4-3换热器选型及设计说明书

1、目 录1.1 设计依据11.2 换热器类型11.3 换热器选型原则51.3.1 基本原则51.3.2 流速61.3.3 温度61.3.4. 71.3.5 介质流程71.3.6 污垢系数81.3.7 传热膜系数81.3.8 换热管81.4 换热器型号的表示方法91.4.1 示例说明91.4.2 换热器的选型软件101.5 换热器选型参数设计111.5.1 流股参数确定111.5.2 设计. 111.5.3 设计温度111.5.4 传热系数121.5.5 流体流程选择121.5.6 EDR 数据导入121.6 换热器选型结构设计131.6.1 换热器形式的选择131.6.2 换热管的选择141.6

2、.3 换热器结构参数选择141.7 换热器设计结果17- 1 -1.8 换热器强度校核181.9 换热器设计小结561.10 换热器选型一览表57- 2 -1.1 设计依据化工设备设计全书换热器2003-5石油化工设备选型手册换热器2009-1化工工艺设计手册2003-8容器GB 150-2011热交换器GB/T 151-2014化工配管用无缝及焊接选用系列 HG 20553-93石油化工企业系列SH/T 3405-2012固定式容器安全技术监察规程TSGR0004-20091.2 换热器类型表1换热器类型1类型特点管式管壳式固定管板式刚性结构：用于管壳温差较小的情况（一般50），管间不能带膨

3、胀节：有一定的温度补偿能力，壳程只能承受较低浮头式管内外均能承受高压，可用于高温高压场合U 型管式管内外均能承受高压，管内及检修填料函式外填料函：管间容易漏泄，不宜处理易挥发，易燃易爆及较高的介质内填料函：密封性能差只能用于压差较小的场合套管式釜式壳体上都有个蒸发空间，用于蒸汽与液相分离表 2 管壳式换热器优缺点对比2种类优点缺点浮头式换热器管束可以抽出，方便； 介质温度不受限制；可在高温高压下工作，一般温度450，6.4Mpa； 可用于结垢比较严重的场合小浮头易发生内漏；金属材料耗量大，成本高 20%； 结构复杂固定管板式传热面积比浮头式换热器大20%30%；壳体和管子壁温差一般宜小于等于5

4、0，大于 50时应在壳体上设置膨双套管式结构比较复杂，主要用于高温高压场合，或固定床反应器中套管式能逆流操作，用于传热面积较小的冷却器、冷凝器、或预热器螺旋浸没式用于管内流体的冷却、冷凝、或者管外流体的加热盘管式喷淋式只能用于管内流体的冷却或冷凝板式板式拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性较大的液体间换热螺旋式可进行严格的逆流操作，有自洁作用，可回收低温热能伞板式伞形传热板结构紧凑，拆洗方便，通道较小，易堵，要求流体干净板壳式板式类似于管束，可抽出检修，不能太高液膜式升降膜式接触时间短，效率高，无内压降，浓缩比不大于 5挂板薄膜式接触时间短，适用于高粘度，易结垢物料，浓缩比1120离心薄膜式受

5、热时间短，方便，效率高，浓缩比不大于 153换热器旁路漏流较小；锻件使用较少，成本低 20%以上;没有内漏胀节；管板与管头之间易产生温差应力而损坏；壳程无法；管子腐蚀后造成连同壳体报废、壳体部件决定于管子，故设备寿命相对较低；不适用于壳程易结垢场合U 型管式 换热器管束可抽出来机械； 壳体与管壁不受温差限制,可在高温、高压下工作，一般适用温度500，10Mpa；可用于壳程结构结垢比较严重的场合；可用于管程易腐蚀场合在管子的 U 形出冲蚀，应控制管内流速；管程不适用于结垢较严重的场合； 单管程换热器不适用；不适用于内导流筒，故死区较大填料函式 换热器管束可抽出机械介质间温差不受限制可用于结构比较

