T-101B蒸汽再沸器 过程装备与控制工程专业毕业设计
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北京化工大学毕业设计(
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诚信申明
本人郑重申明:
所呈交的毕业设计是我个人在导师指导下，由我本人独立完成。有关观点、方法、数据和文献等的引用，已在文中指出，并与参考文献相对应。如在文中涉及到抄袭或剽窃行为，本人愿承担由此而造成的一切后果及责任。
本人签名: 年 月 日
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毕业设计(论文)任务书
设计论文题目: T-101B蒸汽再沸器
学院:机电工程学院 专业: 过程装备与控制工程 班级: 装0603 学生 指导教师(含职称): 专业负责人
1.设计(论文)的主要任务及目标
2 通过釜式T-101B蒸汽再沸器(F=1189m，1800)的全过程设计，掌握过程装备工程设计的一般程序;熟悉有关设计
标准
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和规范，提高专业知识的应用能力，为今后工作打下良好的专业基础。
2.设计(论文)的基本要求和内容
(1)主要内容:换热器设计，英文文献翻译，文献综述。
(2)基本要求:
2 1)T-101B蒸汽再沸器(F=1189 m，1800)的结构设计，强度计算，绘制施工图纸和编写设计说明书。图纸总量不少于6张1# 图纸。设计计算说明书不少于40页，内容包括封面、设计任务书、中英文摘要、目录、前言、文献综述、正文、结论、参考文献、符号说明、致谢、附录等。
2)英文翻译不少于5000汉字，原文至少有20000印刷符号。
3)文献综述不少于1000字，查阅文献不少于20篇，其中英文不少于5篇。
4)书写格式按学校有关规定。
5)答辩提交:图纸、计算书、翻译、文献综述，以及所有相关的电子文档。 3.主要参考文献
GB151-1999《管壳式换热器》、GB150《钢制压力容器》.
4.进度安排
设计(论文)各阶段名称 时间安排(共16周) 1 英文翻译及文献查阅 3周:3月1日—3月19日 2 设计，计算 3周:3月19日—4月10日 3 绘图，编写设计计算说明书 6周:4月10日—5月22日 4 整理图纸和设计说明书 3周:5月22日—6月10日 5 准备答辩 1周:6月10日—6月20日
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换热器工艺条件表
位 号 E-103A，B 型 式 BEM
2 设备名称 T-101B蒸汽换热面积 1189m
再沸器
工艺参数
管 程 壳 程 管 程 壳 程 物料名称 C4，乙晴 蒸汽 操作压力0.559 0.35
MPa
程 数 1 1 操作温度?C 145.6 153.7
结构参数
管 程 壳 程 管 程 壳 程 腐蚀裕度 3.0 1.5 设计压力0.750/FV 0.6/FV
MPa
材 料 0Cr18Ni9 16MnR 设计温度?C 150 300 管 子 d=25mm
壳体内径 1800mm
接管表
符 号 DN 法兰标准 连接面 用途 T1 500 PN20HG20617-97 凸面 管侧入口管线口 T2 600 PN20HG20617-97 凸面 管侧出口管线口 S1 400 PN20HG20617-97 凸面 壳侧入口管线口 S2 150 PN20HG20617-97 凸面 壳侧出口管线口 D1 25 PN20HG20617-97 凸面 壳侧放净口 V1 25 PN20HG20617-97 凸面 壳侧放空口
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设备简图
T-101B蒸汽再沸器的设计
作者:杜春晓 班级:装备0603 学号:200632077
指导教师:段成红(副教授)
摘要:沸腾传热设备是化工过程中常用的一种设备, 在化工过程中, 装于蒸馏塔底部用于汽化塔底产物的换热器通常称之为再沸器(也称之为重沸器)。大多数的再沸器为管壳式换热器。根据实际生产中不同的需要, 沸腾过程既可以发生在壳程, 也可以发生在管程。加热介质通常是蒸汽, 也可以是载热的流体、气体等。
作者设计的是T-101B蒸汽再沸器的结构设计。壳程设计压力为0.6MPa,设计温度为300?;管程设计压力为0.75MPa,设计温度为150?;换热面积1189筒体直径为1800mm,筒体及封头都采用材料16MnR,换热管采用0Cr18Ni9,法兰、接管、定距管等都采用20号钢，本设备管板兼做法兰。
本次设计主要参考GB150，GB151等标准和其他参考资料对再沸器结构参数进行设计计算及强度校核，并完成了6张一号图纸，其中包括1张装配图，4张零件图。
关键词:再沸器; 换热器; 结构设计.
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The Design of T-101B Steam Reboiler
Du Chunxiao
Process Equipment and Control Engineering) (
Directed by Prof.Duan Chenghong
Abstract:Boiling heat transfer equipment is a commonly used chemical process
equipment.In chemical process,the heat exchanger which is installed at the bottom of distillation tower used to vaporized the product is called reboiler(also known as reboiler ). Most of the reboilers are shell and tube heat exchangers. According to the he different needs of actual process, the boiling process can occur both in the shell pass and tube pass. Steam is usually used as heating medium ,as well as heat carrier fluids and gases.This paper shows the structure design of T-101B steam reboiler. The design pressure for shell pass is 0.6MP and 0.75MP for tube pass. The design temperature for shell pass is 300 ? and
150 ? for tube pass.The heat transfer area is 1189 and cylinder diameter is 1800mm. The materials for cylinder and head are both 16MnR, for tubes are 0Cr18Ni9,the remaining flanges, conjuction pipes, position setting pipes are all made of 20# stell.In this equipment,the tube shutters is also used as flanges . This design mainly refers to GB150, GB151 and other reference materials to design and check the strength of the structural parameters of reboiler.This paper contains six 1#drawings, including one assembly drawing, four parts drawings.
Keywords: reboiler; heat exchanger ;structer design .
