甲醇制氫2500課程設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)任務(wù)書一、題目：生產(chǎn)能力為2500m3/h甲醇制氫生產(chǎn)裝置二、設(shè)計(jì)參數(shù)：生產(chǎn)能為2500m3/h三、計(jì)算內(nèi)容：

1、工藝計(jì)算：物料衡算和能量衡算。2、機(jī)器選型計(jì)算。3、設(shè)備布置設(shè)計(jì)計(jì)算。4、管道布置設(shè)計(jì)計(jì)算。5、技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)計(jì)算。四、圖紙清單：

1、甲醇制氫裝置物流圖2、換熱器設(shè)備圖3、管板零件圖4、管道儀表流程圖5、設(shè)備布置圖6、管道布置圖

7、管道空視圖(PL0104-15L1B)8、管道空視圖(PL0105-15L1B)

工藝設(shè)計(jì)

甲醇制氫物料衡算.

(1)依據(jù)

甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)方程式：

CH3OH→CO↑+2H2↑

CO+H2O→CO2↑+H2

CH3OHF分解為CO,轉(zhuǎn)化率99%,CO變換轉(zhuǎn)化率99%,反應(yīng)溫度280℃,反應(yīng)壓力為1.5MPa,醇水投料比1:1.5(mol)。

(2)投料量計(jì)算

代入轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)

CH3OH→0.99CO↑+1.982H2↑+0.01CH3OH

CO+0.99H2O→0.99CO2↑+0.99H2↑+0.01CO↑

合并得到

CH3OH+0.9801H2O→0.9801CO2↑+2.9601H2↑+0.01CH3OH+0.0099CO

氫氣產(chǎn)量為：2500m3/h=111.607kmol/h

甲醇投料量為：111.607/2.9601×32=1206.528kg/h水投料量為：1206.528/32×1.5×18=1018.008kg/h

(3)原料儲(chǔ)液槽(V0101)

進(jìn)：甲醇1206.528kg/h，水1018.008kg/h。出：甲醇1206.528kg/h，水1018.008kg/h。

(4)換熱器(E0101),汽化塔(T0101)、過熱器(E0103)沒有物流變化

(5)轉(zhuǎn)化器(R0101)

進(jìn)：甲醇1206.528kg/h，水1018.008kg/h，總計(jì)2224.536kg/h出：生成CO21206.528/32×0.9801×44=1625.962kg/hH21206.528/32×2.9601×2=223.215kg/hCO1206.528/32×0.0099×28=10.451kg/h

剩余甲醇1206.528/32×0.01×32=12.065kg/h剩余水1018.008-1206.528/32×0.9801×18=352.842kg/h

總計(jì)2224.536kg/h

(6)吸收和解析塔

吸收塔總壓為1.5Mpa,其中CO2分壓為0.38Mpa,操作溫度為常溫(25℃)。此時(shí)每m3吸收液可溶解CO211.77m3.

解吸塔的操作壓力為0.1MPa,CO2溶解度為2.32，則此時(shí)吸收塔的吸收能力為:11．77-2．32=9.45

0.4MPa壓力下ρCO2=pM/RT=4×44/[0.082×(273.15+25)]=7.20kg/m3CO2體積重量VCO2=1625.962/7.20=225.828m3/h

據(jù)此，所需吸收液的量為225.828/9.45=23.897m3/h

考慮吸收塔效率以及操作彈性需要，取吸收液量為23.897×3=71.691m3/h系統(tǒng)壓力降至0.1MPa時(shí)，析出CO2量為225.828m3/h=1625.962kg/h

(7)PSA系統(tǒng)略。

(8)各節(jié)點(diǎn)的物料量

綜合上面的工藝物料恒算結(jié)果，給出物料流程圖及各節(jié)點(diǎn)的物料量。

熱量恒算

(1)氣化塔頂溫度確定

要使甲醇完全汽化，則其氣相分率必然是甲醇40%,水60%(mol),且已知操作壓力為1.5MPa,設(shè)溫度為T,根據(jù)汽液平衡關(guān)系有：

0.4p甲醇+0.6p水=1.5MPa

初設(shè)T=170℃p甲醇=2.19MPa;p水=0.824MPap總=1.3704MPa<1.5MPa再設(shè)T=175℃p甲醇=2.4MPa;p水0.93MPap總=1.51MPa

蒸氣壓與總壓基本一致，可以認(rèn)為操作壓力為1.5MPa時(shí)，汽化塔塔頂溫度為175℃

(2)轉(zhuǎn)化器(R0101)

兩步反應(yīng)的總反應(yīng)熱為49.66kj/mol,于是在轉(zhuǎn)化器內(nèi)需要共給熱量為：Q反應(yīng)=1206.528×0.99/32×1000×(-49.66)=－1.854×106kJ/h

此熱量有導(dǎo)熱油系統(tǒng)帶來，反應(yīng)溫度為280℃，可以選用導(dǎo)熱油溫度為360℃，導(dǎo)熱油溫降設(shè)定為25℃，從手冊中查到導(dǎo)熱油的物性參數(shù)，如必定壓熱容與溫度的關(guān)系，可得：Cp360℃=2.93kJ/(kg．K),Cp300℃=2.81kJ/(kg．K)取平均值Cp=2.93kJ/(kg．K)

則導(dǎo)熱油的用量w=Q反應(yīng)/(CpΔt)=1.854×106/(2.93×55)=11504.8kg/h

(3)過熱器(E0102)

甲醇和水的飽和正氣在過熱器中175℃過熱到280℃，此熱量由導(dǎo)熱油供給。氣體升溫所需熱量為

Q=ΣCpmΔt=（1.90×1206.528+4.82×1018.008）×(280-175)=755916.2kJ/h導(dǎo)熱油Cp=2.825kj/(kg．K),于是其溫度降為Δt=Q/(Cpm)=755916.2/（2.93×11504.8）=22.4℃導(dǎo)熱油出口溫度為：295-10.1=282.5

(4)汽化塔(T0101)

認(rèn)為汽化塔僅有潛熱變化。

175℃甲醇H=727.2kJ/kg水H=2031kJ/kgQ=1206.528×727.2+2031×1018.008=2944961.4kJ/h

以300℃導(dǎo)熱油Cp計(jì)算Cp=2.76kj/(kg．K)Δt=Q/(Cpm)=2944961.4/（2.76×11504.8)=92.7℃則導(dǎo)熱油出口溫度t2=282.5-92.7=189.75℃

導(dǎo)熱油系統(tǒng)溫差為ΔT=360-189.75=170.25℃基本合適(5)換熱器(E0101)

殼程：甲醇和水液體混合物由常溫(25℃)升至175℃液體混合物升溫所需的熱量

5

Q=ΣcpmΔt=(1206.528×3.14+1018.008×4.30)×(175-25)=12.25×10kJ/h管程：取各種氣體的比定壓熱容為：CpCO2≈10.47kJ/(kg．K)CpH2≈14.65kJ/(kg．K)

CpH20≈4.19kJ/(kg．K)則管程中反應(yīng)后其體混合物的溫度變化為：

Δt=Q/(Cp×m)=12.25×105/(10.47×1625.962+14.65×223.215+4.19×352.842)

=56.3℃

換熱器出口溫度280-56.3=223.7℃

(6)冷凝器(E0103)

①CO2、CO、H2的冷卻

Q1=ΣcpmΔt=(10.47×1625.962+14.65×223.215+4.19×352.842)×(223.7-40)=4.0×10kJ/h②壓力為1.5MPa時(shí)水的冷凝熱為：

H=2135kJ/kg,總冷凝熱Q2=H×m=2135×352.842=7.53×105kJ/h水顯熱變化Q3=CpmΔt=4.19×352.8×(223.7-40)=2.72×10kJ/h

Q=Q1+Q2+Q3=5.025×106kJ/h

冷卻介質(zhì)為循環(huán)水，才用中溫型涼水塔，則溫差ΔT=10℃

用水量w=Q/(CpΔt)=5.025×106/(4.19×10)=119928.4kg/h

5

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甲醇制氫生產(chǎn)裝置

姓名：單位：計(jì)算書說明書

目錄

前言---------------------------------------------設(shè)計(jì)任務(wù)書---------------------------------------第一章工藝設(shè)計(jì)-------------------------------------

