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论文案例大全-12吨小时氯化钠废水处理系统

2021-03-26 09:59:07

  随着国家的迅猛发展,产生的废水越来越多,其中高盐废水处理是尤为重要的。其中MVR技术是当前最为有效处理高盐废水的方法之一,本毕业设计提出设计一台I降膜蒸发器,主要设计内容如下:

  (1)Ι降膜蒸发器的工艺设计:①管程原料蒸发总量为3272.73 kg/h、壳程蒸汽消耗量为及传热对数平均温差的计算与确定;②初步确定I降膜蒸发器蒸发器的结构,计算出管程传热系数为、壳程传热系数为及总传热系数为;③计算得出总传热系数为;④根据参数计算得出管程压力降为、壳程压力降为,对于液体而言,压力降在10~100 KPa符合标准。

  (2)Ι降膜蒸发器的结构设计:降膜蒸发器的材料选择、具体零部件的选择及设计、以及主要受压元件的强度校核。

  (3)用CAD绘制出I降膜蒸发器的装配图以及若干关键零部件(总量少于3张A1)。

  :相较于以前的多效蒸发技术,采用MVR蒸发技术去处理高盐废水,能够更加的节省能源,保障经济效益。

  1.1课题研究的意义

  改革开放以来,我国的发展非常迅速,当然在当前的前景下,我国废水处理技术就必须能够跟的上时代发展。目前高盐废水处理是一个世界性难题,由于我国在工业生产过程中各类生产项目的推行,导致了我国每年所排放废水已经超过了3亿立方米,这样所产生的副产物高盐危害非常巨大。并且在工业生产过程中如没有有效处理好产生的废水,就会造成水资源的浪费,也会让我们赖以生存的环境遭到破坏。因此需要我们在废水处理方面有更加有效的研究。

  根据生产过程的不同,产生的废水会有很大的差异,其中的高盐废水主要是指:在废水中含有的有机物成份比例多于3.5%的。高含盐废水主要来源包括以下几个方面:一是在沿海城市,由于水资源匮乏,选择海水作为工业水源,因此其废水中有机物含量较高。二是对环境污染较为严重的造纸、石油、印染制药等化工企业,他们在生产过程中排放出的工业生产废水,通常是含盐量较高的有机废水。三是废水处理过程会加入一定的水处理剂,水处理剂会使水中的污染物含量较高,也会使其中所含的有机物种类和化学性质存在不同[1]。

  1.2国内外研究现状

  1.2.1.废水的处理方法

  (1)物理处理方法

  物理处理方法是根据废水中污染组分的物理特性与水的差异,通过物理或机械,来改变物质结构或能量从而实现污染组分的分离。

  物理处理方法的优点:在处理过程中不改变物质的化学性质、设备操作简单方便、设备运行费用低、分离效果良好。

  物理处理方法的缺点:仅仅能除去水中的固体悬浮物和漂浮物,物理法不能对水中的溶解性杂质有效去除。

  (2)化学处理方法

  化学处理方法是根据废水中污染组分的化学特性,通过外加物质和能量,使废水中的污染组分发生化学反应从而除去,包括投加药剂法、电化学法和光化学法三大类。

  化学处理方法的优点:去除效果相对较好,被广泛用于复杂废水的深度处理与回用领域。

  化学处理方法的缺点:流程较为复杂、工艺路线太长、设备投资与运行费用也较高。

  (3)生物处理方法

  生物处理方法是根据废水中有机污染组分的特性,通过微生物的生理代谢活动去降解废水中的有机污染物。

  生物处理方法的优点:条件温和、运行要求低、设备投资小。

  生物处理方法的缺点:耗费时间较长、占地面积较大、对环境的要求太高。

  (4)废水处理工艺

  废水处理是在市政废水排入水体前对其采用多种方法进行相应的处理,最终达到排放标准[2]。

  1.2.2.MVR技术研究进展

  MVR技术是机械蒸汽再压缩,是借助蒸发过程中的二次蒸汽形成的潜热,从而进一步达到缩减蒸发浓缩能源损耗的作用。

  MVR技术优势:运行稳定、公用工程配套少、占地空间小、运行费用与操作成本相对较低、蒸发相对温和[3]。

  MVR技术在海水淡化中的应用研究[4]一文提出了MVR的海水淡化工艺,他们的研究成果表明设备出水水质可以达到生活饮用水的标准。同时,他们对生产过程中广泛应用的三种海水淡化技术进行了单位成本、优缺点的对比分析,MVR的海水淡化工艺节能性显著。因此,MVR技术在未来海水淡化工程的高速发展中将拥有广阔的市场前景。

  MVR技术也是最有效的废水处理方法,高盐废水主要含有的成分是硝酸铵,它的结合物可以通过过滤提纯、MVR技术做实际回收处理,再通过技术处理就可以生成浓缩液,可以给植物当作化肥使用,其中的淡水部分,还可以用在各类工厂的植物灌溉以及厕所冲洗,整体效益是非常显著的[5]。

  MVR蒸发器领域中发展前景较好的企业有:国外有美国GE,德国GEA和Messo公司,但价格十分昂贵;国内有广州市心德实业有限公司,江苏乐科节能科技股份有限公司,常州中源工程技术有限公司等。

  1.2.3.降膜蒸发器研究进展

  降膜蒸发器是目前使用最多的蒸发器,其特点主要是蒸发速率快、物料在设备中停留时间短、节能效果显著。在各个领域降膜蒸发器都有着非常广泛的应用,尤其适合热敏性物料的蒸发浓缩,热敏性物料在加热蒸发过程中,物料中的有益元素能够有效地被保护并生产出来。作为节能技术的热压缩装置即热泵在降膜式蒸发器中获得了广泛的应用并产生了良好的经济效益及社会效益[6]。

  1.3课题背景及主要研究内容

  1.3.1项目背景

  高盐废水一直是废水处理中的难题,在石化、食品、医药等行业中都大量存在。目前各国主要采取多效蒸发技术处理高盐废水,这种方法的缺点就是是成本太高,不适合大范围的推广及使用。MVR技术是现在最新的蒸发技术,其工作原理是:利用压缩机把原料液蒸发过程中的产生的二次蒸汽进行压缩,使温度提高,热焓增大,作为蒸发器的热源替代鲜蒸汽对原料液进行加热,系统利用自身的热源进行蒸发操作,对企业的节能减排有着非常重要的作用。

  1.3.2主要研究内容

  1.3.1.了解国内外高盐废水的处理情况;

  1.3.2.蒸发器的热力设计计算,包括:

  (1)Ι降膜蒸发器的工艺设计:①热平衡计算:管程原料蒸发总量为3272.73 kg/h、壳程蒸汽消耗量为及传热对数平均温差的计算与确定;②总传热系数的计算:初步确定I降膜蒸发器蒸发器的结构,计算出管程传热系数为、壳程传热系数为及总传热系数为;③总传热面积的确定:计算得出总传热系数为;④流动阻力计算:根据参数计算得出管程压力降为、壳程压力降为,对于液体而言,压力降在10~100 KPa符合标准。

