立式水蒸汽冷凝器

1、#大学本科毕业论文题目:流量为130t/h立式蒸汽冷凝器专业：过程装备与控制工程班级：学生：指导教师：论文提交日期：年月曰论文答辩日期：年月曰毕业设计（论文）任务书过程装备与控制工程专业班学生:毕业设计（论文）题目：流量为130t/h立式蒸汽冷凝器毕业设计（论文）容：关于换热器综述一篇；计算书说明书一份；绘制工程图折合A1号图四以上；毕业设计（论文）专题部分：固定管板式换热器起止时间：年月一年月日指导教师：签字年月曰摘要冷凝器它是使用围很广的一种化工设备，属于换热器一种。本设计任务主要是根据已知条件选择采用固定管板式换热器的设计,固定管板式换热器的优点是锻件使用少，造价低；传热面积比浮头式换热

2、器大20%到30且旁路渗流小。本台换热器主要完成的是水蒸气-水之间的热量交换,首先根据给出的设计温度和设计压力来确定设备的结构形式以与壳程和管程的材料，然后根据物料性质和传热面积来确定换热管的材料，尺寸，根数。，设计压力为管程2.31MPa壳程0.935MPa工作温度管程50C，壳程130C,设计温度管程80C,壳程140C,传热面积为256m2,采用25X2.5X3000的无缝钢管换热，则可计算出622根换热管，D=1200mm的圆筒根据换热管的根数确定换热管的排列，并根据换热管的排列和长度来确定筒体直径以与折流板的选择。通过对容器的径和外压的计算来确定壳体和封头的厚度并进行强度校核。然后是

3、对换热器各部件的零部件的强度设计，有法兰的选择和设计计算与校核，钩圈与浮头法兰的设计计算与校核和管子拉脱力的计算。还包括管板的结构设计、防冲挡板、滑道结构的设计以与支座设计。结构设计中的标准件可以参照国家标准根据设计条件直接选取；非标准件，设计完结构后必须进行相应的应力校核。管板与换热管的连接方式为焊接，因管板上的应力较多，且外温度有一定的差值，因此，对管板强度的校核是一个重点，也是一个难点.关键词：换热器；强度设计；结构设计AbstractThecondenserisakindofchemicalequipmentwhichiswidelyused,andbelongstoakindofhe

4、atexchanger.Thedesigntaskismainlyaccordingtotheknownconditionstochoosethedesignoffixedtubeplateheatexchanger,theadvantagesoffixedtubeplateheatexchangerisforgingusedless,lowcost;heattransferarearatiooffloatingheadtypeforheatexchangeris20%to30%andabypassflowsmall.Theheatexchangerismainlycompletedisbet

5、weenwatervaporandwaterheatexchange,firstofallaccordingtothegivendesigntemperatureandpressuretodeterminestructureofequipmentandtheshellsideandtubesidematerial,andthenaccordingtothenatureofthematerialandtheheattransferareatodeterminetheheatexchangetubematerials,dimensions,numberofroots.Anddesignpressu

6、refortubeside2.31MPa,shell0.935MPa,theworkingtemperatureofthetubeprocess50DEGC,130DEGCshell,designtemperaturetubeprocessatatemperatureof80DEGC,shelland140DEGC,heattransferareafor256m2.Thephi25x2.5x3000seamlesssteelpipeheatexchangercanbecalculated622heatexchangetube,D=1200mmcylindricalrootaccordingto

7、determinetherootnumberofheatexchangetubeheatexchangertubearrangementandaccordingtothearrangementandlengthofheatexchangetubetodeterminecylinderdiameterandbafflethechoice.Determinethethicknessoftheshellandtheheadandcarryouttheintensityverificationbycalculatingtheinnerdiameterandtheinternalpressureofth

8、econtainer.Thenthestrengthdesignofcomponentsofthevariouscomponentsoftheheatexchanger,flangedesign,selectionandcalculationandchecking,hookandloopandfloatingheadflangedesigncalculationandcheckingofthepipeandpulloffforcecalculation.Alsoincludesatubeplatestructuredesign,antiscourbaffle,slidewaystructure

9、designandthedesignofsupport.Thestandardpartsinthestructuredesigncanbeselecteddirectlyaccordingtothenationalstandards;thenonstandardpartsmustbecheckedforthecorrespondingstressafterthedesignofthestructure.Tubeplateandtubeheatexchangerandtheconnectionmodeofwelding,tubeplatemorestress,andthetemperaturei

