固定管板換熱器計算書

1、 過 程 設 備 強 度 計 算 書 SW6-2011軟件批準號：CSBTS/TC40/SC5-D01-1999DATA SHEET OF PROCESS EQUIPMENT DESIGN 工程名 ： PROJECT 設備位號： ITEM 設備名稱：原料氣壓縮機一級冷卻器 EQUIPMENT 圖 號：FXLSZ-02-00 DWG NO。 設計單位： 撫順新紀元煉化設備有限公司 DESIGNER設 計Designed by劉治海日期Date2015.3.25校 核Checked by劉治海日期Date2015.3.25審 核Verified by日期Date審 定Approved by日期Da

2、te固定管板換熱器設計計算 計算單位撫順新紀元煉化設備有限公司設 計 計 算 條 件 殼 程管 程設計壓力 0.5MPa設計壓力 1.8MPa設計溫度 50設計溫度 150殼程圓筒內徑 450 mm管箱圓筒內徑450mm材料名稱Q345R材料名稱Q345R 簡 圖 計 算 內 容殼程圓筒校核計算前端管箱圓筒校核計算前端管箱封頭(平蓋)校核計算后端管箱圓筒校核計算后端管箱封頭(平蓋)校核計算管箱法蘭校核計算開孔補強設計計算管板校核計算前端管箱筒體計算計算單位計算所依據(jù)的標準GB 150.3-2011 計算條件筒體簡圖計算壓力 Pc 1.80MPa設計溫度 t 150.00° C內徑 D

3、i 450.00mm材料 Q345R ( 板材 )試驗溫度許用應力 s 189.00MPa設計溫度許用應力 st 189.00MPa試驗溫度下屈服點 ss 345.00MPa鋼板負偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2mm焊接接頭系數(shù) f 0.85厚度及重量計算計算厚度 d = = 2.54mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 9.7mm名義厚度 dn = 12.00mm重量 123.05Kg壓力試驗時應力校核壓力試驗類型 液壓試驗試驗壓力值PT = 1.25P = 2.2500 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗允許通過的應力水平 sTsT£ 0.90 ss = 310.

4、50MPa試驗壓力下圓筒的應力 sT = = 71.39 MPa校核條件 sT£ sT校核結果 合格壓力及應力計算最大允許工作壓力 Pw= = 5.95649MPa設計溫度下計算應力 st = = 48.55MPastf 160.65MPa校核條件stf st結論 筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度8.20mm,合格前端管箱封頭計算計算單位 計算所依據(jù)的標準GB 150.3-2011 計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力 Pc 1.80MPa設計溫度 t 150.00° C內徑 Di 450.00mm曲面深度 hi 112.50mm材料 Q345R (板材)設計溫度許

5、用應力 st 189.00MPa試驗溫度許用應力 s 189.00MPa鋼板負偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2mm焊接接頭系數(shù) f 1.00壓力試驗時應力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值 PT = 1.25Pc= 2.2500MPa壓力試驗允許通過的應力stsT£ 0.90 ss = 310.50MPa試驗壓力下封頭的應力sT = = 78.45MPa校核條件sT£ sT校核結果合格壓力試驗時應力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值 PT = 1.25Pc= 2.2500MPa壓力試驗允許通過的應力stsT£ 0.90 ss = 310.50MPa試驗壓

6、力下封頭的應力sT = = 78.45MPa校核條件sT£ sT校核結果合格厚度及重量計算形狀系數(shù) K = = 1.0000計算厚度 dh = = 2.15mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 7.7mm最小厚度 dmin = 3.00mm名義厚度 dnh = 10.00mm結論 滿足最小厚度要求重量 20.42 Kg壓 力 計 算最大允許工作壓力 Pw= = 5.42085MPa結論 合格后端管箱筒體計算計算單位計算所依據(jù)的標準GB 150.3-2011 計算條件筒體簡圖計算壓力 Pc 1.80MPa設計溫度 t 150.00° C內徑 Di 450.00m

