固定管板换热器计算书

1、 过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-2011软件批准号：CSBTS/TC40/SC5-D01-1999DATA SHEET OF PROCESS EQUIPMENT DESIGN 工程名 ： PROJECT 设备位号： ITEM 设备名称：原料气压缩机一级冷却器 EQUIPMENT 图 号：FXLSZ-02-00 DWG NO。 设计单位： 抚顺新纪元炼化设备有限公司 DESIGNER设 计Designed by刘治海日期Date2015.3.25校 核Checked by刘治海日期Date2015.3.25审 核Verified by日期Date审 定Approved by日期Da

2、te固定管板换热器设计计算 计算单位抚顺新纪元炼化设备有限公司设 计 计 算 条 件 壳 程管 程设计压力 0.5MPa设计压力 1.8MPa设计温度 50设计温度 150壳程圆筒内径 450 mm管箱圆筒内径450mm材料名称Q345R材料名称Q345R 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开孔补强设计计算管板校核计算前端管箱筒体计算计算单位计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 1.80MPa设计温度 t 150.00° C内径 D

3、i 450.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 189.00MPa设计温度许用应力 st 189.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 2.54mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 9.7mm名义厚度 dn = 12.00mm重量 123.05Kg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 = 2.2500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = 310.

4、50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 71.39 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= = 5.95649MPa设计温度下计算应力 st = = 48.55MPastf 160.65MPa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8.20mm,合格前端管箱封头计算计算单位 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 1.80MPa设计温度 t 150.00° C内径 Di 450.00mm曲面深度 hi 112.50mm材料 Q345R (板材)设计温度许

5、用应力 st 189.00MPa试验温度许用应力 s 189.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2mm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= 2.2500MPa压力试验允许通过的应力stsT£ 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 78.45MPa校核条件sT£ sT校核结果合格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= 2.2500MPa压力试验允许通过的应力stsT£ 0.90 ss = 310.50MPa试验压

6、力下封头的应力sT = = 78.45MPa校核条件sT£ sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 dh = = 2.15mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 7.7mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 10.00mm结论 满足最小厚度要求重量 20.42 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 5.42085MPa结论 合格后端管箱筒体计算计算单位计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 1.80MPa设计温度 t 150.00° C内径 Di 450.00m

7、m材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 189.00MPa设计温度许用应力 st 189.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 2.54mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 9.7mm名义厚度 dn = 12.00mm重量 136.72Kg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 = 2.2500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = 310.50MPa试验压力

8、下圆筒的应力 sT = = 71.39 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= = 5.95649MPa设计温度下计算应力 st = = 48.55MPastf 160.65MPa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8.20mm,合格后端管箱封头计算计算单位 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 1.80MPa设计温度 t 150.00° C内径 Di 450.00mm曲面深度 hi 112.50mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 18

9、9.00MPa试验温度许用应力 s 189.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2mm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= 2.2500MPa压力试验允许通过的应力stsT£ 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 78.45MPa校核条件sT£ sT校核结果合格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= 2.2500MPa压力试验允许通过的应力stsT£ 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下封头的应力sT

10、 = = 78.45MPa校核条件sT£ sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 dh = = 2.15mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 7.7mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 10.00mm结论 满足最小厚度要求重量 20.42 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 5.42085MPa结论 合格壳程圆筒计算计算单位计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.50MPa设计温度 t 50.00° C内径 Di 450.00mm材料 Q345R (

11、板材 )试验温度许用应力 s 189.00MPa设计温度许用应力 st 189.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.70mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 9.7mm名义厚度 dn = 12.00mm重量 682.23Kg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 = 2.2500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT =

12、= 71.39 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= = 5.95649MPa设计温度下计算应力 st = = 13.49MPastf 160.65MPa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8.20mm,合格开孔补强计算计算单位接 管: a、b 159×6计 算 方 法 : GB150.3-2011 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1.8MPa设计温度150壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di450mm壳体开

13、孔处名义厚度n12mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t189MPa 接管实际外伸长度150mm接管实际内伸长度0mm接管材料20(GB8163)接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差 C1t 0.75mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t140MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 2.153mm接管计算厚度t0.951 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr0.741开孔直径 d154.9mm

14、补强区有效宽度 B309.8 mm接管有效外伸长度 h130.49mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 335.8mm2壳体多余金属面积 A1976.4 mm2接管多余金属面积 A249.63mm2补强区内的焊缝面积 A336 mm2A1+A2+A3=1062 mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 补强满足要求,不需另加补强。换热管内压计算计算单位计算条件换热管简图计算压力 Pc 1.80MPa设计温度 t 150.00° C内径 Di 15.00mm材料 S32168 ( 管材 )试验温度许用应力 s 11

