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：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 录图表清单图表清单.1符号说明符号说明.3引言引言.8第一章第一章 换热器件简介换热器件简介.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第二章第二章 设计方案的确定设计方案的确定.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第三章第三章 强度计算强度计算.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第四章第四章 换热器其他各部件设计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.51参考文献参考文献.60谢谢 辞辞.611图表清单类别标号名称图 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耳式支座安装尺寸插图图 4-11载荷近似计算简图表 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 接管尺寸插表表 4-6DN50024 补强圈尺寸2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LM 130aMP插表表 4-26支座处壳体的允许弯矩LM 150aMP3符号说明一根换热管管壁金属的截面积，；a2mm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dA面积，；例如双管程管板，对于三角形排列：2mm(0.866 )dnAn S SS管板布管区面积，；tA2mm 三角形排列 21.732tdAnSA 开孔削弱所需要的补强截面积，；A2mm补强有效宽度，；Bmm钢板负偏差，；1Cmm腐蚀裕量，；2Cmm厚度附加量，；Cmm系数，按查参考文献4(GB151-1999)图 19；cC1/ftK和系数，按查参考文献4(GB151-1999)图 20；eC1/ftK和系数，按查参考文献4(GB151-1999)图 21；MC1/ftK和开孔直径，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d考虑平面上的尺寸（弦长，包括厚度附加量)，；mm管板开孔前的抗弯刚度，DN mm: 3212(1)pED容器外径；0D4壳程圆筒和管箱圆筒内直径，；iDmm管板布管区当量直径，；tDmm4/ttDA换热管外径，；dmm下述对于 b 型连接方式，指管箱圆筒材料的弹性模量，；hEaMP管板材料的弹性模量，；pEaMP下述对于 b 型连接方式，指壳程圆筒材料的弹性模量，；sEaMP风压高度变化系数，按设备质心高度取if 对于 B 类地面粗糙度设备质心所在高度，m101520风压高度变化系数if1.001.141.25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rf比值大于 1.0 时，取；1rf 重力加速度，取；g29.8/gm s偏心载荷，N；eG容器总高度，mm；0H水平力作用点至底板高度，mm；h接管外侧有效补强高度，；1hmm接管内侧有效补强高度，；2hmm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；k管板边缘旋转刚度参数，；fKaMP fffKKK5壳程圆筒与法兰的旋转刚度参数，；fKaMP 322112ffffsifiE bKEDbD管箱圆筒与法兰（或凸缘）的旋转刚度参数，；fKaMP 322112ffffhifiE bKEDbD旋转刚度无量纲参数；fK 28itffD DKKD质心距容器底端距离；L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l5.8.3.2 规定，；mm设备总质量，kg；0m沿隔板槽一侧的排管根数。nU 形管根数，管板开孔数为;n2n计算压力，；cPaMP水平风载荷，wP60001.210wiPf q D H水平力，取的大值，N。P0.25wewPPP和水平地震力，N；eP0ePam g管板设计压力，；dPaMP壳程设计压力，；sPaMP管程设计压力，；tPaMP支座实际承受的载荷，kN；Q换热管与管板连接的力，；qaMP6许用拉脱力，按参考文献4(GB151-1999)5.7.5 规定，； qaMP10m 高度处的基本风压，此处按呼和浩特市区；0q2/N mm20500/qN mm半径，；Rmm对于 a 型连接方式，；/2GRD对于其他连接方式，/2iRD换热管中心距，；Smm换热管中心距，；Smm隔板槽两侧相邻管中心距，；nSmm管板强度削弱系数，一般可取；0.4管板材料泊松比，取；0.3布管区当量直径与直径之比；ttD2R应力，；aMP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，0,tr rR R；aMP换热管轴向应力，；taMP设计温度下，管板材料的许用应力，； traMP设计温度下，换热管材料的许用应力，； ttaMP设计温度下壳体材料的许用应力，； taMP设计温度下接管材料的许用应力，； tnaMP系数，查参考文献4(GB151-1999)图 26；/sifiDD按和系数，查参考文献4(GB151-1999)图 26；/hifiDD按和焊接接头系数。7偏心距，mm；eS计算厚度，；mm管箱圆筒厚度，；hmm壳程圆筒厚度，；smm 壳体开孔处的有效厚度，；e,enC mm 有效厚度，；et,etntCmm名义厚度，；nmm 接管名义厚度，；ntmm接管计算厚度，；tmm换热管壁厚，；tmm8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。