附录2-3换热器设计说明书

1、换热器设计说明书第一节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固定式压力容器安全技术监察规程TSG 21-2015钢制压力容器GB150-2011管壳式换热器GB151-2011管径选择HG/T 20570.6-95化工配管用无缝及焊接尺寸选用系列HG 20553-93石油化工企业尺寸系列SH 3405-96容器支座JB/T 4712第二节换热器类型简介2.1 换热器分类换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是在石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的 40%左右，占总投资的

2、30%45%。今年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。目前，在换热设备中，使用量最大的是管壳式换热器。主要通过传热原理、传热种类和结构进行分类。1按作用原理和实现传热的方式分类(1)混合式换热器；(2)蓄热式换热器；（3）间壁式换热器2. 其中间壁式换热器按传热面的形状和结构分类：(1)管壳式：固定管板式、浮头式、填料函式、U 型管式(2)板式：板翅式、平板式、螺旋板式(3)管式：空冷器、套管式、喷淋管式、箱管式(4)液膜式：升降膜式、括板薄膜式、离心薄膜式(5)其他型式：板壳式、热管3按换热器服务类型分类：(1)交换器(Exchang

3、er):在两侧流体间传递热量。(2)冷却器(Chiller)：用制冷剂冷却流体。制冷剂有氨(Ammonia)、乙烯、丙烯、冷却水(Chilled water)或盐水(brine)。(3)冷凝器(Condenser)：在此单元中，制程蒸汽被全部或部分的转化成液体。(4)冷却器(Cooler)：用水或空气冷却，不发生相变化及热的再利用。(5)加热器(Heater)：增加热函，通常没有相变化，用如 Dowtherm 或热油作为热媒加热流体。(6)过热器(Superheater)：高于蒸汽的饱和蒸汽压进行加热。(7)再沸器(Reboiler)：提供蒸馏潜热至分流塔的底部。(8)蒸汽发生器(genera

4、tor)（废热锅炉(waste heat boiler)）：用产生的蒸汽带走热流体中的热量。通常为满足制程需要后多余的热量。(9)蒸馏器(Vaporizer)：是一种将液体转化为蒸汽的交换器，通常限于除水以外的液体。(10)脱水器(Evaporator)：将水蒸气浓缩为水溶液通过蒸发部分水分以浓缩水溶液。表 2.1-1 换热器的结构分类换热器型式换热器特点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50C)，管间不能带膨胀节：有一定的温度补偿能力，壳程只能承受较低压力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，管内及检修表 2.1-2管壳式换热器优缺点对

5、比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，压力6.4Mpa;可用于结垢比较严重的场合；可用于管腐蚀场合。小浮头易发生内漏； 金属材料耗量大，成本高20%；结构复杂填料函式外填料函：管间容易漏泄，不宜处理易挥发、易爆易燃及压力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釜式壳体上都有个蒸发空间，用于蒸汽与液相分离套管式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用于管内流体的冷却或冷凝板式拆

6、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板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束类似于管束，可抽出检修，压力不能太高板翅式结构十分紧凑，传热效率高，流体阻力大管翅式适用于气体和液体之间传热，传热效率高，用于化工、动力、空调、制冷工业回旋式盘式传热效率高，用于高温烟气冷却等鼓式用于空气预热器等固定格紧凑式适用于低温到高温的各种条件非紧凑式可用于高温及腐蚀性气体场合固定管板式换热器传热面积比浮头式换热器大20%30%；旁路漏流较小；锻件使用较少，成本低 20%以上；没有内漏。壳体和管子壁温差一般宜小于

7、等于 50，大于 50时应在壳体上设置膨胀节；管板与管头之间易产生温差应力而损坏；壳程无法机械；管子腐蚀后造成连同壳体报 废、壳体部件决定于管子，故设备相对较低；不适用易结垢场合；U 形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，一般适用于温度500，压力10MPa； 可用结构结垢比较严重的场合；可用于管腐蚀场合。在管子的U 形处冲蚀，应控制管内流速；管程不适用于结垢较重的场合；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；

8、适用温度可达 200，压力可达 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%；减少设备数量和金属耗量；传热效率提高；适用于大型化装置； 适用于串联台数较多； 适用于高温、高压场合；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；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 DN3251800 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%（按相同直径比较）；制造难度加大，外导流筒处焊缝要求 100%射线探伤；2.

