固定管板式换热器计算

固定管板换热器设计计算 计算单位 辽宁石油化工大学设计计算条件壳 程管 程设计压力 pMPa设计压力 p.MPa设计温度r3。C设计温度 rt。C壳程!筒内径Dmm管箱圆筒内径D. i-mm材料名称材料名称简 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）校核计算膨胀节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

前端管箱筒体计算 计算单位辽宁石油化工大学计算条件筒体简图计算压力PMPa1|-q—-_! -1 On-■—Di―■-1iiic设计温度t。C内径Dmmi材料试验温度许用应力2]MPa设计温度许用应力Q]tMPa试验温度下屈服点bMPas钢板负偏差Cmm 1 腐蚀裕量Cmm 2 焊接接头系数。厚度及重量计算计算厚度PcD.5—2[b]t巾―P=mm有效厚度8=5-C-C=mm名义厚度e n 1 28=mm重量nKg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弋=（或由用户输入）MPa压力试验允许通过的应力水平[b][b]T<0.90也=MPa !=_if 试验压力下圆筒的应力%.(D.+5e)=T 25.巾MPa校核条件bT<[b]T校核结果合格压力及应力计算目、—Za z/Hrr-u25[b]t巾[pj= =i eMPa最大允许工作压力设计温度下计算应力P(D.+J)6= 25 =eMPa[b]t©MPa校核条件[b]t©Nbt结论筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度6.00mm,合格

前端管箱封头计算计算单位 辽宁石油化工大学计算条件椭圆封头简图计算压力PMPa设计温度t0C内径D i mm曲面高度h i mm材料设计温度许用应力"]tMPa试验温度许用应力[司MPa钢板负偏差C 1 mm腐蚀裕量C 2 mm焊接接头系数。厚度及重量计算形状系数K=1[2+[6_1计算厚度KPDX= c1 =° 22]t40.5pmm有效厚度8=°-C-C2=mm最小厚度°in=mm名义厚度°=mm结论满足最小厚度要求重量Kg压力计算最大允许工作压力2[b]t。°_ e—_八二KD1+0.5°e=MPa结论合格

后端管箱筒体计算 计算单位辽宁石油化工大学计算条件筒体简图计算压力PMPa1|-q—-_! -1 On-■—Di―■-1iiic设计温度t。C内径Dmmi材料试验温度许用应力2]MPa设计温度许用应力Q]tMPa试验温度下屈服点bMPas钢板负偏差Cmm 1 腐蚀裕量Cmm 2 焊接接头系数。厚度及重量计算计算厚度PcD.5—2[b]t巾―P=mm有效厚度8=5-C-C=mm名义厚度e n 1 28=mm重量nKg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弋= （或由用户输入）MPa压力试验允许通过的应力水平[b][b]T<0.90也=MPa !=_if 试验压力下圆筒的应力%.(D.+5e)=T 25.巾MPa校核条件bT<[b]T校核结果合格压力及应力计算目、—Za z/Hrr-u25[b]t巾[pj= =i eMPa最大允许工作压力设计温度下计算应力P(D.+J)6= 25 =eMPa[b]t©MPa校核条件[b]t©Nbt结论筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度6.00mm,合格

后端管箱封头计算计算单位 辽宁石油化工大学计算条件椭圆封头简图计算压力PMPa设计温度t0C内径D i mm曲面高度h i mm材料设计温度许用应力"]tMPa试验温度许用应力[司MPa钢板负偏差C 1 mm腐蚀裕量C 2 mm焊接接头系数。厚度及重量计算形状系数K=1[2+[6_1计算厚度KPDX= c1 =° 22]t40.5pmm有效厚度8=°-C-C2=mm最小厚度°in=mm名义厚度°=mm结论满足最小厚度要求重量Kg压力计算最大允许工作压力2[b]t。°_ e—_八二KD1+0.5°e=MPa结论合格

