列管式反应器校核报告

过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-2011固定管板换热器设计计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所设 计 计 算 条 件 壳 程管 程设计压力 0.1MPa设计压力 3MPa设计温度 300设计温度 210壳程圆筒内径Di3000 mm管箱圆筒内径Di2200mm材料名称Q245R材料名称Q245R 简 图计 算 内 容壳程圆筒校核计算前端管箱圆筒校核计算前端管箱封头(平盖)校核计算后端管箱圆筒校核计算后端管箱封头(平盖)校核计算管箱法兰校核计算管板校核计算前端管箱筒体计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 3.00MPa设计温度 t 210.00 C内径 Di 2200.00mm材料 Q245R ( 板材 )试验温度许用应力 s 148.00MPa设计温度许用应力 st 121.40MPa试验温度下屈服点 ss 235.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 27.52mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 27.70mm名义厚度 dn = 30.00mm重量 4949.42Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 5.0000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 211.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 201.06 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 3.01906MPa设计温度下计算应力 st = = 120.63MPastf 121.40MPa校核条件stf st结论 筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度15.00mm,合格前端管箱封头计算计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 3.00MPa设计温度 t 210.00 C内径 Di 2200.00mm曲面深度 hi 700.00mm材料 Q245R (板材)设计温度许用应力 st 121.40MPa试验温度许用应力 s 148.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 PT = 1.25Pc= 5.0000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 211.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 199.17MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 0.7449计算厚度 dh = = 20.37mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 20.70mm最小厚度 dmin = 3.30mm名义厚度 dnh = 23.00mm结论 满足最小厚度要求重量 1115.72 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 3.04765MPa结论 合格后端管箱筒体计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 3.00MPa设计温度 t 210.00 C内径 Di 2172.00mm材料 Q245R ( 板材 )试验温度许用应力 s 148.00MPa设计温度许用应力 st 121.40MPa试验温度下屈服点 ss 235.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 27.17mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 27.70mm名义厚度 dn = 30.00mm重量 4887.27Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 5.0000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 211.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 198.53 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 3.05749MPa设计温度下计算应力 st = = 119.12MPastf 121.40MPa校核条件stf st结论 筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度15.00mm,合格后端管箱封头计算计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 3.00MPa设计温度 t 210.00 C内径 Di 2172.00mm曲面深度 hi 700.00mm材料 Q245R (板材)设计温度许用应力 st 121.40MPa试验温度许用应力 s 148.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 PT = 1.25Pc= 5.0000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 211.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 193.92MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 0.7345计算厚度 dh = = 19.83mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 20.70mm最小厚度 dmin = 3.26mm名义厚度 dnh = 23.00mm结论 满足最小厚度要求重量 1095.86 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 3.13015MPa结论 合格壳程圆筒计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.10MPa设计温度 t 300.00 C内径 Di 3000.00mm材料 Q245R ( 板材 )试验温度许用应力 s 148.00MPa设计温度许用应力 st 102.00MPa试验温度下屈服点 ss 235.