固定管板式换热器计算

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1、过程设备强度计算书 SW6-98 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 ps MPa 设计压力 pt MPa 设计温度 ts C 设计温度 tt C 壳程圆筒内径 D i mm 管箱圆筒内径 D i mm 材料名称 材料名称 简 图 计算 内容

2、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 0 全国化工设备设计技术中心站 过程设备强度计算书 SW6-98 前端管箱筒体计算 计算单位 辽宁石油化工大学 计算条件

3、 筒体简图 计算压力 Pc MPa 设计温度 t C 内径 Di mm 材料 试验温度许用应力 MPa 设计温度许用应力 t MPa 试验温度下屈服点s MPa 钢板负偏差 C mm 1 腐蚀裕量 C2 mm 焊接接头系数 计算厚度 有效厚度 名义厚度 重量 压力试验类型 试验压力值 压力试验允许通过

4、的应力水平 T 试验压力下 圆筒的应力 校核条件 校核结果 最大允许工作压力 设计温度下计算应力 t 校核条件 结论  厚度及重量计算 = Pc Di = mm 2[ ] t Pc e =n - C1- C 2= mm n = mm Kg 压力试验时应力校核 液压试验 P =1.25 P [ ] =

5、 ( 或由用户输入 ) MPa [ ] t T T 0.90 s = MPa T = pT .( Di e ) = MPa 2 e . T T 合格 压力及应力计算 2 e [ ] t MPa [ Pw] = ( Di e ) = Pc ( Di e ) MPa t = 2 e = MPa t t ≥ 筒体

6、名义厚度大于或等于 GB151中规定的最小厚度 6.00mm,合格 1 全国化工设备设计技术中心站 过程设备强度计算书 SW6-98 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 c MPa P 设计温度 t C 内径 Di mm 曲面高度 i mm h 材料

7、 设计温度许用应力 t MPa 试验温度许用应力 MPa 钢板负偏差 C1 mm 腐蚀裕量 C2 mm 焊接接头系数 厚度及重量计算 2 形状系数 K = 1 2 Di 6 2hi 计算厚度 = KPc Di 2[ ] t 0.5 Pc  = =  mm 有效厚度 e = n - 1 2= mm

8、 C- C 最小厚度 min = mm 名义厚度 n = 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 [ P ] = 2[ ]t e = MPa KDi 0.5 e w 结论 合格

9、 2 全国化工设备设计技术中心站 过程设备强度计算书 SW6-98 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 Pc MPa 设计温度 t C 内径 Di mm 材料 试验温度许用应力 MPa 设计温度许用应力 t MPa 试验温度下屈服点s MPa 钢板负偏差 C mm 1

10、 腐蚀裕量 C2 mm 焊接接头系数 计算厚度 有效厚度 名义厚度 重量 压力试验类型 试验压力值 压力试验允许通过 的应力水平 T 试验压力下 圆筒的应力 校核条件 校核结果 最大允许工作压力 设计温度下计算应力 t 校核条件 结论  厚度及重量计算 = Pc Di = mm 2[ ] t Pc e =n - C1-

11、 C 2= mm n = mm Kg 压力试验时应力校核 液压试验 P =1.25 P [ ] = ( 或由用户输入 ) MPa [ ] t T T 0.90 s = MPa T = pT .( Di e ) = MPa 2 e . T T 合格 压力及应力

12、计算 2 e [ ] t MPa [ Pw] = ( Di e ) = Pc ( Di e ) MPa t = 2 e = MPa t t ≥ 筒体名义厚度大于或等于 GB151中规定的最小厚度 6.00mm,合格 3 全国化工设备设计技术中心站 过程设备强度计算书 SW6-98 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

13、计算压力 c MPa P 设计温度 t C 内径 Di mm 曲面高度 i mm h 材料 设计温度许用应力 t MPa 试验温度许用应力 MPa 钢板负偏差 C1 mm 腐蚀裕量 C2 mm 焊接接头系数 厚度及重量计算 2 形状系数 K = 1 2 Di 6 2hi 计算厚度 = KP

14、c Di 2[ ] t 0.5 Pc  = =  mm 有效厚度 e = n - 1 2= mm C- C 最小厚度 min = mm 名义厚度 n = 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 [ P ] = 2[ ]t e

15、 = MPa KDi 0.5 e w 结论 合格 4 全国化工设备设计技术中心站 过程设备强度计算书 SW6-98 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 Pc MPa 设计温度 t C 内径 Di mm