壳程圆筒计算 计算单位辽宁石油化工大学计算条件筒体简图计算压力PMPa1|-q—-_! -1 On-■—Di―■-1iiic设计温度t。C内径Dmmi材料试验温度许用应力2]MPa设计温度许用应力Q]tMPa试验温度下屈服点bMPas钢板负偏差Cmm 1 腐蚀裕量Cmm 2 焊接接头系数。厚度及重量计算计算厚度PcD.5—2[b]t巾―P=mm有效厚度8=5-C-C=mm名义厚度e n 1 28=mm重量nKg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弋= （或由用户输入）MPa压力试验允许通过的应力水平[b][b]T<0.90也=MPa !=_if 试验压力下圆筒的应力%.(D.+5e)=T 25.巾MPa校核条件bT<[b]T校核结果合格压力及应力计算目、—Za z/Hrr-u25[b]t巾[pj= =i eMPa最大允许工作压力设计温度下计算应力P(D.+J)6= 25 =eMPa[b]t©MPa校核条件[b]t©Nbt结论筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度6.00mm,合格

延长部分兼作法兰固定式管板设计单位辽宁石油化工大学设计计算条件简 图壳程圆筒设计压力 psMPa设计温度 Ts°C平均金属温度ts。C装配温度 to°C材料名称设计温度下许用应力［巧‘Mpa平均金属温度下弹性模量EsMpa平均金属温度下热膨胀系数以smm/mm°C壳程圆筒内径Dimm壳程圆筒名义厚度8mm壳程圆筒有效厚度8“mm壳体法兰设计温度下弹性模量E：MPa壳程圆筒内直径横截面积A=0.25兀D2 i mm2壳程圆筒金属横截面积As=^8s(Di+8s)mm2管箱圆筒设计压力睨MPa设计温度^°C材料名称设计温度下弹性模量EhMPa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)8hmm管箱圆筒有效厚度8hemm管箱法兰设计温度下弹性模量E”MPa换热管材料名称管子平均温度tt°C设计温度下管子材料许用应力［巧t =―T MPa设计温度下管子材料屈服应力bts MPa设计温度下管子材料弹性模量EttMPa平均金属温度下管子材料弹性模量EfMPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数以tmm/mm°C管子外径dmm管子壁厚8tmm注：

管子根数n换热管中心距Smm换一根管子金属横截面积a-兀Q（d_Q）mm2换热管长度Lmm管子有效长度（两管板内侧间距）L1mm管束模数Kt=Etna/LDiMPa管子回转半径i-0.25遍2+(d-25)2 1 mm热管子受压失稳当量长度l cr mm系数CrF^2Et/bt比值lcr/i管子稳定许用压应力（^<=虹） Q］=打气）MPa管管子稳定许用压应力 (C＞、)g]-半1-lc^~Lri cr2L 2CJMPa r 材料名称设计温度tpOC管设计温度下许用应力［b］t r MPa设计温度下弹性模量EpMPa管板腐蚀裕量C2 'mm管板输入厚度5nmm管板计算厚度5mm隔板槽面积（包括拉杆和假管区面积）Admm2板管板强度削弱系数门管板刚度削弱系数口管子加强系数K2-1318D^Ena/EL5门 K=管板和管子连接型式管板和管子胀接（焊接）高度lmm胀接许用拉脱应力物］MPa焊接许用拉脱应力物］MPa