7、m材料 Q345R ( 板材 )試驗溫度許用應力 s 189.00MPa設計溫度許用應力 st 189.00MPa試驗溫度下屈服點 ss 345.00MPa鋼板負偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2mm焊接接頭系數(shù) f 0.85厚度及重量計算計算厚度 d = = 2.54mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 9.7mm名義厚度 dn = 12.00mm重量 136.72Kg壓力試驗時應力校核壓力試驗類型 液壓試驗試驗壓力值PT = 1.25P = 2.2500 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗允許通過的應力水平 sTsT£ 0.90 ss = 310.50MPa試驗壓力

8、下圓筒的應力 sT = = 71.39 MPa校核條件 sT£ sT校核結果 合格壓力及應力計算最大允許工作壓力 Pw= = 5.95649MPa設計溫度下計算應力 st = = 48.55MPastf 160.65MPa校核條件stf st結論 筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度8.20mm,合格后端管箱封頭計算計算單位 計算所依據(jù)的標準GB 150.3-2011 計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力 Pc 1.80MPa設計溫度 t 150.00° C內徑 Di 450.00mm曲面深度 hi 112.50mm材料 Q345R (板材)設計溫度許用應力 st 18

9、9.00MPa試驗溫度許用應力 s 189.00MPa鋼板負偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2mm焊接接頭系數(shù) f 1.00壓力試驗時應力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值 PT = 1.25Pc= 2.2500MPa壓力試驗允許通過的應力stsT£ 0.90 ss = 310.50MPa試驗壓力下封頭的應力sT = = 78.45MPa校核條件sT£ sT校核結果合格壓力試驗時應力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值 PT = 1.25Pc= 2.2500MPa壓力試驗允許通過的應力stsT£ 0.90 ss = 310.50MPa試驗壓力下封頭的應力sT

10、 = = 78.45MPa校核條件sT£ sT校核結果合格厚度及重量計算形狀系數(shù) K = = 1.0000計算厚度 dh = = 2.15mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 7.7mm最小厚度 dmin = 3.00mm名義厚度 dnh = 10.00mm結論 滿足最小厚度要求重量 20.42 Kg壓 力 計 算最大允許工作壓力 Pw= = 5.42085MPa結論 合格殼程圓筒計算計算單位計算所依據(jù)的標準GB 150.3-2011 計算條件筒體簡圖計算壓力 Pc 0.50MPa設計溫度 t 50.00° C內徑 Di 450.00mm材料 Q345R (

11、板材 )試驗溫度許用應力 s 189.00MPa設計溫度許用應力 st 189.00MPa試驗溫度下屈服點 ss 345.00MPa鋼板負偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2mm焊接接頭系數(shù) f 0.85厚度及重量計算計算厚度 d = = 0.70mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 9.7mm名義厚度 dn = 12.00mm重量 682.23Kg壓力試驗時應力校核壓力試驗類型 液壓試驗試驗壓力值PT = 1.25P = 2.2500 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗允許通過的應力水平 sTsT£ 0.90 ss = 310.50MPa試驗壓力下圓筒的應力 sT =

12、= 71.39 MPa校核條件 sT£ sT校核結果 合格壓力及應力計算最大允許工作壓力 Pw= = 5.95649MPa設計溫度下計算應力 st = = 13.49MPastf 160.65MPa校核條件stf st結論 筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度8.20mm,合格開孔補強計算計算單位接 管: a、b 159×6計 算 方 法 : GB150.3-2011 等 面 積 補 強 法, 單 孔設 計 條 件簡 圖計算壓力 pc1.8MPa設計溫度150殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型Q345R板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)1殼體內直徑 Di450mm殼體開

13、孔處名義厚度n12mm殼體厚度負偏差 C10.3mm殼體腐蝕裕量 C22mm殼體材料許用應力t189MPa 接管實際外伸長度150mm接管實際內伸長度0mm接管材料20(GB8163)接管焊接接頭系數(shù)1名稱及類型管材接管腐蝕裕量2mm補強圈材料名稱凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離mm補強圈外徑mm補強圈厚度mm接管厚度負偏差 C1t 0.75mm補強圈厚度負偏差 C1r mm接管材料許用應力t140MPa補強圈許用應力tMPa開 孔 補 強 計 算殼體計算厚度 2.153mm接管計算厚度t0.951 mm補強圈強度削弱系數(shù) frr0接管材料強度削弱系數(shù) fr0.741開孔直徑 d154.9mm