10、nsideandoutsidehavecertaindifference.Therefore,onthetubesheetstrengthcheckisakeyandadifficulties.Keywords:heatexchanger；strengthdesign；structuredesign目录TOCo1-5hz第一章传统工艺计算.8工艺计算8介质原始数据8介质定性温度与物性参数.8传热量与水蒸汽流量计算10有效平均温差计算10管程换热系数计算11管程结构初步设计12壳程换热系数计算13总传热系数计算14管壁温度计算15管程压力降计算15壳程压力降计算16第二章强度计算19结构设计说明

11、书19换热管材料与规格的选择和根数的确定.19布管方式的选择19筒体径的确定19筒体壁厚的确定20封头形式的确定20管箱短节壁厚计算21容器法兰的选择21管板尺寸的确定与强度计算.22是否安装膨胀节的判定：.34各管孔接收与其法兰的选择：.35设备法兰的选择38拉杆和定距管的确定40开孔补强计算：41筒体管箱耐压试验的应力校核计算43筒体核算43、支座的选择与应力校核43耳座的应力校核44参考文献.47致.48第一章传统工艺计算工艺计算介质原始数据管程水的进口温度ti=20C管程水的出口温度ti=90C管程水的工作压力P12.1MP管程水的流量G1=290t/h=290000kg/h壳程水蒸气

12、的入口温度t2=170.7C壳程水蒸气的出口温度t2=85C壳程水蒸气的入口压力P2=0.85MPa介质定性温度与物性参数管程：管程水定性温度t1=（t1+t1）/2=（20+90）/2=55C管程水密度查物性表得1=985.75kg/m3管程水比热查物性表得Cp=4.176KJ/(Kg.K)管程水导热系数查物性表得入i=0.648W/(mC)管程水粘度卩i=5.064X10-4Pa-s管程水普朗特数查物性表得PM3.24壳程：壳程水蒸汽定性温度：冷却段：t2=(ti+t2)/2=(170.7+85)/2=127.85C冷凝段：f2=(t2+ti)=(170.7+170.7)/2=170.7C

13、壳程水蒸汽密度查物性表得：3壳程水蒸汽冷凝点：ti=t2=1707C冷却段：P2=937.8kg/m3冷凝段：p2=4.194kg/m壳程水蒸汽比热查物性表得：冷却段：Cp=4.319KJ/(Kg.K)冷凝段：Cp2=2.589KJ/(Kg.K)壳程水蒸汽导热系数查物性表得：冷却段：入2=0.6878W/(m.K)冷凝段：入2=0.03218W/(m.K)壳程水蒸汽粘度：-6冷却段：卩2=217.191X10Pa-s-6冷凝段：U2=14.619X10Pa-s壳程水蒸汽普朗特数查物性表得：冷却段：Pr2=1.344冷凝段：Pr2=1.1341.21.2传热量与水蒸汽流量计算取定换热效率？=0.

14、98则设计传热量：Q0=GxCpiX(t1-611)X1000/3600=290000X4.176X(90-20)X1000/3600=23.55X10W由Q0=G2r+Cp2(t2-t2)?导出水蒸气流量G2,r为t2时的汽化潜热，r=2047.1KJ/Kg水蒸汽流量：G2=Q0/?/叶Cp2(ti-t2)6=23.55X10/0.98/2047.1X1000+4.319X1000X(170.7-85)=6.703Kg/s冷却段传热量：3Q=GCpe(ti-t2)=6.703X4.319X10X(170.7-85)=2481037W冷凝段传热量：Q2=G2r=6.703X2047.1X100

15、0=13721711.3W设冷凝段和冷却段分界处的温度为t3根据热量衡算：Q2=G1Cp1tat1t3=Q2.?/G1/Cp1+t1=13721711.3X0.98X3600/290000/4176+20=59.974C1.3有效平均温差计算逆流冷却段平均温差tn=ti-t3-(t2-t1)=85.7C逆流冷凝段平均温差tnt2titit3=94.923CInt2tinr冷却段:参数:P=ti-t3二90-59.974=0.271ti-12参数:R=t1-t3=170.7-8590-59.974=2.854换热器按单壳程单管程设计则查图2-6(a)，得:温差校正系数？=1.0有效平均温差：At

16、m=?tn=1.0X85.843=85.843C参数:卩=亘二工:t2-t1t2-ti参数:R=t3-t159.974-20i=0.265170.7-20门=059.974-20换热器按单壳程单管程设计则查图2-6(a)，得:冷凝段:温差校正系数？=1.0有效平均温差：=?tn/=1.0X94.923=94.923C1.4管程换热系数计算初选冷却段传热系数:K0=820w/(mk)初选冷凝段传热系数：K0=1300w/(mk)则初选冷却段传热面积为：F0=Q2?/(KOtm)=2481037X0.98/(820X85.843)=46.7688m2初选冷凝段传热面积为：F0二Q2?/(K0tm)

