ⅱ型甲烷化换热器的设计毕业设计说明书

ⅱ型甲烷化换热器的设计毕业设计说明书内容摘要：

，按 参考文献 [4](GB1511999) 规定，aMP ； 0q —— 10m高度处的基本风压， 2/N mm ，此处按呼和浩特市区 20 500 /q N mm ； R —— 半径， mm ； 对于 a 型连接方式， /2GRD ； 对于其他连接方式， /2iRD S —— 换热管中心距， mm ； S —— 换热管中心距， mm ； nS —— 隔板槽两侧相邻管中心距， mm ；  —— 管板强度削弱系数，一般可取  ； —— 管板材料泊松比，取  ； t —— 布管区当量直径 tD 与直径 2R 之比；  —— 应力， aMP ； 0, ,tr r R R  —— 压力作用下，分别为管板中心处，布管区周边处，边缘处的径向应力，aMP ； t —— 换热管轴向应力， aMP ； tr —— 设计温度下，管板材料的许用应力，aMP ； tt —— 设计温度下，换热管材料的许用应力，aMP ； t —— 设计温度下壳体材料的许用应力，aMP ； tn —— 设计温度下接管材料的许用应力，aMP ；  —— 系数， //s i f iDD按 和 ，查 参考文献 [4](GB1511999)图 26；  —— 系数， //h i f iDD按 和 ，查 参考文献 [4](GB1511999)图 26； 7  —— 焊接接头系数。 eS —— 偏心距， mm；  —— 计算厚度， mm ； h —— 管箱圆筒厚度， mm ； s —— 壳程圆筒厚度， mm ； e —— 壳体开孔处的有效厚度， ,enC mm   ； et —— 有效厚度， ,et nt C mm  ； n —— 名义厚度， mm ； nt —— 接管名义厚度， mm ； t —— 接管计算厚度， mm ； t —— 换热管壁厚， mm ； 8 引言 毕业设计是我们在校期间的一次重要教学环节，通过毕业设计可以让我们对大学四年所学的知识有更深的理解。 过程装备与控制工程涵盖石油、化工、食品、制药、机械、轻工等多个领域。 它的发展将直接促进国民经济的发展。 工业生产中，利用一些设备，来进行热量交换，这类设备统称为换热器。 换热器是化工、制药、石油、动力、食品等许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要的地位。 换热器的应用广泛，日常生活中供暖系统、发动机的泠却系统和动力装置的冷凝系统 都用到换热器。 换热器的较多，按其结构分类主要分为管式换热器和板式换热器两种。 由于经济、科技的不断发展，节能减排被人们重视。 换热器的研究设计也就变得越来越重要。 随着装置的大型化，对换热面积的需求也变大。 但设备的大型化将会使成本大大增加，因此紧凑型的换热器就比较受欢迎；同时提高传热系数也是换热器研究的一个重要方向。 换热器的研究发展对其他领域的依赖也是比较大的，传热理论研究的不断完善，制造技术的发展，材料科学技术的不断进步，都将促进换热器的发展。 本次设计的 甲烷化换热器采用 U 型管式换热器，属于 管式换热器。 甲烷化 换热器在高温高压下氢被金属吸附，分解为原子氢溶解在金属晶体中，并向晶体内部扩散，与钢中碳化物发生反应生成甲烷。 因此在设计选材时应考虑抗氢腐蚀。 换热器是化工、石油中的重要热工设备 , 对换热器进行科学的计算 ,合理的结构设计 , 是换热器性能 及安全 的重要保证。 在保证安全的前提下，应尽可能降低成本，换热器 的 结构设计 就变得尤为重要 , 因此在换热器的设计中 , 只有经过对换热器结构参数的不断调整 , 反复计算 , 才能使换热器的性能更高 , 设计更加合理。 9 第一章 换热器件简介 工业生产中， 利用一些 设备， 来进行热量交换， 这 类 设备 统 称为换热器。 换热器化工生产 必不可少的单元设备，广泛的应用于 化工 、 石油 、 轻工、机械、冶金、 动力 、制药等领域。 