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前言
经过四年的本科学习和实践，到底自己学到了什么，知识掌握的怎么样，实际应用能力怎么样，平时的考试时无法检测到这些的，而毕业设计在大学本科的学习过程中是非常重要的一个环节，其主要目的非常明确:一是检测自己，二是通过检测发现自己的不足，进而查漏补缺巩固所学的专业知识，加强对知识的综合运用能力，为今后解决工程中的实际问题打下了坚实的基础。
本次毕业设计作者所做的是T-101B蒸汽再沸器的结构设计，主要是从壳程、管程的设计压力、工作压力，设计温度、工作温度，换热面积等几个工艺条件出发，再结合经济合理性，运行以后的维修、清洗等因素，最后设计出一个合理的
方案
气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载
。
在设计的整个过程中作者通过上网或者图书馆查资料的方式对再沸器有了具体的认识。沸腾传热设备是化工过程中常用的一种设备, 在化工过程中, 装于蒸馏塔底部用于汽化塔底产物的换热器通常称之为再沸器(也称之为重沸器)。大多数的再沸器为管壳式换热器。根据实际生产中不同的需要, 沸腾过程既可以发生在壳程, 也可以发生在管程。加热介质通常是蒸汽, 也可以是载热的流体、气体等。由于沸腾传热系数是换热温差的强函数。因此, 再沸器的蒸发率受换热温差的影响很大。在有充分的换热温差的条件下, 通过调节温差的大小, 便很容易获得所需要的蒸发量, 在这种情况下, 再沸器的近似设计将不会产生什么问题。然而, 为了有效地利用能源, 要求再沸器能在较小的温差条件下和稳定的加热介质的操作条件下工作, 因此, 对再沸器良好的选择就显得十分必要, 这包括精确地确定传热面积, 较好地分析和预测再沸器的性能等。此外,即使在足够大的换热温差条件下, 再沸器的性能也总要受到临界热负荷的限制。因此, 为了更有效地利用能源, 对再沸器的性能分析和研究方向的讨论是非常有意义的。如何选择再沸器的设计方案取决于几个因素:1(进料的流动方式及其蒸气的百分比; 2(料的粘度; 再沸器送料塔的塔内液面高度进。本再沸器的设计主要将注意力集中在根据现有的工艺物料条件，选择可获得最佳热转换率的再沸器的设计方案上。标准的釜式热交换器一直是最普遍，最常采用的再沸器设计方案，所以本次设计我选用了釜式换热器。
经过以上考虑，我作者先对换热器进行了系统的了解，明确了换热器设计的一般思路，对换热器的总体结构进行了设计，之后就对其各个部分进行了详细的计算。大概思路如下:筒体强度校核、封头强度校核、管箱短节的强度校核、换人管的设计及
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校核、管箱法兰的设计及校核、筒体法兰的设计及校核、管板的设计及校核、接管的设计及校核、开孔补强方面的考虑，经过这一系列的常规设计，我收获颇丰，达到了我刚开始选题的目的。由于本人本科毕业选择直接工作锻炼自己，提前对单位的情况有所了解，所以选题时就定下目标要做换热器这一块，为将来的工作打下基础，所以这次毕设也做得非常仔细认真。
本次设计包括:图纸(计算机绘图一号图六张)、设计说明书、
开题报告
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、文献综述、文献翻译。
由于作者水平有限且缺乏设计经验和工程实践经验，虽经努力，在设计中难免有不妥甚至错误之处，敬请各位老师批评指正。
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第1章 换热器概述
1节 换热器的发展 第1(
二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。
60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。
[1]换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。
混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。例如，化工厂和发电厂所用的凉水塔中，热水由上往下喷淋，而冷空气自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飞沫及水滴表面，热水和冷空气相互接触进行换热，热水被冷却，冷空气被加热，然后依靠两流体本身的密度差得以及时分离。
蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)表面，从而进行热量交换的换热器，如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于空气分离装置中。
间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。
间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。管式换热
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器以管子表面作为传热面，包括蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器等;板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等;其他型式换热器是为满足某些特殊要求而设计的换热器，如刮面式换热器、转盘式换热器和空气冷却器等。
换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。顺流时，入口处两流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小。逆流时，沿传热表面两流体的温差分布较均匀。在冷、热流体的进出口温度一定的条件下，当两种流体都无相变时，以逆流的平均温差最大顺流最小。
在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差增大，换热器的传热面积减小;若传热面积不变，采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费，后者可节省操作费，故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。
当冷、热流体两者或其中一种有物相变化(沸腾或冷凝)时，由于相变时只放出或吸收汽化潜热，流体本身的温度并无变化，因此流体的进出口温度相等，这时两流体的温差就与流体的流向选择无关了。除顺流和逆流这两种流向外，还有错流和折流等流向。
在传热过程中，降低间壁式换热器中的热阻，以提高传热系数是一个重要的问题。热阻主要来源于间壁两侧粘滞于传热面上的流体薄层(称为边界层)，和换热器使用中在壁两侧形成的污垢层，金属壁的热阻相对较小。
增加流体的流速和扰动性，可减薄边界层，降低热阻提高给热系数。但增加流体流速会使能量消耗增加，故设计时应在减小热阻和降低能耗之间作合理的协调。为了降低污垢的热阻，可设法延缓污垢的形成，并定期清洗传热面。
一般换热器都用金属材料制成，其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器;不锈钢除主要用于不同的耐腐蚀条件外，奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的材料;铜、铝及其合金多用于制造低温换热器;镍合金则用于高温条件下;非金属材料除制作垫片零件外，有些已开始用于制作非金属材料的耐蚀换热器，如石墨换热器、氟塑料换热器和玻璃换热器等。
第1(2节 换热器的功能、结构、类型
换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占
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有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等,应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即:间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。
(2(1、间壁式换热器的类型 1
(1)夹套式换热器
这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单;但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足,也可在釜内部安装蛇管. 夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。
(2)沉浸式蛇管换热器
这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状,并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单,能承受高压,可用耐腐蚀材料制造;其缺点是容器内液体湍动程度低,管外给热系数小.为提高传热系数,容器内可安装搅拌器。
(3)喷淋式换热器
这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动,冷却水 从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式增大很多.另外,这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度,增大传热推动力的作用.因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善。
(4)套管式换热器
套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管,并由U形弯头连接而成.在这种换热器中,一种流体走管内,另一种流体走环隙,两者皆可得到较高的流速,故传热系数较大.另外,在套管换热器中,两种流体可为纯逆流,对数平均推动力较大。套管换热器结构简单,能承受高压,应用亦方便(可根据需要增减管段数目). 特别是由于套管换热器同时具备传热系数大,传热推动力大及能够承受高压强的优点,在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全
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部是套管式。
(5)管壳式换热器
(又称列管式) 换热器是最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着管壳式
悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。
管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束,管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体,一种在管
其行程称为管程;一种在管外流动,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。内流动,
为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛.。流体在管内每通过管束一次称为一个管程,每通过壳体一次称为一个壳程。为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若干组。这样,流体可每次只通过部分管子而往返管束多次,称为多管程。同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间,称多壳程。在管壳式换热器内,由于管内外流体温度不同,壳体和管束的温度也不同。如两者温差很大, 换热器内部将出现很大的热应力,可能使管子弯曲,断裂或从管板上松脱。因此,当管束和壳体温度差超过50?时,应采取适当的温差补偿措施,消除或减小热应力。
1(2(2、混合式换热器
混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调节工程以及其它许多生产部门中。
按照用途的不同，可将混合式热交换器分成以下几种不同的类型:
(1)冷却塔(或称冷水塔)
在这种设备中，用自然通风或机械通风的方法，将生产中已经提高了温度的水进行冷却降温之后循环使用，以提高系统的经济效益。例如热力发电厂或核电站的循环水、合成氨生产中的冷却水等，经过水冷却塔降温之后再循环使用，这种方法在实际
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工程中得到了广泛的使用。
(2)气体洗涤塔(或称洗涤塔)
在工业上用这种设备来洗涤气体有各种目的，例如用液体吸收气体混合物中的某些组分，除净气体中的灰尘，气体的增湿或干燥等。但其最广泛的用途是冷却气体，而冷却所用的液体以水居多。空调工程中广泛使用的喷淋室，可以认为是它的一种特殊形式。喷淋室不但可以像气体洗涤塔一样对空气进行冷却，而且还可对其进行加热处理。但是，它也有对水质要求高、占地面积大、水泵耗能多等缺点:所以，目前在一般建筑中，喷淋室已不常使用或仅作为加湿设备使用。但是，在以调节湿度为主要目的的纺织厂、卷烟厂等仍大量使用!