管箱法兰材料名称管箱法兰厚度5"fmm法兰外径Dfmm基本法兰力矩MN-mmm管程压力操作工况下法兰力MN-mmP法兰宽度bf=(Df-D；)/2mm比值5“/D比值5”/D f i 系数C"(按5/D,5”D,查<<GB151-1999>>图25)hifi系数①”(按5/D,5”D，查<<GB151-1999>>图26)_，/ 〜__L_£■:" 1 旋转刚度K" 1[2Efbf'D]i3+E&"]hMPaKf=12[D.+bf壳体法兰材料名称壳体法兰厚度5fmm法兰外径dfmm法兰宽度bf=(Df—D.)/2mm比值5/D比值5'/D f i 系数C',按5/D,5”D,查<<GB151-1999>>图25 h~I~ — 系数a,按5JD.,57D.,查<<GB151-1999>>图26旋转刚度K'=—[2Efbff=12[Di+bf1苛|+EsW']MPa法兰外径与内径之比K=Di'D f i 壳体法兰应力系数Y（按K查<<GB150—1998>>表9-5）旋转刚度无量纲参数~里与K—Jf4Kt膨胀节总体轴向刚度PN/mm2(Q

管板第一弯矩系数(按K,K查<<GB151-1999>>图27)m f 1 系系数w=%KK f系数(按KK查<<GB151—98>>图29)G。tf 2换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比Q=EnaEA数ss换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 Q=E严(EsAs+KexL) 's气"exL 管板第二弯矩系数(按K,Q或Q查<<GB151-1999>>图28(a)或(b))m2系数(带膨胀节时Q四代替Q)m1=2kQG)计系数(按K,Q或Q林查图30)G3法兰力矩折减系数&=Kf/(Kf+G3)管板边缘力矩变化系数△M=―1—&+K/K- f f 算法兰力矩变化系数△m=△MK/K”管 f f f 管板开孔后面积A,=A-0.25nnd2mm2板参管板布管区面枳(三角形布管)A=0.866nS2+Ad(正方形布管)A1=nS2+A "mm2数 1 d 管板布管区当量直径D=”4A/兀mm系数X=A/A系系数P=na/A1数系数Z=0.4+0.6X(1+Q)/X s 计系数(带膨胀节时Qex代替Q)乙=0.4(1+p)+(0.6+Q)/X算管板布管区当量直径与壳体内径之比P=D/D 1 1 i 管板周边不布管区无量纲宽度k=K(1-p)

仅有壳程压力P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Y=a,(t,-t0)-a"(ts-t0)当量压力组合P=PMPa有效压力组合Pa=zsPs+^7eMPa基本法兰力矩系数M一旦Jm 人兀D3Pia~ ~管板边缘力矩系数M=Mm+(△M)M1管板边缘剪力系数v=wM管板总弯矩系数m=mi+m2V1+V系数G1e仅用于m>0时G1=3m"K系数G1i当m>0时，按K和m查图31(a)实线当m<0时，按K和m查图31(b)系数G] m>0,g=maxG/G],),m<0,G=Ge'管板径向应力系数带膨胀节Q为Qex1 1i〜b=1(1+V)G'4Q+G1管板布管区周边处径向应力系数T" 2 b=3m(1+V)r4K(Q+G)管板布管区周边处剪切应力系数2T=11+Vp4Q+G2壳体法兰力矩系数Mws=EM-(叫)M1计算值许用值计算值许用值管板径向应力b=。P-fD]'r ra叭8J1.5mr3[b]trMPa管板布管区周边攵P-~'fD)2by气拾J卜径向应力-kk2--1一一+厂(t2-m)m2m1.5[b]tr3卜]rMPa管板布管区周边剪切应力T=匹~Dp日p80.5A]r1.5ZrMPa

壳体法兰应力b=—YMP人(当)2f 4 弥^ 0'f1.5[以r3[以rMPa换热管轴向应力b=RP——2~~2-Pt0c Q+— aL 2 」[b]t[打cr3[。]，[b] tcrMPa壳程圆筒轴向应力b=A从1+v)pcA(Q+—2)aec3©[b]tcMPa换热管与管板连接拉脱应力q=孕dm[q]3[q]焊接[q]胀接MPa仅有管程压力P]作用下的危险组合工况（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Y=以（t-t）-以（t$-t）110«20当量压力组合 Pc=—Pt(1+0)MPa有效压力组合Pa=—ZtPt+0YEtMPa操作情况下法兰力矩系数和 4MM="Pp兀XD3P管板边缘力矩系数M=M p 管板边缘剪力系数V=wM管板总弯矩系数m=-1~―1+V系数—仅用于—>0时—=—.；'K 1^ 1e 系数—.h当m>0时，按K和m查图31（a）实线当m<0时，按K和m查31（b）系数—1m>0,—=max—],—)；m<0,—=—管板径向应力系数带膨胀节Q为Qex& 1(1+V)—=「4Q+— 2

