列管式固定管板换热器设计要点.pdf

东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） I 目 录 第 1 章 工艺概述 . 1 1.1 装置概况 . 1 1.2 工艺原理（催化裂化） . 1 1.3 工艺流程说明（吸收稳定部分） . 2 第 2 章 工艺设计 . 3 2.1 设计概述 . 3 2.2 设计课题 . 3 2.3 设计参数的确定 . 4 2.4 初算换热器的传热面积 0 S. 4 2.4.1 换热器的热流量（忽略热损失） 4 2.4.2 水蒸气的消耗量（忽略热损失） 4 2.4.3 平均传热温差 . 5 2.4.4 计算传热面积 . 5 2.5 主要工艺及结构基本参数的计算 . 5 2.5.1 换热管选择 . 5 2.5.2 计算壳体内直径 i D 6 2.5.3 画出排管图 . 6 2.5.4 计算实际传热面积 0 S及过程的总传热系数 0() K 选 . 7 2.5.5 折流板直径 c D数量及有关尺寸的确定 . 7 2.5.6 拉杆的直径和数量与定居管的选定 . 7 2.6 换热器核算 . 7 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） II 2.6.1 换热器内流体的压力降 . 7 2.6.2 热流量核算 . 8 第 3 章 结构设计 . . 10 3.1 折流挡板 10 3.2 法兰 10 3.3 换热管 11 3.4 支座 11 3.5 压力容器选材原则 11 3.6 垫片 12 第 4 章 强度计算 . . 13 4.1 筒体壁厚计算 13 4.2 流体进、出口接管直径 13 4.3 其他结构尺寸 14 4.4 支座反力 14 4.5 筒体弯矩 15 4.5.1 圆筒中间处截面上的弯矩 . 15 4.5.2 支座处横截面间弯距 . 16 4.6 系数计算 16 4.7 筒体轴向应力 16 4.7.1 轴向应力 . 16 4.7.2 应力校核 . 17 4.8 鞍座处圆筒周向应力 18 4.9 鞍座应力 18 第 5 章 设计结果汇总 . . 19 参考文献 20 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） 1 第1章 工艺概述 1.1 装置概况 180 万吨/ 年重油裂解装置按规模180 万吨/ 年设计。装置包括反应 -再生、分 馏、吸收稳定、气压机、能量回收及余热锅炉、产品精制几部分组成，ARGG 工艺 以常压渣油等重质油为原料，采用重油转化和抗金属能力强，选择性好的RAG催 化剂，以生产富含丙烯、异丁烯、异丁烷的液化气，并生产高辛烷值汽油。 1.2 工艺原理（催化裂化） 催化裂化是炼油工业中重要的二次加工过程，是重油轻质化的重要手段。它 是使原料油在适宜的温度、压力和催化剂存在的条件下，进行分解、异构化、氢 转移、芳构化、缩合等一系列化学反应，原料油转化成气体、汽油、柴油等主要 产品及油浆、焦炭的生产过程。催化裂化过程具有轻质油收率高、汽油辛烷值较 高、气体产品中烯烃含量高等特点。 催化裂化的生产过程包括以下几个部分： 反应再生部分：其主要任务是完成原料油的转化。原料油通过反应器与催化 剂接触并反应，不断输出反应产物，催化剂则在反应器和再生器之间不断循环， 在再生器中通入空气烧去催化剂上的积炭，恢复催化剂的活性，是催化剂能够循 环使用。烧焦放出的热量又以催化剂为载体，不断带回反应器，供给反应所需的 热量，过剩热量由专门的取热设施取出加以利用。 分馏部分：主要任务是根据反应油气中各组分沸点的不同，将它们分离成富 气、粗汽油、回炼油、油浆，并保证汽油干点、轻柴油凝固点和闪电合格。 吸收稳定部分：利用各组分之间在液体中溶解度不同把富气和粗汽油分离成 干气、液化气、稳定汽油。控制好干气中的 3 C 含量、液化气中的 2 C 和 5 C 含量、稳 定汽油的 10% 点。 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） 2 1.3 工艺流程说明（吸收稳定部分） 吸收塔顶操作压力1.3MPa，从 D-10301 来的压缩富气进入吸收塔C-10301自 下而上逆流与来自D-10201来的粗汽油和补充吸收剂泵P-10304/1 、2 送来的稳定 汽油（补充吸收剂）逆相接触。气体中的 3 C 和 3 C 以上的更重组分大部分被吸收， 剩下含有少量吸收剂的气体（贫气）去再吸收塔C-10303，为了取走吸收时放出的 热量，在吸收塔用P-10302/1-4分别抽出四个中段回流，经中段回流冷却器 E-10307/1-8 冷却后再返回吸收塔。 