过热蒸汽换热器毕业设计强度书

1、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： EQUIPMENT 图 号： DWG NO。 设计单位： DESIGNER设 计Designed by日期Date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 1MPa设计压力 1MPa设计温度 180设计温度 90壳程圆筒内径 1200 mm管箱圆筒

2、内径1200mm材料名称16MnR(热轧)材料名称Q235-B 简 图 计 算 内 容壳程圆筒设计计算前端管箱圆筒校核计算前端管箱封头(平盖)校核计算开孔补强设计计算管板设计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 1.00MPa设计温度 t 90.00° C内径 Di 1200.00mm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 113.00MPa试验温度下屈服点 ss 235.00MPa钢板负偏差 C1 0.80mm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 = = 6.2

3、8mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.20mm名义厚度 dn = 10.00mm重量 119.36Kg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 = 1.2500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = 211.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 108.34 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= = 1.30377MPa设计温度下计算应力 st = = 73.67MPastf 96.05MPa校核条件stf st结论 筒体名义厚度大于

4、或等于GB151中规定的最小厚度10.00mm,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 1.00MPa设计温度 t 90.00° C内径 Di 1200.00mm曲面高度 hi 300.00mm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 113.00MPa钢板负偏差 C1 0.80mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 d = = 6.26mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.20mm最小厚度 dmin = 1.80mm名

5、义厚度 dn = 9.00mm结论 满足最小厚度要求重量 115.25 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 1.14915MPa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 1.00MPa设计温度 t 180.00° C内径 Di 1200.00mm材料 16MnR(热轧) ( 板材 )试验温度许用应力 s 170.00MPa设计温度许用应力 st 170.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm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 = = 4.17mm有效厚度 de =

6、dn - C1- C2= 9.00mm名义厚度 dn = 10.00mm重量 596.79Kg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 = 1.2500 (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 = = 98.77 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= = 2.15136MPa设计温度下计算应力 st = = 67.17MPastf 144.50MPa校核条件stf st结论 筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的

7、最小厚度10.00mm,合格开孔补强计算计算单位接 管: A1, 325×8计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1MPa设计温度180壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(热轧)板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di1200mm壳体开孔处名义厚度n10mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C21mm壳体材料许用应力t170MPa 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1mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线

8、的距离mm补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差 C1t 1mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t125.8MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 3.54mm接管计算厚度t1.233 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr0.74开孔直径 d313mm补强区有效宽度 B626 mm接管有效外伸长度 h150.04mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 1119mm2壳体多余金属面积 A11692 mm2接管多余金属面积 A2353mm2补强区内的焊缝面积 A364 mm2A1+A2+A3=2109 mm2 ，大

9、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。开孔补强计算计算单位接 管: A2, 133×6计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1MPa设计温度180壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(热轧)板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di1200mm壳体开孔处名义厚度n10mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C21mm壳体材料许用应力t170MPa 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

10、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t125.8MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 3.54mm接管计算厚度t0.483 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr0.74开孔直径 d124.5mm补强区有效宽度 B249 mm接管有效外伸长度 h127.33mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 448.5mm2壳体多余金属面积 A1667.7 mm2接管多余金属面积

11、 A2152.4mm2补强区内的焊缝面积 A336 mm2A1+A2+A3=856.1 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。开孔补强计算计算单位接 管: A3, 325×10计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1MPa设计温度90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1壳体内直径 Di1200mm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t1

12、13MPa 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1mm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 1.25mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t130MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 5.333mm接管计算厚度t1.178 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr1开孔直径 d309.5mm补强区有效宽度 B619 mm接管有效外伸长度 h155.63mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱

13、所需的补强面积A 1651mm2壳体多余金属面积 A1887.2 mm2接管多余金属面积 A2731.3mm2补强区内的焊缝面积 A364 mm2A1+A2+A3=1683 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。开孔补强计算计算单位接 管: A4, 57×5计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1MPa设计温度90壳体型式椭圆形封头壳体材料名称及类型Q235-B板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di1200mm壳体开孔处名义厚度

14、n9mm壳体厚度负偏差 C1mm壳体腐蚀裕量 C21mm壳体材料许用应力tMPa椭圆形封头长短轴之比 2接管实际外伸长度120mm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1mm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 mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力tMPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 mm接管计算厚度t mm补强圈强度削弱系数 frr接管材料强度削弱系数 fr开孔直径 dmm补强区有效宽度 B mm接管有效外伸长度 h1mm接管有效内

15、伸长度 h2 mm开孔削弱所需的补强面积A mm2壳体多余金属面积 A1 mm2接管多余金属面积 A2mm2补强区内的焊缝面积 A3 mm2A1+A2+A3= mm2 补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 根据GB150第8.3节的规定,本开孔可不另行补强。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 ps1MPa设计温度 Ts 180平均金属温度 ts125装配温度 to15壳材料名称16MnR(热轧)设计温度下许用应力st170Mpa程平均金属温度下弹性模量 Es 2.015e+05Mpa平均金属温度下热膨胀系数as1.171e-05m