管板布管区周边处径向应力系数S=2m(1+v)r4K(Q+G2)管板布管区周边处剪切应力系数丁~ 1 1+V1=p4Q+G2壳体法兰力矩系数 m=EM-mw^ p 1计算值许用值计算值许用值管板径向应力c=&p^f缉2r ra|LX\571.5mr3[b]trMPa管板布管区周边处P入~'fDV-=苛,[:径向应力1-k+|2(也-m)m2m1.5m+mvm=121+v3[b]trMPa管板布管区周边剪切应力Tp=£▲ipD0.5[a]tr1.5[b]trMPa一一，一 兀~ .D壳体法兰应力b=—YMPX(~i)2f4 wsa5'f1.5[b]tr3[b]trMPa换热管轴向应力1「G—Qv ]bt=PPc—Q+G Pa1- 2 」[b]t[b]‘cr3[b]t[b]'crMPa壳程圆筒轴向应力b= [P+ —)P]cAt(Q+G)aec3^[b]tcMPa换热管与管板连接拉脱应力q=比dln[q]3[q]焊接[q]胀接MPa计算结果 管板名义厚度5“ mm管板校核通过

筒体法兰计算结果 计算单位 辽宁石油化工大学设计条件简图设计压力pMPa计算压力pcMPa设计温度t。C轴向外载荷FN外力矩MN.mm壳体材料名称许用应力［。］：MPa法兰材料名称许用应力 f MPaMPa螺栓材料名称许用应力[。] bMPa[c]tMPa公称直径d~ B mm螺栓根径d 1 mm数量n个垫片结构尺寸mmDDDDD5bL外L内hU5e材料类型ANm1y(MPa)压紧面形状bDb0W6.4mm b=b0b>6.4mm b=2.53寸b^Gb0W6.4mm Df(D+D)/2b0>6.4mm D,=D外-2bU U ■螺栓受力计算预紧状态下需要的最小螺栓载荷WW=nbDy=Na操作状态下需要的最小螺栓载荷Wa GW=F+F=Np所需螺栓总截面积Ap pA=max(A,A)=mm2m实际使用螺栓总截面积Abm p aAb=nid1=mm2力矩计算操作MpFD=U.785D2p^NLD=La+U.50]mmMd=FdLdN.mmFg=FpNLg=U.5(Db-Dg)mmMg=FgLgN.mmFt=f-fdNLt=U.5(LA+§i+Lg)mmMt=_FtLtN.mm外压：M=F(L-L)+F(L-L)：内压：M=M+M+M M=N.mm预紧MpW=) D GNTTG pL=GDGmmT pM=WLg=N.mma计算力矩M=Mp与Ma［b〃/［b］中大者 Mo=N.mm

螺栓间距校核实际间距£=些=nmm最小间距r >Lmin= (查GB150-98表9-3)mm最大间距Z 'L=maxmm形状常数确定h=、【D8= h/ho=K=Do/DI= 8J80=U iu由K查表9-5得T=Z=Y=U=整体法兰查图9-3和图9-4F=V=e=Fh=松式法兰查图9-5和图9-6 1 F=IV=e=F；h=查图9-7由件。得f=L整体法兰d1=抄8*L松式法兰d1=抄8oL083昨甘=1甲=6fe+1y=v/TP=-8fe+1=X=y+门剪应力校核计算值许用值结论预紧状态WT= =1兀DlMPaT］广o.