据统计，在现代石油化工企业中，换热器投资约占装置建设总投资的30%；在合成氨厂中，换热器约占全部设备总台数的 40%。 由此可见，换热器对整个企业的建设投资及经济效益有着着重的影响。 U 型管换热器简介 U 型管换热器是一种典型的管壳式换热器，其管子弯成 U 形，管子的两端固定在同一管板上，因此每根管子可以自由伸缩， 壳体和管壁不受温差限制，不会产生温差应力，且换热管流程较长，流速较高，管侧传热性能好， 承压能力强。 U型管换热器仅有一块管板，所以结构简单，造价比其他换热器便宜。 U型管换热器可用于高温、高压、有腐蚀性工况。 一般高温、高压、有腐蚀性介质走管内，这样可以减少高压空间，降低成本。 甲烷化换热器简介 甲烷化换热 器 在高温高压下氢被金属吸附，分解为原子氢溶解在金属晶体中，并向晶体内部扩散，与钢中碳化物发生反应生成甲烷。 .Ⅱ 型甲烷化换热器 的作用 Ⅱ 型甲烷化换热器 采用 U 型管式换热器，是合成氨生产中的重要设备之一 ,它能将 150℃ 的混合气升温至 274℃ ，同时将 339℃ 的精制气降温至 215℃。 U型 管式换热器的特点是结构简单，重量轻，适用于高温高压的场合。 10 甲烷化换热器工作原理 150℃ 的 75％ 22HN、 混合气 体由混合气体入口进入 壳程 ， 339℃ 的 75％22HN、 精制气由精制气入口进入管程，由于管道内精制气和 壳程 的混合气体存在温度差，会形成热交换，高温物体的热量向低温物体传递，这样就把管道里精制气的热量交换给了 壳程 的 混合气体， 将 150℃ 的混合气升温至 274℃ ，同时将 339℃ 的精制气降温至 215℃。 11 第二章 设计方案 的确定 设计参数的确定 管程、壳程的工作压力均为 aMP。 设计压力 ( 1 ) P M P   取设计压力为 aMP。 计算压力 P MP 22HN混合气出口温度 274℃ ，取 壳程 设计温度为 300℃。 22HN精制气进口温度 339℃ ，取 管程 设计温度为 350℃。 依据介质温度、压力以及含氢、氮特点，在选材、加工制造方面，首先考虑抗氢腐蚀。 15 roCMR 是中温抗氢钢板，常用于设计温度不超高 550℃ 的压力容器。 筒体 、管箱 、 封头 材料选择 15 roCMR。 换热管、进出口接管材料选择 15roCM ，管板材料选择 15roCM 锻件。 由 参考文献 [1](GB1501998)表 41，表 43，表 45 查 钢板、钢管、锻件许用应力如下。 表 21 钢板许用应力 钢号 钢板标准 使用状态 厚度 mm 常温强度指标 在下列温度（ ℃ ）下许用应力， aMP baMP saMP  20 300 350 15 roCMR GB 6654 正火加回火 6 60 450 295 150 131 125 12 表 22 钢管许用应力 钢号 钢管标准 厚度 mm 常温强度指标 在下列温度（ ℃ ）下许用应力， aMP baMP saMP 300 350 15roCM GB 9948 16 440 235 101 95 表 23 锻件许用应力 钢号 锻件标准 厚度 mm 常温强度指标 在下列温度（ ℃ ）下许用应力， aMP baMP saMP 300 350 15roCM JB 4726 300 440 275 123 116 由 [1](GB1501998) 规定， 容器及受压元件当钢材为厚度 16s mm  的15 roCMR 时，对其 A 类和 B 类焊接接头，进行百分之百射线或超声检测。 焊接接头系数 按 [1](GB1501998) 双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头 100%无损检测 。 换热器主要零部件结构形式的确定 由于氢气易燃易爆， 不允许有泄漏，且管程、壳程走的均为气体，不易结垢，换热管不需经常清洗，所以管板与筒体及 管箱宜采用焊接。 管程工作温度 339℃ ，换热管与管板不宜采用胀接形式，所以采用焊接形式。 