(3)喷射式热交换器
在这种设备中，使压力较高的流体由喷管喷出，形成很高的速度，低压流体被引入混合室与射流直接接触进行传热，并一同进入扩散管，在扩散管的出口达到同一压力和温度后送给用户。
(4)混合式冷凝器
这种设备一般是用水与蒸汽直接接触的方法使蒸汽冷凝。
1(2( 3、蓄热式换热器
蓄热式换热器用于进行蓄热式换热的设备。内装固体填充物，用以贮蓄热量。一般用耐火砖等砌成火格子(有时用金属波形带等)。换热分两个阶段进行。第一阶段，热气体通过火格子，将热量传给火格子而贮蓄起来。第二阶段，冷气体通过火格子，接受火格子所储蓄的热量而被加热。这两个阶段交替进行。通常用两个蓄热器交替使用，即当热气体进入一器时，冷气体进入另一器。常用于冶金工业，如炼钢平炉的蓄热室。也用于化学工业，如煤气炉中的空气预热器或燃烧室，人造石油厂中的蓄热式裂化炉。
蓄热式换热器一般用于对介质混合要求比较低的场合。
第1(3节 安装方法
安装换热器的基础必须满足以使换热器不发生下沉，或使管道把过大的变形传到传热器的接管上。基础一般分为两种:一种为砖砌的鞍形基础，换热器上没有鞍式支
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座而直接放在鞍形基础上，换热器与基础不加固定，可以随着热膨胀的需要自由移动。另一种为混凝土基础，换热器通过鞍式支座由地脚螺栓将其与基础牢固的连接起来。
在安装换热器之前应严格的进行基础质量的检查和验收工作，主要项目如下:基础表面概况;基础标高，平面位置，形状和主要尺寸以及预留孔是否符合实际要求;地脚螺栓的位置是否正确，螺纹情况是否良好，螺帽和垫圈是否齐全;放置垫铁的基础表面是否平整等。
基础验收完毕后，在安装换热器之前在基础上放垫铁，安放垫铁处的基础表面必须铲平，使两者能很好的接触。垫铁厚度可以调整，使换热器能达到设计的水平高度。垫铁放置后可增加换热器在基础上的稳定性，并将其重量通过垫铁均匀地传递到基础上去。垫铁可分为平垫铁、斜垫铁和开口垫铁。其中，斜垫铁必须成对使用。地脚螺栓两侧均应有垫铁，垫铁的安装不应妨碍换热器的热膨胀。
换热器就位后需用水平仪对换热器找平，这样可使各接管都能在不受力的情况下连接管道。找平后，斜垫铁可与芝座焊牢，但不得与下面的平垫铁或滑板焊死。当两个以上重叠式换热器安装时，应在下部换热器找正完毕，并且地脚螺栓充分固定后，再安装上部换热器。可抽管束换热器安装前应抽芯检查，清扫，抽管束时应注意保护密封面和折流板。移动和起吊管束时应将管束放置在专用的支承结构上，以避免损伤换热管。
根据换热器的形式，应在换热器的两端留有足够的空间来满足条件(操作)清洗、维修的需要。浮头式换热器的固定头盖端应留有足够的空间以便能从壳体内抽出管束，外头盖端必须也留出一米以上的位置以便装拆外头盖和浮头盖。
固定管板式换热器的两端应留出足够的空间以便能抽出和更换管子。并且，用机械法清洗管内时。两端都可以对管子进行刷洗操作。U形管式换热器的固定头盖应留出足够的空间以便抽出管束，也可在其相对的一端留出足够的空间以便能拆卸壳体。
换热器不得在超过铭牌规定的条件下运行。应经常对管，壳程介质的温度及压降进行监督，分析换热管的泄漏和结垢情况。管壳式换热器就是利用管子使其内外的物料进行热交换、冷却、冷凝、加热及蒸发等过程，与其他设备相比较，其余腐蚀介质接触的表面积就显得非常大，发生腐蚀穿孔结合处松弛泄漏的危险性很高，因此对换热器的防腐蚀和防泄漏的方法也比其他设备要多加考虑，当换热器用蒸汽来加热或用水来冷却时，水中的溶解物在加热后，大部分溶解度都会有所提高，而硫酸钙类型的物质则几乎没有变化。冷却水经常循环使用，由于水的蒸发，使盐类浓缩，产生沉积
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或污垢。又因水中含有腐蚀性溶解气体及氯离子等引起设备腐蚀，腐蚀与结垢交替进行，激化了钢材的腐蚀。因此必须经过清洗来改善换热器的性能。由于清洗的困难程度是随着垢层厚度或沉积的增加而迅速增大的，所以清洗间隔时间不宜过长，应根据生产装置的特点，换热介质的性质，腐蚀速度及运行周期等情况定期进行检查，修理及清洗。
换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。
换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等;也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的热交换器。
由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好。
第1(4节 质量检验内容和方法
设备制造过程中的检验，包括原材料的检验、工序间的检验及压力试验，具体内容如下:
(1)原材料和设备零件尺寸和几何形状的检验;
(2)原材料和焊缝的化学成分分析、力学性能分析试验、金相组织检验，总称为破坏试验;
(3)原材料和焊缝内部缺陷的检验，其检验方法是无损检测，它包括:射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测等;
(4)设备试压，包括:水压试验、介质试验、气密试验等。
耐压试验和气密性试验:
制造完工的换热器应对换热器管板的连接接头，管程和壳程进行耐压试验或增加气密性试验，耐压试验包括水压试验和气压试验。换热器一般进行水压试验，但由于结构或支撑原因，不能充灌液体或运行条件不允许残留试验液体时，可采用气压试验。
如果介质毒性为极度，高度危害或管、壳程之间不允许有微量泄漏时，必须增加
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气密性试验。换热器压力试验的顺序如下:
固定管板换热器先进行壳程试压，同时检查换热管与管板连接接头，然后进行管程试压;
U形管式换热器、釜式重沸器(U形管束)及填料函式换热器先用试验压环进行壳程试压，同时检查接头，然后进行管程试压;
浮头式换热器、釜式重沸器(浮头式管束)先用试验压环和浮头专用工具进行管头试压，对于釜式重沸器尚应配备管头试压专用壳体，然后进行管程试压，最后进行壳程试压;
重叠换热器接头试压可单台进行，当各台换热器程间连通时，管程和壳程试压应在重叠组装后进行。
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第2章 换热器结构设计
第2(1节 换热器型式的确定
根据换热器工艺条件可知，其工作压力壳程为0.35MPa，管程为0.559MPa，工作温度壳程为153.7 ，管程为145.6。用于冷热流体温度差不大,且壳程流动的是蒸汽不需机械清洗，所以选用结构简单的管壳式固定管板换热器。
2(1(1、 总体结构
有工艺条件表可知，换热器面积为1189，布管方式采用正三角形排列，壳程为蒸汽，管程为C4，乙腈。管程设计压力为0.75MPa，设计温度为150，壳程设计压力位0.6MPa，设计温度为300，。管程材料用16Mn。壳程材料16MnR，壳体内经为1800，总体结构的设备简图如下图2?1所示:
图2?1 再沸器设备简图
2(1(2、 壳体结构设计
(1)换热管
现取换热管的外径d=25mm，管壁厚为δ=2.5mm，由GB151-1999《管壳式换热器表10可查得外径偏差为?0.40mm，壁厚偏差+0.15mm，-0.10mm。 (2)布管:换热管的排列方式为正三角形排列，如下图2?2所示:
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图2?2 再沸器中换热管的排列方式
根据GB151-1999《管壳式换热器》表12知，换热管中心距为S=32mm,布管限定直径有下式确定:
=-2
式中: :布管限定圆直径，mm;
:圆筒内直径，mm;
最外层换热管外表面至壳体内壁的最短距离，=0.25d，一般不小于8mm所以在这里取10mm;所以 =1800-210=1780mm
(3)换热管长度
有布管分布图可知，管子的根数为2740根，所以:dL=，所以L=5.53m所以取管长为L=6.0m.
