60kta氯碱厂四效蒸发器设计--毕业论文（设计）.pdf

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1、本科毕业设计说明书题 目：60kt/a氯碱厂四效蒸发器设计摘要氯碱工业是利用电解饱和食盐水溶液制取烧碱和氯气并副产氢气的生产过程。生 产过程包括盐水精制、电解和产品精制等工序，而产品精制工序又包括碱液浓缩、氯 气液化和氢气的处理，其中在碱液浓缩时，需要经过蒸发（一般采用三效或四效逆流 强制循环蒸发器）。本设计为60k t/a氯碱厂IV效外加热强制循环蒸发器。该设备由加热室（管壳式换 热器）、蒸发室、循环管和强制循环泵等组成。循环管在蒸发室外部，从蒸发室锥形 底下来的料液，通过循环管和强制循环泵，不断送入加热室后，再进入蒸发室蒸发并 进行气液分离。在设计过程中，首先对加热室进行了强度设计计算、管

2、板计算、膨胀节校核计算 等。然后对蒸发室进行了强度设计计算。最后进行了塔体设计计算。采用W效，增加了蒸汽利用率；采用外加热式，由于加热室与分离室分开，这样 不仅便于清洗与更换，而且可以降低蒸发器的总高度；采用强制循环，利用外加动力（循环泵）使溶液沿一定方向作高速循环流动，而且循环速度的大小可通过调节泵的 流量来控制，使得传热系数大，对于粘度较大或易结晶、结垢的物料，适应性较好。关键词：氯碱工业；蒸发器；换热器；强制循环；IV效AbstractChl or-a l k a l i in dust ry is a sa t ura t ed sa l t sol ut ion by el ec t

3、 rol ysis of c a ust ic soda a n d c hl orin e Prepa ra t ion a n d produc t ion of hydrog en by-produc t.Produc t ion proc ess,in c l udin g sa l t refin in g,el ec t rol yt ic refin in g proc esses a n d produc t s,a n d refin in g proc esses a n d produc t s,in c l udin g l ye c on c en t ra t io

4、n,c hl orin e a n d hydrog en l iq uefa c t ion proc essin g,w hic h in c on c en t ra t ed a l k a l in e sol ut ion,t he n eed t o g o t hroug h eva pora t ion(Gen era l l y use t he t hree-w a y or four-effec t c oun t erc urren t forc ed c irc ul a t ion eva pora t or).This is desig n ed t o 60k

5、 t/a c hl or-a l k a l i pl a n t s out side four-effec t forc ed c irc ul a t ion eva pora t or hea t in g.The eq uipmen t c on sist s of a hea t in g c ha mber(shel l a n d t ube hea t ex c ha n g er),eva pora t ion c ha mber a n d t he c irc ul a t ion pipe forc ed c irc ul a t ion pumps et c.Cir

6、c ul a r t ube in t he eva pora t ion c ha mber out side,from t he eva pora t ion c ha mber t o t he l iq uid c on e-sha ped bot t om,t hroug h t he c irc ul a t ion pipe a n d forc ed c irc ul a t ion pump c on t in uousl y in t o t he hea t in g c ha mber,a n d t hen eva pora t in g in t o t he ev

7、a pora t ion c ha mber a n d t he g a s-l iq uid sepa ra t ion.In t he desig n proc ess,t he first hea t in g c ha mber desig n c a l c ul a t ion s for t he st ren g t h,t ube sheet c a l c ul a t ion,ex pa n sion join t c hec k in g c a l c ul a t ion.Then t he st ren g t h of t he eva pora t ion

8、c ha mber desig n c a l c ul a t ion s.Fin a l l y,a t ow er desig n c a l c ul a t ion s.Use of four-effec t ex t ern a l hea t in g forc ed c irc ul a t ion eva pora t or,in c rea sin g t he ut il iza t ion of st ea m,t he hea t in g c ha mber a n d sepa ra t ion c ha mber sepa ra t ed,n ot on l y

9、 for ea sy c l ea n in g a n d repl a c emen t,a n d c a n reduc e t he t ot a l heig ht of t he eva pora t or,t he eva pora t or w hil e usin g ex t ern a l pow er(c irc ul a t ion pump)The sol ut ion for hig h speed a l on g t he c irc ul a r fl ow of a c ert a in direc t ion,a n d t he c irc ul a