9、2 换热器选型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是多方面的，主要有:a.热负荷及流量大小b.流体的性质c. 温度、压力及允许压降的范围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 Re6000（液相）、Re10000（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 Re600，气相传热 Re3000，传热效

10、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 倍以上；总传热系数提高 40%以上；节约设备重量 25%以上；适用重沸器、侧线虹吸式重沸器；适用于化工、制冷系统重沸器或再沸器；抗腐蚀性能良好；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。d.对、维修的要求e. 设备结构、材料、尺寸、重量f. 价格、使用安全性和在换热器选型中，除考虑上述外，还应对结构强度、材料来源、加工条件、密封性

11、、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，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。2.2.1 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，优先选用固定管板式，但下列条件下使用浮头式：a.壳体和

12、管子的温度差超过30 度，或者冷流体进口和热流体进口温度差超过110 度；b.容易使管子腐蚀或者在壳容易结垢的介质。2.2.2 换热器型号表示方法：本法来自于 GB151，适用于卧式和立式换热器。示例说明：型号：AES500-1.6-54-6/25-4 其中：A表示前端管箱形式为平盖管箱；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；500表示公称直径为 500mm；1.6表示公称压力 1.6MPa；54表示公称换热面积为 54m2；6表示公称长度为 6m；25表示换热管外径为 25mm；4表示管程数为 4；I表示管束为 I级，采用较高级冷拔这个型号代表平盖管箱，公称直径 5

13、00mm，管程和壳称换热面积 54m ，碳素钢较高级冷拔换热管外径 25mm，浮头式换热器，计压力均为 1.6MPa，公6m，4 管程，单壳程的2.2.3 工艺条件选择（1）温度冷却水的温度不宜高于 60，以免结垢严重；高温端的温差不应小于 20，低温端不应小于 5；当两工艺流体之间进行热交换时，低温端的温差不应小于 20；当采用多管程、单壳程的管壳式换热器，并用水作为冷却剂时，冷却剂的出口温度不应高于工艺流体的出口温度。在冷却或冷凝工艺流体时，冷却剂的温度应高于工艺流体中易结冻组分的冰点，一般应高于 5；当冷凝带有惰性气体的工艺流体时，冷却剂的出口温度应该低于工艺，一般低于 5；在冷却反应物

14、时，为了控制反应，应维持反应流体和冷却流体的剂之间的温差不小于 10。（2）压力管壳式换热器工作时，增加工艺流体的流速，可相应增加传热膜系数，从而提高总的传热系数，使换热器结构更紧凑。但流速增加后将相应增大换热器的压力降，从而加剧换热器的磨蚀和振动破坏等；同时，压力降的增大也使得换热器运行过的动力消耗增大。因此，一般应限制管壳式换热器的最大压力降，具体限制如下表所示：表 2.2.3-1 换热器压力降允许范围（3）流体空间的选择a.高温物流，一般走管程，除此有时为了节省保温层和减少壳体厚度，也可以使高温物流走壳程。b.较高压的物流应走壳程，在壳程可以得到较高的传热系数。c.较粘的物流应走壳程，在

15、壳程可以得到较高的传热系数。d.腐蚀性较强的物流应位于管程。e.对压力降有特定要求的工艺物流，应位于管程，因管程的传热系数和压降计算误差小。f.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，并可用可拆式（浮头式、填料函式、U 形管式）换热器。g.流量较少的物流应走壳程，因为在壳使物流成为湍流状态，从而增加传热系数。h.给热系数较小的物流，像气体，应走壳于提高给热系数。（4）流体流速的选择水和相类似的液体流速一般取 1-2.5m/s；气体和蒸汽的流速可在 8-30m/s 的范围内选取。一般流体流速选取如下：表 2.2.3-2 换热器流速范围表流体类型管型流速m