在 D-10301中平衡汽化得到的凝缩油由凝缩油 泵 P-10301/1 、 2抽出后， 经脱吸塔进料 -稳定汽油换热器 E-10302/1-2 换热至55 C， 脱吸塔顶操作压力1.4MPa ，温度50 C，脱吸塔底部由脱吸塔底重沸器提供热量。 用分馏部分中段回流作为热载体，以脱除凝缩油中的 2 C 组分。塔底脱出的脱乙烷 汽油送至汽油稳定系统。贫气从吸收塔顶出来进入在吸收塔C10303 ，操作压力 1.25MPa 。与从分馏部分来的贫吸收油（轻柴油）逆流接触，以脱除气体中夹带的 轻汽油组份，经吸收后的气体送至脱硫装置，富吸收油则靠再吸收塔的压力自流 至 E-10205/1-2 ，与贫吸收油换热后再返回分馏塔。 汽油稳定系统脱乙烷汽油从托吸收塔底出来，自压进入稳定塔进料换热器 E-10303/1-4 ，和稳定汽油换热后进入稳定塔C-10304.塔的操作压力 1.15MPa ，丁 烷和更轻的组份从塔顶馏出，经过塔顶冷凝冷却器E-10308/1-8冷却后进入塔顶 回流罐 D-10302，液体产品 - 液化气用稳定塔顶回流泵升压，大部分作为稳定塔顶 回流，另一部分作为化工原料送至脱硫装置。稳定汽油自塔底靠本身压力依次进 入E-10304/1-4 、 E-10302/1-4 ， 换 热 后 再 进 入 稳 定 汽 油 - 除 盐 水 换 热 器 E-10301/1-2 、稳定汽油空冷器EC-10302/1-4 、稳定汽油冷却器E-10309/1-2 ，冷 却到 40 度。一部分作为补充吸收剂用P-10304/1.2 送至吸收塔，其余部分送往脱 硫装置。稳定塔底重沸器的热源来自分馏部分第二中段循环回流。 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） 3 第2章 工艺设计 2.1 设计概述 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器 是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要 地位。在化工生产中换热器可作为冷却器、加热器、蒸发器等，应用更加广泛。 换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换交换的原理和方式基本上可分三大 类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。 换热器在工业生产中的应用极为普遍，例如动力工业中锅炉设备的过热器、 省煤器、空气预热器，电厂热力系统中的凝气器、除氧器、给水加热器、冷水塔； 冶金工业中高炉的热风炉，炼钢和轧钢生产工艺中的空气或煤气预热；制冷工业 中蒸汽压缩式制冷机或吸收式制冷机中的蒸发器、冷凝器；制糖工业和造纸工业 的糖液蒸发器和纸浆蒸发器，都是换热器的应用实例。在化学工业和石油化学工 业的生产过程中，换热器也有较多的应用。在航天工业中，为了及时取出发动机 及其辅助动力装置在运行时所产生的大量热量，换热器也是不可缺少的重要部件。 在化工厂，换热器的费用约占总费用的10% 20% ， 在炼油厂约占总费用35% 40% 。换热器在其他部门如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有 着广泛的应用。 2.2 设计课题 设计一台用饱和水蒸气加热水的列管式固定管板换热器，水流量为45t/h，水 温由25 C加热到65 C。水蒸气入口温度128.7 C，出口温度128.7 C。允许压强降 管程不高于 4 10 Pa，壳程不高于 5 10 Pa。 根据设计题目与介质，选择列管式固定管板换热器，循环水走管程，水蒸气 走壳程。 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） 4 2.3 设计参数的确定 根据工艺条件查物性表可得： 水蒸气的定性温度128.7 CT 密度 3 0 1.443kg/m 汽化潜热 3 2082.2KJ/m 黏度 0 0.0133mPa s 定压比热容4.267KJ/kg K pv C 热导率 0 0.0320W/m K 循环水的定性温度(2565) / 245 CT 密度 3 990kg/m i 定压比热容 ' 4.174KJ/kg K pv C 热导率0.64W/m K i 黏度0.5988mPa s i 2.4 初算换热器的传热面积 0 S 2.4.1 换热器的热流量（忽略热损失） 热流量 cp c QW CT（2-1） 由公式（ 2-1）计算得 3 0 45 10 4.174(6525)2087KW 3600 cpc QW CT 2.4.2 水蒸气的消耗量（忽略热损失） 冷却剂（加热剂）用量 Q TC Q W pc 气 （2-2） 由公式（ 2-2）计算得水蒸气的用量为 2087 =1.0kg/s 2082.2 Q W气 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） 5 2.4.3 平均传热温差 根据工艺条件， 选取逆向流向 ,先按单壳程单管程考虑 ,计算出平均温度差 ' m t 。 '21 2 1 ln m tt t t t （2-3） 式中 2 128.76563.7 Ct， 1 128.725103.7 Ct 由公式（ 2-3 ）算得 '21 2 1 63.7103.7 82.1 63.7 lnln 103.7 m tt t t t 温度校正系数0.8 t ，故平均温度差 ' 82.1 C mm tt 2.4.4 计算传热面积 根据经验数值初选总传热系数 2 0 600W/mKK，由 0 K 值初算所需传热面 积。 传热面积 0 0 0m Q S Kt （ 2-4 ） 由式（ 2-4 ）得 3 2 0 0 0 2087 10 42.4m 600 82.1 m Q S Kt 2.5 主要工艺及结构基本参数的计算 2.5.1 换热管选择 1、换热管选用25mm2.5mm的钢管，管内流速取0.4m/s i u。 2、换热管数量及长度的确定 管数 22 4445 1000/(3600990) 101() 0.40.023.14 ii V n ud 根 管长 '0 0 4 2. 4 5. 3 m 1 0 13. 1 40. 0 25 S l n d 根据 GB151，标准传热管有 1.0m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、4.5m、6.0m、 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） 6 7.5m、9.0m、12.0m。根据计算结果取传热管长6.0mL。 则该换热器的管程数为 ' 5 . 3 0 . 8 8 6 . 0 p l N L （即为单管程） 所以传热管总根数1 0 111 01(N根 3、管子的排列方式及管子与管板的连接方式的选定 管子的排列方式采用正三角形排列；管子与管板的连接采用焊接法。 2.5.2 计算壳体内直径 i D 壳体内径 ' 12 ic Dt nb（2-5） 式中管中心距 0 1. 2 51. 2 52 53 2 m mtd 横过管束中心线的管数1. 11. 1 1 0 11 1 c nn根 管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离 ' 0 1.537.5mmbd 所以由式（ 2-5）得3 2 1 1123 7. 53 9 5 m m i D 按壳体直径标准系列尺寸圆整，取400mm i D 2.5.3 画出排管图 根据壳体内径 i D 、管中心距 t、横过管中心线的管数 c n 及其排列方式， 绘出排 管图。由图可见，中心排有11 根管，按三角形排列，可排119根，除去 6 根拉杆 位置，实际排出113根。与上述计算相符。因此实际管数取N=113 根。 图 2-1 换热管排布图 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） 7 2.5.4 计算实际传热面积 0 S 及过程的总传热系数 0() K 选 传热面积 0 0.1SN dl（2-6） 由式（ 2-6）得 2 0( 0.1)101 3.14 0.025(60.1)46.7mSN dl 总传热系数 0 0m Q K St （2-7） 由式（ 2-7）得 3 2 0 0 2087 10 544W/(mK) 46.7 82.1 m Q K St 2.5.5 折流板直径 c D 数量及有关尺寸的确定 选取折流板与壳体间的间隙为3mm, 因此 折流板直径4002 3394 c Dmm 切去弓形高度 0.250.25 400100 i hDmm 折流板数量1 1.0 0 h L NB 取折流板间距mmh300 0 ，那么 6000100 119 300 B N块 取整得19 B N块 实际折流板间距 6000100 295 191 hmm 2.5.6 拉杆的直径和数量与定居管的选定 选用12mm钢拉杆，数量 6 根，定距管采用25mm2.5mm钢管。 2.6 换热器核算 2.6.1 换热器内流体的压力降 1、管程压力降计算： tpsi FNNppP)( 21 （2-8） 串联壳程数1 s N，管程数1 p N。对于 25mm2.5mm 换热管，结构校正 系数为4. 1 t F。换热器为单程管0 2 p。 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） 8 3 2 4 51 0 4 9 7 . 