塔设备冷凝器再沸器选型源文件e

1、过 程强 度 计 算 书SW6-2011批准号：CSBTS/TC40/SC5-D01-1999DATA SHEET OF PROCESS EQUIPMENT DESIGN工程名：天津渤化石化PROJECT年产24万吨丙烯腈（AN）分厂位号：E0307ITEM名称：萃取塔再沸器EQUIPMENT图 号：DWG NO。设计DESIGNER：太原科技大学Pathbreakers全 国 化 工设 计 技 术 中 心 站0设计Designed by李日期Date2016.7.13校核Checked by任治莹日期Date2016.7.13审核Verified by王 浩日期Date2016.7.14批准

2、Approved by吴昊天日期Date2016.7.14过程强度计算书SW6-2011全 国 化 工设 计 技 术 中心 站1固定管板换热器设计计算计算太原科技大学 Pathbreakers设 计 计 算 条 件壳程管程设计ps0.6MPa设计pt0.6MPa设计温度ts100°C设计温度t t100°C壳程圆筒内径Di1200mm管箱圆筒内径Di1200mm材料名称S30408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()校核计算后端管箱圆筒校核计算后端管箱封头()校核计算管箱校核计算开孔补强设计计算管板校核计算筒体校核计算过程

3、强度计算书SW6-2011全 国 化 工设 计 技 术 中心 站2前端管箱筒体计算计算太原科技大学 Pathbreakers计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算Pc0.60MPa设计温度 t100.00° C内径 Di1200.00mm材料Q345R( 板材 )试验温度应力 s185.00MPa设计温度应力 st185.00MPa试验温度下屈服点 ss325.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 f0.85厚度及重量计算计算厚度 Pc Did = 2s t f - Pc= 2.29mm有效厚度de =dn - C1-

4、C2= 15.70mm名义厚度dn = 18.00mm重量2432.98Kg试验时应力校核试验类型试验试验值PT = 1.25P s = 0.6000(或由用户输入)s tMPa试验通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = 292.50MPa试验下圆筒的应力sT = pT .( Di + d e ) = 27.332d e .fMPa校核条件sT£ sT校核结果合格及应力计算最大工作2d e s t fPw= ( Di +d e ) = 4.06157MPa设计温度下计算应力 Pc ( Di +d e )st =2d= 23.23eMPastf157.25MPa校核条

5、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11.00mm,合格过程强度计算书SW6-2011全 国 化 工设 计 技 术 中心 站3前端管箱封头计算计算太原科技大学 Pathbreakers计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算Pc0.60MPa设计温度 t100.00° C内径 Di1200.00mm曲面深度 hi300.00mm材料S11306(板材)设计温度应力 st126.00MPa试验温度应力 s137.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C20.00mm焊接接头系数 f1.00试验时应力校核试验类型试验试验值

6、PT = 1.25Pc s = 0.6000 (或由用户输入)s tMPa试验通过的应力stsT£ 0.90 ss = 184.50MPa试验下封头的应力sT = pT .(KDi + 0.5de ) = 20.492de.fMPa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 éæ D ö2 ù = 1.0000ê2 + ç i ÷ ú6 êç 2h ÷ úëèi ø û计算厚度 KPc Didh

7、 = 2s t f -0.5Pc= 2.86mm有效厚度deh =dnh - C1- C2= 17.70mm最小厚度dmin = 2.00mm名义厚度dnh = 18.00mm结论满足最小厚度要求重量242.78Kg压 力 计 算最大工作2s t fd ePw= KDi +0.5d e = 3.68979MPa结论合格过程强度计算书SW6-2011全 国 化 工设 计 技 术 中心 站4后端管箱筒体计算计算太原科技大学 Pathbreakers计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算Pc0.60MPa设计温度 t100.00° C内径 Di1200.00mm材料

