锅炉蒸汽及水回收利用工程闪蒸罐设计前言蒸汽闪蒸罐是在锅炉系统中用于对高温冷凝水或物料进行热量回收利用的设备高 温蒸汽从冷凝水或物料中分离后，多用于低压蒸汽系统中产品用于氧化铝行业高压溶 出、脱硅、蒸发等工序，并广泛应用于冶金、石化、化工、轻工、造纸、食品、酿酒、 饮料、制药等领域具有进水（料）分布均匀、汽水快速分离、分离效率高、二次汽不带水、液位自动 显示等特点关键词：闪蒸罐、锅炉、产品目录目录 2第一章 概述 错误!未定义书签1.1 设计的目的及意义 11.2 设计的要求 11.3 闪蒸形成原因 11.4 闪蒸的原理 21.5 闪蒸的现象 21.6 闪蒸罐的结构及应用 21.7 容器设计中的结构设计问题 3第二章 确定参数 4第三章 筒体设计 5第四章 封头设计及水压试验 84.1 封头设计 84.2 水压试验 9第五章 设备法兰 11 第六章 附属设备 136.1 人孔 136.1.1 尺寸及选型 136.1.2 管法兰 136.1.3 开孔补强 146.2 压力表接口 146.2.1 尺寸及选型 146.2.2 管法兰 156.2.3 开孔补强 156.3 液面计入口及接口 156.3.1 尺寸及选型 156.3.2 管法兰 156.3.3 开孔补强 156.4 安全泄放口 156.4.1 尺寸及选型 156.4.2 管法兰 166.4.3 开孔补强 166.5 水蒸气出口 166.5.1 尺寸及选型 166.5.2 管法兰 166.5.3 开孔补强 166.6 冷凝液进口及出口 176.6.1 尺寸及选型 176.6.2 管法兰 176.6.3 开孔补强 18第七章 支座的设计 20第八章 焊接工艺 218.1 焊接性分析 218.2 焊接方法 218.3 焊接的选择 22第九章 安全与环保 239.1 安全 239.2 环保 24参考文献 27致谢 28第一章 概述1.1 设计的目的及意义化工设备机械基础课程设计是《化工设备机械基础》课程教学中综合性和实践性较 强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是学生体察工程实际问题复杂性，学习初次尝 试化工机械设计。
化工设计不同于平时的作业,在设计中需要同学独立自主的解决所遇到 的问题、自己做出决策,根据老师给定的设计要求自己选择方案、查取数据、进行过程和 设备的设计计算，要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的比较分析，择优选定最 理想的方案和合理的设计1.2 设计的要求化工设备课程设计要求学生具备基本工程力学知识，了解化工设备的选材要求及常 用材料的特性，了解和掌握化工设备的设计计算方法和过程以及典型设备的结构和强度 设计与计算，熟悉涉及压力容器设计、制造、材料使用和监察管理的有关标准和法规， 具备设计、使用和管理中、低压压力容器与化工设备的能力同时，通过本设计的学习 培养学生运用数学知识进行工程计算的能力，掌握基本理论和方法，为后续课程的学习 和终身学习奠定基础1.3 闪蒸形成原因当水在大气压力下被加热时，ioo°c是该压力下液体水所能允许的最高温度再加热 也不能提高水的温度，而只能将水转化成蒸汽水在升温至沸点前的过程中吸收的热叫 “显热”，或者叫饱和水显热如果在一定压力下加热水，那么水的沸点就要比100C 高，所以就要求有更多的显热压力越高，水的沸点就高，热含量亦越高压力降低，部分显热释放出来，这部分超量热就会以潜热的形式被吸收，引起部分水被“闪蒸”成 蒸汽。
1.4 闪蒸的原理闪蒸就是高压的液体进入比较低压的容器中后，由于压力的突然降低，这些饱和液 体变成一部分的容器压力下的饱和蒸气和饱和液的现象闪蒸的原理是在温度不变的情 况下，降低物料的压力，从而降低物料的沸点，达到物料蒸发的目的过热凝结水或锅 炉排污水沿闪蒸罐切线进入罐内，根据流体两相流和涡流分离理论，在罐内扩容后，压 力降低，会在罐内产生闪蒸汽，可以引入低压蒸汽管道或通过喷射器加压后引入中压管 道，进入用热设备，加热物料，使原来低品质的热能重新得到利用1.5 闪蒸的现象物质的沸点是随压力增大而升高，而压力越低，沸点就越低这样就可以让高压高 温流体经过减压，使其沸点降低，进入闪蒸罐这时，流体温度高于该压力下的沸点流 体在闪蒸罐中迅速沸腾汽化，并进行两相分离使流体达到气化的设备不是闪蒸罐，而 是减压阀闪蒸罐的作用是提供流体迅速气化和汽液分离的空间1.6 闪蒸罐的结构及应用闪蒸罐的主要结构有筒体、封头和接管筒体与封头组成的壳体为闪蒸提供了空间， 而接管则负责闪蒸罐壳体内的液气更换闪蒸罐的制造按其组成，大体可分为筒体、封 头的制造，接管的选用和焊接的，以及产品的检验筒体的制造主要是应用卷板机对下 好料的方形板材进行卷筒;封头的制造是选择适当的冲压或旋压方法对圆形板材力压;接 管的选用相对简单只要符合工作条件即可；焊接是产品质量的关键也是本次设计的主要 内容;检验是所有质量工作的最后一道关卡，它的存在必不可少关乎到以后操作工人的生 命安全。
