換熱器計(jì)算書5.29

1、過 程 設(shè) 備 強(qiáng) 度 計(jì) 算 書 SW6-2011軟件批準(zhǔn)號(hào)：CSBTS/TC40/SC5-D01-1999DATA SHEET OF PROCESS EQUIPMENT DESIGN工程名：C411熱量回收綜合改造項(xiàng)目PROJECT設(shè)備位號(hào)：E-311a/b/cITEM設(shè)備名稱：甲醛真空蒸發(fā)器EQUIPMENT圖 號(hào)：2015027-cp-03DWG NO。設(shè)計(jì)單位：云南省化工研究院DESIGNER設(shè) 計(jì)Designed by日期Date校 核Checked by日期Date審 核Verified by日期Date批 準(zhǔn)Approved by日期Date固定管板換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算單位云南省

2、化工研究院設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 條 件 殼 程管 程設(shè)計(jì)壓力 0.1MPa設(shè)計(jì)壓力 0.1MPa設(shè)計(jì)溫度 150設(shè)計(jì)溫度 100殼程圓筒內(nèi)徑Di800 mm管箱圓筒內(nèi)徑Di800mm材料名稱S22053材料名稱S30403 簡(jiǎn) 圖計(jì) 算 內(nèi) 容殼程圓筒校核計(jì)算前端管箱圓筒校核計(jì)算前端管箱封頭(平蓋)校核計(jì)算管箱法蘭校核計(jì)算開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算管板校核計(jì)算DN2400錐段計(jì)算DN1200直筒段計(jì)算DN1200錐段計(jì)算開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算前端管箱筒體計(jì)算計(jì)算單位云南省化工研究院計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 0.10MPa設(shè)計(jì)溫度 t 100.00 C內(nèi)徑 Di 800.

3、00mm材料 S30403 ( 板材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 120.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 120.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss 180.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 0.85厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度 d = = 0.39mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.70mm名義厚度 dn = 10.00mm重量 48.94Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT = 1.25P = 0.1250 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平 sTsT 0.90 ss = 162.00MPa試驗(yàn)壓

4、力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 7.71 MPa校核條件 sT sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力 Pw= = 1.94478MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 5.24MPastf 102.00MPa校核條件stf st結(jié)論 筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度8.00mm,合格前端管箱封頭計(jì)算計(jì)算單位 云南省化工研究院計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 0.10MPa設(shè)計(jì)溫度 t 100.00 C內(nèi)徑 Di 800.00mm曲面深度 hi 200.00mm材料 S30403 (板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 120.00

5、MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 120.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 0.85壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值 PT = 1.25Pc= 0.1250 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力stsT 0.90 ss = 162.00MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 7.68MPa校核條件sT sT校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù) K = = 1.0000計(jì)算厚度 dh = = 0.39mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 7.70mm最小厚度 dmin = 2.00mm名義厚度 dnh = 10.0

6、0mm結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 59.26 Kg壓 力 計(jì) 算最大允許工作壓力 Pw= = 1.95410MPa結(jié)論 合格內(nèi)壓圓筒校核計(jì)算單位云南省化工研究院計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 0.10MPa設(shè)計(jì)溫度 t 150.00 C內(nèi)徑 Di 800.00mm材料 S25073 ( 板材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 230.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 230.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss 450.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 0.00mm焊接接頭系數(shù) f 0.85厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度 d = = 0.20mm有效

7、厚度 de =dn - C1- C2= 9.70mm名義厚度 dn = 10.00mm重量 616.24Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT = 1.25P = 0.1250 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平 sTsT 0.90 ss = 405.00MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 6.14 MPa校核條件 sT sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力 Pw= = 4.68408MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 4.17MPastf 195.50MPa校核條件stf st結(jié)論 合格開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算計(jì)算單位云南省化工研究院接 管: N1

8、, 894.5計(jì)算方法: GB150.3-2011等面積補(bǔ)強(qiáng)法，單孔設(shè) 計(jì) 條 件簡(jiǎn) 圖計(jì)算壓力 pc0.1MPa設(shè)計(jì)溫度100殼體型式橢圓形封頭殼體材料名稱及類型S30403板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)0.85殼體內(nèi)直徑 Di800mm殼體開孔處名義厚度n10mm殼體厚度負(fù)偏差 C10.3mm殼體腐蝕裕量 C22mm殼體材料許用應(yīng)力t120MPa橢圓形封頭長(zhǎng)短軸之比 2凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角() -0 接管實(shí)際外伸長(zhǎng)度 150mm接管連接型式 插入式接管接管實(shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)度 0mm接管材料 S30408接管焊接接頭系數(shù) 1名稱及類型 管材接管腐蝕裕量 1mm補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱 凸形封頭開孔