6 3 6 0 0( 0 . 0 2 )8 0 4 i G e3 0. 0 24 9 7. 6 16620 0.598810 ii i d G R 由 Re=16620，传热管绝对粗糙度0.02，查莫狄图得0.027 i 。 则流体流经直管段的压力为 2 1 (+ 1 . 5 ) 2 i lu p d （2-9） 由式（ 2-9）得 22 1 20.4990 (+1.5)0.027+1.5332.64Pa 20.022 i lu p d （） 4 ( 3 3 2. 6 40 )11. 44 6 5. 7 P a1 0 P a i P 故管程流体阻力在允许范围之内。 2、壳程压力降计算 SSN FppP)( ' 2 ' 10 (2-10) 其中流体流经管束的压强降为 2 ) 1( 2 0 ' 1 o BC u NNFfP(2-11) 其中，管子排列方式对压强降的校正因子，F=0.5 摩擦系数 228. 0 0 Re5f 0 0 1 18.8m/s ()1.443 0.295 (0.4 11 0.025) S c V u h Dn d 00 3 0.0202 18.81.443 Re41203 0.013510 d u 0.228 0 5 (41203)0.442f 22 '0 10 1.443(18.8) (1)0.50.442 112012398Pa 22 CB u PFf NN 22 '0 2 23.520.295(18.8) (3.5)19() 1.4439811Pa 20.42 B uh PN D 5 0 (12398 9811) 122209Pa 10 PaP 故壳程压力降在允许范围内。 2.6.2 热流量核算 总传热系数 0 K 000 00 11 si so miii bdR dd R Kddd （2-12） 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） 9 管程给热系数 i 0.80.4 0.023RePr i i i d （2-13） 壳程给热系数 0 1/4 3 0 1.13 v sw g L tt （2-14） 由式（ 2-13）得， 0.82 0.644.1740.5988 0.023(16620)()3013W/mK 0.020.64 i 由式（ 2-14）得 1 1 3334 4 0 3 2 9989981.443102082.210(0.64) 1.131.13 0.5988102128.745 1021.8W/m .K v sw g L tt 由式（ 2-12）算得 00 00 33 11 10.025252525 0.26100.2610 1021.851.822520301320 osi SO miii bdR dd R Kddd 即 2 0 492.85W/mKK 由于 0 0 544 1.10 492.85 K K 计 选 ，在范围之内，所以本设计合理。 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） 10 第 3 章 结构设计 3.1 折流挡板 安装折流挡板的目的是为提高管外对流传热系数，为取得良好效果，挡板的 形状和间距必须适当。对常用的圆缺型挡板，弓形缺口的大小对壳程流体的流动 情况有重要影响。弓形缺口太大或太小都会产生“死区”，太大不利于传热，太 小又增加流体阻力。 挡板的间距对壳程的流动亦有重要的影响。间距太大，不能保证流体垂直流 过管束，使管外对流传热系数下降；间距太小，不便于制造和检修，不便于制造 和检修，阻力损失亦大。一般取挡板间距为壳体内径的0.2 1.0 倍。我国系列标 准中采用的挡板间距为：固定管板式有 100mm 、150mm 、200mm 、300mm 、450mm 、 600mm 、700mm 、7 种；浮头式有 100mm 、150mm 、250mm 、300mm 、350mm 、450mm 、(或 480mm) 、600mm 8种。 3.2法兰 换热器设备常用的法兰分为设备法兰和管法兰两类。 设备法兰标准有：JB 4710甲型平焊法兰，选用压力范围为0.25 1.6MPa JB 4702乙形平焊法兰，选用压力范围为0.25 4.0MPa JB 4703长颈对焊法兰，选用压力范围为0.6 6.4MPa 本设计选用JB 4701甲型平焊法兰，选用压力范围为0.25 1.6MPa。 甲型平焊法兰只有法兰环。一般采用钢板制作，必要时也可以采用锻件轧制， 与圆筒体或封头角焊连接。由于法兰环与筒体或封头连接的整体性差，即该法兰 的连接强度和刚度较小，因此只适用于温度、压力较低的场合。在现行的行业标 准中，甲型平焊法兰只有四个压力等级（PN0.25 0.6 1.0 1.6MPa、 、），公称直径的 适用范围也较小（DN300 2000mm），所用工作温度范围为20 300 C。 