17、=13721711.3X0.98/(1300X94.923)=108.973m2选用？25X2.5的无缝钢管做换热管则：管子外径do=25mm管子径di=20mm管子长度L=3000mm则需要换热管根数：Nt=(F0+F0)/(nd0L)=(46.7688+108.973)/(3.14X0.025X3)=661.3可取换热管根数为662根22管程流通面积:a1=Ntnd=662XnX0.02=0.20786844管程流速：W1=勺一=290000/(3600X985.75X0.207868)=0.093m/s3600p1a1-4管程雷诺数：Re1=p1W1di/卩1=985.75X0.393X

18、0.02/(5.064X10)=15300.1481则管程冷却段的定性温度:t1=(t3+t1)/2=(59.97+90)/2=74.987C0.8管程冷却段传热系数:a1=3605X(1+0.015t1)W1/(100di)A0.2=8077.6562管程冷凝段的定性温度：t1=(t3+t1)/2=(59.974+20)/2=39.987C0.8管程冷凝段传热系数:a1=3605X(1+0.015t1)W1/(100d0.2=4101.3751.5管程结构初步设计查GB1511999知管间距按1.25d0,取管间距为：S0.032m管束中心排管数为：Nc=1.1.Nt=28.3，取30根则壳

19、体径:Di=s(Nc-1)+4d0=1.028圆整为：Di1200L3则长径比：一=一=2.5合理Di1.2折流板选择弓形折流板：TOCo1-5hz弓形折流板的弓高：h0.2DiidQQQ折流板间距：B=400mm取B=400mm33L3折流板数量：Nb=-1=1=6.5取7块B0.41.6壳程换热系数计算pl壳程流通面积：f2BDi1=0.4X1.2X(1-0.025/0.032)=0.105m2s壳程流速：冷却段:W2=-G=6.703/(937.58X0.105)=0.068m/sP2f2,2冷凝段:w2=-=6.703/(4.194X0.105)=15.22m/sp2f222壳程当量直

20、径:-e=(D-Nt-0)/(Nt-0)=(1.22-711X0.0252)/(711X0.025)=0.056m冷凝段管外壁温度假定值：tw109.6C膜温:tm=(tw+t2)/2=(109.6+170.7)/2=140.15C-6膜温下液膜的粘度：卩m=195X10Pa-s3膜温下液膜的密度：pm=926.4Kg/m膜温下液膜的导热系数为：入m=0.6842/(m-C)0.4950.495正三角形排列ns=2.080Nt=2.080X662=51.807冷凝负荷：=空=6.703/(3X51.807)=0.0431Lns-6壳程冷凝段雷诺数：Re=4/um=4X0.0431/195X10

21、=884.1壳程冷凝段传热系数：1123丁-3a2=1.51(入mpmg/m)(Re)3=9635.7冷却段管外壁温假定值：tw295C冷却段雷诺数：Re=p2wde=937.8X0.068X0.056/217.191X10”=16442.405U2-6壁温下水粘度：卩w2=298.6X10Pa-sTOCo1-5hzU20.14粘度修正系数:?1=(丄)=0.956Uw2壳程传热因子查图2-12得：js100冷却段壳程换热系数：a2=1133(入2/de)-Pr2-?1-js=(0.6878/0.056)X1.344X0.956X100=1875.291.7总传热系数计算查GB-1999第13

22、8页可知-52水蒸汽的侧污垢热阻:r2=8.8X10（m-C/w）管程水选用地下水，污垢热阻为：r126105m2oC/W由于管壁比较薄，所以管壁的热阻可以忽略不计冷却段总传热系数：Kj=1/1/a2+r2+r1Xd/di+d。/（aXdi）=731.176820传热面积比为:Kj/K0=1.08（合理）冷凝段总传热系数：K=1/1/a2+r2+rixdo/di+do/(aixdi)=1385.0607传热面积比为：Kj/Ko=1385-0607=1.06(合理)13001.8管壁温度计算设定冷凝段的长度：L2.0424m冷却段的长度：L0.9576m冷却段管外壁热流密度计算：2q2=Q2?/

23、(NtndL)=48859.33w/(mC)冷却段管外壁温度：tw=t2-q2(1/a2+r2)=97.496C误差校核:e=tw2-tw=95-97.496=-2.496C误差不大冷凝段管外壁热流密度计算：w/q2=Q2?/(NtndL)=()/155473.72()=126696.88(mC)冷凝段管外壁温度：tw=RTq2（1/a2+2）=115.62C误差校核：e=tw-tw=-6.02C误差校核：e=tw-tw=-6.02C误差不大1.9管程压力降计算管程水的流速：ui=Gi=290000/()=0.393m/s3600piai管程雷诺准数：Rei=piwidi/卩1/(5.0641

