4-3換熱器選型及設計說明書

1、目 錄1.1 設計依據11.2 換熱器類型11.3 換熱器選型原則51.3.1 基本原則51.3.2 流速61.3.3 溫度61.3.4. 71.3.5 介質流程71.3.6 污垢系數81.3.7 傳熱膜系數81.3.8 換熱管81.4 換熱器型號的表示方法91.4.1 示例說明91.4.2 換熱器的選型軟件101.5 換熱器選型參數設計111.5.1 流股參數確定111.5.2 設計. 111.5.3 設計溫度111.5.4 傳熱系數121.5.5 流體流程選擇121.5.6 EDR 數據導入121.6 換熱器選型結構設計131.6.1 換熱器形式的選擇131.6.2 換熱管的選擇141.6

2、.3 換熱器結構參數選擇141.7 換熱器設計結果17- 1 -1.8 換熱器強度校核181.9 換熱器設計小結561.10 換熱器選型一覽表57- 2 -1.1 設計依據化工設備設計全書換熱器2003-5石油化工設備選型手冊換熱器2009-1化工工藝設計手冊2003-8容器GB 150-2011熱交換器GB/T 151-2014化工配管用無縫及焊接選用系列 HG 20553-93石油化工企業(yè)系列SH/T 3405-2012固定式容器安全技術監(jiān)察規(guī)程TSGR0004-20091.2 換熱器類型表1換熱器類型1類型特點管式管殼式固定管板式剛性結構：用于管殼溫差較小的情況（一般50），管間不能帶膨

3、脹節(jié)：有一定的溫度補償能力，殼程只能承受較低浮頭式管內外均能承受高壓，可用于高溫高壓場合U 型管式管內外均能承受高壓，管內及檢修填料函式外填料函：管間容易漏泄，不宜處理易揮發(fā)，易燃易爆及較高的介質內填料函：密封性能差只能用于壓差較小的場合套管式釜式殼體上都有個蒸發(fā)空間，用于蒸汽與液相分離表 2 管殼式換熱器優(yōu)缺點對比2種類優(yōu)點缺點浮頭式換熱器管束可以抽出，方便； 介質溫度不受限制；可在高溫高壓下工作，一般溫度450，6.4Mpa； 可用于結垢比較嚴重的場合小浮頭易發(fā)生內漏；金屬材料耗量大，成本高 20%； 結構復雜固定管板式傳熱面積比浮頭式換熱器大20%30%；殼體和管子壁溫差一般宜小于等于5

4、0，大于 50時應在殼體上設置膨雙套管式結構比較復雜，主要用于高溫高壓場合，或固定床反應器中套管式能逆流操作，用于傳熱面積較小的冷卻器、冷凝器、或預熱器螺旋浸沒式用于管內流體的冷卻、冷凝、或者管外流體的加熱盤管式噴淋式只能用于管內流體的冷卻或冷凝板式板式拆洗方便，傳熱面能調整，主要用于粘性較大的液體間換熱螺旋式可進行嚴格的逆流操作，有自潔作用，可回收低溫熱能傘板式傘形傳熱板結構緊湊，拆洗方便，通道較小，易堵，要求流體干凈板殼式板式類似于管束，可抽出檢修，不能太高液膜式升降膜式接觸時間短，效率高，無內壓降，濃縮比不大于 5掛板薄膜式接觸時間短，適用于高粘度，易結垢物料，濃縮比1120離心薄膜式受

5、熱時間短，方便，效率高，濃縮比不大于 153換熱器旁路漏流較??；鍛件使用較少，成本低 20%以上;沒有內漏脹節(jié)；管板與管頭之間易產生溫差應力而損壞；殼程無法；管子腐蝕后造成連同殼體報廢、殼體部件決定于管子，故設備壽命相對較低；不適用于殼程易結垢場合U 型管式 換熱器管束可抽出來機械； 殼體與管壁不受溫差限制,可在高溫、高壓下工作，一般適用溫度500，10Mpa；可用于殼程結構結垢比較嚴重的場合；可用于管程易腐蝕場合在管子的 U 形出沖蝕，應控制管內流速；管程不適用于結垢較嚴重的場合； 單管程換熱器不適用；不適用于內導流筒，故死區(qū)較大填料函式 換熱器管束可抽出機械介質間溫差不受限制可用于結構比較