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） 11 3.3 换热管 换热管的规格包括管径和管长。换热管的直径越小，换热器单位体积的传热 面积越大。因此，对于洁净的流体管径可取小些，但对于不洁净或亦结垢的流体， 管径应该取得大些，以免堵塞。目前我国试行的系列标准规定采用25×2.5 和 19×2.5 两种规格，对于一般流体是适用的。此外还有38×2.5，57×2.5 的无 缝钢管。本设计选用 25×2.5 规格的换热管。 我国生产的钢管系列标准中管长有1.5m、2m、3m、4.5m、6m、9m，按选定 的管径和流速确定管子数目，再根据所需传热面积，求得管长合理截取。同时管 长又应与壳径相适应， 一般管长与壳径之比， 即 L/D 为 34.5。本设计选用 6m 的 管长。 管子的排列方式有等边三角形和正方形两种。与正方形相比，等边三角形排 列比较紧凑管外流体湍流程度高，表面传热系数大。正方形排列虽比较松散，传 热效果也较差，但管外清洗方便，对亦结垢流体更为适用。本设计选用等边三角 形的排列方式。 3.4 支座 化工压力容器及设备都是通过支座固定在工艺流程中的某一位置上的。支座 的形式主要分三大类：立式容器支座、卧式容器支座、球式容器支座。卧式容器 支座又可分为鞍式支座、圈式支座和支腿式支座，尤以鞍式支座使用最为广泛。 鞍式支座的结构特征： 1鞍式支座标准分轻型（代号A）和重型（代号 B）两种。轻型用于满足一 般卧式容器使用要求；重型用以满足卧式换热器、盛装液体重度大和L/D 大的卧 式容器使用要求。 2根据安装形式，鞍式支座分固定式（代号F）和滑动式（代号S）两种。 3 鞍式支座适用于卧式容器直径DN300450 （用无缝管件筒体） 、 3004000 （用卷制筒体）的范围内。 本设计选用鞍式支座。 3.5 压力容器选材原则 1、选用压力容器材料时，必须考虑容器的工作条件，如温度、压力和介质特 征；材料的使用性能，如机械性能、物理性能和化学性能；加工性能，如材料的 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） 12 焊接性能和冷热加工性能；经济合理性能，如材料的价格、制造费用和使用寿命。 2.刚制压力容器用钢材应按照国家标准钢制压力容器中所列材料选用，标 准中规定设计压力不大于35MPa，对于超出规定的，应进行具体分析，并进行试 验，经过研究以后决定。 3.钢材的使用温度不超过各钢号许用应力中所对应的上限温度。但要注意的 是，碳素钢和碳锰钢在高于425C温度下长期使用时，应考虑钢中碳化物的石墨 化倾向。奥氏体刚的使用温度高于525时，钢中的含碳量不应小于0.04，对于 -20的低温容器材料用钢，还应进行夏比“V”型缺口冲击试验。 4.压力容器非受压元件用钢必须有良好的可焊性。 5.在考虑压力容器受压元件有足够强度的情况下，必须考虑他的韧性， 以防止 外加载荷作用下发生脆性破坏。 3.6 垫片 设备垫片标准主要有： JB4704 非金属软垫片 JB4705 缠绕垫片 JB4706 金属包垫片 一般情况下，非金属软垫片适用于甲型平焊法兰、乙型平焊法兰、长颈对焊 法兰。法兰密封面形式为光滑密封面或凹凸密封面。缠绕垫片适用于乙型平焊法 兰、长颈对焊法兰。 非金属软垫片厚度一般根据容器直径选取：容器直径DN450mm 时，厚度 =2mm； 容器直径 DN 4500mm时,厚度=3mm。 金属平垫片厚度一般为36mm。 垫片的选择要综合考虑操作介质的性质、操作压力、操作温度以及需要密封 的程度；对垫片本身要考虑垫片性能，压紧用的次数。对高温高压的情况一般多 采用金属垫片；中温中压可采用金属和非金属组合式或非金属垫片；中低压情况 多采用非金属垫片；高真空或深冷温度下以采用金属垫片为宜。 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） 13 第 4 章 强度计算 4.1 筒体壁厚计算 计算厚度 2 c t c PD P （4-1） 设计厚度 2d C（4-2） 由工艺设计给定的设计温度142C，设计压力 c p = p =1.0MPa，选择Q245卷 制.材料在设计温度下时的许用应力 t =141Mpa（假设厚度为6 16mm时），取 焊缝系数=0.85,腐蚀裕度 C2=2mm.则由式（ 4-1）和式（ 4-2）得： 计算厚度 1. 04 0 0 1. 6 m m 21 4 10. 8 51. 0 2 c t c PD P 设计厚度 2 1. 623. 6 m m d C 对于 Q245R，钢板负偏差 1 0C，根据钢板厚度标准取名义厚度12mm n ， 10mm e 。 