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1、反应产物冷却器的设计姓名：XXX 班级:XXXX 学号：XXXXXXXXXXX摘要：本设备设计是根据AES浮头式换热器设计条件图（一）而设计的。设备为浮头式换热器，其类型为：AES；换热器的管程介质为循环水，操作压力为：0.65MPa，操作温度（入口/出口）为：40/50；换热器的壳程介质为反应产物，操作压力为：0.1MPa，操作温度为(入口/出口）：110/90；设计主要依据标准和法规为：TSG R0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程、GB150.14-2011压力容器、GB151-1999管壳式换热器等。对浮头式换热器进行了材料选择、结构设计和强度计算。浮头换热器结构复杂，金属
2、消耗大，成本较高；但是它的管束可以抽出，管、壳程方便清洗；介质间温差不受限制；可在高温、高压下工作；可用于结垢比较严重的场合；可用于管程易腐蚀场合。易满足设计条件和经济性的要求。关键词：换热器，强度计算，结构设计 目 录反应产物冷却器的设计1目 录2第1章 概述4第1.1节 设备的简介4第2章 结构设计6第2.1节 材料的选择62.1.1 壳程材料的选择62.1.2 管程材料的选择7第2.2节 主要结构设计72.2.1 管程结构72.2.2 壳程结构102.2.3 外头盖端结构132.2.4 容器法兰和管法兰142.2.5 支座16第3章 设计计算17第3.1节 管箱结构设计计算173.1.1
3、管箱筒体173.1.2管箱法兰18第3.2节 平盖的结构设计计算19第3.3节 管板的设计计算21第3.4节 壳程筒体结构设计计算263.4.1 筒体设计计算263.4.2壳体法兰设计26第3.5节 外头盖结构设计计算313.5.1 外头盖筒体313.5.2 凸型封头323.5.3 外头盖侧法兰333.5.4外头盖法兰383.5.5 浮头法兰的设计计算423.5.6钩圈的设计计算493.5.7球冠形封头计算49第36节 开孔补强计算503.6.1管程开孔补强503.6.2壳程开孔补强513.6.3外头盖开孔补强54第37节 鞍座支反力计算54第4章 制造、安装与检验55第4.1节 液压试验56
4、第4.2节 管程水压试验56第4.3节 零部件的制造工艺及要求574.3.1圆筒574.3.2管箱574.3.3换热管574.3.4管板574.3.5折流板、支持板584.3.6管束的组装58第4.4节 检验和验收58第5章 经济性分析59参考文献60符号说明61致谢63第1章 概述第1.1节 设备的简介 本设备是一台单壳程四管程的AES浮头式冷却器。该冷却器壳程的工作介质为反应产物，壳程腐蚀余量为0mm；管程走循环冷却水，腐蚀余量为2mm。壳程的工作压力为0.1MPa，设计压力为0.11MPa，出、入口的工作温度分别为为90、110，壳程设计温度取110；管程的工作压力为0.65MPa，工作
5、压力为0.715MPa，出、入口的工作温度分别为50、40，管程设计温度取50。壳程材料主要使用S30408，管程材料主要使用Q345R。本冷凝器的公称直径为800mm，换热管的排列形式为正三角形，材料选用S30408，规格252mm，长度为6000mm，上下缺边折流板的数量为29块，间距为170mm，缺边高度约为Di30%，支持板1块，设备设计寿命为10年。第1.2节 设备的基本结构 该浮头式换热器主要由平盖管箱、接管、接管法兰、固定管板、壳体法兰、壳体、防冲板、外头盖侧法兰、外头盖、浮动管板、浮头盖、钩圈、浮头法兰、管束、等长双头螺柱、螺母、垫片、吊耳、支座、接地板、顶起螺栓等组成。浮头换
6、热器的一端管板与壳体固定，另一端为浮动管板。因此其优点为热应力较小，便于检查和清洗。缺点为结构较为复杂。由本次课程设计所给定的设计条件可以确定浮头式换热器的基本结构。1.换热器的公称直径为DN800mm，设备总长度大约为7400mm，设备静质量为5678kg。壳程介质为反应产物。2.壳体圆筒和外头盖封头材料为S30408，外头盖封头为标准的椭圆形封头。3.换热器的管程介质为循环水，此换热器为四管程，管箱内设有两块分程隔板；管箱封头在此设备要求中为平盖，平盖材料为16Mn锻件；管箱筒体连接法兰选择长颈对焊法兰；管箱筒体公称直径DN=800mm，材料为Q245R。4.壳体法兰为自行设计的甲型平焊法
