再沸器强度计算书

1、 过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-98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：精馏一再沸器 EQUIPMENT 图 号： DWG NO。 设计单位： DESIGNER设 计Designed by日期Date年月日校 核Checked by日期Date审 核Verified by日期Date审 定Approved by日期Date固定管板换热器设计计算 计算单位 设 计 计 算 条 件 壳 程管 程设计压力 0.66MPa设计压力

2、 0.066MPa设计温度 190设计温度 100壳程圆筒内径 1400 mm管箱圆筒内径1400mm材料名称Q235-B材料名称00Cr17Ni14Mo2 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)校核计算膨胀节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条件筒体简图计算压力 Pc 0.07MPa设计温度 t 100.00° C内径 Di 1400.00mm材料 00Cr17Ni14Mo2 ( 板材 )试验温度许用应力 s 118.00MPa设计温度许用应力 st 118.00MPa试验温度下屈服点 ss 177.00MPa钢

3、板负偏差 C1 0.80mm腐蚀裕量 C2 0.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.46mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.20mm名义厚度 dn = 8.00mm重量 97.50Kg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 = 0.1000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = 159.30MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 11.50 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= = 1.02638MP

4、a设计温度下计算应力 st = = 6.45MPastf 100.30MPa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8.00mm,合格前端管箱封头计算计算单位 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 0.07MPa设计温度 t 100.00° C内径 Di 1400.00mm曲面高度 hi 350.00mm材料 00Cr17Ni14Mo2 (板材)试验温度许用应力 s 118.00MPa设计温度许用应力 st 118.00MPa钢板负偏差 C1 0.80mm腐蚀裕量 C2 0.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算形状系数 K = = 1.00

5、00计算厚度 d = = 0.39mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.20mm最小厚度 dmin = 2.10mm名义厚度 dn = 8.00mm结论 满足最小厚度要求重量 137.69 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 1.21060MPa结论 合格壳程圆筒计算计算单位计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.66MPa设计温度 t 190.00° C内径 Di 1400.00mm材料 Q235-B ( 板材 )试验温度许用应力 s 113.00MPa设计温度许用应力 st 106.60MPa试验温度下屈服点 ss 235.00MPa钢板负偏差 C1 0.8

6、0mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 5.12mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.20mm名义厚度 dn = 10.00mm重量 867.55Kg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 = 0.8900 (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 = = 89.91 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= = 1.05525MPa设计温度下计算应

7、力 st = = 56.67MPastf 90.61MPa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10.00mm,合格开孔补强计算计算单位接 管: A1, 219×6计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.66MPa设计温度190壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q235-B板材壳体开孔处焊接接头系数0.85壳体内直径 Di1400mm壳体开孔处名义厚度n10mm壳体厚度负偏差 C10.8mm壳体腐蚀裕量 C21mm壳体材料许用应力t106.6MPa 接管实际外伸长度200mm接

8、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1mm补强圈材料名称Q235-B凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径400mm补强圈厚度6mm接管厚度负偏差 C1t 0.75mm补强圈厚度负偏差 C1r 0.6mm接管材料许用应力t124.4MPa补强圈许用应力t106.6MPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 5.117mm接管计算厚度t0.551 mm补强圈强度削弱系数 frr1接管材料强度削弱系数 fr1开孔直径 d210.5mm补强区有效宽度 B421 mm接管有效外伸长度 h135.54mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱

9、所需的补强面积A 1077mm2壳体多余金属面积 A1648.9 mm2接管多余金属面积 A2262.9mm2补强区内的焊缝面积 A336 mm2A1+A2+A3=947.8 mm2 ，小于A，需另加补强。补强圈面积 A4977.4mm2A-(A1+A2+A3)129.4mm2结论: 补强满足要求。U型膨胀节设计计算 计 算 条 件简 图设计内压力0.66MPa设计外压力MPa设计温度 t190.00设 计 要 求 的 循 环 次 数0次波材料Q235-B#纹腐蚀裕量1.00Mm管许用应力106.60MPa直常温下弹性模量1.919e+05MPa边设计温度下弹性模量1.866e+05MPa段设

