换热管，选取换热管尺寸为的无缝钢管。由于管长太长不易清洗，安装繁琐。一般取六米以下，采用标准管长4.5米，材料选用20钢。2.1.3估算单根换热管的传热面积 （2-1）式中A 单根换热管的面积d 换热管外径L 换热管的长度 估算伸入管板内的换热管长度 假设为60mm 估算焊接接头长度 估算为3mm换热管根数： （2-2）式中F 要求工艺换热面积 n 换热管根数所以换热管根数为442根。2.1.4 换热管的排列方式由于在同样的管板面积上能排列最多的管束所以采用正三角形的排列方式，如图一所示：图一 正三角形排列查参考文献1可知换热管中心距离不小于1.25倍换热管的外径。根据表12查得并选用常用换热管中心距32mm。2.2 换热器壳体设计2.2.1小端壳体直径确定用以下公式粗略计算小端壳体直径 （2-3）式中 分隔板槽两侧相邻管中心间距。查参考文献1表 12， 其值为44a 换热管中心距b 位于管束中心线上的管数 （2-4） 最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，取l=2d=50mm。经圆整后，取小端壳体直径为900mm。2.2.2 大端壳体直径确定釜式重沸器需要在壳体的上部设置蒸发空间，所以壳体有大直径壳体。蒸发空间的大小由产气量和所要求的蒸汽品质所决定。且大端直径一般为小端直径的1.52倍。锥形过度段角度取30度。故经圆整后取大端壳体直径为1400mm。斜锥长度为2.2.3 大端壳体壁厚的确定取设计压力Pc=1.6MPa，材料选用Q345R，假设厚度在616mm范围内,查材料在设计温度下许用应力为170MPa，屈服应力为345MPa。焊接为双面对焊，100%无损检测，焊缝系数，腐蚀余量为2mm，厚度负偏差为0.8mm。计算厚度 （2-5）式中 设计压力 大端壳体筒体直径设计厚度设计厚度 （2-6）名义厚度 （2-7）有效厚度 （2-8）水压试验压力 （2-9）材料的屈服应力 （2-10）水压试验校核 （2-11）故筒体壁厚满足要求，厚度假设成立。2.2.4 大端壳体封头壁厚的确定参照参考文献1，设计时选用DN1400的标准椭圆封头，材料焊接等技术要求和壳体相同。计算厚度 （2-12）所以设计厚度 名义厚度 有效厚度 水压试验压力 材料的屈服应力 水压试验校核 故封头壁厚满足要求。查参考文献2得其曲边高度为387mm,直边高度为25mm。2.2.5 斜锥厚度确定设计时，选取和筒体相同的材料，锥壳上顶角。锥壳的大端为1400 mm，小端900mm。腐蚀余量mm，钢板负偏差mm。焊接为双面对焊，100%无损检测，取焊接接头系数为1。斜锥壳为无折边斜锥壳，当无折边锥壳大端和圆筒连接时。由参考文献3图7-11。由于最大角加强系数 （2-13） 所以需要增加厚度，应在圆筒和锥壳之间加加强段，且厚度相同。 （2-14） 式中Q 应力增值系数查参考文献3图7-12 得到应力系数Q为1.17所以名义厚度 由于大端壳体厚度为12mm和需要设置加强段厚度相同。不用另行增厚。同时为了制造和准备材料的方便，取斜锥壳厚度为12mm。在锥壳周围圆弧过渡，以缓解局部应力。2.2.6 筒节厚度由于设计技术需要，需要在壳体上装一个筒节，筒节安装在壳体上端，筒节直径取500mm。设计所以设计压力同壳体压力一样，同为1.6MPa，材料选用Q345R，假设厚度在616mm范围内，查得材料在设计温度下的许用应力为170MPa，屈服应力为345MPa。采用局部检测，焊接接头系数为0.85，腐蚀余量为2mm，厚度负偏差为0.8mm。名义厚度 参考文献1规定，碳素钢或低合金钢圆筒的最小厚度应按照表8选取，故名义厚度取8mm。