24、0-4)=15300.1480.25程摩擦系数：E=0.3164/(Re1)=0.028452压降结垢校正系数：di1.4沿程压降：P1=Ep1叮L?di/(2di)=(0.393231.4)/(20.02)=454.8Pa取管程出入口接收径:d1=250mm管程出入口流2速：U1=4G/(3600nd1p1)=(4290000)/(36003.1420.25985.75)=1.67m/s2局部压降：493=91U1(1+0.5)/2=(985.751.6721.5)/2=2061.99Pa管程总压降：P=PP3=454.8+2061.9=2516.7Pa管程允许压降：P35000PaPP即压

25、降符合要求。1.10壳程压力降计算壳程当量直径:De=22(D-Ntd0)/(D+Nd0)=(1.2-6620.0252)/(1.2+6620.025)=0.0443m壳程流通面积：f2Bdi1d0/s0.105m2壳程流速:冷却段:W2=G2/(p2f2)=0.068m/s冷凝段：W2=G2/(p2f2)=15.22m/s壳程雷诺数：壳程冷却段雷诺数:Re=p2W2de/卩2=16442.4壳程冷凝段雷诺数：Re=4r/um=884.1查表壳程摩擦系数：冷却段：,0.35冷凝段：E2=0.54壳程粘度修正系数：冷却段d1=1.0冷凝段d2=1.0管束周边压降：冷却段管束周边压降：2Pa=(p

26、2w2/2)Di(nb+1)/De(E1/d1)=164.45Pa冷凝段管束周边压降：2Pa=(p2w2/2)Di(nb+1)/De(E2/d2)=56844.57Pa导流板压降：Pb=0,(无导流板)查表取壳程压降结垢系数：冷却段d0=1.21冷凝段d0=1.11取壳程进口接收径：d2250mm壳程出口接收径：d2=100mm2壳程出口流速:u2=4G2/(p2nd2)=0.90m/s2壳程进口流速:u2=4G?/(p2nd2)=32.6m/s局部压降：冷却段2Pc=p2u2(1+0.5)/2=569.7Pa2冷凝段Pc=p2U2(1+0.5)/2=3342.9Pa壳程总压降：冷却段壳程总压

27、降：P=APa-do+Pb+Pc=768.7Pa冷凝段壳程总压降：p=pa-doo+Pb+APc=66440.4Pa壳程允许压降：P250000Pa即压降符合要求PP即压降符合要求；pP第二章强度计算2.1结构设计说明书换热管材料与规格的选择和根数的确定序号项目符号单位数据来源与计算公式数值1换热管材料16Mn2换热管规格25X2.5X30003传热面积AmiA=Q/Ktm155.94换热管根数N根N=A/3.14dL622布管方式的选择序号项目符号单位数据来源和数据计算数值1转角正三角形GB151-1999图112换热管中心距SmmGB151-1999表12323隔板槽两侧相邻管中心距Smm

28、GB151-1999表1244筒体径的确定序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1换热管中心距SmmGB151-1999表12322换热管根数N根N=A/3.14dL6623管束中心排管根数N根NC=1.1jNt304换热管外径domm255到冗体壁最短距离b3mmb3O.25do6.256布管限定圆直径dLmmdLdi2B31187.57筒体径dimmdisNc14d10288实取筒体公称直径DmmJB/T4737951200筒体壁厚的确定序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1计算压力PcMPaPc=1.1P0.9352筒体径dimm见三-812003筒体材料Q235-B4设计温度下筒体材

29、料的许用应力tMPaGB150981055焊接接头系数0.856筒体设计厚度mm四2tFC6.317腐蚀裕量C2mm18负偏差Cmm09设计厚度dmmSd=S+C27.3110名义厚度nmmGB1511999项目10圭寸头形式的确定序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1封头径Dmm12002计算压力PcMPaPc=1.1P0.9353焊接接头系数0.854设计温度下许用压力tMPaGB1511999项目1055标准椭圆封头计算厚度mmS=PcD/（26.28DgbmFc29493539常温下螺栓材料的许用应力bMPaGB1501998表F425810预紧状态下需要的最小螺栓面积A2mmAaW

