固定管板換熱器計算書

1、軟件批準(zhǔn)號：CSBTS/TC40/SC5-D01-1999DATA SHEET OF PROCESS EQUIPMENT DESIGN 工程名 ： PROJECT 設(shè)備位號： ITEM 設(shè)備名稱：原料氣壓縮機(jī)一級冷卻器 EQUIPMENT 圖 號：FXLSZ-02-00 DWG NO。 設(shè)計單位： 撫順新紀(jì)元煉化設(shè)備有限公司 DESIGNER設(shè) 計Designed by劉治海日期Date2015.3.25校 核Checked by劉治海日期Date審 核Verified by日期Date審 定Approved by日期Date固定管板換熱器設(shè)計計算 計算單位撫順新紀(jì)元煉化設(shè)備有限公司設(shè) 計 計

2、 算 條 件 殼 程管 程設(shè)計壓力 0.5MPa設(shè)計壓力 1.8MPa設(shè)計溫度 50設(shè)計溫度 150殼程圓筒內(nèi)徑 450 mm管箱圓筒內(nèi)徑450mm材料名稱Q345R材料名稱Q345R 簡 圖 計 算 內(nèi) 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(shè)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(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計算條件筒體簡圖計算壓力 Pc 1.80MPa設(shè)計溫度 t 150.00 C內(nèi)徑 Di 450.00mm材料 Q345R ( 板材 )試驗溫度許用應(yīng)力 s 189.00

3、MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗溫度下屈服點 ss 345.00MPa鋼板負(fù)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(yīng)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(yīng)力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa試驗壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 71.39 MPa校核條件 sT sT校核結(jié)果 合

4、格壓力及應(yīng)力計算最大允許工作壓力 Pw= = 5.95649MPa設(shè)計溫度下計算應(yīng)力 st = = 48.55MPastf 160.65MPa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8.20mm,合格前端管箱封頭計算計算單位 計算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力 Pc 1.80MPa設(shè)計溫度 t 150.00 C內(nèi)徑 Di 450.00mm曲面深度 hi 112.50mm材料 Q345R (板材)設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2

5、mm焊接接頭系數(shù) f 1.00壓力試驗時應(yīng)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(yīng)力stsT 0.90 ss = 310.50MPa試驗壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 78.45MPa校核條件sT sT校核結(jié)果合格壓力試驗時應(yīng)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(yīng)力stsT 0.90 ss = 310.50MPa試驗壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 78.45MPa校核條件sT sT校核結(jié)果合格厚度及重量計算形狀系數(shù) K = = 1.0000計算厚度 dh = = 2.15m

6、m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(jié)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(jié)論 合格后端管箱筒體計算計算單位計算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計算條件筒體簡圖計算壓力 Pc 1.80MPa設(shè)計溫度 t 150.00 C內(nèi)徑 Di 450.00mm材料 Q345R ( 板材 )試驗溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗溫度下屈服點 ss 345.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.3

7、0mm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(yīng)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(yīng)力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa試驗壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 71.39 MPa校核條件 sT sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計算最大允許工作壓力 Pw= = 5.95649MPa設(shè)計溫度下計算應(yīng)力 st = = 48.55MP

8、astf 160.65MPa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8.20mm,合格后端管箱封頭計算計算單位 計算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力 Pc 1.80MPa設(shè)計溫度 t 150.00 C內(nèi)徑 Di 450.00mm曲面深度 hi 112.50mm材料 Q345R (板材)設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa鋼板負(fù)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(yīng)力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值 PT = 1.25Pc= 2.25

9、00MPa壓力試驗允許通過的應(yīng)力stsT 0.90 ss = 310.50MPa試驗壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 78.45MPa校核條件sT sT校核結(jié)果合格壓力試驗時應(yīng)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(yīng)力stsT 0.90 ss = 310.50MPa試驗壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 78.45MPa校核條件sT sT校核結(jié)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、= 10.00mm結(jié)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(jié)論 合格殼程圓筒計算計算單位計算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計算條件筒體簡圖計算壓力 Pc 0.50MPa設(shè)計溫度 t 50.00 C內(nèi)徑 Di 450.00mm材料 Q345R ( 板材 )試驗溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗溫度下屈服點 ss 345.00MPa鋼板負(fù)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 =