7、兰加不锈钢凹面衬环；外头盖侧法兰选用长颈对焊法兰，加不锈钢凸面衬环和不锈钢衬筒。壳程筒体材料为S30408，总长约为5705mm。5.固定管板材料为S30408，一共有422根换热管与管板连接，换热管规格为252mm，长度为6000mm；壳程设有29块折流板和1块支持版，材料为S30408；壳程介质入口处设有防冲板，材料为S30408；一共有8根拉杆固定连接折流板和支持板，拉杆材料为S30408，定距管规格与换热管相同。浮动管板材料为S30408。 6.支座选择DN800,120包角的标准的重型焊制的鞍式支座。7.外头盖法兰选用长颈对焊法兰，加不锈钢凹面衬环和不锈钢衬筒；筒体短接公称直径DN=
8、900mm，材料为S30408；封头采用标准椭圆形封头，材料为S30408。8.钩圈和浮头法兰的材料均选用S30408。浮头法兰的公称直径DN=764mm。球冠形封头的材料为S30408。9.设备上有7个接管，公称压力均为PN16，连接标准均为HG/T20592-2009。接管N1（DN150）和接管N2（DN150）为管程循环水的入口和出口，其法兰型式/连接面型式均为WN/RF；接管N3（DN200）为壳程物料入口，接管N4（DN100）和N5（DN100）均为壳程物料出口，其法兰型式/连接面型式均为SO/RF；接管N6（DN20）和接管N7（DN20）分别为排气口和排净口，其法兰型式/连接
9、面型式均为WN/RF第2章 结构设计第2.1节 材料的选择 本设计的反应产物冷却器，壳程工作介质是反应产物，管程工作介质是循环冷却水。壳程设计温度为110，设计压力为0.11MPa；管程设计温度为50，设计压力为0.715MPa。壳程介质具有腐蚀性，所以壳程材料选用不锈钢；冷却水没有腐蚀性，管程可以选低合金钢或者碳素钢。浮头换热器的附件材料，主要根据管程、壳程的材料而选与之匹配性质的材料，如焊接性能，强度等。紧固件件螺栓螺母，密封件垫片，则根据所选的法兰类型及材料来定。2.1.1 壳程材料的选择不锈钢的种类繁多，按照组织状态主要分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和奥氏体铁素体不锈钢。
10、根据壳程的工作介质，设计温度，设计压力，选奥氏体不锈钢最为合适。奥氏体不锈钢具有良好的塑性、韧性、焊接性和冷加工性，能够抵抗氧化性酸和大气、水、蒸汽等介质的腐蚀。设计任务书推荐的材料为S30408，它是一种低碳奥氏体不锈钢。S30408不锈钢的焊接性能良好，适合多层焊，焊后无刀口腐蚀倾向，具有良好的耐腐蚀性。适合制造容器、管道及结构件，在化学工业设备用得比较广泛。1.设计的换热器公称内径为800mm，壳体、外头盖短节、外头盖封头、浮头法兰封头采用的是板材，均选S31603钢板，钢板标准号为GB 24511-2009。2.浮头法兰、钩圈、管板、壳程管法兰、壳程接管选S30408锻件，锻件标准号为
11、NB/T 47010。3.换热管、定距管、壳程接管选S30408钢管，钢管标准号为GB13296-2013。4.壳体法兰、外头盖侧法兰选用16Mn锻件，锻件级别为级，钢锻件标准号NB/T47008。对于有腐蚀的介质，法兰要加衬环，衬环的材料选S30408。钢的标准、冶炼方法、热处理状态、无损检测标准及检测项目要满足GB150-2011第二部分材料所规定的要求。2.1.2 管程材料的选择 管程的工作压力是属低压，温度不是很高，工作介质也无毒无害，对于材料的要求不是很高，处于经济性的考虑，选择碳素钢或者低合金就能满足要求。低合金钢是在碳素钢里加入一种或几种含量低于3.5%的合金元素。低合金在强度，
12、焊接性能，耐温，耐腐蚀性及成型性等各个方面优于碳素钢。Q245R是压力容器常用的低合金钢钢板，其屈服强度为245MPa，主要用于制造中低压压力容器筒体和短节。它的综合力学性能和制造工艺性能都非常良好，普遍用于压力容器制造行业。碳锰钢16Mn也是属于低合金钢，含碳量为0.16%，合金含量少，故焊接性能好，具有良好的综合力学性能和低温冲击韧性，此外在冷冲压可切削性方面均良好。20号钢是优质低碳碳素钢，其强度低，在韧性、塑性和焊接性方面较好，而且价格低廉，在用于制造压力容器的一些零部件非常广泛。在一些没有腐蚀或者腐蚀很低的场合的接管可选用选用20号钢管。1.前端管箱的短节选用Q245R；由于管箱内分
13、程隔板几乎不承受压力，因此出于对经济性的考虑选用Q235-B钢板即可，钢板标准号为GB713。2.管箱法兰、平盖选用16Mn锻件，锻件标准号为NB/T 47008，锻件的制造检测检测级别级。3.管程接管选用20号钢管，钢管标准号为GB6479；接管法兰选用20号钢锻件，锻件级别为级。钢的标准、冶炼方法、热处理状态、无损检测标准及检测项目要满足GB150-2011第二部分材料所规定的要求。第2.2节 主要结构设计 常规设计中，换热器的零、部件都可以根据设计压力、设计温度、换热器的公称内径等设计参数，查标准来选。只要算出筒体，短节，管板，封头，平盖，浮头法兰等的厚度，换热器的结构基本能确定下。2.