6、严重的场合；可用于管程腐蚀较重的场合；金属耗量较浮头低 10%左右；适用温度可达 200，可达 2.5Mpa密封处易漏；不适用于、易燃、易爆、易挥发及贵重介质场合双壳程换热器传热面积可减少 10%30%； 减少设备数量和属耗量； 传热效率提高；适用于大型化装置；壳程压降约提高4倍；分程隔板与壳体密封片处易泄露； 壳体直径圆度要求较高4适用于串联台数较多；适用于高温、高压场合外导流筒换热器压降降低 90%以上； 处死区，旁路漏流减小，可提高传热有效面积 7% 以上；在 DN325-1800 范围内，可增加 5%-16%传热面积；总传热效率相应提高 12%-23%金属耗量增加 10%（按相同直径比

7、较）；制造难度加大，外导流筒处焊缝要求 100%射线探伤折流杆换热器不易发生诱导振动损失； 传热死区小，传热效率提高20%以上；压降小；抗垢性能良好； 适用于换热器大型化，特别是核电换热应用在低雷诺数 Re<6000（液相）、Re<10000（气相）热效率较低； 造价提高 3%-5%新结构高效 换热器液相传热 Re<600，气相传热Re<3000，传热效率提高 25% 以上；压降比折流板式换热器小 1 倍以上；适用于带固体颗粒的场合； 抗垢性能优良；适用于低温位冷却场合不适用于有相变传热； 压降比折流杆式换热器大高效重沸器有自清洁作用；给热系数比光管提高3.310 倍以

8、上；总传热系数提高40%以上；节约设备重量25%以上；在重油设备上，如渣油、原油设备无应用历史；造价上升10%15%； 不适用于有湿硫化氢场合1.3 换热器选型原则1.3.1 基本原则换热器的类型很多，每种型式都有特定的应用范围。在某一种场合下性能很好的换热器，如果换到另一种场合可能传热效果和性能会有很大的改变。因此，针对具体情况正确地选择换热器的类型，是很重要的。换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有:（1）热负荷及流量大小；（2）流体的性质；（3）温度、及允许压降的范围；（4）对、维修的要求；（5）设备结构、材料、重量；（6）价格、使用安全性和。在换热器选型中，除考虑上述因素外，还应

9、对结构强度、材料来源、加工条件、密封性、安全性等方面加以考虑。所有这些又常常是相互制约、相互影响的，通过设计的优化加以解决。针对不同的工艺条件及操作工况，我们有时使用特殊型式的换热器或特殊的换热管，以实现降低成本的目的。因此，应综合考虑工艺条件和机械设计的要求，正确选择合适的换热器型式来有效地减少工艺过程的能量消耗。对工程技术而言，在设计换热器时，对于型式的合理选择、经济运行和降低成本等方面应有足够的重视，必要时，还得通过计算来进行技术经济指标分析、投资和操作费用对比，从而使设计达到该具体条件下的最佳设计。管壳式换热器，主要应用的有浮头式和固定管板式两种，工艺条件允许时，5适用于塔底重沸器、侧

10、线虹吸式重沸器；适用于化工、制冷系统重沸器或再沸器；抗腐蚀性能良好优先选用固定管板式，但下列条件下使用浮头式：（1）壳壁与管壁的温差超过 70；壁温相差 5070。而壳程流体于 0.6MPa 时，不宜采用有波形膨胀节的固定管板式换热器。大（2）壳程流体易结垢或腐蚀性强时不能采用固定管板式换热器。综合考虑本次设计任务及制造、经济等个方面，本次设计主要采用固定管板式换热器。1.3.2 流速流速提高，流体湍流程度增加，可以提高传热效率有利于冲刷污垢和沉积，但流速过大，磨损严重，甚至造成设备振动，影响操作和使用，能量消耗亦将增加。因此，主张有一个恰当的流速，根据经验，一般主张流体流速范围如下：表 3

11、常见流速表1.3.3 温度换热器的终端温差通常由工艺过程的需要而定，但在确定温差时，应考虑到对换热器的经济性和传热效率的影响。在工艺过程设计时，应使换热器在较佳范围内操作，一般认为理想终端温差如下：（1）热端的温差，应在 20以上；（2）用水或其他冷却介质冷却时，冷端温差可以小一些，但不要低于 5；（3）当用冷却剂冷凝工艺流体时，冷却剂的进口温度应当高于工艺流体中最高凝点组分的凝点 5以上；（4）空冷器的最小温差应大于 20；冷凝含有惰性气体的流体时，冷却剂出口温度至少比冷凝组分低 5。6流体种类常见流速管程壳程一般液体0.5-30.2-1.5易结垢液体>1>0.5气体5-303-