4.2 流体进、出口接管直径 管径 4 s V d u （4-3） 水蒸气进出口接管 1 d：根据壳程介质取 1 u=35m/s，那么由式（ 4-3）得， 经圆整采用159mm4mm热轧无缝钢管 (YB231-64)，实际变化进出口管内流 速 循环水进、出口接管 2 d ：根据管程介质取 2 u =1.5m/s，那么 2 4(45000/ 3600)/990.0 0.104m 3.14 1.5 d 1 4 1.0/1.443 0.158m 3.14 35 d 12 4 1.0 38.7m/s 1.443 3.140.151 u 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） 14 经圆整采用108mm4mm热轧无缝钢管，实际冷却水进、出口管内流速为 2 2 445000 1.6m/ s 3600990.03.140.1 u 根 据 计 算 结 果 ， 壳 体 进 出 口 接 管 选 用159mm4mm热 轧 无 缝 钢 管 (YB231-64)，官箱进出口接管选用108mm4mm热轧无缝钢管。 4.3 其他结构尺寸 具体结构尺寸从有关手册所列标准中查取。 表 4-1 结构尺寸参数 封头名义厚度 hn 12 mm 封头厚度附加量 h C2 mm 两封头切线间距离 L 6050 mm 鞍座垫板名义厚度 rn 0 mm 鞍座垫板有效厚度 re 0 mm 鞍座轴向宽度b40 mm 鞍座高度H200 mm 鞍座包角120 。 鞍座地脚螺栓个数2 鞍座地脚螺栓公称直径20 mm 鞍座轴线两侧的螺纹间距 l 330 mm 鞍座底板中心至封头距离A150 mm 封头曲面高度 1 h150 mm 腹板与筋板（小端）组合截面积 sa A9500 mm 2 圆筒平均半径 a R245 mm 物料充装系数 0 0.85 4.4 支座反力 圆筒质量（两曲线间） 1 ()3.14 (0.40.012) 6.05 0.012 7840736.34kg inns mDL 封头质量（曲面部分） 2 1 9. 523 3 k gm 容器容积（两切线间） 2283 3 . 1 4 4 0 06 0 5 07 . 61 0 m m 44 i VD L 封头容积（曲面部分） 63 11.5 10 mm h V 附件质量 31234 mmmmm 进出口接管质量 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） 15 22 1 22 0.1590.1510.2578402 4 0.1080.10.257840212.75kg 4 m 换热管质量 22 2 0.0250.0227840113312.95kg 4 m 拉杆质量 2 3 0.0122784047.1kg 4 m 法兰质量 4 23.7kgm 所以附件质量 3 12.75312.957.123.7356.5kgm 容器总质量 123 1125.84kgmmmm 容器内充液质量 '2'22 2 3.14 +D0.026990113 444 3.14 +0.015990+0.40.408990276.34kg 4 ihi mdLnVl 水水水 支座反力 ' +1125.84276.34 9.86871N 22 m m Fg 4.5 筒体弯矩 4.5.1 圆筒中间处截面上的弯矩 222 1 12/ 4 4 4 1 3 a i RHL FLA M H L L （4-4） 由式(4-4) 得 222 1 222 12/ 4 4 4 1 3 120.2060.125/ 6.05 68716.0540.1 9441N m 40.125 46.05 1 3 6.05 a i RHL FLA M H L L 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） 16 4.5.2 支座处横截面间弯距 22 2 1- 2 1 4 1 3 ai i RHA LAL MFA H L （4-5） 由式（ 4-5）得 22 2 22 1 2 1 4 1 3 0.10.2060.125 1 6.0520.1 6.05 6871 0.1115.38N m 4 0.125 1 3 6.05 ai i RH A LAL MFA H L 4.6 系数计算 表 4-2 系数计算表 1 1K 2 1K 3 0.879904K 4 0.401056K 5 0.760258K 6 0.0132129K 9 0.2035214K 4.7 筒体轴向应力 4.7.1 轴向应力 1 1 2 ae M R （4-6） 2 1 2 2 ca eae P RM R （4-7） 3 2 2 1 2 ca eae P RM KR （4-8） 