30、a/b1456.711操作状态下需要的最小螺栓面积ap2mmApWp/b11431.612需要螺栓总截面积Am2mmAmmaxAa，Ap11431.613法兰螺栓的中心圆直径dbmm134014法兰中心至Fc作用处的径向距离lgmmLgdbdG/265.615基本法兰力矩MmN.mmMmAmLgb81.9x1016筒体厚度S0mm1417法兰颈部大端有效厚度1mm11.75o24.518螺栓中心至法兰颈部与法兰背面交的径向距离LammLadbdi/2145.519螺栓中心处至Ft作用位置处的径向距离LtmmLtLaLg1/267.7520螺栓中心距Fd作用处的径向距离ldmmLddbdi/27

31、021作用于法兰径截面上的流体压力引起的轴向力FdN2Fd0.785di巳105692422流体压力引起的总轴向力与作用于法兰径截面上的流体压力引起的轴向力差FtNFtFFd1593615.24123操作状态下需要的最小垫片压力FgNFg6.28DGbmPc286997.25624法兰操作力矩MPN.mmMPFdLdFtLtFgLg1.34X108D假定管板的计算厚度为S,然后按结构要求确定壳体法兰厚度f，计算K,k、和Kf序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1布管区、/曰当量直径与壳程圆筒径之比ttDt/Di0.732系数CcGB1511999(P31)表220.26143管板材料16Mn

32、4设计温度下管板材料许用应力trMPaGB1501998(P15)1705管板刚度削弱系数nGB151-19990.46壳程设计压力PsMPa0.9357管程设计压力PtMPa2.318管板设计压力PdMPaMax|R-Pt丨，|Pt|,1Ps|2.319管板厚度ss=0.82DgJCc*Pd/()192.610换热管加强系数KK1.318Di/7.811管板周边布管区的无量纲参数kk=KX(1-pt)2.10612换热管材料弹性模量EtMPaGB1501998表F5196x10313管束模数KtMPaK=Exna/(LxdJ636414壳体法兰材料弹性模量EfMPaGB1501998表F51

33、90X10315壳体圆筒材料弹性模量EsGB1501998表F5190X10316壳体法兰宽度bfmmbfDfDj/297.517系数GB1511999图260.000618壳体法兰与圆筒的选装刚度KfMPa312Efbf2f_KfEs12DjbfDj9.519旋转刚度无量纲数参KfKfKf/4Kt0.0012E、由GB151-1999P51图27按照K和K-查m,并计算值，由图29按照K和K-查G值序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1管板第一矩系数mGB151-1999图270.32系数=m/(KXKf)32.53系数G2GB151-1999图294.6F、计算M,由GB1511999图

34、30按照K和Q查G，计算,M、“f序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1管箱法兰材料的弹EfMPaGB1501998表F53196X10性模量2管箱法兰厚度Sf”mm/T4702-2000323系数coGB151-1999图260.00064管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数KfMPa12Efbf/2f”3厂”()Eh12DibfDi10.25系数G3GB151-1999图30-48.4x106系数=Kf/(Kf+G)0.597管板边缘力矩的变化系数MM1/Kf/Kf0.6578法兰力矩变化系数Mf=KfxM/Kf0.6129管板第二弯矩系数m2GB1511999图28(a)2.04G按课程设计压

35、力PS，而管程设计压力Pt0,膨胀变形差r，法兰力矩的的危险组合（GB1511999项目5.732分别讨论）a、只有壳程设计压力Ps,而管程设计压力P0,不计膨胀节变形差（即r0）。序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1当量压力组合PcMPaPc=Ps2.312系数EsEs=0.4+0.6(1+Q/0.753.0083有效压力组合PaMPaPasPsrEt28.534基本法兰力矩系数MmMm4Mm/D3iPa0.00695管程压力下的法兰力矩系数MPMP=4Mp/DiPa0.00496法兰力矩折减系数M1M1m1/2KQG30.00857管板边缘力矩系数MMMmMM10.01258管板边

36、缘剪切系数vv=Mx0.4069管板总弯矩系数mm=(m+vXm2)/(1+v)0.80210系数G|eG3mGleK0.34111系数G|iG3m鮎Gli亡0.12312系数GG=maxGe，G13壳体法兰力矩系数MwsMwsMmMfM1-0.0011314管板径向应力系数r_11vG1r4QG20.017515管板的径向应力rMPar-rPa934.4W1.5d(r16管板布管区周边外径向的应力系数r_31vrm4KQG20.015817管板布管区周边外径向的应力rMPa2r-rPa3“K21.414m1-Km2m45.55w1.5d(r18管板布管区周边剪切应力系数TpTp=(1+v)/