16、m/mm圆壳程圆筒内径 Di 1200mm壳 程 圆 筒 名义厚 度 ds10mm壳 程 圆 筒 有效厚 度 dse9mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef1.976e+05MPa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+ds )3.418e+04mm2管设计压力pt1MPa箱设计温度Tt90圆材料名称Q235-B筒设计温度下弹性模量 Eh1.911e+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)dh16mm管箱圆筒有效厚度dhe8.2mm管箱法兰设计温度下弹性模量 Et”2.034e+05MPa

17、材料名称0Cr18Ni9换管子平均温度 tt97.5设计温度下管子材料许用应力 stt132.8MPa设计温度下管子材料屈服应力sst148.4MPa热设计温度下管子材料弹性模量 Ett1.852e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量 Et1.911e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数at1.683e-05mm/mm管管子外径 d25mm管子壁厚dt1.2mm注：管子根数 n850换热管中心距 S35mm换一根管子金属横截面积89.72mm2换热管长度 L2000mm管子有效长度(两管板内侧间距) L11920mm管束模数 Kt = Et na/LDi6326MPa管子回转半径

18、 8.425mm热管子受压失稳当量长度 lcr700mm系数Cr =157比值 lcr /i83.08管子稳定许用压应力 () MPa管管子稳定许用压应力 () 54.56MPa材料名称16MnR(热轧)设计温度 tp180管设计温度下许用应力152.8MPa设计温度下弹性模量 Ep1.976e+05MPa管板腐蚀裕量 C2 2mm管板输入厚度dn40mm管板计算厚度 d33mm隔板槽面积 (包括拉杆和假管区面积)Ad1.44e+04mm2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 = 8.952管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接(焊接)高度l3.5mm胀接许用拉

19、脱应力 qMPa焊接许用拉脱应力 q66.4MPa管材料名称16MnR(热轧)管箱法兰厚度 66mm法兰外径 1360mm箱基本法兰力矩 6.245e+07N×mm管程压力操作工况下法兰力 5.837e+07N×mm法兰宽度 80mm法比值0.006833比值0.055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) 0.0001814旋转刚度 5.709MPa材料名称16MnR(热轧)壳壳体法兰厚度33m

20、m法兰外径 1360mm体法兰宽度 80mm比值 0.0075法比值0.0275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 0.0001358旋转刚度 2.622MPa法兰外径与内径之比 1.133壳体法兰应力系数Y (按 K 查<<GB1501998>>表9-5) 15.54旋转刚度无量纲参数 0.0003255膨胀节总体轴向刚度 0N/mm管板第一弯矩系数(按,查<<GB151-19

21、99>>图 27) 0.1782系系数 61.15系数(按查<<GB15198>>图 29) 5.831换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 2.116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)1.915系数（带膨胀节时代替Q） 0.001252计系数 (按K,Q或Qex 查图30) 0.001516法兰力矩折减系数 0.1768管板边缘力矩变化系数 1.572算法兰力矩变化系数 0.722管管板开孔后面积 Al = A - 0.25 npd 27.137e+05mm2

22、板参管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管 ) 9.161e+05mm2数管板布管区当量直径 1080mm系数 0.6311系系数 0.1069数系数 3.363计系数(带膨胀节时代替Q) 4.747算管板布管区当量直径与壳体内径之比 0.9管板周边不布管区无量纲宽度 k = K(1-rt) 0.904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)0.00.0001005 当量压力组合 11MPa 有效压力组合 3.3635.415MPa基本法兰力矩系数 0.021680.01346 管板边缘力矩系数0

23、.023650.01543管板边缘剪力系数 1.4460.9437管板总弯矩系数 1.2051.022系数仅用于 时0.16160.137系数 当 时,按K和m 查图31(a)实线当 时,按K和m 查图31（b）0.20390.1511系数 > 0 ,=, < 0 , =0.20390.1511管板径向应力系数带膨胀节Q为Q= 0.015690.009241管板布管区周边处径向应力系数 =0.031080.02093管板布管区周边处剪切应力系数 =0.076950.06114壳体法兰力矩系数0.0029290.001476计算值许用值 计算值许用值管板径向应力 1101.5 229.2104.43 458.4 MPa管板布管区周边处径向应力69.941.5 229.264.353 458.4 MPa管板布管区周边剪切应力13.360.5 76.417.11.5 229.2MPa壳体法兰应力 100.31.5 229.281.423 458.4 MPa换热管轴向应力 -1.613132.854.56-15.093 398.454.56MPa壳程圆筒轴向应力 21.61144.527.65433.5MPa换