10、 t ion ra t e by a djust in g t he size of t he pump fl ow c on t rol,ma k in g t he hea t t ra n sfer c oeffic ien t,visc osit y or ea sy for c ryst a l l iza t ion foul in g ma t eria l s,g ood a da pt a bil it y.Keyw ords:c hl or-a l k a l i in dust ry;eva pora t or;hea t ex c ha n g er;forc ed c

11、 irc ul a t ion;four-effec t目录引言.1第一章加热室设计计算.3符号说明.31.1 设计条件.91.2 结构尺寸及参数.91.3 材料选择.91.4 壳体圆筒计算.101.5 管箱圆筒计算.101.6 开孔补强.111.6.1 开孔所需补强面积.111.6.2有效补强范围.111.6.2.1有效宽度.111.6.2.2有效高度.111.6.3有效补强面积.121.6.3.1壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积.121.6.3.2接管多余金属面积.121.6.3.3接管区焊缝面积.121.6.3.4有效补强面积.121.7水压试验.121.7.1 壳程.121.7.

12、2 管程.121.8 管板计算.131.8.1换热管稳定许用压力.131.8.2管板应力校核.161.8.2.1只有壳程设计压力，不计入膨胀变形差.161.8.2.2只有壳程设计压力，计入膨胀变形差.181.8.2.3只有管程设计压力，不计入膨胀变形差.201.8.2.4只有管程设计压力，计入膨胀变形差.221.9膨胀节校核.241.9.1膨胀节参数.241.9.2膨胀节轴向刚度.251.9.3校核计算.261.10其他辅助设备.271.10.1折流板.271.10.2 支座.271.10.3 电机.27第二章蒸发室设计计算.29符号说明.292.1设计条件.322.2材料选择.322.3筒体

13、壁厚计算.322.4上锥壳壁厚计算.322.5 设置加强圈.332.6 加强圈的设计计算.332.7循环管壁厚计算.352.8封头厚度计算.352.9开孔补强.362.9.1开孔所需面积.362.9.2有效补强范围.362.9.2.1有效宽度.362.9.2.2有效高度.362.9.3有效补强面积.372.9.3.1壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积.372.9.3.2接管多余金属面积.372.9.3.3接管区焊缝面积.372.9.3.4有效补强面积.372.10水压试验.37第三章塔体设计计算.39符号说明393.1设计条件.403.2设备质量载荷计算.403.3风载荷与风弯矩计算.41

14、3.3.1风载荷.413.3.2自振周期.433.3.3风弯矩计算.433.4地震弯矩计算.433.5 各种载荷引起的轴向应力.443.6 塔体和裙座危险截面的强度与稳定性校核.453.6.1塔体的最大组合轴向拉应力校核.453.6.2塔体与裙座的稳定性校核.453.7 塔体水压试验和吊装时的应力校核.463.7.1水压试验时各种载荷引起的应力.463.7.2水压试验时应力校核.463.7.3吊装时应力校核.473.8 基础环设计.473.8.1基础环的尺寸.473.8.2基础环的应力校核.473.8.3基础环的厚度.473.9地脚螺栓计算.483.9.1地脚螺栓的最大拉应力.483.9.2地

15、脚螺栓螺纹根径.48结论.49参考文献.50谢辞.51引言蒸发就是用加热的方法，将含有不挥发性溶质的溶液加热至沸腾状况，使部分溶 剂汽化并被移除，从而提高溶剂中溶质浓度的单元操作。工业生产中应用蒸发操作有 以下几种场合：1、浓缩稀溶液直接制取产品或将浓溶液再处理（如冷却结晶）制取固体产品，例如电解烧碱液的浓缩，食糖水溶液的浓缩及各种果汁的浓缩等；2、同时浓缩溶液和回收溶剂，例如有机磷农药苯溶液的浓缩脱苯，中药生产中 酒精浸出液的蒸发等；3、为了获得纯净的溶剂，例如海水淡化等。总之，在化学工业、食品工业、制药等工业中，蒸发操作被广泛应用。氯碱工业是基础化学工业之一。它的产品烧碱和氯气等涉及到国民