15、6.00MPa设计温度许用应力 st 116.00MPa钢板负偏差 C1 0.25mm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 = = 0.12mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 1.75mm名义厚度 dn = 2.00mm重量 4.19Kg压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 24.23881MPa设计温度下计算应力 st = = 8.61MPastf 116.00MPa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计算条件换热管简图计算压力 Pc -0.50MPa设计温度 t 150.00° C内径 D

16、i 15.00mm材料名称 S32168 (管材)试验温度许用应力 s 116.00MPa设计温度许用应力 st 116.00MPa钢板负偏差 C1 0.25mm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 = 0.19mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 1.75mm名义厚度 dn = 2.00mm外压计算长度 L L= 5002.00mm外径 Do Do= Di+2dn = 19.00mmL/Do 4.12Do/de 10.86A 值 A= 0.0104200B 值 B= 121.23重量 4.19 kg压力计算许用外压力 P= = 17.54

17、592MPa结论 换热管外压计算合格延长部分兼作法兰固定式管板 设计单位 设 计 计 算 条 件 简 图设计压力 ps0.5MPa设计温度 Ts 50平均金属温度 ts40装配温度 to15壳材料名称Q345R设计温度下许用应力st189Mpa程平均金属温度下弹性模量 Es 2e+05Mpa平均金属温度下热膨胀系数as1.105e-05mm/mm圆壳程圆筒内径 Di 450mm壳 程 圆 筒 名义厚 度 ds12mm壳 程 圆 筒 有效厚 度 dse9.7mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef1.995e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di21.59e+05mm2壳程圆筒

18、金属横截面积 As=pds ( Di+ds )1.224e+04mm2管设计压力pt1.8MPa箱设计温度Tt150圆材料名称Q345R筒设计温度下弹性模量 Eh2.01e+05MPa管箱圆筒名义厚度(管箱为高颈法兰取法兰颈部大小端平均值)dh12mm管箱圆筒有效厚度dhe9.7mm管箱法兰设计温度下弹性模量 Et”1.94e+05MPa材料名称S32168换管子平均温度 tt140设计温度下管子材料许用应力 stt116MPa设计温度下管子材料屈服应力sst156MPa热设计温度下管子材料弹性模量 Ett1.86e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量 Et1.866e+05MPa平均金

19、属温度下管子材料热膨胀系数at1.702e-05mm/mm管管子外径 d19mm管子壁厚dt2mm注：管子根数 n221换热管中心距 S25mm换一根管子金属横截面积106.8mm2换热管长度 L5002mm管子有效长度(两管板内侧间距) L14912mm管束模数 Kt = Et na/LDi1993MPa管子回转半径 6.052mm热管子受压失稳当量长度 lcr450mm系数Cr =153.4比值 lcr /i74.36管子稳定许用压应力 () MPa管管子稳定许用压应力 () 59.1MPa材料名称16Mn设计温度 tp150管设计温度下许用应力167MPa设计温度下弹性模量 Ep1.94

20、e+05MPa管板腐蚀裕量 C2 6.4mm管板输入厚度dn45mm管板计算厚度 d38.6mm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管子加强系数 K = 2.9管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接(焊接)高度l3mm胀接许用拉脱应力 qMPa焊接许用拉脱应力 q58MPa管材料名称16Mn管箱法兰厚度 43mm法兰外径 590mm箱基本法兰力矩 2.291e+07N×mm管程压力操作工况下法兰力 1.685e+07N×mm法兰宽度 70mm法比值0.01889比值0.09556系数(按dh/Di ,df”/D

21、i , 查<<GB151-1999>>图25)0.00兰系数w”(按dh/Di ,df”/Di ,查<<GB151-1999>>图 26) 0.0024旋转刚度 70.58MPa材料名称16Mn壳壳体法兰厚度32mm法兰外径 590mm体法兰宽度 70mm比值 0.01889法比值0.07111系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-1999>>图25 0.00兰系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-1999>>图26 0.001867旋转刚度 44MPa法

22、兰外径与内径之比 1.311壳体法兰应力系数Y (按 K 查<<GB1501998>>表9-5) 7.317旋转刚度无量纲参数 0.01734膨胀节总体轴向刚度 0N/mm管板第一弯矩系数(按,查<<GB151-1999>>图 27) 0.2441系系数 4.877系数(按查<<GB15198>>图 29) 1.808换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 1.799数换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 管板第二弯矩系数(按K,Q或查<<GB151-1999>>图28(a)或(b)2.839系数（带膨胀节时代