1.1物料衡算1.2熱量衡算

第二章設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算和選型--過熱器---------------------第三章機(jī)器選型-----------------------------------

3.1計(jì)量泵的選型3.2離心泵的選型

第四章設(shè)備布置圖設(shè)計(jì)----------------------------------

4.1設(shè)備布置方案4.2主要設(shè)備的尺寸

第五章管道布置設(shè)計(jì)------------------------------------

5.1管子選型

5.2主要管道工藝參數(shù)匯總一覽表5.3管道上閥門的選型5.4管件選型5.5管道布置圖5.6管道空視圖5.7法蘭選型

5.8筒體保溫材料一覽表5.9管道儀表流程圖

第六章自動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)-------------------------------第七章工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)----------------------------

7.1甲醇制氫裝置的投資估算7.2總成本費(fèi)用的估算與分析7.3甲醇制氫項(xiàng)目的財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)

第八章數(shù)據(jù)校核--------------------------------------課程設(shè)計(jì)總結(jié)-------------------------------------------致謝參考文獻(xiàn)前言

氫氣是一種重要的工業(yè)用品，它廣泛用于石油、化工、建材、冶金、電子、醫(yī)藥、電力、輕工、氣象、交通等工業(yè)部門和服務(wù)部門，由于使用要求的不同，這些部門對(duì)氫氣的純度、對(duì)所含雜質(zhì)的種類和含量也有著不同的要求。近年來隨著中國改革開放的進(jìn)程，隨著大量高精產(chǎn)品的投產(chǎn)，對(duì)高純氫氣的需求量正在逐漸擴(kuò)大。

烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫氣是目前世界上應(yīng)用最普遍的制氫方法，是由巴登苯胺公司發(fā)明并加以利用，英國ICI公司首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。這種制氫方法工作壓力為2.0-4.0MPa,原料適用范圍為天然氣至干點(diǎn)小于215.6℃的石腦油。近年來，由于轉(zhuǎn)化制氫爐型的不斷改進(jìn)。轉(zhuǎn)化氣提純工藝的不斷更新，烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫工藝成為目前生產(chǎn)氫氣最經(jīng)濟(jì)可靠的途徑。

甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)表現(xiàn)出很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，受到許多國家的重視。它具有以下的特點(diǎn)：

1、與大規(guī)模天然氣、輕油蒸氣轉(zhuǎn)化制氫或水煤氣制氫比較，投資省，能耗低。

2、與電解水制氫相比，單位氫氣成本較低。

3、所用原料甲醇易得，運(yùn)輸儲(chǔ)存方便。而且由于所用的原料甲醇純度高，不需要在凈化處理，反應(yīng)條件溫和，流程簡單，故易于操作。4、可以做成組裝式或可移動(dòng)式的裝置，操作方便，搬運(yùn)靈活。

錯(cuò)誤！未指定書簽。錯(cuò)誤！未指定書簽。

1.1.1甲醇制氫物料衡算.

(1)依據(jù)

甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)方程式：

CH3OH→CO↑+2H2↑CO+H2O→CO2↑+H2

CH3OHF分解為CO,轉(zhuǎn)化率99%,CO變換轉(zhuǎn)化率99*,反應(yīng)溫度280℃,反應(yīng)壓力為1.5MPa,醇水投料比1:1.5(mol)。

(2)投料量計(jì)算代如轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)

CH3OH→0.99CO↑+1.982H2↑+0.01CH3OHCO+0.99H2O→0.99CO2↑+0.99H2↑+0.01CO↑合并得到

CH3OH+0.9801H2O→0.9801CO2↑+2.9601H2↑+0.01CH3OH+0.0099CO氫氣產(chǎn)量為：2900m/h=129.464kmol/h

甲醇投料量為：129.464/2.9601*32=1399.564kg/h水投料量為：129.464/2.9601*1.5*181180.882kg/h

(3)原料儲(chǔ)液槽(V0101)

進(jìn)：甲醇1399.564kg/h，水1180.882kg/h。出：甲醇1399.564kg/h，水1180.882kg/h。

(4)換熱器(E0101),汽化塔(T0101)、過熱器(E0102)沒有物流變化

(5)轉(zhuǎn)化器(R0101)

進(jìn)：甲醇1399.564kg/h，水1180.882kg/h，總計(jì)2580.446kg/h出：生成CO2129.464/2.9601*0.9801*44=1886.104kg/hH2129.464/2.9601*2.9601*2=258.928kg/hCO129.464/2.9602*0.0099*28=12.124kg/h剩余甲醇129.464/2.9601*0.01*32=13.996kg/h

剩余水1180.882-129.464/2.9601*0.9801*18=409.294kg/h總計(jì)2580.446kg/h

(6)吸收和解析塔

吸收塔總壓為1.5Mpa,其中CO2分壓為0.38Mpa,操作溫度為常溫(25℃)。此時(shí)每m吸收液可溶解CO211.77m.

解吸塔的操作壓力為0.1MPa,CO2溶解度為2.32，則此時(shí)吸收塔的吸收能力為:11．77-2．32=9.45

0.4MPa壓力下ρCO2=pM/RT=4*44/[0.082*(273.15+25)]=7.20kg/mCO2體積重量VCO2=1886.104/7.20=261.959m/h據(jù)此，所需吸收液的量為261.959/9.45=27.721m/h

考慮吸收塔效率以及操作彈性需要，取吸收液量為27.721*3=83.163m/h系統(tǒng)壓力降至0.1MPa時(shí)，析出CO2量為261.959m/h=1886.104kg/h

(7)PSA系統(tǒng)略。(8)各節(jié)點(diǎn)的物料量

綜合上面的工藝物料恒算結(jié)果，給出物料流程圖及各節(jié)點(diǎn)的物料量。1.1.2熱量恒算

1)氣化塔頂溫度確定要使甲醇完全汽化，則其氣相分率必然是甲醇40%,水60%(mol),且已知操作壓力為1.5MPa,設(shè)溫度為T,根據(jù)汽液平衡關(guān)系有：0.4p甲醇+0.6p水=1.5MPa

初設(shè)T=170℃p甲醇=2.19MPa;p水=0.824MPap總=1.3704MPa<1.5MPa再設(shè)T=175℃p甲醇=2.4MPA;p水0.93MPap總=1.51MPa

蒸氣壓與總壓基本一致，可以認(rèn)為操作壓力為1.5MPa時(shí)，汽化塔塔頂溫度為175℃

2)轉(zhuǎn)化器(R0101)

兩步反應(yīng)的總反應(yīng)熱為49.66kj/mol,于是在轉(zhuǎn)化器內(nèi)需要共給熱量為：Q反應(yīng)=337.826*0.99/32*1000*(-49.66)=-5.190*10kj/h

此熱量有導(dǎo)熱油系統(tǒng)帶來，反應(yīng)溫度為280℃，可以選用導(dǎo)熱油溫度為320℃，導(dǎo)熱油溫降設(shè)定為5℃，從手冊中查到導(dǎo)熱油的物性參數(shù)，如必定壓熱容與溫度的關(guān)系，可得：Cp320℃=4.1868*0.68=2.85kj/(kg．K),Cp300℃=2.81kj/(kg．K)取平均值Cp=2.83kj/(kg．K)

則導(dǎo)熱油的用量w=Q反應(yīng)/(CpΔt)=5.190*10/(2.83*5)=3.668*10kg/h

3)過熱器(E0102)

甲醇和水的飽和正氣在過熱器中175℃過熱到280℃，此熱量由導(dǎo)熱油供給。氣體升溫所需熱量為:

Q=ΣCpmΔt=（1.90*337.828+4.82*285.042）*(280-175)=2.117*10kj/h導(dǎo)熱油Cp=2.825kj/(kg．K),于是其溫度降為