16、经济及人民生 活的各个领域。工程上，蒸发过程只是从溶液中分离出部分溶剂，而溶质仍留在溶液中，因此，蒸发操作即为一个使溶液中的挥发性溶剂与不挥发性溶质的分离过程。由于溶剂的汽 化速率取决于传热速率，故蒸发操作属传热过程，蒸发设备为传热设备，但是，蒸发 操作与一般传热过程比较，有以下特点：1、溶液沸点升高由于溶液含有不挥发性溶质，因此，在相同温度下，溶液的蒸气压比纯溶剂的小，也就是说，在相同压力下，溶液的沸点比纯溶剂的高，溶液浓度越高，这种影响越显 著。2、物料及工艺特性物料在浓缩过程中，溶质或杂质常在加热表面沉积、析出结晶而形成垢层，影响 传热；有些溶质是热敏性的，在高温下停留时间过长易变质；有

17、些物料具有较大的腐 蚀性或较高的粘度等等。3、能量回收蒸发过程是溶剂汽化过程，由于溶剂汽化潜热很大，所以蒸发过程是一个大能耗 单元操作。因此，节能是蒸发操作应予考虑的重要问题。工业上的蒸发操作基本上皆是沸腾蒸发，即将溶液加热至沸点，使之在沸腾状态 下蒸发。间接热源加热：容器间壁传给被蒸发的溶液，即在间壁式换热器中进行的传热过 程。若蒸发产生的二次蒸汽直接冷凝不再利用，称为单效蒸发。若将二次蒸汽作为下 一效加热蒸汽，并将多个蒸发器串联，此蒸发过程即为多效蒸发。每千克加热蒸汽所 能蒸发的水的千克数成为蒸汽经济程度，它表示在蒸发操作中，加热蒸汽所利用的经 济程度，在多效蒸发操作中，由于二次蒸汽的多次

18、被利用，因此随着效数的增加，蒸 汽经济程度亦相应地增大。蒸发设备又称蒸发器。是通过加热使溶液浓缩或从溶液中析出晶粒的设备。主要 由加热室和蒸发室两个部分组成。加热室是用蒸汽将溶液加热并使之沸腾的部分，但 有些设备则另有沸腾室。蒸发室又称分离室，是使气液分离的部分。加热室（或沸腾 室）中沸腾所产生的蒸气带有大量的液沫，到了空间较大的分离室，液沫由于自身凝 聚或室内的捕沫器等的作用而得以与蒸气分离。蒸气常用真空泵抽引到冷凝器进行凝 缩，冷凝液由器底排出。循环型蒸发器的特点是溶液在蒸发器内作循环流动。根据造成液体循环的原理的 不同，又可将其分为自然循环和强制循环两种类型。前者是借助在加热室不同位置上

19、 溶液的受热程度不同，使溶液产生密度差而引起的自然循环；后者是依靠外加动力使 溶液进行强制循环。外热式蒸发器的结构特点是加热室与分离室分开，这样不仅便于清洗与更换，而 且可以降低蒸发器的总高度。因其加热管较长（管长与管径之比为50100）,同时 由于循环管内的溶液不被加热，故溶液的循环速度大，可达1.5m/s。强制循环型蒸发器，这种蒸发器是利用外加动力（循环泵）使溶液沿一定方向作 高速循环流动。循环速度的大小可通过调节泵的流量来控制。一般循环速度在2.5m/s 以上。这种蒸发器的优点是传热系数大，对于粘度较大或易结晶、结垢的物料，适应 性较好，但其动力消耗较大。本设计为60k t/a氯碱厂IV

20、效外加热强制循环蒸发器。第一章加热室设计计算符号说明A：开孔削弱所需要的补强截面积，加力（开孔补强）B:补强有效宽度，mmd：开孔直径，mmfr：强度削弱系数%：接管外侧有效补强高度，mm为：接管内侧有效补强高度，mm3：壳体开孔处的计算厚度，mm4：壳体开孔处的有效厚度，mm%：接管有效厚度，mm用：壳体开孔处的名义厚度，mm鬣：接管名义厚度，mmR：接管计算厚度，mmPT：试验压力，MPa（水压试验）P：设计压力，MPat：容器元件材料在试验温度下的许用应力，MPa容器元件材料在设计温度下的许用应力，MPa%：试验压力下圆筒的应力，MPaDi：圆筒内直径，mm讥:筒体的有效厚度，mmq：圆