9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。101.2.2 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 7522HN、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22HN、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。11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。aMP设计压力 取设计压力为 3.5。1.1(11.1) 3.23.23.52waPPMP:aMP计算压力 3.5caPPMP混合气出口温度 274，取壳程设计温度为 300。22H N精制气进口温度 339，取管程设计温度为 350。22H N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15roC M R体、管箱、封头材料选择。换热管、进出口接管材料选择，管板材15roC M R15roC M料选择锻件。15roC M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 钢板许用应力常温强度指标在下列温度（）下许用应力，aMP钢号钢板标准使用状态厚度mmbaMPsaMP2030035015roC M RGB 6654正火加回火660:45029515013112512表 2-2 钢管许用应力常温强度指标在下列温度（）下许用应力，aMP钢号钢管标准厚度mmbaMPsaMP30035015roC MGB 99481644023510195表 2-3 锻件许用应力常温强度指标在下列温度（）下许用应力，aMP钢号锻件标准厚度mmbaMPsaMP30035015roC MJB 4726300440275123116由1(GB150-1998)10.8.2.1 规定，容器及受压元件当钢材为厚度的16smm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15roC M R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 。1.002.2 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。13第三章 强度计算3.1 圆筒的设计0.4 0.4 131 1.0052.4tcaPMP 3.5 120016.252 2 131 1.003.5citcPDmmP 取腐蚀裕量，钢板负偏差22Cmm10.3Cmm120.322.3CCCmm设计厚度216.25218.25dCmm钢板负偏差取名义厚度10.3Cmm20nmm有效厚度202.317.7enCmm3.2 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3.5 120016.142 0.52 131 1.000.5 3.5citcPDmmP 设计厚度216.14218.14dCmm钢板负偏差取名义厚度10.3Cmm20nmm有效厚度202.317.7enCmm14封头最小成形厚度 取mindmin18.2mm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2/A m容积3/V m12003251.65520.2545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）封头名义厚度/nmm公称直径DN/mm201200261.8封头标记： EHA 1200 20 18.215/25198roC M R GB T3.2.2 管箱封头设计3.5caPMP 350时15roC M R 125taMP3.5 120016.922 0.52 125 1.000.5 3.5citcPDmmP 设计厚度216.92218.92dCmm15钢板负偏差取名义厚度10.3Cmm20nmm有效厚度202.317.7enCmm封头最小成形厚度 取mindmin19mm封头参数见表 3-1 及表 3-2封头标记： EHA 1200 20 1915/25198roC M R GB T3.3 管箱圆筒短节设计，设计温度为 350。3.5caPMP 350时15roC M R 125taMP3.5 120017.042 2 125 1.003.5citcPDmmP 设计厚度217.04219.04dCmm钢板负偏差取名义厚度10.3Cmm20nmm有效厚度202.317.7enCmm3.4 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 1.25 TtPP3.4.2 水压试验时强度校核（1）筒体强度校核161501.25 3.55.0131TaPMP()5 (1200 17.7)171.9922 17.7TieTaeP DMP0.90.9 1.00 295265.5saMP 满足水压试验强度要求0.9Ts（2）管箱短节强度校核1501.25 3.55.3125TaPMP()5.3 (1200 17.7)182.3122 17.7TieTaeP DMP0.90.9 1.00 295265.5saMP 满足水压试验强度要求0.9Ts（3）封头强度校核1501.25 3.55.3125TaPMP(0.5)5.3 (12000.5 17.7)180.9922 17.7TieTaeP DMP0.90.9 1.00 295265.5saMP 满足水压试验强度要求0.9Ts3.5 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。252.5mmmm15roC M3.5.2 布管形式采用正三角形排列17由参考文献4(GB151-1999)表 12 换热管中心距 S 取。