13 第三章 强度计算 圆筒的设计 0. 4 [ ] 0. 4 13 1 1. 00 52 .4tcaP M P     3 . 5 1 2 0 0 1 6 . 2 52 [ ] 2 1 3 1 1 . 0 0 3 . 5citcPD mmP        取腐蚀裕量 2 2C mm ，钢板负偏差 1 mm 12 0 .3 2 2 .3C C C m m     设计厚度 2 2 C m m     钢板负偏差 1 mm 取名义厚度 20n mm  有效厚度 20 17. 7en C m m     封头设计 椭圆形封头由两个半椭球面和短圆筒组成，由于封头的椭球部分经线曲率变化连续平滑，故应力分布较平均，且椭圆形封头易于冲压成型，是中低压容器应用较多的封头，故此设备 选择标准椭圆形封头。 下封头设计 3 . 5 1 2 0 0 1 6 . 1 42 [ ] 0 . 5 2 1 3 1 1 . 0 0 0 . 5 3 . 5citcPD mmP         设计厚度 2 2 C m m     钢板负偏差 1 mm 取名义厚度 20n mm  有效厚度 20 17. 7en C m m     14 封头最小成形厚度 min d 取 min   由 参考文献 [2](GB/T251982020)选取 EHA 椭圆形封头 图 31 标准椭圆形封头 由 参考文献 [2](GB/T251982020)附录 C表 查 EHA椭圆形封头 型式参数如下表 表 31 EHA 椭圆形封头 型式参数 公称直径 DN/mm 总深度 H/mm 内表面积 2/Am 容积 3/Vm 1200 325 由 参考文献 [2](GB/T251982020)表 查 EHA 椭圆形封头质量 表 32 EHA 椭圆形封头质量 （ kg） 公称直径 DN/mm 封头名义厚度 /n mm 20 1200 封头标记：  E H A 12 00 20 18 .2 15 / 25 19 8roC M R G B T      管箱封头设计 MP 15 roCMR 350℃ 时 [ ] 125t aMP  3 . 5 1 2 0 0 1 6 . 9 22 [ ] 0 . 5 2 1 2 5 1 . 0 0 0 . 5 3 . 5citcPD mmP         设计厚度 2 2 C m m     15 钢板负偏差 1 mm 取 名义厚度 20n mm  有效厚度 20 17. 7en C m m     封头最小成形厚度 min d 取 min 19mm  封头参数见表 31 及表 32 封头标记：  E H A 12 00 20 19 15 / 25 19 8roC M R G B T      管箱圆筒短节设计 MP ，设计温度为 350℃。 15 roCMR 350℃ 时 [ ] 125t aMP  3 . 5 1 2 0 0 1 7 . 0 42 [ ] 2 1 2 5 1 . 0 0 3 . 5citcPD mmP        设计厚度 2 2 C m m     钢板负偏差 1 mm 取 名义厚度 20n mm  有效厚度 20 17. 7en C m m     压力 试验 压力试验条件确定 进行液压试验，介质选 水 ，水 压试验温度 20℃。 试验压力的确定 [] []T tPP 水压 试验时强度校核 （ 1）筒体强度校核 16 1501 .2 5 3 .5 5 .0131TaP M P    () 5 ( 1 2 0 0 1 7 .7 ) 1 7 1 .9 92 2 1 7 .7T i eePD MP      0 .9 0 .9 1 .0 0 2 9 5 2 6 5 .5sa MP       满足 水压试验 强度要求 （ 2） 管箱 短节强度校核 1501 .2 5 3 .5 5 .3125TaP M P    () 5 . 3 ( 1 2 0 0 1 7 . 7 ) 1 8 2 . 3 12 2 1 7 . 7T i eePD MP     。