6、嚴重的場合；可用于管程腐蝕較重的場合；金屬耗量較浮頭低 10%左右；適用溫度可達 200，可達 2.5Mpa密封處易漏；不適用于、易燃、易爆、易揮發(fā)及貴重介質場合雙殼程換熱器傳熱面積可減少 10%30%； 減少設備數量和屬耗量； 傳熱效率提高；適用于大型化裝置；殼程壓降約提高4倍；分程隔板與殼體密封片處易泄露； 殼體直徑圓度要求較高4適用于串聯臺數較多；適用于高溫、高壓場合外導流筒換熱器壓降降低 90%以上； 處死區(qū)，旁路漏流減小，可提高傳熱有效面積 7% 以上；在 DN325-1800 范圍內，可增加 5%-16%傳熱面積；總傳熱效率相應提高 12%-23%金屬耗量增加 10%（按相同直徑比

7、較）；制造難度加大，外導流筒處焊縫要求 100%射線探傷折流桿換熱器不易發(fā)生誘導振動損失； 傳熱死區(qū)小，傳熱效率提高20%以上；壓降??；抗垢性能良好； 適用于換熱器大型化，特別是核電換熱應用在低雷諾數 Re<6000（液相）、Re<10000（氣相）熱效率較低； 造價提高 3%-5%新結構高效 換熱器液相傳熱 Re<600，氣相傳熱Re<3000，傳熱效率提高 25% 以上；壓降比折流板式換熱器小 1 倍以上；適用于帶固體顆粒的場合； 抗垢性能優(yōu)良；適用于低溫位冷卻場合不適用于有相變傳熱； 壓降比折流桿式換熱器大高效重沸器有自清潔作用；給熱系數比光管提高3.310 倍以

8、上；總傳熱系數提高40%以上；節(jié)約設備重量25%以上；在重油設備上，如渣油、原油設備無應用歷史；造價上升10%15%； 不適用于有濕硫化氫場合1.3 換熱器選型原則1.3.1 基本原則換熱器的類型很多，每種型式都有特定的應用范圍。在某一種場合下性能很好的換熱器，如果換到另一種場合可能傳熱效果和性能會有很大的改變。因此，針對具體情況正確地選擇換熱器的類型，是很重要的。換熱器選型時需要考慮的因素是多方面的，主要有:（1）熱負荷及流量大??；（2）流體的性質；（3）溫度、及允許壓降的范圍；（4）對、維修的要求；（5）設備結構、材料、重量；（6）價格、使用安全性和。在換熱器選型中，除考慮上述因素外，還應

9、對結構強度、材料來源、加工條件、密封性、安全性等方面加以考慮。所有這些又常常是相互制約、相互影響的，通過設計的優(yōu)化加以解決。針對不同的工藝條件及操作工況，我們有時使用特殊型式的換熱器或特殊的換熱管，以實現降低成本的目的。因此，應綜合考慮工藝條件和機械設計的要求，正確選擇合適的換熱器型式來有效地減少工藝過程的能量消耗。對工程技術而言，在設計換熱器時，對于型式的合理選擇、經濟運行和降低成本等方面應有足夠的重視，必要時，還得通過計算來進行技術經濟指標分析、投資和操作費用對比，從而使設計達到該具體條件下的最佳設計。管殼式換熱器，主要應用的有浮頭式和固定管板式兩種，工藝條件允許時，5適用于塔底重沸器、側

10、線虹吸式重沸器；適用于化工、制冷系統(tǒng)重沸器或再沸器；抗腐蝕性能良好優(yōu)先選用固定管板式，但下列條件下使用浮頭式：（1）殼壁與管壁的溫差超過 70；壁溫相差 5070。而殼程流體于 0.6MPa 時，不宜采用有波形膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。大（2）殼程流體易結垢或腐蝕性強時不能采用固定管板式換熱器。綜合考慮本次設計任務及制造、經濟等個方面，本次設計主要采用固定管板式換熱器。1.3.2 流速流速提高，流體湍流程度增加，可以提高傳熱效率有利于沖刷污垢和沉積，但流速過大，磨損嚴重，甚至造成設備振動，影響操作和使用，能量消耗亦將增加。因此，主張有一個恰當的流速，根據經驗，一般主張流體流速范圍如下：表 3