9、中心至 封頭軸線的距離 mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑 mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度 mm接管厚度負(fù)偏差 C1t 0.45mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差 C1r mm接管材料許用應(yīng)力t 116MPa補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力t MPa開 孔 補(bǔ) 強(qiáng) 計(jì) 算非圓形開孔長(zhǎng)直徑 82.9mm開孔長(zhǎng)徑與短徑之比 1 殼體計(jì)算厚度 0.353mm接管計(jì)算厚度t 0.0345 mm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù) frr 0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù) fr 0.9667開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算直徑 d 82.9mm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度 B 165.8 mm接管有效外伸長(zhǎng)度 h1 19.315mm接管有效內(nèi)伸長(zhǎng)度 h2 0 mm開孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A 29mm2殼體多余金屬面積 A1 608

10、mm2接管多余金屬面積 A2 113mm2補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A3 11 mm2A1+A2+A3= 731mm2 ，大于A，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈面積 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論: 合格開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算計(jì)算單位云南省化工研究院接 管: N5，N10, 894.5計(jì)算方法: GB150.3-2011等面積補(bǔ)強(qiáng)法，單孔設(shè) 計(jì) 條 件簡(jiǎn) 圖計(jì)算壓力 pc0.1MPa設(shè)計(jì)溫度150殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型S25073板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)0.85殼體內(nèi)直徑 Di800mm殼體開孔處名義厚度n10mm殼體厚度負(fù)偏差 C10.3mm殼體腐蝕裕量 C20mm殼體材料許用應(yīng)力t230

11、MPa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(shí)際外伸長(zhǎng)度 150mm接管連接型式 插入式接管接管實(shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)度 0mm接管材料 S25073接管焊接接頭系數(shù) 1名稱及類型 管材接管腐蝕裕量 1mm補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱 凸形封頭開孔中心至 封頭軸線的距離 mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑 mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度 mm接管厚度負(fù)偏差 C1t 0.45mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差 C1r mm接管材料許用應(yīng)力t 296MPa補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力t MPa開 孔 補(bǔ) 強(qiáng) 計(jì) 算非圓形開孔長(zhǎng)直徑 82.9mm開孔長(zhǎng)徑與短徑之比 1 殼體計(jì)算厚度 0.2047mm接管計(jì)算厚度t 0.0135 mm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱

12、系數(shù) frr 0接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù) fr 1開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算直徑 d 82.9mm補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度 B 165.8 mm接管有效外伸長(zhǎng)度 h1 19.315mm接管有效內(nèi)伸長(zhǎng)度 h2 0 mm開孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積A 17mm2殼體多余金屬面積 A1 787 mm2接管多余金屬面積 A2 117mm2補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A3 11 mm2A1+A2+A3= 916mm2 ，大于A，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈面積 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論: 合格延長(zhǎng)部分兼作法蘭固定式管板 設(shè)計(jì)單位 云南省化工研究院 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 條 件 簡(jiǎn) 圖設(shè)計(jì)壓力 ps0.1MPa設(shè)計(jì)溫度 Ts 150平均金屬

13、溫度 ts100裝配溫度 to15殼材料名稱S25073設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力st230Mpa程平均金屬溫度下彈性模量 Es 1.94e+05Mpa平均金屬溫度下熱膨脹系數(shù)as1.31e-05mm/mm圓殼程圓筒內(nèi)徑 Di 800mm殼 程 圓 筒 名義厚 度 ds10mm殼 程 圓 筒 有效厚 度 dse9.7mm筒殼體法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量 Ef1.9e+05MPa殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積 A=0.25 p Di25.027e+05mm2殼程圓筒金屬橫截面積 As=pds ( Di+ds )2.467e+04mm2管設(shè)計(jì)壓力pt0.1MPa箱設(shè)計(jì)溫度Tt100圓材料名稱S30403筒設(shè)計(jì)溫度下彈