2 4 2 2ae M KR （4-9） 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） 17 由式（ 4-6） 、 （4-7） 、 （4-8） 、 （4-9）可得， 1 1 226 9441 7.09MPa 3.140.2060.01 10 ae M R 2 1 226 1.0 0.2069441 17.38MPa 22 0.013.14 0.2060.01 10 ca eae P RM R 3 2 226 1 1.00.20615.38 10.31MPa 220.011 3.140.2060.01 10 ca eae P RM KR 2 422 2 15.38 0.012MPa 13.140.2060.01 ae M KR 4.7.2 应力校核 1、许用压缩应力 0.0940.09410 0.0047 200 e i A R 根据圆筒材料查GB150图6-3和图6-10得到B=585MPa min,141MPa tt ac B min 0.8,172MPa eL ac RB 23 ,141MPa t 合格 14 ,141MPa t ac 合格 14 , TT 172MPa ac 合格 2、封头、圆筒应力校核 因为0 . 1 0 3 2 a R A 圆筒中 6 3 0. 8 7 9 9 0 46 87 11 0 2. 9 3 M Pa 0. 2 0 60. 0 1 ae K F R 封头中 6 4 0. 4 0 1 0 5 66 8 7 11 0 1. 3 4 M P a 0. 2 0 60. 0 1 ah e K F R 封头 11. 00. 4 2 0 M P a 220. 0 1 ci h he KP D 圆筒 0 . 80 . 81 4 11 1 3 M P a t 封头1 . 2 51 . 2 51 4 12 01 5 6 . 2 5 M P a t h 圆筒113MPa合格 封头 h 156.25MPa h 合格 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） 18 4.8 鞍座处圆筒周向应力 圆周的有效宽度 2 1.561501.5620610221mm an bbR 在横截面最低处 6 5 5 2 1 0.760258 6871 10 2.37MPa 0.01 0.221 e kK F b 在鞍座边角处 6 6 2 2 66 22 12 4 6871 10120.01321296871 100.206 40.010.2216.050.01 78MPa a ee K FRF bL 应力校核 5 141MPa t 合格 6 1.25176.25MPa t 合格 4.9 鞍座应力 1、水平分力 9 0.20352137 6871 1398N s FK F 2、腹板水平分力 计算高度 1 min,69mm 3 sa HRH 鞍座腹板厚度 0 8mmb 腹板水平应力 6 9 0 6871 10 12.45MPa 0.069 0.008 s F H b 应力判断 9 2 94MPa 3 sa 合格 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） 19 第 5 章 设计结果汇总 表 5-1 设计结果汇总 圆筒材料Q245 圆筒内径 i D400 mm 换热管规格25mm × 2.5mm 换热管长度6 m 换热管根数113 根 折流挡板个数19 个 拉杆规格12mm 封头材料Q245 封头名义厚度 hn 12 mm 封头厚度附加量 h C 2 mm 两封头切线间距离L6050 mm 鞍座垫板名义厚度 rn 0 mm 鞍座垫板有效厚度 re 0 mm 鞍座轴向宽度b40 mm 鞍座高度H200 mm 鞍座包角120 。 鞍座地脚螺栓个数2 个 鞍座地脚螺栓公称直径20 mm 鞍座轴线两侧的螺纹间距l330 mm 鞍座底板中心至封头距离A150 mm 封头曲面高度 1 h150 mm 腹板与筋板（小端）组合截面积 sa A9500 mm 管程接管尺寸108mm × 4mm 壳程接管尺寸159mm × 4mm 东北石油大学石化装备设计综合实训（卓） 20 参考文献 1 郑津洋，董其伍，桑芝富 .过程设备设计M . 北京：化学工业出版社 ,2010. 2 姚玉英 . 化工原理 M . 天津：天津科学技术出版社，2005. 3 T.Kuppan. 换热器设计手册M . 北京：中国石化出版社， 2002. 4 GB150-2011，压力容器S . 5 JB 4731-2005 ，钢制卧式容器S . 6 JB4712-2007，容器支座 S. 7 JB 4715-1992 ，固定管板式换热器型式与基本参数S.