21、筒材料试验温度下的屈服点，MPa。：圆筒的焊接接头系数A：壳程圆筒内直径横截面积，mm24/：隔板槽面积，如后4：管板开孔后面积，/初后4：圆筒壳壁金属横截面积，mm24：管板布管区面积，mm2a：换热管管壁金属的横截面积，如7?C：系数C：系数D,：管板布管区的当量直径，mmd：换热管外径，mmJ壳体法兰材料的弹性模量，MPaEp：管板材料弹性模量，MPaEj壳程圆筒材料的弹性模量，MPa6：换热管材料的弹性模量，MPaG：系数Gle：系数Gu：系数G2：系数G3：系数K：换热管加强系数Kr.壳体法兰与圆筒的旋转刚度参数（管板计算）Kf：管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数勺：旋转刚度参数k：管板周

22、边布管区无量宽度L：换热管有效长度，mm/：换热管与管板胀接长度或焊脚高度，mmm：管板总弯矩系数m,：管板第一弯矩系数m2：管板第二弯矩系数n：换热管根数Pa：有效压力组合，MPaPb：边界效应压力组合，MPaPc：当量压力组合，MPaPs：壳程设计压力，MPaA：管程设计压力，MPaQ：壳体不带波形膨胀节时，换热管束与圆筒刚度比1：换热管与管板连接的拉脱力，MPa q：许用拉脱力，MPaS：换热管中心距，mmr0：制造环境温度，小沿长度平均的壳程圆筒金属温度，t,：沿长度平均的换热管金属温度，Cv：管板边缘剪切系数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

23、形差5：管板计算厚度，mm3户壳程圆筒厚度，mmg：换热管壁厚，mm7：管板刚度削弱系数A：系数/：管板强度削弱系数4：壳程圆筒轴向应力，MPa(7,.：管板径向应力，MPa(yr：管板布管区周边处的径向应力，MPa/：管板径向应力系数：管板布管区周边处径向应力系数0：换热管轴向应力，MPa ac：在设计温度时，壳程圆筒材料的许用应力，MPa acr：换热管稳定许用应力，MPaH：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，MPaMb：边界效应压力组合系数M：管板边缘力矩系数：系数金：管板布管区周边剪切应力系数口：管板布管区周边剪切应力系数系数系数G：腐蚀裕量（

24、膨胀节校核）系数5：系数Q：系数D e波纹管平均直径，mmDo：波纹管直边段平均直径，mmDh：波纹管直边段与波纹内径，mm%直边段加强圈平均直径，mm。;：容器圆筒外直径，mmEb：室温下波纹管材料的弹性模量，MPaEb：设计温度下波纹管材料的弹性模量，MPa；：设计温度下加强圈材料的弹性模量，MPaE：容器壳体材料在设计温度下的弹性模量，MPae：一个波的轴向位移，mmh：波纹管波高，mmk：系数L4：波纹管直边段长度，mm/：波纹管波的长度，mmLc：直边段加强圈长度，mmL：波纹管长度，mmm：波纹管的层数n：波纹管的波数P：设计压力，MPaPT：试验压力，MPap：许用外力，MPaS

25、：波纹管一层材料的名义厚度，mmS.：波纹管第一层材料的有效厚度，mmSct直边段加强圈的有效厚度，mmS0：考虑成形过程中厚度减薄时，波纹管一层材料的有效厚度mmS.,：容器圆筒名义厚度，mmS0：容器圆筒有效厚度，mmS,：内衬套名义厚度，mm4：内压引起直边段加强圈周向薄膜应力，MPaq：内压引起波纹管直边段周向薄膜应力，MPab：内压引起波纹管周向薄膜应力，MPa%：内压引起波纹管径向薄膜应力，MPa巴：内压引起波纹管径向弯曲应力，MPa4：轴向位移引起波纹管径向薄膜应力，MPa4：轴向位移引起波纹管径向弯曲应力，MPaH：设计温度下波纹管材料的许用应力值，MPaV：设计温度下波纹管材