计算厚度 设计厚度 有效厚度 水压试验压力 材料的屈服应 水压试验压力 水压试验校核 所以筒体壁厚满足要求，假设满足要求。由于壳程介质易产生雾沫夹带，应在筒体内设置除沫器。采用丝网除沫器，它具有比表面积大，重量轻，空隙率大以及使用方便。而且它的除沫效率高，压力降小。采用全径型丝网除沫器，开孔安装，采用SP型过滤网形式，材料为Q-235，高度为100mm，采用法兰连接。法兰选取长颈对焊法兰，并采用凹凸密封面形式，由于筒体直径为500mm，压力为1.6MPa。参考文献4可得法兰及密封面的各项数据。图二 凹凸密封面表一 法兰数据DD1D2D3D4HhaRd规格数量640600565555552369025171412221279M24242.3 管箱的设计2.3.1 管箱厚度计算由工艺设计可知，管箱直径和小端筒体的直径应取相同值，故都为900mm。设计温度为50度，设计压力和管程压力相同，都为0.4MPa。采用Q345R卷制。假设厚度在616mm范围内,查得材料在50度时的许用应力为170MPa。采用局部检测，焊接接头系数为0.85，腐蚀余量为2mm，厚度负偏差为0.8mm。计算厚度 设计厚度 名义厚度 查参考文献1表8得最小名义厚度为10mm。但为了制造方便和经济成本的考虑，取其厚度和壳体厚度相同，同为12mm。有效厚度 水压试验压力材料的屈服应力 水压试验压力 水压试验校核 所以壁厚满足要求，假设满足要求。2.3.2 管箱封头厚度计算选取DN900的标准椭圆封头，材料和焊接方式等技术要求同大端壳体封头相同。计算厚度 （2-15）设计厚度 名义厚度 查参考文献1表8得最小名义厚度为10mm。但为了制造方便和经济成本的考虑，取其厚度和壳体厚度相同，都为12mm。有效厚度 水压试验压力 材料的屈服应力 水压试验压力水压试验校核 所以封头壁厚满足要求，查参考文献2得其曲面高度262mm，直边高度25mm。为了增加换热效率，管程分为六程。所以需要在管箱内设置分程隔板。分程隔板厚度参照参考文献1表6中，取其厚度为10mm，开隔板槽深度为4mm，隔板槽间距为210mm。查参考文献1可知，多程管箱的内侧最小深度L应保证两程之间的最小流通面积不小于每程换热管流通面积的1.3倍。经粗略计算考虑，取最小内侧深度为777mm。2.4 开孔补强2.4.1 接管法兰的选取对于壳体上的接管开孔均采用带颈平焊法兰，并使用凹面密封。查参考文献2以N1为例，其各项数据如下：图三 带颈平焊法兰表二 法兰各数据钢管外径A法兰外径D螺栓中心孔直径K螺栓孔直径螺栓孔数量n螺栓型号Th法兰厚度C法兰内径法兰颈NR法兰高度H破口宽度133250210188M16221351688440图四 凹面密封表三 凹面密封的数据dWXYZ188254.5155175176154同样的，其余各接管法兰,密封面的各项数据也可以查到。具体管口表见下表表四 管口表符号公称尺寸公称压力连接标准连接面形式密封面到中心距离尺寸用途与名称备注N11251.0HG20592 SOFM6601336铜氨液入口N21251.0HG20592 SOFM6601336铜氨液出口N3501.6HG20592 SOFM860575液氨入口N4251.6HG20592 SOFM860575放尽口N5251.6HG20592 SOFM860324放油口N6501.6HG20592 SOFM860575放空口带盲板N71002.5HG20592 SOFM9101086安全阀接口N82001.6HG20592 SOFM见图2198气氨出口L1,L2252.5HG20592 SOFM见图324液面计接口L3，L4805.0HG206155 SOFM见图896自控液面计接口2.4.2 筒体的补强换热器壳体和封头上的接管处开孔需要补强，选用等面积补强法进行补强，在结构外孔外面焊上截面积相同的容器器壁相同的材料Q345R。