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 1.73mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 33.70mm名义厚度 dn = 36.00mm重量 8085.97Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 1.0000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 211.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 52.95 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 1.92622MPa设计温度下计算应力 st = = 4.50MPastf 86.70MPa校核条件stf st结论 筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度15.00mm,合格腐蚀后带法兰固定式管板计算设计单位 中航一集团航空动力控制系统研究所设 计 计 算 条 件 简 图设计压力 ps0.1MPa设计温度 Ts 300平均金属温度 ts0装配温度 t015壳材料名称Q245R设计温度下许用应力st102MPa程平均金属温度下弹性模量 Es 2.023e+05MPa平均金属温度下热膨胀系数as1.076e-05mm/mm圆壳程圆筒内径 Di3000mm壳 程 圆 筒 名义厚 度(高颈法兰取法兰颈部大小端平均值)36mm壳 程 圆 筒 有效厚 度34mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量 1.83e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di27.069e+06mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )3.241e+05mm2管设计压力pt3MPa箱材料名称: Q245R设计温度Tt210圆设计温度下弹性模量 Eh1.904e+05MPa筒管箱圆筒名义厚度(高颈法兰取法兰颈部大小端平均值)dh46.5mm管箱圆筒有效厚度dhe44.5mm管箱法兰设计温度下弹性模量 1.904e+05MPa材料名称: 20(GB9948)管子平均温度 tt0换设计温度下管子材料许用应力108MPa设计温度下管子材料屈服应力162MPa设计温度下管子材料弹性模量 1.83e+05MPa热平均金属温度下管子材料弹性模量 2.023e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数1.076e-05mm/mm管子外径 d35mm管管子壁厚dt2.5mm管子根数 n2475注：换热管中心距 S50mm一根管子金属横截面积255.3mm2换热管长度 L2770mm换管子有效长度(两管板内侧间距) L2690mm管子回转半径 11.52Mm管子受压失稳当量长度1100mm热系数Cr =149.3比值 95.45管子稳定许用压应力 () = MPa管管子稳定许用压应力 () =55.11MPa材料名称: 16MnDR设计温度 300管设计温度下许用应力123MPa设计温度下弹性模量1.83e+05MPa管板腐蚀裕量 C2 4mm管板输入厚度dn40mm管板计算厚度 d35.7mm隔板槽面积 (包括拉杆和假管区面积)Ad0mm2板管板强度削弱系数 h0.4管板刚度削弱系数 m0.4管板和管子连接型式胀接，开槽管板和管子胀接(焊接)高度l37mm管板和管子焊接(胀接)许用拉脱应力 q4MPa管材料名称: Q345R法兰厚度 60mm箱法兰外径942mm法基本法兰力矩 1.008e+08Nmm兰管程压力操作工况下法兰力 5.165e+07Nmm法兰宽度 -1029mm管箱圆筒抗弯刚度(管箱圆筒材料波桑比=0.3)1.536e+09Nmm管箱圆筒常数0.0049751/mm材料名称: 16MnDR法兰厚度 33.7mm法兰外径与内径之比 0.314壳体法兰应力系数Y (按K查表7-9)-1.433壳程圆筒抗弯刚度(壳程圆筒材料波桑比=0.3)7.283e+08Nmm壳程圆筒常数0.0056921/mm螺栓材料名称40MnVB螺栓材料弹性模量 Eb1.875e+05MPa螺栓长度lb100.7mm螺栓总横截面积Ab3.151e+04mm2螺栓中心至FD作用位置的径向距离SD30mm螺栓中心至FG作用位置的径向距离SG53.25mm螺栓中心至FT作用位置的径向距离ST54.88mm垫片材料名称非金属软垫垫片材料回弹模量 EG2.48e+04MPa垫片厚度G3mm垫片有效受压面积AG6855mm2膨胀节总体轴向刚度 0N/mm计算系数换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 1.949换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 管板开孔后面积 A1 = A - 0.25 npd 22.977e+06mm2管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管) 5.359e+06mm2管板布管区当量直径 2612mm管板开孔抗弯刚度 (管板材料波桑比=0.3)7.625e+08Nmm管子加强系数 , K =20.28管束弹性基础系数17.74N/mm3系数 0.5556系数 0.2122系数 3.137系数 5.073换热器各部件边沿内力方程组系数矩阵MhHhMsHsMRH-2.884e-07-2.572e-050000-2.572e-050.002139000000-2.22e-06-6.267e-052.461e-06-000-6.267e-050.0027914.147e-050.0002329002.461e-064.147e-051.26e-05000-00.000232908.994e-050000-1.556e-0500006.541e-05-0.0029640-4.192e-07-1.258e-05-2.461e-06-4.147e-052.461e-06-0换热器各部件边沿内力方程组系数矩阵换热器各部件边沿内力方程组右端载荷项rtMtrtVtMfpsps +热 ptpt +热00-4.192e-07000000-1.258e-05000.69970.699700-2.461e-06000006.541e-05-4.147e-050.03150.0315-0.1116-0.1116-1.556e-05-0.0029642.461e-060.026130.02613-0.7838-0.783800-02.329e-052.329e-05001.671e-050.0030730-0.02715-0.027150.81440.81440.0030730.58840-5.154-5.154154.4154.400-2.765e-06-0-0-0.00581-0.00581换热器各部件边沿内力psps +热ptpt +热pt+ pspt+ ps +热Mh3.63e+04Hh453.2Ms5483Hs18.3MR-4.737e+04H-47.13rtMt5824rtVt-15.33Mf-5.278e+04预紧法兰力矩+热+热+热5.826e+04预紧工况换热器各部件边沿内力热+热+热-5.56e+04-326.1-3.331e+04-261.32.156e+04676.7243895.925.826e+04预紧和操作工况换热器各部件边沿总内力热+热+热-1.931e+04127.1-2.783e+04-243-2.581e+04629.6826380.595481换热器各部件最大应力(MPa)热+热+热管板径向应力许用值150.8184.5369184.5369184.5369管板剪切应力许用值6.60861.5184.561.5184.561.5184.5壳体法兰应力许用值-2.519184.5369184.5369184.5369中部换热管应力许用值压许用值-16.6710810810810810810855.1155.1155.1155.1155.1155.11周边换热管应力许用值压许用值-19.3410832410832410832455.1155.1155.1155.1155.1155.11换热管拉脱应力许用值1.062444444壳体轴向应力许用值53.0786.7260.186.7260.186.7260.1壳体端部总应力许用值197.5153306153306153306管箱轴向应力许用值50.56121.4364.2121.4364.2121.4364.2管箱端部总应力许用值88.66236.1472.2236.1472.2236.1472.2结论管板名义厚度40mm管板应力满足要求管板与换热管形式: 胀接，开槽管板与换热管连接拉脱应力满足要求焊或胀接高度l=37mm换热管中部换热管应力满足要求周边换热管应力满足要求壳程圆筒壳程圆筒轴向应力满足要求壳程圆筒端部壳程圆筒端部应力不满足要求改变管板与壳程圆筒连接结构,要求壳程圆筒端部(法兰颈部大端)厚度=42.22mm,加厚段长度2mm.管箱圆筒管箱圆筒轴向应力满足要求管箱圆筒端部管箱圆筒端部应力满足要求壳体法兰壳程法兰应力满足要求管板径向弯曲应力(MPa)分布表半径(mm)热+热+热0.010.000144341.250.000205882.490.0003831123.70.0006471650.0009267206.20.001082247.50.0008737288.7-3.755e-05329.9-0.002049371.2-0.00547412.4-0.01024453.7-0.01544494.9-0.01875536.2-0.01578577.45.159e-05618.60.03676659.90.101701.10.1922742.40.2935783.60.3587801.40.3554819.10.32836.90.2411854.70.1059872.4-0.09903890.2-0.3875908-0.772925.7-1.263943.5-1.864961.3-2.575979-3.383996.8-4.2591015-5.16管板径向弯曲应力(MPa)分布表续半径(mm)热+热+热1032-6.0171050-6.7361068-7.191086-7.2191103-6.6271121-5.1821139-2.62511571.32911746.968119214.56121024.34122836.43124550.82126367.3128185.36129498.571306111.7130644.68135548.48140320.931452-36.221500-121.5管板径向膜应力(MPa)分布表半径(mm)热+热+热130639.12130615.65135516.23140316.74145217.21换热管束轴向应力(MPa)分布表半径(mm)热+热+热0.01-16.6741.25-16.6782.49-16.67123.7-16.67165-16.67206.2-16.67247.5-16.67288.7-16.67329.9-16.67371.2-16.67412.4-16.67453.7-16.67494.9-16.67536.2-16.67577.4-16.68618.6-16.68659.9-16.68701.1-16.68742.4-16.66783.6-16.62801.4-16.59819.1-16.56836.9-16.53854.7-16.49872.4-16.46890.2-16.42908-16.39925.7-16.37943.5-16.37961.3-16.39979-16.45996.8-16.551015-16.7换热管束轴向应力(MPa)分布表续半径(mm)热+热+热1032-16.931050-17.231068-17.621086-18.11103-18.671121-19.331139-20.051157-20.81174-21.531192-22.161210-22.591228-22.71245-22.321263-21.271281-19.341294-17.321306-14.67换热管内压计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算条件换热管简图计算压力 Pc 3.00MPa设计温度 t 300.00 C内径 Di 30.00mm材料 20(GB9948) ( 管材 )试验温度许用应力 s 152.00MPa设计温度许用应力 st 108.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 0.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.42mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 2.50mm名义厚度 dn = 2.50mm重量 5.55Kg压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 16.61539MPa设计温度下计算应力 st = = 19.50MPastf 108.00MPa校核条件stf st结论 换热管内压计算合格换热管外压计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算条件换热管简图计算压力 Pc -0.10MPa设计温度 t 300.00 C内径 Di 30.00mm材料名称 20(GB9948) (管材)试验温度许用应力 s 152.00MPa设计温度许用应力 st 108.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 0.