32mm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32LiDDbU 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，3b，一般不小于。30.25bd8mm12002 81184LDmm 换热管最小弯曲半径由参考文献4(GB151-1999)表 11 取。minR50mm18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。12mm3.5.4 U 形管长度选取换热管最小有效长度min33464.36422 505 3.14 25 10SLmn d考虑管板厚度，取 U 形管直边段长。4600mm3.5.5 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19取 12lmm23lmm32lmm3.6 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,dtttAA D和(0.866 )dnAn S SS 35n 32Smm100nSmm505n 235 32 1000.866 3280962.6dAmm2221.7321.732 505 3280962.6976614tdAnSAmm4/4 976614/3.141115.4ttDAmm对于 b 型连接方式，/21200/2600iRDmm1115.40.9322 600ttDR（2）假设管板计算厚度140mm（3）计算管板抗弯刚度 D 和各项旋转刚度参数；,ffffKKKK对于 b 型连接方式：；0,0,0;fffshffbKK以、计算和 20smm20hmm查57-1 常用金属材料的物理性能表 3-3 低铬钼钢弹性模量下列温度()下的弹性模量/310aMP材料300350低铬钼钢（至）3roC M19018651.90 10saEMP20 200.01671200siD001200fiD查参考文献4(GB151-1999)图 26 0.00063 35221100.00063 1.9 109.9751212ffffsaifiE bKEMPDbD51.86 10haEMP 200.01671200hiD001200fiD查参考文献4(GB151-1999)图 26 0.00063 35221100.00063 1.86 109.7651212ffffhaifiE bKEMPDbD9.9759.76519.74fffaKKKMP假设管板计算厚度140mm 51.86 10paEMP0.335310221.86 101404.67 1012(1)12 1 0.3pEDN mm:231012001115.419.740.08588 4.67 10itffD DKKD111.080.93t（4）由图 19，图 20 和图 21 按和分别查取。fK1t,ceMC C C0.27,0.005,0.018ceMCCC（5）确定管板设计压力3.5dstaPPPMP（6）计算径向应力0.421 1.51.5 116174tarMP2200.2712003.5173.60.4140cir rdaCDPMP 01.5tr rr220.00512003.53.20.4140teir r RdaCDPMP 1.5ttr r Rr223312000.018 3.56.9422140ir r RMdaDC PMP 1.5tr r Rr（7）换热管轴向应力24tsttdPPPa 换热管尺寸为 252.5mmmm25dmm22212520176.64amm只有壳程设计压力，管程设计压力。sP0tP 23.14 253.5009.74 176.6taMP 350 换热管许用应力15roC M 95tatMP ttt只有管程设计压力，壳程设计压力。tP0sP 23.14 2503.53.56.24 176.6taMP ttt22壳程设计压力和管程设计压力同时作用。sPtP0t ttt换热管满足要求（8）换热管与管板连接的拉脱应力taqdl由 3.6.54lmm9.7 176.65.463.14 25 4aqMP由参考文献4(GB151-1999) 5.7.5 规定 0.50.5 9547.5tatqMP 满足要求 qq（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。140mm25mm取140mm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。2mm取2mm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2mm8mm 取管板名义厚度14082150mm 160mm23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 994815roC M上限 550相当 12335ASTM AP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 。0.85 3.5caPMP22Cmm10.3Cmm120.322.3CCCmm4.1.1 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。