12、151.3.4降一般考虑随操作不同而有一个大致的范围降的影响因素较多，但希望换热器的降在下述参考范围内或附近。表 4 常见压降表1.3.5 介质流程1、为了节省保温层和减少壳体厚度，高温物流一般走管层，但如果为了物料的冷却，也可使高温的物料走壳程；2、较高的物流应走管程；3、黏度较大的物流应走壳程，在壳程可以得到较高的传热系数；4、腐蚀性较强的物流应走管程；5、对降有特定要求的工艺物流应走管程，因管程的传热系数和压降计算误差小；6、较脏和易结垢的物流应走管程，以便和控制结垢。若必须走壳程，则应采用正方形管子排列，并采用可拆式（浮头式、填料函式、U 形管式）换热器；7、流量较小的物流应走壳程，易

13、使物流形成湍流状态，从而增加传热系数；8、传热膜系数较小的物流（如气体）应走壳程，易于提高传热膜系数。7工艺物流的状况允许降 p/kPa工艺气体真空<3.5常压3.414低压1525高压3570工艺流体701701.3.6 污垢系数换热器使用中会在壁面产生污垢，这是无法避免的，在设计换热器时应予认真考虑。由于目前对污垢造成的热阻尚无可靠的公式，不能进行定量计算，在设计时要慎重考虑流速和壁温的影响。选用过大的安全系数，有时会适得其反，传热面积的安全系数过大，将会出现流速下降，自然的“去垢”作用减弱，污垢反会增加。有时在设计时，考虑到有污垢的最不利条件，但新开工时却无污垢，造成过热情况，有时

14、更有利于真的结构，所以不可不慎。应在设计时，从工艺上降低污垢系数，如改进水质，消除死区，增加流速，防止局部过热等。1.3.7 传热膜系数传热面两侧的传热膜系数a1、a2 如相差很大时，a值较小的一侧将成为控制传热效果的主要因素，设计换热器时，应尽量增大a较小这一侧的传热膜系数， 最好能使两侧的a值大体相等。计算传热面积时，常以a小的一侧为基准。增加a值的方法有：（1）缩小通道截面积，以增大流速；（2）增设挡板或促进产生湍流的物；（3）管壁上加翅片，提高湍流程度也增大了传热面积；（4）糙化传热表面，用沟槽或多孔表面，对于冷凝、沸腾等有相变的传热过程来说，可获得大的膜系数。1.3.8 换热管1、管

15、径越小换热器越紧凑、越便宜。但是，管径越小换热器的压降越大，为了满足允许的降，一般推荐选用 19mm 的管子。对于易结垢的物料，为方便，采用外径为 25mm 的管子。对于有气、液两相的工艺物流，一般选用较大的管径，例如再沸器、锅炉，多采用 32mm 的管径。直接火加热时多采用 76mm的管径。82、无相变换热时，管子较长，传热系数增加。在相同传热面时，采用长管管程数少，降小，而且每平方米传热面的比价也低。但是，管子过长给制造带来，因此，一般选用的管长为 4-6m。对于大面积、或无相变的换热器可以选用 8-9m 的管长。3、管子在管板上的分布主要是正方形分布和三角形分布两种形式。三角形的分布有利

16、于壳程物流的湍流。正方形分布有利于壳程。为了弥补各自的缺点，产生了转过一定角度的正方形分布和留有通道的三角形分布两种形式。三角形分布一般是等边三角形的，有时为了工艺的需要可以采用不等边的三角形分布。不常用的还有同心圆式分布，一般用于小直径的换热器。4、管心距是两相邻管子中心的距离。管心距小、设备紧凑，但将引起管板增厚、清洁不便、壳程压降增大，一般选用范围为 1.25-1.5d（d 为管外径）。5、管程数有 1、2 管程或 4 管程。管程数增加，管内流速增加、给热系数也增加。但管内流速要受到管程降等限制，在工业上常用的管内流速如下：水和相类似的液体流速一般取 1-2.5m/s；对大冷凝器的冷却水