23、替Q） 0.01172计系数 (按K,Q或Qex 查图30) 0.03439法兰力矩折减系数 0.3352管板边缘力矩变化系数 1.043算法兰力矩变化系数 0.6503管管板开孔后面积 Al = A - 0.25 npd 29.638e+04mm2板参管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管 ) 1.196e+05mm2数管板布管区当量直径 390.3mm系数 0.606系系数 0.2449数系数 3.171计系数(带膨胀节时代替Q) 4.456算管板布管区当量直径与壳体内径之比 0.8672管板周边不布管区无量纲宽度 k = K(1-rt) 0.3849仅有壳程压力Ps作用下的危险组合

24、工况 (Pt = 0)不计温差应力计温差应力 换热管与壳程圆筒热膨胀变形差 =(t-t)-(t-t)0.00.001851 当量压力组合 0.50.5MPa 有效压力组合 1.58686.17MPa基本法兰力矩系数 0.33310.006129 管板边缘力矩系数0.34530.01836管板边缘剪力系数 1.6840.08953管板总弯矩系数 1.8720.4573系数仅用于 时0.77820.1901系数 当 时,按K和m 查图31(a)实线当 时,按K和m 查图31（b）1.6790.3894系数 > 0 ,=, < 0 , =1.6790.3809管板径向应力系数带膨胀节Q为

25、Q= 0.31240.02877管板布管区周边处径向应力系数 =0.36190.03589管板布管区周边处剪切应力系数 =0.1860.07552壳体法兰力矩系数0.104-0.005569计算值许用值 计算值许用值管板径向应力 1021.5 250.5510.43 501 MPa管板布管区周边处径向应力91.721.5 250.5199.53 501 MPa管板布管区周边剪切应力4.5180.5 83.599.681.5 250.5MPa壳体法兰应力 113.61.5 250.5-330.53 501 MPa换热管轴向应力 4.23411659.1-158.63 34859.1MPa壳程圆筒

26、轴向应力 9.289160.7204.9482MPa换热管与管板连接拉脱应力 q =2.526q5894.613q焊接 q胀接174MPa仅有管程压力Pt作用下的危险组合工况 (Ps = 0)不计温差应力 计温差应力 换热管与壳程圆筒热膨胀变形差 =(t-t)-(t-t)0.00.001851 当量压力组合 -2.241-2.241MPa 有效压力组合 -8.02176.56MPa操作情况下法兰力矩系数-0.048450.005076管板边缘力矩系数 -0.048450.005076管板边缘剪力系数 -0.23630.02475管板总弯矩系数 -0.55840.3068系数仅用于 时0.232

27、10.1275系数 当 时,按K和m 查图31（a）实线当 时,按K和m 查31（b)1.0770.4405系数 >0, =; <0 ,=1.0770.4376管板径向应力系数带膨胀节Q为Q =0.057020.03108管板布管区周边处径向应力系数=-0.030720.02265管板布管区周边处剪切应力系数 = 0.052940.07103壳体法兰力矩系数 -0.02796-0.01002计算值许用值 计算值许用值管板径向应力 94.181.5 250.54903 501 MPa管板布管区周边处径向应力 72.441.5250.54.5353501 MPa管板布管区周边剪切应力-

28、6.5050.5 83.583.31.5 250.5MPa壳体法兰应力154.51.5 250.5-528.43 501 MPa换热管轴向应力 11.1311659.1-1623 34859.1MPa壳 程圆筒轴向应力 10.01160.7194.6482MPa换热管与管板连接拉脱应力 q =6.637q5896.623q焊接q胀接174MPa计算结果管板名义厚度45mm管板校核通过管箱法兰计算计算单位设 计 条 件简 图设计压力 p1.800MPa计算压力 pc1.800MPa设计温度 t150.0° C轴向外载荷 F0.0N外力矩 M0.0N.mm壳材料名称Q345R体许用应力

29、189.0MPa法材料名称16Mn许用sf178.0MPa兰应力stf167.0MPa材料名称35CrMoA螺许用sb210.0MPa应力stb185.0MPa栓公称直径 d B20.0mm螺栓根径 d 117.3mm数量 n20个Di450.0Do590.0垫 结构尺寸Db550.0D外504.0D内472.0012.0 mmLe20.0LA28.0h10.0122.0材料类型软垫片N16.0m3.00y(MPa)69.0压紧面形状1a,1bb7.16DG489.7片b06.4mm b= b0b06.4mm DG= ( D外+D内 )/2b0 > 6.4mm b=2.53 b0 > 6.4mm DG= D外 - 2b螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷WaWa= bDG y = 759597.8N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 457894.8 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 3617.1mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 4698.0mm2力