14、2.1 管程结构一换热管 换热管常用的规格（外径壁厚，单位:mm）有101.5、142、192、252.5、382.5等，标准长有1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0、12.0m等系列。在管板上换热管的排列方式有正三角形、转正三角形、正方形、转角正方形。本设备为冷却器，为了增大壳程流体的湍动，选择正三角形排列方式。换热管的规格为252，换热管长度为6000mm。 图21 换热管标准排列的几种形式二布管设计的浮头式换热器，管程数4，壳程数为1。4管程的分法，有十字形，平形，工字形。平行分法的优点就是，接管的位置容易设置，管箱内残液能放尽，但是排的管子数量，没有十字形和工字形的多。设计要
15、求的换热管根数尽量多，且每一程的布管数尽量相等，在一一对比这3种4管程的布置后，仅有十字形布置满足要求。按照，GB151-1999，5.6.3节的要求布管。 浮动管板 固定管板 图22 四管程十字形布管图三分程隔板根据GB151-1999，5.2.3节表6，可知公称直径DN=800mm的换热器，碳素钢及低合金钢材料的分成隔板最小厚度为14mm，高合金钢材料的分成隔板最小厚度为10mm。厚度大于10mm的分成隔板，密封面处要削边至10mm。分成隔板的结构尺寸还待确定管箱、法兰、封头后才知。图23 分程隔板及管板分程隔板槽图四固定管板浮头式换热器的管板是通过垫片与壳体法兰和管箱法兰连接，出于管束抽
16、出筒体进行清洗或者维修的考虑而采用这种连接方式。固定管板的密封面是根据所选的法兰结构及类型而确定的。管板的厚度在设计计算部分得出。 图2.4 管板与壳体、管箱的连接方式五前端管箱对于浮头换热器，前端管箱的型式有平盖管箱、封头管箱、用于可拆管束与管板制成一体的管箱，其中平盖管箱和封头管箱用得最广泛。根据GB/T4714-1992，4.6节的规定：DN不大于400mm时，采用平盖管箱；DN在500mm和800范围内时，可用平盖管箱或者封头管箱，推荐使用浮头管箱；DN大于900mm时，采用浮头管箱22。椭圆封头比平盖厚度要薄，经济成本低。使用平盖在后续的检修，试压方面都很方便。GB/T4714-19
17、92，并不是强行规定的，在GB151-1999，GB150-2011，都没有规定采用哪一种管箱。由于本次设计的换热器，内径大，管束多，出于后续的检修成本考虑，故采用平盖管箱。 图25 平盖管箱结构图 图26 封头管箱结构图六换热管与管板连接根据GB151-1999，5.8节，换热管与管板的连接方式主要有胀接、焊接、胀焊并用。根据设计条件，选用强度焊的连接方法。强度焊的结构如下图，强度焊接结构按GB151-1999，表33的规定，根据换热管规格为252mm，查得 。 图2.7 强度焊连接尺寸2.2.2 壳程结构一折流板、支持板在管壳式换热器中，为了能够改善传热性能和减少污垢，在壳体内设置折流板。
18、折流板在卧式换热器中还起到了支撑管束的作用。浮头式换热器的钩圈浮头部位较重，并且壳程内的管束长，为了防止换热管无支撑跨距较长而容易变形，则要设置支持板。弓形、圆盘-圆环形是折流板和支持板常用的两种形式。弓形折流板可分为单、双、三，三种弓形结构。弓形折流板缺口高度取0.20到0.45倍的圆筒内径。折流板缺切在管排中心线以下，或切与两排管孔的小桥之间。对于壳程介质为气态的浮头式换热器，折流板缺口垂直左右布置，折流板最低出开通液口。浮头式换热器的浮头端宜设置环板支持板，支持板的名义外直径和折流板一样，厚度和折流板一样或者比折流板厚。本设计中的换热器，采用单弓形折流板。折流板的最小厚度，根据GB151
19、-1999，表34的规定，得出=6mm；又根据GB151-1999，表44得折流板的名义直径为DN-4.5，即为795.5mm。折流板之间的间距取L=170mm，管束两端的折流板靠近壳程进、出接管。支持板的厚度在折流板的厚度基础上加大一些，取折流板的厚度=10mm。 图2.8 折流板切口位置 二拉杆、定距管拉杆与定距管的作用是固定折流板与折流板之间的距离,减少无支承长度，减少管板厚度。常用的拉杆形式有拉杆与定距管结构，拉杆与折流板电焊结构。换热管外径大于或者等于19mm时，采用拉杆与定距管结构，小于或者等于14mm时，采用拉杆与折流板电焊结构。拉杆设置在布管区的换热管边缘、设置防冲板边缘以及折