11、常見流速表1.3.3 溫度換熱器的終端溫差通常由工藝過程的需要而定，但在確定溫差時，應考慮到對換熱器的經濟性和傳熱效率的影響。在工藝過程設計時，應使換熱器在較佳范圍內操作，一般認為理想終端溫差如下：（1）熱端的溫差，應在 20以上；（2）用水或其他冷卻介質冷卻時，冷端溫差可以小一些，但不要低于 5；（3）當用冷卻劑冷凝工藝流體時，冷卻劑的進口溫度應當高于工藝流體中最高凝點組分的凝點 5以上；（4）空冷器的最小溫差應大于 20；冷凝含有惰性氣體的流體時，冷卻劑出口溫度至少比冷凝組分低 5。6流體種類常見流速管程殼程一般液體0.5-30.2-1.5易結垢液體>1>0.5氣體5-303-

12、151.3.4降一般考慮隨操作不同而有一個大致的范圍降的影響因素較多，但希望換熱器的降在下述參考范圍內或附近。表 4 常見壓降表1.3.5 介質流程1、為了節(jié)省保溫層和減少殼體厚度，高溫物流一般走管層，但如果為了物料的冷卻，也可使高溫的物料走殼程；2、較高的物流應走管程；3、黏度較大的物流應走殼程，在殼程可以得到較高的傳熱系數；4、腐蝕性較強的物流應走管程；5、對降有特定要求的工藝物流應走管程，因管程的傳熱系數和壓降計算誤差小；6、較臟和易結垢的物流應走管程，以便和控制結垢。若必須走殼程，則應采用正方形管子排列，并采用可拆式（浮頭式、填料函式、U 形管式）換熱器；7、流量較小的物流應走殼程，易

13、使物流形成湍流狀態(tài)，從而增加傳熱系數；8、傳熱膜系數較小的物流（如氣體）應走殼程，易于提高傳熱膜系數。7工藝物流的狀況允許降 p/kPa工藝氣體真空<3.5常壓3.414低壓1525高壓3570工藝流體701701.3.6 污垢系數換熱器使用中會在壁面產生污垢，這是無法避免的，在設計換熱器時應予認真考慮。由于目前對污垢造成的熱阻尚無可靠的公式，不能進行定量計算，在設計時要慎重考慮流速和壁溫的影響。選用過大的安全系數，有時會適得其反，傳熱面積的安全系數過大，將會出現流速下降，自然的“去垢”作用減弱，污垢反會增加。有時在設計時，考慮到有污垢的最不利條件，但新開工時卻無污垢，造成過熱情況，有時

14、更有利于真的結構，所以不可不慎。應在設計時，從工藝上降低污垢系數，如改進水質，消除死區(qū)，增加流速，防止局部過熱等。1.3.7 傳熱膜系數傳熱面兩側的傳熱膜系數a1、a2 如相差很大時，a值較小的一側將成為控制傳熱效果的主要因素，設計換熱器時，應盡量增大a較小這一側的傳熱膜系數， 最好能使兩側的a值大體相等。計算傳熱面積時，常以a小的一側為基準。增加a值的方法有：（1）縮小通道截面積，以增大流速；（2）增設擋板或促進產生湍流的物；（3）管壁上加翅片，提高湍流程度也增大了傳熱面積；（4）糙化傳熱表面，用溝槽或多孔表面，對于冷凝、沸騰等有相變的傳熱過程來說，可獲得大的膜系數。1.3.8 換熱管1、管

15、徑越小換熱器越緊湊、越便宜。但是，管徑越小換熱器的壓降越大，為了滿足允許的降，一般推薦選用 19mm 的管子。對于易結垢的物料，為方便，采用外徑為 25mm 的管子。對于有氣、液兩相的工藝物流，一般選用較大的管徑，例如再沸器、鍋爐，多采用 32mm 的管徑。直接火加熱時多采用 76mm的管徑。82、無相變換熱時，管子較長，傳熱系數增加。在相同傳熱面時，采用長管管程數少，降小，而且每平方米傳熱面的比價也低。但是，管子過長給制造帶來，因此，一般選用的管長為 4-6m。對于大面積、或無相變的換熱器可以選用 8-9m 的管長。3、管子在管板上的分布主要是正方形分布和三角形分布兩種形式。三角形的分布有利