14、補強區(qū)有效寬度 B309.8 mm接管有效外伸長度 h130.49mm接管有效內伸長度 h20 mm開孔削弱所需的補強面積A 335.8mm2殼體多余金屬面積 A1976.4 mm2接管多余金屬面積 A249.63mm2補強區(qū)內的焊縫面積 A336 mm2A1+A2+A3=1062 mm2 ，大于A，不需另加補強。補強圈面積 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結論: 補強滿足要求,不需另加補強。換熱管內壓計算計算單位計算條件換熱管簡圖計算壓力 Pc 1.80MPa設計溫度 t 150.00° C內徑 Di 15.00mm材料 S32168 ( 管材 )試驗溫度許用應力 s 11

15、6.00MPa設計溫度許用應力 st 116.00MPa鋼板負偏差 C1 0.25mm腐蝕裕量 C2 0.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00厚度及重量計算計算厚度 d = = 0.12mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 1.75mm名義厚度 dn = 2.00mm重量 4.19Kg壓力及應力計算最大允許工作壓力 Pw= = 24.23881MPa設計溫度下計算應力 st = = 8.61MPastf 116.00MPa校核條件stf st結論 換熱管內壓計算合格換熱管外壓計算計算單位計算條件換熱管簡圖計算壓力 Pc -0.50MPa設計溫度 t 150.00° C內徑 D

16、i 15.00mm材料名稱 S32168 (管材)試驗溫度許用應力 s 116.00MPa設計溫度許用應力 st 116.00MPa鋼板負偏差 C1 0.25mm腐蝕裕量 C2 0.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00厚度及重量計算計算厚度 d = 0.19mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 1.75mm名義厚度 dn = 2.00mm外壓計算長度 L L= 5002.00mm外徑 Do Do= Di+2dn = 19.00mmL/Do 4.12Do/de 10.86A 值 A= 0.0104200B 值 B= 121.23重量 4.19 kg壓力計算許用外壓力 P= = 17.54

17、592MPa結論 換熱管外壓計算合格延長部分兼作法蘭固定式管板 設計單位 設 計 計 算 條 件 簡 圖設計壓力 ps0.5MPa設計溫度 Ts 50平均金屬溫度 ts40裝配溫度 to15殼材料名稱Q345R設計溫度下許用應力st189Mpa程平均金屬溫度下彈性模量 Es 2e+05Mpa平均金屬溫度下熱膨脹系數(shù)as1.105e-05mm/mm圓殼程圓筒內徑 Di 450mm殼 程 圓 筒 名義厚 度 ds12mm殼 程 圓 筒 有效厚 度 dse9.7mm筒殼體法蘭設計溫度下彈性模量 Ef1.995e+05MPa殼程圓筒內直徑橫截面積 A=0.25 p Di21.59e+05mm2殼程圓筒

18、金屬橫截面積 As=pds ( Di+ds )1.224e+04mm2管設計壓力pt1.8MPa箱設計溫度Tt150圓材料名稱Q345R筒設計溫度下彈性模量 Eh2.01e+05MPa管箱圓筒名義厚度(管箱為高頸法蘭取法蘭頸部大小端平均值)dh12mm管箱圓筒有效厚度dhe9.7mm管箱法蘭設計溫度下彈性模量 Et”1.94e+05MPa材料名稱S32168換管子平均溫度 tt140設計溫度下管子材料許用應力 stt116MPa設計溫度下管子材料屈服應力sst156MPa熱設計溫度下管子材料彈性模量 Ett1.86e+05MPa平均金屬溫度下管子材料彈性模量 Et1.866e+05MPa平均金

