ⅱ型甲烷化换热器的设计说明书.doc

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Ⅰ型甲烷化换热器与一台Ⅱ型甲烷化换热器连接组成其中Ⅰ 型甲烷化换热器将 27℃的 H2N2混合气升温至 150℃，同时将 215℃的 H2N2精制气 降温至 90℃；Ⅱ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 Ⅱ型甲烷化换热器的设计。

关键词：关键词：换热器；甲烷化换热器 Abstract Heat exchanger is important in the process of chemical production equipment, which 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 stretch, 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, 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 Ⅰ and type Ⅱ methanation methanation Heat exchanger connected to form a methanation type. Heat exchanger type Ⅰ methanation of H2N2 to 27 ℃ heating the mixture to 150 ℃, 215 ℃ while the H2N2 refined gas cooled to 90 ℃; Ⅱ-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 on GB150 “steel pressure vessels“and 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 components, he finally completed the methanation Ⅱ type heat exchanger design. Keywords: Heat exchanger;Methanation heat exchanger 目 录 图表清单图表清单1 符号说明符号说明3 引言引言8 第一章第一章 换热器件简介换热器件简介9 1.1 U 型管换热器简介.9 1.2 甲烷化换热器简介9 1.2.1.Ⅱ型甲烷化换热器的作用9 1.2.2 甲烷化换热器工作原理10 第二章第二章 设计方案的确定设计方案的确定11 2.1 设计参数的确定11 2.2 换热器主要零部件结构形式的确定12 第三章第三章 强度计算强度计算13 3.1 圆筒的设计13 3.2 封头设计13 3.2.1 下封头设计13 3.2.2 管箱封头设计14 3.3 管箱圆筒短节设计15 3.4 压力试验15 3.4.1 压力试验条件确定15 3.4.2 水压试验时强度校核15 3.5 换热管设计16 3.5.1 换热管选取16 3.5.2 布管形式16 3.5.3 布管限定圆17 3.5.4 U 形管长度选取18 3.5.5 换热管与管板的连接18 3.6 管板设计19 第四章第四章 换热器其他各部件设计换热器其他各部件设计23 4.1 进出口接管设计23 4.1.1 精制气入口接管23 4.1.2 精制气出口接管25 4.1.3 混合气入口接管26 4.1.4 混合气出口接管26 4.1.5 管板排气口接管设计.27 4.1.6 加强管设计28 4.2 接管开孔补强的设计计算28 4.2.1 精制气进口处补强设计28 4.2.2 精制气出口处补强设计31 4.2.3 混合气入口处补强设计33 4.2.4 混合气出口处补强设计36 4.2.5 上排气口处补强设计38 4.2.6 下排净口处补强设计40 4.3 管法兰设计42 4.4 折流板、支撑板设计48 4.5 防冲板设计49 4.6 分程隔板49 4.7 纵向隔板设计49 4.8 接管最小位置50 4.8.1 壳程接管最小位置50 4.8.2 管箱上接管最小位置50 4.9 管箱的最小内测深度51 4.10 管箱筒节长度确定51 4.11 拉杆定距管51 4.12 支座选取51 参考文献参考文献60 谢谢 辞辞61 1 图表清单 类别标号名称 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 插 图 图 4-11载荷近似计算简图 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 插 表 表 4-6DN500×24 补强圈尺寸 2 表 4-7DN300×24 补强圈尺寸 表 4-8DN300×22 补强圈尺寸 表 4-9DN350×20 补强圈尺寸 表 4-10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 L M 130 a MP 插 表 表 4-26支座处壳体的允许弯矩 L M 150 a MP 3 符号说明 ——一根换热管管壁金属的截面积，； a 2 mm ——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 d A 面积，；例如双管程管板，对于三角形排列： 2 mm (0.866 ) dn An S SS ——管板布管区面积，； t A 2 mm 三角形排列 2 1.732 td AnSA —— 开孔削弱所需要的补强截面积，； A 2 mm ——补强有效宽度，； B mm ——钢板负偏差，； 1 Cmm ——腐蚀裕量，； 2 Cmm ——厚度附加量，； C mm ——系数，按查参考文献[4](GB151-1999)图 19； c C 1/ ft K  和 ——系数，按查参考文献[4](GB151-1999)图 20； e C 1/ ft K  和 ——系数，按查参考文献[4](GB151-1999)图 21； M C 1/ ft K  和 ——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 d 考虑平面上的尺寸（弦长，包括厚度附加量)，；mm ——管板开孔前的抗弯刚度，D N mm: 3 2 12(1) p E D     ——容器外径； 0 D 4 ——壳程圆筒和管箱圆筒内直径，； i D mm ——管板布管区当量直径，； t D mm 4/ tt DA ——换热管外径，； d mm ——下述对于 b 型连接方式，指管箱圆筒材料的弹性模量，； h E a MP ——管板材料的弹性模量，； p E a MP ——下述对于 b 型连接方式，指壳程圆筒材料的弹性模量，； s E a MP ——风压高度变化系数，按设备质心高度取 i f 对于 B 类地面粗糙度 设备质心所在高度，m101520 风压高度变化系数 i f 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 r f 比值大于 1.0 时，取；1 r f  ——重力加速度，取； g 2 9.8/gm s ——偏心载荷，N； e G ——容器总高度，mm； 0 H ——水平力作用点至底板高度，mm； h ——接管外侧有效补强高度，； 1 h mm ——接管内侧有效补强高度，； 2 h mm ——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； k ——管板边缘旋转刚度参数，； f K 。