20、流板缺口处。根据所设计换热器的公称内径DN=800mm，换热管规格252mm，查GB151-1999 表43得拉杆直径。根据换热器的公称直径DN=800mm，拉杆直径查GB151-1999 表44，得拉杆的数量至少应为6根，根据需要将拉杆数增加至8根。查GB151-1999，表45可到拉杆的具体尺寸，b=2.0mm。图2.9拉杆定距管结构图 图2.10 拉杆结构图三防冲板防冲板设计的位置、边长、厚度、固定形式，要符合GB151-1999，5.7.4节的要求。本设计的防冲板，焊在两侧的定距管上。四滑道冷凝器设置滑道的目的是为了方便维修或者清洗时将管束从壳体的抽出，此外滑道具有旁路挡板的作用。常见
21、的滑道结构有滑板、滚轮、滑条。滑板的结构简单，制造加工方便，成本低，而且安装也容易。滑板与管束为一体，它焊接在折流板和支持板的槽内，径向高出折流板0.5mm到1mm。图2.10(a) 滑板布置位置和结构图图2.10(b) 滑板布置位置和结构图2.2.3 外头盖端结构图2.11 钩圈浮头图一钩圈和浮动管板浮头式换热器的钩圈形式有A型和B型两种。A型钩圈厚度是按照活套法兰公式计算，钩圈底部距浮动管板较远，双头螺柱长，刚性差，壳程介质流动的死区大。B型钩圈厚度是根据浮头管板的厚度加经验值（经验值一般取16mm）确定。较A型钩圈B型钩圈厚度薄，死区少，但加工要求高。为了便于拆装，钩圈采用对开的结构形式
22、。基于上述分析，选用B型钩圈。浮动管板的厚度取与固定管板的厚度一样，其密封面宽度取4mm，与钩圈配合的部位见下图。根据GB151-1999，5.14.1节确定钩圈的外径和内径。 图2.12 B形钩圈与浮动管板配合尺寸二浮头盖及外头盖因为球冠形浮头的结构简单易压制，占据空间少，用材少，最关键的是与浮头法兰的焊接方便，所以浮头盖采用球冠形浮头。外头盖采用标准椭圆形封头，椭圆形浮头应力分布均匀，容易加工成型。三浮头法兰根据GB151-1999，5.14.1节确定浮头法兰的外径和内径，具体见计算部分，厚度则要经过计算确定。2.2.4 容器法兰和管法兰 法兰优先选取标准法兰，在标准里选不到满足条件的法兰
23、时再进行设计计算。我国的标准压力容器用法兰有甲型平焊法兰、乙型平焊法兰长颈对焊法兰这三种。根据公称直径、设计压力、设计温度、工作介质特性、法兰的材料，查标准NB/T4702047027-2012压力容器用法兰、垫片、紧固件来选用法兰。处于安全性的考虑，管箱法兰、外头盖法兰选用长颈对焊法兰；由于壳程介质具有腐蚀性，因此选用壳程法兰若选用长颈对焊法兰则必有不锈钢衬筒，而衬筒会影响管束的抽出，因此壳程法兰选用甲型平焊法兰。在NB/T4702047027-2012压力容器用法兰、垫片、紧固件标准里，还给出了与法兰相应垫片、螺栓形式。根据设计任务书，给的管法兰，采用的是欧洲标准体系，即HG/T20592
24、-2009，选用的是带颈对焊法兰（WN）和带颈平焊法兰（SO），突面密封（RF）。根据HG20592-2009表8.2.4，由PN=16，DN查得各接管的参数如下： 表2-1 带颈对焊接管法兰参数（单位：mm） 公称尺寸DN钢管外径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法兰质量kg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螺 栓Th202510575144M121845 26261.0150159285240228M2022195 161447.5 表2-2 带颈平焊接管法兰参数（单位：mm）公称尺寸DN钢管外径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法兰质