  (2)Ι降膜蒸发器的结构设计:降膜蒸发器的材料选择、具体零部件的选择及设计、以及主要受压元件的强度校核。

  (3)用CAD绘制出I降膜蒸发器的装配图以及若干关键零部件(总量少于3张A1)。

  2Ⅰ效降膜蒸发器工艺设计

  2.1原始设计数据

  某企业的废水是典型的高含盐废水,采用机械蒸汽再压缩成套系统进行废水处理,本设计针对系统中的I降膜蒸发器进行设计,原始设计数据如下表2.1:

  表2.1原始设计数据

  参数数据

  12000

  8

  78

  11

  73

  73

  78

  2.2各物料物性参数

  (1)由壳程的冷凝水出口温度和壳程蒸汽进口温度可得出壳程饱和蒸汽的定性温度为:

  (2.1)

  (2)由管程进料、出料温度可得出管程的加热定性温度为:

  (2.2)

  (3)壳程的物性参数:

  以下数据在《化学化工物性数据手册》[15]可以查出:

  表2.2壳程的物性参数

  参数名称数据

  饱和蒸汽的定性温度℃

  密度kg/m3

  粘度kg/(m?s)

  二次蒸汽密度kg/m3

  比热容kJ/(kg?℃)

  导热系数W/(m?℃)

  普朗特数

  汽化潜热kJ/kg

  (4)管程的物性参数:

  以下数据在《化学化工物性数据手册》[15]可以查出:

  表2.3管程的物性参数

  参数名称数据

  加热定性温度℃

  密度kg/m3

  粘度kg/(m?s)

  比热容kJ/(kg?℃)

  导热系数W/(m?℃)0.554

  普朗特数

  汽化潜热kJ/kg 2354.3

  比容kJ/(kg K)

  2.3降膜蒸发器蒸发过程计算

  2.3.1物料衡算

  根据《降膜式蒸发器设计及应用》[6]P65按下式进行热量衡算:

  (2.3)

  式中:W?蒸发总量,kg/h;

  F?进料总量,F=12000kg/h;

  X0?进料浓度,X0=8%;

  X1?完成液浓度,X1=11%。

  代入式(2.3)得kg/h

  2.3.2热量衡算:

  热量衡算根据《化工原理》[17]P317可知下列计算过程:

  (2.4)

  因此加热蒸汽用量用以下公式计算:

  (2.5)

  式中:

  设该蒸发器的热损失,根据壳程二次蒸汽的温度:,壳程冷凝水的温度,壳程加热蒸汽的温度为:。查得饱和水蒸气及饱和水性质表得:

  代入公式(2.5)可得:。

  2.3.3传热面积估算

  根据《热交换器原理与设计》P66按下式进行传热面积估算:

  (2.6)

  式中:—初选传热系数;

  —有效平均温差;

  Q—传热量。

  (1)传热量:

  KJ/h=614303W(2.7)

  (2)有效平均温差:

  (2.8)

  式中:T—加热蒸汽温度,78℃;

  t—溶液的沸点,73℃。

  代入公式(2.8)可得出:。

  (4)由《化工原理》[17]可查表得到降膜蒸发器的总传热系数K值在

  1200~3500 W/m2.k。

  则传热系数可取1300W/m2.k;

  最终,将数据代入公式可得出:m2。

  2.4蒸发器结构尺寸

  2.4.1换热管分布

  根据《降膜式蒸发器设计及应用》[6]P29可取冷拔无缝不锈钢管作为降膜管,尺寸规格可以选择。管子耐水压不能够低于0.4Mpa。管内壁采用内表面抛光技术,达到减少产生污垢的速度。

  (1)加热管数:

  (2.9)

  式中:—传热面积,94.5m;

  —换热管直径,38mm;

  L—换热管长度,6000mm。

  代入公式(2.9)可得出加热管数n=131.9,取加热管数目为132根。

  (2)加热管排列方式:

  本设计建议加热管内选择等边三角形排列。

  2.4.2加热室内径

  (1)管束中心线上的管数:

  根(2.10)

  (2)换热管中心距s:

  查《降膜式蒸发器设计及应用》[6]P29表2-1如下表2.5所示,可以得到换热管的中心距为:s=48mm。

  表2.5常见的降膜管的外径对应的中心距mm

  换热管的外径10 12 14 15 19 20 22 25 30 32 35 38 45 50 55 57

  降膜管中心距s 13~14 16 19 22 25 26 28 32 38 40 44 48 57 65 70 77

  (3)换热管中心线的最外层管圆心距离壳体内壁的距离d1:

  (2.11)

  (4)换热管的最大布管圆直径Dotl:

  (2.12)

  (5)加热室内径为:

  由《化工原理》[17]P288可知的计算公式为:

  (2.13)

  圆整取值加热室的内径取800 mm。

  (6)画CAD图可得出换热管的实际根数为142根,如下图2.1所示:

  图2.1加热室布管图

  因此,估算换热面积:

  (2.14)

  2.4.3分离室直径与高度的确定

  根据《降膜式蒸发器设计及应用》[6]P37可计算出分离器直径与高度。

  (1)分离室的直径计算:

  (2.15)

  式中:W—二次蒸汽量,kg/h;

  —蒸汽比体积,根据二次蒸汽温度78℃可查表得;

  —自由截面的二次蒸汽流速,m/s,=2.5 m/s。

  可计算出,圆整取值1600mm。

  (2)分离室高度:

  (2.16)

  式中:—,,

  这里取1.5。

  则分离器的有效高度。

  2.5总传热系数的核算

  2.5.1管程换热系数

  根据《热交换器原理及设计》P88可知按下列步骤计算:

  (1)回流量估算:

  (2.17)

  (2)管程的流体流量计算得出:

  (2.18)

  (3)因此雷诺数为:

  (2.19)

  式中:Re—雷诺数;

  —管程流体密度,;

  —流速,选2m/s;

  —粘度,。

  可求出管程雷诺数。

  (4)管程换热系数:

  (2.20)

  2.5.2壳程换热系数

  根据《化工原理》[17]P189水平圆管外的冷凝给热系数可知:

  假设壁温

  (2.21)

  式中:—冷凝水密度,965.24kg/m3;

  —冷凝水热导率,;

  —液膜两侧的温差,3℃;

  —粘度,0.001112 kg/(m?s);

  —重力加速度,取10m/s2。

  2.5.3总传热系数的核算

  (1)取管程和壳程的污垢热阻:

  查《热交换器原理及设计》附录E得到:

  (2)总传热系数:

  (2.22)

  因此

  计算得出。

  (3)传热面积:

  (2.23)

  (4)传热面积之比:

  (2.24)

  由于《热交换器原理及设计》要求面积裕度在20%~30%,则计算余量为22.9%可以满足设计要求。

  (5)K余量:

  (2.25)

  根据《过程设备设计》P257可知,余量范围应控制在10~30%。

  因此K余量为14.3%满足要求

  (6)壁温核算:

  (2.26)

  与原假定值相差0.2℃。

  2.6压力降计算

  2.6.1管程压力降

  根据《热交换器原理及设计》P69可知:

  管壳式热交换器的管程部分阻力包括沿程阻力、回弯阻力及进出口连接管的阻力三部分,因此:

  (2.27)

  式中:

  (1)沿程阻力,可用下式计算:

  (2.28)

  式中:

  代入式(2.28)中可得。

  (2)回弯阻力,可用下式计算:

  (2.29)

  式中:

  (3)进出口连续管阻力,可用下式计算:

  (2.30)

  (4)管程压力降:

  (2.31)

  压力降范围在10~100 KPa的液体满足设计要求。

  2.6.2壳程压力降

  根据《换热器设计手册》P81可知下列计算公式:

  (1)雷诺数计算:

  (3.32)

  (2)理想管束摩擦系数:

  根据《热交换器原理及设计》P71表2.37可查出;

  (3)理想缺口阻力:

  (2.33)

  (4)折流板数目:

  (2.34)

  式中:—折流板间距,根据GB/T151-2014《热交换器》[14]P31,两块折流板之间的距离不可以小于壳体内径的0.2倍,所以可取1.2m。

  (5)流通截面积:

  (2.35)

  (6)流速:

  (2.36)

  (7)理想错流段阻力:

  (2.37)

  式中:F—管子三角形排列,所以F取0.5;

  代入数据可得。

  (8)理想缺口阻力:

  (2.38)

  代入数据可得。

  (9)壳程总压力降:

  (2.39)

  式中:—管子排列方式对压强降的校正因数,取1;

  —串联管程数,取1根。

  压力降范围在10~100 KPa的液体满足设计要求。

  2.7接管尺寸

  2.7.1加热室接管尺寸

  由《化工原理》[17]P289可知接管计算公式如下:

  (2.40)

  式中:—体积流量,。

  —流速,取m/s。

  (1)料液进出口的接管内径:

  根据《化工原理》[17],可取流速;

  体积流量:

  ;

  料液进出口的接管内径:

  查GB/T 17395-2008 P4表(1)续,选择规格的无缝钢管。

  (2)加热室中的蒸汽进口的接管内径:

  取流速;

  体积流量:

  ;

  加热蒸汽进口的接管内径:

  查GB/T 17395-2008 P12表(1)续,选择规格的无缝钢管。

  (3)冷凝水出口接管:

  体积流量:

  ;

  根据《化工原理》[17],可取流速;

  冷凝水出口的接管内径:

  查GB/T 17395-2008 P2表(1)续,选择规格的无缝钢管。

  2.7.2分离室接管尺寸

  (1)二次蒸汽出口的接管内径:

  体积流量:

  ;

  根据《化工原理》[17],可取流速;

  冷凝水出口的接管内径:

  查GB/T 17395-2008 P11表(1)续,选择规格的无缝钢管。

  (2)分离室进口的接管内径:

  体积流量:

  ;

  根据《化工原理》[17],可取流速;

  冷凝水出口的接管内径:

  查GB/T 17395-2008 P8表(1)续,选择规格的无缝钢管。

  (3)出料管的接管内径:

  出料流量:

  (2.41)

  废水密度:1086

  根据《化工原理》[17],可取流速;

  体积流量:

  ;

  冷凝水出口的接管内径:

  查GB/T 17395-2008 P5表(1)续,选择规格的无缝钢管。

  2.8工艺设计汇总

  降膜蒸发器主要工艺设计结果汇总如表2.6所示。工艺简图及各接管口示意图如下表2.7所示。

  表2.6 12000kg/h的I效降膜蒸发器工艺设计汇总

  项目管程壳程

  流体介质高盐废水水蒸气

  进口温度73 78

  出口温度73 78

  换热系数4404.7

  压力降kPa 23.9615 6.729

  传热系数1485.3

  传热面积82.7

  项目尺寸项目尺寸

  蒸发器选型降膜蒸发器管程数1

  换热管选型壳程数1

  换热管排布方式正三角形壁温75

  中心线上换热管数12分离室直径mm 1600

  管心距mm 57分离室高度mm 1110

  加热室内径mm 800

  0000折流板数4

  换热管根数142折流板型式单弓型

  表2.7 I效降膜蒸发器工艺简图及各接管口示意图(流量12000kg/h)

  I效降膜蒸发器设计设备简图

  接管口

  序号外径mm用途

  a 48.3

  b 48.3完成液出口

  c 377

  d 25

  e 325

  f 457二次蒸汽出口

  g 45分离室完成液出口

  H1 325

  H2 45

  J1-2 48.3

  k1-2 48.3

  p1-2 48.3

  t 25

  3Ⅰ降膜蒸发器结构设计

  3.1材料的选择

  蒸发器材料应选择抗腐蚀的材料,比如S31603(022Cr17Ni12Mo2)和S30408(06Cr19Ni10),因为高盐废水中含有大量的氯离子,使其具有强烈的腐蚀性。

  所以蒸发器材料的选择如下表3.1所示。

  表3.1蒸发器材料的选择

  部件名称材料

  分离室封头S30408

  加热室封头S30408

  管程换热管及管板S31603

  加热室筒体S30408

  分离室筒体S30408

  法兰S30408

  3.2蒸发器设计温度及设计压力的确定

  本设计容器为真空外压容器且属于无安全泄放装置。

  3.2.1管程设计温度及设计压力

  由于管程定性温度为73℃,管程的工作压力为一个标准大气压,根据GB150-2011《固定式压力容器》[13]标准,所以管程设计压力可以,设计温度可以取,。

  3.2.2壳程设计温度及设计压力

  由于壳程定性温度为78℃,壳程的工作压力为一个标准大气压,根据GB150-2011《固定式压力容器》[13],所以壳程的设计压力设计温度可以取,。

  3.2.3分离室设计温度及设计压力

  本设计中分离室的设计温度与管程设计温度一致,取,

  分离室的设计压力也必须与管程设计压力一致,取。

  3.3加热室筒体设计及校核

  由于本设计为双面焊接接头和相对于双面焊的全焊透对接接头,且局部为无损检测,因此焊接接头系数选取。

  根据GB150-2011《固定压力容器》[13]标准,选用材料为不锈钢时,腐蚀裕量为0。

  根据GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》标准,压力容器钢板厚度负偏差为0.3。

  根据《承压设备用不锈钢钢板及钢带》可得表3.2:

  表3.2加热室筒体的基本参数

  名称单位数据

  mm 800

  MPa

  MPa

  mm 0.3

  腐蚀裕量mm 0

  /0.85

  3.3.1加热室筒体壁厚

  假设筒体的名义厚度:

  则加热室筒体的有效厚度为:

  (3.1)

  3.3.2外压圆筒稳定性校核

  筒体的轴向许用压应力:

  (3.2)

  查GB150-2011《固定式压力容器》[13]图4-8得:,。

  则可以得到加热室筒体的临界长度为:

  (3.3)

  因为,所以加热室筒体是短圆筒。

  短圆筒的临界压力:

  (3.4)

  筒体的轴向应力:

  (3.5)

  因为,校验合格。

  3.3.3筒体耐压试验强度校核

  根据GB 150-2011《固定压力容器》[13]P14式(7)可得试验压力:

  (3.6)

  压力试验允许通过的应力水平:

  (3.7)

  实验压力下圆筒的应力:

  (3.8)

  因此,校验成功。

  3.3.4加强圈

  根据GB150-2011《固定式压力容器》[13]中图4-6及4-8得:,。

  (3.8)

  (3.9)

  因为,不需要加强圈就满足设计要求。

  3.4加热室封头设计

  由于本次设计的物料是高盐废水,其设计压力不大,为了实现工艺需求并且为了安装方便,设计中上封头选用椭圆形封头,下封头选用锥形封头。

  因为本设计为双面焊接接头和相对于双面焊的全焊透对接接头,局部为无损检测,因此焊接接头系数选取。

  根据GB150-2011《固定压力容器》[13]标准,选用材料为不锈钢时,腐蚀裕量为0。

  根据GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》[20]标准,压力容器钢板厚度负偏差为0.3。

  根据《承压设备用不锈钢钢板及钢带》可知设计压力许用应力与实验温度下屈服点为230 MPa、395 MPa。

  根据设计要求选择封头内径为800mm。

  设计压力与壳程相同,为0.1MPa。

  加热室封头的基本参数如表3.3所示:

  表3.3封头的计算参数

  名称单位数据

  MPa 0.1

  mm 800

  MPa 230

  MPa 395

  mm 0.3

  mm 0

  /0.85

  3.4.1加热室上封头设计

  (1)设计中上封头选用的是啥椭圆形封头,根据JB/T4746-2002[18]表B.1、B.2可得此椭圆封头参数如下表3.4所示:

  表3.4椭圆形封头的参数

  m2

  kg

  800 225 18 14 2.9 0.5864 361.1

  图3.1标准椭圆形封头

  由于椭圆形封头中受到的应力分布比较均匀。因此选用标准椭圆形封头,

  取K=0.9。

  (2)假设筒体的名义厚度:

  有效厚度:

  (3.10)

  椭圆形封头的外半径:

  (3.11)

  (3)筒体的轴向许用压应力:

  (3.12)

  根据GB150-2011《固定式压力容器》[13]图4-8得:

  许用外压力:

  (3.13)

  (3.14)

  因为,不需要加强圈就满足设计要求。

  (4)液压实验的校核:

  根据GB 150-2011《固定压力容器》[13]P14式(7)可得试验压力:

  (3.15)

  压力试验允许通过的应力水平:

  (3.16)

  实验压力下封头的应力:

  (3.17)

  因此,校验成功。

  3.4.2加热室下封头设计

  (1)由于本次设计处理物料是高盐废水,下封头选用的材料为S30408,为了安装方便选用锥形封头设计,设计参照GB150-2011[13]标准,因为本次设计的锥壳属于大端折边锥壳,其中轴向长度,段外直径。

  下封头的当量长度为:

  (3.18)

  式中:—

  —

  —

  R—

  代入式(3.18)中可得。

  (2)假设筒体的名义厚度:

  有效厚度:

  (3.19)

  (4)因为,,

  查《过程设备设计》P119得A=0.0038,B=93MPa。

  许用外压力:

  (3.20)

  ,封头校验成功,无需加强圈补强处理。

  (5)液压试验校核

  根据GB 150-2011《固定压力容器》[13]P14式(7)可得试验压力:

  (3.21)

  压力试验允许通过的应力水平:

  (3.22)

  实验压力下圆筒的应力:

  (3.23)

  因此,校验成功。

  3.5加热室开孔补强

  加热室料液进出口接管外径满足GB150-2011《压力容器》[13]P153要求,不需要另行补强。

  冷凝水出口接管外径满足GB150-2011《压力容器》[13]P153要求,不需要另行补强。

  根据GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》标准,压力容器钢板厚度负偏差为0.3。

  接管直径与壁厚在工艺部分计算得到,分别为377mm、12mm。

  因为物料为高盐废水,含有腐蚀性,因为选择材料为S30408。

  根据《承压设备用不锈钢钢板及钢带》可知加热室汽进口接管的基本参数如表3.5所示:

  表3.5加热室汽进口接管补强计算数据

  名称单位数值

  接管直径mm 377

  壁厚mm 12

  材料/S30408

  设计温度℃100

  壳体开孔处的焊接接头/0.85

  壳体处的名义厚度mm 14

  壳体厚度负偏差mm 0.3

  3.5.1补强及补强方法判别

  根据GB150-2011《固定压力容器》[13]P155-156可知开孔补强计算如下:

  开孔最大直径:

  (3.24)

  因此可以用等面积法计算补强。

  3.5.2开孔所需补强面积

  接管壁厚:

  (3.25)

  开孔时所需要的补强面积:

  (3.26)

  式中:—强度削弱系数,对安放式接管取1.0。

  因此代入式中得:。

  3.5.3有效补强范围

  有效宽度B:

  (3.27)

  (3.28)

  按GB150-2011《固定压力容器》[13]要求取较大值。

  有效高度h:

  ①外伸接管有效补强高度:

  (3.29)

  按GB150-2011《固定压力容器》[13]要求取较小值。

  ②内伸接管有效补强高度:

  (3.30)

  按GB150-2011《固定压力容器》[13]要求取较小值。

  3.5.4有效补强面积

  补强面积:

  ①壳体厚度:

  (3.31)

  ②多余面积:

  (3.32)

  (3.33)

  ③多余面积:

  (3.34)

  ④焊缝金属截面积(焊脚取8mm):

  (3.35)

  ⑤补强面积:

  (3.36)

  因为,所以不符合要求,需要另行补强。

  ⑥另行补强面积:

  (3.37)

  因此需要补强圈补强。

  ⑦补强圈设计:

  则根据JB/T4736-2002[19]标准表1可以取补强圈的外径,内径为:。

  因为补厚度为:

  (3.38)

  取补强圈名义厚度为4mm,为了取材方便,补强圈的名义厚度取封头厚度为:。

  3.6管板结构设计

  3.6.1布管限定圆直径

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P18可得,管壳式热交换器的布管圆直径为:

  (3.39)

  式中:—

  —

  —

  内壁的最小距离,(d为换热管内径),且不宜小于8mm,此处取10mm。

  代入式(3.39)可得:

  3.6.2管孔

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P34可得到管孔的确定如下:

  因为换热管外径,则查表6-22可知管孔直径:

  (3.40)