16、于殼程物流的湍流。正方形分布有利于殼程。為了彌補各自的缺點，產生了轉過一定角度的正方形分布和留有通道的三角形分布兩種形式。三角形分布一般是等邊三角形的，有時為了工藝的需要可以采用不等邊的三角形分布。不常用的還有同心圓式分布，一般用于小直徑的換熱器。4、管心距是兩相鄰管子中心的距離。管心距小、設備緊湊，但將引起管板增厚、清潔不便、殼程壓降增大，一般選用范圍為 1.25-1.5d（d 為管外徑）。5、管程數有 1、2 管程或 4 管程。管程數增加，管內流速增加、給熱系數也增加。但管內流速要受到管程降等限制，在工業(yè)上常用的管內流速如下：水和相類似的液體流速一般取 1-2.5m/s；對大冷凝器的冷卻水

17、流速可增加到 3m/s；氣體和蒸汽的流速可在 8-30m/s 的范圍內選取。6、所需的換熱面積大，采用多個換熱器并聯，而不采用串聯，避免降過高，影響傳熱系數。1.4 換熱器型號的表示方法本法來自于 GB151，適用于臥式和立式換熱器。1.4.1 示例說明型號：AES500-1.6-54-6/25-4其中：A表示前端管箱為平蓋箱E表示殼體形式為單進單出冷凝器殼體S表示后端結構型式為浮頭式9500 表示公稱直徑為 500mm1.6 表示公稱1.6MPa54 表示公稱換熱面積為 54m26 表示公稱長度為 6m25 表示換熱管外徑為 25mm4 表示管程數為 4I 表示管束為I 級，采用較高級冷拔這

18、個型號代表平蓋管箱，公稱直徑 500mm，管程和殼程設計均為 1.6MPa，公稱換熱面積 54m，碳素鋼較高級冷拔換熱管外徑 25mm，管長 6m，4 管程，單殼程的浮頭式換熱器。1.4.2 換熱器的選型軟件表 5 換熱器設計軟件使用一覽在對工藝流程的換熱器設計和選型中，先按照實際工業(yè)實施情況及成本因素，利用 Aspen Energy Analyzer V9，對車間進行了熱集成，優(yōu)化了換熱網絡，然后利用 Aspen Plus V9，針對特定的換熱任務，確定合適的換熱工藝參數，再根據標準 GB/T 151-2014熱交換器以及化工工藝設計手冊（下），使用 Aspen Exchanger Desi

19、gn and Rating V9 進行換熱設備的詳細設計，以此為參考從工藝手冊上選取換熱器，最后利用 SW6-2011 對設計的換熱器進行機械強度的設計和校核。10名稱用途Aspen Energy Analyzer V9換熱網絡優(yōu)化Aspen Plus V9換熱器工藝參數設計Aspen Exchanger Design and Rating V9換熱器結構設計SW6-2011換熱器機械強度設計與校核1.5 換熱器選型參數設計以換熱器 E0402 為例1.5.1 流股參數確定利用 AspenPlusV9 對 E0402 進行簡捷計算，可以得到該換熱器各流股參數如下：表 6 流股參數1.5.2 設

20、計該換熱器的操作為殼程 39.5bar，管程 1.0bar。換熱器的設計為設計溫度下的最大工作，一般為正常工作的 1.1 倍。這里取殼程設計為 44bar，管程設計為 3bar。設置 EDR 中換熱器的壓降，當出口絕壓小于 0.1Mpa（真空條件）時壓降不大于進口壓強的 40%，當出口絕壓大于 0.1Mpa 時，壓機那個不大于進口壓強的20%，所以在 EDR 里設置殼程允許壓降為 7.9bar，管程允許壓降為 0.4bar。1.5.3 設計溫度該換熱器的殼程工作溫度為 100281.85，管程工作溫度為 33.8778.67,溫差大于 17，符合本項目最經濟溫差。設計溫度以工作溫度為依據，一般