17、流速可增加到 3m/s；气体和蒸汽的流速可在 8-30m/s 的范围内选取。6、所需的换热面积大，采用多个换热器并联，而不采用串联，避免降过高，影响传热系数。1.4 换热器型号的表示方法本法来自于 GB151，适用于卧式和立式换热器。1.4.1 示例说明型号：AES500-1.6-54-6/25-4其中：A表示前端管箱为平盖箱E表示壳体形式为单进单出冷凝器壳体S表示后端结构型式为浮头式9500 表示公称直径为 500mm1.6 表示公称1.6MPa54 表示公称换热面积为 54m26 表示公称长度为 6m25 表示换热管外径为 25mm4 表示管程数为 4I 表示管束为I 级，采用较高级冷拔这

18、个型号代表平盖管箱，公称直径 500mm，管程和壳程设计均为 1.6MPa，公称换热面积 54m，碳素钢较高级冷拔换热管外径 25mm，管长 6m，4 管程，单壳程的浮头式换热器。1.4.2 换热器的选型软件表 5 换热器设计软件使用一览在对工艺流程的换热器设计和选型中，先按照实际工业实施情况及成本因素，利用 Aspen Energy Analyzer V9，对车间进行了热集成，优化了换热网络，然后利用 Aspen Plus V9，针对特定的换热任务，确定合适的换热工艺参数，再根据标准 GB/T 151-2014热交换器以及化工工艺设计手册（下），使用 Aspen Exchanger Desi

19、gn and Rating V9 进行换热设备的详细设计，以此为参考从工艺手册上选取换热器，最后利用 SW6-2011 对设计的换热器进行机械强度的设计和校核。10名称用途Aspen Energy Analyzer V9换热网络优化Aspen Plus V9换热器工艺参数设计Aspen Exchanger Design and Rating V9换热器结构设计SW6-2011换热器机械强度设计与校核1.5 换热器选型参数设计以换热器 E0402 为例1.5.1 流股参数确定利用 AspenPlusV9 对 E0402 进行简捷计算，可以得到该换热器各流股参数如下：表 6 流股参数1.5.2 设

20、计该换热器的操作为壳程 39.5bar，管程 1.0bar。换热器的设计为设计温度下的最大工作，一般为正常工作的 1.1 倍。这里取壳程设计为 44bar，管程设计为 3bar。设置 EDR 中换热器的压降，当出口绝压小于 0.1Mpa（真空条件）时压降不大于进口压强的 40%，当出口绝压大于 0.1Mpa 时，压机那个不大于进口压强的20%，所以在 EDR 里设置壳程允许压降为 7.9bar，管程允许压降为 0.4bar。1.5.3 设计温度该换热器的壳程工作温度为 100281.85，管程工作温度为 33.8778.67,温差大于 17，符合本项目最经济温差。设计温度以工作温度为依据，一般

21、为工作温度+（1530），这里取设计温度为 320。11流股名称/bar温度/质量流量/kg/s气相分率介质壳程39.5281.850.24471反应气壳程出口39.471000.24470反应液管程133.870.38930反应液管程出口0.9478.670.38930.21反应液1.5.4 传热系数传热系数主要由传热膜系数、固壁热阻和垢层热阻三部分组成。其中传热膜系数和固壁热阻在 EDR 中为自动默认值。该换热器壳程介质为环氧乙烷气体，根据化工工艺设计手册的污垢热阻经验系数，近似的选取污垢系数为 0.002ft2-h-f/BTU，管程介质为甲醇和水的混合物，同样查得手册上的污垢系数为 0.

22、001ft2-h-f/BTU。1.5.5 流体流程选择为了使物流形成湍流状态，获得较高的传热系数，使流量较小，而且为气态的环氧乙烷走壳程，使甲醇和水的混合物走管程。1.5.6 EDR 数据导入将上述数据导入 EDR，如下图：图 1 流股输入数据图121.6 换热器选型结构设计以换热器 E0402 为例，设计过程如下。1.6.1 换热器形式的选择该换热器选择工业上最常见的固定管板式换热器。图 2 换热器结构图在换热器具体类型上，选择 B 型前端封头管箱，单管程E 型壳体，以及 M型后端管箱。131.6.2 换热管的选择管径越小换热器越紧凑、越便宜。但是，管径越小换热器的压降越大，为了满足允许的降