19、屬溫度下管子材料熱膨脹系數(shù)at1.702e-05mm/mm管管子外徑 d19mm管子壁厚dt2mm注：管子根數(shù) n221換熱管中心距 S25mm換一根管子金屬橫截面積106.8mm2換熱管長度 L5002mm管子有效長度(兩管板內側間距) L14912mm管束模數(shù) Kt = Et na/LDi1993MPa管子回轉半徑 6.052mm熱管子受壓失穩(wěn)當量長度 lcr450mm系數(shù)Cr =153.4比值 lcr /i74.36管子穩(wěn)定許用壓應力 () MPa管管子穩(wěn)定許用壓應力 () 59.1MPa材料名稱16Mn設計溫度 tp150管設計溫度下許用應力167MPa設計溫度下彈性模量 Ep1.94

20、e+05MPa管板腐蝕裕量 C2 6.4mm管板輸入厚度dn45mm管板計算厚度 d38.6mm隔板槽面積 (包括拉桿和假管區(qū)面積)Ad0mm2板管板強度削弱系數(shù) h0.4管板剛度削弱系數(shù) m0.4管子加強系數(shù) K = 2.9管板和管子連接型式焊接管板和管子脹接(焊接)高度l3mm脹接許用拉脫應力 qMPa焊接許用拉脫應力 q58MPa管材料名稱16Mn管箱法蘭厚度 43mm法蘭外徑 590mm箱基本法蘭力矩 2.291e+07N×mm管程壓力操作工況下法蘭力 1.685e+07N×mm法蘭寬度 70mm法比值0.01889比值0.09556系數(shù)(按dh/Di ,df”/D

21、i , 查<<GB151-1999>>圖25)0.00蘭系數(shù)w”(按dh/Di ,df”/Di ,查<<GB151-1999>>圖 26) 0.0024旋轉剛度 70.58MPa材料名稱16Mn殼殼體法蘭厚度32mm法蘭外徑 590mm體法蘭寬度 70mm比值 0.01889法比值0.07111系數(shù), 按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-1999>>圖25 0.00蘭系數(shù), 按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-1999>>圖26 0.001867旋轉剛度 44MPa法

22、蘭外徑與內徑之比 1.311殼體法蘭應力系數(shù)Y (按 K 查<<GB1501998>>表9-5) 7.317旋轉剛度無量綱參數(shù) 0.01734膨脹節(jié)總體軸向剛度 0N/mm管板第一彎矩系數(shù)(按,查<<GB151-1999>>圖 27) 0.2441系系數(shù) 4.877系數(shù)(按查<<GB15198>>圖 29) 1.808換熱管束與不帶膨脹節(jié)殼體剛度之比 1.799數(shù)換熱管束與帶膨脹節(jié)殼體剛度之比 管板第二彎矩系數(shù)(按K,Q或查<<GB151-1999>>圖28(a)或(b)2.839系數(shù)（帶膨脹節(jié)時代

23、替Q） 0.01172計系數(shù) (按K,Q或Qex 查圖30) 0.03439法蘭力矩折減系數(shù) 0.3352管板邊緣力矩變化系數(shù) 1.043算法蘭力矩變化系數(shù) 0.6503管管板開孔后面積 Al = A - 0.25 npd 29.638e+04mm2板參管板布管區(qū)面積 (三角形布管) (正方形布管 ) 1.196e+05mm2數(shù)管板布管區(qū)當量直徑 390.3mm系數(shù) 0.606系系數(shù) 0.2449數(shù)系數(shù) 3.171計系數(shù)(帶膨脹節(jié)時代替Q) 4.456算管板布管區(qū)當量直徑與殼體內徑之比 0.8672管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度 k = K(1-rt) 0.3849僅有殼程壓力Ps作用下的危險組合

24、工況 (Pt = 0)不計溫差應力計溫差應力 換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差 =(t-t)-(t-t)0.00.001851 當量壓力組合 0.50.5MPa 有效壓力組合 1.58686.17MPa基本法蘭力矩系數(shù) 0.33310.006129 管板邊緣力矩系數(shù)0.34530.01836管板邊緣剪力系數(shù) 1.6840.08953管板總彎矩系數(shù) 1.8720.4573系數(shù)僅用于 時0.77820.1901系數(shù) 當 時,按K和m 查圖31(a)實線當 時,按K和m 查圖31（b）1.6790.3894系數(shù) > 0 ,=, < 0 , =1.6790.3809管板徑向應力系數(shù)帶膨脹節(jié)Q為