(4)拉杆定距管
根据GB151-1999《管壳式换热器》表43可知，拉杆直径为=16mm，根据表44可知，拉杆的数量为12根，拉杆的连接尺寸按GB151-1999《管壳式换热器》图42和表45 确定，拉杆直径=16mm，拉杆螺纹公称直径=16mm，拉杆简要结构如下图2?3所示:
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图2?3 拉杆定距管
此时=20mm，60mm,b=2.0mm, 拉杆长度L按需要确定，拉杆应尽量均匀布置。 (5)接管
容器接管一般采用无缝钢管，物料入口处的接管公称直径为500mm，根据HG20580-1998《钢制压力容器设计基础规定》表5-6可得最小接管壁厚为10mm，接管外径为=508mm，管侧物料出口接管的公称直径为600mm，根据上表5-6可知最小接管壁厚为10mm，接管外径为=610mm。
壳侧入口接管公称直径为400，有表5-6可知最小接管壁厚为10mm，接管外径
，由表5-6知最小壁厚为7.1，接管外径为为406.4mm，壳侧出口公称直径为150
168.3mm。壳侧放净口接管公称直径为25mm，由表5-6可知最小接管壁厚为3.3mm，接管外径为33.7mm，放空口和放净口一样。
[15]6)管法兰的选用(
根据HG/T20592-20635-2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》选用制管法兰。根据P47表8.23.2选取:
DN500mm的接管:兰外径D为715mm，螺栓孔中心圆直径K为650mm，法螺栓孔直径L为33mm，螺栓孔数量为20个，螺栓选M30，法兰厚度为44mm，法兰内径为578mm，法兰高度90mm;
DN600mm的接管:兰外径D为840mm，螺栓孔中心圆直径K为770mm，法螺栓孔直径L为36mm，螺栓孔数量为20个，螺栓选M33，法兰厚度为54mm，法兰内径为670mm，法兰高度95mm;
DN400mm的接管:兰外径D为580mm，螺栓孔中心圆直径K为525mm，法螺栓孔直径L为30mm，螺栓孔数量为16个，螺栓选M27，法兰厚度为32mm，法兰内径为464mm，法兰高度85m。
DN150mm的接管:兰外径D为285mm，螺栓孔中心圆直径K为240mm，法螺
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栓孔直径L为22mm，螺栓孔数量为8个，螺栓选M20，法兰厚度为22mm，法兰内径为184mm，法兰高度55mm;
DN25mm的接管:兰外径D为115mm，螺栓孔中心圆直径K为85mm，法螺栓孔直径L为14mm，螺栓孔数量为4个，螺栓选M12，法兰厚度为18mm，法兰内径为46mm，法兰高为40mm.
(7)封头
管箱封头:由JB/T4726-2002《补强圈、钢制压力容器用封头》由筒体直径1800m选直边高度h=25mm，曲面高度为450mm，厚度为12mm，内表面积为3.6535，容积为0.8270，椭圆形封头的总深度为475mm，质量为338.4kg。
(8)附件
根据GB151-1999《管壳式换热器》可知，质量大于30kg的管箱封头宜设置吊耳。吊耳支座有JB/T4712.1-4712.4-2007《容器支座》选择B7型支座。 (9)换热器主体材料的选用
根据GB151-1999《管壳式换热器》的材料选择原则及工艺要求，管程选用16Mn，壳程选用16MnR。
第3章 强度校核
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第 3.1节 筒体
-1998《钢制压力容器》P26的内压圆筒的计算可知:设计温度下圆筒的由GB150
计算厚度按下式3?1计算:
式中: δ:筒体的计算厚度，mm;
:计算压力(取设计压力)，MPa;
:筒体的内直径，mm;
:设计温度下材料的需用应力，MPa;
:焊接接头系数。
参数值的确定:
在该工艺条件下取0.6MPa，有工艺条件表得知=1800mm，由GB151-1999《管壳
式换热器》P19表8知筒体的焊接接头系数按100%无损探伤检测，选=0.85。故筒体
的设计厚度为:
考虑到筒体的腐蚀，设计厚度为
=δ=4.0821.5=5.582mm
根据GB150-1998《钢制压力容器》表8可知内径在15002000mm的筒体的最小
厚度为12mm，所以在这里取为14mm。
名义厚度:
==14mm
所以有效厚度:
==12.5mm
筒体的强度校核:
液压试验(GB151-1999《管壳式换热器》P14公式3-3可知):
式中: :试验压力，MPa;
P:设计压力(有工艺条件确定)，MPa;
:换热器元件材料在试验温度下的许用应力，MPa;
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:换热器元件材料在设计温度下的许用应力，MPa;
经查GB150-1998《钢制压力容器》表4-1知 =170MPa =144MPa
则
压力试验应按GB151-1999《管壳式换热器》公式3-7: 校核圆筒应力.