26、料的屈服点，MPa1.1 设计条件设计条件管程壳程设计压力，MPa0.10.08操作压力，MPa-0.030.07设计温度，100135操作温度，80105壳程圆筒金属温度ts,160换热管金属温度小140介质碱液水蒸汽腐蚀余量C2,mm22程数11焊接接头系数。0.850.851.2 结构尺寸及参数换热器公称直径DN2000,即 D,=2000mm换热管规格 038x3.5,4=7500机机换热管排管根数 九=1392换热管为正三角形排列，管心距52mm换热管与管板的连接形式：强度焊加贴胀1.3 材料选择以下数据查自GB150-1998壳体圆筒材料：16Mn R查表4-1,170C设计温度下

27、许用应力F。=170M查表F5,160C金属温度下弹性模量 Es=199.6xW3MPa查表F6,151C金属温度下平均线膨胀系数l l x l O-6管箱圆筒材料：16Mn R查表4-1,150设计温度下许用应力b=170MPa查表F5,135C金属温度下弹性模量 纥=199.1x 1()3Pa 换热管材料：20查表4-3,160设计温度下许用应力bo=i28.6MPa查表Fl,160c设计温度下屈服应力 46=207.2MPa查表F5,140设计温度下弹性模量 耳=1894x 103用2口 查表F6,140C金属温度下平均线膨胀系数%=11.81x 10-6管板材料：16Mn R查表4-1

28、,常温下许用应力b=153M为查表Fl,160c设计温度下许用应力b=170MPa查表F5,160C金属温度下弹性模量 Ep=Ef=199.2xlQ3MPa膨胀节材料：0Crl 8Ni9查表4-1,170c设计温度下许用应力b=134MPa查表Fl,170设计温度下屈服应力c r：7o=i52.8MPa查表F5,170C设计温度下弹性模量=194.2 xUmPq查表F6,常温下弹性模量 E/?=201x103M1.4 壳体圆筒计算圆筒计算厚度5=0.08x 20002司。-q 2x 170 x 0.85-0.08=0.554mmP：壳程设计压力，Mpa名义厚度考虑开孔补强及结构设计要求，取8s

29、n=6mm1.5 管箱圆筒计算圆筒计算厚度0.1x 20002x 170 x 0.85-0.1=0.693mmd=g2团iPt：管程设计压力，MPa名义厚度：考虑大开孔采用整体加厚补强，取 麻=16mm1.6 开孔补强计算最大开孔是否需要补强1.6.1 开孔所需补强面积先计算强度削弱系数力,c rT 133=U=三=0.782r 打 170接管有效厚度/=C=14 2=12mm开孔直径 d=di+2C=900+2x 2=904mm开孔所需补强面积为：A=d6+(1-/,.)=3636.93mm21.6.2 有效补强范围1.6.2.1 有效宽度B=2d=2 x 904=1808mmB=d+2zj

30、+26nl=904+2x 16+2x 14=964mm取二者中的大值，所以 B=1808m/n1.6.2.2 有效高度外侧有效高度44-J db”=V14x 904=112.499mm4=240mm(实际外伸高度)取小值，故九=112.50m/7i内侧有效高度为h2=yjd 8nt=J 14x 904=112A99mmh2=Omm（实际内伸高度）取,、值：h2=Omm1.6.3 有效补强面积1.6.3.1 壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A=(d)伍3)-2/(2-3)(1-力.)=(1808-904)(6-4)-2x 14(6-4)(1-0.782)=1795.79mm1.6.3.2

31、接管多余金属面积24(图-切力+2均(2-。2)力=2x 112.5(12-0.398)0.782=2041.37mm21.6.3.3 接管区焊缝面积(焊脚取10.0mm)1 9A3=2x x l 0 x l 0=100mm-1.6.3.4有效补强面积4,=A+4+4=1795.79+2041.37+100=3937.16mm24A故无需补强1.7 水压试验1.7.1 壳程试验压力0-1Pr=L25P 7=1.25 X 0.08 xl=0AMPa 同水压试验校核与(2+2)0.1x(2000+14)叫二上一旦=-1-L=7A9MPat 2a 2x 14/C；时_ 4 _ 3.14x 18940

