《（毕业论文）-平板氧化器设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（毕业论文）-平板氧化器设计（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、l引引 言言 本次毕业设计是在现有工业在用氧化器的基础上进行改进设计，以提高生产效率，降低能耗。此设计氧化器高度大，设备重，在满足工艺过程要求的前提下，换热器应达到安全与经济的目标。 此设计以氧化系统中需回收需要冷却的化学工艺气甲醛混合气的余热以及 JB4708-200压力容器安全监察规程 和本专业所学为依据，氧化器具有氧化效果好、 高效率等特点，由于氧化器的换热管和管板的设计独特性，使氧化器的使用寿命可达八年以上，生产遇停电停车后，不用处理即可开车生产，产量高。自身带废锅，不需另配汽包。在工业生产中，尤其是化工行业具有重要地位。本次设计氧化器为平板氧化器，有反应室和两个管壳式换热器组成。它将
2、反应热通过第一段即急冷段的换热段将反应汽温度从 650下降到 200左右，把热能转化为蒸汽，并用于生产上。第二段工艺上称为热水段，将 200左右的反应汽冷却到 140。带走的反应热用于加热甲醇蒸发器或用于产生热水供给锅炉。这种结构使得氧化器余热利用相当充分，设计合理。设计要求有基本的设计绘图能力以及相应专业知识，还应会查阅相关的各种设计手册，熟悉 GB150-1998钢制压力容器 、 GB151-1998管壳式换热器 、 压力容器安全技术监察规定等现行国家法规标准规范。同时需要指导老师的悉心指导，更需要有认真负责，一丝不苟的研究态度。限于水平，虽经努力，设计中不妥甚至错误之处在所难免，还望指导
3、老师加以指正。l1 总体方案设计总体方案设计已知装配参数：壳程 管程工作压力(MPa)： 0.4 0.02操作温度 ()： 140 650物料名称： 水 汽 甲醛混合气腐蚀余量(mm) 1 0 换热面积(m2) 210圆筒内径 D =1400mm 帽体内径=1600mmi图 1.1 总装图nfed1-2c1-4b1-2 b3-4j1-4k1-2amlh1-2Al2 主要零部件材料确定主要零部件材料确定由新标准 GB713-2008 氧化器壳程不与甲醛混合汽接触的部分设计材料选用 Q245R，与三元混合汽接触的筒体材料选用 0Gr18Ni9。 3 设备零部件设计设备零部件设计3.1 氧化器筒体设
4、计氧化器筒体设计3.1.1 壳体计算壳体计算由新标准 GB713-2008 氧化器壳程设计材料选用 Q245R 最小壁厚不得小于 8mm查 GB150-1998 得： =132Mpa，C =0 mm，=1.0mm，t 12C氧化器壁厚：ppDti 2焊缝系数，=0.85=1.50mm0.42 1400 2 132 0.850.42取=8mmn有效厚度mmCCne721取=8mm 时，设备的最大工作压力：n 2 2 132 0.85 71.120.421400+7t e r iepMpaMpaD 能够保证设备正常工作，故=8mm 满足设计要求。nl3.1.2 筒节和帽体的材料选择及壁厚计算筒节和
5、帽体的材料选择及壁厚计算由于筒节和帽体与三元混合气直接接触，故材料选用 0Gr18Ni9本次设计氧化器属内压容器，壳程工作压为 P=-0.4Mpa取设计压力 P=1.050.4=0.42MPa壳程工作温度为 t=140,可取设计温度在 150下设计计算筒体能保证设备正常运行。采用双面焊，并且局部进行探伤。初取mmn5 a对于筒节则有 D =1410mm0取 C =0 mm 腐蚀余量： C =1.0mm 12故 mmCCne0 . 421 设计温度下筒节的许用应力=137MPat则2 2 4.0 137 0.85=0.661400+4t e w iePMpaD PP 且接近，故所取 =5mm 合
6、适。nb对于帽体则有 D =1610mm0取 C =0 mm 腐蚀余量： C =1.0mm 12故 mmCCne0 . 421 设计温度下筒节的许用应力=137MPat则2 2 4.0 137 0.85=0.581600+4t e w iePMpaD PP 且接近，故所取 =5mm 合适 nl3.2 封头计算封头计算封头采用标准椭圆形封头图 3.1 标准椭圆封头3.2.1 上封头：上封头：由于筒体上封头只受内压作用，为了便于制造、安装，可取上封头壁厚与下封头相同，材料均为 0Cr18Ni9，设计温度下的许用应力均为=137Mp。t查 JB/T4746-2002钢制压力容器用封头标准得相关参数如
7、下：公称直径：D=D =1600mm 总深度：H=425mm 内表面积：A=2.90m Ni2容积：V=0.586m ； h=25mm； ；K=1.032)(2 hHDi封头计算厚度1.0 0.42 16002.892 0.52 137 0.850.5 0.42ci t cKPDmmP 22.89 1.03.89dcmm取厚度负偏差=0，圆整后取名义厚度=6mm,1cn当量厚度，mmccne0 . 50 . 10521强度校核2 2 5.0 137 0.85=0.730.420.51.0 1600+0.5 5.0t e w iePMpaMpaKD 从而取=6mm 满足要求；nl3.2.2 下封