25、量kg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螺 栓Th100108220180188M1620140 110404.52002193402952212M2024246 2224410.0查HG20615-2009表3.2.5-1，得到突面法兰的尺寸 表2-3 突面法兰密封尺寸（单位：mm）公称直径公称压力凸台外径凸台高度2016582100161582150162122200162692 图2.13（a)带颈对焊法兰 图2.13（b)带颈平焊法兰2.2.5 支座设计的浮头换热器是卧式的，因此选用鞍式支座。根据JB/T4712-2007，选用的是DN500-900mm级别，120o
26、包角，重型带垫板鞍座支座。鞍座的具体参数见JB/T4712-2007，表6。 表2-4 鞍座尺寸参数公称直径DN允许载荷QKN鞍座高度h底板腹板筋板垫板螺栓间距鞍座质量Kg增加100m高度增加的质量Kg弧长e800220200720150101040012010940260665530387 图2.14 鞍座的结构图 第3章 设计计算第3.1节 管箱结构设计计算3.1.1管箱筒体筒体材料：Q245R（GB713） 钢板卷制圆筒工作压力：0.65MPa 工作温度（入口/出口）：40/50 公称直径：=800mm 焊接接头系数：=0.85 腐蚀裕量：=2mm 钢板负偏差：=0.3mm筒体材料设计温
27、度下的许用应力：=147.6MPa（GB150-2011 表2）1.设计压力：根据六合一上设计压力确定原则选择“内压容器，无安全泄放装置”，取设计压力为1.1倍的工作压力。即设计压力P=1.10.65=0.715MPa。液注静压力：=gh=10009.810.8=7848Pa液注静压力比设计压力：=7847Pa0.715MPa=1.1%5%，忽略液注静压力。2.计算压力=P=0.715MPa3.设计温度：根据六合一设计温度确定原则，取管程流体最高工作温度为设计温度。即设计温度t=50。4.计算厚度：=设计厚度：名义厚度：注：表示圆整根据GB151-1999 5.3.2表8 圆筒厚度应不小于10
28、mm，因此取mm。3.1.2管箱法兰1.法兰的选用法兰材料为16Mn锻件，锻件级别为级。选用长颈对焊法兰，凹面密封。由DN=800mm，PN=1.0MPa 查NB/T 47023-2012得法兰的参数。图3.1 管箱法兰结构尺寸 表3-1 管箱法兰参数（单位：mm）DN法兰螺柱对接筒体最小厚度规格数量 800940900865855852501052517141222823M20328法兰质量80.7 kg法兰标记： 法兰RF 8001.0 NB/T4702320122.垫片的选用查NB/T470242012 表2，根据法兰类型和法兰材料，选用的垫片为柔性石墨板。由DN=800 mm ，PN=
29、1.0MPa 查NB/T470242012，得垫片的参数D=854mm，d=810mm，=3mm。垫片标记：8001.0 RSB NB/T470242012查得柔性石墨板的垫片系数m=2.0,垫片比压力y=13.73MPa。 图3.2 非金属软垫片3.螺栓、螺母的选用 查NB/T470272012 表1，螺柱材料选用40MnB，螺母材料选用40Mn。选用B型等长双头螺柱。由NB/T470272012查得 =20mm ，=50mm，C=2.5mm。第3.2节 平盖的结构设计计算一材料选16MN 锻件（NB/T 47008），设计温度t=50，查GB150.2-2011表9得，设计温度下平盖材料的
30、许用应力，常温下平盖材料许用应力，查GB150.2-2011表B.13得钢材的弹性模量。二垫片选用非金属软垫片8001.0 RSB NB/T470252012 垫片系数m=2.0 比压y=13.73MPa。三螺栓的规格为M20，数量为32，螺纹小径，螺栓材料，查GB150.2-2011 表12，知设计温度下的许用应力，常温下的许用应力。1.垫片压降力作用中心圆直径垫片接触面宽宽度： 基本密封宽度 ：（垫片接触的外径，即管箱法兰的）2.螺栓载荷（1）预紧状态下需要的最小螺栓载荷（2）操作状态下需要的最小螺栓载荷3.螺栓面积（1）预紧状态下需要的最小螺栓面积： （2）操作状态下需要的最小螺栓面积：