32、02也.)2-2x(144.9275)2=44.50WP。acr=。.4。+，)+?(0.6+以)71=0.4(1+0.2938)+10.4975(0.6+103.548)=209.86管板强度削弱系数 =0.4管板刚度削弱系数77=0.4换热管加强系数1.31821 318x 2000 189400 x 1392x 329.8180 V 199200 x 0.4x 6832x 80=8.111管板周边不分布管区无量纲宽度：=K(l g)=8.111(1-0.9794)=0.1671&1.0,符合 GB151T999 中 5.7.3 的规定旋转刚度参数：Kf=Kf+Kf=1.6592+1.66

33、67=3.33师击精将 Etna 189400 x 1392x 329.81官束模数：Kt=-=6363.63LD j 6832x 2000旋转刚度无量纲参数：Kf=在_=3.14x 3.3295=0 0004105 4&4x 6363.63管板第一弯矩系数g：按K和Kf查GB151T999图27得 叫=0.16管板第二弯矩系数吗：按K和Qe*查GB151T999图28(a)得m7=2.56系数G2：按K和Kf查 GB151T999 图 29 得G2=5.3系数G3：按K和。查GB151-1999图30得G3=0.00135系数m.0.16W=-!=-n 8.111x 0.0004105A f

34、 A=48.051.8.2管板应力校核1.8.2.1 只有壳程设计压力2,而管程设计压力=0,不计入膨胀变形差/=0,pyEt=0壳程设计压力 Ps=O.OSMPa当量压力组合 匕=1(1+夕)=O.OSMPa有效压力组合 Pa=sPEjPt+勿耳=6.7803x 0.08=0.54MPa边界效应压力组合 Pb=CPs=0.0045 x 0.08=1.98x 10-3 MPa边界效应压力组合系数：M=旦=1.98x 10-3=1.3341x 10-3APa 0.4975x 0.54管板边缘力矩系数：M=M/,=1.3341x 10-3管板边缘剪切系数：v=(pM=48.0543 x 1.334

35、1x l O=6.4107 x W2管板总弯矩系数:016+6.4107x1(T2x2.561+6.4107x 10-2=0.3046m.+vm9 m=一!-1+v左特 3 Rm 3x 0.4x 0.3046 n/1 0时，按K和m,查GB151-1999图31(a)实线,知 G,Gle,故系数 G=G=0.12管板布管区周边剪切应力系数:管板径向应力系数:1(l+v)G.0=r x G=2.44x 10-4 x0.12=2.93x 10-44 Qex+G2管板布管区周边处径向应力系数:3/71(1+V)4K(Qx+G?)K端史 X2444 2.75X1L管板径向应力:0 4Q75=2.932

36、8X10-4 x 0.54x x0.4200076”1.5b=L5x l 48.2=222.30MP。合格管板布管区周边处的径向应力:a 4i kr 1-m0.36MP。M2 6”了3m 232I=0J1 MPao-；1.5 o-=1.5 x 148.2=222.30MPa 合格管板布管区周边处剪切应力:%=一Q 42x 2.9833x 2.44x Q0.41958.86、76 J=0.24MPar/,0.5t=0.5 x 148.2=74.10用尸。合格换热管轴向应力（位于管束周边处换热管轴向应力）G2-V Q”p、_ Qex+G2 a)1 0.29381G,e,故系数 G=G=0.16管板

37、布管区周边剪应力系数:_ 1 1+v _ 1 1+(-0.03908)-4X2(,a.+G2-4X 103.5489+5.3=0.002207管板径向应力系数:1(l+v)G.b,二=r x G=0.002207x0.16=0.00035314 Qex+G2管板布管区周边处径向应力系数:3m(l+v)3m-4K&+G2)一下2x 0.002207=0.00005093管板径向应力:2 o 4975=0.0003531 x(-4.8942)x x2000 V76=MPa%3同=3x 148.2=444.60。合格管板布管区周边处的径向应力:1-Am2=0.33M外3=6 Pa 4542 8er；

38、0 3司：=3x 148.2=444.60尸。合格管板布管区周边处剪切应力:它%=JA30.4975x(-4.8942)0.4x 0.002207 x1958.86、76 J=-0.35MP6T与 1.5 同=1.5x 148.2=222.30MPg合格壳程圆筒轴向应力:_ A 2(l+v)2+G?Pa3.1416X106 0.4975x(1-0.03908)101335.2126103.5489+5.3x(-4.8942)=-0.67MPa换热管轴向应力（位于管束周边处换热管轴向应力）17=Pc AG2vQexpQex+G2 a)0.2938x 0.08-5-3-Q3908x1Q3-5489