8、Q345R( 板材 )试验温度应力 s185.00MPa设计温度应力 st185.00MPa试验温度下屈服点 ss325.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 f0.85厚度及重量计算计算厚度 Pc Did = 2s t f - Pc= 2.29mm有效厚度de =dn - C1- C2= 15.70mm名义厚度dn = 18.00mm重量2432.98Kg试验时应力校核试验类型试验试验值PT = 1.25P s = 0.6000(或由用户输入)s tMPa试验通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = 292.50MPa试验下圆筒的应力s

9、T = pT .( Di + d e ) = 27.332d e .fMPa校核条件sT£ sT校核结果合格及应力计算最大工作2d e s t fPw= ( Di +d e ) = 4.06157MPa设计温度下计算应力 Pc ( Di +d e )st =2d= 23.23eMPastf157.25MPa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11.00mm,合格过程强度计算书SW6-2011全 国 化 工设 计 技 术 中心 站5后端管箱封头计算计算太原科技大学 Pathbreakers计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件椭圆封头简图

10、计算Pc0.60MPa设计温度 t100.00° C内径 Di1200.00mm曲面深度 hi300.00mm材料S11306(板材)设计温度应力 st126.00MPa试验温度应力 s137.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 f1.00试验时应力校核试验类型试验试验值PT = 1.25Pc s = 0.6000 (或由用户输入)s tMPa试验通过的应力stsT£ 0.90 ss = 184.50MPa试验下封头的应力sT = pT .(KDi + 0.5de ) = 23.082de.fMPa校核条件sT£ sT校核

11、结果合格厚度及重量计算形状系数K = 1 éæ D ö2 ù = 1.0000ê2 + ç i ÷ ú6 êç 2h ÷ úëèi ø û计算厚度 KPc Didh = 2s t f -0.5Pc= 2.86mm有效厚度deh =dnh - C1- C2= 15.70mm最小厚度dmin = 2.00mm名义厚度dnh = 18.00mm结论满足最小厚度要求重量242.78Kg压 力 计 算最大工作2s t fd ePw= KDi +0

12、.5d e = 3.27557MPa结论合格过程强度计算书SW6-2011全 国 化 工设 计 技 术 中心 站6壳程圆筒计算计算太原科技大学 Pathbreakers计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算Pc0.60MPa设计温度 t100.00° C内径 Di1200.00mm材料S30408( 板材 )试验温度应力 s137.00MPa设计温度应力 st137.00MPa试验温度下屈服点 ss205.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 f0.85厚度及重量计算计算厚度 Pc Did = 2s t f - Pc=

13、3.10mm有效厚度de =dn - C1- C2= 15.70mm名义厚度dn = 18.00mm重量2432.98Kg试验时应力校核试验类型试验试验值PT = 1.25P s = 0.6000(或由用户输入)s tMPa试验通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = 184.50MPa试验下圆筒的应力sT = pT .( Di + d e ) = 27.332d e .fMPa校核条件sT£ sT校核结果合格及应力计算最大工作2d e s t fPw= ( Di +d e ) = 3.00776MPa设计温度下计算应力 Pc ( Di +d e )st =2d= 2

14、3.23eMPastf116.45MPa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,合格过程强度计算书SW6-2011全 国 化 工设 计 技 术 中心 站7不带固定式管板计算(c)设 计太原科技大学 Pathbreakers设 计 计 算 条 件简图壳程圆筒设计Ps0.6MPa设计温度 t100°C平均金属温度 ts80°C装配温度 t 015°C材料名称S30408设计温度下应力s t137MPa平均金属温度下弹性模量E s1.905e+05MPa平均金属温度下热膨胀系数as1.672e-05mm/mm °

15、C壳程圆筒内径 Di1200mm壳程圆筒名义厚度 ds18mm壳程圆筒有效厚度 de15.7mm壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di21.131e+06mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( DI+dn )5.996e+04mm2管箱圆筒设计Pt0.6MPa设计温度 t t100°C材料名称Q345R设计温度下弹性模量 Eh2.01e+05MPa管箱圆筒名义厚度dh18mm管箱圆筒有效厚度dhe15.7mm换热管材料名称20(GB9948)管子平均温度 t100°C设计温度下管子材料应力 s tt147MPa设计温度下管子材料屈服应力 s ts220MPa设

