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摘 要

本文主要是对氧化反应器中的一级冷凝器进行设计计算，首先对冷凝器的结构、材料以及发展的重要性进行了相关介绍，再对设计难点冷凝器锥壳问题进行进一步的探讨，对内压锥壳强度及加强、外压锥壳屈曲以及锥壳开孔问题进行了分析，并作出了相应的优化设计。

按照工艺要求以及冷凝器结构的特殊性，后续对冷凝器进行相关的材料选取以及结构设计；筒体封头等结构的强度分析；接管开孔的补强计算，经对有效补强面积的计算，判断出无需补强；特殊的b型连接管板的强度计算分析，对冷凝器管板应力、换热管轴向应力、拉脱力等逐一计算；以及对不规则鞍座进行简化分析，分别计算冷凝器圆筒轴向应力、切向应力、周向应力以及鞍座应力。后与相应的标准进行对比，最终都满足NB/T47042-2014 《卧式容器》、GB/T151-2014《热交换器》中相应的设计要求。

关键词：冷凝器 锥壳 开孔补强 管板设计 鞍座

Structural Design of Primary Condenser of Oxidation Reactor

Abstract

This thesis mainly designs and calculates the first-stage condenser in the oxidation reactor. Firstly, the structure, material and development importance of the condenser are introduced, and then the cone-shell problem of the condenser that is difficult to design is further discussed. The internal pressure cone shell strength and strengthening, external pressure cone shell buckling and cone shell opening problems were analyzed, and corresponding optimization design was made.

According to the process requirements and the particularity of the condenser structure, the subsequent material selection and structural design of the condenser will be carried out; the strength analysis of the structure such as the cylinder head; the reinforcement calculation of the opening of the takeover, after the calculation of the effective reinforcement area, It is judged that there is no need for reinforcement; the strength calculation and analysis of the special b-type connecting tube sheet calculates the stress of the condenser tube sheet, the axial stress of the heat exchange tube, the pull-out force, etc .; and the simplified analysis of the irregular saddle, which is calculated separately Condenser cylinder axial stress, tangential stress, circumferential stress and saddle stress. After comparing with the corresponding standards, they finally meet the corresponding design requirements in NB/T47042-2014 "Horizontal Container" and GB/T151-2014 "Heat Exchanger".

Key Words: Condenser; Cone shell; Opening reinforcement; Tube sheet design; Saddle

目录

氧化反应器一级冷凝器结构设计 II

目录 4

第一章 绪论 7

1.1 7

1.2 7

第二章 冷凝器锥壳设计综述 8

2.1锥壳屈曲的国内外研究 8

2.2 9

2.2.1 9

2.2.2内压锥壳的加强设计及判断 10

2.3 12

2.3.1 12

2.3.2 12

2.4 13

2.4.1 13

2.4.2 13

2.5小结 14

第三章 冷凝器结构设计 15

3.1设计任务 15

3.1.1设计参数 15

3.1.2总体结构介绍 15

3.2结构设计 16

3.2.1筒体 16

3.2.2封头 17

3.2.3 17

3.2.4支座 18

3.2.5人孔及其他开口 19

3.3附件 19

3.3.1起吊附件 19

3.3.2开孔法兰 19

第四章 21

4.1 21

4.1.1 21

4.1.2强度校核 21

4.2封头设计计算 22

4.2.1封头厚度计算 22

4.2.2强度校核 22

4.3换热管设计计算 23

4.3.1换热管内压计算 23

4.3.2换热管外压计算 24

4.3.3换热管壳程压力试验外压计算 25

4.4开孔补强计算 25

4.5管板设计计算 27

4.6支座设计计算 37

第五章 工程项目经济评估 42

5.1设备价格估算 42

5.2总投资估算 42

参考文献 44

致谢 46

第一章 绪论

1.1

能源短缺的现象在各国皆为严重，因地球上的煤、石油、然气等资源终归是不能再生的，固此各个国家在新能源的开发利用上都及其的重视，在这过程中热交换器的应用及开发占居关键性的地位，因为能源的开发和节离不开换热器的功劳^[1]。与此同时，我国的能源结构是多煤少油贫气，大多使用的天然气都是需要进口，而冷凝器在天然气接收站中又作为核心工业设备^[2]，可以说热交换器是必不可少的，所以热交换器也就成了一种普遍使用的通用设施设备，同时也在诸多工业产品中处于关键环节，在许许多多的工业企业中占有非常重要的位置。

冷凝器也属于热交换器的一种，其主要作用是通过利用冷凝剂将从上一个设备流出的流体进行冷凝液化或者降温，然后输出到下一个设备，因为不同的设备有不同的设计温度，然而流体在管道内部输送时的温度几乎不变，同时往往工业过程中流体的状态不是一成不变的，大多时候都会有相变的需求，比如气液的转化，因此需要对流体进行换热冷凝，从而达到一定的工艺要求。

1.2

随着工业技术的不断发展，对冷凝器的研究不仅限于内部结构的设计，为了提高工艺性的同时降低成本，以及满足各种载荷问题和工业条件下对冷凝器进行了继续的研究。

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