21、為工作溫度+（1530），這里取設計溫度為 320。11流股名稱/bar溫度/質量流量/kg/s氣相分率介質殼程39.5281.850.24471反應氣殼程出口39.471000.24470反應液管程133.870.38930反應液管程出口0.9478.670.38930.21反應液1.5.4 傳熱系數傳熱系數主要由傳熱膜系數、固壁熱阻和垢層熱阻三部分組成。其中傳熱膜系數和固壁熱阻在 EDR 中為自動默認值。該換熱器殼程介質為環(huán)氧乙烷氣體，根據化工工藝設計手冊的污垢熱阻經驗系數，近似的選取污垢系數為 0.002ft2-h-f/BTU，管程介質為甲醇和水的混合物，同樣查得手冊上的污垢系數為 0.

22、001ft2-h-f/BTU。1.5.5 流體流程選擇為了使物流形成湍流狀態(tài)，獲得較高的傳熱系數，使流量較小，而且為氣態(tài)的環(huán)氧乙烷走殼程，使甲醇和水的混合物走管程。1.5.6 EDR 數據導入將上述數據導入 EDR，如下圖：圖 1 流股輸入數據圖121.6 換熱器選型結構設計以換熱器 E0402 為例，設計過程如下。1.6.1 換熱器形式的選擇該換熱器選擇工業(yè)上最常見的固定管板式換熱器。圖 2 換熱器結構圖在換熱器具體類型上，選擇 B 型前端封頭管箱，單管程E 型殼體，以及 M型后端管箱。131.6.2 換熱管的選擇管徑越小換熱器越緊湊、越便宜。但是，管徑越小換熱器的壓降越大，為了滿足允許的降

23、，選用 25mm*2mm 的管子。換熱管分布為三角形分布，有利于殼程物料形成湍流。1.6.3 換熱器結構參數選擇1、使用 EDR 的 design 工具，得到可以滿足要求的幾組換熱器形式：圖 3 EDR 提供的換熱器設計圖2、使用 EDR 的 Rating/Cheaking 工具進行校核在這幾組換熱器中選擇較為合適的一臺，結合 JB/T 4715-92 規(guī)定，選擇換熱管內徑為 25mm，管厚 2mm，管心距 32mm，管長 3000mm，換熱管數為 40 根，排列方式為正三角形，殼程公稱直徑（外徑）325mm，壁厚 11.13mm.折流板為單弓形折流板，間距為 100mm，折流板數為 25，圓

24、缺率為 10%。其余參數均為默認值。主參數：14圖4換熱器校核數據截圖15校核結果如下：圖 5 換熱器校核結果截圖由上圖可以看出，換熱器換熱面積為 9.2m2，設計裕量為 45%，符合設計要求；流體雷諾數大于 4000，可以判斷為湍流，符合設計要求；流態(tài)分布合理。16圖 6 軟件截圖由上圖可以看出，殼程壓降為 0.03195bar，小于 7.9bar。管程壓降為0.06134bar，小于 0.4bar，壓降滿足要求?？倱Q熱器系數（含污垢熱阻）為 335.2W/（m2·K）。查閱化工設計手冊的管殼式換熱器參考總傳熱系數：圖 7 文獻圖由上圖可以看出，有機物和水的總傳熱系數為 19073

25、0kcal/m2·h·，可以斷定設計的換熱器的總傳熱系數是合理的。參考化工工藝手冊（下冊），得 E0402 的型號為 BEM325-4-9.1-3-25-4I。1.7 換熱器設計結果換熱器設備圖和管板布置圖如下：17圖 8 換熱器詳見圖紙部分設備裝配圖。圖1.8 換熱器強度校核運用 SW6-2011 對該換熱器的筒體、管箱、封頭、管板和管箱法蘭進行校核， 得到如下設計結果：18固定管板換熱器設計計算計算四喜丸子團隊設計計算條件殼程管程設計ps4.4MPa設 計pt0.8MPa設計溫度t s320°C設 計 溫 度t t320°C殼程圓筒外徑Do325mm