设计筒体内径为500mm,故设计制造了的筒体。材料和壳体一样，采用Q345R。筒体材料的许用应力，壳体材料许用应力。采用局部检测，焊接接头系数为0.85，腐蚀余量为2mm，厚度负偏差为0.8mm。压力为壳程压力为1.6MPa 接管计算厚度 开孔直径 （2-16）mm 接管有效厚度 接管名义厚度 为8mm。 壳体名义厚度 为12mm 壳体开孔处的有效厚度 强度削弱系数 （2-17） 壳体开孔处的计算厚度，之前计算可知为7.79mm。所以圆筒开孔所需补强面积可作为补强的截面积 壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 （2-18）B 补强有效厚度 （2-19）或者 （2-20）取两者较大值，所以 B=979.2 （2-21）或者 实际外伸厚度为967取两者较小值，所以h1=62.58mm由于实际内伸长度为0 所以h2为0 （2-22） 接管有效厚度减去计算厚度之外的多余积 （2-23）焊脚取8mm,所以焊缝金属截面积 因为 （2-24）所以开孔需要另行补强，另行补强面积 （2-25） 查参考文献2，表3-6-1得补强圈外径D。=840mm,根据图3-6-1，选取D型补强形式，所以内径Di=500+5=505mm。补强圈厚度 （2-26）圆整为10mm，但为了便于制造时准备材料，补强圈的名义厚度也可以取为壳体的厚度，即为12mm。质量为31.1kg。2.4.3 接管补强对于接管的补强，根据参考文献3,表8-1，可知N3 N4 N5 N6 L1 L2 L3 L4等外径小于89mm的都不需另行补强。(1)接管 N1 N2设计管程接管内径为125mm，故采用的接管，考虑采用20号热轧钢。接管材料的许用应力，壳体材料许用应力。采用局部检测，焊接接头系数为0.85，腐蚀余量为2mm，厚度负偏差为0.8mm。压力为管程压力为0.4MPa。圆筒开孔所需补强面积 d 开孔直径，mm 接管计算厚度， 接管名义厚度，为6mm。 壳体名义厚度，为12mm 壳体开孔处的有效厚度， 接管有效厚度， 强度削弱系数， 壳体开孔处的计算厚度，由之前计算可知为1.24mm可作为补强的截面积 壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积， 或者 取两者较大值，所以B=253.2 接管有效厚度减去计算厚度之外的多余积 或者 实际外伸厚度为200取两者较小值，所以h1=27.56mm由于实际内伸长度为0， 所以h2为0 焊缝金属面积由于 ,所以不需另行补强。(2) 接管N7设计管程接管内径为100mm,故采用的接管。考虑采用20号热轧钢。接管材料的许用应力，壳体材料许用应力。采用局部检测，焊接接头系数为0.85，腐蚀余量为2，厚度负偏差为0.8。压力为壳程设计压力为1.6MPa。 接管计算厚度 d 开孔直径 mm 接管有效厚度 接管名义厚度 为6mm。壳体名义厚度 为12mm 壳体开孔处的有效厚度 强度削弱系数 壳体开孔处的计算厚度，由之前计算可知为7.79mm。圆筒开孔所需补强面积可作为补强的截面积 B 补强有效厚度 或者 取两者较大值，所以B=203.2 或者 实际外伸厚度为200取两者较小值，所以h1=24.74mm由于实际内伸长度为0 所以h2为0焊脚取8mm,所以焊缝金属截面积 因为 所以开孔需要另行补强，另行补强面积 查参考文献2，表3-6-1得补强圈外径为D。=200mm,根据图3-6-1，选取D型补强形式，所以内径Di=100+5=105mm。补强圈厚度圆整为6 mm。