a表 4-2 DN350 接管尺寸壁厚和理论重量公称直径DN40Sch:AB外径mmmm/kg m35014355.611.093.48 11.0ntmm355.6odmm 2355.62 11333.6iontddmm 2411 2.38.7etntCmm对接管进行强度校核 ietet()2tcPd:3.5333.68.768.852 8.7aMP 95 0.8580.75taMP 满足强度要求 t（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500mm选取参考文献6(HG20553-93)系列接管a表 4-3 DN500 接管尺寸壁厚和理论重量公称直径DN40Sch:AB外径mmmm/kg m5002050816.0194.12 16.0ntmm508odmm 25082 16.0476iontddmm 162.313.7etntCmm对接管进行强度校核 ietet()2tcPd:3.5476 13.762.552 13.7aMP 95 0.8580.75taMP 满足强度要求 t（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）R25表 4-4 长半径异径弯头 单位：毫米坡口处外径大端D大端1D公称尺寸 DN系列系列中心至端面A500 350508355.6762 500 35040 1590/ 12459roDNSchC ME L R GB T4.1.2 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a表 4-5 DN300 接管尺寸壁厚和理论重量公称直径DN40Sch:AB外径mmmm/kg m30012323.910.077.41 10.0ntmm323.9odmm 2323.92 10.0303.9iontddmm 10.02.37.7etntCmm对接管进行强度校核 ietet()2tcPd:263.5303.97.770.822 7.7aMP 95 0.8580.75taMP 满足强度要求 t4.1.3 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 4-5a 10.0ntmm323.9odmm 2323.92 10.0303.9iontddmm 10.02.37.7etntCmm对接管进行强度校核 ietet()2tcPd:3.5303.97.770.822 7.7aMP 101 0.8585.85taMP 满足强度要求 t4.1.4 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 4-2a 11.0ntmm355.6odmm 2355.62 11333.6iontddmm 11 2.38.7etntCmm对接管进行强度校核27 ietet()2tcPd:3.5333.68.768.852 8.7aMP 101 0.8585.85taMP 满足强度要求 t4.1.5 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a表 4-6 DN20 接管尺寸壁厚和理论重量公称直径DN40Sch:AB外径mmmm/kg m203426.92.91.72 2.9ntmm26.9odmm 226.92 2.921.1iontddmm 2.92.30.6etntCmm对接管进行强度校核 ietet()2tcPd:3.521.10.663.32 0.6aMP 95 0.8580.75taMP 满足强度要求 t284.1.6 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。15roC M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 16.0ntmm508odmm 25082 16.0476iontddmm 162.313.7etntCmm 17.04mm20nmm202.317.7enCmm2）补强计算方法判别开孔直径24762 2.3480.6iddCmm 且 满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积12idD520dmm法进行开孔补强计算。3）开孔所需补强面积 950.76125tnrtf所需补强面积29221480.6 17.042 17.04 13.71 0.768301.5etrAdfmm 4）有效补强范围有效宽度 B 取下列两式中大者22 480.6961.222480.62 202 16552.6nntBdmmBdmm 故961.2Bmm外侧有效高度取下列两式中小者1480.6 1687.69nthdmm1hmm接管实际外伸高度故187.69hmm内侧有效高度取下列两式中小者2480.6 1687.69nthdmm2h 接管实际内伸高度故20h 5）有效补强面积管箱多余金属面积1221961.2480.6 17.7 17.042 13.717.7 17.04 1 0.76312.86eeterABdfmm 接管多余金属面积接管计算厚度 3.5 47610.542 95 0.853.52cittcnPdmmP21222222 87.6913.7 10.540.760421.19ettretrAhfhCfmm 30接管区焊缝面积焊脚取6.0mm23126.0 6.036.02Amm有效补强面积1232312.86421.1936770.05eAAAAmm所需另行补强面积412328301.5770.057531.45AAAAAmm 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500DN选择图 1 E 型补强圈 材料选择15roC ME 型适用于壳体为内坡口的全焊透结构强圈内径10355084512Ddmm:补强圈外径，补强圈在有效补强范围内。2840DmmB补强圈厚度 取补强圈厚度4217531.4522.96840512AmmDD 24mm表 4-6 DN50024 补强圈尺寸厚度,cmm接管公称直径DNd外径2D内径1D24尺寸，mm质量，kg50084051262.2标记：500 2415/4736NrodEC MJB T4.2.2 精制气出口处补强设计1）基本参数31 10.0ntmm323.9odmm 2323.92 10.0303.9iontddmm 10.02.37.7etntCmm 17.04mm20nmm202.317.7enCmm2）补强计算方法判别开孔直径2303.92 2.3308.5iddCmm 且 满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积12idD520dmm法进行开孔补强计算。