固定管板式换热器计算

1、 过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-98固定管板换热器设计计算 计算单位辽宁石油化工大学 设 计 计 算 条 件 壳 程管 程设计压力 MPa设计压力 MPa设计温度 设计温度 壳程圆筒内径 mm管箱圆筒内径mm材料名称材料名称 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)校核计算膨胀节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辽宁石油化工大学计算条件筒体简图计算压力 PcMPa设计温度 t° C内径 Dimm材料试验温度许用应力 sMPa设计温度许用应力 s

2、tMPa试验温度下屈服点 ssMPa钢板负偏差 C1mm腐蚀裕量 C2mm焊接接头系数 f厚度及重量计算计算厚度 d = = mm有效厚度 de =dn - C1- C2= mm名义厚度 dn = mm重量Kg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 = (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 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= = MPa设计温度下计算应力 st = = MPastfMPa校核条件stf st结论

3、筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度6.00mm,合格前端管箱封头计算计算单位 辽宁石油化工大学计算条件椭圆封头简图计算压力 PcMPa设计温度 t° C内径 Dimm曲面高度 himm材料设计温度许用应力 stMPa试验温度许用应力 sMPa钢板负偏差 C1mm腐蚀裕量 C2mm焊接接头系数 f厚度及重量计算形状系数 K = = 计算厚度 d = =mm有效厚度 de =dn - C1- C2= mm最小厚度 dmin = mm名义厚度 dn = mm结论 满足最小厚度要求重量 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = MPa结论 合格后端管箱筒体计算计算单位辽宁

4、石油化工大学计算条件筒体简图计算压力 PcMPa设计温度 t° C内径 Dimm材料试验温度许用应力 sMPa设计温度许用应力 stMPa试验温度下屈服点 ssMPa钢板负偏差 C1mm腐蚀裕量 C2mm焊接接头系数 f厚度及重量计算计算厚度 d = = mm有效厚度 de =dn - C1- C2= mm名义厚度 dn = mm重量 Kg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 = (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = MPa校核条件 sT£ sT

5、校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = MPa设计温度下计算应力 st = = MPastfMPa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6.00mm,合格后端管箱封头计算计算单位 辽宁石油化工大学计算条件椭圆封头简图计算压力 PcMPa设计温度 t° C内径 Dimm曲面高度 himm材料设计温度许用应力 stMPa试验温度许用应力 sMPa钢板负偏差 C1mm腐蚀裕量 C2mm焊接接头系数 f厚度及重量计算形状系数 K = =计算厚度 d = = mm有效厚度 de =dn - C1- C2= mm最小厚度 dmin = mm名

6、义厚度 dn = mm结论 满足最小厚度要求重量 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = MPa结论 合格壳程圆筒计算计算单位辽宁石油化工大学计算条件筒体简图计算压力 PcMPa设计温度 t° C内径 Dimm材料试验温度许用应力 sMPa设计温度许用应力 stMPa试验温度下屈服点 ssMPa钢板负偏差 C1mm腐蚀裕量 C2mm焊接接头系数 f厚度及重量计算计算厚度 d = = mm有效厚度 de =dn - C1- C2= mm名义厚度 dn = mm重量 Kg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 = (或由用户输入)MPa压力试验允许

7、通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 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= = MPa设计温度下计算应力 st = = MPastf MPa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6.00mm,合格延长部分兼作法兰固定式管板 设计单位 辽宁石油化工大学 设 计 计 算 条 件 简 图设计压力 psMPa设计温度 Ts 平均金属温度 ts装配温度 to壳材料名称设计温度下许用应力stMpa程平均金属温度下弹性模量 Es Mpa平均金属温度下热膨胀系

8、数asmm/mm圆壳程圆筒内径 Di mm壳 程 圆 筒 名义厚 度 dsmm壳 程 圆 筒 有效厚 度 dsemm筒壳体法兰设计温度下弹性模量 EfMPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di2mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )mm2管设计压力ptMPa箱设计温度Tt圆材料名称筒设计温度下弹性模量 EhMPa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)dhmm管箱圆筒有效厚度dhemm管箱法兰设计温度下弹性模量 Et”MPa材料名称换管子平均温度 tt设计温度下管子材料许用应力 sttMPa设计温度下管子材料屈服应力sstMPa热设计温度下管子材

9、料弹性模量 EttMPa平均金属温度下管子材料弹性模量 EtMPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数atmm/mm管管子外径 dmm管子壁厚dtmm注：管子根数 n换热管中心距 Smm换一根管子金属横截面积mm2换热管长度 Lmm管子有效长度(两管板内侧间距) L1mm管束模数 Kt = Et na/LDiMPa管子回转半径 mm热管子受压失稳当量长度 lcrmm系数Cr =比值 lcr /i管子稳定许用压应力 () MPa管管子稳定许用压应力 () MPa材料名称设计温度 tp管设计温度下许用应力MPa设计温度下弹性模量 EpMPa管板腐蚀裕量 C2 mm管板输入厚度dnmm管板计算厚度 dm

10、m隔板槽面积 (包括拉杆和假管区面积)Admm2板管板强度削弱系数 h管板刚度削弱系数 m管子加强系数 K = 管板和管子连接型式管板和管子胀接(焊接)高度lmm胀接许用拉脱应力 qMPa焊接许用拉脱应力 qMPa管材料名称管箱法兰厚度 mm法兰外径 mm箱基本法兰力矩 N×mm管程压力操作工况下法兰力 N×mm法兰宽度 mm法比值比值系数(按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-1999>>图25)兰系数w”(按dh/Di ,df”/Di ,查<<GB151-1999>>图 26) 旋转刚度 MPa材料名称壳壳体