但为了便于制造时准备材料，补强圈的名义厚度也可以取为壳体的厚度，即为12mm。重量为 2.03kg。 (3)接管N8设计管程接管内径为200mm, 故采用的接管。考虑采用20号热轧钢。接管材料的许用应力，壳体材料许用应力。采用局部检测，焊接接头系数为0.85，腐蚀余量为2，厚度负偏差为0.8。压力为壳程压力为1.6MPa。 接管计算厚度 d开孔直径 mm 接管有效厚度 接管名义厚度 为8mm。 壳体名义厚度 为8mm 壳体开孔处的有效厚度 强度削弱系数 小筒体开孔处的计算厚度 由之前计算可知为2.7mm。圆筒开孔所需补强面积可作为补强的截面积 B 补强有效厚度 mm 或者 取两者较大值，所以B=394.8mm 或者 实际外伸厚度为200取两者较小值，所以h1=39.74mm由于实际内伸长度为0 所以h2为0 焊缝金属面积由于 ,所以不需另行补强。2.5 管板计算2.5.1固定管板厚度计算此再沸器共有两块管板，分别为一块浮动管板和一块固定管板。查参考文献1由于本设计的管板和壳体，管箱的连接方式采用 a型连接方式。所以采用a型连接的方法计算管板厚度。已知条件如下所示 材料许用应力，。强度，刚度消弱系数都取0.4表五 已知参数管子壳体材质20钢Q345R弹性模量E210000210000尺寸252.5450090012管子数442根管间距32mmA1 管板布管区内开孔后的面积 （2-27） 在布管区内，未能被换热管支撑的面积。对于六程的管程，根据换热管排列方式 管板布管区面积多管程且是三角形排列时 （2-28） 板管布区当量直径 （2-29） 管束模量a 一根换热管金属的截面积 （2-30）L 换热管有效长度假设壁厚为60mm，所以有效长度 （2-31）管束无量纲度 （2-32）无量纲压力 （2-33）查参考文献3得垫片外径 ，垫片外径密封宽度 （2-34）所以有效密封宽度 （2-35）压紧力中心圆直径 （2-36）系数 （2-37）对于本设计，选压力大者，故采用壳程设计压力所以计算系数 （2-38） （2-39）利用计算系数，查参考文献1，图23 得到系数C=0.5，Gwe=5.8，所以管板计算厚度管板名义厚度 （2-40）式中 管板上管程分隔板槽深 此时应该重新校核换热管有效长度。所以 管束无量纲度此时，C值仍为0.8，所以换热管可取56mm。2.5.2 校核换热管的轴向应力管子回转半径 （2-41）求管子受压失稳当量长度。取折流板间距为1000mm，等间距布置。查参考文献1，图32，经计算，选取最大值得失稳当量长度 （2-42）所以系数 （2-43）因为 所以管子稳定许用应力 （2-44）系数 （2-45）壳程设计压力Ps为1.6MPa,管程设计压力Pt为0.4MPa。所以换热管的轴向应力 （2-46）式中 （2-47）所以由于所以换热管的轴向应力满足要求。2.5.3 校核换热板和管板连接的拉脱力校核拉脱力 （2-48）许用拉脱应力由于所以拉托应力满足要求。2.5.4 浮动管板计算为了设计制造维修方便，浮动管板的厚度和固定管板一样。浮动管板为带法兰的管板。2.6 浮头的计算本设计由于浮头尺寸过大，为方便安装与拆卸采用浮头采用球冠法兰型浮头盖，管板为T型浮动管板。2.6.1 球冠形封头的设计查参考文献1封头球向内半径R1=700mm,材料选用Q345R。假设厚度在616mm范围内,材料在50度时的许用压力，封头和圆筒的连接采用T形接头采用全焊透，所以焊接接头系数为。由于所以球冠形封头受外压封头计算厚度 （2-49）式中Q值由参考文献3图7-7查取，由于 （2-50） （2-51）所以系数Q为2.3名义厚度 此时再按参考文献3 校核外压球壳的厚度。假设名义厚度14mm。