  允许偏差:

  (3.41)

  3.6.3管板密封面

  由于密封面是阀门最为关键的工作面,材料应该选择耐腐蚀性、抗擦伤、耐冲蚀、有一定密度的的S31603,材料与筒体材料一致,不会因为高温而产生额外的应力使密封面松动。

  根据NB/T47020-47027-2012《压力容器法兰》[24]的标准,此次设计选用结构简单、加工方便且便于进行防腐蚀衬里的凹凸密封面为管板密封面。凹凸密封面安装需要对中,能有效防止垫片被挤出密封面如下图3.2所示:

  图3.2凹凸密封面

  3.7管板设计计算

  3.7.1管板与换热管的连接

  管板与换热管的连接需要考虑密封性能与强度的要求,可选用强度焊接的连接方式。

  根据GB/T151-2014《热交换器》[14]可查表,其中较为合适的尺寸为:换热管最小伸出长度:,,最小坡口深度。

  3.7.2管板与壳体、管箱的连接

  综合考虑管板与壳体、管箱的连接应采用焊接方法,强度与拉脱能力才可以达到标准。

  根据GB/T151-2014《热交换器》[14]P57标准选用e型管板较为合适。

  根据HG/T20592-2009《钢制管法兰(PN系列)》标准,本设计应采用长颈对焊法兰,采用凹凸密封面。

  查NB/T 47023-2012《长颈对焊法兰》可知筒体公称直径为800mm时的法兰尺寸如下表3.6所示:

  表3.6法兰尺寸

  DN

  mm D D1 D2 D3 D4 H h R d规格最小厚度

  866 48 35 21 18 16 26

  3.7.3壳程圆筒和封头初始数据计算

  由GB/T151-2014《热交换器》[14]进行校核;

  根据GB/T150-2011《压力容器》[13]P98表4-1可得下列数据:

  材料S31603在设计温度下许用应力;

  根据CB/T150-2011《压力容器》[13]P103图4-8可得下列数据:

  筒体的弹性模量;

  受压失稳当量长度;

  管板刚度削弱系数;

  管板强度削弱系数;

  线膨胀系数;

  换热管弹性模量;

  换热管线膨胀系数;

  根据GB/T3280-2015《不锈钢冷轧钢材和钢带》P16表21可得下列数据:

  设计温度下屈服点;

  筒体的弹性模量;

  线膨胀系数

  3.7.4换热管初始数据计算

  根据GB/T151-2014《热交换器》[14]P56可知下列计算步骤:

  (1)换热管稳定许用应力:

  (3.42)

  (2)换热管回转的半径i:

  (3.43)

  因为

  (3)换热管使用材料的许用应力:

  (3.44)

  因为,校验合格,满足设计要求。

  (4)换热管、壳体与管板的面积:

  ①根据GB151-2014《热交换器》[14]P71可知筒体的内径面积A:

  (3.45)

  ②根据GB151-2014《热交换器》[14]P71可知筒体的横截面积As:

  (3.46)

  ③根据GB151-2014《热交换器》[14]P71可知每根换热管的金属面积:

  (3.47)

  (3.48)

  ④根据GB151-2014《热交换器》[14]P71可知管板开孔之后的面积A1:

  (3.49)

  3.7.5相关系数计算

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P71可知下列计算步骤:

  (3.50)

  (3.51)

  壳体不带膨胀节时,换热管束与筒体的刚度比为:

  (3.52)

  系数:

  (3.53)

  系数:

  (3.54)

  3.7.6管板相关参数计算

  (1)管板布管区的当量直径

  换热管排列按正三角形排列;

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P77可知,管板布管面积:

  (3.55)

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P77可知,管板布管区当量直径:

  (3.56)

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P77可知,布管区当量与之比为:

  (3.57)

  (2)管板的加强系数

  假设管板的名义厚度。

  壳程侧的腐蚀裕量为,管程侧的腐蚀裕量为。

  所以管板的有效厚度为:

  (3.58)

  换热管的有效长度L为:

  (3.59)

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P71可知,管板加强系数K为:

  (3.60)

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P71可知,管板周边的空置区的无量刚宽度为:

  (3.61)

  3.7.7法兰相关参数计算

  (1)根据GB151-2014《热交换器》[14]P71可知,法兰的宽度:

  (3.62)

  (2)根据GB151-2014《热交换器》[14]P71可知:

  (3.63)

  (3.64)

  (3.65)

  (3.66)

  式中:—筒体厚度,14mm;

  —封头厚度,14mm。

  将数值代入式中得:

  其中壳体的法兰厚度应与封头法兰厚度相同,既,代入式中得:

  (3)旋转刚度参数

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P72可知,壳体的旋转刚度为:

  (3.67)

  将数据代入式中可得:

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P72可知,e型管板的无量纲参数为:

  (3.68)

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P63可知,法兰计算系数为:

  (3.69)

  (3.70)

  代入数据可得:

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P91图7-12可知,当K=18.2,时,管板的第一弯矩系数;

  继续查表7-13可得到系数。当K=18.2,Q=0.4089时;

  查图7-14a可得管板的第二弯矩系数,继续查7-15可得。

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P72可知,系数为:

  (3.71)

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P72可知,系数为:

  (3.72)

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P72可知,法兰力矩折减系数为:

  (3.73)

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P72可知,管板边缘力矩变化系数为:

  (3.74)

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P72可知,法兰边缘力矩变化系数为:

  (3.75)

  3.7.8法兰计算

  (1)法兰结构以及压紧力的计算校核

  根据《过程设备设计》P143表4-11可知,此设计选用材料为中压橡胶石棉板来作为法兰垫片的材料,垫片结构如下图3.3所示。

  根据GB150-2011《压力容器》[13]P191表7-2可知,垫片系数m=1.25,比压力y=2.8MPa。

  查NB/T47024-2012《压力容器法兰》表2得,公称直径为800mm,公称压力1.6MPa,垫片尺寸外径D=864mm,内径d=815mm。

  图3.3垫片结构形式

  根据GB150-2011《压力容器》[13]P190可知下列计算步骤:

  垫片的接触宽度N为:

  (3.76)

  垫片的基本密度厚度为:

  (3.77)

  根据GB150-2011《压力容器》[13]P192可知:

  当时,有效密封宽度为:

  (3.78)

  当时,垫片压紧力作用中心圆直径为:

  (3.79)

  此时操作状态下需要的最小垫片压紧力为:

  (3.80)

  此时预紧状态下需要的最小垫片压紧力为:

  (3.90)

  (2)等长双头螺柱的形式与尺寸

  根据JB4707-2000标准,可以选择A型等长双头螺柱。

  表3.7双头螺柱尺寸

  d

  24 35 27 26 56

  (3)螺柱布置:

  根据GB150-2011《压力容器》[13]表7-3,的螺柱,,。

  ①根据GB150-2011《压力容器》[13]P194可知:

  预紧状态下需要的螺栓载荷为:

  (3.91)

  内压引起的总轴向力:

  (3.92)

  最小螺栓载荷为:

  (3.93)

  ②根据NB/T47020-2012《压力容器法兰、垫片、紧固件》P9,螺栓材料选择35号钢。

  本设计室温下的许用应力,设计温度下的许用应力。

  根据GB150-2011《压力容器》[13]P194可知下列计算:

  预紧状态下需要的最小螺栓面积Aa为:

  (3.94)

  操作状态下需要的最小螺栓面积Ap为:

  (3.95)

  取最大值

  (4)法兰力矩

  ①力矩

  根据GB150-2011《压力容器》[13]表9-3可知,螺栓中心到作为位置的径向距离为:

  (3.96)

  螺栓中心到作用位置处的径向距离为:

  (3.97)

  作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力FD:

  (3.98)

  螺栓中心到作用位置处的径向距离为:

  (3.99)

  流体压力引起的总轴向力F:

  (3.100)

  轴向力之差为:

  (3.101)

  根据GB150-2011《压力容器》[13]P194可知,预紧状态下的法兰力矩为:

  (3.102)

  操作状态下的法兰力矩为:

  (3.103)

  ②法兰设计力矩

  根据《过程设备设计》附录D可知,室温下法兰的所许用引力为137MPa,在设计温度下,法兰的所许用引力为114MPa。

  根据GB150-2011《压力容器》[13]P195可知:

  (3.104)

  两者取最大值,则

  (5)法兰设计应力

  根据,,

  查GB150-2011《压力容器》[13]P199图7-7可得到整体法兰颈部应力校正系数1.2,

  查GB150-2011《压力容器》[13]P198图7-3可得,

  查图7-4可得

  由于,

  查GB150-2011《压力容器》[13]P211表7-9可知:T=1.88,Z=10.52,Y=20.31,U=22.18。

  ①根据GB150-2011《压力容器》[13]P195可知,法兰的轴向应力:

  (3.105)

  因为,所以校核成功,满足要求。

  ②根据GB150-2011《压力容器》[13]P195可知,法兰的径向应力:

  (3.106)

  因为,校验成功,满足要求。

  式中:e—参数,。

  ③根据GB150-2011《压力容器》[13]P195可知,法兰的环向应力:

  (3.107)

  因为,所以校核成功,满足要求。

  ④组合应力

  (3.108)

  (3.109)

  校核成功,满足要求。

  3.7.9热膨胀变形差

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P73可知,换热管与筒体的热膨胀变形差为:

  (3.110)

  式中:—,;

  —,;

  —,78℃;

  —20℃;

  —,73℃

  将数据代入得

  此设计只需对管板进行计算和校核。

  3.7.10不计入膨胀变形差

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P83可知不计入膨胀变形差计算如下:

  不计入膨胀节变形差时,且。

  当量的组合压力为:

  (3.111)

  式中:—,0.1MPa;

  —,0MPa。

  将数据代入得

  有效压力为:

  (3.112)

  基本法兰力矩为:

  (3.113)

  法兰力矩的系数为:

  (3.114)

  边缘力矩系数为:

  (3.115)

  管板的周边总弯矩系数m为:

  (3.116)

  管板的边缘截切系数为:

  (3.117)

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P74可得到当时,管板中的布管区域内部的径向弯曲系数为:

  (3.118)

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P97可知:

  管板最大径向力系数:

  (3.119)

  壳体法兰力矩系数为:

  (3.120)

  管板径向应力系数为:

  (3.121)

  管板布管区周边剪切应力系数为:

  (3.122)

  管板最大径向应力:

  (3.123)

  因为,校核成功。

  管板中布管区域中的周边剪切应力为:

  (3.124)

  因为,所以校核成功。

  壳体的法兰应力为:

  (3.125)

  因为,所以校验合格。

  换热管的轴向应力为:

  (3.126)

  因为,所以校验合格。

  壳程筒体轴向应力:

  (3.127)

  因为,校验合格。

  换热管与管板连接的拉脱应力q为:

  (3.128)

  换热管与管板连接的许用拉脱应力为:

  (3.129)

  因为,校验合格,满足要求

  3.7.11计入膨胀变形差

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P83可知计入膨胀变形差计算如下:

  计入膨胀节变形差时,,

  且。

  当量组合压力为:

  (3.130)

  式中:—

  —

  将数据代入得

  有效压力组合为:

  (3.131)

  基本法兰力矩为:

  (3.132)

  管板的边缘力矩系数为:

  (3.133)

  法兰力矩系数为:

  (3.134)

  边缘截切系数为:

  (3.135)

  周边的总弯矩系数m为:

  (3.136)

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P74可知当时,管板的布管区内部径向弯曲系数为:

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P97可知:

  管板最大径向力系数:

  (3.137)

  径向应力系数为:

  (3.138)

  壳体的法兰力矩系数为:

  (3.139)

  管板的布管区周边剪切应力系数为:

  (3.140)

  管板的最大径向应力:

  (3.141)

  因为,校核成功。

  管板布管区周边剪切应力:

  (3.142)

  因为,校核成功。

  壳体法兰应力为:

  (3.143)

  因为,校验合格。

  换热管轴向应力为:

  (3.144)

  因为,校验合格。

  壳程筒体轴向应力:

  (3.145)

  因为,校验合格。

  换热管与管板连接的拉脱应力q为:

  (3.146)

  换热管与管板连接的许用拉脱应力为:

  (3.147)

  因为,校验合格,满足要求

  3.8折流板

  折流板既可以提高传热效率,又可以支撑管束。此设计共放置四块折流板,型号采取单弓型。

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P31表3-20可得到折流板的名义外径为:

  (3.148)

  允许偏差:

  根据《过程设备设计》P248可知,单弓型折流板缺口弦高:

  (3.149)

  无支撑跨距L为:

  (3.150)

  式中:—折流板间距,由GB/T151-2014《热交换器》[14]P31可知,折流板间距不小于壳体内径的0.2倍,所以取1.2m。

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P32表3-21可知:折流板的最小厚度为20mm。

  3.9拉杆、定距管结构设计

  3.9.1拉杆及拉杆孔设计

  根据GB151-2014《热交换器》[14]可知,换热管外径为38mm>19mm,采用拉杆定距管,采用螺纹连接结构,如图3.4所示:

  图3.4拉杆定距管、螺纹连接结构

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P38表6-32可查到拉杆直径为16mm;

  根据GB151-2014《热交换器》[14]P39表6-33可查到拉杆数量为10根。

  3.9.2定距管设计

  定距管选取和换热管一样的尺寸为mm的管子,材料选择S31603(022Cr17Ni12Mo2),管子长度按实际情况选择。

  3.10接管法兰选择

  根据HG/T20592-2009《钢制管法兰》可选取板式平焊钢制管法兰。选取参数如下表3.8所示:

  表3.8各个接管法兰尺寸

  公称直径DN钢管外径A1法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺栓法兰厚度C

  20 25 90 65 11 4 M10 14

  40 45 130 100 14 4 M12 16

  40 48.3 130 100 14 4 M12 16

  300 325 440 395 22 12 M20 26

  350 377 490 445 22 12 M20 26

  450 457 595 550 22 16 M20 30

  3.11加热室筒体支座

  3.11.1支座的选取

  根据GB151-2014《压力容器》[14]要求设置最少四个支座,且均匀布置。

  根据JB/T4712.3-2007《耳式支座》选取A4型耳式支座如下图3.5所示。

  查JB/T4712.3-2007《耳式支座》表得支座尺寸如表3.9所示:

  表3.9耳式支座尺寸

  公称直径DN允许载荷Q(KN)底板筋板

  800 150 320 230 20 115 250 230 12

  表3.9耳式支座尺寸(续表)

  垫板盖板地脚螺栓支座质量高度

  d规格kg mm

  500 400 60 50 36 M30 42.7 400

  图3.5 A4型耳式支座

  3.11.2加热室总质量

  设备中所有的钢制材料的密度统一取8000kg/m3。

  (1)筒体质量为:

  (3.151)

  (2)封头质量为:

  上封头质量为361.1kg

  下封头质量查表为200.2kg

  (3.152)

  (3)管板质量为:

  (3.153)

  (4)换热管质量为:

  (3.154)

  (5)折流板质量为:

  (3.155)

  (3.156)

  (6)接管法兰质量为总质量的20%:

  (3.157)

  (7)液压实验水的质量:

  (3.158)

  (8)加热室总质量:

  (3.159)

  3.11.3水平力计算

  水平地震载荷为:

  (3.160)

  式中:

  代入式中得:。

  水平风力载荷为:

  (3.161)

  式中:—风压高度变化系数,取1.0;

  —10m高度处的基本风压值,取250N/m2;

  —容器外径,960mm;

  —容器高度,6000mm。

  代入式中得:。

  水平力为:

  (3.162)

  取较大值则。

  3.11.4支座应力校核

  (1)支座实际受到的载荷

  根据JB/T712.3-2007《容器支座》P79可知:

  安装尺寸为:

  (3.163)

  实际承受载荷:

  (3.164)

  式中:—偏心载荷,取2600N;

  —偏心距,取300mm;

  —水平力作用点距离底板高度,取1000mm;

  —不均匀系数,取0.83。

  代入式中得到:

  校验合格,满足要求。

  (2)支座处圆筒受到的支座弯矩:

  (3.165)

  根据JB/T4712.3-2007《容器支座》可查当,四个A6支座时,。

  因为,校验合格,满足要求。

  3.12分离室筒体结构设计及校核

  前面工艺计算部分已经计算出分离室高度与直径,分别为直径,高度。

  3.12.1分离室筒体厚度计算

  为了制造和购买材料方便,分离室厚度与加热室厚度以及材料一致,既分离室筒体的名义厚度为:。

  3.12.2分离室外压圆筒稳定性校核

  根据《承压设备用不锈钢钢板及钢带》可知加热室筒体的基本参数如表3.2所示:

  表3.10分离室外压筒体的基本参数

  名称单位数据

  筒体内径D0 mm 1600

  设计压力许用应力MPa 120

  实验温度下屈服点MPa 227

  钢板负偏差mm 0.8

  腐蚀裕量mm 0

  焊接接头系数/0.85

  分离室筒体的轴向许用压应力,求系数B

  (3.166)

  查GB150-2011《固定式压力容器》[13]图4-8得:,。

  分离室外压筒体的临界长度:

  (3.167)

  因为,所以加热室筒体是短圆筒。

  短圆筒的临界压力:

  (3.168)

  筒体的轴向应力:

  (3.169)

  因为,校验合格。

  3.13分离室封头设计

  3.13.1封头选型及形式参数的确定

  由于分离室为立式容器,因此选择锥形封头,这样利于工质的流出,材料选择耐腐蚀的S30408。

  根据JB/T 4746-2002《钢制压力容器用封头》[18]表F.1、F.2得该锥形封头型式参数,汇总如下表3.11所示。

  表3.11封头参数

  公称直径总深度圆弧半径壁厚内表面积容积质量

  1600 1475 240 14 4.4533 1.1065 498.6

  3.13.2封头许用应力的计算及稳定性校核

  当量长度:

  (3.170)

  式中:—锥壳段小端外直径,93mm;

  —锥壳段大端外直径,1600mm;

  —锥壳段轴向长度,1288mm;

  R—折边锥壳大端过渡段转角半径,取194mm。

  代入式(3.18)中可得。

  (2)假设筒体的名义厚度:

  有效厚度:

  (3.172)

  (6)因为,,

  查《过程设备设计》P119得A=0.0038,B=93MPa。

  许用外压力:

  (3.173)

  ,封头校验成功,无需加强圈补强处理。

  (7)液压试验校核

  根据GBT 151-2014《热交换器》[14]进行液压校核实验:

  根据GB 150-2011《固定压力容器》[13]P14式(7)可得试验压力:

  (3.174)

  根据《过程设备设计》式(4-105)可知压力试验允许通过的应力水平:

  (3.175)

  根据《过程设备设计》P178可知实验压力下圆筒的应力:

  (3.176)

  因此,校验成功。

  3.14分离室开孔与开孔补强

  出料管接管接管外径满足GB150-2011《压力容器》[13]P153要求,不需要另行补强。

  二次蒸汽出口的接管与分离室接口的接管需要另行补强计算。

  3.14.1二次蒸汽出口的接管补强

  (1)由于本设计为双面焊接接头和相对于双面焊的全焊透对接接头,且为局部无损检测,因此焊接接头系数选取。

  根据GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》标准,压力容器钢板厚度负偏差为0.3。

  根据GB150-2011《固定压力容器》[13]标准,选用材料为不锈钢时,腐蚀裕量为0。

  根据《承压设备用不锈钢钢板及钢带》可知加热室的基本参数如表3.12所示:

  表3.12分离室进口的接管补强计算数据

  名称单位数值

  接管直径mm 325

  壁厚mm 7.5

  材料/S31603

  设计温度℃80

  壳体开孔处的焊接接头/0.85

  壳体处的名义厚度mm 14

  壳体厚度负偏差mm 0.3

  根据GB150-2011《固定压力容器》[13]P155-156可知开孔补强计算如下:

  开孔最大直径:

  (3.177)

  因此用等面积法开孔补强计算。

  (2)开孔所需补强面积

  接管的有效壁厚:

  (3.178)

  开孔所需补强面积计算:

  (3.179)

  式中:—对安放式接管取1.0

  因此代入式中得:。

  (3)有效补强范围

  有效宽度B:

  (3.180)

  (3.181)

  按GB150-2011《固定压力容器》[13]要求取较大值。

  有效高度h:

  ①外伸接管有效补强高度:

  (3.182)

  按GB150-2011《固定压力容器》[13]要求取较小值。

  ②内伸接管有效补强高度:

  (3.183)

  按GB150-2011《固定压力容器》[13]要求取较小值。

  (4)有效补强面积

  补强面积:

  ①壳体厚度:

  (3.184)

  ②多余面积:

  (3.185)

  (3.186)

  ③多余面积:

  (3.187)

  ④焊缝金属截面积(焊脚取8mm):

  (3.189)

  ⑤补强面积:

  (3.190)

  因为,所以不符合要求,需要另行补强。

  ⑥另行补强面积:

  (3.191)

  因此需要补强圈补强。

  ⑦补强圈设计:

  根据JB/T4736-2002[19]表1取补强圈外径,内径。

  因为补厚度为:

  (3.192)

  取补强圈名义厚度为4mm,为了取材方便,补强圈的名义厚度取封头厚度为:。

  3.14.2分离室接口的接管补强

  (1)由于本设计为双面焊接接头和相对于双面焊的全焊透对接接头,且为局部无损检测,因此焊接接头系数选取。

  根据GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》标准,压力容器钢板厚度负偏差为0.3。

  根据GB150-2011《固定压力容器》[13]标准,选用材料为不锈钢时,腐蚀裕量为0。

  根据《承压设备用不锈钢钢板及钢带》可知加热室的基本参数如表3.13所示:

  表3.13分离室进口的接管补强计算数据

  名称单位数值

  接管直径mm 457

  壁厚mm 9

  材料/S31603

  设计温度℃80

  壳体开孔处的焊接接头/0.85

  壳体处的名义厚度mm 14

  壳体厚度负偏差mm 0.3

  根据GB150-2011《固定压力容器》[13]P155-156可知开孔补强计算如下:

  开孔最大直径:

  (3.193)

  因此用等面积法开孔补强计算。

  (2)开孔所需补强面积

  接管的有效壁厚:

  (3.194)

  开孔所需补强面积计算:

  (3.195)

  式中:—对安放式接管取1.0

  因此代入式中得:。

  (3)有效补强范围

  有效宽度B:

  (3.196)

  (3.197)

  按GB150-2011《固定压力容器》[13]要求取较大值。

  有效高度h:

  ①外伸接管有效补强高度:

  (3.198)

  按GB150-2011《固定压力容器》[13]要求取较小值。

  ②内伸接管有效补强高度:

  (3.199)

  按GB150-2011《固定压力容器》[13]要求取较小值。

  (4)有效补强面积

  补强面积:

  ①壳体厚度:

  (3.200)

  ②多余面积:

  (3.201)

  (3.202)

  ③多余面积:

  (3.203)

  ④焊缝金属截面积(焊脚取8mm):

  (3.204)

  ⑤补强面积:

  (3.205)

  因为,所以不符合要求,需要另行补强。

  ⑥另行补强面积:

  (3.206)

  因此需要补强圈补强。

  ⑦补强圈设计:

  根据JB/T4736-2002[19]表1取补强圈外径,内径。

  因为补厚度为:

  (3.207)

  取补强圈名义厚度为4mm,为了取材方便,补强圈的名义厚度取封头厚度为:。

  3.15分离室支座

  3.15.1支座选取

  由于容器为立式容器,根据安装形式选择耳式支座。

  根据JB/T4712.3-2007《耳式支座》选取B6型耳式支座。查表得支座尺寸如表3.14所示:

  表3.14耳式支座尺寸

  公称直径DN允许载荷Q(KN)底板筋板

  1600 150 320 230 20 115 380 230 14

  表3.14耳式支座尺寸(续表)

  垫板盖板地脚螺栓支座质量高度

  d规格kg H

  500 400 60 100 36 M30 53.9 400

  3.15.2分离室总质量

  设备中所有的钢制材料的密度统一为8000kg/m3。

  (1)筒体质量为:

  (3.208)

  (2)封头质量为:

  (3.209)

  (3)液压实验水的质量:

  (3.210)

  (4)操作时物料质量:

  (3.211)

  (5)分离室的最大质量:

  (3.212)

  (6)设备操作质量:

  (3.213)

  3.15.3水平力计算

  水平地震载荷为:

  (3.214)

  式中:—地震影响系数,取0.08;

  —重力加速度,取9.8m/s2。

  代入式中得:。

  水平风力载荷为:

  (3.215)

  式中:—风压高度变化系数,取1.0;

  —10m高度处的基本风压值,取250N/m2;

  —容器外径,1400mm;

  —容器高度,2250mm。

  代入式中得:。

  水平力为:

  (3.216)

  取较大值则。

  3.15.4支座力校核

  (1)支座实际受到的载荷

  根据JB/T712.3-2007《容器支座》P79可知下列的计算式:

  安装尺寸为:

  (3.217)

  实际承受载荷:

  (3.218)

  式中:—偏心载荷,取2600N;

  —偏心距,取300mm;

  —水平力作用点距离底板高度,取1000mm;

  —不均匀系数,取0.83。

  代入式中得到:

  校验合格,满足要求。

  (2)支座处圆筒受到的支座弯矩:

  (3.219)

  根据JB/T4712.3-2007《容器支座》可查当,四个B6支座时,。

  因为,校验合格,满足要求。

  3.16辅助设备选型及设计

  3.16.1布膜器选型

  本设计选用齿缝型液体布膜器,其结构示意图如下图3.6所示:

  图3.6齿缝型液体布膜器

  3.16.2除沫器选型及计算

  根据HG/T21618-1998[29]附录A,对除沫器进行设计:

  除沫器的液阀气速为:

  (3.220)

  式中:—气液过滤网常数,取0.2;

  —液滴密度,取1056.23kg/m3;

  —进口气体密度,取0.1978 kg/m3;

  代入式中得:

  除沫器的操作气速:

  (3.221)

  处理气体所需的流通直径为:

  (3.222)

  取公称直径800mm。

  查HG/T21618-1998[29]表5.0.1-2的除沫器参数如下表3.15所示:

  表3.15除沫器参数

  公称直径主要外形尺寸重量

  DN H H1 D丝网格栅及定距管支撑件

  800 150 268 720 13.3.8.63 9.88

  3.16.3视镜选型

  由于介质为高盐废水,含有腐蚀性,因此管道可以选用奥氏体不锈钢。

  根据NB/T47017-2011[30]表4,选用视镜规格为PN0.6DN125I,结构图如下图所示:

  图3.6 PN0.6DN125I结构图

  参数如下表3.16所示:

  表3.16视镜参数

  公称直径公称压力视镜视镜片质量

  X D K G H1 H2 H3 d1 S

  125 1.0 312 220 180 160 28 40 25 150 20 5.4

  3.16.4泵的选型

  由于本设计输送物质为高盐废水,最大流速为60m/s,选择离心泵,其具有转速高、效率高、流量大等特点,是最为常用的泵,较容易安装与购买。