26、管箱圓筒外徑Do325mm材料名稱Q245R材料名稱Q245R19前端管箱筒體計算計算四喜丸子團隊計算所依據的標準GB 150.3-2011計算條件筒體簡圖計算pc0.80MPa設計溫度 t320.00° C外徑 Do325.00mm材料Q245R( 板材 )試驗溫度許用應力 s148.00MPa設計溫度許用應力 st104.00MPa試驗溫度下屈服點 ReL245.00MPa負偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數 f0.85厚度及重量計算簡圖計 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)

27、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20前端管箱封頭計算計算四喜丸子團隊計算所依據的標準GB 150.3-2011計算條件橢圓封頭簡圖計算pc0.80MPa設計溫度 t320.00° C外徑 Do325.00mm曲面深度 ho76.80mm材料Q245R(板材)設計溫度許用應力st104.00MPa試驗溫度許用應力s148.00MPa計算厚度 pc Dod = 2s t f +Pc= 1.46mm有效厚度de =dn - C1- C2= 12.70mm名義厚度dn =15.00mm重量42.20Kg試驗時應力校核試驗類型試驗試驗值pT = 1.25p s =1.423

28、1(或由s t用戶輸入)MPa試驗允許通過的應力水平 sTsT£ 0.90 ReL =220.50MPa試驗下圓筒的應力sT = pT .(Do - de ) = 20.592de .fMPa校核條件sT£ sT校核結果合格及應力計算最大允許工作2d e s t fpw=( Do -d e ) = 7.18975MPa設計溫度下計算應力 pc ( Do -de )st =2d= 9.84eMPastf88.40MPa校核條件stf st結論合格21負偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數 f0.85試驗時應力校核試驗類型試驗試驗值pT = 1.25p

29、s = 1.4231(或由用戶輸入)s tMPa試驗允許通過的應力stsT£ 0.90 ReL =220.50MPa試驗下封頭的應力sT = pT .(KDo - (2K - 0.5)d eh ) = 36.432d eh .fMPa校核條件sT£ sT校核結果合格厚度及重量計算形狀系數K = 1 éæ D - 2d ö2 ù = 1.2169ê2 + ç onh ÷ ú6 êëè 2(ho -dnh) ø úû計算厚度 KpcDodh

30、 = 2s t f +(2K -0.5)Pc= 1.77mm有效厚度deh =dnh - C1- C2= 8.70mm最小厚度dmin = 3.00mm名義厚度dnh = 11.00mm結論滿足最小厚度要求重量10.22Kg壓力計算最大允許工作2s t fd ehPw= KDo -(2K -0.5)deh = 4.06214MPa結論合格22后端管箱筒體計算計算四喜丸子團隊計算所依據的標準GB 150.3-2011計算條件筒體簡圖計算pc0.80MPa設計溫度 t320.00° C外徑 Do325.00mm材料Q245R( 板材 )試驗溫度許用應力 s148.00MPa設計溫度許用應

31、力 st104.00MPa試驗溫度下屈服點 ReL245.00MPa負偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數 f0.85厚度及重量計算計算厚度 pc Dod = 2s t f +Pc= 1.46mm有效厚度de =dn - C1- C2= 12.70mm名義厚度dn =15.00mm重量42.20Kg試驗時應力校核試驗類型試驗試驗值p = 1.25p s =1.4231(或由Ts t用戶輸入)MPa試驗允許通過的應力水平 sTsT£ 0.90 ReL =220.50MPa試驗下圓筒的應力sT = pT .(Do - de ) = 20.592de .fMPa校核

32、條件sT£ sT校核結果合格及應力計算最大允許工作2d e s t fpw=( Do -d e ) = 7.18975MPa設計溫度下計算應力 pc ( Do -de )st =2d= 9.84eMPa23后端管箱封頭計算計算四喜丸子團隊計算所依據的標準GB 150.3-2011計算條件橢圓封頭簡圖計算pc0.80MPa設計溫度 t320.00° C外徑 Do325.00mm曲面深度 ho76.80mm材料Q245R(板材)設計溫度許用應力st104.00MPa試驗溫度許用應力s148.00MPa負偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數 f0.85試驗

33、時應力校核試驗類型試驗試驗值p = 1.25p s = 1.4231(或由用戶輸入)Ts tMPa試驗允許通過的應力stsT£ 0.90 ReL =220.50MPa試驗下封頭的應力sT = pT .(KDo - (2K - 0.5)d eh ) = 36.432d eh .fMPa校核條件sT£ sT校核結果合格厚度及重量計算形狀系數K = 1 éæ D - 2d ö2 ù = 1.2169ê2 + ç onh ÷ ú6 êëè 2(ho -dnh) ø