3）开孔所需补强面积 950.76125tnrtf所需补强面积221308.5 17.042 17.04 7.71 0.765319.82etrAdfmm 4）有效补强范围有效宽度 B 取下列两式中大者22 308.561722308.52 202 10368.5nntBdmmBdmm 故617Bmm外侧有效高度取下列两式中小者1308.5 1055.54nthdmm1hmm接管实际外伸高度故155.54hmm内侧有效高度取下列两式中小者322308.5 1055.54nthdmm2h 接管实际内伸高度故20h 5）有效补强面积管箱多余金属面积1221617308.5 17.7 17.042 7.717.7 17.04 1 0.76201.17eeterABdfmm 接管多余金属面积接管计算厚度 3.5 303.96.732 95 0.853.52cittcnPdmmP21222222 55.547.76.730.76081.89ettretrAhfhCfmm 接管区焊缝面积焊脚取6.0mm23126.0 6.036.02Amm有效补强面积1232201.1781.8936319.06eAAAAmm所需另行补强面积412325319.82319.065000.76AAAAAmm 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300DN选择图 1 E 型补强圈 材料选择15roC ME 型适用于壳体为内坡口的全焊透结构33强圈内径1035323.94.1328Ddmm:补强圈外径，补强圈在有效补强范围内。2550DmmB补强圈厚度 取补强圈厚度4215000.7622.53550328AmmDD 24mm表 4-7 DN30024 补强圈尺寸厚度,cmm接管公称直径DNd外径2D内径1D24尺寸，mm质量，kg30055032828.7标记：300 2415/4736NrodEC MJB T4.2.3 混合气入口处补强设计1）基本参数 10.0ntmm323.9odmm 2323.92 10.0303.9iontddmm 10.02.37.7etntCmm 16.25mm20nmm202.317.7enCmm2）补强计算方法判别开孔直径2303.92 2.3308.5iddCmm 且 满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积12idD520dmm法进行开孔补强计算。3）开孔所需补强面积34 1010.77131tnrtf所需补强面积221308.5 16.252 16.25 7.71 0.775070.68etrAdfmm 4）有效补强范围有效宽度 B 取下列两式中大者22 308.561722308.52 202 10368.5nntBdmmBdmm 故617Bmm外侧有效高度取下列两式中小者1308.5 1055.54nthdmm1hmm接管实际外伸高度故155.54hmm内侧有效高度取下列两式中小者2308.5 1055.54nthdmm2h 接管实际内伸高度故20h 5）有效补强面积筒体多余金属面积1221617308.5 17.7 16.252 7.717.7 16.25 1 0.77442.19eeterABdfmm 接管多余金属面积接管计算厚度 3.5 303.96.322 101 0.853.52cittcnPdmmP3521222222 55.547.76.320.770118.03ettretrAhfhCfmm 接管区焊缝面积焊脚取6.0mm23126.0 6.036.02Amm有效补强面积1232442.19 118.0336.0596.22eAAAAmm所需另行补强面积412325070.68596.224474.46AAAAAmm 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300DN选择图 1 E 型补强圈 材料选择15roC ME 型适用于壳体为内坡口的全焊透结构强圈内径1035323.94.1328Ddmm:补强圈外径，补强圈在有效补强范围内。2550DmmB补强圈厚度 取补强圈厚度4214474.4620.16550328AmmDD 22mm表 4-8 DN30022 补强圈尺寸厚度,cmm接管公称直径DNd外径2D内径1D2236尺寸，mm质量，kg30055032826.3标记：300 2215/4736NrodEC MJB T4.2.4 混合气出口处补强设计1）基本参数 11.0ntmm355.6odmm 2355.62 11.0333.6iontddmm 11.02.38.7etntCmm 16.25mm20nmm202.317.7enCmm2）补强计算方法判别开孔直径2333.62 2.3338.2iddCmm 且 满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积12idD520dmm法进行开孔补强计算。