固定管板换热器毕业设计

《固定管板换热器毕业设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《固定管板换热器毕业设计（45页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、沈阳化工大学学士学位论文 Abstract 沈阳化工大学 本科毕业论文 题目：卧式油-油固定管板换热器设计 院系：机械工程学院 专业： 班级： 学生姓名： 指导教师： 论文提交日期：年月日论文答辩日期: 目录 第一章引言1 第二章文献综述2 第三章设计说明书7 3.1、传热工艺计算7 3.1.1原始数据7 3.1.2定性温度及物性参数7 3.1.3传热量与柴油出口温度及定性温度8 3.1.4有效平均温度8 3.1.5管程换热系数计算9 3.1.6结构的初步设计：10 3.1.7壳程换热系数计算10 3.1.8传热系数计算11 3.1.9管壁

2、温度计算12 3.1.10管程压降计算12 3.1.11壳程压降计算13 3.2、强度计算14 3.2.1换热管材料及规格的诜择和根数确定14 3.2.2管子的排列方式14 3.2.3确定筒体直径15 沈阳化工大学学士学位论文设计计算 3.2.4筒体壁厚的确定15 3.2.5液压试验17 3.2.6封头厚度的计算17 3.2.7法兰的选择18 3.2.8管板的设计20 3.2.9折流板的选择31 3.2.10接管及开孔补强32 3.2.11管箱短节壁厚的计算35 3.2.12拉杆和定距管的确定35 3.2.13分层隔板厚度选取36 3.2.14支座的选择及应

3、力校核36 参考文献42 致谢44 沈阳化工大学学士学位论文 第三章设计说明书 第三章设计说明书 3、1传热工艺计算 3.1.1 原始数据 壳程柴油的进口温度t；=175C 壳程柴油的工作压力?i=1.6MPa 管程原油的进口温度t2=70C 管程原油的出口温度t；=110C 管程原油的工作压力％=1.6MPa 壳程柴油的流量G1=68000kgh 管程原油的流量G2=88000* 3.1.2 定性温度及物性参数 管程原油定性温度t2=(t2t2)/2=90C 管程原油密度查物性表得p2=815kgm3 管程原油比热查物性表得CP2=2.2KJ/g，七

4、管程原油导热系数查物性表得%=0.128wm.久 管程原油的粘度\=310-3Pa.s 管程原油普朗特数查物性表得Pr2=51.56 壳程柴油密度查物性表得；1=715kg3 m 壳程柴油比热查物性表得Cp1=2.48%g产C 壳程柴油导热系数查物性表得人i=0.133%七 壳程柴油黏度」1=64010-6Pas 壳程柴油普朗特数查物性表得Pri=100OX仙iXCp/入1=11.93 3.1.3 传热量与柴油的出口温度及柴油的定性温度 取定换热效率为=0.98 则设计传热量 Q°=G2Cp2t2-t210003600 =880002.2(70-110)0.9810

5、00/3600 =2108089W 则柴油的出口温度t1'=t1 3600Q036002108089 =1/5二130C GCP11000680002.481000 ..一一，一一、，.，一.、."一—'" 冗程柴油止性温度t1=t1+Fc(t1-t1)=175+0.3(175—130)=188.5℃ 3.1.4 有效平均温度 温差校正系数：中=0.93 ■：tN t1-t2-t；-t2175-110-130-70 In F「j'、 t1-t2 ,''.'

6、 In65 60 参数 P: t2 110 -70 参数 t1-t2 175-70 40 ——=0.38 105 R: R — I 7 R t2 -12 175-13045…” 1.125 110-7040 换热器按单壳程双管程设计, 则查《管壳式换热器原理与设计》图 2-6(a) 沈阳化工大学学士学位论文 第三章设计说明书 有效平均温差：，tm~：，=0.9362.5=58.125C 3.1.5 管程换热系数计算 参考表2-7《管壳式换热器原理与计算》

7、 初选传热系数：k0=500wmC 则初选传热面积为： ^^=^8^=72.54m2 Ko：tm50058.125 选用①19父2不锈钢的无缝钢管作换热管 则管子外径d0=0.019m 管子内径di=0.019-20.002-0.015m 管子长度l=3m 则所需换热管根数： Nt Fo 二 d0 l 72.54 0.019 3 二 =405.1 可取换热管根数为406根 则管程流通面积为a2=*父工＞^：="6M土父0.0152=0.036m2（两管程） 2424 管程流速为: __G288000_=0833m/：2a236008153

8、6000.036s 管程质量流速为: W2=2：2=8150.833=679 s 管程雷诺数为Re= ：22di 」2 8150.50.015 310” =3395 管程传热系数为: 3600 1 0.01&2 片 100di 0.2 360010.015900.8330.8 0-2二6740 1000.0150.2 3.1.6 结构的初步设计： 查GB15「1999知管间距按1.25d0取： 管间距为：S=1.25X0.019=0.025m 管束中心排管数为：Nc=1.1,Nt=1.1406=22 取22根