则有效厚度则 （2-52）所以计算系数 （2-53）查参考文献3图6-5得系数B为150封头许用外压 （2-54）校核满足要求，所以球冠形封头厚度为14mm。2.6.2 浮头盖法兰强度计算本设计中，浮头盖是由球冠形封头和法兰焊接而成的。其具体尺寸应与浮动管板相配套。采用校核计算，设封头盖法兰厚度为60mm。球冠形封头的外壁与法兰内壁交点距法兰上的表面L为16mm。材料用,壳体法兰许用应力，(1) 管程压力作用下管程设计压力为。设计垫片外径=818mm,内径=790mm。材料选用耐油石棉橡胶板。厚度为3mm，查参考文献2137页，3mm的耐油石棉橡胶的垫片系数m=2,比压力为 y=11。采用参考文献2表4-12中3的密封面形式。所以垫片接触宽度 （2-55）垫片基本密封宽度 （2-56）所以有效密封宽度 （2-57） 垫片压紧力作用中心圆直径 （2-58） 垫片预紧状态下需要的最小垫片压紧力 （2-59） 操作状态下需要的最小垫片压紧力 （2-60） 垫片宽度查参考文献1取15mm，法兰螺栓直径 螺栓载荷螺栓材料40MnB常温的许用应力=210MPa,设计温度的许用应力=202.5MPa。预紧状态下需要的最小螺栓载荷 （2-61）操作状态下需要的最小螺栓载荷 （2-62） 螺栓面积预紧状态下所需的最小螺栓面积 （2-63）操作状态下所需的最小螺栓面积 （2-64）所需螺栓面积 取两者较大值，所以1137法兰径向尺寸、及螺栓最小间距按下表取表六 法兰径向尺寸螺栓最大间距 （2-65）式中 为设计的螺栓孔直径螺栓最小数量 （2-66）螺栓的做多数量 （2-67）因此，选取螺栓数量为24个，型号为M20。由参考文献6表10-1，查得相应螺栓纹小径=17.294,。每个M20螺栓有效面积为实际螺栓总面积 螺栓设计载荷 （2-68）操作载荷N 法兰力矩浮头盖法兰内径 （2-69）式中 为管板和壳体间间隙，查参考文献1取5mm法兰外径 （2-70）作用在法兰环内侧封头压力载荷引起的轴向分力 （2-71）流体压力引起的总轴向力和作用于法兰内径载荷上流体压力引起的轴向力差 （2-72）式中 F所以 （2-73）窄面法兰垫片压紧力 （2-74）所以作用在法兰环内侧封头压力载荷引起的径向分力 （2-75）螺栓中心至法兰环内侧的径向距离 （2-76）螺栓中心至FG作用位置处的径向距离 （2-77）螺栓中心至FT作用位置处的径向距离 （2-78）FR对法兰环载荷面形心的力臂 （2-79）管程压力工况时的法兰力矩 （2-80）预紧法兰的力矩 （2-81）所以系数 （2-82）系数，操作工况时 （2-83）预紧工况时 （2-84）法兰厚度系数 ，操作工况时 （2-85）预紧工况时 （2-86）取这两种工况时的较大者(2) 壳程压力作用下管程设计压力为。设计垫片外径=818mm,内径=790mm。材料选用耐油石棉橡胶板。厚度为3mm，查参考文献2137页，3mm的耐油石棉橡胶的垫片系数m=2,比压力为 y=11。采用参考文献2表4-12中3的密封面形式。所以垫片接触宽度垫片基本密封宽度所以有效密封宽度垫片压紧力作用中心圆直径垫片预紧状态下需要的最小垫片压紧力操作状态下需要的最小垫片压紧力垫片宽度查参考文献1 取15mm，法兰螺栓直径 螺栓载荷螺栓材料40MnB常温的许用应力=210MPa,设计温度的许用应力=202.5MPa。预紧状态下需要的最小螺栓载荷操作状态下需要的最小螺栓载荷 螺栓面积预紧状态下所需的最小螺栓面积操作状态下所需的最小螺栓面积所需螺栓面积 取两者较大值，所以4548法兰径向尺寸、及螺栓最小间距按下表取表七 法兰径向尺寸螺栓最大间距式中 为设计的螺栓孔直径螺栓最小数量螺栓的做多数量因此，选取螺栓数量为24个，型号为M20。