34、 úû計算厚度 KpcDodh = 2s t f +(2K -0.5)Pc= 1.77mmstf88.40MPa校核條件stf st結論合格24內壓圓筒校核計算四喜丸子團隊計算所依據的標準GB 150.3-2011計算條件筒體簡圖計算pc4.40MPa設計溫度 t320.00° C外徑 Do325.00mm材料Q245R( 板材 )試驗溫度許用應力s148.00MPa設計溫度許用應力st104.00MPa試驗溫度下屈服點ReL245.00MPa負偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數 f0.85厚度及重量計算計算厚度 pc Dod = 2s

35、t f +Pc= 7.89mm有效厚度de =dn - C1- C2= 8.70mm名義厚度dn =11.00mm重量255.53Kg試驗時應力校核試驗類型試驗試驗值p = 1.25p s =7.8269(或由用戶輸入)Ts tMPa有效厚度deh =dnh - C1- C2= 8.70mm最小厚度dmin = 3.00mm名義厚度dnh = 11.00mm結論滿足最小厚度要求重量10.22Kg壓力計算最大允許工作2s t fd ehPw= KDo -(2K -0.5)deh = 4.06214MPa結論合格25開孔補強計算計算四喜丸子團隊接 管:N1, 27×6計算方法: GB15

36、0.3-2011 等面積補強法，單孔設計條件簡圖計算pc0.8MPa設計溫度320殼體型式圓形筒體殼體材料 名稱及類型Q245R板材殼體開孔處焊接接頭系數1殼體內直徑 Di295mm殼體開孔處名義厚度n15mm殼體厚度負偏差 C1mm殼體腐蝕裕量 C22mm殼體材料許用應力tMPa接管軸線與筒體表面法線的夾角(°)0凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角(°)接管實際外伸長度150mm接管連接型式接管實際內伸長度20mm接管材料 名稱及類型16Mn管材接管焊接接頭系數1試驗允許通過的應力水平 sTsT£ 0.90 ReL =220.50MPa試驗下圓筒的應力sT =

37、pT .(Do - de ) = 167.392de .fMPa校核條件sT£ sT校核結果合格及應力計算最大允許工作2d e s t fpw=( Do -d e ) = 4.86298MPa設計溫度下計算應力 pc ( Do -de )st =2d= 79.98eMPastf88.40MPa校核條件stf st結論合格26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 C1tmm補強圈厚度負偏差 C1rmm接管材料許用應力tMPa補強圈許用應力tMPa開孔補強計算非圓形開孔長直徑20.2mm開孔長徑與短徑之比1殼體計算

38、厚度mm接管計算厚度tmm補強圈強度削弱系數frr接管材料強度削弱系數fr開孔補強計算直徑 d20.2mm補強區(qū)有效寬度 Bmm接管有效外伸長度 h1mm接管有效內伸長度 h2mm開孔削弱所需的補強面積 Amm2殼體多余金屬面積 A1mm2接管多余金屬面積 A2mm2補強區(qū)內的焊縫面積A3mm22A1+A2+A3=mm補強圈面積 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結論: 根據 GB150 第 6.1.3 節(jié)的規(guī)定,本開孔可不另行補強。27開孔補強計算計算四喜丸子團隊接 管:N2, 89×8計算方法: GB150.3-2011 等面積補強法，單孔設計條件簡圖計算pc0.8MPa設

39、計溫度320殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型Q245R板材殼體開孔處焊接接頭系數1殼體內直徑 Di295mm殼體開孔處名義厚度n15mm殼體厚度負偏差 C1mm殼體腐蝕裕量 C22mm殼體材料許用應力tMPa接管軸線與筒體表面法線的夾角(°)0凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角(°)接管實際外伸長度150mm接管連接型式接管實際內伸長度20mm接管材料 名稱及類型16Mn管材接管焊接接頭系數1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 C1tmm補強圈厚度負偏差 C1rmm接管材料許用應力tMPa補強圈許