16、/s管程壳程液体直管0.5-30.2-1.5盘管0.3-0.8气体直管5-302-15盘管3-10工艺流体的压力/Pa允许的压力降P/Pa16.71041.05.030壳程0.21.50.53.015第三节 换热器设计计算3.1 换热目标设计一台冷凝器，使三氧化硫反应器出口的混合气与冷却剂换热。对于无相变的传热，考虑到混合气体需要被冷却，因此初步定为管程为冷却剂，壳程为被冷却气体，有利于能量的利用。表 3.1-1设计条件换热器类型：综合考虑本次设计任务及制造、经济等个方面，本次设计结构上主要采用管壳式换热器。壳程T1180T230.43P0.1Mpa0.02510.000011.7211.56

17、介质冷却水管程t120t223.98P0.1Mpa0.5940.00095544.193998.6介质二氧化硫（8%）空气（92%）3.2 壳型及封头选择3.2.1 前段管箱平盖管箱在换热管内时，仅将平盖拆下，不必拆除连接管道，易和检查，目前采用较多，缺点是用材较多；封头管箱适用于较清洁的介质工况，因检查换热管内及换热管内时，必须将连接管道一起拆下，很不方便。根据介质工作特点，选取封头管箱。（2） 壳体型式选取具有纵向隔板的双程壳体。（3） 后端结构形式管壳式换热器后端结构主要有L、M 型，L 型与前官箱平盖管箱类似，M 型与前官箱封头官箱类似。根据介质工作特点，选取M 型后封头。表 3.2.

18、1-1 TEMA 端部形式的选取污垢系数(m2.C/W)管 束方 法(1)前端固定式管箱 (2)尾端封头类型管侧壳侧型 式管 侧壳 侧0.00018所有U 型管A 或 B(3)0.00035所有U 型管CA 或 B(3)M(4)A可抽式CCA 或 B(3)S 或 T(5,6)MCAS 或 T(5,7)CMA 或 B(3)S 或 T(5)MMAS 或 T(5)0.000350.00035固 定式CCA,B 或C(8)L,M 或N(9,10)MCAL0.00035所有U型管可抽式M(4)ACAS 或 T(5)MAS 或 T(5)备注：(1)C：化学；M：机械，包压水力喷射。(2)A：当管侧或壳侧腐

19、蚀为 3.0mm 时，首选封头型式。(3)B：常用的、较为经济的封头型式。(4)只用于管内侧可用高压水喷射的冷却水系统。(5)一般使用S 形型头，除非有特殊要求时选T 型封头。(6)当壳侧污垢系数0.00035 时,可以使用不可拆端盖。(7)当壳侧污垢系数0.00035 并且管侧可用高压水喷射拆端盖。时，T 型封头可使用不可(8)B 或C：常用型式，比 A 型经济。(9)M 或N：常用型式，比L 型经济。(10)L：当管侧腐蚀为 3.0mm 时，首选封头型式。3.2.2 换热管规格选择（1） 管径管子的尺寸和形状对传热有很大影响。采用小管径时，换热器体积的换热面积较大，设备较紧凑，传热面积的金

20、属消耗量少，传热系数也高。据估算，将同直径换热器中的换热管由25mm 改为19mm，其传热面积可增加 40%左右，节约 20%金属以上；但增加了制造难度，且小管子容易结垢，不易。直径小的管子可以承受更大的压力，而管壁较薄，有利传热；相同的壳径，可以排较多的小管子，使传热面积增大，传热面积的金属耗量降低。所以，在管程结垢不是很严重，又允许压力降较高的情况下，采用 19mm2mm 的管子是合理的。表 3.2.2-1 国内常用换热管规格材料标准外径厚度mm碳钢GB8163-8710 x 1.514 x 20.000350.00035固定式CAL（2） 排列形式换热管在管板上的排列方式主要有正三角形、