14、性模量 Eh1.95e+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)dh10mm管箱圓筒有效厚度dhe7.7mm管箱法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量 Et”1.97e+05MPa材料名稱S22053換管子平均溫度 tt70設(shè)計(jì)溫度下管子材料許用應(yīng)力 stt243MPa設(shè)計(jì)溫度下管子材料屈服應(yīng)力sst400MPa熱設(shè)計(jì)溫度下管子材料彈性模量 Ett1.9e+05MPa平均金屬溫度下管子材料彈性模量 Et1.962e+05MPa平均金屬溫度下管子材料熱膨脹系數(shù)at1.31e-05mm/mm管管子外徑 d25mm管子壁厚dt2mm注：管子根數(shù) n503換熱管中心距 S32mm換一根管子金

15、屬橫截面積144.5mm2換熱管長(zhǎng)度 L3500mm管子有效長(zhǎng)度(兩管板內(nèi)側(cè)間距) L13424mm管束模數(shù) Kt = Et na/LDi5208MPa管子回轉(zhuǎn)半徑 8.162mm熱管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度 lcr1450mm系數(shù)Cr =96.83比值 lcr /i177.6管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力 () 29.71MPa管管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力 () MPa材料名稱S25073設(shè)計(jì)溫度 tp150管設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力230MPa設(shè)計(jì)溫度下彈性模量 Ep1.9e+05MPa管板腐蝕裕量 C2 4mm管板輸入厚度dn38mm管板計(jì)算厚度 d33.7mm隔板槽面積 (包括拉桿和假管區(qū)面積)Ad0mm2板管板強(qiáng)度

16、削弱系數(shù) h0.4管板剛度削弱系數(shù) m0.4管子加強(qiáng)系數(shù) K = 6.317管板和管子連接型式焊接管板和管子脹接(焊接)高度l3.5mm脹接許用拉脫應(yīng)力 qMPa焊接許用拉脫應(yīng)力 q121.5MPa管材料名稱16Mn管箱法蘭厚度 54mm法蘭外徑 930mm箱基本法蘭力矩 1.161e+07Nmm管程壓力操作工況下法蘭力 2.153e+06Nmm法蘭寬度 65mm法比值0.009625比值0.0675系數(shù)(按dh/Di ,df”/Di , 查圖25)0.00蘭系數(shù)w”(按dh/Di ,df”/Di ,查圖 26) 0.0004405旋轉(zhuǎn)剛度 13.23MPa材料名稱S25073殼殼體法蘭厚度3

17、5mm法蘭外徑 930mm體法蘭寬度 65mm比值 0.01212法比值0.04375系數(shù), 按dh/Di ,df”/Di , 查圖25 0.00蘭系數(shù), 按dh/Di ,df”/Di , 查圖26 0.000513旋轉(zhuǎn)剛度 9.888MPa法蘭外徑與內(nèi)徑之比 1.163殼體法蘭應(yīng)力系數(shù)Y (按 K 查表7-9) 12.96旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù) 0.001491膨脹節(jié)總體軸向剛度 0N/mm管板第一彎矩系數(shù)(按,查圖 27) 0.2457系系數(shù) 26.22系數(shù)(按查圖 29) 3.95換熱管束與不帶膨脹節(jié)殼體剛度之比 2.98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或查圖28

18、(a)或(b)2.399系數(shù)（帶膨脹節(jié)時(shí)代替Q） 0.002821計(jì)系數(shù) (按K,Q或Qex 查圖30) 0.003879法蘭力矩折減系數(shù) 0.2777管板邊緣力矩變化系數(shù) 0.9754算法蘭力矩變化系數(shù) 0.7291管管板開孔后面積 Al = A - 0.25 npd 22.557e+05mm2板參管板布管區(qū)面積 (三角形布管) (正方形布管 ) 4.461e+05mm2數(shù)管板布管區(qū)當(dāng)量直徑 753.6mm系數(shù) 0.5088系系數(shù) 0.2842數(shù)系數(shù) 5.094計(jì)系數(shù)(帶膨脹節(jié)時(shí)代替Q) 7.55算管板布管區(qū)當(dāng)量直徑與殼體內(nèi)徑之比 0.942管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度 k = K(1-rt)