16、计温度下管子材料弹性模量 E tt1.97e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量 E t1.97e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数at1.153e-05mm/mm°C管子外径 d19mm管子壁厚dt2mm管子根数 n1850换热管中心 S25mm一根管子金属横截面积a = p dt (d - dt )106.8mm2换热管长度 L14500mm换热管有效长度(两管板内侧间距) L4436mm过程强度计算书SW6-2011注：全 国 化 工设 计 技 术 中心 站8换热管管束模数 Kt = Et na / LDi7313MPa管子回转半径 i = 0.25 d 2 +

17、 (d - 2d ) 2t6.052mm管子受压失稳当量长度 lcr3500mm系数 Cr = p2Et / s tts132.9比值 lcr i578.3管子压应力 ( C <= lcr ) s = p 2 Etricr 2(li)2 cr2.907MPa管子压应力(lcr ) s = s t éli ùCr >cr s ê1 - crúi2 ë2Cr ûMPa管板材料名称Q345R设计温度 tp100°C设计温度下应力 s tr185MPa设计温度下弹性模量 E tp1.97e+05MPa管板腐蚀裕量 C24

18、mm管板输入厚度 dn32mm管板计算厚度 d17.7mm隔板槽面积 (拉杆和假管区面积)Ad0mm2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 = 1.318 DiE na / Et Ldh ,K =dtp14.97管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接(焊接)高度 l3mm胀接拉脱应力qMPa焊接拉脱应力q73.5MPa管箱法兰材料名称管箱厚度 d " fmm比值 d h / Di比值 d " / Dfi系数 (查<<GB151-1999>>图25) C"系数 (查<<GB151-1999>&g

19、t;图26) w "旋转刚度 K " = 1 Ehw "f12MPa过程强度计算书SW6-2011全 国 化 工设 计 技 术 中心 站9壳体法兰材料名称Q345R壳体厚度df'32mm管板延长部分凸缘外直径 Df0mm管板延长部分凸缘宽度 bf = (Df - Di ) / 2-600mm比值 ds / Di0.01308比值 d ' / Dfi0.02667系数C' (按ds /Di ,d”f /Di ) 查<<GB151-1999>>图25)0.007918系数 (查<<GB151-1999>

20、>图26)w0.0004736旋转刚度1 2E 'b æ 2d ' ö3K ' =f f ç f ÷ + E w' f12 Di + bf ç Di ÷sèø2.538MPa系数计算旋转刚度( c型结构 K" = 0) K = K ' + K "ffff2.538MPa旋转刚度无量纲参数p Kf K f = 4 Kt0.0002725膨胀节总体轴向刚度 Kex1N/mm管板第一弯矩系数m1,(按K, Kf 查<<GB151-1999>

21、;>图27)0.3992系数 y = m1 K K f98.19系数(按 Kt Kf 查<<GB151-1999>>图29) G27.856换热管束与不带膨胀节壳体刚度之± Q = Et naEs As3.408换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 Q = Et na(Es As + Kex L)exE A K Ls s ex8.776e+06管板第二弯矩系数m2,按K,Q(或Qex)查<<GB151-1999>>图28(a)或(b)1.158e+06管板参数管板开孔后面积 A = A- 0.25 np d 2l6.064e+05mm2

22、管板布管区面积(三角形布管) At = 0.866 nS 2 + Ad(正方形布管) At = nS 2 + Ad1.001e+06mm2管板布管区当量直径 Dt = 4At / p1129mm系数计算系数 l = Al / A0.5362系数 b = na / Al0.3258系数 å = 0.4 + 0.6 (1 + Q)sl5.332系数 (带膨胀节时Qex 代替Q)å = 0.4(1 + b) + 0.6 (1 + Q)tl1.637e+07管板布管区当量直径与壳体内径之比 rt = Dt / Di0.9409管板周边不布管区无量纲宽度 k=K (1 - rt )0

23、.8841过程强度计算书SW6-2011全 国 化 工设 计 技 术 中心 站10仅有壳程Ps作用下的组合工况 (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g = at (t t -t 0 )- as (t s -t 0 )0.0-0.0001068当量组合 Pc = Ps0.60.6MPa有效组合 Pa = S s Ps + bgEt3.199-3.653MPa边界效应组合 Pb = C ' Ps0.0047510.004751MPa边界效应组合系数 Pb M b =Pa l0.002769-0.002425管板边缘力矩系数 M = M b0.002769-0.