39、103.5489+5.3、X(-4.8942)/1=L69MPa%3.0同=3x 128.6=385.80M为 合格换热管与管板的焊脚高度按GB151-1999中5.8.3.2的规定，L=5mm换热管与管板的拉脱力:5a q=!jcdL2.9280 x 329.873.14x 38x 5=1.62MPaq 0时，按K和加查GB151T999图31(a)实线得:G=0.14知 GuG,e,故系数 G=G=014管板布管区周边剪切应力系数:1+v 1 1+0.002071 八八八”-x-二一 x-二 0.0023014 0,+G,4 103.5489+5.3管板径向应力系数:61(l+v)G.二一

40、x 乙，=rpXG.=0.002301 x 0.14:0.00032214 Z+G?管板布管区周边处径向应力系数:3m(l+v)3m 4K(C)K3 x 0,1650 x 0 Q02301 0.00014048.111管板径向应力:42 n 4975=0.0003221 x(-20.986)x x2000?76=-15.54MPa与 1.5 同=1.5x 148.2=222.30。合格管板布管区周边处的径向应力：crr=(yr 1 一人+一加2=-0.63MPa 1.5 ar=1.5 X 148.2=222.30MPa 合格管板布管区周边处剪切应力：2P 0.4975x(-20.986)八(1

41、958.86、r=幺 j=-0.00230l x-pi 6 0.4 I 76 J=4.08MP。r,0.5c r=0.5x 148.2=74.IOMPq 合格壳程圆筒轴向应力:A-1 0i2P.3.1416X106-x101335.21260.4975x(1+0.002071)/八0.1+-x(-20.986)103.5489+5.3 )=831 MPa|o-,|。同=0.85 x l 70=144.50M外换热管轴向应力(位于管束周边处换热管轴向应力)G2-V0X 2+G?1 0.2938-0.3364-5.3-0.002071x 103.5489103.5489+5.3x(-20.986)

42、=7A2MPac r,1.0ct：=1x128.6=128.6MPti 合格换热管与管板的焊脚高度按GB151-1999中5.8.3.2的规定，L=5mm换热管与管板连接的拉脱力:q7.42x 329.87ttcIL 3.14x38x5=4A0MPaq Gle,故系数 G=G=014管板布管区周边剪切应力系数:-+。3=o.oo23 4 Qex+G2 4 103.5489+5.3管板径向应力系数:ar=-x +.G=tpxG.=0.0023x0.14=0.000322 4 2+G?管板布管区周边处径向应力系数:3m(l+v)3m 4K(Qex+G2)KT二3义1643 x 00023=0000

43、1398 8.111管板径向应力:=0.000322 x(-62.3228)x 0,5 x200076=-17J5MPa3同=3x l 48.2=444.60MPa 合格管板布管区周边处的径向应力:1 kr 1-Fm2=-0.69MPa4A25o;V3可；=3x 148.2=444.60MPq 合格 管板布管区周边处剪切应力:=-4.66MPa0.4975x(-62.3228)0.4X 0.0023 X/1958.86I 76金 VI.5 团；=1.5x 148.2=222.30MPa合格壳程圆筒轴向应力:QeAG2 0)3.1416X106101335.2126*X”)它 金二一p43=-0

44、.79MPa|c r/3。b：=3x 0.85 x 170=433.50MPa换热管轴向应力（位于管束周边处换热管轴向应力）1Gz-必 p、Z+G2 40.2938八 5.3+0.001813x 103.54890.3364-103.5489+5.3x(-62.3228)=S.S2MPa 4 3同=3x 128.6=385.80MPa合格换热管与管板的焊脚高度按GB151-1999中5.8.3.2的规定，L5mm换热管与管板连接的拉脱力:a.a 8.82x 329.87.q=一二-=4.87MP。jcdL 3.14x 38x 5q2x l O 二2000 V s-x l O=9.6449mm2