31、 （3）需要的螺栓面积：（4）实际使用的螺栓总截面积：4.螺栓设计载荷（1）预紧状态下螺栓设计载荷：（2）操作状态下螺栓设计载荷：5.结构特征系数垫片压紧力臂操作时预紧时DN600mm时，平盖中心挠度6.平盖计算厚度（1）预紧时（2）操作时（3）有隔板时 （5）盖计算厚度 55.56+4=59.56mm，取。第3.3节 管板的设计计算1.设计温度及设计压力(1).因为不能保证，在任何情况下同时作用，取(2).按GB1501999 3.12.1规定，应取不低于元件的金属温度，但在管板计算中无法保证管、壳程介质同时作用，且管板的金属温度很难计算，故一般取较高侧的设计温度为管板设计温度，即t=110
32、。2.管板、换热管(1).考虑到拆装清、洗方便，管板的类型按GB1511991 5.7选用a型，即管板通过垫片与壳体法兰和管箱法兰连接。结构如图 图 3.3管板与壳体、管箱的连接方式管板材料选用S30408锻件，设计温度下许用应力，设计温度下的弹性模量（2）换热管材料S30408，设计温度下许用应力，换热管设计温度下屈服点，换热管设计温度下弹性模量。换热管规格252，根数n=422，换热管排列方式为正三角形。根据GB1511999表12，换热管中心距S=32mm，分成隔板两侧相邻管中心距=44mm。采用十字形4管程。(3)结构参数及系数的确定垫片压紧力作用中心圆直径垫片接触面宽宽度 基本密封宽
33、度 当时,（垫片接触的外径，即管箱法兰的）因设置隔板或者拉杆而未能被换热管支撑的面积管板布管区面子 管板布管区内开孔后的面积 管子金属总面积从GB151-1999附录J查得换热管金属横截面积则布管当量直径 管子的有效长度设管板名义厚度，由GB151-1999表33，取换热管的伸出长度为1.5mm系数计算 管束模数 按GB151-1999 5.7.2.1，管板强度削弱系数，管板钢板削弱系数。管束无量纲 无量纲压力 按，查GB151-1999图23 ，图24，得换热管稳定许用应力系数 管子回转半径： 换热管受压失稳当量长度：查GB151-1999，根据图32对应本设计中则根据GB151-1999，
34、5.7.4.2规定 当时， （4）管板计算厚度及名义厚度 管板的计算厚度：管板的最小厚度：由GB151-1999，5.6.1要求，换热管外径时，管程侧结构槽深，腐蚀余量；壳侧结构槽深，腐蚀余量 原设，计算值为，应重复假设计算假设， 查GB151-1999图23 ，图24得，接近假设值，故合适。（5）换热管的轴向应力校核根据GB151-1999，5.7.2.2，按以下的三种工况分别校核只有管程设计压力，壳程设计压力，由，查GB151-1999图24，得。只有壳程设计压力，管程设计压力，管程设计压力，壳程设计压力，同时作用换热管与管板的拉脱力校核本设计采用换热管与管板强度焊接连接，换热管焊缝尺寸取
35、由GB151-1999，5.7.5，知，许用拉脱力取三种工况绝对值的最大值，第3.4节 壳程筒体结构设计计算3.4.1 筒体设计计算筒体材料：S30408（GB24511） 钢板卷制圆筒工作压力：0.1MPa 工作温度（入口/出口）：110/90 公称直径：=800mm 焊接接头系数：=0.85 腐蚀裕量：=0mm 钢板负偏差：=0.3mm筒体材料设计温度下的许用应力：=103MPa（GB150-2011 表5）1.设计压力：根据六合一上设计压力确定原则选择“内压容器，无安全泄放装置”，取设计压力为1.1倍的工作压力。即设计压力P=1.10.1=0.11MPa。2.忽略液注静压力，则计算压力=