24、002425管板边缘剪力系数 n = y M0.2719-0.2382管板总弯矩系数 m = m1 + m2n1+n2.476e+05-3.621e+05系数G1e 仅用于 m > 0 时 G1e = 3m m K1.992e+042.912e+04系数G1i当m > 0 时,按 K 和 m31(a)实线当m < 0 时,按 K 和 m31(b)4.219e+047.281e+04系数G1m > 0, G1 = max(G1e , G1i ) ,m < 0, G = G11i4.219e+047.281e+04管板径向应力系数带膨胀节Q为Q exs r = 1 (

25、1 + n )G14 Q + G20.0015290.00158管板布管区周边处径向应力系数3 m(1 + n )s ' = r4 K(Q + G2 )0.001804-0.00158管板布管区周边处剪切应力系数t = 1 1+ n p4 Q + G23.624e-082.17e-08计算值值计算值值管板径向应力l æ D ö 2s = s r P m çè i ÷ørad30.141.5 s tr=277.535.573 s tr=555MPa管板布管区周边处径向应力P l ' æ D ö 2 &

26、#233;kk 2ùs ' = a s r çè i ÷ø ê1-+( 2 - m)úrmdëm2mû21.671.5 s tr=277.521.673 s tr=555MPa管板布管区周边剪切应力t= Pa l Di pm t p d9.914e-060.5 s tr=92.5-6.78e- 061.5 s tr=277.5MPa过程强度计算书SW6-2011全 国 化 工设 计 技 术 中心 站11换热管轴向应力 s = 1 é P - G2 - Qn P ùtb 

27、4; cQ + Ga úë2û4.511s t =t147s cr = 2.9074.5113 s t =t441s cr = 2.907MPa壳程圆筒轴向应力 s = Al(1 + n ) PcA (Q + G ) a s24.69e-06f s t =c116.5-3.207e-063f s t =c349.4MPas t a换热管与管板连接拉脱应力 q =dlp2.691q= 73.52.6913q焊接q胀接220.5MPa仅有管程Pt作用下的组合工况 (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g = at (t t -t 0 )-

28、as (t s -t 0 )0.0-0.0001068当量组合 Pc = - Pt (1 + b )-0.7955-0.7955MPa有效组合 Pa = -St Pt + b g Et-9.819e+06-9.819e+06MPa边界效应组合 P = -0.15C' P - 0.85C" Pbtt-0.0007127-0.0007127MPaP边界效应组合系数 M b =b Pa l1.353e-101.353e-10管板边缘力矩系数 M = M b1.353e-101.353e-10管板边缘剪力系数n = y M1.329e-081.329e-08管板总弯矩系数 m = m

29、1 + m2n1 + n0.41460.4146系数G1e仅用于 m > 0 时G1e = 3m m K0.033350.03335系数G1i当m > 0 时,按 K 和 m31(a)实线当m < 0 时,按 K 和 m31(b)0.049040.04904系数G1m >0, G = max(G , G ) ;11e1im <0, G = G11i0.047840.04784管板径向应力系数带膨胀节Q为Q ex1 (1+n )G s r =14 Q + G21.363e-091.363e-09管板布管区周边处径向应力系数3 m(1 + n )s ' = r

30、4 K(Q + G )22.375e-092.375e-09管板布管区周边处剪切应力系数t = 1 1+n p 4 Q + G22.849e-082.849e-08过程强度计算书SW6-2011全 国 化 工设 计 技 术 中心 站12计算值值计算值值l æ D ö 2管板径向应力s = s r Pç i ÷ra m è d ø82.451.5 s tr=277.582.453 s tr=555MPa管板布管区周边处径向应力P l ' æ D ö 2 ékk 2ùs ' = a