25、Q= 0.31240.02877管板布管區(qū)周邊處徑向應力系數(shù) =0.36190.03589管板布管區(qū)周邊處剪切應力系數(shù) =0.1860.07552殼體法蘭力矩系數(shù)0.104-0.005569計算值許用值 計算值許用值管板徑向應力 1021.5 250.5510.43 501 MPa管板布管區(qū)周邊處徑向應力91.721.5 250.5199.53 501 MPa管板布管區(qū)周邊剪切應力4.5180.5 83.599.681.5 250.5MPa殼體法蘭應力 113.61.5 250.5-330.53 501 MPa換熱管軸向應力 4.23411659.1-158.63 34859.1MPa殼程圓筒

26、軸向應力 9.289160.7204.9482MPa換熱管與管板連接拉脫應力 q =2.526q5894.613q焊接 q脹接174MPa僅有管程壓力Pt作用下的危險組合工況 (Ps = 0)不計溫差應力 計溫差應力 換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差 =(t-t)-(t-t)0.00.001851 當量壓力組合 -2.241-2.241MPa 有效壓力組合 -8.02176.56MPa操作情況下法蘭力矩系數(shù)-0.048450.005076管板邊緣力矩系數(shù) -0.048450.005076管板邊緣剪力系數(shù) -0.23630.02475管板總彎矩系數(shù) -0.55840.3068系數(shù)僅用于 時0.232

27、10.1275系數(shù) 當 時,按K和m 查圖31（a）實線當 時,按K和m 查31（b)1.0770.4405系數(shù) >0, =; <0 ,=1.0770.4376管板徑向應力系數(shù)帶膨脹節(jié)Q為Q =0.057020.03108管板布管區(qū)周邊處徑向應力系數(shù)=-0.030720.02265管板布管區(qū)周邊處剪切應力系數(shù) = 0.052940.07103殼體法蘭力矩系數(shù) -0.02796-0.01002計算值許用值 計算值許用值管板徑向應力 94.181.5 250.54903 501 MPa管板布管區(qū)周邊處徑向應力 72.441.5250.54.5353501 MPa管板布管區(qū)周邊剪切應力-

28、6.5050.5 83.583.31.5 250.5MPa殼體法蘭應力154.51.5 250.5-528.43 501 MPa換熱管軸向應力 11.1311659.1-1623 34859.1MPa殼 程圓筒軸向應力 10.01160.7194.6482MPa換熱管與管板連接拉脫應力 q =6.637q5896.623q焊接q脹接174MPa計算結果管板名義厚度45mm管板校核通過管箱法蘭計算計算單位設 計 條 件簡 圖設計壓力 p1.800MPa計算壓力 pc1.800MPa設計溫度 t150.0° C軸向外載荷 F0.0N外力矩 M0.0N.mm殼材料名稱Q345R體許用應力

29、189.0MPa法材料名稱16Mn許用sf178.0MPa蘭應力stf167.0MPa材料名稱35CrMoA螺許用sb210.0MPa應力stb185.0MPa栓公稱直徑 d B20.0mm螺栓根徑 d 117.3mm數(shù)量 n20個Di450.0Do590.0墊 結構尺寸Db550.0D外504.0D內472.0012.0 mmLe20.0LA28.0h10.0122.0材料類型軟墊片N16.0m3.00y(MPa)69.0壓緊面形狀1a,1bb7.16DG489.7片b06.4mm b= b0b06.4mm DG= ( D外+D內 )/2b0 > 6.4mm b=2.53 b0 > 6.4mm DG= D外 - 2b螺 栓 受 力 計 算預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WaWa= bDG y = 759597.8N操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WpWp = Fp + F = 457894.8 N所需螺栓總截面積 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 3617.1mm2實際使用螺栓總截面積 AbAb = = 4698.0mm2力