9、 0.601 则壳体内径为：Di=SNc-14d0=0.02522-140.019二 故内径为0.7m 则内径比为—=—=4.3（合理） Di0.7 折流板由书可知可以选择弓形折流板。 则弓形折流板的弓高为：h=0.2Di=0.20.7=0.14m 折流板间距为：B=旦~==0.35m 22 l3 折流板数量为：nB=--1=，--1=7.6 B0.35 取6块 3.1.7壳程换热系数计算 壳程流通面积为：f1=BDi1-d°^0.35><0.7>

10、.44 壳程质量流速为: 壳程当量直径为: 壳程雷诺数为: 36007150.06 W1=1R=7150.44=314.8 de Rei二 s _22_2___2 D^Nd.=0.7-4060.019-0.0445 Ntdg 4060.019 巳值7150.440.0445 ____6 64010 =21874 切去弓形面积所占比例按2=0.2查得为0.145Di 壳程传热因子由《管壳式换热器原理与设计》书图2-12可查得：Js=120 管外壁温度假定值为：145C 壁温下油的黏度为：U=64010

11、^Pas 0.140.14 黏度修正系数为：电=I上=4—I=1 【%)1640J 1 壳程换热系数为：%=量匚中Js=0.133X(11.93)1x1x120=819.44 de0.0445 3.1.8 传热系数计算 查GB15「1999书第138页可知：壳程选用柴油、管程选用原油 则油侧污垢热阻为：1=0.0001722=0.000172 由于管壁比较薄，管壳层阻力损失都不超过0.3X103N/m3所以管壁的热阻了可以 忽略不计。 所以可以计算出总传热系数为： Kj 1 ：i di 二 2 di 1 819.44 0.019 0.019 0.00017

12、2 0.000172 - - 0.015 6740*0.015 =553.72WmC 则传热系数比为：Kj=55372=1.11(合理)K0500 所以假设合理。 3.1.9 管壁温度计算 管外壁热流温度计算为: Qo Nt 二 d0l 2108089 406 3.14 0.019 3 口28996 w m2  管外壁温度为：tw1=t1—q」」+?1'=188.8—28996父一1—+0.0001721=148.49曲)<819.44) 误差校核：tw1-tw1=148.4-145=3.4C 因为误差不大，所以合适。 3.1.10 管程压降计算

13、 tw2 M。d0 di 二十¥ 12 口2 0.019 =90 28996 - 0.015 6740 0.000172 =102 C 壁温下油的黏度为：」w2=310^Pas 黏度修正系数：灯=口乜］=，"吗)=1 I"”01 查得管程摩擦系数为：2=0.0122 管程数nt=2 管内沿程压为： W22lnt26792320.0122 「Pi=-==1380Pa 2：2,di228150.0151 回弯压降为：二些4nt=679242=2263Pa 2%2815 取出口处质量流速为：wN2=1000kgm2s 22 进出口管处压降为：-：?N2

14、=Wn21.5=10001.5=8402Pa 2：22815 管程污垢校正系数为：；2=1.2 则管程压降：：P2=：mi：Pbd2：Pn2=”38022631.28402=12773.6Pa 3.1.11壳程压降计算 壳程当量直径为: de Di2 - N 0 Nt do 0.72 -406 0.0192 =0.0445m 406 0.019 壳程雷诺数为：Q1 Wde 380.3 0.0334 910 10-6 =13958 经查壳程的摩擦系数为：1 = 0.42 管束压降为: 亚 D nb 1」=3W 07 18 042 2:1 也 de 2 7

15、15 0.0445 1 = 4121Pa 取进口管处质量流速为: 1000 取进口管压降为：；：Pni=W21.5=100021.5=1049Pa 2i2715 取导流板阻力系数为：d=5 22 导流板压降为：.曰当d=侬~5=6993Pa 2：1715 壳程结垢修正系数d=1.38 壳程压降为："1="0d；d匚、1=1.38412169931049=13729Pa 管程、壳程允许压降为：1”1M匚31-35000Pa △?1：」Pi1 符合压降条件 .叫

16、目 符号 单位 数据来源及计算公式 数值 1 换热管外径 do mm GB151--1999《管壳式换热器》 19 2 管长 l mm GB151--1999《管壳式换热器》 3000 3 传热面积 S 2m A=-Q-《管壳式换热器设计 K&m 原理》 72.54 4 换热管根数 N 个 N* nd°l 406 5 拉杆 d ni 个 GB151---1999《管壳式换热器》 表43.44 12/8 6 材料 GB150-1998《钢制压力容器》 20# 3.2.2管子的排列方式 1 正三