19、 0.3662僅有殼程壓力Ps作用下的危險(xiǎn)組合工況 (Pt = 0)不計(jì)溫差應(yīng)力計(jì)溫差應(yīng)力 換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差 =(t-t)-(t-t)0.0-0.000393 當(dāng)量壓力組合 0.10.1MPa 有效壓力組合 0.5094-21.41MPa基本法蘭力矩系數(shù) 0.1114-0.002649 管板邊緣力矩系數(shù)0.11410.0001024管板邊緣剪力系數(shù) 2.9920.002684管板總彎矩系數(shù) 1.860.2514系數(shù)僅用于 時(shí)0.35520.04802系數(shù) 當(dāng) 時(shí),按K和m 查圖31(a)實(shí)線當(dāng) 時(shí),按K和m 查圖31（b）0.7630.1605系數(shù) 0 ,=, 0, =; 6.4m

20、m b=2.53 b0 6.4mm DG= D外 - 2b螺 栓 受 力 計(jì) 算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WaWa= bDG y = 520486.3N操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WpWp = Fp + F = 71747.4 N所需螺栓總截面積 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 4410.9mm2實(shí)際使用螺栓總截面積 AbAb = = 9395.9mm2力 矩 計(jì) 算操FD = 0.785pc = 50240.0NLD= L A+ 0.51 = 32.0mmMD= FD LD = 1607680.0N.mm作FG = Fp = 15606.7NLG= 0.5 ( Db - DG

21、 ) = 22.3mmMG= FG LG = 348007.9N.mmMpFT = F-FD = 5864.4NLT=0.5(LA + d1 + LG ) = 33.6mmMT= FT LT = 197333.1N.mm外壓: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 內(nèi)壓: Mp = MD+MG+MT Mp = 2153021.0N.mm預(yù)緊 MaW = 814603.9NLG = 22.3mmMa=W LG = 18164564.0N.mm計(jì)算力矩 Mo= Mp 與Masft/sf中大者 Mo = 18164564.0N.mm螺 栓 間 距 校 核實(shí)際間距 = 69.9

22、mm最小間距 46.0 (查GB150-2011表9-3)mm最大間距 132.6mm 形 狀 常 數(shù) 確 定113.14h/ho = 0.1 K = Do/DI = 1.163 1.6由K查表9-5得T=1.854Z =6.691Y =12.961U=14.243整體法蘭查圖9-3和圖9-4FI=0.90501VI=0.470800.00800松式法蘭查圖9-5和圖9-6FL=0.00000VL=0.000000.00000查圖9-7由 d1/do 得f = 2.22216整體法蘭 = 876191.3松式法蘭 = 0.00.2=f e+1 =1.43g = y/T = 0.771.58 =

23、 0.95剪應(yīng)力校核計(jì) 算 值許 用 值結(jié) 論預(yù)緊狀態(tài) 5.45MPa校核合格操作狀態(tài) 0.48MPa校核合格輸入法蘭厚度f = 54.0 mm時(shí), 法蘭應(yīng)力校核應(yīng)力性質(zhì)計(jì) 算 值許 用 值結(jié) 論軸向應(yīng)力 78.39MPa =267.0 或 =300.0( 按整體法蘭設(shè)計(jì)的任 意 式法蘭, 取 ) 校核合格徑向應(yīng)力 12.89MPa = 178.0校核合格切向應(yīng)力 14.68MPa = 178.0校核合格綜合應(yīng)力 = 46.54MPa = 178.0校核合格剛度系數(shù) 0.274 校核合格法蘭校核結(jié)果校核合格 內(nèi)壓錐形封頭校核計(jì)算單位 云南省化工研究院計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011

24、設(shè)計(jì)條件錐殼簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 0.10MPa設(shè)計(jì)溫度 t 100.00 C錐殼大端直徑 DiL 2400.00mm錐殼小端直徑 Dis 1200.00mm錐殼大端轉(zhuǎn)角半徑 r 240.00mm錐殼小端轉(zhuǎn)角半徑 rs 0.00mm錐殼計(jì)算內(nèi)直徑 Dc 2259.42mm錐殼半頂角 a 45.00大端產(chǎn)生的軸向載荷 f10.00N/mm小端產(chǎn)生的軸向載荷 f20.00N/mm大端筒體小端筒體錐殼部分材料名稱S30408S25073S30403材料類型板材板材板材試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 137.00285.00120.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st137.00285.00120.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss205.00550.00180.00MPa鋼板負(fù)偏差 C10.300.300.30mm焊接接頭系數(shù) f0.850.850.85腐蝕裕量 C22.002.00 2.00