21、正方形和转角正三角形、转角正方形。正三角形排列形式使用最为普遍，由于管距都相等，可以在同样的管板面积上排列最多的管数。但因管外不易，其使用场合收到限制，主要适用介质污垢少，且不需要进行机械的场合。而采用正方形和转角正方形排列的管束，能够使管间小桥形成一条直线通道，便于管外机械正三角形排列形式。，因为壳程是中压蒸汽，较洁净，因此选用最佳的（3） 管间中心距换热管中心要保证管子与管板连接时，管桥有足够的强度和刚度。管间需要时的通道。换热管中心距一般不小于 1.25 倍的换热管外径，常用的换还要留有进行热管中心距如下表所示：表 3.2.2-2 常用换热管中心距换热管外径/mm24952857换热管中

22、心距/mm6952087219 x 225 x 225 x 2.532 x 338 x 345 x 357 x 3.5不锈钢GB2270-8010 x 1.514 x 219 x 225 x 232 x 238 x 2.545 x 2.557 x 2.5的选取是受到两方面限制的，一个是材料费用，另一个是可用性。长一点的管子(12.2m 的碳，21.3m 的铜合金管)通常只在可以得到。但是 6m 长的换热管则是很普遍的。无相变换热时，管子较长则传热系数也增加，在相同传热面时，采用长管较好，一是可减少管程数，二是可减少压力降，三是每平方米传热面的比价低。但，因此，一般选用 46m 的换热管。对于大

23、面积或无相变的。在冷凝器中选用长管子的一个缺点是会增大设备放置平是管子过长给制造带来换热器可以选用 89m 的台的钢结构，增加费用。另外，长管束也需要有较大的管子抽出空间，因此需要增加设备的占地面积。在满足换热面积和设计要求的条件下，尽量选用较短的管子，以降低压降。系列标准长度有：1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9 和 12m。（5）管程数管程数增加，管内流速增加，传热系数增加，但不选用过高的管程数，以免压力降过大，一般选在 12。（6）换热面积有些物流所需的换热面积大，采用多个换热器并联，而不采用串联，避免压力降过高，影响传热系数。（7）折流板折流板可以改变壳

24、程流体的方向，使其垂直于管束，增加流体速度，以增强传热；同时起支撑管束、防止管束振动和管子弯曲的作用。1）折流板型式折流板的型式有圆缺形、环盘形和孔流性等。通常为圆缺形折流板，并可分为单圆缺形、双圆缺形和三圆缺形。在要求压降小的情况下，也可选用环盘形折流板，但传热较差，应用较少。孔流形折流板使流体穿过折流板孔和管子之间的缝隙，压降大，仅适用于清洁流体，应用更少。2）折流杆折流杆换热器是由许多折流杆在不同位置支撑管子的结构。杆子之间用圆环相连，四个圆环组成一组，因而能牢固地将管自支撑住，有效地防止管束的振动。同时又起到了强化传热、防止污垢沉积和减小阻力的作用，其应用正在不断增加。3）折流板圆置水

25、平放置的折流板适用于无相变的对流传热，防止壳程流体平行于管束，减少壳程底部液体沉积。而在带有悬浮物或结垢严重的流体所使用的卧式冷凝器、换热器中，一般采用垂直型折流板。4）折流板圆缺高度单圆缺型折流板的开口高度为直径的 10 45，双圆缺型折流板的开口高度为直径的 15 25。5）折流板间距折流板的间距影响到壳程物流的流向和流速，从而影响到传热效率。最小的折流板间距为壳体直径的 1/5 并大于 50mm。然而，对特殊的设计考虑可以取较小的间距。由于折流板有支撑管子的作用，所以，通常最大折流板间距为壳体直径的TEMA 规定的最大无支撑直管跨距的 0.8 倍。1/2并不大于3.2.3 壳程换热器壳体