17、角形排列 GB151-1999《管壳式换热器”图 11 2 换热管中心距 S mm GB151-1999《管壳式换热器》 25 3 隔板板槽两侧 相邻中心距 Sn mm GB151-1999《管壳式换热器》 38  3.2.3 确定筒体直径 1 换热管中心 距 S mm GB151-1999 《管壳式换 热器》表12 25 2 换热管根数 n 根 406 3 分程隔板厚 5 mm 同上 10 4 管束中心排 管的管数 Nc 根 同上 22 5 筒体直径 ' Di mm 同上

18、601 6 实取筒体直 径 Dn mm 考虑防冲板 向上取 700 3.2.4 筒体壁厚的确定 在舁厅P 项目 符号 单位 数据来源及计算公式 结果 1 工作压 力 P MPa 给定 1.6 2 材料 GB150-1998《钢制压 力容器》 Q345R 3 材料许 用应力 b] MPa GB150-1998《钢制压 力容器》 170 4 焊接接 头系数 4 《过程装备设计》 0.85  5 壳程设 计压力 Pc MPa Pc=1.1P 1.76 6 筒体计 算厚度 5

19、mm -PcDi 0=-r—T-. 2k2-Pc 4.3 7 设计厚 度 6d mm 6d…C2 6.3 8 名义厚 度 •6n mm WG 7.3 9 实取名 义厚度 6n mm GB151-1999《管壳式 换热器》表8 8 10 负偏差 C1 mm 《过程装备设计》 1 11 腐蚀余 量 C2 mm 《过程装备设计》 2 12 计算厚 度 建 mm Oe=n-C1—C2 5 13 设计厚度下圆筒的计算应力 CTt MPa gt^D^e.)2之 125 14 校核 MPa 仃

20、，＜b产 179.8 合格 15 设计温度下圆筒的最大许用工作压力 MPa Ip]_23。二w(Df) 2.05  3.2.5 液压试验 在舁厅P 项目 符号 单位 根据来源及计算公 式 数值 1 试验压力 Pt MPa n1.25PckIPT:-□- 2.2 2 圆筒薄膜 应力 仃T MPa Pt(Di+6e) 0t- 2讥 155.1 3 校核 0.9伏rs=179.8MPa>

21、a Pc=1.1Pc 1.76 2 材料 GB150-1998《钢制压力 容器》 Q345R 3 材料许用 应力 MPa GB150-1998《钢制压力 容器》 170 4 焊接接头 系数 * 《过程装备设计》 0.85 5 封头计算 厚度 5 mm 2b附-0.5PCc 4.3 6 设计厚度 6d mm 6d=6+C2 6.3  7 名义厚度 6n mm 6n=^dC1 7.3 8 实取名义 厚度 6n mm GB151-1999《管壳式换 热器》表8 8 9 有效厚度 院

22、 mm -C 7 10 设计厚度下封头的计算应力 ta MPa t CJ' 2讥 88.88 11 校核 0.9中0s=179.8MPa>仃t 12 设计温度下封头的最大许用工作压力 R] MPa BJeb. w版+旌） 2.88 13 p

23、 815 776 766 763 66 210 16 21 18 27 M24 28  由《压力容器法兰》选择相应垫片：非金属软垫片JB/T4704—2000 其相应尺寸为：D=765mmd=715mm、=3mm 2.7.2 接管法兰的选择 1〉管程接管的公称直径相同设为 则da 4G 4 88000 106 800 二 ― 800 3.14 3600 = 197.2mm 同理或=197.2mm 故取 a =b=200mm 故取公称直径dN2 = 200mm 公称压力为 九2 =2.5MPa s 2〉壳程接管的公

24、称直径相同设为d,设进出口质量流量为800 —6 4G46800010 173mm 800二,8003.143600 同理dd=173mm 公称压力为?N1 =2.5MPa 故取公称直径dN1=200mm 由《钢制管法兰，垫片，紧固件》选择带颈对焊法兰a.b相关参数如下 Dn A/ B D K n L Th C Bi 法兰理论重量 200 219.1 /219 360 310 12 26 M24 30 244/ 244 17.4 由《钢制管法兰，垫片，紧固件》选择带颈对焊法兰c.d相关参数如下 Dn A/ b D

25、 K n L Th C B1 法兰理论重量 200 219.1 /219 360 310 12 26 M24 30 244/ 244 17.4  3.2.8 、管板的设计 管板尺寸的确定及强度计算 本设计为管板延长部分兼作法兰的形式，即GB151-1999项目5.7中，图18所示 e型连接方式的管板。 A、确定壳程圆筒、管箱圆筒、管箱法兰、换热管等元件结构尺寸及管板的布管方式；以上项目的确定见项目一至七。 B、计算A、As、na、Kt、［仃［r、Ac、Dt、九、Q与、P、名t、Pt； 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数