10、计温度下屈服点215.00MPa下限操作温度下弹性模量Ebc MPa上限操作温度下弹性模量EbH MPa几 何 尺 寸直边段与波纹内径 =1400.00mm波长 W = 220.00mm直边段长度 =10.00mm波纹管层数 m = 1波高 h = 150.00mm波数 n = 1成型前一层名义厚度 =8.00mm成型前一层有效厚度=6.20mm波纹管直边段平均直径Db +mS =1408.00mm加强圈有效厚度 =mm加强圈平均直径 DC =Db +2mS +SC = mm加强圈弹性模量 Ec =MPa加强圈材料加强圈长度LC = mm波纹管平均直径DmDm =+h =1566.00mm成型

11、后波纹管一层最小有效厚度SP7.56mm系 数 计 算系数 0.06（当时，取）疲劳寿命的温度修正系数Tf 室温条件下=1修正系数横坐标值0.73右端纵坐标曲线值0.92 系数按查图6-2得：0.56 系数按查图6-3得： 1.46 系数按查图6-4得：2.35注：刚 度 及 位 移 计 算一个波轴向钢度63189.80N/mm总体轴向刚度63189.80N/mm轴向力 FF = 12535.97一个波的轴向位移e=F/K=0.20mm应 力 计 算许 用 值内直边段周向薄膜应力3.66106.60 MPa压加强圈周向薄膜应力sc106.60MPa应力波纹管周向薄膜应力35.31106.60M

12、Pa波纹管经向薄膜应力6.54106.60MPa波纹管经向弯曲应力72.16MPa轴 向波纹管经向薄膜应力0.28MPa位移波纹管经向弯曲应力10.26MPa组计算78.70322.50 MPa合计算10.54MPa应力计算所有组合最大值 65.63430.00 MPa疲 劳 寿 命 校 核对于奥氏体不锈钢膨胀节, 当时, 需要进行疲劳校核疲 劳 破 坏 时 的 循 环 次 数 疲劳寿命安全系数( 按GB1511999，nf ³ 15 )许 用 循 环 次 数 校核条件设 计 要 求 的 操 作 循 环 次 数 平面失稳应力= 1.38MPaP<=Ps 平面失稳压力校核通过 延

13、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 ps0.66MPa设计温度 Ts 190平均金属温度 ts0装配温度 to15壳材料名称Q235-B设计温度下许用应力st106.6Mpa程平均金属温度下弹性模量 Es 1.93e+05Mpa平均金属温度下热膨胀系数as1.076e-05mm/mm圆壳程圆筒内径 Di 1400mm壳 程 圆 筒 名义厚 度 ds10mm壳 程 圆 筒 有效厚 度 dse8.2mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef1.846e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di21.539e+06mm2壳程圆筒金属横截面积 As=

14、pds ( Di+ds )3.628e+04mm2管设计压力pt0.066MPa箱设计温度Tt100圆材料名称00Cr17Ni14Mo2筒设计温度下弹性模量 Eh1.95e+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)dh8mm管箱圆筒有效厚度dhe7.2mm管箱法兰设计温度下弹性模量 Et”1.93e+05MPa材料名称00Cr17Ni14Mo2换管子平均温度 tt0设计温度下管子材料许用应力 stt109.8MPa设计温度下管子材料屈服应力sst122MPa热设计温度下管子材料弹性模量 Ett1.846e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量 Et1.97e+05

15、MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数at1.628e-05mm/mm管管子外径 d38mm管子壁厚dt3mm注：管子根数 n645换热管中心距 S50mm换一根管子金属横截面积329.9mm2换热管长度 L2500mm管子有效长度(两管板内侧间距) L12412mm管束模数 Kt = Et na/LDi1.241e+04MPa管子回转半径 12.42mm热管子受压失稳当量长度 lcr2407mm系数Cr =172.8比值 lcr /i193.8管子稳定许用压应力 () 24.25MPa管管子稳定许用压应力 () MPa材料名称00Cr17Ni14Mo2设计温度 tp190管设计温度下许用应力