Δt=Q/(Cpm)=2.117*10/（2.86*3.668*10）=2.042℃導(dǎo)熱油出口溫度為：315-2.042=312.958

4)汽化塔(T0101)認(rèn)為汽化塔僅有潛熱變化。

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175℃甲醇H=727.2kj/kg水H=2031kj/kgQ=337.828*727.2+2031*285.042=8.246*10kj/h以300℃導(dǎo)熱油Cp計(jì)算Cp=2.76kj/(kg．K)Δt=Q/(Cpm)=2.36*10/2.76*3.668*10)=8.145℃則導(dǎo)熱油出口溫度t2=312.958-8.145=304.812℃導(dǎo)熱油系統(tǒng)溫差為ΔT=320-304.812=15.2℃基本合適

5)換熱器(E0101)

殼程：甲醇和水液體混合物由常溫(25℃)升至175℃液體混合物升溫所需的熱量

Q=ΣcpmΔt=(337.828*3.14+285.042*4.30)*(175-25)=3.430*10kj/h管程：

取各種氣體的比定壓熱容為：

CpCO2≈10.47kj/(kg．K)CPH2≈14.65kj/(kg．K)CPH20≈4.19kj/(kg．K)則管程中反應(yīng)后其體混合物的溫度變化為：

Δt=Q/(Cp*m)=3.430*10/(10.47*455.267+14.65*62.5+4.19*98.8)=56.264℃換熱器出口溫度280-56.264=223.736℃(6)冷凝器(E0103)①CO2、CO、H2的冷卻

Q1=ΣcpmΔt=(10.47*41886.104+14.65*258.928+4.19*12.124)*(223.736-40)=4.335*10kJ/h

②壓力為1.5MPa時(shí)水的冷凝熱為：

H=2135kj/kg,總冷凝熱Q2=H*m=2135*409.294=8.74*10kJ/h

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水顯熱變化Q3=cpmΔt=4.19*409.294*(223.736-40)=3.15*10kj/hQ=Q1+Q2+Q3=5.524*10kJ/h

冷卻介質(zhì)為循環(huán)水，才用中溫型涼水塔，則溫差ΔT=10℃用水量w=Q/(cpΔt)=5.524*10/(4.19*10)=1.318*10kg/h

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3.1計(jì)量泵的選擇

往復(fù)泵是容積式泵。在高壓力小流量，輸送粘度大的液體，要求精確計(jì)量即要求流量隨壓力變化小的情況下宜選用各種類型式的往復(fù)泵。要求精確計(jì)量時(shí)，應(yīng)用計(jì)量泵。往復(fù)泵的流量可采用各種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)達(dá)到精確計(jì)量，即計(jì)量泵。計(jì)量泵用于生產(chǎn)中需要精確計(jì)量，所輸送介質(zhì)的場合：如注緩蝕劑，輸送酸，堿等。流量可在0-100%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，但一般應(yīng)在30%-100%范圍內(nèi)使用，計(jì)量泵有柱塞式和隔膜式，柱塞式計(jì)量流量的精度高玉隔膜式。J型計(jì)量泵適用于輸送各種不含固體顆粒的腐蝕性和非腐蝕性介質(zhì)。

甲醇制氫工藝需要精確的投料比，故應(yīng)選用計(jì)量泵�，F(xiàn)工藝設(shè)計(jì)要求甲醇的投料量為337.826kg/h,水為285.041kg/h,現(xiàn)按工藝要求分別選擇一臺(tái)甲醇計(jì)量泵，一臺(tái)純水計(jì)量泵，一臺(tái)原料計(jì)量泵。已知條件：

1、甲醇正常投料量為337.826kg/h,溫度為25℃,密度為0.807kg/h，操作情況為泵從甲醇儲(chǔ)槽中吸入甲醇，送入與原料液儲(chǔ)槽，與水混合。

2、水的正常投料量為285.041kg/h，溫度為25℃,密度為0.997kg/h,操作情況為泵從純水儲(chǔ)槽中吸入水，送入原料液儲(chǔ)槽，與甲醇混合。

3、原料液儲(chǔ)槽出來的量為甲醇337.826kg/h,水285.041kg/h,溫度為25℃，操作情況為泵從原料液儲(chǔ)槽中吸入原料液，送入換熱器。3.11甲醇計(jì)量泵選型

工藝所需正常的體積流量為：1399.564/0.807=1734.280L/h泵的流量Q=1.05*1734.280=1820.994L/h

工藝估算所需揚(yáng)程30m,泵的揚(yáng)程H=1.1*30=33m。

折合成計(jì)量泵的壓力(泵的升壓)P=ρHg=0.807*8.81*10-3*33=0.261Mpa泵的選型，查文獻(xiàn)一，JZ-1000/0.32型計(jì)量泵的流量為1000L/h,壓力為0.32Mpa,轉(zhuǎn)速為126r/min,進(jìn)出口管徑為24mm,電機(jī)功率為1.1KW,滿足需要。3.1.2純水計(jì)量泵的選型

工藝所需正常的體積流量為：1180.882/0.997=1184.435L/h泵的流量Q=1.05*1184.435=1243.657L/h.工藝估算所需揚(yáng)程30M,泵的揚(yáng)程：H=1.1*30=33M折合成泵的壓力：P=Hρg=33*997*9.81/10=0.323Mpa

泵的選型：查文獻(xiàn)一，JZ-630/0.5型計(jì)量泵的流量為630L/h,壓力為0.5Mpa,轉(zhuǎn)速為126r/min,進(jìn)出口管徑為24mm,電機(jī)功率為1.1KW,滿足要求。3.1.3原料計(jì)量泵的選型

原料液密度：ρ=807*1/（1+1.5）+997*1.5/(1+1.5)=921kg/m

工藝所需正常的體積流量為：(1399.564+1180.882)/(0.921)=2801.79L/h泵的流量Q=1.05*2801.79=2941.88L/h

工藝估算所需的揚(yáng)程80M,泵的揚(yáng)程H=1.1*80=88M折合成泵的壓力P=ρHg=88*921*9.81/10=0.795MPa

泵的選型查文獻(xiàn)一，JD-1000/1.3型計(jì)量泵的流量為1000L/h,壓力為1.3MPa,轉(zhuǎn)速為115r/min,電機(jī)功率為2.2KW,滿足要求。3.2離心泵的選型3.2.1吸收劑循環(huán)泵

已知條件：碳酸丙烯酯吸收劑的用量為80.29m/h,溫度為40℃,密度為1100kg/m,由吸收塔出口出來經(jīng)泵送到吸收塔，選擇離心泵作為吸收劑的輸送泵。

工藝所需正常的體積流量為:80.29m/h。泵的流量Q=1.05*80.29=84.304m/h工藝估算所需的揚(yáng)程30M泵的揚(yáng)程H=1.1*30=33M

泵的選型：查文獻(xiàn)一，選用IS型單級(jí)離心泵，IS100-65-200型離心泵，流量為100m/h,揚(yáng)程為50m,轉(zhuǎn)速為2900r/min,電機(jī)功率17.9KW,滿足要求。3.2.2冷卻水泵。

已知條件：冷凝水為循環(huán)水，采用中溫型冷水塔,溫差ΔT=10℃,用水量3.19*1180.882kg/h,溫度為常溫25℃，密度為997kg/m3,在冷凝器中進(jìn)行換熱，采用B型單級(jí)離心泵。

工藝上所需正常體積流量為3.19*1180.882/997=32m/h

33333363

泵的流量：Q=1.05*32=33.6m/h工藝估算所需的揚(yáng)程30M泵的揚(yáng)程H=1.1*30=33M

泵的選型：查文獻(xiàn)一，選用B型單級(jí)離心泵BJ(B)50-40型離心泵,流量50m/h，揚(yáng)程42m,轉(zhuǎn)速2950r/min,電機(jī)功率10KW,滿足要求