由参考文献6表10-1，查得相应螺栓纹小径=17.294。每个M20螺栓有效面积为实际螺栓总面积 螺栓设计载荷操作载荷N 法兰力矩浮头盖法兰内径式中 为管板和壳体间间隙，参考文献1取5mm法兰外径 作用在法兰环内侧封头压力载荷引起的轴向分力流体压力引起的总轴向力和作用于法兰内径载荷上流体压力引起的轴向力差式中 F所以窄面法兰垫片压紧力所以作用在法兰环内侧封头压力载荷引起的径向分力螺栓中心至法兰环内侧的径向距离螺栓中心至FG作用位置处的径向距离螺栓中心至FT作用位置处的径向距离FR对法兰环载荷面形心的力臂管程压力工况时的法兰力矩预紧法兰的力矩所以系数系数，操作工况时预紧工况时法兰厚度系数 ，操作工况时预紧工况时取这两种工况时的较大者综合上述，所以法兰厚度为60mm。2.7 支座2.7.1鞍座的选取鞍式支座分为轻型（代号A）和重型（代号B）两种，同样公称直径轻型鞍座比重型鞍座承载能力小，自身重量轻，参考之前的设计数据，根据参考文献4表1，选取了DN1400的BI型，120度包角，焊制，四筋，带垫板。为了适应稳定引起的伸缩，选一个固定鞍座和一个滑动鞍座。材料选用Q235-A,垫板材料选用Q345R。所选鞍座可以承受579KN。所选鞍座各数据如下:表八 鞍座各数据鞍座高度底板腹板筋板垫板螺栓间距鞍座质量hL1B112L3B2B33弧长B44eL22001000170121023014018010114027084084092由于设计需要，要求加高鞍座高度h到800mm。查参考文献4附表B。图B.4可知此时可承受的载荷约为200KN。2.7.2 鞍座位置的设置图五 鞍座布置图当L3000mm时，取LB=（0.50.7）L。 （2-87）且 尽量使和 相近。换热管长度L1为4500mm浮动管板到封头的距离L2为220mm所以此设备的总长 所以固定鞍座位置取500mm。为了制造和工艺方便，不宜在斜锥壳处设置鞍座，故滑动鞍座的设置如图所示。2.7.3 核算鞍座支撑能力(1) 设备本身的质量M1椭圆封头m1 查得封头EHA-1400*12的质量为208kg。筒节m2 （2-88）换热管m3kg壳体m4kg固定管板m5 （2-89）式中D 为固定管板厚度 56A 为开孔面积 所以浮动管板m5,同理可求出为m6 179.88kg。计算斜锥壳时，其直径用最大壳体直径计算，所以m7上述总重约为6000，加上其他零部件等，质量不会超过8000千克。(2) 物料质量M2假设液体充满换热器，而且，将斜锥体处体积按1400mm。计算所以总重小于支座能承受的最大允许载荷200KN，所以鞍座适用。2.8 其他零件2.8.1 拉杆，滑道，折流板图六 拉杆定距杆结构拉杆查参考文献1，拉杆定距杆结构如上图所示，查表43,44可得拉杆直径取16mm。根数为8根，采用螺纹连接。将拉杆布置在管束外边缘。并设置定距管。由于换热器直径为1400mm，为了减少装配和检修时，抽装管束的困难，避免损坏折流板和支撑板，所以增设滑道。采用参考文献中1图58b 中的圆钢滑材料为Q235-B,厚度为6mm，长度约为2850mm。并在壳体底部设置支撑导轨。图七 滑道结构简图为了提高管件对流传热效率，所以应设置折流板，对于釜式重沸器，其还起到支撑作用。采用单弓形折流板。查参考文献1表34 折流板的厚度取12mm，折流板的不是采用等间距布置，由于壳程介质为气液共存，所以折流板缺口应垂直左右布置，并在折流板最低处开通液口，如下图示：图八 折流板结构折流板的最小间距一般不小于圆筒內直径的五分之一，即不小于280mm,查参考文献1表42最大无支撑跨距为1850mm,所以选取定距为1000mm。2.8.2换热器零件的连接方式（1）管板与壳体，管箱的连接。