40、用應力tMPa開孔補強計算非圓形開孔長直徑78.6mm開孔長徑與短徑之比1殼體計算厚度mm接管計算厚度tmm補強圈強度削弱系數frr接管材料強度削弱系數fr開孔補強計算直徑 d78.6mm補強區(qū)有效寬度 Bmm接管有效外伸長度 h1mm接管有效內伸長度 h2mm開孔削弱所需的補強面積 Amm2殼體多余金屬面積 A1mm228開孔補強計算計算四喜丸子團隊接 管:N3, 42×8計算方法: GB150.3-2011 等面積補強法，單孔設計條件簡圖計算pc4.4MPa設計溫度320殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型Q245R板材殼體開孔處焊接接頭系數1殼體內直徑 Di303mm殼體開孔處名

41、義厚度n11mm殼體厚度負偏差 C10.3mm殼體腐蝕裕量 C22mm殼體材料許用應力t104MPa接管軸線與筒體表面法線的夾角(°)0凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角(°)接管實際外伸長度150mm接管連接型式式接管接管實際內伸長度20mm接管材料 名稱及類型16Mn管材接管焊接接頭系數1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 C1t0.8mm補強圈厚度負偏差 C1rmm接管材料許用應力t136MPa補強圈許用應力tMPa開孔補強計算非圓形開孔長直徑31.6mm開孔長徑與短徑之比1殼體計算厚度6.5

42、481mm接管計算厚度t0.4275mm接管多余金屬面積 A2mm2補強區(qū)內的焊縫面積A3mm22A1+A2+A3=mm補強圈面積 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結論: 根據 GB150 第 6.1.3 節(jié)的規(guī)定,本開孔可不另行補強。29開孔補強計算計算四喜丸子團隊接 管:N4, 21×6計算方法: GB150.3-2011 等面積補強法，單孔設計條件簡圖計算pc4.4MPa設計溫度320殼體型式圓形筒體殼體材料 名稱及類型Q245R板材殼體開孔處焊接接頭系數1殼體內直徑 Di303mm殼體開孔處名義厚度n11mm殼體厚度負偏差 C10.3mm殼體腐蝕裕量 C22mm殼體材

43、料許用應力t104MPa接管軸線與筒體表面法線的夾角(°)0凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角(°)接管實際外伸長度150mm接管連接型式式接管接管實際內伸長度20mm接管材料 名稱及類型16Mn管材接管焊接接頭系數1接管腐蝕裕量2mm補強圈材料名稱凸形封頭開孔中心至mm補強圈外徑mm補強圈強度削弱系數frr0接管材料強度削弱系數fr1開孔補強計算直徑 d31.6mm補強區(qū)有效寬度 B69.6mm接管有效外伸長度 h115.9mm接管有效內伸長度 h215.9mm開孔削弱所需的補強面積 A207mm2殼體多余金屬面積 A182mm2接管多余金屬面積 A2254mm2補強區(qū)內

44、的焊縫面積A336mm22A1+A2+A3= 371 mm ，大于 A，不需另加補強。補強圈面積 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結論: 合格30延長部分兼作法蘭固定式管板腐蝕后計算設計四喜丸子團隊設計計算條件簡圖殼程圓筒設計ps4.4MPa設計溫度ts320°C平均金屬溫度ts0°C裝配溫度to20°C材料名稱Q245R設計溫度下許用應力s tc104MPa平均金屬溫度下彈性模量 Es2.023e+05MPa平均金屬溫度下熱膨脹系數as1.076e-05mm/mm°C殼程圓筒內徑 Di303mm殼程圓筒 名義厚度 ds11mm殼程圓筒 有效厚度 dse8.7mm封頭軸線的距離補強圈厚度mm接管厚度負偏差 C1t0.6mm補強圈厚度負偏差 C1rmm接管材料許用應力t136MPa補強圈許用應力tMPa開孔補強計算非圓形開孔長直徑14.2mm開孔長徑與短徑之比1殼體計算厚度6.5481mm接管計算厚度t0.148mm補強圈強度削弱系數frr0接管材料強度削弱系數fr1開孔補強計算直徑 d14.2mm補強區(qū)有效寬度 B48.2mm接管有效外伸長度 h19.2304mm接管有效內伸長度 h29.2304