37、4(Q+G)0.065719管板布管区周边的剪切应力TpMPaTpTpxPax(入/u)x(D/S)15.12w0.5d(r20法兰的外径与径之比KK=D/Di1.1621系数YGB150-1998表9-510.322壳体法兰应力fMPaf=n/4xYxMwsxPax2入x(D/Sf)443.9w1.5d(r23换热管的轴向应力tMPa1G2vQt=Pc-xPaQG2-91.9Wdcr24壳程圆筒的轴向应力cMPa1vc=A/AsxxPaQG287.9325一根换热管管壁金属的横界面积a2mmAna/n176.626换热管与管板连接的拉托应力qMPaqta/dl-0.069w门trb、只有壳程

38、设计压力，而管程设计压力R0，并且计入膨胀变形差。序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1冗程圆筒材料线膨胀系数as1/CGB150199811.62X10-62换热管材料线膨胀系数at1/CGB150199810.88X10-63换热管与壳程圆筒的膨胀变形差rratttt。astst0927.4X10-64沿长度平均的壳程圆筒金属温度tsC工艺给定905沿长度平均的换热管金属温度ttC工艺给定1806制造环境温度t0207当量压力组合巳MPaPcPsR10.9358有效压力组合PaMPaPa=esXPs-et+3rEt29.19基本法兰力矩系数MmMm=4Mm/3(入XnXDiXPa)0

39、.006810管程压力下的法兰力矩系数MpMm=4Mp/3(入XnXDiXPa)0.004811管板边缘力矩系数MMMmMM10.012412管板边缘剪切系数vv=Mx0.40313管程总弯矩系数mmm1vm2/1v0.814系数GeG3mGleK15系数G|iG3同21GliVT16系数GG=maxGLi，G-e0.34217壳体法兰力矩系数MwsMws=EXMm-MfxM-0.0011918管板径向应力系数rr=(1+v)G/4(Q+G)0.017519管板的径向应力rMPaCTr=(br)XPaX(入/|1)2X(D/S)35.09w3Ctr20管板布管区周边外径向的应力系数rr=3(1

40、+v)m/4K(Q+G)0.015721管板布管区周边外径向的应力rMPar=rxPax(入/(1)22X(D/S)X1-K/m+KX(1.414-m)/2m459.5w3Ctr22管板布管区周边的剪切应力系数TpTp=(1+v)/4(Q+G)0.05123管板布管区周边的剪切应力TpMPaTpTpPa/Dt/11.97w1.5Ctr24换热管的轴向应力tMPa1G2vQ=_Pc2-XQG2Pa-91.93w3Ctr25换热管与管板连接的拉托应力QMPaQta/dl-0.0689w0.5ctrc、只有管程设计压力R，而壳程设计压力FS0,不计膨胀节变形差时:序号项目符号单位数据来源和计算公式数

41、值备注1当量压力组合PcMPaPc=Ps02有效压力组合PaMPaPasPsrEt26.373管板边缘力矩系数MMMmMM10.01324管板边缘剪切系数vv=Mx0.4295管板总弯矩系数mm(m+vXm2)/(1+v)0.8226系数G|e3mGleK7系数GhG3m2.1Gi下亡8系数GG=maxGLi,G-e0.2459管板的径向应力(TrMPaTr=(Tr)XPaX(入/卩)x(D/s)223.25w1.5ttr10管板布管区周边外径向的应力系数rr31vm/4KQG20.016511管板布管区周边外径向的应力MParxPax(入/卩)2XDi/x1-K/m+Kx(1.414-m)/

42、2m-159.78w1.5ttr12管板布管区周边的剪切应力系数TpTp1v/4QG20.05213管板布管区周边的剪切应力TpMPatpTpFa/Dt/11.06W0.5ttr14壳体法兰应力fTfMPaf：丫Mws42PaDf-282.2W0.5ttr15换热管的轴向应力TtMpat=Pc-3.63wtcrG2vQ2xPaQG216壳程圆筒的轴向应力(TcMPaA1vsAsQG2巳82.61Wtcr17换热管与管板连接的拉托应力QMPaQta/d!-0.0027wTtr/2d、只有管程设计压力Pt，而壳程设计压力Ps=O,同时计入膨胀变形差时:序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1换

43、热管与壳程圆筒的膨胀变形差rratttt0astst0927.4x10-62当量压力组合PcMPaPcRP1-2.6453有效压力组合PaMPaPa=esxPs-etxPt+3rEt19.154基本法兰力矩系数MmMm=4Mm/3(入XnXDiXPa)0.00265管板边缘力矩系数MM=Mm+MXM10.00836管板边缘剪切系数vv=Mx0.277管程总弯矩系数mgvm2m1v0.678系数GG=maxGe,Ge0.2939系数G|eG3mG|eK0.10310系数Gii-3m2.1Gii2KK0.29311管板布管区周边外径向的应力系数rr=3(1+v)m/4K(Q+G)0.0119212