45、1501.9.2膨胀节轴向刚度15-1.572000 x 10=0.0707W/2h=200/2 x 140=0.7143W20022gmxSp2.272150 x 9.6449=0.6313_W_2.2向x S=0.6200 2.272150 x 10按W2hw，22jD,X Sp查 GB16749 图 6-2 得:G，=0.58按W2hW，2.2夜与查 GB16749 图 6-3#：Cf=1.8按W2hW，22gsp查 GB16749 图 6-4 得:Cd=2.02一个波的轴向刚度:K _i 7义机2乃_ 2150 x 194200(9.64491“Cf h)1.81 I 140)=128

46、223.348N/小1.9.3校核计算计算校核许用值组合工况下的参数计算值设计压力p,MPa0.080.0800应 力 校 核圆筒轴向应力/,MPa0.15-0.67-8.37-0.79轴向位移ex=，mm10.50.12-0.530.24-0.62直边段周向薄膜应力PD oEbk 42（如耳+S）二同=101.6MPa3.163.1600波纹管周0-PD，”向薄膜应大1同=101.6MPa24.8824.88002msp0.571+1 W 7波纹管径向薄膜应力PhO 9 2 msp4T=101.6MPa3.193.1900波纹管彳P%=2m至向工弯曲应力2Cp1.851.8500位 移 应

47、力轴向伸缩变形引起的波 纹管径向薄膜应力 纥（5+。2）e 2h3Cf0.23-1.000.45-1.17轴向伸缩变形引起的波 纹管径向弯曲应力9.79-43.2519.59-50.60。5=5 纥(S/,+C2 3/Q组(t2+c r3,MPa1.5c r；=310.85.045.0400应%=c r4+a5，MPa10.2-44.2520.04-51.77力Or=0J(yp+(yd,MPa 2巴=414.413.5-40.7220.04-51.771.10其他辅助设备1.10.1 折流板选弓形折流板，且缺口朝上，在最低处开通气口。折流板最小间距一般不小于圆筒内直径的五分之一，且不小于50m

48、m,KIJ：最小 间距为400mmo1.10.2 支座加热室支座可按J B/T4712选用鞍式支座。选用Y355M1-6/160型轴流泵，其主要参数为:介质允许固体颗粒：大小0.2mm；含量18%介质允许温度：150叶片数：4只叶轮直径：450mm泵进口 压力：2.4k g f/mm2外形尺寸：2600X880X1050第二章蒸发室设计计算符号说明C：厚度附加量mmDi：圆筒或球壳的内直径mmDo：圆筒或球壳的外直径mmPc：压力MPa5：圆筒或球壳的计算厚度mm心：圆筒或球壳的名义厚度mm心:圆筒或球壳的有效厚度mm丐：设计温度下圆筒或球壳的计算应力MPa a：设计温度下圆筒或球壳材料的许用

49、应力MPa。：焊接接头系数A：系数（加强圈的设计）As：加强圈的横截面积，mm2B：系数C：厚度附加量，mm2：圆筒内直径，mmDo：圆筒外直径，mmE：设计温度下材料的弹性模量，MPaI：加强圈与壳体组合段所需惯性矩，mm4加强圈与壳体起加强作用的有效段的组合截面对通过与壳体轴线平行的该截面形心轴的惯性矩，mmL：圆筒计算长度，mm4：从加强圈中心线到相邻两侧加强圈中心线距离之和的一半，若与凸形封头相邻，在长度中还应计入封头曲面深度的1/3,mmPc：计算外压力，MPa可：圆筒的名义厚度，mm圆筒的有效厚度，mmH：设计温度下圆筒或管子材料的许用应力，MPa（7：设计温度下圆筒或管子材料的屈

50、服点，MPaI，故满足要求。2.7 循环管壁厚计算（D尸1200mm）材料选用16Mn R,设计温度100,设计压力 P=0AMPaPR2团0.1x 1200-2x 170 x 0.85-0.1-0.42/71771考虑低合金钢制容器最小厚6mm,且加上腐蚀裕度，大开孔的补强，取8m=10mm2.8 封头厚度计算下锥壳厚度计算（受内压无折边锥壳）按过程设备设计图4-19锥壳需要加强，按式a=Qp,d 计算,2团i其中Q值查图4-20得。=1.93,计算得=4.34/71/71椭圆封头厚度取16mm即可。2.9 开孔补强计算最大开孔是否需要补强2.9.1 开孔所需面积先计算强度削弱系数力，（=乓