23、，选用 25mm*2mm 的管子。换热管分布为三角形分布，有利于壳程物料形成湍流。1.6.3 换热器结构参数选择1、使用 EDR 的 design 工具，得到可以满足要求的几组换热器形式：图 3 EDR 提供的换热器设计图2、使用 EDR 的 Rating/Cheaking 工具进行校核在这几组换热器中选择较为合适的一台，结合 JB/T 4715-92 规定，选择换热管内径为 25mm，管厚 2mm，管心距 32mm，管长 3000mm，换热管数为 40 根，排列方式为正三角形，壳程公称直径（外径）325mm，壁厚 11.13mm.折流板为单弓形折流板，间距为 100mm，折流板数为 25，圆

24、缺率为 10%。其余参数均为默认值。主参数：14图4换热器校核数据截图15校核结果如下：图 5 换热器校核结果截图由上图可以看出，换热器换热面积为 9.2m2，设计裕量为 45%，符合设计要求；流体雷诺数大于 4000，可以判断为湍流，符合设计要求；流态分布合理。16图 6 软件截图由上图可以看出，壳程压降为 0.03195bar，小于 7.9bar。管程压降为0.06134bar，小于 0.4bar，压降满足要求。总换热器系数（含污垢热阻）为 335.2W/（m2·K）。查阅化工设计手册的管壳式换热器参考总传热系数：图 7 文献图由上图可以看出，有机物和水的总传热系数为 19073

25、0kcal/m2·h·，可以断定设计的换热器的总传热系数是合理的。参考化工工艺手册（下册），得 E0402 的型号为 BEM325-4-9.1-3-25-4I。1.7 换热器设计结果换热器设备图和管板布置图如下：17图 8 换热器详见图纸部分设备装配图。图1.8 换热器强度校核运用 SW6-2011 对该换热器的筒体、管箱、封头、管板和管箱法兰进行校核， 得到如下设计结果：18固定管板换热器设计计算计算四喜丸子团队设计计算条件壳程管程设计ps4.4MPa设 计pt0.8MPa设计温度t s320°C设 计 温 度t t320°C壳程圆筒外径Do325mm

26、管箱圆筒外径Do325mm材料名称Q245R材料名称Q245R19前端管箱筒体计算计算四喜丸子团队计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算pc0.80MPa设计温度 t320.00° C外径 Do325.00mm材料Q245R( 板材 )试验温度许用应力 s148.00MPa设计温度许用应力 st104.00MPa试验温度下屈服点 ReL245.00MPa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)

27、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20前端管箱封头计算计算四喜丸子团队计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算pc0.80MPa设计温度 t320.00° C外径 Do325.00mm曲面深度 ho76.80mm材料Q245R(板材)设计温度许用应力st104.00MPa试验温度许用应力s148.00MPa计算厚度 pc Dod = 2s t f +Pc= 1.46mm有效厚度de =dn - C1- C2= 12.70mm名义厚度dn =15.00mm重量42.20Kg试验时应力校核试验类型试验试验值pT = 1.25p s =1.423

28、1(或由s t用户输入)MPa试验允许通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ReL =220.50MPa试验下圆筒的应力sT = pT .(Do - de ) = 20.592de .fMPa校核条件sT£ sT校核结果合格及应力计算最大允许工作2d e s t fpw=( Do -d e ) = 7.18975MPa设计温度下计算应力 pc ( Do -de )st =2d= 9.84eMPastf88.40MPa校核条件stf st结论合格21负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 f0.85试验时应力校核试验类型试验试验值pT = 1.25p

29、s = 1.4231(或由用户输入)s tMPa试验允许通过的应力stsT£ 0.90 ReL =220.50MPa试验下封头的应力sT = pT .(KDo - (2K - 0.5)d eh ) = 36.432d eh .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 - 2d ö2 ù = 1.2169ê2 + ç onh ÷ ú6 êëè 2(ho -dnh) ø úû计算厚度 KpcDodh

30、 = 2s t f +(2K -0.5)Pc= 1.77mm有效厚度deh =dnh - C1- C2= 8.70mm最小厚度dmin = 3.00mm名义厚度dnh = 11.00mm结论满足最小厚度要求重量10.22Kg压力计算最大允许工作2s t fd ehPw= KDo -(2K -0.5)deh = 4.06214MPa结论合格22后端管箱筒体计算计算四喜丸子团队计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算pc0.80MPa设计温度 t320.00° C外径 Do325.00mm材料Q245R( 板材 )试验温度许用应力 s148.00MPa设计温度许用应