錯(cuò)誤！未指定書簽。錯(cuò)誤！未指定書簽。

4.1設(shè)備布置方案

本次設(shè)備布置方案，采用設(shè)備在室外布置，具體設(shè)備布置方案和尺寸清參加設(shè)備布置圖，比例為1:100。4.2主要設(shè)備的尺寸代號(hào)V0101V0102V0103T0101T0102T0103R0101E0101E0102E0103

計(jì)量泵甲醇計(jì)量泵純水計(jì)量泵原料液計(jì)量泵

往復(fù)泵

吸收劑循環(huán)泵冷卻水循環(huán)泵

代號(hào)

JZ-1000/0.32JZ-630/0.5JD-1000/1.3

流量L/h10006301000

壓力MPa0.320.51.3

轉(zhuǎn)速r/min126126115

電機(jī)功率KW1.11.12.2電機(jī)功率17.910

名稱甲醇儲(chǔ)罐純水儲(chǔ)罐原料液儲(chǔ)罐氣化塔吸收塔解析塔轉(zhuǎn)化器預(yù)熱器過熱器冷凝器

高度mm1201*201*800660066006600

4505

直徑mm201*201*201*800201*201*500

33

代號(hào)流量L/h壓力MPa轉(zhuǎn)速r/minIS100-65-201*00652900BJ(B)50-40504029錯(cuò)誤！未指定書簽。錯(cuò)誤！未指定書簽。

5．1管子選型（確定幾種主要管道尺寸的方法如下）5.11脫鹽水管徑確定

脫鹽水流量為1180.882kg/h,密度為997kg/m,流速取2m/s,由V=Л/4*dmm

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用DN15無縫鋼管，壁厚取為2.5mm5.1.2走甲醇管的管徑確定

甲醇流量為1399.564kg/h,密度為807kg/m,流速取為2m/s.同樣由V=Л/4*d2*u=8.61mm，得d=22.3mm

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用DN25無縫鋼管，壁厚取2.5MM5.1.3原料輸送管

原料液用量為2580.446kg/h,密度為921kg/m,流速取為2m/s.則d=22.3mm根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用DN15無縫鋼管，壁厚度為2.5mm5.1.4進(jìn)入吸收塔混合氣體所需管徑尺寸確定

混合氣體質(zhì)量為2157.156kg/h,密度0.557kg/m,流速35m/s.則d==197.8mm根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用DN100無縫鋼管，壁厚度為4mm5.1.5吸收液管子尺寸

吸收液量為83.163m3/h,密度為110kg/m,流速2.5m/s.則d=10.3mm根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用DN15無縫鋼管，壁厚度為2.5mm5.1.6冷卻水管子尺寸

冷卻水為3.19*1180.882kg/h,密度為997kg/m,流速2m/s.則d==25.8mm根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選DN8-無縫鋼管，壁厚為3mm5.2主要管道工藝參數(shù)匯總一覽表

33

3333

2*

u得d=14.序號(hào)1234567891011121314151617181920212223

管道編號(hào)

DN0101-15L1BDN0102-15L1BPL0101-20L1BPL0102-20L1BPL0103-25L1BPL0104-25L1BPL0105-25L1BPG0101-225N1BPG0102-225N1BPG0103-225N1BPG0104-225N1BPG0105-225N1BH0101-100N1BPL0106-20N1BPL0107-20N1BPL0108-20N1BPG0106-80N1BR00101-125L1BR00102-125L1BR00103-125L1BR00104-125L1BCWS0101-30L1BCWR0101-30L1B管內(nèi)介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力MPa脫鹽水0.3脫鹽水0.3甲醇0.3甲醇0.3原料液0.3原料液1．6原料液1.6原料氣1.6原料氣1.6原料氣1.6原料液1.6原料氣1.6氫氣1.6碳酸丙烯1.65酯

碳酸丙烯1.65酯

碳酸丙烯1.65酯

食品二氧0．4化碳

導(dǎo)熱油0.6導(dǎo)熱油0.6導(dǎo)熱油0.6導(dǎo)熱油0.6冷卻水0.3冷卻水0.3

設(shè)計(jì)溫度℃5050505050501751752802802255050505050503203203203205050

管子規(guī)格

材料202020202020202020202020202020200Cr18Ni9Ti20202020鍍鋅管鍍鋅管

（表5-1）

以上20號(hào)鋼軍參照GB/T8163-19990Cr18Ni9Ti參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T14976鍍鋅管參照GB/T149765.3管道上閥門的選型序號(hào)12345

管道編號(hào)

DN0101-15L1BDN0102-15L1BPL0101-20L1BPL0102-20L1BPL0103-25L1B

設(shè)計(jì)壓力MPa公稱直徑DN/MM連接形式閥門型號(hào)0.315法蘭閘閥Z15W-1.0T0.315法蘭、螺紋閘閥Z15W-1.0T0.30.30.3

202025

法蘭Z20W-1.0K法蘭、螺紋Z20W-1.0K法蘭Z25W-1.0OK67891011121314PL0104-25L1BPL0106-20N1BPL0108-20N1BR00101-125L1BR00104-125L1BCWS0101-80L1BCWE0101-80L1BH0101-100N1BPG0106-80N1B1.61.651.650.60.60.30.31.60.42520201*5125808010080法蘭、螺紋法蘭、螺紋法蘭法蘭法蘭法蘭法蘭法蘭法蘭Z15W-1.0KZ15W-1.0TZ15W-1.0TZ41H-1.6CZ41H-1.6CZ15W-1.0TZ15W-1.0TZ41H-1.6CZ41H-1.6C

（表5-2）

所選閥門軍參照標(biāo)準(zhǔn)JB308-755.4管件選型

彎頭采用90°彎頭，參考文獻(xiàn)一，彎頭曲率半徑R=1.5D0,D0為外管。管件與彎頭處采用焊接連接。

管件與筒體連接處采用法蘭連接，參見標(biāo)準(zhǔn)HG20595.管法蘭、墊片，緊固件選擇參見文獻(xiàn)一，P1895.5管道布置圖

選取該區(qū)域的中上部區(qū)域來布置管線，具體管路布置清參考JQ11-032管道布置圖，所含設(shè)備有P0101,P0102,P0103,E0101,V0101

管線，支座情況清參見管道布置圖（具體定為參照參考文獻(xiàn)一）5.6管道空視圖

選取:PL0104-15L1B和PL0105-15L1B兩根管線作管道空視圖，具體請參見空視圖。5.7法蘭選型

法蘭的選用主要根據(jù)工作壓力，管子外徑等參數(shù)，現(xiàn)將主要管道法蘭列表如下：管道編號(hào)

管內(nèi)介設(shè)計(jì)壓力公稱直徑閥門公稱法蘭類型質(zhì)壓力等級(jí)

(MPa)

氧氣1.61002.5帶頸平焊原料氣1.62252.5帶頸平焊原料氣1.62254.0帶頸平焊氫氣10%1.62254.0帶頸平焊

密封面形公稱壓力等

式級(jí)(MPa)凹凸面凹凸面凹凸面凹凸面

2.52.54.04.0

H0101-100N1BPG0101-225N1BPG0102-100N1BPG0103-100N1BPG0104-100N1B二氧化1.6

碳73%

PG0105-100N1B水17%1.6PG0106-80N1B食品二0.4

氧化碳

R00101-125L1B導(dǎo)熱油0.6R00104-125L1B導(dǎo)熱油0.6PL0101-15L1B甲醇0.3PL0102-15L1B甲醇0.3PL0103-15L1B原料液0．3PL0104-15L1B原料液1．6PL0106-20N1B吸收液1.65PL0107-20N1B吸收液1.65PL0108-20N1B吸收液1.65DN0101-20L1B脫鹽水0.3DN0102-20L1B脫鹽水0.3CWS0101-80L1B冷卻水0.3CWR0101-80L1B冷卻水0.3（表5-3）

5.8筒體保溫材料一覽表序號(hào)管道編號(hào)

1DN0101-15L1B2DN0102-15L1B3PL0101-20L1B4PL0102-20L1B5PL0103-25L1B6PL0104-25L1B7PL0105-25L1B8PL0106-20L1B9PL0107-20L1B10PL0108-20L1B11PG0101-225N1B12PG0102-225N1B13PG0103-225N1B14PG0104-225N1B15PG0105-225N1B16H0101-1001B17PG0106-80N1B18R00101-125L1B19