36、P=0.11MPa3.设计温度：根据六合一设计温度确定原则，取壳程流体最高工作温度为设计温度。即设计温度t=110。4.计算厚度：=设计厚度：名义厚度：注：表示圆整根据GB151-1999 5.3.2表9 圆筒厚度应不小于6mm，因此取mm。3.4.2壳体法兰设计壳程介质具有腐蚀性，法兰要加衬环，考虑到管束要从壳体抽出维修、清洗等，选加衬环的长颈对焊法兰或者乙型法兰，都会阻碍滑轨在壳体内滑动，所以只能选甲型法兰。为了配合管箱长颈对焊法兰，取法兰外径，螺栓中心圆直径，螺栓数量，螺栓孔径与管箱法兰一样，其余部位按甲型法兰设计校核。 图3.3 带衬环甲型法兰1.设计条件设计压力：（按管程流体计算压力
37、） 设计温度t=110。2.垫片选用非金属软垫片8001.0 RSB NB/T47024-2012 垫片系数m=2 比压y=13.73MPa。垫片规格8548103 垫片基本密封宽度 垫片有效密封宽度垫片压降力作用中心圆直径（垫片接触的外径，即管箱法兰的）垫片压紧力.预紧状态下需要最小垫片压紧力.操作状态下需要最小垫片压紧力3.螺栓材料:40MnB GB/T3077，设计温度许用应力, 室温许用应力。螺栓规格 M20,螺栓根径,数量32螺栓载荷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内压引起的总轴向力螺栓面积预紧状态下需要的最小螺栓面积操作状态下需要的最小螺栓面积需要的螺栓面积
38、实际使用的螺栓总截面积螺栓设计载荷预紧状态下螺栓设计载荷操作状态下螺栓设计载荷4.法兰材料：16Mn NB/T 47008,设计温度下许用应力，室温许用应力。假设法兰厚度，现按整体式法兰对甲型法兰进行校核。.法兰力臂.螺栓中心至作用位置处的径向距离.螺栓中心至作用位置处的径向距离（为螺栓孔中心直径）.螺栓中心至作用位置处的径向距离.法兰力矩.预紧状态的法兰力矩.操作状态的法兰力矩.法兰设计力矩.法兰应力.系数和参数，查GB150.3-2011表7-8和图7-7得。.法兰应力轴向应力径向应力环向应力.应力校核轴向应力径向应力环向应力组合应力刚度校核综上所述法兰校核通过。第3.5节 外头盖结构设计
39、计算3.5.1 外头盖筒体筒体材料：S30408（GB24511） 钢板卷制圆筒工作压力：0.1MPa 工作温度（入口/出口）：110/90 公称直径：=900mm 焊接接头系数：=0.85 腐蚀裕量：=0mm 钢板负偏差：=0.3mm筒体材料设计温度下的许用应力：=103MPa（GB150-2011 表5）1.设计压力：根据六合一上设计压力确定原则选择“内压容器，无安全泄放装置”，取设计压力为1.1倍的工作压力。即设计压力P=1.10.1=0.11MPa。2.忽略液注静压力，则计算压力=P=0.11MPa3.设计温度：根据六合一设计温度确定原则，取壳程流体最高工作温度为设计温度。即设计温度t
40、=110。4.计算厚度：=设计厚度：名义厚度：注：表示圆整根据GB151-1999 5.3.2表9 圆筒厚度应不小于6mm，因此取mm。3.5.2 凸型封头1. 选型：选择标准椭圆形封头2. 厚度计算封头材料：S30408（GB24511） 钢板冲压成型工作压力：0.1MPa 工作温度（入口/出口）：110/90 公称直径：=900mm 焊接接头系数：=0.85 腐蚀裕量：=0mm 钢板负偏差：=0.3mm筒体材料设计温度下的许用应力：=103MPa（GB150-2011 表5）1.设计压力：根据六合一上设计压力确定原则选择“内压容器，无安全泄放装置”，取设计压力为1.1倍的工作压力。即设计压
42、2，选长颈对焊法兰，凸面密封，考虑到壳程工作介质具有腐蚀性，选衬环法兰。由DN=800mmPN=1.0MPa查得以下法兰的参数： 表3-3 外头盖侧法兰参数（单位 mm）DN法兰螺柱对接筒体最小厚 度规格数量8001040100096595595246110421412261223M203610法兰的质量151.1kg，衬环质量20.6kg。 图3.4 衬环凸面密封外头盖侧法兰 筒体的厚度为6mm，法兰不满足要求。而满足修正条件的筒体的最小厚度为8mm，因此要按对法兰进行校。（1）设计条件设计压力：（按管箱法兰工称压力） 设计温度t=110。（2）垫片选用非金属软垫片8001.0 RSB NB