26、值 1 筒体内径 Di mm 700 2 筒体内径板截 A 2mm A=ttD12/4 384650 3 筒体厚度 6s mm 8 4 圆筒内壳壁金属截面积 A 2mm As=4①(口+①) 17794 5 管子金属总截 na 2mm na=n16t(d) 7.65X104 6 换热管根数 n 406 7 换热管外径 d mm 19 8 换热管壁厚 6t mm 2 9 换热管材料的弹性模量 Et MPa GB150-1998表F5 185000 10 换热管有效长度 L

27、 mm 2840 11 沿一侧的排管数 n' 203 12 布管区内未能被管支撑的面积 Ad 2mm Ad=n'S(Sn-0.866S) 82976.25 13 管板布管区面积 At 2mm —2. At=0.866nS+Ad 302723.75 14 管板布管区当量直径 Dt mm Dt=J4At/：r 620 15 换热管中心距 S mm GB151-1999 25  16 隔板槽两侧相邻管中心距 Sn mm GB151-1999 38 17 管板布管内开孔后的面积 A 2mm -_一2一

28、 A=A—nnd/4 269537 18 系数 九 ，u=A/A 0.7 19 壳体/、带膨胀节时换热管束与圆筒刚度比 Q Q=Etxna/EsAs 0.8 20 壳程圆筒材料的弹性模量 Es GB150-1998表F5 190000 21 系数 P P=na/A 0.28 22 系数 工 与=0.4+0.6(1+Q)/儿 15.8 23 系数 % 5=0.4(1+P)+(0.6+Q)/人 2.512 24 管板不管区当量直径与壳程圆筒内径比 Pt Pt=Dt/D 0.89 25 管子受压失

29、稳当量长度 Lcr mm GB151-1999图32 2008 26 设计温度卜管子受屈服强度 6st MPa GB150-1998表F2 133 27 管子回转半径 i mm 6.35 C.对于延长部分兼作法兰的管板，计算Mn和Mp 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 垫片接触宽度 N mm GB150-1998表9-1 25 2 垫片基本密度宽度 Bo mm Bo=N/2 12.5 3 垫片比压力 y MPa GB150-1998表9-2 11 4 垫片系数 m r2.

30、o 5 垫片启效餐'封竟度 b mm B=2.537bO 9 6 垫片压紧力作用中心圆直径 Dc mm Dc=D-2b 682 7 预紧状态下需要的最小螺栓载荷 Wa N Wa=3.14DcXbxy 213358  8 操作状态下需要的最小螺栓载荷 Wp N 2- Wp=0.78Dc义Pc X6.28Dcxbxy 2723296 9 常温下螺栓材料的许用应力 MPa GB150-1998表F4 272.5 10 预紧状态下需要的最小螺栓面积 Aa 2mm Aa=Wa/bl b 909.2 11 操作状态下需

31、要的最小螺栓面积 Ap 2mm Ap=Wp/b1 1891 12 需要螺栓总截面积 Am 2 mm Am=max{Aa,Ap} 1891 13 法兰螺栓的中心圆直径 Db mm 815 14 法兰中心至F作用c 处的径向距离 LG mm Lg=(D0-Dg)/2 34 15 基本法兰力矩 Mm N.mm Mm=AmMJmk[ Fb 7 1.8x10 16 筒体厚度 6。 mm 8 17 法兰颈部大端有效厚度 初 mm 61=1.7560 14 18 螺栓中心至法兰颈部与法兰背面交的径向距离 LA

32、 mm LA=(Db-Di)/2-d 49.5 19 螺栓中心处至Ft作用位置处的径向距离 LT mm Lt=(La+Lg+d)/2 51.5 20 作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力 Fd N Fd=0.785D12XPc 518676 21 流体压力引起的总轴向力与作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力差 Ft N Ft=F-Fd 102897 22 操作状态下需要的最小垫片压力 Fg N Fg=6.28DGXbXm xPc 90092.9  23 法兰操作力矩 Mp N.mm Mp=FdXLd+FTX Lt

33、+FgXLg 7 3.32X10 24 螺栓中心距Fd作用 处的径向距离 Ld mm Ld=0.5(Di-DQ 49.5 d假定管板的计算厚度为6,然后按结构要求确定壳体法兰厚度af',计算k,k、 和K 在舁厅p 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 假定管板计算厚度 5 mm 80 2 壳体法兰厚度 6f’ mm 66 3 管板材料弹性模量 Ep MPa GB150-1998表F5 3 190X10 4 换热管材料的弹性模量 Et MPa GB150-1998表F5 3 191X10