R00102-125L1B

2254.02252.5801.61251.61251.6201.6201.6252.5252．5202.5202.5202.5151.0151.0301.030

1.0

設(shè)計(jì)溫度℃505050505050175505050175280280225505050320320帶頸平焊凹凸面4.0帶頸平焊凹凸面2.5帶頸平焊凹凸面1.6帶頸平焊凹凸面1.6帶頸平焊凹凸面1.6帶頸平焊凹凸面1.6帶頸平焊凹凸面1.6帶頸平焊凹凸面1．6帶頸平焊凹凸面2．5帶頸平焊凹凸面2.5帶頸平焊凹凸面2.5帶頸平焊凹凸面2.5帶頸平焊凸面1.0帶頸平焊凸面1.0帶頸平焊凸面1.0帶頸平焊

凸面

1.0

保溫層厚度mm保溫材料80巖棉80巖棉80巖棉80巖棉80巖棉80巖棉100巖棉80巖棉80巖棉80巖棉100巖棉100巖棉100巖棉100巖棉80巖棉80巖棉80巖棉100巖棉100巖棉20212223R00103-125L1BR00104-125L1BCWS0101-80L1BCWR0101-80L1B32032050501001008080巖棉巖棉巖棉巖棉

（表5-4）

5.9管道儀表流程圖

關(guān)于管道儀表流程圖有以下說明：

圖中，甲醇儲(chǔ)罐給水處罐、冷卻水泵，水泵均未表現(xiàn)出來。

本章補(bǔ)充說明：本章有些數(shù)據(jù)是參照本組其他同學(xué)的設(shè)計(jì)、計(jì)算數(shù)據(jù)，而關(guān)于汽化器、解析塔以及另外兩臺(tái)換熱器的相關(guān)數(shù)據(jù)通過推力假設(shè)所得。

錯(cuò)誤！未指定書簽。錯(cuò)誤！未指定書簽。

6．1選擇一個(gè)單參數(shù)自動(dòng)控制方案

本組選擇溫度作為控制系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)

選擇從E0101換熱器出來的氣體溫度作為控制系數(shù)，冷卻水的流量作為調(diào)節(jié)參數(shù)。首先從被測點(diǎn)測出的溫度通過測量元件及變送器，將所測數(shù)值與定植進(jìn)行比較，然后通過調(diào)節(jié)器讀對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行有所動(dòng)作，以用來調(diào)節(jié)冷卻水的流量，以利于換熱器出來的氣體達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的溫度值，有效的控制好氣體溫度。6．2換熱器溫度控制系統(tǒng)

錯(cuò)誤！未指定書簽。錯(cuò)誤！未指定書簽。

7.1甲醇制氫裝置的投資估算7.11單元設(shè)備價(jià)格估算

本套裝置共有儲(chǔ)罐和鍋容器4臺(tái)，分別為甲醇儲(chǔ)槽(V0102,常溫常壓)，水儲(chǔ)槽(V0103),原料液儲(chǔ)槽(V0101,常溫常壓)，導(dǎo)熱油(V0104)。

該套裝置有3臺(tái)換熱器，1臺(tái)轉(zhuǎn)化器，分別為：換熱器(E0101,P=1.5MPa).過熱器(E0102,P=1.5MPa),冷凝器(E0103,P=1.5MPa)、轉(zhuǎn)化器（R0101,P=1.5MPa）。該套裝置共有3臺(tái)它設(shè)備，分別為汽化塔，(T0101)吸收塔(T0102)解析塔(T0103)。7.12總投資估算

用系數(shù)連乘法球總投資，各系數(shù)由參考文獻(xiàn)二表3-1查的，k1=1.0559,k2

=1.2528,k3=1.0483,k4=1.0277,k5=1.0930,k6=1.0803,k7=1.3061

已知設(shè)備費(fèi)A=19.42萬元，計(jì)算結(jié)果如下設(shè)備安裝工程費(fèi)率B=k1A設(shè)備安裝費(fèi)=B-A管道工程費(fèi)率C=k2B管道工程費(fèi)=C-B電氣工程費(fèi)率D=k3C電氣工程費(fèi)=D-C儀表工程費(fèi)率E=k4D儀表工程費(fèi)=E-D建筑工程費(fèi)率F=k5E建筑工程費(fèi)=F-E裝置工程建設(shè)費(fèi)率G=k6F裝置工程建設(shè)費(fèi)=G-F總投資H=Kt．G

7.2總成本費(fèi)用的估算與分析(1)外購原材料(2)外購燃料(3)外購動(dòng)力(4)工資(5)職工福利

(6)固定資產(chǎn)折舊費(fèi)(7)修理費(fèi)(8)租貸費(fèi)(9)攤銷費(fèi)用(10)財(cái)務(wù)費(fèi)用(11)稅金(12)其他費(fèi)用

(13)固定成本與變動(dòng)成本7．3甲醇制氫項(xiàng)目的財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)7.3.1盈利能力分析7.3.2清償能力分析7.3.3盈虧平衡分析

第八章數(shù)據(jù)校核固定管板換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算殼程設(shè)計(jì)壓力2.0ps管程設(shè)計(jì)計(jì)算條件MPa設(shè)計(jì)壓力2.0設(shè)計(jì)溫度ttDiptMPa設(shè)計(jì)溫度ts295殼程圓筒內(nèi)徑Di400材料名稱C320Cmm管箱圓筒內(nèi)徑400材料名稱mm16MnR(正火)16MnR(正火)簡圖計(jì)算內(nèi)容殼程圓筒校核計(jì)算前端管箱圓筒校核計(jì)算前端管箱封頭(平蓋)校核計(jì)算后端管箱圓筒校核計(jì)算后端管箱封頭(平蓋)校核計(jì)算膨脹節(jié)校核計(jì)算開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算管板校核計(jì)算前端管箱法蘭計(jì)算窄面整體(或帶頸松式)法蘭計(jì)算

前端管箱筒體計(jì)算計(jì)算條件計(jì)算壓力Pc設(shè)計(jì)溫度t內(nèi)徑Di材料試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)s鋼板負(fù)偏差C1腐蝕裕量C2焊接接頭系數(shù)計(jì)算單位筒體簡圖MPa1.50295.00Cmm400.0016MnR(正火)(板材)MPa170.00MPa163.56MPa345.00mm0.00mm1.000.85厚度及重量計(jì)算=2[]tP=2.71cPcDi計(jì)算厚度mm有效厚度名義厚度重量壓力試驗(yàn)類型試驗(yàn)壓力值壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平T試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力校核條件校核結(jié)果e=n-C1-C2=5.00n=6.008.98mmmmKg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核液壓試驗(yàn)PT=1.25P[][]t=1.9488(或由用戶輸入)MPaMPaT0.90s=310.50T=pT.(Die)=115.78MPa2e.TT合格壓力及應(yīng)力計(jì)算[Pw]=2e[]t(Die)最大允許工作壓力設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力t校核條件結(jié)論

=2.75299=75.75MPaMPa=tPc(Die)2eMPa139.03t≥t筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度6.00mm,合格