43、/T47024-2012 垫片系数m=2 比压y=13.73MPa。垫片规格9549103 垫片基本密封宽度 垫片有效密封宽度垫片压降力作用中心圆直径（垫片接触的外径）垫片压紧力.预紧状态下需要最小垫片压紧力.操作状态下需要最小垫片压紧力(3)螺栓材料:40MnB GB/T3077，设计温度许用应力, 室温许用应力。螺栓规格 M20,螺栓根径,数量36。螺栓载荷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内压引起的总轴向力螺栓面积预紧状态下需要的最小螺栓面积操作状态下需要的最小螺栓面积需要的螺栓面积实际使用的螺栓总截面积螺栓设计载荷预紧状态下螺栓设计载荷操作状态下螺栓设计载荷（4）
44、法兰材料：16Mn NB/T 47008,设计温度下许用应力，室温许用应力。法兰厚度，现按整体式法兰对外头盖侧法兰进行校核。.法兰力臂.螺栓中心至作用位置处的径向距离.螺栓中心至作用位置处的径向距离（为螺栓孔中心直径）.螺栓中心至作用位置处的径向距离.法兰力矩.预紧状态的法兰力矩.操作状态的法兰力矩.法兰设计力矩.法兰应力.系数和参数，查GB150.3-2011图7-和图7-得。.法兰应力轴向应力径向应力环向应力.应力校核轴向应力径向应力环向应力组合应力刚度校核综上所述法兰校核通过。3.5.4外头盖法兰根据配合外头盖侧法兰的型号，选择凹面密封，长颈对焊法兰，带衬环。外头盖内径为900mm，查B
45、/T47023-2000，得以下的法兰结构尺寸。表43 外头盖法兰参数（单位mm）DN法兰螺柱对接筒体最小厚度规格数量900104010009659559525411025171412221223M203610法兰质量96.6kg，衬环质量5.2kg。短节厚度为6mm，而满足修正的筒体的最小厚度为8mm，故对外头盖法兰进行校核。图3.5 衬环凹面外头盖法兰（1）设计条件设计压力：（按管程流体设计压力） 设计温度t=110。（2）垫片选用非金属软垫片8001.0 RSB NB/T47024-2012 垫片系数m=2 比压y=13.73MPa。垫片规格9549103 垫片基本密封宽度 垫片有效密封
46、宽度垫片压降力作用中心圆直径（垫片接触的外径）垫片压紧力.预紧状态下需要最小垫片压紧力.操作状态下需要最小垫片压紧力(3)螺栓材料:40MnB GB/T3077，设计温度许用应力, 室温许用应力。螺栓规格 M20,螺栓根径,数量36.螺栓载荷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内压引起的总轴向力螺栓面积预紧状态下需要的最小螺栓面积操作状态下需要的最小螺栓面积需要的螺栓面积实际使用的螺栓总截面积螺栓设计载荷预紧状态下螺栓设计载荷操作状态下螺栓设计载荷（4）法兰材料：16Mn NB/T 47008,设计温度下许用应力，室温许用应力。法兰厚度，现按整体式法兰对外头盖侧法兰进行校核
47、。.法兰力臂.螺栓中心至作用位置处的径向距离.螺栓中心至作用位置处的径向距离（为螺栓孔中心直径）.螺栓中心至作用位置处的径向距离.法兰力矩.预紧状态的法兰力矩.操作状态的法兰力矩.法兰设计力矩.法兰应力.系数和参数，查GB150.3-2011图7-和图7-得。.法兰应力轴向应力径向应力.应力校核轴向应力径向应力环向应力组合应力刚度校核综上所述法兰校核通过。3.5.5 浮头法兰的设计计算1.法兰法兰材料选S30408锻件，查GB150.2-2011表11，根据设计温度t=110，取设计温度许用应力，室温下许用应力。2.垫片选用柔性石墨板垫片，根据DN=800，PN=1.0MPa 选取。垫片型8001.0 RSB NB/T 47024-2012，垫片尺寸，垫片厚度。垫片系数m=2，垫片比压力y=13
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