16、 材料 试验温度许用应力 MPa 设计温度许用应力 t MPa 试验温度下屈服点s MPa 钢板负偏差 C mm 1 腐蚀裕量 C2 mm 焊接接头系数 计算厚度 有效厚度 名义厚度 重量 压力试验类型 试验压力值 压力试验允许通过 的应力水平 T 试验压力下 圆筒的应力 校核条件 校核结果 最大允许工作压力 设

17、计温度下计算应力 t 校核条件 结论  厚度及重量计算 = Pc Di = mm 2[ ] t Pc e =n - C1- C 2= mm n = mm Kg 压力试验时应力校核 液压试验 P =1.25 P [ ] = ( 或由用户输入 ) MPa [ ] t T T 0.90 s =

18、 MPa T = pT .( Di e ) = MPa 2 e . T T 合格 压力及应力计算 2 e [ ] t MPa [ Pw] = ( Di e ) = Pc ( Di e ) MPa t = 2 e = MPa t t ≥ 筒体名义厚度大于或等于 GB151中规定的最小厚度 6.00mm,合格

19、 5 全国化工设备设计技术中心站 过程设备强度计算书 SW6-98 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 设计压力 ps MPa 设计温度 Ts C 平均金属温度 ts C 装配温度 to C 壳 材料名称

20、 设计温度下许用应力 [ ]t Mpa 程 平均金属温度下弹性模量 Es Mpa 平均金属温度下热膨胀系数 s mm/mmC 圆 壳程圆筒内径 D i mm 壳程圆筒名义厚度 s mm 壳程圆筒有效厚度 se mm 筒 壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef’ MPa 壳程圆筒内直径横截面积 A= 0.25 Di 2 2 mm As=

21、 s ( Di + s ) 2 壳程圆筒金属横截面积 mm 管 设计压力 pt MPa 箱 设计温度 Tt C 圆 材料名称 筒 设计温度下弹性模量 Eh MPa 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 ) h mm 管箱圆筒有 效厚度 he mm 管箱法兰设计温度下弹性模

22、量 Et” MPa 材料名称 换 管子平均温度 tt C 设计温度下管子材料许用应力 [ ] tt MPa 设计温度下管子材料屈服应力 t MPa s 热 设计温度下管子材料弹性模量 Ett MPa 平均金属温度下管子材料弹性模量 Et MPa 平均金属温度下管子材料热膨胀系数 t mm/mmC 管 管子外径 d

23、 mm 管子壁厚 t mm 注： 6 全国化工设备设计技术中心站 过程设备强度计算书 管子根数 n 换热管中心距 S 换 一根管子金属横截面积 a t (d t ) 换热管长度 L 管子有效长度 ( 两管板内侧

24、间距 ) L1 管束模数 K t = Et na/LD i 管子回转半径 i 0.25 d 2 (d 2 t ) 2 热 管子受压失稳当量长度 lcr 系数 Cr = t t 2Et / s 比值 l cr /i 管子稳定许用压应力 ( C r l cr ) [ ] cr 2 E t 2(l cr 2

25、 i i ) 管 管子稳定许用压应力 ( Cr lcr ) t lcr i [ ]cr s 1 i 2 2Cr 材料名称 设计温度 tp 管 设计温度下许用应力 t r 设计温度下弹性模量 Ep 管板腐蚀

26、裕量 C2 管板输入厚度 n 管板计算厚度 隔板槽面积 ( 包括拉杆和假管区面积 ) Ad 板 管板强度削弱系数 管板刚度削弱系数 管子加强系数 2 D i E t na / E p L K = K 1318. 管板和管子连接型式 管板和管子胀接 ( 焊接 ) 高度 l 胀接许用拉脱应力 [ q] 焊接许用拉脱应力 [ q]  SW6-98

27、 mm 2 mm mm mm MPa mm mm MPa MPa C MPa MPa mm mm mm 2 mm mm MPa MPa 7 全国化工设备设计技术中心站 过程设备强度计算书 管 材料名称 " 管箱法兰厚度 f

28、法兰外径 D f 箱 基本法兰力矩 M m 管程压力操作工况下法兰力 M p 法兰宽度 bf ( D f D i ) / 2 法 比值 h / Di 比值 f" / Di 系数 C" ( 按 h /D i , f”/Di , 查 <>图 25) 兰 系数 ”( 按 h i , f i ,查 <>图 26)

29、 /D ”/D 1 2 Ef" bf 2 f" 3 旋转刚度 " Eh " ] K f [ bf Di 12 Di 材料名称 壳 壳体法兰厚度 f '

30、 法兰外径 Df 体 法兰宽度 b (D f D ) / 2 f i 比值 s / Di 法 比值 f' / Di 系数 C', 按 h/D i , f”/D i , 查 <>图 25 兰

