2011级工程实验班-设备设计说明书
反应产物冷却器的设计
姓名：XXX 班级:XXXX 学号：XXXXXXXXXXX
摘要：本设备设计是根据AES浮头式换热器设计条件图（一）而设计的。设备为浮头式换热器，其类型为：AES；换热器的管程介质为循环水，操作压力为：0.65MPa，操作温度（入口/出口）为：40/50℃；换热器的壳程介质为反应产物，操作压力为：0.1MPa，操作温度为(入口/出口）：110/90℃；
设计主要依据标准和法规为：TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》、GB150.1~4-2011《压力容器》、GB151-1999《管壳式换热器》等。
对浮头式换热器进行了材料选择、结构设计和强度计算。浮头换热器结构复杂，金属消耗大，成本较高；但是它的管束可以抽出，管、壳程方便清洗；介质间温差不受限制；可在高温、高压下工作；可用于结垢比较严重的场合；可用于管程易腐蚀场合。易满足设计条件和经济性的要求。
关键词：换热器，强度计算，结构设计
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目 录
反应产物冷却器的设计 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 目 录 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2 第1章 概述 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4
第1.1节 设备的简介 --------------------------------------------------------------------------------------------- 4 第2章 结构设计 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6
第2.1节 材料的选择 --------------------------------------------------------------------------------------------- 6
2.1.1 壳程材料的选择 --------------------------------------------------------------------------------------- 6 2.1.2 管程材料的选择 --------------------------------------------------------------------------------------- 7 第2.2节 主要结构设计 ------------------------------------------------------------------------------------------ 7
2.2.1 管程结构 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 7 2.2.2 壳程结构 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 10 2.2.3 外头盖端结构 ----------------------------------------------------------------------------------------- 13 2.2.4 容器法兰和管法兰 ---------------------------------------------------------------------------------- 14 2.2.5 支座 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 16
第3章 设计计算 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 17
第3.1节 管箱结构设计计算 ---------------------------------------------------------------------------------- 17
3.1.1管箱筒体 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 17 3.1.2管箱法兰 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 18 第3.2节 平盖的结构设计计算 ------------------------------------------------------------------------------- 19 第3.3节 管板的设计计算 -------------------------------------------------------------------------------------- 21 第3.4节 壳程筒体结构设计计算 ---------------------------------------------------------------------------- 26
3.4.1 筒体设计计算 --------------------------------------------------------------------------------------- 26 3.4.2壳体法兰设计 ---------------------------------------------------------------------------------------- 26 第3.5节 外头盖结构设计计算 ------------------------------------------------------------------------------- 31
3.5.1 外头盖筒体 ------------------------------------------------------------------------------------------ 31 3.5.2 凸型封头 --------------------------------------------------------------------------------------------- 32 3.5.3 外头盖侧法兰 --------------------------------------------------------------------------------------- 33 3.5.4外头盖法兰 ------------------------------------------------------------------------------------------- 38 3.5.5 浮头法兰的设计计算 ------------------------------------------------------------------------------ 42 3.5.6钩圈的设计计算 ------------------------------------------------------------------------------------- 49 3.5.7球冠形封头计算 ------------------------------------------------------------------------------------- 49 第3·6节 开孔补强计算 -------------------------------------------------------------------------------------- 50