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = 0.22mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 2.50mm名义厚度 dn = 2.50mm外压计算长度 L L= 2770.00mm外径 Do Do= Di+2dn = 35.00mmL/Do 4.68Do/de 14.00A 值 A= 0.0062396B 值 B= 116.68重量 5.55 kg压力计算许用外压力 P= = 11.45944MPa结论 换热管外压计算合格腐蚀前带法兰固定式管板计算设计单位 中航一集团航空动力控制系统研究所设 计 计 算 条 件 简 图设计压力 ps0.1MPa设计温度 Ts 300平均金属温度 ts0装配温度 t015壳材料名称Q245R设计温度下许用应力st102MPa程平均金属温度下弹性模量 Es 2.023e+05MPa平均金属温度下热膨胀系数as1.076e-05mm/mm圆壳程圆筒内径 Di3000mm壳 程 圆 筒 名义厚 度(高颈法兰取法兰颈部大小端平均值)36mm壳 程 圆 筒 有效厚 度36mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量 1.83e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di27.069e+06mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )3.434e+05mm2管设计压力pt3MPa箱材料名称: Q245R设计温度Tt210圆设计温度下弹性模量 Eh1.904e+05MPa筒管箱圆筒名义厚度(高颈法兰取法兰颈部大小端平均值)dh46.5mm管箱圆筒有效厚度dhe46.5mm管箱法兰设计温度下弹性模量 1.904e+05MPa材料名称: 20(GB9948)管子平均温度 tt0换设计温度下管子材料许用应力108MPa设计温度下管子材料屈服应力162MPa设计温度下管子材料弹性模量 1.83e+05MPa热平均金属温度下管子材料弹性模量 2.023e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数1.076e-05mm/mm管子外径 d35mm管管子壁厚dt2.5mm管子根数 n2475注：换热管中心距 S50mm一根管子金属横截面积255.3mm2换热管长度 L2770mm换管子有效长度(两管板内侧间距) L2690mm管子回转半径 11.52Mm管子受压失稳当量长度1100mm热系数Cr =149.3比值 95.45管子稳定许用压应力 () = MPa管管子稳定许用压应力 () =55.11MPa材料名称: 16MnDR设计温度 300管设计温度下许用应力123MPa设计温度下弹性模量1.83e+05MPa管板腐蚀裕量 C2 0mm管板输入厚度dn40mm管板计算厚度 d39.7mm隔板槽面积 (包括拉杆和假管区面积)Ad0mm2板管板强度削弱系数 h0.4管板刚度削弱系数 m0.4管板和管子连接型式胀接，开槽管板和管子胀接(焊接)高度l37mm管板和管子焊接(胀接)许用拉脱应力 q4MPa管材料名称: Q345R法兰厚度 60mm箱法兰外径942mm法基本法兰力矩 1.008e+08Nmm兰管程压力操作工况下法兰力 5.165e+07Nmm法兰宽度 -1029mm管箱圆筒抗弯刚度(管箱圆筒材料波桑比=0.3)1.753e+09Nmm管箱圆筒常数0.0048671/mm材料名称: 16MnDR法兰厚度 33.7mm法兰外径与内径之比 0.314壳体法兰应力系数Y (按K查表7-9)-1.433壳程圆筒抗弯刚度(壳程圆筒材料波桑比=0.3)8.645e+08Nmm壳程圆筒常数0.0055321/mm螺栓材料名称40MnVB螺栓材料弹性模量 Eb1.875e+05MPa螺栓长度lb96.7mm螺栓总横截面积Ab3.151e+04mm2螺栓中心至FD作用位置的径向距离SD30mm螺栓中心至FG作用位置的径向距离SG53.25mm螺栓中心至FT作用位置的径向距离ST54.88mm垫片材料名称非金属软垫垫片材料回弹模量 EG2.48e+04MPa垫片厚度G3mm垫片有效受压面积AG6855mm2膨胀节总体轴向刚度 0N/mm计算系数换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 1.84换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 管板开孔后面积 A1 = A - 0.25 npd 22.977e+06mm2管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管) 5.359e+06mm2管板布管区当量直径 2612mm管板开孔抗弯刚度 (管板材料波桑比=0.3)1.049e+09Nmm管子加强系数 , K =18.73管束弹性基础系数17.74N/mm3系数 0.5556系数 0.2122系数 3.044系数 4.876换热器各部件边沿内力方程组系数矩阵MhHhMsHsMRH-3.02e-07-2.462e-050000-2.462e-050.001971000000-2.252e-06-6.038e-052.461e-06-000-6.038e-050.0024864.147e-050.0002329002.461e-064.147e-058.491e-06000-00.000232905.741e-050000-1.132e-0500006.178e-05-0.0021560-4.192e-07-1.258e-05-2.461e-06-4.147e-052.461e-06-0换热器各部件边沿内力方程组系数矩阵换热器各部件边沿内力方程组右端载荷项rtMtrtVtMfpsps +热 ptpt +热00-4.192e-07000000-1.258e-05000.67060.670600-2.461e-06000006.178e-05-4.147e-050.02970.0297-0.1054-0.1054-1.132e-05-0.0021562.461e-060.0190.019-0.57-0.5700-06.988e-056.988e-05001.217e-050.0022330-0.01974-0.019740.59220.59220.0022330.42820-3.746-3.746112.2112.200-2.767e-06-0-0-0.005697-0.005697换热器各部件边沿内力psps +热ptpt +热pt+ pspt+ ps +热Mh3.792e+04Hh465.3Ms3067Hs-1.887MR-5.188e+04H8.873rtMt5790rtVt-38.09Mf-5.464e+04预紧法兰力矩+热+热+热6.012e+04预紧工况换热器各部件边沿内力热+热+热-5.685e+04-326.4-3.706e+04-326.91.819e+041326240979.066.012e+04预紧和操作工况换热器各部件边沿总内力热+热+热-1.893e+04138.9-3.399e+04-328.8-3.369e+041335819940.9754