34、5 管板刚度削弱系数 刀 GB151-1999 0.4 6 换热管有效程度 l mm 2840 7 管板强度削弱系数 Gb151-1999 0.4 8 管子金属总截面积 na 2mm 2.53X104 9 换热管加强系数 K K=1.318MD1/6 jEt^na(Ep^」父6 2.6 10 管板布管区的当量直径匕壳程圆筒内径之比 Pt P=Dt/D1 0.89 11 管板周边布管区的无量纲参数 k k=KX(1-P) 0.4 12 管束模数 Kt MPa Kt=Etna/(LXQ)

35、 3995 13 壳体法兰材料弹性模量 Ef' MPa GB150-1998表F5 190X103 14 壳体圆筒材料弹性模量 Es GB150-1998表F5 3 190X10  15 壳体法兰宽度 bf mm bf=(Df-D1y2 66 16 系数 切' GB151-1999图26 0.00055 17 壳体法兰与圆筒的选装刚度 Kf' MPa 1一 Kf'=— 12 r26f)3- —L+Es«'lD-. 2Ef'xbf D+bf 1 1 9.923 18 旋转刚度无量纲参数 K; Kf=

36、兀Kf'/( 4Kt) 0.00195 E、由GB151-1999P51图27按照K和Kf查明，并计算中值，由图29按照K和Kf查 G值 在舁厅p 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 GB151-1999图27 0.18 2 系数 9=色/(KXKf) 35.5 3 系数 G2 GB151-1999图29 1.92 F、计算M,由GB151-1999图30按照K和Q查G3,计算％AM'、AMf' 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 管箱法兰材料的弹性模量

37、 Ef" MPa GB150-1998表F5 3 191X10 2 管箱法兰厚度 6f" mm JB/T4702-2000 66 3 系数 co" GB151-1999图26 0.000551 4 管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数 Kf" MPa 1—2Ef、bf/2f'、31”] Kf"=,1()3+Eh^ 12!Di+bfDi」 9.88 5 管板边缘力矩的变化系数 △M △M=1/(Kf'/Kf'*) 0.43  6 法兰力矩变化系数 AM'=Kf'XaM/Kf" 0.42 7 管板第二弯矩系数 mb

38、 GB151-1999图28(a) 3.8 G按壳程设计压力PS,而管程设计压力R=0,膨胀变形差r,法兰力矩的的危险组 合（GB151-1999项目5.7.3.2分别讨论） a、只有壳程设计压力Ps,而管程设计压力P=0,不计膨胀节变形差（即r=0） 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 当量压力组合 Pc MPa Pc=Ps 1.76 2 后效压力组合 Pa MPa Pa=£sP+PxrxEt 5.25 3 基本法兰力矩系数 m- ---.._3_ Mm=4Mm/(九5卬父Pa) 0.0032 4 管

39、程压力下的法兰力矩系数 Mp __3_ Mp=4Mp/(九大冗父DiMPa) 0.023 5 管板边缘力矩系数 M M=Mm+AMMM1 0.02 6 管板边缘剪切系数 v v=MB 0.51 7 管板总弯矩系数 m m=(m1+vmm2)/(1+v) 0.75 8 系数 Gi G=max{GLe,GL1} 0.33 9 壳体法兰力矩系数 Mws Mws=^MMm-AM^Mi 0.032 10 管板径向应力系数 Aor △二1g±vG1r4Q+G2 0.07 11 管板的径向应力 3 MPa

40、 2 0r=QrMPaM(九/NF(D1优) 88 12 管板布管区周边外径向的应力系数 仃r' %'=3(1+v)m/4K(Q+G2) 0.025  13 管板布管区周边外径向的应力 一• 仃r MPa 5'=a>PaM(£/N¥(%jx-1—%+K2x(V2-m)/2ml 72.5 14 管板布管区周边剪切应力系数 I ▼p Tp'=(1+v)/4(Q+G2) 0.058 15 管板布管区周边的剪切应力 MPa Lp'，Pa%% 15 16 法兰的外径与内径之比 K K=D0/D1 1.14 17 系数

41、 丫1 GB150-1998表9-5 10.75 18 壳体法兰应力 J' MPa 仃f'=%父丫父MwsMPax人 2 “）网） 7.9 19 换热管的轴向应力 5 MPa 1Go-vQ 叫=4[Pc---xPa] tP[Q+G2] 8.1 20 壳程圆筒的轴向应力 仃c MPa A>.(1+v) crc=——x'‘XPa AsQ+G2 41.05 21 一根换热管管壁金属的横界 a 2mm naa= n 176.6 22 换热管与管板连接的拉托应力 q MPa a q一%父j ndl 0.005