闪蒸主要应用在热力发电厂中锅炉排水的回收和地热发电中以及化工厂的废水 处理中等闪蒸罐是一种重要的节能装置，常用于锅炉排污和过热凝结水的余热回收 闪蒸罐在轻工、化工、冶金、建材等行业中起着关键作用1.7 容器设计中的结构设计问题容器结构设计问题主要涉及两大类结构问题，一类是如何从强度合理进行结构设计 的问题，另一类是如何进行焊接结构特别是焊接接头设计的问题从强度上考虑主要是涉及如何使结构的不连续应力、局部应力及应力集中尽可能减 小，或者如何进行合理的局部补强，还涉及结构的工艺性问题实际上在做部件设计时 已经涉及结构设计问题，例如封头设计和法兰设计本身都有许多结构设计问题，本章主 要是从部件组成容器整体时所需考虑的一些结构问题进行分析各部件进行组装时都需要经过焊接，对焊接进行质量控制是整个容器质量保证体系 中极为重要的一环虽然焊接质量控制还涉及许多焊接工艺过程问题，但作为容器设计 环节必须对容器各部分焊接头的结构进行合理的设计，这就是焊接结构设计的问题焊接接头的结构涉及接头的形式（例如对接、搭接或角接）、接头的坡口形式、几何 尺寸等可以认为化工受压容器对焊接质量的要求是所有焊接设备中要求最高的一种， 因此压力容器设计工程师必须懂得容器设计中的焊接结构设计的特点及对焊接质量进行 检验的要求。
第二章确定参数（1）工作介质：冷凝水，水蒸汽工作压力：l.OMPa容器内径： 1600mm全容积： 5.7m3焊接接头系数： 0.85安全装置：安全阀（2）选用材料：由于闪蒸罐的介质具有一定的弱酸性，在选取材料的时候根据经验和相关记载，选取不 锈钢为闪蒸罐的主要材料所谓不锈钢是指在钢中加入一定量的铬元素后，使钢处于钝 化状态,具有不生锈的特性为达到此目的，其铬含量必须在12%以上为提高钢的钝化 性，不锈钢中还往往需加入能使钢钝化的镍、钼等元素一般所指的不锈钢实际上是不 锈钢和耐酸钢的总称不锈钢并不一定耐酸，而耐酸钢一般均具有良好的不锈性能 不锈钢按其钢的组织不同可分为四类，即奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体一铁素体双相不锈钢我们选取的是奥氏体不锈钢0Crl8Ni9取设计温度 T=1OO°C 0萨=137MPa； = 205MPa（3）设计压力： P=1.1PW=1.1MPa计算压力：Pc=设计压力+液柱静压力封头的曲面深度h=Di/4封头的直边高度与封头的公称直径有关，封头公称直径小于等于2000mm时h0=25mm，封头公称直径大于2000mm时，h0=4Omm液柱静压力的计算：封头总高： H1=h+h0=400+25=425mm又因筒的体积：K筒=5.7—0.586x2=4.528筒由筒高H = ■^筒得 (3 — 1)s筒高：h = _ 组528 = 2253mm(1・6/2)2x兀液柱静压力:pgH = 998.2 X 9.81 x (2253 + 425 x 2) x 10-9 = 0.030MPa0.030<5%X 1.1=0.055,所以，液柱静压力可忽略即：计算压力 Pc=P=1.1 MPa图 2.1第三章 筒体设计（1）计算厚度：8 = ^cDL2［b］坤公式中：PC 圆筒的设计压力，mmDi——圆筒的公称直径，mmQA——钢板在设计温度下的许用应力，MPa 申——焊接接头系数所以：§ = -PcDL= I"I600 =7.55mm2［创坤 2 x 137 x 0.85(2)因为工作介质为冷凝水，水蒸汽，C2 腐蚀裕量，mm所以C2 = 1mm设计厚度：5 d=6+Cd25 ,= 6 +C =8.55mmd2由表可知：C]=0.8mm(3) 名义厚度：5 n= 5 d+C + A5 n= 5 ,+C + A =8.55+0.8+ A =10 mmd1即：A=0.65mm(4) 有效厚度：J =时一 S- C2S = S — C — C =10 -0.8-1=8.8 mme n 1 2表 3. 1 椭圆形封头尺寸与质量公称直径DN/mm曲面高度h./mm直边高度 内表面积容积V/m3厚度Sp/mm质量G/kghjmmF/m21600400252.9010.58610224表 3.2 负偏差取值表钢板厚度(mm)负偏差C] (mm)钢板厚度(mm)负偏差C] (mm)全部厚度0.256~70.620.188~250.82.20.1926~300.92.50.2032~341.02.8~3.00.2236~401.13.2~3.50.2542~501.23.8~4.00.3052~601.34.5~5.50.565~801.8表 3.3 常用钢板厚度2.02.53.03.54.04.55.06.07.08.09.010111214161820222528303234363840424650556065707580859095100105110115120125130140150160165170180185190195200第四章 封头设计及水压试验4.1 封头设计Di=1600mm,选择椭圆形封头，T=100°C , 0A = 137MPa材料选择不锈钢 0Crl8Ni9, P=1.1PW=1.1MPa焊接采用双面焊的全焊透对接焊接接头，全部无损探伤，申=1.0⑴计算厚度：8 =型匹 (4 — 1)2［刃方0因为是椭圆形封头，所以K=l,PC——圆筒的设计压力，MPaDi——圆筒的公称直径，mm0卜——钢板在设计温度下的许用应力，MPa申——焊接接头系数申= 1.08 = PcDi = 1。