31、 ' 系数 , 按 h /D i , ”f/Di , 查 <>图 26 1 2E ' b 2 ' 3 旋转刚度 ' [ f f f Es ' ] K f 12 bf Di Di 法兰外径与内径之比 K Df

32、 Di 壳体法兰应力系数 Y ( 按 K 查 <> 表 9-5) 旋转刚度无量纲参数 ~ K f K f 4 K t 膨胀节总体轴向刚度 2 E 2( l i ) 2 cr

33、  SW6-98 mm mm N mm N mm mm MPa mm mm mm MPa N/mm 8 全国化工设备设计技术中心站 过程设备强度计算书

34、 SW6-98 ~ 查 <>图 27) m 管板第一弯矩系数 (按K,K f 1 系 系数 m1 ~ K K f ~ 系数 ( 按 K t Kf 查 <>图 29) G2 换热管束与不带膨胀

35、节壳体刚度之比 Q E tna E s A s 数 换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 Q ex E t na( E s As K ex L ) Es As K ex L 管板第二弯矩系数 ( 按 K,Q或 Qex 查 <>图 28(a) 或 (b)) m2 系数（带膨胀节时 Qex 代替 Q） M 1 m1 2K (Q G2 )

36、 计 系数(按 , 或 Q ex 查图 30) G3 K Q ~ ~ 法兰力矩折减系数 K f (K f G3 ) 管板边缘力矩变化系数 ~ 1 M K f K "f 算 法兰力矩变化系数 ~ ~ "

37、 M f M K f K f 管 管板开孔后面积 Al = A - 0.25 n d 2 板 管板布管区面积 参 ( 三角形布管 ) A t 0.866 nS 2 A d ( 正方形布管 ) A t nS 2 A d 数 管板布管区当量直径 D t 4A t / 系数 Al / A 系

38、 系数 na / Al 数 系数s 0.4 0.6 (1 Q)/ 计 系数 ( 带膨胀节时 Qex 代替 Q) t 0.4(1 ) (0.6 Q) / 算 管板布管区当量直径与壳体内径之比 t Dt / Di 管板周边不布管区无量纲宽度 k = K (1- t) 

39、 2 mm 2 mm mm 9 全国化工设备设计技术中心站 过程设备强度计算书 SW6-98 仅有壳程压力 换热管与壳程圆筒热膨胀变形差 = t (t t -t 0 )- s (t s -t 0 ) 当量压力组合 Pc Ps 有效压力组合 Pa s Ps Et 基本法兰力矩系数 ~

40、4 M m M m D i3 Pa ~ ~ 管板边缘力矩系数 M M m ( M )M1 管板边缘剪力系数 ~ M 管板总弯矩系数 m m1 m 2 1 系数 G1e 仅用于 m 0 时 G1e 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 1 m > 0 , = max(G ,G ), m < 0 , G

41、1 1e 1i G1 = G1i 管板径向应力系数 ~ r = 1 (1 ) G 1 带膨胀节 Q为Qex 4 Q G 2 管板布管区周边 ~ = 3 m(1 ) 处径向应力系数 r' 4 K(Q G 2 ) 管板布管区周边 ~ = 1 1 处剪切应力系数 p G 2 4 Q ~ ~ 壳体法兰力矩系数 M ws Mm ( Mf )M1

42、 2 管板径向应力 ~ Pa Di rr 管板布管区周边处径向应力 'Pa ~ ' Di 2 2 k k m) r r 1 ( 2 m 2m 管板布管区周边剪切应力 Pa ~ Dt p p  P ( P = 0) s作用下的危险组合工况 t 不计温差应力 计温差应力

43、 计算值 许用值 计算值 许用值 1.5 t 3 t r r 1.5 t 3 t r r 0.5 t 1.5 t r r  MPa MPa

44、 MPa MPa MPa 10 全国化工设备设计技术中心站 过程设备强度计算 壳体法兰应力 ' ~ Di 2 1.5 Y M ws Pa ) f 4 ( ' f 换热管轴向应

45、力 t 1 G 2 Q t Pc Pa t Q G 2 cr 壳程圆筒 轴向应力 A (1 ) t c As ( Q G 2 ) Pa c 换热管与管板连接拉脱应力 q = t a [q] dl 仅有管程压力 P

46、 t 作用下的危险组合工况 不计温差应力 换热管与壳程圆筒热膨胀变形差 = t (t t -t 0 )- s(t s -t 0 ) 当量压力组合 Pc Pt (1 ) 有效压力组合 Pa t Pt Et 操作情况下法兰力矩系数 ~ 4M p M p D3 P i a 管板边缘力矩系数