16、81.4MPa设计温度下弹性模量 Ep1.846e+05MPa管板腐蚀裕量 C2 0mm管板输入厚度dn44mm管板计算厚度 d42.8mm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 = 10.06管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接(焊接)高度l4.5mm胀接许用拉脱应力 qMPa焊接许用拉脱应力 q54.9MPa管材料名称00Cr17Ni14Mo2管箱法兰厚度 46mm法兰外径 1530mm箱基本法兰力矩 1.3e+07N×mm管程压力操作工况下法兰力 4.201e+06N×mm法兰宽度 65m

17、m法比值0.005143比值0.03286系数(按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-1999>>图25)0.00兰系数w”(按dh/Di ,df”/Di ,查<<GB151-1999>>图 26) 6.607e-05旋转刚度 1.479MPa材料名称00Cr17Ni14Mo2壳壳体法兰厚度42mm法兰外径 1530mm体法兰宽度 65mm比值 0.005857法比值0.03系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-1999>>图25 0.00兰系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查&

18、lt;<GB151-1999>>图26 8.251e-05旋转刚度 1.622MPa法兰外径与内径之比 1.093壳体法兰应力系数Y (按 K 查<<GB1501998>>表9-5) 21.79旋转刚度无量纲参数 0.0001026膨胀节总体轴向刚度 4.233e+04N/mm管板第一弯矩系数(按,查<<GB151-1999>>图 27) 0.09252系系数 89.65系数(按查<<GB15198>>图 29) 6.957换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 5.987数换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 41

19、6.5管板第二弯矩系数(按K,Q或查<<GB151-1999>>图28(a)或(b)82.6系数（带膨胀节时代替Q） 1.086e-05计系数 (按K,Q或Qex 查图30) 0.0006842法兰力矩折减系数 0.1304管板边缘力矩变化系数 0.8148算法兰力矩变化系数 0.8937管管板开孔后面积 Al = A - 0.25 npd 28.079e+05mm2板参管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管 ) 1.396e+06mm2数管板布管区当量直径 1333mm系数 0.5248系系数 0.2634数系数 8.388计系数(带膨胀节时代替Q) 795.3

20、算管板布管区当量直径与壳体内径之比 0.9525管板周边不布管区无量纲宽度 k = K(1-rt) 0.4782仅有壳程压力Ps作用下的危险组合工况 (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)0.0-8.28e-05 当量压力组合 0.660.66MPa 有效压力组合 5.5361.24MPa基本法兰力矩系数 0.0020770.009271 管板边缘力矩系数0.0020850.00928管板边缘剪力系数 0.1870.8319管板总弯矩系数 13.0937.56系数仅用于 时1.5624.483系数 当 时,按K和m 查图31(a)实线当

21、时,按K和m 查图31（b）3.6610.67系数 > 0 ,=, < 0 , =3.6610.67管板径向应力系数带膨胀节Q为Q= 0.0025650.01154管板布管区周边处径向应力系数 =0.0027360.01212管板布管区周边处剪切应力系数 =0.00070080.001082壳体法兰力矩系数0.00026110.001199计算值许用值 计算值许用值管板径向应力 19.931.5 122.120.083 244.2 MPa管板布管区周边处径向应力18.321.5 122.118.513 244.2 MPa管板布管区周边剪切应力0.15860.5 40.70.054821.5 122.1MPa壳体法兰应力 14.431.5 122.114.843 244.2 MPa换热管轴向应力 6.026109.824.256.2813 329.424.25MPa壳程圆筒轴向应力 0.345690.610.1195271.8MPa换热管与管板连接拉脱应力 q =3.7q54.93.8573q焊接 q胀接164.7MPa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)0.0-8.28e-05 当量压力