31、s r ç i ÷ ê1 -+( 2 - m)úrmè d ø ëm2mû27.341.5 s tr=277.527.343 s tr=555MPa管板布管区周边剪切应力t= Pa l Di pm t p d-23.920.5 s tr=92.5-23.921.5 s tr=277.5MPa换热管轴向应力1 éG2 - Qnùst = b ë Pc - Q + GPaêú2û24.14s t =t147s cr = 2.90724.143 s t =t44

32、1s cr = 2.907MPa壳程圆筒轴向应力s = A P + l(1 + n ) P cAt(Q + G ) a s28.325e-06f s t =c116.52.571e-073f s t =c349.4MPas t a换热管与管板连接拉脱应力 q =dlp14.4q= 73.514.43q焊接q胀接220.5MPa计算结果管板名义厚度dn32mm管板校核通过过程强度计算书SW6-2011全 国 化 工设 计 技 术 中心 站13换热管内压计算计算太原科技大学 Pathbreakers计算条件换热管简图计算Pc0.60MPa设计温度 t100.00° C内径 Di15.00

33、mm材料20(GB9948)( 管材 )试验温度应力 s152.00MPa设计温度应力 st147.00MPa mm钢板负偏差 C10.00腐蚀裕量 C20.00mm焊接接头系数 f1.00厚度及重量计算计算厚度 Pc Did = 2s t f - Pc= 0.03mm有效厚度de =dn - C1- C2= 2.00mm名义厚度dn = 2.00mm重量3.77Kg及应力计算最大工作2d e s t fPw= ( Di +d e ) = 34.58823MPa设计温度下计算应力 Pc ( Di +d e )st =2d= 2.55eMPastf147.00MPa校核条件stf st结论换热管

34、内压计算合格过程强度计算书SW6-2011全 国 化 工设 计 技 术 中心 站14换热管外压计算计算太原科技大学 Pathbreakers计算条件换热管简图计算Pc-0.60MPa设计温度 t100.00° C内径 Di15.00mm材料名称20(GB9948)(管材)试验温度应力 s152.00MPa设计温度应力 st147.00MPa钢板负偏差 C10.00mm腐蚀裕量 C20.00mm焊接接头系数 f1.00厚度及重量计算计算厚度d = 0.22mm有效厚度de =dn - C1- C2= 2.00mm名义厚度dn = 2.00mm外压计算长度 LL= 4500.00mm外径

35、 DoDo= Di+2dn = 19.00mmL/Do3.85Do/de9.50A 值A= 0.0138925B 值B= 160.71重量3.77kg计算结论P= B = 28.01874Do /d eMPa换热管外压计算合格过程强度计算书SW6-2011全 国 化 工设 计 技 术 中心 站15管箱计算计算太原科技大学 Pathbreakers设 计 条 件简图设计p0.600MPa计算pc0.600MPa设计温度 t100.0° C法兰输入厚度f68.0mm材料名称Q345R应力sf181.0MPastf185.0MPa螺栓材料名称40MnB应力sb212.0MPastb189.

36、0MPa公称直径 dB30.0mm螺栓根径 dd26.2mm数量 n32个垫片b' = 4 b'032.25m0.302b"5y(MPa)2.0结构mmD1520.0D' = D - (d + 2b")Gbb= 1302.0Di1510.0Db1340.0db33.0118.0螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷WaWa= b'Db y =271519.5N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = F'+F'p + F R = 2392792.2N实际使用螺栓总截面积 AbAb = n p d 2 = 17266

37、.64 dmm2弯 矩 计 算F = 0.785D 2pDi c= 704488.4N整体: LD = 0.5(Db - Di - d1 )活套: LD = 0.5(Db - Di )LD = 49.5mmF = 0.785(D - d )2 p - F= 100096.9TbbcDNL' = 0.25(D + d + 2b"-D )= 38.8TbbimmF' = 6.28D' × m× p × b"pGc= 3681.3NL' = 0.5(d + 2b")pb= 19.0mmF = FD LD + FP LP + FT LT RL= 1584525.5RND - ( D + d )