式中: :试验压力下圆筒的应力，MPa;
:筒体的内直径，mm;
:试验压力，MPa;
:圆筒的有效厚度，mm;
代入数据知:
应满足下列条件: 0.9，其中:圆筒材料在试验温度下的屈服点，MPa;
由GB150-1998《钢制压力容器》表4-1查得 =345MPa，有前面知 =0.85 代入其他数据得:
0.9=0.90.85345=263.925MPa
显然:
因而筒体的厚度满足该工艺条件的要求强度。
所以筒体厚度。
第3(2节 管箱短节的设计及校核
选管箱短节材料为16MnR，假设其壁厚为616mm，由GB150-1998《钢制压力容器》表4-1查得在设计温度下的许用应力为=170MPa，由GB150-1998《钢制压力容器》P26式5-1可知:
代入数据得:
而设计厚度:
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==4.68+3.0=7.68mm 圆整后取 :
=8mm
由GB151-1999《管壳式换热器》P19表8可知最小取为14mm。
有效厚度
=c= 143=11mm
强度校核:
由液压试验(GB151-1999《管壳式换热器》P14公式3-3可知)，
经查GB150-1998《钢制压力容器》表4-1知 =170MPa =170MPa 则
压力试验应按GB151-1999《管壳式换热器》公式3-7:
校核管箱短节应力
代入数据知:
应满足下列条件: 0.9，其中:管箱短节材料在试验温度下的屈服点，MPa; 由GB150-1998《钢制压力容器》表4-1查得 =325MPa，有前面知 =0.85 代入
其他数据得:
0.9=0.90.85325=248.625MPa 显然
0.9 (3?6) 因而管箱短节的厚度满足该工艺条件的要求强度。
所以管箱短节厚度。
第3(3节 管箱封头的强度校核
管箱封头的计算厚度按GB150-1998《钢制压力容器》式7-1可知:
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式中: :管箱封头的计算厚度，mm;
:计算压力(取设计压力)，MPa;
:管箱封头的内直径，mm;
:设计温度下材料的需用应力，MPa;
:焊接接头系数。
代入数据知:
[23]按JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》设计封头时，封头厚度取为12mm，
所以取=12mm，
因此名义厚度:
==12mm
有效厚度
==1201.5=10.5mm 强度校核:
由液压试验(GB151-1999《管壳式换热器》P14公式3-3可知:
经查GB150-1998《钢制压力容器》表4-1知 =170MPa =156MPa 则
压力试验应按GB151-1999《管壳式换热器》公式3-7:
校核管箱封头应力。
代入数据知:
应满足下列条件: 0.9，其中:管箱封头材料在试验温度下的屈服点，MPa; 由GB150-1998《钢制压力容器》表4-1查得 =345MPa，有前面知 =0.85 代入
其他数据得:
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0.9=0.90.85345=263.93MPa 显然
0.9
因而管箱封头的厚度满足该工艺条件的要求强度。
所以取管箱封头厚度为12mm。
第3(4节 换热管的设计及强度校核
《钢制压力容器》P26式5-1计算: 换热管的厚度计算按GB150-1998
其中=25-22.5=20 ，GB150-1998《钢制压力容器》表4-3查得取为163MPa 代入数据得:
根据GB151-1999《管壳式换热器》表10可查得换热管厚度取为2.5mm 因此名义厚度:
==2.5mm
有效厚度:
=--=1mm
强度校核:
由液压试验GB151-1999《管壳式换热器》P14公式3-3可知:
经查GB150-1998《钢制压力容器》表4-1知 =163MPa =163MPa 则
压力试验应按GB151-1999《管壳式换热器》公式3-7:
校核换热管应力。
代入数据知:
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应满足下列条件: 0.9，其中:换热管材料在试验温度下的屈服点，MPa;
由GB150-1998《钢制压力容器》表4-1查得 =345MPa，有前面知 =0.85 代入其他数据得:
0.9=0.90.85345=263.93MPa
显然
0.9
因而换热管的厚度满足该工艺条件的要求强度。
所以取换热管的厚度为12mm。
第3(5节 管箱法兰的设计
管法兰采用整体法兰，其基本尺寸如下:
法兰外径=1995mm 法兰内经=1803mm
法兰有效厚度=90mm 翻边直径=0
锥径高度h=4宽度mm 颈部小端宽度=18mm
经部大端=26mm 法兰材料选用16Mn
由GB150-1998《钢制压力容器》表4-1查得=150MPa =147MPa 螺栓选用35GrMoA.
由GB150-1998《钢制压力容器》P24表4-7查得螺栓材料的=228MPa =199MPa，螺母选用30GrMoA.
由GB150-1998《钢制压力容器》P24表4-7查得螺母材料的=167MPa =140MPa.
垫片选用金属包垫片，连接面形成凹凸面形式。
垫片的设计:
(1)按GB150-1998《钢制压力容器》P93表9-2选取金属包垫片《金属板内包在棉》的特性参数可得:垫片系数m=3.75，比压力y=62.1MPa，按JB/4706-2000《压力容器法兰》P16表2选取公称直径为1800mm的垫片系数为D=1877mm d=1837mm。
由按GB150-1998《钢制压力容器》P94查得垫片的基本密封宽度为 ,(18771837)=20mm，有效密封厚度b=2.53=2.53=11. 3mm
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(2)垫片压紧力作用中心圆直径
因为=20mm6.4mm，所以=D2b=1877-22.6=1854.4mm
3)垫片压紧力 (
a. 预紧状态下需要的最小垫片压紧力按GB150-1998《钢制压力容器》P94式(9-1)计算:
==3.14=3.141854.411.362.1=4086.0445KN
b(操作状态下需要的最小垫片压紧力按GB150-1998《钢制压力容器》P94式(9-2)计算:
==6.28=6.281854.411.33.750.75=370.113KN
[25]螺栓的设计:
螺栓的布置:
由JB/T4703-2002 P52表一知公称直径在该范围内的法兰应选用的螺栓公称直径为M27螺栓。
法兰径尺寸，及螺栓间距上的最小值按GB150-1998《钢制压力容器》P95表(9-3)选取，其中:螺栓中心至法兰径部与法兰背面交点的径向距离，mm，:螺栓中心至法兰外径的径向距离，mm。
选M27的螺栓，则=27mm，=38mm，=28mm，L=62mm。
有以下可知，螺栓公称直径为=27mm，则其小径=23.752mm，中经=25.051mm(参考《机械设计手册》第2卷)
螺栓小径面积A=442.8
螺栓载荷
预紧状态下需要的最小螺栓载荷按GB150-1998《钢制压力容器》P95式(9-4)计算:
==3.14=3.141854.411.32.1=4086.085KN
操作状态下需要的最小螺栓载荷按GB150-1998《钢制压力容器》P94式(9-2)计算:
=2024.593370.113=2394.706KN
螺栓面积:
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(1)预紧状态下需要的最小螺栓面积按式P95(9-6)计算
(2) 操作状态下需要的最小螺栓载荷按GB150-1998《钢制压力容器》P95式
(9-7)计算:
需要的螺栓面积取的最大值，故:
==27240.3，实际螺栓面积应不小于需要的螺栓面积螺栓数目 因为螺栓数是4的倍数，所以取n=64.
操作状态下需要的最小垫片压紧力按GB150-1998《钢制压力容器》P94式(9-2)
计算:
==6.28bm= 6.281854.411.33.750.75=370.113KN
螺栓设计载荷:
预紧状态螺栓设计载荷按GB150-1998《感知压力容器》P96(9-8)计算:
操作状态螺栓设计载荷按GB150-1998《感知压力容器》P96(9-9)计算:
W==2394.706KN
法兰设计:
法兰力矩
a.预紧状态下的法兰力矩按GB150-1998《钢制压力容器》P96式(9-10)计算:
式中: =;
:螺栓中心至作用位置处的径向距离，mm;
按表(9-4)计算:
(其中为螺栓中心圆直径)
则
==4168.46342.8=17841.0216N.m b.操作状态下的法兰力矩按GB150-1998《钢制压力容器》P96式(9-11)计算:
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= 式中:按表9-4计算，则:
=0.5=380.526=51mm
根据GB150-1998《钢制压力容器》P113可知:
=0.785=0.7850.75=1913.914KN
F=0.785=0.7851854.40.75=2024.593KN
=F=2024.5931913.914=110.679KN 则:
=
=1913.91451370.11342.8110.67953.4
=1.19KN
c .法兰设计力矩
法兰设计力矩取以下大值:
故取=174842012 N.m
形状参数按GB150-1998《钢制压力容器》计算:
===180.15mm
由JB4703-2000《压力容器法兰》P52表1知，h=40mm
则
查GB150-1998《钢制压力容器》p99图9-7可知，f=1.3
以下均根据GB150-1998《钢制压力容器》表9-6计算:
法兰外径
=+2=1915+228=1971mm
P101查GB150-1998《钢制压力容器》表9-5可得T=1.88 Z=11.28 Y=21.76
U=23.91
另外，查图9-3得=0.885 查图9-4得=0.42
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==180.15=3322841.014
假设=90mm，则:
=900.00491=1.441
=900.00491=1.588
d.法兰应力校核
轴向力
径向力
切向应力
由前面知=147MPa,1.5=220.5MPa 则
1.5 0.5()=0.5(187.444.5)=116.2MPa，经校核以上数据满足设计要求。 所以法兰的基本尺寸如下:
法兰外径=1995mm 法兰内经=1803mm
法兰有效厚度=90mm 翻边直径=0
锥径高度h=4宽度mm 颈部小端宽度=18mm 经部大端=26mm 螺栓圆直径1940mm 法兰材料选用16Mn
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第3(6节 管板的设计计算
布管方式:正三角行排列
换热管的相关尺寸:换热管外径d=25mm 管壁厚取
换热管中心距s=32mm 换热管数n=2740根
换热管材料取为OCr18Ni9 (其弹性模量) 根据GB151-1999《管壳式换热器》P41计算:
假设管板厚度
壳程圆筒直径横截面积:
圆筒壳壁金属横截面积:
=()=18(180018)=102753.36 管板布管区面积:
=0.866n=0.8662740=2429788.16
na=2740176.625=485188.875
由得L=5.53m ,所以取管子长度为6m.