3）开孔所需补强面积 1010.77131tnrtf所需补强面积221338.2 16.252 16.25 8.71 0.775560.78etrAdfmm 4）有效补强范围有效宽度 B 取下列两式中大者22 338.2676.422338.22 202 11400.2nntBdmmBdmm 37故676.4Bmm外侧有效高度取下列两式中小者1338.2 1160.99nthdmm1hmm接管实际外伸高度故160.99hmm内侧有效高度取下列两式中小者2338.2 1160.99nthdmm2h 接管实际内伸高度故20h 5）有效补强面积筒体多余金属面积1221676.4338.2 17.7 16.252 8.717.7 16.25 1 0.77484.59eeterABdfmm 接管多余金属面积接管计算厚度 3.5 333.66.942 101 0.853.52cittcnPdmmP21222222 60.998.76.940.770165.31ettretrAhfhCfmm 接管区焊缝面积焊脚取6.0mm23126.0 6.036.02Amm有效补强面积1232484.59 165.31 36.0685.9eAAAAmm38所需另行补强面积412325560.78685.94874.88AAAAAmm 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350DN选择图 1 E 型补强圈 材料选择15roC ME 型适用于壳体为内坡口的全焊透结构强圈内径1035355.64.4360Ddmm:补强圈外径，补强圈在有效补强范围内。2620DmmB补强圈厚度 取补强圈厚度4214874.8818.75620360AmmDD 20mm表 4-9 DN35020 补强圈尺寸厚度,cmm接管公称直径DNd外径2D内径1D22尺寸，mm质量，kg35062036029.5标记：350 2015/4736NrodEC MJB T4.2.5 上排气口处补强设计1）基本参数 12.0ntmm40odmm 2402 12.016iontddmm 12.02.39.7etntCmm 20nmm202.317.7enCmm39参考文献1(GB150-1998)表 7-2 查得标准椭圆形封头10.9K 13.5 0.9 120015.232 125 1 0.5 3.520.5citcPK DmmP 2）补强计算方法判别开孔直径2162 2.320.6iddCmm 且 满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积12idD520dmm法进行开孔补强计算。3）开孔所需补强面积 1160.928125tnrtf所需补强面积22120.6 15.232 15.23 9.71 0.928335.01etrAdfmm 4）有效补强范围有效宽度 B 取下列两式中大者22 20.641.222338.22 202 1284.6nntBdmmBdmm 故84.6Bmm外侧有效高度取下列两式中小者120.6 1215.72nthdmm1hmm接管实际外伸高度故115.72hmm内侧有效高度取下列两式中小者220.6 1215.72nthdmm2h 接管实际内伸高度40故20h 5）有效补强面积封头多余金属面积122184.620.6 17.7 15.232 9.717.7 15.23 1 0.928154.63eeterABdfmm 接管多余金属面积接管计算厚度 3.5 160.292 116 0.853.52cittcnPdmmP21222222 15.729.70.290.9280274.55ettretrAhfhCfmm 接管区焊缝面积焊脚取6.0mm23126.0 6.036.02Amm有效补强面积1232154.63274.5536.0465.18eAAAAmm 用此厚壁管不需另行不强eAA4.2.6 下排净口处补强设计1）基本参数 12.0ntmm40odmm 2402 12.016iontddmm 12.02.39.7etntCmm 20nmm202.317.7enCmm41参考文献1(GB150-1998)表 7-2 查得标准椭圆形封头10.9K 13.5 0.9 120014.522 131 1 0.5 3.520.5citcPK DmmP 2）补强计算方法判别开孔直径2162 2.320.6iddCmm 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12idD强计算。3）开孔所需补强面积 1230.94131tnrtf所需补强面积22120.6 14.522 14.52 9.71 0.94316.01etrAdfmm 4）有效补强范围有效宽度 B 取下列两式中大者22 20.641.222338.22 202 1284.6nntBdmmBdmm 故84.6Bmm外侧有效高度取下列两式中小者120.6 1215.72nthdmm1hmm接管实际外伸高度故115.72hmm内侧有效高度取下列两式中小者220.6 1215.72nthdmm2h 接管实际内伸高度42故20h 5）有效补强面积封头多余金属面积122184.620.6 17.7 14.522 9.717.7 14.52 1 0.94199.82eeterABdfmm 接管多余金属面积接管计算厚度 3.5 160.272 123 0.853.52cittcnPdmmP21222222 15.729.70.270.940278.69ettretrAhfhCfmm 接管区焊缝面积焊脚取6.0mm23126.0 6.036.02Amm有效补强面积1232199.82278.6936.0514.51eAAAAmm 用此厚壁管不需另行补强eAA4.3 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43锻件类别号类别材料牌号标准编号1.17铬钼钢10.5roCM15roC MJB4726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 最大允许工作压力最大允许工作压力（bar）工作温度oCClass150（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 法兰密封面型式公称压力 Class（PN）法兰类型密封面型式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）44DNNPSdWXYZ2f3f203/45433.342.944.431.830012392342.9381.0382.6341.335014424374.6412.8414.3373.150020595533