44、管板布管区周边外径向的应力系数rMPar=rxPax(入/y)x(D/s)350.7W3TtrH、由管板计算厚度来确定管板的实际厚度:22x1-K/m+Kx(1.414-m)/2m13管板布管区周边的剪切应力系数Tp1PG2VQt匕QG2F04614管板布管区周边的剪切应力TpMPatp=tpxPax(入/(1)x(D/s)7.11w1.5xtr15换热管的轴向应力tMPat=-Pc-G2vQxPaQG211.9w3Xtr16换热管与管板连接的拉托应力qMPaq=(Xtxa/ndl0.0089w0.5Xtr序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1管板计算厚度mm192.62壳程腐蚀裕量Cm

45、m23管程腐蚀裕量C2mm24结构开槽深度h1mm根据结构确定35管板的实际厚度Smm200考虑圆整是否安装膨胀节的判定:由八.G.a、b、c、d计算结果可以看出：四组危险组合工况下，换热管与管板的连接拉托力均没超过设计许用应力，并且各项应力均没超过设计许用应力。所以，不需要安装膨胀节。10、折流板尺寸的确定：序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1折流板的厚度mmGB151-1999项目162折流板的直径DmmGB151-1999表4111943折流板直径的允许偏差mmGB151-199911940-0.84折流板的材料mmQ235-A5折流板的缺口咼度lmmGB151-1999P73图16

46、6折流板的弦咼hmmGB151-1999P71图240各管孔接收与其法兰的选择:根据公式d=.4G/nW=.4G/npu=263.44m取d=300mm由钢制法兰、垫片、紧固件选择板式平焊法兰，相关尺寸如下:a、b进出水口接收法兰的选择:序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1接收公称直径DNmmHG20593-97表4-53002接收外径A1mmHG20593-97表4-53253法兰外径DmmHG20593-97表4-54404螺栓中心圆直径KmmHG20593-97表4-53955螺栓孔直径LmmHG20593-97表4-5226螺栓孔数量n个HG20593-97表4-5127螺纹ThH

47、G20593-97表4-5M27168法兰厚度CmmHG20593-97表4-5249法兰径B1mmHG20593-97表4-532810坡口宽度bmmHG20593-97表4-51111法兰理论重量mkgHG2059397表4-546.812法兰密封面形式HG20593-97RF13法兰密封面尺寸smmHG20593-97表614法兰密封面直径DmmHG20592-97324C、蒸汽入口接收法兰的选择，设水蒸气的流速u215.221m/s,则根据公式d=,4G/nW；4G/npu46.7030.345m取d=350mm,由HG/T2059220635-2009钢制管法兰、垫片、紧固件选择板式

48、平焊法兰（PL）,相关尺寸如下：序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1接收公称直径DNmmHG/T20592-2009表3502接收外径AmmHG/T20592-2009表3773法兰外径DmmHG/T20592-2009表5204螺栓中心圆直径KmmHG/T20592-2009表4605螺栓孔直径LmmHG/T20592-2009表226螺栓孔数量n个HG/T20592-2009表167螺纹ThHG/T20592-2009表M208法兰厚度CmmHG/T20592-2009表289法兰径B1mmHG/T20592-2009表38110法兰理论质量mkgHG/T20592-2009表D-32

49、0.511法兰密封面形式HG/T20592-2009表RF12法兰密封面尺寸dmmHG/T20592-2009表430d、安全阀口、g、放净口接收法兰的选择:序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1接收公称直径DNmmHG20593-97表4-3502接收外径AmmHG20593-97表4-3573法兰外径DmmHG20593-97表4-31654螺栓中心圆直径KmmHG20593-97表4-31255螺栓孔直径LmmHG20593-97表4-3186螺栓孔数量n个HG20593-97表4-347螺纹ThHG20593-97表4-3M168法兰厚度CmmHG20593-97表4-3209法兰径

50、B1mmHG20593-97表4-35910法兰理论重量mkgHG20593-97表4-32.7711法兰密封面形式HG20593-97RF12法兰密封面尺寸s2mmHG20593-97表99e、排气孔接收法兰的选择:序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1接收公称直径DNmmHG20593-97表4-3202接收外径AmmHG20593-97表4-3253法兰外径DmmHG20593-97表4-31054螺栓中心圆直径KmmHG20593-97表4-3755螺栓孔直径LmmHG20593-97表4-3146螺栓孔数量n个HG20593-97表4-347螺纹ThHG20593-97表4-3M1