管板开孔后的面积:
管板布管区的当量直径
系数
系数
管板布管区的当量直径与壳程圆筒的内径之比:
根据GB151-1999《管壳式换热器》P38 壳体带膨胀节时，换热管束与圆筒刚度
比:
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(其中由GB16249-1997查知 =52292N/m)
管箱法兰厚度=90mm 圆筒厚度=14mm 壳程圆筒厚度=14mm
则:
由GB151-1999图26知 =0.003 法兰宽度===85.5mm
旋转刚度
6.056MPa 壳体法兰厚度=70mm
则
由GB151-1999图26知 =0.00018 旋转刚度
3.45MPa
旋转刚度无量纲参数:
而
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按k，查图2得 =0.001
按k,查图29得 =1
则
按k,Q查图30知 =2
则
，Q查图28知 =2.5 按K
管程压力作用下的危险组合
壳程压力=0， 管程设计压力=0.75MPa =(1)=0.75(10.19)=0.893MPa
==0.035
=51.970.035=0.099
其中由GB151-1999图31(a)查得为0.8则
壳体法兰力矩系数 :
=
=0.7650.0357.95=0.0267
而
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其中 k=K(1)=7.72(10.978)=0.17
则
=15.6MPa
管子应力:
由GB150-1998 P101表9-5查得Y=21.32
则
由前面查表知 =147MPa =111MPa =144MPa =144MPa
不计膨胀差 计入膨胀差
=22.141.5 =22.143
=15.61.5 =15.63
=3.581.5 =3.583
=20.2 =20.2
=104.21.5 =104.23
由于以上条件都满足所以管板厚度=70mm.
符号说明:
A—壳程圆筒内直径横截面积，; A=
—管板开孔后的面积，; =A-n
—圆筒壳壁金属横截面积， ; =()
—管板布管区面积， ;
对于单管程换热器:三角形排列 =0.866n
正方形排列 =n
对于多管程换热器，应取上式计算值与之和;
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a—一根换热管管壁金属的横截面积， ;
—壳体法兰或管箱法兰的宽度，对于c型连接方式则为管板延长部分形成的凸缘
宽度，mm; =()
—系数，按和查图25;
—系数，按和查图25;
—壳体法兰或管箱法兰外直径，对于c型连接方式则为管板延长部分形成的凸缘
外直径，mm;
—壳程圆筒和管箱圆筒内直径，mm;
—管板布管区的当量直径，mm; =
d—换热管外直径，mm;
—壳体法兰材料弹性模量，MPa;
—管箱法兰材料弹性模量，MPa;
—管箱圆筒材料弹性模量，当管箱法兰采用长颈对焊法兰时，取管箱法兰的材料
弹性模量;管箱法兰采用已型平焊法兰时，取法兰短节材料的弹性模量，MPa;—管板材料的弹性模量，MPa;
—换热管材料的弹性模量，MPa;
—系数，当m时取与两者中的较大值;当m时取值;
—系数，仅用于m=;
—系数，当m时，按K和m查图31(a)实线;
当m时，按K和m查图31(b);
—系数，按k和查图29;
系数，按k和Q查图30; —
K—换热管加强系数;
—波形膨胀节刚度，按GB16749 6.6中的K或，;
—壳体法兰与圆筒的旋转刚度参数，MPa;
对于不带法兰的b型连接方式的管板，取消公式方括号中的第一项; —管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数，MPa;
北京化工大学毕业设计(论文)
对于不带法兰的b型连接方式的管板，取消公式方括号中的第一项;对于c型连
接方式的管板，=0;
—旋转刚度参数，MPa;对于不带法兰的钢板:=+，对于其延长部分兼做法兰的
管板:=
;
管束模数，MPa; = —
K—管板周边不布管区无量纲宽度;
换热管有效长度(两管板内侧间距)，mm; L—
—管板边缘力矩系数;
对于不带法兰的管板:=;
对于其延长部分兼做法兰的管板，即是法兰力矩系数;
壳程压力作用工况:=+()
管程压力作用工况:=;
—系数; =
—边界效应压力组合系数; = —基本法兰力矩，N = ， 式中的按GB150—1998第9章规定; —基本法兰力矩系数; =
—管程压力操作工况下的法兰力矩，按GB150-1998第9章确定，取计算压力为,
N
—管程压力操作工况下的法兰力矩系数; =
—管板边缘力矩变化系数; =
—法兰力矩变化系数; .