前端管箱封頭計(jì)算計(jì)算條件計(jì)算壓力Pc設(shè)計(jì)溫度t內(nèi)徑Di曲面高度hi材料試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t鋼板負(fù)偏差C1腐蝕裕量C2焊接接頭系數(shù)橢圓封頭簡圖MPa1.50320.00Cmm400.00mm125.0016MnR(正火)(板材)MPa170.00MPa163.56mm0.00mm1.000.85厚度及重量計(jì)算K==形狀系數(shù)計(jì)算厚度有效厚度最小厚度名義厚度結(jié)論重量D12i62hi2=1.0000mmmmmmmmKgKPcDi2[]t0.5Pc=2.70e=n-C1-C2=5.00min=0.75n=6.00滿足最小厚度要求14.58壓力計(jì)算最大允許工作壓力結(jié)論[Pw]=2[]teKDi0.5e=2.76669MPa合格后端管箱筒體計(jì)算計(jì)算條件計(jì)算壓力Pc設(shè)計(jì)溫度t內(nèi)徑Di材料試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)s鋼板負(fù)偏差C1腐蝕裕量C2焊接接頭系數(shù)計(jì)算單位筒體簡圖MPa1.50295.00Cmm400.0016MnR(正火)(板材)MPa170.00MPa163.56MPa345.00mm0.00mm1.000.85厚度及重量計(jì)算=2[]tP=2.71cPcDi計(jì)算厚度mm有效厚度名義厚度重量壓力試驗(yàn)類型試驗(yàn)壓力值壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平T試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力校核條件校核結(jié)果e=n-C1-C2=5.00n=6.0029.95mmmmKg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核液壓試驗(yàn)PT=1.25P[][]t=1.9488(或由用戶輸入)MPaMPaT0.90s=310.50T=pT.(Die)=115.78MPa2e.TT合格壓力及應(yīng)力計(jì)算[Pw]=2e[]t(Die)最大允許工作壓力設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力t校核條件結(jié)論

=2.75299=75.75MPaMPat=Pc(Die)2eMPa139.03t≥t筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度6.00mm,合格

后端管箱封頭計(jì)算計(jì)算條件計(jì)算壓力Pc設(shè)計(jì)溫度t內(nèi)徑Di曲面高度hi材料試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t鋼板負(fù)偏差C1腐蝕裕量C2焊接接頭系數(shù)橢圓封頭簡圖MPa1.50295.00Cmm400.00mm125.0016MnR(正火)(板材)MPa170.00MPa163.56mm0.00mm1.000.85厚度及重量計(jì)算K==形狀系數(shù)計(jì)算厚度有效厚度最小厚度名義厚度結(jié)論重量D12i62hi2=1.0000mmmmmmmmKgKPcDi2[]t0.5Pc=2.70e=n-C1-C2=5.00min=0.75n=6.00滿足最小厚度要求14.58壓力計(jì)算最大允許工作壓力結(jié)論[Pw]=2[]teKDi0.5e=2.76669MPa合格殼程圓筒計(jì)算計(jì)算條件計(jì)算壓力Pc設(shè)計(jì)溫度t內(nèi)徑Di材料試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力t試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn)s鋼板負(fù)偏差C1腐蝕裕量C2焊接接頭系數(shù)計(jì)算單位筒體簡圖MPa1.50320.00Cmm400.0016MnR(正火)(板材)MPa170.00MPa170.00MPa345.00mm0.00mm1.000.85厚度及重量計(jì)算=2[]tP=0.17cPcDi計(jì)算厚度mm有效厚度名義厚度重量壓力試驗(yàn)類型試驗(yàn)壓力值壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平T試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力校核條件校核結(jié)果e=n-C1-C2=5.00n=6.00336.92mmmmKg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核液壓試驗(yàn)PT=1.25P[][]t=1.9488(或由用戶輸入)MPaMPaT0.90s=310.50T=pT.(Die)=7.43MPa2e.TT合格壓力及應(yīng)力計(jì)算[Pw]=2e[]t(Die)最大允許工作壓力設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力t校核條件結(jié)論

=2.86139=5.05MPaMPat=Pc(Die)2eMPa144.50t≥t筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度6.00mm,合格

U型膨脹節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算條件設(shè)計(jì)內(nèi)壓力pMP1.50a設(shè)計(jì)外壓力peMPa設(shè)計(jì)溫度t簡圖℃320.00設(shè)計(jì)要求的循環(huán)次數(shù)次0波材料16MnR(正火)紋腐蝕裕量C2Mm1.00MP管170.00t許用應(yīng)力a直常溫下彈性模量Eb2.058e+05MPa邊設(shè)計(jì)溫度下彈性模量2.052e+05MPEaMP段337.50設(shè)計(jì)溫度下屈服點(diǎn)saMP上限操作溫度下彈性模量下限操作溫度下彈性模量EbcaEbH幾何尺寸直邊段與波紋內(nèi)徑Db=500.00mm波長W=200.00直邊段長度L4=20.00mm波紋管層數(shù)m=1波高h(yuǎn)=120.00mm波數(shù)n=8mm成型前一層有效厚度Se=5.00成型前一層名義厚度S=6.00mm加強(qiáng)圈有效厚度Sc=波紋管直邊段平均直徑Db+mS=506.00mm加強(qiáng)圈彈性模量Ec=加強(qiáng)圈平均直徑DC=Db+2mS+SC=加強(qiáng)圈材料加強(qiáng)圈長度LC=波紋管平均直徑DmDm=D0"+h=632.00tbMPammmmmmMPammmm成型后波紋管一層最小有效厚度SPDbSPDm12Se5.00mm系數(shù)計(jì)算系數(shù)k疲勞壽命的溫度修正系數(shù)Tf修正系數(shù)系數(shù)系數(shù)系數(shù)kL415.Db.S0.24（當(dāng)k時(shí)，取k）11TfEbcEbHWDmSP室溫條件下Tf=1橫坐標(biāo)值2h0.83按W,按W,按W,W2h2.2DmSpW2h2.2DmSpW右端縱坐標(biāo)曲線值2.21.71查圖6-2得：Cp0.35查圖6-3得：Cf0.48查圖6-4得：Cd1.46W2h2.2DmSp剛度及位移計(jì)算一個(gè)波軸向鋼度K總體軸向剛度軸向力FtSCmDEp257679.61K1.7mbChf3N/mmN/mmK28839.81KnnF=152940.99N一個(gè)波的軸向位e=F/K=2.65移mm應(yīng)力計(jì)算直邊段周向內(nèi)薄膜應(yīng)力z加強(qiáng)圈周向壓薄膜應(yīng)力c應(yīng)波紋管周向力薄膜應(yīng)力1波紋管經(jīng)向薄膜應(yīng)力2波紋管經(jīng)向彎曲應(yīng)力32tpDLEk04b1.03ztt2(mSELDSkELD)b40cccc許用值t170.00170.00tMPaMPa2tpDLEkcccctt2(mSELDSkELD)b40cccc1pD13.57m2mS0.5712h/Wpt170.00t170.00MPa2ph1.202mSpMPaMPaMPaph3Cp9.962mSp2ESCb(p2)e2軸波紋管經(jīng)向向薄膜應(yīng)力4位波紋管經(jīng)向移彎曲應(yīng)力5組計(jì)算p42hCf311.9055E(SC)e259.89bp223hCdt1.5sMPaMPaMPa11.16p23271.78d450.7Rpd279.59506.25合計(jì)算d應(yīng)計(jì)算所有組力合最大值R2st675.00MPa疲勞壽命校核t對(duì)于奧氏體不銹鋼膨脹節(jié),當(dāng)R2s時(shí),需要進(jìn)行疲勞校核疲勞破壞時(shí)的循環(huán)次數(shù)N疲勞壽命安全系數(shù)nf許用循環(huán)次數(shù)N校核條件平面失穩(wěn)應(yīng)力

12820N370TfR34.nfNNnf(按GB151－1999，nf15)設(shè)計(jì)要求的操作循環(huán)次數(shù)N2t14.mSPs=1.88ps2hCPMPaP