31、力 st104.00MPa试验温度下屈服点 ReL245.00MPa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 Dod = 2s t f +Pc= 1.46mm有效厚度de =dn - C1- C2= 12.70mm名义厚度dn =15.00mm重量42.20Kg试验时应力校核试验类型试验试验值p = 1.25p s =1.4231(或由Ts t用户输入)MPa试验允许通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ReL =220.50MPa试验下圆筒的应力sT = pT .(Do - de ) = 20.592de .fMPa校核

32、条件sT£ sT校核结果合格及应力计算最大允许工作2d e s t fpw=( Do -d e ) = 7.18975MPa设计温度下计算应力 pc ( Do -de )st =2d= 9.84eMPa23后端管箱封头计算计算四喜丸子团队计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算pc0.80MPa设计温度 t320.00° C外径 Do325.00mm曲面深度 ho76.80mm材料Q245R(板材)设计温度许用应力st104.00MPa试验温度许用应力s148.00MPa负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 f0.85试验

33、时应力校核试验类型试验试验值p = 1.25p s = 1.4231(或由用户输入)Ts tMPa试验允许通过的应力stsT£ 0.90 ReL =220.50MPa试验下封头的应力sT = pT .(KDo - (2K - 0.5)d eh ) = 36.432d eh .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 - 2d ö2 ù = 1.2169ê2 + ç onh ÷ ú6 êëè 2(ho -dnh) ø

34、 úû计算厚度 KpcDodh = 2s t f +(2K -0.5)Pc= 1.77mmstf88.40MPa校核条件stf st结论合格24内压圆筒校核计算四喜丸子团队计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算pc4.40MPa设计温度 t320.00° C外径 Do325.00mm材料Q245R( 板材 )试验温度许用应力s148.00MPa设计温度许用应力st104.00MPa试验温度下屈服点ReL245.00MPa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 Dod = 2s

35、t f +Pc= 7.89mm有效厚度de =dn - C1- C2= 8.70mm名义厚度dn =11.00mm重量255.53Kg试验时应力校核试验类型试验试验值p = 1.25p s =7.8269(或由用户输入)Ts tMPa有效厚度deh =dnh - C1- C2= 8.70mm最小厚度dmin = 3.00mm名义厚度dnh = 11.00mm结论满足最小厚度要求重量10.22Kg压力计算最大允许工作2s t fd ehPw= KDo -(2K -0.5)deh = 4.06214MPa结论合格25开孔补强计算计算四喜丸子团队接 管:N1, 27×6计算方法: GB15

36、0.3-2011 等面积补强法，单孔设计条件简图计算pc0.8MPa设计温度320壳体型式圆形筒体壳体材料 名称及类型Q245R板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di295mm壳体开孔处名义厚度n15mm壳体厚度负偏差 C1mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力tMPa接管轴线与筒体表面法线的夹角(°)0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角(°)接管实际外伸长度150mm接管连接型式接管实际内伸长度20mm接管材料 名称及类型16Mn管材接管焊接接头系数1试验允许通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ReL =220.50MPa试验下圆筒的应力sT =

37、pT .(Do - de ) = 167.392de .fMPa校核条件sT£ sT校核结果合格及应力计算最大允许工作2d e s t fpw=( Do -d e ) = 4.86298MPa设计温度下计算应力 pc ( Do -de )st =2d= 79.98eMPastf88.40MPa校核条件stf st结论合格26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 C1tmm补强圈厚度负偏差 C1rmm接管材料许用应力tMPa补强圈许用应力tMPa开孔补强计算非圆形开孔长直径20.2mm开孔长径与短径之比1壳体计算

38、厚度mm接管计算厚度tmm补强圈强度削弱系数frr接管材料强度削弱系数fr开孔补强计算直径 d20.2mm补强区有效宽度 Bmm接管有效外伸长度 h1mm接管有效内伸长度 h2mm开孔削弱所需的补强面积 Amm2壳体多余金属面积 A1mm2接管多余金属面积 A2mm2补强区内的焊缝面积A3mm22A1+A2+A3=mm补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 根据 GB150 第 6.1.3 节的规定,本开孔可不另行补强。27开孔补强计算计算四喜丸子团队接 管:N2, 89×8计算方法: GB150.3-2011 等面积补强法，单孔设计条件简图计算pc0.8MPa设