—壳体法兰力矩系数;
壳程压力作用工况: =-
管程压力作用工况: =-
m—管板总弯矩系数; m=
—管板第一弯矩系数，按K和查图27;
—管板第一弯矩系数，按K和Q查图28(a)或(b);
北京化工大学毕业设计(论文) n—换热管根数;
—有效压力组合，MPa; =
边界效应压力组合，MPa; —
对于不带法兰的管板:
对于其延长部分兼做法兰的管板: —当量压力组合，MPa;
壳程设计压力，MPa; —
—管程设计压力，MPa;
Q—壳体不带波形膨胀节时，换热管束与圆筒刚度; —壳体带波形膨胀节时，换热管束与圆筒刚度比;
q—换热管与管板连接的拉脱力，MPa; S—换热管中心距，mm;
—制造环境温度，;
—沿长度平均的壳程圆筒金属温度，;
—沿长度平均的换热管金属温度，;
—管板边缘剪切系数;
Y—系数，见GB150-1998第9章，按K=查取; —壳程圆筒材料线膨胀系数;
—换热管材料线膨胀系数;
—系数;
—换热管与壳程圆筒的热膨胀变形差;= —管板计算厚度，mm;
—壳体法兰厚度，对于c型连接方式，则为管板延长部分形成的凸缘厚度，mm;
—管箱法兰厚度，mm;
—管箱圆筒厚度，当管箱法兰采用长颈对焊时，取颈部大小端厚度平均值;当管
箱法兰采用乙型平焊法兰时，取法兰短节厚度，mm; —壳程圆筒厚度，mm;
—换热管壁厚，mm;
北京化工大学毕业设计(论文) —管板刚度削弱系数，一般可取值;
—系数，
—管板强度削弱系数，一般可取;
—法兰力矩折减系数;
—管板布管区的当量直径与壳程内径之比; —系数;
—系数;
—壳程圆筒轴向应力，MPa;
—壳程法兰应力，MPa;
—管板径向应力，MPa;
—管板径向应力系数;
—管板布管区周边径向应力系数;
—换热管轴向应力(位于管束周边出换热管轴向应力)，MPa;
在设计温度时，管程圆筒材料的许用应力，MPa; —
—换热管稳定许用压应力，按5.7.4确定，MPa; —壳体法兰许用应力，MPa;
—在设计温度时，管板材料的许用应力，MPa; —在设计温度时，换热管材料的许用应力，MPa; —系数;
—管板布管区周边剪切应力，MPa;
—管板布管区周边剪切应力系数;
—壳程圆筒的装配环向焊缝系数;
—系数，按和查图26;
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—系数，按和查图26;
第3(7节 接管的计算
管侧接管的公称直径分别为DN500mm和DN600mm。由HG20581-98《钢制压力
容器材料选用规定》表5-6可知接管外径分别为508mm和610mm，接管材料选用
16Mn，查GB150-1998《钢制压力容器》表4-3可得=163MPa (1)物料入口接管(DN=500mm，)
接管最小壁厚
根据GB150-1998《钢制压力容器》式5-1计算厚度:
代入数据知:
圆整后mm。
由液压试验(GB151-1999《管壳式换热器》P14公式3-3可知)，
经查GB150-1998《钢制压力容器》表4-1知 =170MPa =170MPa 则:
压力试验应按GB151-1999《管壳式换热器》公式3-7:= 校核接管应力。 代入数据知:
应满足下列条件: 0.9，其中:接管材料在试验温度下的屈服点，MPa; 由GB150-1998《钢制压力容器》表4-1查得 =345MPa，有前面知 =0.85 代入
其他数据得:
0.9=0.90.85345=263.925MPa 显然
北京化工大学毕业设计(论文)
0.9
因而接管的厚度满足该工艺条件的要求强度。
所以接管尺寸为。
(2)物料出口接管(DN=600mm，)
接管最小壁。
根据GB150-1998《钢制压力容器》式5-1计算厚度:
代入数据知:
圆整后mm。
由液压试验(GB151-1999《管壳式换热器》P14公式3-3可知)，
经查GB150-1998《钢制压力容器》表4-1知 =163MPa =163MPa 则
压力试验应按GB151-1999《管壳式换热器》公式3-7:= 校核接管应力 式中: :试验压力下接管的应力，MPa;
:接管的内直径，mm;
:试验压力，MPa;
:接管的有效厚度，mm;
代入数据知:
应满足下列条件: 0.9，其中:接管材料在试验温度下的屈服点，MPa; 由GB150-1998《钢制压力容器》表4-1查得 =345MPa，有前面知 =0.85 代入
其他数据得:
0.9=0.90.85345=263.925MPa 显然
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0.9
因而接管的厚度满足该工艺条件的要求强度。
所以接管尺寸为.
根据工艺条件表知，蒸汽入口和出口接管的公称直径分别为DN400mm 和DN150mm由HG20581-98《钢制压力容器材料选用规定》表5-6可知接管外径分别为406.4mm和168.3mm，接管材料选用16MnR，查GB150-1998《钢制压力容器》表4-3可得=135MPa。
(3)蒸汽入口(DN=400mm，)
高压蒸汽入口接管最小壁厚
根据GB150-1998《钢制压力容器》式5-1计算厚度:
代入数据知:
圆整后: mm。
由液压试验(GB151-1999《管壳式换热器》P14公式3-3可知):
经查GB150-1998《钢制压力容器》表4-1知 =163MPa =135MPa 则
压力试验应按GB151-1999《管壳式换热器》公式3-7: = 校核接管应力. 代入数据知:
应满足下列条件: 0.9，其中:接管材料在试验温度下的屈服点，MPa; 由GB150-1998《钢制压力容器》表4-1查得 =345MPa，有前面知 =0.85 代入其他数据得:
0.9=0.90.85345=263.925MPa 显然
北京化工大学毕业设计(论文)
0.9
因而接管的厚度满足该工艺条件的要求强度。
所以接管尺寸为
(4)蒸汽出口(DN=150mm，)
接管最小壁厚.
根据GB150-1998《钢制压力容器》式5-1计算厚度:
代入数据知:
圆整后:mm。
由液压试验(GB151-1999《管壳式换热器》P14公式3-3可知)，
经查GB150-1998《钢制压力容器》表4-1知 =163MPa =135MPa
则
压力试验应按GB151-1999《管壳式换热器》公式3-7:
校核接管应力
代入数据知:
应满足下列条件: 0.9，其中:接管材料在试验温度下的屈服点，MPa; 由GB150-1998《钢制压力容器》表4-1查得 =345MPa，有前面知 =0.85 代入
其他数据得:
0.9=0.90.85345=263.925MPa 显然
0.9
因而接管的厚度满足该工艺条件的要求强度。
所以接管尺寸为。
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第3(8节 开孔补强计算
在这个固定管板管壳式换热器的外壳上共有六个接管，其中有四个在接管的公称直径
在不需要补强的要求之外，根据GB150-1998《钢制压力容器》P75中8.3的规定补强。
因此对超出要求的接管进行开孔补强计算。
符号说明:
A----------开孔削弱所需要的补强面积，;
B----------补强有效宽度，mm;
C----------厚度附加量(按第3章)，mm;
----------壳体开孔处的计算厚度，mm;
----------壳体开孔处需要补强的当量厚度，mm;
----------壳体开孔处的的名义厚度，mm;
----------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;
----------接管外侧有效补强高度，mm;
----------补强圈的有效补强高度，mm;
----------钢板厚度负偏差，mm;
----------腐蚀裕度，mm;
3(8(1 、物料入口接管的开孔补强
(1)补强判断
根据GB150-1998《钢制压力容器》8.3条:接管外径，故须另行考虑补强。封头和接管的厚度附加量C均取2mm。
(2)补强计算方法
开孔补强直径d==500+2 , 本凸形封头开孔直径，满足等面积补强计算的适用条件，故可用等面积补强法进行补强计算。
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(3)开孔所需补强面积
a(封头计算厚度 由于在封头区域开孔，所以封头计算厚度按式GB150-1998
7-1)确定:(
b(开孔所需补强面积 先计算强度削弱系数f:r
接管有效厚度为
c(开孔所需补强面积按式(4-76)计算
(4) 有效补强范围
a(有效宽度B，按式(4-79)确定
取大值，得.
b(有效高度h 外侧有效高度h按式(4-80)确定: 1
(实际外伸高度) 取小值，得.
c(内侧有效高度h按式(4-81)确定 2
(实际内伸高度) 取小值，得.
(5) 有效补强面积
a(封头有效厚度
封头多余金属面积A按式(4-82)计算: 1
b(接管多余金属面积A: 2
北京化工大学毕业设计(论文) 接管多余金属面积A按式(4-83)计算(由前面3.7计算知) 2
c(接管区焊缝面积(焊脚取5.0mm):
(有效补强面积 d
6. 所需另行补强面积
因为，所以该接管孔不需要补强。
3(8(2 物料出口接管的开孔补强
(1)补强判断
《钢制压力容器》8.3条:接管外径，故 根据GB150-1998
须另行考虑补强。封头和接管的厚度附加量C均取2mm。 (2)补强计算方法
开孔补强直径d==600+2 , 本凸形封头开孔直径，满足等面积补强计算的适用条
件，故可用等面积补强法进行补强计算。
(3) 开孔所需补强面积
a(封头计算厚度 由于在封头区域开孔，所以封头计算厚度按式GB150-1998
(7-1)确定:
b(开孔所需补强面积 先计算强度削弱系数fr
所以取.