8、头：下封头：查 JB/T4746-2002钢制压力容器用封头标准得相关参数如下：公称直径：D=D =1400mm 总深度：H=375mm 内表面积：A=2.23m Ni2容积：V=0.398m ； h=25mm ；32)(2 hHDi=6mmn3.3 筒节高度确定筒节高度确定选取 D=1400mm 的标准椭圆封头，有关数据如下：N公称直径：D=1400mm 曲面高度=350mm 直边高度： N=25mm 内表面积：A=2.2346 m 容积 V =0.3977m 2 F3查压力容器与化工设备实用手册表 2-1-2 得每一米圆筒容积 V =1.539m13H=1VVVF391. 0539. 13
9、98. 01由于筒节上开有接管孔 377故取筒节高度 =535mmi=iDH382. 01400535选取=1600mm 的标准椭圆封头，有关数据如下：公称直径：=1600mm 曲面高度=400mm 直边高度：=25mm内表面积：A=2.9007 容积=0.5864查得每一米圆筒容积 V =2.017m13l11 0.58640.2052.017FVVHV由于帽体上开有大小头，大小头上接法兰350 6故取筒节高度 =866mmi=iDH541. 016008663.4 管箱设计管箱设计管箱短节及开孔按 GB150-98 要求设计，则取管箱厚度为 5mm，管箱的最小内侧深度 l，径向开口的单程管
10、箱。图 3.2 管箱3.5 换热管换热管根据 GB 151-89 表 3-4 换热管选用管子规格选用 252.5mm，长度为3m，管子材料选用 0Cr18Ni9 钢，采用单管程，单壳程。初步估算氧化器的管子数：210n=894.7(0.1)3.14 0.025 (30.1)A d L（根）l管子按正三角形排列，查钢制管壳式换热器设计手册，选取 n=1045 根，中心排管数 34 根，管间距 t=39mm.220.13.14 0.025 104530.1245.3210Adn Lmm壳体内径：D =a(b-1)+2eiD 壳体内径，mmia 管心距，mm b 横过管束中心线的管数e管束中心线上最
11、外层管子中心至壳体内壁的距离，一般取 e=(11.5)d0b 值计算：管子按正三角形排列，b=1.1nn 为换热器的总管数b=1.1=1.1=35.56mmn1045其中 e 取 1.2 d e=1.225=30mm0D =39(35.56-1)+230=1407.84mmi将 D 进行圆整取 D =1400mmii完全符合设计要求。实际布管图如下：l图 3.3 正三角形排列图 3.4 布管图3.6 折流板、定距管杆折流板、定距管杆图 3.5 盘-环形折流板换热器管束不同区段的流动面积，此处为环形折流板内径，为盘形折流板直径)(5 . 021DDDm1D2D采用盘环形折流板，选左右缺口型的，取
12、盘和环的间距为壳体内径的10%， 折流板间距 B 取 148mm则折流板数为 3厚度取 8mm定距管为 12 根，通过定距管杆固定折流板。定距管杆 d=32mm.L=148mm , l盘板折流板与壳体间的环形截面积等于环形折流板以内的截面积，1KS2KS即)(42 12 1DDSsK2 224DSK2 22 12 21DDDSSsKK3.7 放大口厚度计算放大口厚度计算材料为 0Cr18Ni9，按无力矩理论，最大薄膜应力为锥壳大端周向应力，即 cos2DPc由最大拉应力准则，并取，可得厚度计算式cosccDDcos1 2ctcc cPDP 式中 锥壳计算内直径，mm；cD锥壳计算厚度，mm;c
13、锥壳半顶角， （） 。因此 10.42 140012.772 cos2 137 0.850.420.9135cc ct cPDmmP 圆整后取=4mml图 3.6 放大口4 管板的设计与计算管板的设计与计算4.1 管板的初步设计管板的初步设计件 15 材料选用 0Cr18Ni9，根据 GB151-99 中，管板与氧化器筒体采用焊接时，应满足结构设计和制造的要求，且管板最小厚度为=20mm，故初取min=36mm,将管板设计为延长部分兼做法兰结构。图 4.1 管板图（件 15）件 50 材料选用 0Cr18Ni9 与 Q245R 的，根据 GB151-99 中，管板与氧化器l筒体采用焊接时，应满
14、足结构设计和制造的要求，且管板最小厚度为=20mm，故初取 =39mm,将管板设计为延长部分兼做法兰结构。min图 4.2 管板图（件 50）件 42 材料选用 0Cr18Ni9，根据 GB151-99 中，管板与氧化器筒体采用焊接时，应满足结构设计和制造的要求，且管板最小厚度为=20mm，故初取min=50mm,将管板设计为延长部分兼做法兰结构。图 4.3 上管板图（件 42）4.2 管板的计算：管板的计算：4.2.1 相关数据计算相关数据计算0Cr18Ni9 钢材在 150温度下弹性模量51.95 10pEMpal许用应力 137t sMpa屈服点 205t sMpa42.06 10sEMpa线性膨胀系数617.0 10/taC617.0 10/staaC管子许用应力 137t sMpa42.06 10tEMpa由前面已经确定了壳程圆筒，管箱圆筒，管箱法兰，换热管等元件结构尺寸及管板布管方式。现对管板设计计算所需系数进行计算。壳程圆筒内直径横截面积，；A2mmmmDi1400222 15386004140014. 34mmDAi圆筒壳壁金属横截面积，；sA2mm8smm2()3.14 8 (14008)35368.96ssisADmm 一根换热管管壁金属的横截面积，；a2mm管子外径： , 管子壁厚: mmd