42、 b、只有壳程设计压力，而管程设计压力Pt=0,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 1 壳程圆筒材料线膨胀系数 as 1/0c GB150-1998 -6 11.62X10  2 换热管材料线膨胀系数 at 1/0c GB150-1998 -6 10.88X10 3 换热管与壳程圆筒的膨胀变形差 r r—at(tt-t0)-as(ts-10) -6 -173X10 4 沿长度平均的壳程圆筒金属温度 ts 0c 工2给定 160 5 沿长度平均的换热管金属温度 tt 0C 工2

43、给定 110 6 制造环境温度 t0 20 7 当量压力组合 Pc MPa Pc=Ps-Pt(1+P) 0.88 8 有效压力组合 Pa MPa PayPs-£tMPt+pM r父Et 30.053 9 基本法兰力矩系数 Mm 3 Mm=4Mm/(人父冗MD；父Pa) 0.002 10 管程压力下的法兰力矩系数 Mp Mp=4Mp/(九乂冗MD；父Pa) 0.004 11 管板边缘力矩系数 M M=Mm+^M父Mi 0.007 12 管板边缘剪切系数 v v=M父小 0.25 13 管程总

44、弯矩系数 m m=(m1+vxm2)/(1+v) 0.906  14 系数 G G尸max{Gie,GQ 0.175 15 壳体法兰力矩系数 Mws M；s=?xMm-iMtXM1 -0.0054 16 管板径向应力系数 (Or)=(1+v)Gi/4(Q+G2) 0.00135 17 管板的径向应力 巴 MPa %=£Pa//D_ N16J 2| 53 18 管板布管区周边外径向的应力系数 （。「‘） (仃「')=3(1+v)m/4K (Q+G2) 0.07 19 布周径应板区外的管管边向力 仃r'

45、 MPa 5'=何’》因乂儿2尸(%)2x1—%+白><(72—my2ml 165 20 管板布管区周边的剪切应力系数 Tp' Tp'=(1+v)/4(Q+G2) 0.08 21 管板布管区周边的剪切应力 Tp MPa .…九一Di T_T乂Paxj—乂 1P1Ppan6 89 22 换热管的轴向应力 3 MPa 1Go-vQ 仃=《[Pc-_-xPa] tPq+g2 4 23 换热管与管板连接的拉托应力 q MPa q-at父 ndl 0.031  c、只有管程设计压力Pt,而壳程设计压力Ps=0,不计膨胀节变形差时

46、: 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 Pc MPa Pc=Ps 0 2 有效压力组合 Pa MPa Pa=EsPs+BrEt -6.401 3 管板边缘力矩系数 M M=Mm+AM父M1 0.00 7 4 管板边缘剪切系数 v v=M黑牛 0.25 5 管板总弯矩系数 m m=(m,+v^m2)/(1+v) 0.90 6 6 系数 G G1=max{GLe,GL。 0.00 4816 7 管板的径向应力 MPa 0r=(

47、%产Pax(九/N)x ,2 (D/6) -2.7 13 M1.5b1 8 管板布管区周边外径向的应力系数 「 ) (%')=3(1+v)m/4K (Q+G2) -0.074 9 管板布管区周边外径向的应力 %' MPa 0r'=(%'jxPax(九/N产(XLrFM+Yx(V2-m)/2m1 -89. 73 W1.5b］： 10 管板布管区周边的剪切应力系数 Tp' Tp'=(1+v)/4(Q+G2) 0.07 04 11 管板布管区周边的剪切应力 Tp MPa Tp/'Pa^W；%J -4.5 87 <0.5l

48、

49、号 单位 数据来源和计算公式 数值 备注 1 换热管与壳程圆筒的膨胀艾形差 r r—at(tt-t0as(ts-t0) -173 X10-6 2 当量压力组合 Pc MPa Pc=Ps-Pt(1+P) -1.03 2 3 有效压力组合 Pa MPa Pa=8sMPs—%MPt+0xrMEt -11.7 2 4 基本法兰力矩系数 Mm 3 Mm=4Mm/(九*冗D13父Pa) -0.00 523 5 管板边缘力矩系数 M M=Mm+AMMM1 0.000 19 6 管板边缘剪切系数 v

50、 v=Mm① 0.006 7 7 管程总弯矩系数 m m=(m1+vxm2)/(1+v) 0.204 8 系数 G1 G尸max{Ge,Gii} 0.005 24 9 管板布管区周边外径向的应力系数 （，’） (%')=3(1+v)m/4K(Q+G2) 0.013 3 10 管板布管区周边外径向的应力系数 仃r' MPa %'=Hr'FPaT 2 (D1/6)Mb-K/m+KM (1.414-m)/2m 11.4 W3kl  11 管板布管区周边的剪切应力系数 Tp' Tp'=(1+v)