47、 ~ ~ M M p ~ 管板边缘剪力系数 M 管板总弯矩系数 m m1 m2 1 m 0 m K 系数 G 仅用于 时 G 1e 3 1e 系数 G1i 当 m 0时 , 按K和m 查图 31（ a）实线当 m 0时 , 按K

48、和m 查31（b) 系数 G1 m >0, G1 = max (G1e ,G1i ) ; m <0 , G1 = G1i 管板径向应力系数 ~ 1 (1 )G1 r = 带膨胀节 为 4 Q G2 Q Qex  书 SW6-98 t 3 t MPa r r 3 t MPa t cr 3 t MPa c 3[q] 焊接 MPa [q] 胀接 ( Ps

49、= 0) 计温差应力 MPa MPa 11 全国化工设备设计技术中心站 过程设备强度计算书 SW6-98 管板布管区周边 ~ m (1 ) 处径向应力系数 ' = 3 r G 2 ) 4 K(Q 管板布管区周边 ~ 1 1 处剪切应力系数 = p 4 Q G 2 壳体法兰力矩系数

50、 ~ ~ M ws M p M 1 计算值 许用值 计算值 许用值 ~ D i 2 1.5 t 3 t 管板径向应力 r r r r Pa 管板布管区周边处径向应力 1.5 m m m 3 t 12 2 2 1 r P

51、 ~ ' D k k 'a i ( 2 m) r r 1 m 2m 管板布管区周边剪切应力 Pa ~ Dt 0.5 t 1.5 t p r r p ' ~ Di 2 1.5 t 3 t 壳体法兰应力 r r

52、 f Y M ws Pa ( ' ) 4 f 换热管轴向应力 t 3 t t t  MPa MPa MPa MPa MPa 1 G2 Q t Pc Q Pa cr cr G2 壳程圆筒

53、轴向应力 t 3 t A (1 ) c c c As [ Pt (Q G2 ) Pa ]  MPa 换热管与管板连接拉脱应力 q = t a [q] 3[q] 焊接MPa dl [q] 胀接 计算结果 管板名义厚度 n mm 管板校核通过

54、 12 全国化工设备设计技术中心站 过 程 设 筒体法兰计算结果 设计条 件 设计压力 p 计算压力 pc 设计温度 t 轴向外载荷 F 外力矩 M 壳 材料名称 体 许用应力 [ ] tn 法 材料名称  备强度计算书 SW6-98 计算单位 辽宁石油化工大学 简 图 MPa MPa C N N. mm MPa 许用 [ ] f MPa 兰 应力 [ t MPa

55、 ] f 材料名称 螺 许用 [ ] b 应力 [ t ] b 栓 公称直径 d B 螺栓根径 d 1 数量 n D i 垫 结构尺寸 Db mm e L 材料类型 压紧面形状 片 0 ≤6.4mm = 0 b b b 0 > 6.4m

56、m b =2.53 b0 b 预紧状态下需要的最小螺栓载荷 Wa 操作状态下需要的最小螺栓载荷 Wp 所需螺栓总截面积 Am 实际使用螺栓总截面积 Ab D = 0.785 2 c N F = Di p 操 FG = Fp N 作 = T = - D F F F N p= M 外压 :

57、 p = D ( D - M F L 预紧 = N W Ma 计算力矩 Mo=  MPa MPa mm mm 个 D o D外 D内 δ 0 A

58、 h δ 1 L N m y(MPa) b D G 0≤6.4mm G= ( 外 + 内 )/

59、2 b D D D 0 > 6.4mm G= 外 - 2 b b D D 螺 栓 受 力 计 算 a= π G = W bD y p =

60、F p + F = W Am = max ( Ap , Aa ) = A = n d 2 = b 1 4

61、 L = 力 矩 计 算 M F L L A + 0.5 δ 1 = D mm D D D = = L=0.5( D - D ) M = F L G b

62、G mm G G G = = T=0.5( L A + 1 + L G ) T= T T L mm M F L = =

63、 G )+ T( L T- G ); 内压 : p = D+G+T p = L F L M M M M M G = mm a = G = L M WL p 与 a[ ] t/[ ] f 中大者 o = M M

64、 f M  N N 2 mm 2 mm N. mm N. mm N. mm N. mm N. mm . Nmm 13 全国化工设备设计技术中心站 过程设备强 度计算书 SW6-98

65、 螺 栓 间 距 校 核 实际间距 L D b = mm n 最小间距 Lmin ( 查GB150-98表9-3) mm

66、 最大间距 Lmax mm h/h 形 状 常 数 确 定 h0 Di = K = D/D = 0 o o I 1 0 由 查表9-5得 = Z = = = K T Y U