51、28法兰厚度CmmHG20593-97表4-3169法兰径BimmHG20593-97表4-34010法兰理论重量mkgHG20593-97表4-31.0511法兰密封面形式HG20593-97RF12法兰密封面尺寸s2mmHG20593-97表58f、冷凝水出口接收法兰的选择:序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1接收公称直径DNmmHG/T20592-2009表1002接收外径AmmHG/T20592-2009表1083法兰外径DmmHG/T20592-2009表2204螺栓中心圆直径KmmHG/T20592-2009表1805螺栓孔直径LmmHG/T20592-2009表186螺栓孔数

52、量n个HG/T20592-2009表87螺纹ThHG/T20592-2009表M168法兰厚度CmmHG/T20592-2009表229法兰径B1mmHG/T20592-2009表11010法兰理论质量mkgHG/T20592-2009表D-34.511法兰密封面形式HG/T20592-2009表RF12法兰密封面尺寸dmmHG/T20592-2009表158设备法兰的选择按其条件dn1200mm设计温度200C设计压力2.2MPa由压力容器法兰选择长颈对焊法兰，相关参数如下：单位（mm）DD1D2D3D4Hha112R1395134013981378137588185482118223215

53、d螺栓规格螺栓数量最小厚度30M2756(个)16由压力容器法兰选择相应垫片：非金属软垫片JB/T47042000其相应尺寸为：D=1277mmd=1227mm厚度=3mm接收法兰的选择1接收a,b的公称直径相同设为d，设进口流速为0.393mS则d2则d24G23600263.44mm故取公称直径dN2300mm公称压力为N22.5MPa由钢制管法兰，垫片，紧固件选择带颈对焊法兰，相关参数如下DNADKLThCNsSH1RH法兰理论重量(kg)3003254854303016M27343258.018129223.82接收L,d的公称直径相同设为d，设进口流速为1叹di420mmdN1450

54、mm公称压力相同为2.5MPaDNADKLnThCNsH1HR法兰理论重量(kg)4504806155652620M24285101016721231.7根据,选择法兰的材料均为16Mn拉杆和定距管的确定序号项目符号单位数据来源与计算公式数值1拉杆直径dnmmGB1511999管壳式换热器表43162拉杆数量nGB1511999管壳式换热器表4463定距管规格GB1511999管壳式换热器取252.54拉杆在管板端螺纹长度LdmmGB1511999管壳式换热器表45605拉杆在折流板LsmmGB1511999管壳式换热器表4520端螺纹长度6拉杆上倒角高bmmGB1511999管壳式换热器表4

55、52开孔补强计算:a孔DNmm(GB1501998项目8.1)序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1接收壁厚mm9.52接收外径domm3253接收径dimmdi=d-233064开孔直径dmmd=di+2C3105壳体开孔处的计算厚度3mmPcDj312Pc9.76接收名义厚度3ntmm107接收有效厚度3etmm3et=3nt-C98设计温度下接收材料的许用应力nMPaG计温度下壳体材料的许用应力tMPaGB150199810510强度削弱系数fr2mmfr,/七0.95311圆筒开孔所需补强面积AmmAd2et1fr301512补强有效宽度BmmBmax2d,

56、d2n2et61013接收外侧有效补强高度h1mmh1=minJdnt,55.714接收侧有效补强高度h2mm015壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A2mm281.516接收有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A2mm285.617接收计算厚度stmm6.3118焊缝金属截面积A2mm3619补强面积A2mm603.1AevAa孔不需要补强圈根据公称径DN450，选取补强圈参照JB/T4736取补强圈。补强圈在有效围。补强圈厚度为A4/D2D1考虑钢板负偏差并圆整取补强圈厚度为12mm，为了便于制造，材料补强圈的名义厚度取封头厚度即14mm。同理：其他各孔不需要补强。2.2筒体管箱耐压试验

57、的应力校核计算筒体核算1、筒体的应力校核计算：见筒体壁厚的确定2、管箱耐压试验应力校核计算：见六、管箱短节壁厚的计算3、水压试验序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1管程液压试验压力PtMPaPT1.25FC/t2.2082管程液压试验应力(TTMPaTT=Pt(D+3e)/2Se124.9w0.9TS3壳程液压试验压力PtMPa1.4474壳程液压试验应力TTMPaTT=Pt(D+Se)/2Se119.5w0.9Ts5设计温度下圆筒的允许最大工作压力PWMPaPW=2t/(D+Se)1.1476封头液压试验压力PtMPaPt1.25PC/t1.4477封头液压试验应力TTMPaTT=Pt(D+Se)