11、法兰厚度mm法兰外径 mm体法兰宽度 mm比值 法比值系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-1999>>图25 兰系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-1999>>图26 旋转刚度 MPa法兰外径与内径之比 壳体法兰应力系数Y (按 K 查<<GB1501998>>表9-5) 旋转刚度无量纲参数 膨胀节总体轴向刚度 N/mm管板第一弯矩系数(按,查<<GB151-1999>>图 27) 系系数 系数(按查<<GB15198>>图 2

12、9) 换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 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)系数（带膨胀节时代替Q） 计系数 (按K,Q或Qex 查图30) 法兰力矩折减系数 管板边缘力矩变化系数 算法兰力矩变化系数 管管板开孔后面积 Al = A - 0.25 npd 2mm2板参管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管 ) mm2数管板布管区当量直径 mm系数 系系数 数系数 计系数(带膨胀节时代替Q) 算管板布管区当量直径与壳体内径之比 管板周边不布管区无量纲宽度 k = K(1-rt) 仅有壳程压力

13、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) 当量压力组合 MPa 有效压力组合 MPa基本法兰力矩系数 管板边缘力矩系数管板边缘剪力系数 管板总弯矩系数 系数仅用于 时系数 当 时,按K和m 查图31(a)实线当 时,按K和m 查图31（b）系数 > 0 ,=, < 0 , =管板径向应力系数带膨胀节Q为Q= 管板布管区周边处径向应力系数 =管板布管区周边处剪切应力系数 =壳体法兰力矩系数计算值许用值 计算值许用值管板径向应力 1.5 3 MPa管板布管区周边处径向应力1.5 3 MPa管板布管区周边剪切

14、应力0.5 1.5 MPa壳体法兰应力 1.5 3 MPa换热管轴向应力 3 MPa壳程圆筒轴向应力 MPa换热管与管板连接拉脱应力 q =q3q焊接 q胀接MPa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) 当量压力组合 MPa 有效压力组合 MPa操作情况下法兰力矩系数管板边缘力矩系数 管板边缘剪力系数 管板总弯矩系数 系数仅用于 时系数 当 时,按K和m 查图31（a）实线当 时,按K和m 查31（b)系数 >0, =; <0 ,=管板径向应力系数带膨胀节Q为Q =管板布管区周边处径向应

15、力系数=管板布管区周边处剪切应力系数 = 壳体法兰力矩系数 计算值许用值 计算值许用值管板径向应力 1.5 3 MPa管板布管区周边处径向应力 1.53 MPa管板布管区周边剪切应力0.5 1.5 MPa壳体法兰应力1.5 3 MPa换热管轴向应力 3 MPa壳 程圆筒轴向应力 MPa换热管与管板连接拉脱应力 q =q3q焊接q胀接MPa计算结果管板名义厚度mm管板校核通过筒体法兰计算结果计算单位辽宁石油化工大学设 计 条 件简 图设计压力 pMPa计算压力 pcMPa设计温度 t° C轴向外载荷 FN外力矩 MN.mm壳材料名称体许用应力 MPa法材料名称许用sfMPa兰应力stf

16、MPa材料名称螺许用sbMPa应力stbMPa栓公称直径 d Bmm螺栓根径 d 1mm数量 n个DiDo垫 结构尺寸DbD外D内0 mmLeLAh1材料类型Nmy(MPa)压紧面形状bDG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 = N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb

17、= = mm2力 矩 计 算操FD = 0.785pc = NLD= L A+ 0.51 = mmMD= FD LD =N.mm作FG = Fp = NLG= 0.5 ( Db - DG ) = mmMG= FG LG = N.mmMpFT = F-FD =NLT=0.5(LA + d1 + LG ) = mmMT= FT LT = N.mm外压: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 内压: Mp = MD+MG+MT Mp = N.mm预紧 MaW = NLG = mmMa=W LG = N.mm计算力矩 Mo= Mp 与Masft/sf中大者 Mo = N.mm螺

18、 栓 间 距 校 核实际间距 = mm最小间距 (查GB150-98表9-3)mm最大间距mm 形 状 常 数 确 定h/ho = K = Do/DI = 由K查表9-5得T=Z =Y =U=整体法兰查图9-3和图9-4FI=VI=松式法兰查图9-5和图9-6FL=VL=查图9-7由 d1/do 得f = 整体法兰 =松式法兰 = =f e+1 =g = y/T = = 剪应力校核计 算 值许 用 值结 论预紧状态 MPa操作状态 MPa输入法兰厚度f = 33.0 mm时, 法兰应力校核应力性质计 算 值许 用 值结 论轴向应力 MPa = 或 = ( 按整体法兰设计的任 意 式法兰, 取 ) 校核合格径向应力 MPa = 切向应力 MPa = 综合应力 = MPa = 法兰校核结果校核合格开孔补强计算计算单位辽宁石油化工大学接 管: 计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pcMPa设计温度壳体型式壳体材料名称及类型壳体开孔处焊接接头系数壳体内直径 Dimm壳体开孔处名义厚度nmm壳体厚度负偏差 C1mm壳体腐蚀裕量 C2mm壳体材料许用应力tMPa 接管实际外伸长度mm接管实际内伸长度mm接管材料接管焊接接头系数名称及类型接管腐蚀裕量mm补强圈材料名称凸形封