延長部分兼作法蘭固定式管板設(shè)計(jì)計(jì)算條件設(shè)計(jì)壓力ps設(shè)計(jì)溫度Ts平均金屬溫度ts裝配溫度t0設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力[]t簡圖殼材料名稱程平均金屬溫度下彈性模量Es圓筒管箱平均金屬溫度下熱膨脹系數(shù)sMPa2.0C320280C15C16MnR(正火)Mpa1702.058e+0Mpa51.094e-0mm/mm5C殼程圓筒內(nèi)徑Di殼程圓筒名義厚度s500652.052e+052mmmmmmMPamm2mm2MPa殼程圓筒有效厚度se殼體法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Ef"殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積A=0.25Di殼程圓筒金屬橫截面積As=s(Di+s)設(shè)計(jì)壓力pt設(shè)計(jì)溫度Tt1.963e+0579331.5200C圓材料名稱筒換設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Eh管箱圓筒名義厚度(管箱為高頸法蘭取法蘭頸部大小端平均值)h管箱圓筒有效厚度he管箱法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Ef"材料名稱管子平均溫度tt設(shè)計(jì)溫度下管子材料許用應(yīng)力tt16MnR(正火)MPa1.932e+0517161.932e+0520g(正火)132117186.81.846e+051.897e+051.175e-05252mmmmMPaCMPaMPaMPaMPa設(shè)計(jì)溫度下管子材料屈服應(yīng)力s熱設(shè)計(jì)溫度下管子材料彈性模量na/Al平均金屬溫度下管子材料彈性模量Et平均金屬溫度下管子材料熱膨脹系數(shù)tmm/mmC管管子外徑dmmmm管子根數(shù)n換熱管中心距S換熱管長度L管子有效長度(兩管板內(nèi)側(cè)間距)L管束模數(shù)Kt=(d)換一根管子金屬橫截面積attC10432144.5201*190020448.1621900139.7539.13.135mmmm2mmmmMPammmmMPaMPa22管子回轉(zhuǎn)半徑i0.25d(d2t)熱管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度管t系數(shù)Cr=2Ett/s比值lcri2管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力(Clcr)[]=Etr2(lcri)2itl管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力(Crcr)[]=s1lcrii22Cr管材料名稱設(shè)計(jì)溫度tp設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力rt16MnR(正火)200C144.51.932e+0525046300.40.42.756焊接3.558.51MPaMPammmmmmmm2mmMPaMPa設(shè)計(jì)溫度下彈性模量Ep管板腐蝕裕量C2管板輸入厚度n管板計(jì)算厚度隔板槽面積(包括拉桿和假管區(qū)面積)Ad板管板強(qiáng)度削弱系數(shù)

管板剛度削弱系數(shù)管子加強(qiáng)系數(shù)D2K1.318iEnaE/pLtK管板和管子連接型式管板和管子脹接(焊接)高度l脹接許用拉脫應(yīng)力[q]焊接許用拉脫應(yīng)力[q]管材料名稱管箱法蘭厚度f"法蘭外徑Df16MnR(正火)mm386402.14e+071.795e+07700.0320.0760.000.006061111.5mmNmmNmmmmMPa箱基本法蘭力矩Mmp管程壓力操作工況下法蘭力M法蘭寬度b(DD)/2ffi法比值h/Di比值f"/Di系數(shù)C"(按h/Di,”f/Di,查圖25)蘭系數(shù)”(按h/Di,”f/Di,查圖26)"21""旋轉(zhuǎn)剛度KfE]f[h12DbDifi"2Efbf3殼體蘭材料名稱殼體法蘭厚度f法蘭外徑Df法蘭寬度b(DD)/2ffi16MnR(正火)mm50640700.010.10.000.000714445.86mmmmMPa比值s/Di系數(shù)C,按h/Di,f”/Di,查圖25系數(shù),按h/Di,f”/Di,查圖26"21f"旋轉(zhuǎn)剛度K[E"]fsi12DbifD"2Efbf3法比值f"/Di法蘭外徑與內(nèi)徑之比KDDfi旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù)膨脹節(jié)總體軸向剛度Kf1.28殼體法蘭應(yīng)力系數(shù)Y(按K查表9-5)8.005KE2crN/mm~f4Kt0.017622.884e+管板第一彎矩系數(shù)(按K,Kf查圖27)m1~~0.2201*.5311.7422.75438.1931.180.00099990.031580.3582mm2系系數(shù)m1KKf~系數(shù)(按KtKf查圖29)G2換熱管束與不帶膨脹節(jié)殼體剛度之比QEtnaEsAs數(shù)換熱管束與帶膨脹節(jié)殼體剛度之比Ena(EAKL)ssexQtexEAKLssex管板第二彎矩系數(shù)(按K,Q或Qex查圖28(a)或(b))m2系數(shù)（帶膨脹節(jié)時(shí)Qex代替Q）M1m12K(QG2)計(jì)系數(shù)(按K,Q或Qex查圖30)G3算法蘭力矩折減系數(shù)KKG)f(f3管板邊緣力矩變化系數(shù)~~~2E/tt~ts1.30.53451.158e+051.455e+05""法蘭力矩變化系數(shù)MMKKfffA-0.25nd2管管板開孔后面積Al板管板布管區(qū)面積參(三角形布管)(正方形布管)數(shù)mm22A0.866nSAtd2AnSAtd管板布管區(qū)當(dāng)量直徑DAt4t/430.40.590.20464.21866.220.86070.3838mm系數(shù)Al/A系系數(shù)na/Al計(jì)系數(shù)(帶膨脹節(jié)時(shí)Qex代替Q)

數(shù)系數(shù)0.40.6(1Q)/sDtt/Di0.4(1)(0.6Q)/t算管板布管區(qū)當(dāng)量直徑與殼體內(nèi)徑之比管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度k=K(1t)換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差僅有殼程壓力Ps作用下的危險(xiǎn)組合工況(Pt=0)不計(jì)溫差應(yīng)力計(jì)溫差應(yīng)力

s0.00.0012殼"f體法~蘭應(yīng)力Di2YM(")wsPa4f熱49.011.5tr216.739.27-0.88853tr433.43ttMPa換管軸向應(yīng)力GQ12PPtcaQG28.237tt117cr3.135tcMPa351.1cr3.1353ct(1)殼程圓筒軸向應(yīng)力APcaAQGs(2)0.76754.3318.840.4671MPa換熱管與管板連接拉脫應(yīng)力q=tadl144.5[q]58.51433.53[q]焊接MPa[q]脹接175.5僅有管程壓力Pt作用下的危險(xiǎn)組合工況(Ps=0)換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差不計(jì)溫差應(yīng)力計(jì)溫差應(yīng)力0.00.0012管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)管板布管區(qū)周邊處剪切應(yīng)力系數(shù)r=3~m(1)4K(QG2)-0.001504-0.004443=1~14QG20.0061720.006086殼體法蘭力矩系數(shù)管板~MMMwsp1~~-0.002117計(jì)算值許用值-0.003211計(jì)算值許用值MPa徑向應(yīng)2DirPra力88.671.5tr216.71.5mm1m1266.7552.22-4.2163tr433.43tr433.41.5tr216.73tr433.43tt管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力~"DPkk2a)ri1(2mm2m"r256.65-8.461MPa216.70.5tr72.241.5tr216.7管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力~DPapptMPaDi2"殼體法蘭應(yīng)力YM()wsP~f78.0259.88.44MPaMPa4a"f換熱管軸向應(yīng)力GQ12PPtcaQG218.92tt117cr3.135tc351.1cr3.1353ct殼程圓筒軸向應(yīng)力1.311A(1)PP]c[taAs(QG2)19.28MPa換熱管與管板連接拉脫應(yīng)力q=tadl9.945計(jì)算結(jié)果管板名義厚度n144.5[q]58.5150mm433.53[q]焊接[q]脹接4.437175.5管板校核通過MPa

