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1、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
2、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：换热器；甲烷化换热器AbstractHeat exchanger is important in the process of chemical production equipment, whic
3、h 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 s
4、tretch, 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
5、, 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
6、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
7、 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 compo
8、nents, he finally completed the methanation type heat exchanger design.Keywords: Heat exchanger;Methanation heat exchanger目 录图表清单1符号说明3引言8第一章 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 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 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
9、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 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
10、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60谢 辞61图表清单类别标号名称插图图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
11、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耳式支座安装尺寸图4-11载荷近似计算简图插表插表表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接管尺寸表4-6DN50024补强圈尺寸表4-7DN30024补强圈尺寸表4-8DN30022补强圈尺寸表4-9DN35020补强圈尺寸表4-1
12、0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表4-26支座处壳体的允许弯矩符号说明一根换热管管壁金属的截面积，；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
13、面积，；例如双管程管板，对于三角形排列：管板布管区面积，； 三角形排列 开孔削弱所需要的补强截面积，；补强有效宽度，；钢板负偏差，；腐蚀裕量，；厚度附加量，；系数，按查参考文献4(GB151-1999)图19；系数，按查参考文献4(GB151-1999)图20；系数，按查参考文献4(GB151-1999)图21；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考虑平面上的尺寸（弦长，包括厚度附加量)，；管板开孔前的抗弯刚度， 容器外径；壳程圆筒和管箱圆筒内直径，；管板布管区当量直径，；换热管外径，；下述对于b型连接方式，指管箱圆筒材料的弹性模量，；管板材料的弹性模量，；下述对
14、于b型连接方式，指壳程圆筒材料的弹性模量，；风压高度变化系数，按设备质心高度取 对于B类地面粗糙度设备质心所在高度，m1520风压高度变化系数1.001.141.25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，当该比值大于1.0时，取；重力加速度，取；偏心载荷，N；容器总高度，mm；水平力作用点至底板高度，mm；接管外侧有效补强高度，；接管内侧有效补强高度，；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；管板边缘旋转刚度参数，； 壳程圆筒与法兰的旋转刚度参数，； 管箱圆筒与法兰（或凸缘）的旋转刚度参数，； 旋转刚度无量纲参数； 质心距容器底端距离；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5.