51、/4(Q+G2) 0.065 12 管板布管区周边的剪切应力 Tp MPa Tp=Tp'MPax-x—" ppk每 -27.9 6 <1.5fcr 13 换热管的轴向应力 9 MPa 1Go-vQ 54[Pc-//xPa] PQ+G2 30.6 <3b]tr 14 换热管与管板连接的拉托应力 q MPa a q=5父 ndl 0.19 <0.5fo H、由管板计算厚度来确定管板的实际厚度: 在舁厅p 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 6 mm 6=0皿度1 84.2

52、 2 壳程腐蚀裕量 G mm 2 3 管程腐蚀裕量 C2 mm 2 4 结构开槽深度 h1 mm 根据结构确定 3 5 管板的实际厚度 8 mm 90 考虑圆整 是否安装膨胀节的判定 由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。 3.2.9 .折流板的选择 3.2.9.1 选型 根据GB151—1999《管壳式换热器》图37选择单弓形水平放置的折流板。 3.2.9.2 折流板尺寸 缺口弦高

53、h值，一般取0.20~0.45倍的圆筒内直径，取 h=0.2di=0.20.7=0.14m 3.2.9.3 换热管无支撑跨距或折流板间距 由GB151—1999表42知，但换热管为外径①19父2钢管时，换热管的最大无支撑跨距为l=1500mm，且折流板最小间距一般不小于圆筒内直径五分之一且不小于50mm由传热计算得到折流板间距B=350mm 3.2.9.4 折流板厚度 由GB151—1999表34,DN=700mml=1500mm 查得折流板最小厚度为10mm,实取折流板厚度10mm 由GB151—1999表36查得管孔直径为19.6mm允许偏差为0~0.4mm 3.2.9.5

54、 折流板直径 由GB151—1999表41查得折流板名义外直径为DN=695.5mm允许偏差 为-0.8~0mm 3.2.10 .接管及开孔补强 补强及补强方法判别 补强判别 由GB150-1998表8—1知当满足下列所有条件时不另行补强。 1〉设计压力小于或等于2.5MPa两相邻开孔中心距应不小于两孔直径之和的两倍； 2〉接管公称直径小于或等于89mm 3〉接管最小壁厚满足表8—1要求(GB150—1998p75) 由于接管200mm的公称直径大于89mm所以要补强，但由于设计 的筒体或封头的厚度远大于理论厚度，所以要进行计算看是否要进行补强。 补强计算方法判别 开

55、孔直径d=di2c=20021=202mm 本凸形封头开孔直径d=202mm<―i~=350mm满足等面积法开孔补强 2 计算的适用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算 开孔所需补强面积 强度削弱系数fr = = 1.0 接管有效厚度et=nt-l=2-1=1mm 开孔所需补强面积A=ds・2二、,.戌1-fr=2028.58=1733.16mm2 有效补偿范围有效宽度取值 B=d2、n2、nt=35021021.9-370mm 故取B=420mm 有效高度外侧有效高度 %=.d二m一二.2021.9=19.6mm 内侧有效高度 h2=/dn[->2021.

56、9-20mmh2=0 故取h2-0 有效补强面积封头多余金属面积封头有效厚度 e=、n-C=8-1=7mm 封头多余金属面积 A=(B-d诵e-6)-2$et®e-6'(1-f,)=(230-202)(10.2-8)=16.8mm2 接管多余金属面积2 A=2h1、戌一、tfr2h2、戌一C2fr=223.92.5—1.57=44.45mm =3.14mm 苴中M1.76200 /t2^]—?。21700.85-1.76 接管区焊缝面积（焊角取6.0mm） 1ccccccc2 A3=26.06.0=36.0mm 32 有效补强面积 2 Ae=Aa2A3=16.

57、844.4536.0=97.25mm2 所需另行补强面积 2 A4=A-A1A2A3=2939.2-97.25=2842mm2 拟采用补强圈补强 补强圈设计 根据接管公称直径DN200选补强圈，参!I^补强圈标准JB/T4736取补强圈外径 ‘ D=400mm 内径 ' d=215mm 因B=420mmaD'补强圈在有效补偿范围内 补强圈厚度为、•.'=~A^=1842=8.5mm D-d400-215 考虑钢板负偏差并经圆整，取补强圈名义厚度为6n=10mm 3.2.11. 管箱短节壁厚的计算 在舁厅P 项目 符号 单位 数据来源及计算公 式

58、数值 1 设计压力 Pc MPa Pc=1.1P 1.76 2 选材 GB150-1998《钢制 压力容器》选 Q345R 3 计算厚度 5 mm B-PcDi 一2kH-Pc 4.3 4 设计厚度 6d mm 8d=5+C2 6.3 5 名义厚度 &n mm Gn=GdC1 7.3 6 实取名义 厚度 6n mm 8 7 有效厚度 5e mm ^e&n-C 7 注：其符号意义及取值同筒体壁厚计算的符号及意义 水压试验比较筒体的水压试验和短节的水压试验同样可以满足要求 3.2.12. 拉杆