前端管箱法蘭計(jì)算設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)壓力p計(jì)算壓力pc設(shè)計(jì)溫度t軸向外載荷F外力矩M殼材料名稱體許用應(yīng)力法材料名稱許用[]f材料名稱應(yīng)力[]tb螺栓根徑d1數(shù)量nDiDbLe蘭應(yīng)力[]tf螺許用[]b栓公稱直徑dB[]tnMPaMPaCNN.mmMPaMPaMPaMPaMPammmm個(gè)DoD外LAN1a,1b640.0544.028.020.0D內(nèi)hmb504.025.03.508.00簡圖1.5001.500200.00.00.016MnR(正火)163.616MnR(正火)157.0144.540Cr196.0163.620.017.324500.0600.020.0軟墊片墊結(jié)構(gòu)尺寸mm材料類型壓緊面形狀δ0δ1yDG12.022.044.8528.0片b0≤6.4mmb=b0b0>6.4mmb=2.53b0b0≤6.4mmDG=(D外+D內(nèi))/2b0>6.4mmDG=D外-2b螺栓受力計(jì)算Wa=πbDGy=594540.0NNmm2mm2預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷Wa操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷Wp所需螺栓總截面積Am實(shí)際使用螺栓總截面積AbWp=Fp+F=467778.3Am=max(Ap,Aa)=3033.4nd12Ab=4=5637.6力矩計(jì)算FD=0.785Di2pc操=294375.0FG=Fp作=139274.8FT=F-FDMp=33891.8NNNLD=LA+0.5δ1=39.0LG=0.5(Db-DG)=36.0mmmmMD=FDLD=11480625.0MG=FGLG=5013968.5MT=FTLT=1457356.4N.mmN.mmN.mmN.mm=N.mmLT=0.5(LA+1+LG)mm=43.0外壓:Mp=FD(LD-LG)+FT(LT-LG);內(nèi)壓:Mp=MD+MG+MTMp=17951950.0NLG=36.0mmMa=WLG30591524.0預(yù)W=849751.6緊Ma計(jì)算力矩Mo=Mp與t[][]Moff中大者M(jìn)o=28151996.0N.mm螺栓間距校核實(shí)際間距最小間距最大間距DbLnLminLmaxmm=78.546.0(查GB150-98表9-3)97.0K=Do/DI=1.2801.810mmmm形狀常數(shù)確定h0Di077.46由K查表9-5得整體法蘭松式法蘭查圖9-7由1h/ho=0.3Z=4.133T=1.806Y=8.005VI=0.30827VL=0.00000U=8.797eFhI0eFhL0查圖9-3和圖9-4FI=0.86670查圖9-5和圖9-6FL=0.00000f=1.643270.011190.000000得U2U2h00d1h003VIVLf整體松式d10.2法蘭=法蘭=0.0318301.2d1=ψ=δ=1.43fe+1==/T0.79計(jì)算值4e11.573f許用值MPaMPa0.81n

=0.96結(jié)論剪應(yīng)力校核預(yù)緊狀態(tài)1WDil0.00Wp操作狀態(tài)2Dil0.00t20.8n輸入法蘭厚度δf=38.0mm時(shí),法蘭應(yīng)力校核應(yīng)力性質(zhì)軸向應(yīng)力徑向應(yīng)力切向應(yīng)力0T2ZRfDi計(jì)算值許用值15.[]tf=216.7或25.[]tn=408.9(按整體法蘭設(shè)計(jì).[]n)的任意式法蘭,取15t結(jié)論MYMPa校核合格198.80RM02fDi63.54MPa[]tf=144.5校核合格MY0ZT2R49.54DfiMPa[]tf=144.5校核合格0.5(),0.5())綜合max(HRHT=MPa應(yīng)力131.17[]tf=144.5校核合格校核合格法蘭校核結(jié)果窄面整體(或帶頸松式)法蘭計(jì)算設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)壓力p計(jì)算壓力pc設(shè)計(jì)溫度t軸向外載荷F外力矩M殼材料名稱體許用應(yīng)力法材料名稱許用[]f材料名稱應(yīng)力[]tb螺栓根徑d1數(shù)量nDiDbLe蘭應(yīng)力[]tf螺許用[]b栓公稱直徑dB[]tnMPaMPaCNN.mmMPaMPaMPaMPaMPammmm個(gè)DoD外LAN1a,1b640.0544.028.020.0D內(nèi)hmb504.025.03.508.00簡圖1.5001.500200.00.00.016MnR(正火)163.616MnR(正火)157.0144.540Cr196.0163.620.017.324500.0600.020.0軟墊片墊結(jié)構(gòu)尺寸mm材料類型壓緊面形狀δ0δ1yDG12.022.044.8528.0片b0≤6.4mmb=b0b0>6.4mmb=2.53b0b0≤6.4mmDG=(D外+D內(nèi))/2b0>6.4mmDG=D外-2b螺栓受力計(jì)算Wa=πbDGy=594540.0NNmm2mm2預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷Wa操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷Wp所需螺栓總截面積Am實(shí)際使用螺栓總截面積AbWp=Fp+F=467778.3Am=max(Ap,Aa)=3033.4nd12Ab=4=5637.6力矩計(jì)算FD=0.785Di2pc操=294375.0FG=Fp作=139274.8FT=F-FDMp=33891.8NNNLD=LA+0.5δ1=39.0LG=0.5(Db-DG)=36.0mmmmMD=FDLD=11480625.0MG=FGLG=5013968.5MT=FTLT=1457356.4N.mmN.mmN.mmN.mm=N.mmLT=0.5(LA+1+LG)mm=43.0外壓:Mp=FD(LD-LG)+FT(LT-LG);內(nèi)壓:Mp=MD+MG+MTMp=17951950.0NLG=36.0mmMa=WLG30591524.0預(yù)W=849751.6緊Ma計(jì)算力矩Mo=Mp與t[][]Moff中大者M(jìn)o=28151996.0N.mm螺栓間距校核實(shí)際間距最小間距最大間距DbLnLminLmaxmm=78.546.0(查GB150-98表9-3)97.0K=Do/DI=1.2801.810mmmm形狀常數(shù)確定h0Di077.46由K查表9-5得整體法蘭松式法蘭查圖9-7由1h/ho=0.3Z=4.133T=1.806Y=8.005VI=0.30827VL=0.00000U=8.797eFhI0eFhL0查圖9-3和圖9-4FI=0.86670查圖9-5和圖9-6FL=0.00000f=1.643270.011190.000000得U2U2h00d1h003VIVLf整體松式d10.2法蘭=法蘭=0.0318301.2d1=ψ=δ=1.43fe+1==/T0.79計(jì)算值4e11.573f許用值MPaMPa0.81n

=0.96結(jié)論剪應(yīng)力校核預(yù)緊狀態(tài)1WDil0.00Wp操作狀態(tài)2Dil0.00t20.8n輸入法蘭厚度δf=38.0mm時(shí),法蘭應(yīng)力校核應(yīng)力性質(zhì)軸向應(yīng)力徑向應(yīng)力切向應(yīng)力0T2ZRfDi計(jì)算值許用值15.[]tf=216.7或25.[]tn=408.9(按整體法蘭設(shè)計(jì).[]n)的任意式法蘭,取15t結(jié)論MYMPa校核合格198.80RM02fDi63.54MPa[]tf=144.5校核合格MY0ZT2R49.54DfiMPa[]tf=144.5校核合格0.5(),0.5())綜合max(HRHT=MPa應(yīng)力131.17[]tf=144.5校核合格校核合格法蘭校核結(jié)果

課程設(shè)計(jì)總結(jié)：

通過為期一個(gè)月的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多專業(yè)方面的知識(shí)，如過熱器的設(shè)計(jì)過程及步驟。更重要的是讓我體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)合作的價(jià)值，自己的設(shè)計(jì)部分的好壞直接會(huì)影響到別人的進(jìn)度和質(zhì)量。當(dāng)然，我也有很多不足的地方，例如：圖中有些線形沒有統(tǒng)一。錯(cuò)誤！未指定書簽。：

在完成這次課程設(shè)計(jì)中，我非常感謝各位指導(dǎo)老師細(xì)心的輔導(dǎo)，以及本組同學(xué)的熱情幫助。

錯(cuò)誤！未指定書簽。

1.黃振仁，魏新利。《過程裝備成套技術(shù)設(shè)計(jì)指南（M）》。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，201*

2.黃振仁，魏新利。《過程裝備成套技術(shù)（M）》。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，201*3.時(shí)鈞等�；瘜W(xué)工程手冊（1.化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)）（M）。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19894.GB150-1998《鋼制壓力容器》

5.JB/T4700-4707-201*《壓力容器法蘭》

6.HG20592-20635-201*《鋼制管蘭、墊片、緊固件》7.JB/T4712.1-201*《鞍式支座》

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