考虑釜式重沸器的维修方便，选取可拆式结构。采用如图所示的加紧式。查参考文献4图九 凹凸密封面表九 密封各数据D2D3hH9769663511552（2）换热管和管板连接形式由于强度焊制造加工简单，焊接结构强度高，抗拉脱力强，能保证换热管和管板连接的密封性。如果有渗漏也可以补焊或者予以更换，所以我选择强度焊。查参考文献1图34:图十 换热管和管板连接方式求得换热管最小伸出长度求得换热管最小伸出长度=1.5mm，最小坡口深度=2mm。3 安装、试车、维护和维修3.1 安装在安装此釜式重沸器之前应严格地进行基础质量的检查和验收工作，保证换热器的安全性能和使用性能。选择足够大的场地进行安装。根据换热器的结构形式，安装时应在换热器的两端留有足够的空间以满足操作、清洗、维修的需要。安装时应在不受力的状态下连接管线，避免强力装配。基础验收完毕后，在安装换热器之前应在基础上放垫铁，安放垫铁处的基础表面必须铲平，使两者能很好接触。地脚螺栓两侧均应有垫铁，垫铁安装不应妨碍换热器的热膨胀。换热器就位后需用水平仪对再沸器找平，找平后，斜垫铁可与设备支座底板焊牢，但不得与下面的平垫铁或滑板焊死。可抽管束再沸器安装前应抽芯检查、清扫，抽管束时，应注意保护密封面和折流板，移动和起吊时，应将管束放置在专用的支承结构上，以避免损伤换热管。3.2 试车试车前应查阅图纸有无特殊要求和说明，铭牌有无特殊标志，如管板是否按压差设计，对试压、试车程序有无特殊要求等。试车前应清洗整个系统，并在入口接管处设置过滤网。系统中如无旁路，试车时应增设临时旁路。开启放气口，使流体充满设备。开车或停车过程中，应缓慢升温和降温，避免造成压差过大和热冲击，温度上升到操作温度时，要进行螺栓的热紧。3.3 维护和检修为了保证换热器长久正常运行，提高其生产率，必须对设备进行维护与检修。应以预防性维修摆在首位，强调安全预防，以保证换热性连续稳定运转，减少任何可能发生的事故。应经常对管、壳程介质的温度及压降进行监督，分析换热器的泄漏和结垢情况。检修应拆开管子与管箱的连接处，再将整个管箱全部拆开以确定清洗或检修。应把换热器内的介质，特别是带有腐蚀性或形成聚合物的液体排出。换热器排污或放空应在折流板和管板底部开口，换热器上应安装阀门以提供反向冲洗。结 论 釜式重沸器是一种使用很广泛的化工设备，其在石油、化工行业中的使用越来越广泛。其重要性不言而喻。我的毕业设计任务就是设计一台釜式重沸器。经过几个月紧张的设计工作，从中受益匪浅。在这次釜式再沸器的设计计算使我进一步的了解掌握了换热器的工作原理和基本结构。我根据指导老师所给的主要工艺计算参数，先大致的确定我的换热器类型为BKT。即前端管箱形式为封头管箱，壳体形式为釜式重沸器，后端结构形式为可抽式浮头。再根据换热面积选取换热管的标准尺寸为和标准管长4.5m。定好换热管以正三角形排列方式后大致的确定小端和大端壳体的直径分别为900mm和1400mm。算出壁厚同为12mm。同样的，他们的封头壁厚也能一一算出，为设计制造方便同取12mm。并对他们一一校核，以保证设计的可行性和安全性。对于壳体和封头上的开孔，我都计算是否需要另行补强，需要另行补强的，采用补强圈补强。然后就是两块管板的计算，根据管箱、管板和壳体的连接方式选择正确的计算方法。得出结果为56mm。并对换热管进行了应力校核。由于浮头法兰等零件等都是非标准件，我根据参考资料自己设计了浮头的法兰、垫片及螺栓，并对他们做了校核。并计算出球冠形封头的厚度为14mm。最后是支座的选取和布置，由于设计需要增加了支座的高度，校核它的支撑能力。安全可靠后才选择使用。大体结构完成后，对本台釜式重沸器的零件和连接方式做了简略的说明。通过这次设计，了解到自己