59、和定距管的确定 在舁厅p 项目 符号 单位 数据来源及计算公式 数值 1 拉杆直 径 dn mm GB151-1999《管壳式换热器》 表43 12 2 拉杆数 量 n GB151-1999《管壳式换热器》 表44 8 3 定距管规格 GB151-1999《管壳式换热器》 取 619父2  4 拉杆在管板端螺纹长度 Ld mm GB151-1999《管壳式换热器》 表45 50 5 拉杆在折流板端螺纹长度 Ls mm GB151-1999《管壳式换热器》 表45 15 6 拉杆上 倒角高 b

60、 mm GB151-1999《管壳式换热器》 表45 2.0 3.2.13. 分程隔板厚度选取 根据GB151-1999《管壳式换热器》，分层隔板厚度取10mm 3.2.14. 支座的选择及应力校核 3.2.14.1 支座的选择 BI 根据《钢制管法兰垫片紧固件》JB/T4712-92鞍式支座的选择重型 型焊制鞍式支座（表7） 当DN=700mm取鞍式支座的相关尺寸如下: 在舁厅P 项目 符号 单位 数值 1 公称直径 DN mm 700 2 允许载荷 Q KN 170 3 鞍座局度 h mm 200 4 底板 1i

61、mm 640 bi mm 150 mm 10  5 腹板 占2 mm 8 6 筋板 l3 mm 350 b2 mm 140 b3 mm 200 坛 mm 10 7 垫板 弧长 mm 830 b4 mm 350 S4 mm 6 e mm 36 8 螺栓间距 l2 mm 460 9 带垫板鞍座质 量 M kg 28 10 包角 ot Q 120 11 型号 BI 700 3.2.14.2鞍座的应力校核 (1)原始数据表 在舁厅p 项目 符号 单位

62、数值 1 设计压力 P MPa 1.76 2 设计温度 T ( 145 3 物料密度 p kg/3/m 815 4 筒体内径 Di mm 700  5 筒体长度 L mm 3090 6 公称厚度 6n mm 8 7 厚度附加量 C mm 2 8 鞍座型号 BI F,S型各一个 9 鞍座中心线离封头切线 的距离 A mm 848 10 鞍座腹宽 b mm 170 11 腹板厚度 bo mm 10 12 鞍座包角 Q 0 120 13 容器与封头的材料 Q345R 1

63、4 容器与封头的许用应力 Er] MPa 170 15 鞍座材料 Q235B 16 鞍座材料许用应力 bJ sa MPa 125 17 容器自重 M1 kg 2000 18 物料重量 M2 kg 1500  19 总重量 M kg 3500 （2）校核计算 序 项目 符号 单位 根据来源及计算公式 数值 号 1 支座反力 F N 1 F=万Mg 62578 2 系数 G 1+2j但Y」”2]]lL 0.24 5— 13LJ 3 系数

64、 C2 C /4H 2=1+—— 3L 1.102 4 系数 C3 C3 R2-H2 -2RL 0.606 5 Nmm -4.21义 同体仕支 Mi Mi =F(GL-A) 座跨中截 107 面处的弯 矩 6 筒的支座 截面的弯 M2 Nmm RA__FA M2—— C2 '；A+「R「〕1--十C3--C2

65、1 1__0 尔瓦 0.936 应力（最高 点） 8 跨中截面 2 MPa (J— PRifM1 52.36 处的轴向 2 2名喑鼠 应力（最低 点）  9 系数 A 八0,094g△ 0.0021 10 系数 B MPa GB150-1998图6-3 128 11 轴向许用 压缩应力 L] ac MPa 卜1=B 128 12 比较C ’1 <

66、中的切问剪应力 13 系数 K3 《过程装备设计》表5-2 1.17 14 切向男应 力 7ax MPa K3FL-2A Ymax-、Ai_i Ri露L+生 3 3.09 15 椭圆形封 头的形状 系数 K 标准椭圆形封头K=1.0 1.0 16 封头内压引起应力 CT MPa KPDi国一次 76.81 17 比较%ax<0.8®t户max<1.25.]再,验算合格 筒体的周向应力 18 鞍座截面筒体最低处的周向应力 ◎ MPa -K5F 仃5=——— 53 -9.34 19 系数 K5 《过程装备设计》表5-3 0.760 20 筒体后效宽度 b2 mm b2=1.56id 256.8 21 鞍座边角处筒体的周向应力 Cb MPa -F12K6FRi 0b-452-L6； -42.36  22 系数 K6 《过程装备设计》表5-3 0.0528 23 比较（ 丁5<&1,杵1<1.25口1,验算合格。 鞍座腹板应力 24 系数