3.6.1管程开孔补强 ---------------------------------------------------------------------------------------- 50 3.6.2壳程开孔补强 ---------------------------------------------------------------------------------------- 51 3.6.3外头盖开孔补强 ------------------------------------------------------------------------------------- 54 第3·7节 鞍座支反力计算 ---------------------------------------------------------------------------------- 54 第4章 制造、安装与检验 -------------------------------------------------------------------------------------------- 55
第4.1节 液压试验 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 56 第4.2节 管程水压试验 ----------------------------------------------------------------------------------------- 56 第4.3节 零部件的制造工艺及要求 ------------------------------------------------------------------------- 57
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4.3.1圆筒 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 57 4.3.2管箱 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 57 4.3.3换热管 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 57 4.3.4管板 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 57 4.3.5折流板、支持板 ------------------------------------------------------------------------------------- 58 4.3.6管束的组装 ------------------------------------------------------------------------------------------- 58 第4.4节 检验和验收 -------------------------------------------------------------------------------------------- 58 第5章 经济性分析 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 59 参考文献 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 60 符号说明 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 61 致谢 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 63
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第1章 概述
第1.1节 设备的简介
本设备是一台单壳程四管程的AES浮头式冷却器。该冷却器壳程的工作介质为反应产物，壳程腐蚀余量为0mm；管程走循环冷却水，腐蚀余量为2mm。壳程的工作压力为0.1MPa，设计压力为0.11MPa，出、入口的工作温度分别为为90、110℃，壳程设计温度取110℃；管程的工作压力为0.65MPa，工作压力为0.715MPa，出、入口的工作温度分别为50、40℃，管程设计温度取50℃。壳程材料主要使用S30408，管程材料主要使用Q345R。本冷凝器的公称直径为800mm，换热管的排列形式为正三角形，材料选用S30408，规格φ25×2mm，长度为6000mm，上下缺边折流板的数量为29块，间距为170mm，缺边高度约为Di×30%，支持板1块，设备设计寿命为10年。
第1.2节 设备的基本结构
该浮头式换热器主要由平盖管箱、接管、接管法兰、固定管板、壳体法兰、壳体、防冲板、外头盖侧法兰、外头盖、浮动管板、浮头盖、钩圈、浮头法兰、管束、等长双头螺柱、螺母、垫片、吊耳、支座、接地板、顶起螺栓等组成。浮头换热器的一端管板与壳体固定，另一端为浮动管板。因此其优点为热应力较小，便于检查和清洗。缺点为结构较为复杂。由本次课程设计所给定的设计条件可以确定浮头式换热器的基本结构。
1.换热器的公称直径为DN800mm，设备总长度大约为7400mm，设备静质量为5678kg。壳程介质为反应产物。
2.壳体圆筒和外头盖封头材料为S30408，外头盖封头为标准的椭圆形封头。 3.换热器的管程介质为循环水，此换热器为四管程，管箱内设有两块分程隔板；管箱封头在此设备要求中为平盖，平盖材料为16MnⅡ锻件；管箱筒体连接法兰选择长颈对焊法兰；管箱筒体公称直径DN=800mm，材料为Q245R。
4.壳体法兰为自行设计的甲型平焊法兰加不锈钢凹面衬环；外头盖侧法兰选用长颈对焊法兰，加不锈钢凸面衬环和不锈钢衬筒。壳程筒体材料为S30408，总长约为5705mm。 5.固定管板材料为S30408Ⅲ，一共有422根换热管与管板连接，换热管规格为φ25×2mm，长度为6000mm；壳程设有29块折流板和1块支持版，材料为S30408；壳程介质入口处设有防冲板，材料为S30408；一共有8根拉杆固定连接折流板和支持板，拉杆材料为S30408，定距管规格与换热管相同。浮动管板材料为S30408Ⅲ。
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6.支座选择DN800,120o包角的标准的重型焊制的鞍式支座。
7.外头盖法兰选用长颈对焊法兰，加不锈钢凹面衬环和不锈钢衬筒；筒体短接公称直径DN=900mm，材料为S30408；封头采用标准椭圆形封头，材料为S30408。 8.钩圈和浮头法兰的材料均选用S30408Ⅱ。浮头法兰的公称直径DN=764mm。球冠形封头的材料为S30408。
9.设备上有7个接管，公称压力均为PN16，连接标准均为HG/T20592-2009。接管N1（DN150）和接管N2（DN150）为管程循环水的入口和出口，其法兰型式/连接面型式均为WN/RF；接管N3（DN200）为壳程物料入口，接管N4（DN100）和N5（DN100）均为壳程物料出口，其法兰型式/连接面型式均为SO/RF；接管N6（DN20）和接管N7（DN20）分别为排气口和排净口，其法兰型式/连接面型式均为WN/RF
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