接管有效厚度为
c(开孔所需补强面积按式(4-76)计算
(4)有效补强范围
北京化工大学毕业设计(论文) a(有效宽度B，按式(4-79)确定
取大值，得.
b(有效高度h 外侧有效高度h按式(4-80)确定 1
(实际外伸高度) 取小值，得.
c(内侧有效高度h按式(4-81)确定 2
(实际内伸高度) 取小值，的。
有效补强面积
a(封头有效厚度
封头多余金属面积A按式(4-82)计算 1
b(接管多余金属面积
接管多余金属面积A按式(4-83)计算(由前面3.7计算知) 2
c(接管区焊缝面积(焊脚取5.0mm)
d(有效补强面积
6. 所需另行补强面积
因为，所以该接管孔不需要补强。
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3(8(3、 蒸汽入口接管的开孔补强
(1)补强判断
根据GB150-1998《钢制压力容器》8.3条:接管外径，故须另行考虑补强。封头
和接管的厚度附加量C均取2mm
(2)补强计算方法
开孔补强直径d==600+2 , 本凸形封头开孔直径，满足等面积补强计算的适用条
件，故可用等面积补强法进行补强计算。
3)开孔所需补强面积 (
a(筒体计算厚度 由于在筒体区域开孔，所以筒体计算厚度按式GB150-1998
(7-1)确定:
b(开孔所需补强面积 先计算强度削弱系数fr
所以取
接管有效厚度为.
-76)计算 c(开孔所需补强面积按式(4
(4)有效补强范围
a(有效宽度B，按式(4-79)确定
取大值，得.
b(有效高度h 外侧有效高度h按式(4-80)确定 1
(实际外伸高度) 取小值，得
c(内侧有效高度h按式(4-81)确定 2
北京化工大学毕业设计(论文)
(实际内伸高度) 取小值，得。
(5)有效补强面积
a(筒体有效厚度
封头多余金属面积A按式(4-82)计算 1
b(接管多余金属面积
接管多余金属面积A按式(4-83)计算(由前面3.7计算知) 2
c(接管区焊缝面积(焊脚取5.0mm)
d(有效补强面积
6. 所需另行补强面积
因为，所以该接管孔不需要补强。
3(8(4 、蒸汽出口接管的开孔补强 (1)补强判断
根据GB150-1998《钢制压力容器》8.3条:接管外径，故须另行考虑补强。封头
和接管的厚度附加量C均取2mm
(2)补强计算方法
开孔补强直径d==150+2 , 本凸形封头开孔直径，满足等面积补强计算的适用条
件，故可用等面积补强法进行补强计算。
(3)开孔所需补强面积
北京化工大学毕业设计(论文) a(筒体计算厚度 由于在筒体区域开孔，所以筒体计算厚度按式GB150-1998
(7-1)确定
b(开孔所需补强面积 先计算强度削弱系数fr
所以取
接管有效厚度为.
c(开孔所需补强面积按式(4-76)计算:
(4)有效补强范围
a(有效宽度B，按式(4-79)确定:
取大值，得.
b(有效高度h 外侧有效高度h按式(4-80)确定: 1
(实际外伸高度) 取小值，得
c(内侧有效高度h按式(4-81)确定 2
(实际内伸高度) 取小值，得.
(5)有效补强面积
a(筒体有效厚度
封头多余金属面积A按式(4-82)计算 1
b(接管多余金属面积
接管多余金属面积A按式(4-83)计算(由前面3.7计算知) 2
北京化工大学毕业设计(论文)
c(接管区焊缝面积(焊脚取5.0mm)
d(有效补强面积
6. 所需另行补强面积
因为，所以该接管孔不需要补强。
第3(9节 膨胀节的选取
由GB-16749-1997《压力容器波形膨胀节》选取:膨胀节直边段内径为DN=1800mm，材料选取16MnR，膨胀节总波数为1波纹管层数为1，波高h=150mm，圆弧半径R=45mm，膨胀节长度L=4R+5S=4，膨胀节壁厚为8mm。 即选膨胀节ZDL1800-0.75-1).如下图所示:
图3?1 波形膨胀节
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第4章 设备的制造、检验与维护
第4(1节 设备的制造与检验
本设备按照GB150-1998《钢制压力容器》、GB151-1999《管壳式换热器》、HG20584-1998《钢制化工容器制造技术规定》等进行设计、制造、检验及验收。设备的焊接应按JB/T4709-92“钢制压力容器焊接规程”的要求，焊缝系数不应低于0.85且焊缝必须全焊透。焊接方式及焊缝坡口按照图纸要求保证焊缝质量。设备上焊接接头，进行局部射线检测，合格级别按JB4730-94 中RT-?，检测长度不得少于焊接接头长度的20%，且照透质量不低于AB级。
第4(2节 设备组装与维护
拉杆上的螺母应拧紧，以免在装入或抽出管束时因支持板窜动而损伤换热管;穿管时不应强行敲打，换热管表面不应出现凹痕或刮痕;除换热管与管板间以焊接连接外，其他任何零件均不准与换热管相焊。换热器零部件在组装前应认真检查和清扫，不应留有焊疤、焊接飞溅物等其他杂物。其安装应根据换热器的结构形式，在换热器的两端留有足够的空间来满足拆装与维修的需要。开车或停车过程中应缓慢升温和降温，避免造成压差过大和热冲击。换热管不得在超过名牌规定的条件下运行，应经常对管、壳程介质的温度及气压降进行监督，分析换热器的泄露和结构情况，应根据换热器的结构选择有效的清晰方法。
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结论
本文首先介绍了换热器的功能、结构、类型，以及各类型换热器的优缺点和安装、检测方法等。其次按照换热器的设计流程以工艺条件为参考，先进行再沸器的大体结构设计及材料选用，然后对各个部分进行厚度计算和校核，标准件都是依照标准选用，最后进行水压试验，满足要求，最终设计出了T-101B蒸汽再沸器，绘制出了6张该设备的图纸和设计说明书，该设备将要投产，相信会对工业生产有所帮助。
换热器是石油化工不可或缺的设备，而再沸器尤其是塔设备很依赖的一种设备。作者设计的该再沸器可能在选材和加工上还有一些不足，希望以后通过学习实践有所改进。
北京化工大学毕业设计(论文)
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北京化工大学毕业设计(论文)
致谢
由于本身缺乏足够的设计经验和工程实践经验，所以本次毕业设计是在段老师的指导下完成的。在三个多月的设计过程中我从开始设计到最后完成工作遇到了不同程度的好多问题，在段老师和学长的指导下我查阅文献、国标等各种资料，面对面的传授一些以前未学到的知识，在这一过程中我受益匪浅，学到了知识也发现了自身存在的问题，在这里我由衷的感谢段老师及李伟等几位学长～
大学四年即将结束，回头看来感触颇多。在这四年当中学校给了我受良好教育的机会，老师传授了我有用的知识，在这里我由衷的感谢母校，祝母校再铸辉煌，感谢四年来对我悉心教导的老师，祝老师工作顺利～
浙公网安备 33021202002483