26、直径以 400mm 为基数，以 100mm 为一档。3.2.4 工艺尺寸概算（1）计算平均传热温差(1 2) (2 1) = 53.821 2ln 2 1（2）热负荷Q所通过的热流量为Q = (1 2) = 175.47（3）假定总传热系数K 为 39W/(2)（4）计算所需传热面积= 83.63A =（5）L = 6m；管程数为 1；正三角形排布，选定25 2.5作为传热管，管心距l = 1.250 = 0.0312，圆整取管心距为 0.032m。管数 = 1770管束中心一排的管数： = 1.10.5=15壳体内径： = ( 1) + 0 + = 0.522(e 取 0.06）所以壳体内径

27、D=520mm（6）折流板数采用弓形折流版，取折流板圆缺高度为壳体内径的 25%，切去的圆缺高度为:h = 25%D = 130mm取折流板间距为：B = 0.5 = 3000 = 1500折流板数为：传热6000 = 1 = 3折流板间距1500折流板数 = 3块，折流板圆缺面水平放置（7）传热系数的校核1、壳程表面的传热系数0由克恩法计算：0.140.551/30 = 0.36 0( )其中：-壳程流体的热导率，W/(mK)-当量直径，m；Re0-管外雷诺数；Pr-流体在定性温度下的数；-流体在定性温度下的粘度，Pas；-流体在壁温下的粘度，Pas。管子为正三角形排列的当量直径为：3224

28、 ( )024 = 20.20(1)壳程流通面积为0 = (1 ) = 0.29420壳程流量24540.681= 3600 =则壳程流体的雷诺数0为：00 = 4680 2000符合公式（1）要求数Pr 为Pr = 0.686粘度矫正0.14( )= 10.1441.210.550 = 0.36 03 ( )=22、管内表面传热系数管程为冷物流，无相变传热，则管程表面传热系数为 = 0.0230.8(2)此公式的适用范围是： 100000.6 Pr 50管程流体被加热，n=0.4管程流体的流通截面积Si 为:22 = 0.0564管程流量为10.51 = ) =( 21管程流体流速为： =

29、= 0.189/ 管程流体的雷诺数 Re 为： = 39500 10000适用于公式（2）。数Pr 为：Pr = 6.74以上个物性数据符合公式（2）的适用范围，可用于计算管程表面的传热系数。则管程表面传热系数 = 0.0230.8 = 11003、污垢热阻和管壁热阻管外侧污垢热阻：0 = 0.000092/管内侧污垢热阻： = 0.000092/此换热器管程选用较高级冷拔碳钢传热材料，其热导率约为50W/（2)，则管壁热阻为：0.025= 5.0 1052/504、总传质系数Kc 的确定：1= 39.0 W/(2) = 0 1 00 + + 0 + 0经计算得到的与假设的 K=39W/(2)

30、一致，所选用的换热器可以达到换热要求。3.3 换热器计算结果及校核3.3.1 E0602 固定管板换热器计算结果及校核表 3.3.1-1 E0602 设计结果表图 3.3.1-1 E0602 设备图设计压力固定管板换热器设计计算计算单位中航一航空动力控制系统设 计 计 算 条 件壳程管程计算厚度 =设计温度许用应力t87.60MPa试验温度下屈服点 s345.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 0.85厚度及重量计算= 1.25p试验压力值前端管箱封头计算计算中航一航空动力控制系统计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力

31、pc0.90MPa设计温度 t430.00C内径 Di1200.00mm曲面深度 hi300.00mm材料Q345R(板材)设计温度许用应力t87.60MPa试验温度许用应力189.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 0.85压力试验时应力校核压力试验类型试验计算厚度 =后端管箱筒体计算计算中航一航空动力控制系统计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算压力 pc0.30MPa设计温度 t430.00C内径 Di1200.00mm材料Q345R( 板材 )试验温度许用应力189.00MPa设计温度许用应力t87.60MPa试验温度下