39、计温度320壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q245R板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di295mm壳体开孔处名义厚度n15mm壳体厚度负偏差 C1mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力tMPa接管轴线与筒体表面法线的夹角(°)0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角(°)接管实际外伸长度150mm接管连接型式接管实际内伸长度20mm接管材料 名称及类型16Mn管材接管焊接接头系数1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 C1tmm补强圈厚度负偏差 C1rmm接管材料许用应力tMPa补强圈许

40、用应力tMPa开孔补强计算非圆形开孔长直径78.6mm开孔长径与短径之比1壳体计算厚度mm接管计算厚度tmm补强圈强度削弱系数frr接管材料强度削弱系数fr开孔补强计算直径 d78.6mm补强区有效宽度 Bmm接管有效外伸长度 h1mm接管有效内伸长度 h2mm开孔削弱所需的补强面积 Amm2壳体多余金属面积 A1mm228开孔补强计算计算四喜丸子团队接 管:N3, 42×8计算方法: GB150.3-2011 等面积补强法，单孔设计条件简图计算pc4.4MPa设计温度320壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q245R板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di303mm壳体开孔处名

41、义厚度n11mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t104MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角(°)0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角(°)接管实际外伸长度150mm接管连接型式式接管接管实际内伸长度20mm接管材料 名称及类型16Mn管材接管焊接接头系数1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 C1t0.8mm补强圈厚度负偏差 C1rmm接管材料许用应力t136MPa补强圈许用应力tMPa开孔补强计算非圆形开孔长直径31.6mm开孔长径与短径之比1壳体计算厚度6.5

42、481mm接管计算厚度t0.4275mm接管多余金属面积 A2mm2补强区内的焊缝面积A3mm22A1+A2+A3=mm补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 根据 GB150 第 6.1.3 节的规定,本开孔可不另行补强。29开孔补强计算计算四喜丸子团队接 管:N4, 21×6计算方法: GB150.3-2011 等面积补强法，单孔设计条件简图计算pc4.4MPa设计温度320壳体型式圆形筒体壳体材料 名称及类型Q245R板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di303mm壳体开孔处名义厚度n11mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材

43、料许用应力t104MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角(°)0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角(°)接管实际外伸长度150mm接管连接型式式接管接管实际内伸长度20mm接管材料 名称及类型16Mn管材接管焊接接头系数1接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至mm补强圈外径mm补强圈强度削弱系数frr0接管材料强度削弱系数fr1开孔补强计算直径 d31.6mm补强区有效宽度 B69.6mm接管有效外伸长度 h115.9mm接管有效内伸长度 h215.9mm开孔削弱所需的补强面积 A207mm2壳体多余金属面积 A182mm2接管多余金属面积 A2254mm2补强区内

44、的焊缝面积A336mm22A1+A2+A3= 371 mm ，大于 A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 合格30延长部分兼作法兰固定式管板腐蚀后计算设计四喜丸子团队设计计算条件简图壳程圆筒设计ps4.4MPa设计温度ts320°C平均金属温度ts0°C装配温度to20°C材料名称Q245R设计温度下许用应力s tc104MPa平均金属温度下弹性模量 Es2.023e+05MPa平均金属温度下热膨胀系数as1.076e-05mm/mm°C壳程圆筒内径 Di303mm壳程圆筒 名义厚度 ds11mm壳程圆筒 有效厚度 dse8.7mm封头轴线的距离补强圈厚度mm接管厚度负偏差 C1t0.6mm补强圈厚度负偏差 C1rmm接管材料许用应力t136MPa补强圈许用应力tMPa开孔补强计算非圆形开孔长直径14.2mm开孔长径与短径之比1壳体计算厚度6.5481mm接管计算厚度t0.148mm补强圈强度削弱系数frr0接管材料强度削弱系数fr1开孔补强计算直径 d14.2mm补强区有效宽度 B48.2mm接管有效外伸长度 h19.2304mm接管有效内伸长度 h29.2304