32、屈服点 s345.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 0.85厚度及重量计算= 1.25p试验压力值后端管箱封头计算计算中航一航空动力控制系统计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力 pc0.90MPa设计温度 t430.00C内径 Di1200.00mm曲面深度 hi300.00mm材料Q345R(板材)设计温度许用应力t87.60MPa试验温度许用应力189.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 0.85压力试验时应力校核压力试验类型试验计算厚度 =壳程圆筒计算计算中航一航空动力

33、控制系统计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算压力 pc0.90MPa设计温度 t55.00C内径 Di1200.00mm材料Q345R( 板材 )试验温度许用应力189.00MPa设计温度许用应力t189.00MPa试验温度下屈服点 s345.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 0.85厚度及重量计算开孔补强计算计算中航一航空动力控制系统接 管:N1, 465计算方法: GB150.3-2011 等面积补强法，单孔设计条件简图计算压力 pc0.55MPa设计温度430壳体型式圆形筒体壳体材料 名称及类型Q345R板材壳体开孔处

34、焊接接头系数1壳体内直径 Di1200mm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300mm接管连接型式接管实际内伸长度0mm接管材料16Mn接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量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41mm开孔长径与短径之比1壳体计算厚度mm接管计算厚

35、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 d41mm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A3mm2A1+A2+A3=mm2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。腐蚀后不带法兰固定式管板(b)计算设计单位中航一航空动力控制系统设 计 计 算 条 件简图管子回转半径换热管管箱圆筒抗弯刚度换热器各部件边沿内力换热器各部件最大应力(MPa)壳程

36、圆筒端部壳程圆筒端部应力满足要求管箱圆筒管箱圆筒轴向应力满足要求管箱圆筒端部管箱圆筒端部应力满足要求换热管内压计算计算中航一航空动力控制系统计算条件换热管简图计算压力 Pc0.30M Pa设计温度 t430.00C外径 Do19.00m m材料16Mn( 管材 )试验温度许用应力181.00M Pa设计温度许用应力t87.60M Pa钢板负偏差 C10.00m m腐蚀裕量 C20.00m m计算厚度 =焊接接头系数1.00厚度及重量计算当许用外压力换热管外压计算计算中航一航空动力控制系统计算条件换热管简图计算压力 Pc-0.30M Pa设计温度 t430.00C外径 D19.00m m材料名称

37、16Mn(管材)试验温度许用应力 181.00M Pa设计温度许用应力 t87.60M Pa钢板负偏差 C10.00m m腐蚀裕量 C20.00m m焊接接头系数 1.00厚度及重量计算计算厚度 = 3.07mm有效厚度e =n - C1- C2= 2.00mm名义厚度n = 2.00mm外压计算长度 LL= 6000.00mm外径 DoDo= 19.00mmL/Do315.79Do/e9.50A 值A= 0.0138925B 值B= 1.00MPa重量5.03kg压力计算设计中航一航空动力控制系统所腐蚀前不带法兰固定式管板(b)计算设 计 计 算 条 件简图管子回转半径换热管膨胀节总体轴向刚

38、度管板和管子连接型式胀接，开槽管板和管子胀接(焊接)高度3mm胀接许用拉脱应力q焊接许用拉脱应力q43.8MPa 3E管箱圆筒抗弯刚度 D h he (管箱圆筒材料h12(1 )2h换热器各部件最大应力(MPa)管板名义厚度 =计算厚度U形管式换热器筒体计算结果计算中航一航空动力控制系统计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算压力 pc0.90MPa设计温度 t70.00C外径 Do1024.00mm材料Q345R( 板材 )试验温度许用应力189.00MPa设计温度许用应力t189.00MPa试验温度下屈服点 s345.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 0.85厚度及重量计算 =计算厚度前端管箱筒体计算结果计算中航一航空动力控制系统计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算压力 pc0.30MPa设计温度 t430.00C外径 Do1024.00mm材料Q345R( 板材 )试验温度许用应力189.00MPa设计温度许用应力t87.60MPa试验温度下屈服点 s345.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 0.85厚度及重量计算= 1.25p试验压