11、dn - C1- C2= 9.7mm名義厚度 dn = 12.00mm重量 682.23Kg壓力試驗時應(yīng)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(yīng)力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa試驗壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 71.39 MPa校核條件 sT sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計算最大允許工作壓力 Pw= = 5.95649MPa設(shè)計溫度下計算應(yīng)力 st = = 13.49MPastf 160.65MPa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8.20mm,合格

12、開孔補強計算計算單位接 管: a、b 1596計 算 方 法 : GB150.3-2011 等 面 積 補 強 法, 單 孔設(shè) 計 條 件簡 圖計算壓力 pc1.8MPa設(shè)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(nèi)直徑 Di450mm殼體開孔處名義厚度n12mm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t189MPa 接管實際外伸長度150mm接管實際內(nèi)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

13、接管厚度負(fù)偏差 C1t 0.75mm補強圈厚度負(fù)偏差 C1r mm接管材料許用應(yīng)力t140MPa補強圈許用應(yīng)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(nèi)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(nèi)的焊縫面積 A336 mm2A1+A2+A3=1062 mm2 ，大于A，不需另加補

14、強。補強圈面積 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論: 補強滿足要求,不需另加補強。換熱管內(nèi)壓計算計算單位計算條件換熱管簡圖計算壓力 Pc 1.80MPa設(shè)計溫度 t 150.00 C內(nèi)徑 Di 15.00mm材料 S32168 ( 管材 )試驗溫度許用應(yīng)力 s 116.00MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st 116.00MPa鋼板負(fù)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(yīng)力計算最大允許工作壓力

15、 Pw= = 24.23881MPa設(shè)計溫度下計算應(yīng)力 st = = 8.61MPastf 116.00MPa校核條件stf st結(jié)論 換熱管內(nèi)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(shè)計溫度 t 150.00 C內(nèi)徑 Di 15.00mm材料名稱 S32168 (管材)試驗溫度許用應(yīng)力 s 116.00MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st 116.00MPa鋼板負(fù)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 =

16、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= = 17.54592MPa結(jié)論 換熱管外壓計算合格延長部分兼作法蘭固定式管板 設(shè)計單位 設(shè) 計 計 算 條 件 簡 圖設(shè)計壓力 ps0.5MPa設(shè)計溫度 Ts 50平均金屬溫度 ts40裝配溫度 to15殼材料名稱Q345R設(shè)計溫度下許用應(yīng)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-0

17、5mm/mm圓殼程圓筒內(nèi)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(shè)計溫度下彈性模量 Ef1.995e+05MPa殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積 A=0.25 p Di21.59e+05mm2殼程圓筒金屬橫截面積 As=pds ( Di+ds )1.224e+04mm2管設(shè)計壓力pt1.8MPa箱設(shè)計溫度Tt150圓材料名稱Q345R筒設(shè)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(shè)計溫度下彈性模量 Et”1.94e+05M

18、Pa材料名稱S32168換管子平均溫度 tt140設(shè)計溫度下管子材料許用應(yīng)力 stt116MPa設(shè)計溫度下管子材料屈服應(yīng)力sst156MPa熱設(shè)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(nèi)側(cè)間距) L14912mm管束模數(shù) Kt = Et na/LDi1993MPa管子回轉(zhuǎn)半徑 6.052mm

19、熱管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度 lcr450mm系數(shù)Cr =153.4比值 lcr /i74.36管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力 () MPa管管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力 () 59.1MPa材料名稱16Mn設(shè)計溫度 tp150管設(shè)計溫度下許用應(yīng)力167MPa設(shè)計溫度下彈性模量 Ep1.94e+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(yīng)力 qMPa焊接許用拉脫應(yīng)力 q58MP

20、a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+07Nmm管程壓力操作工況下法蘭力 1.685e+07Nmm法蘭寬度 70mm法比值0.01889比值0.09556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) 0.0024旋轉(zhuǎn)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 , 查圖25 0.00蘭系數(shù), 按dh/Di ,df”/Di , 查圖26 0.0

21、01867旋轉(zhuǎn)剛度 44MPa法蘭外徑與內(nèi)徑之比 1.311殼體法蘭應(yīng)力系數(shù)Y (按 K 查表9-5) 7.317旋轉(zhuǎn)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,查圖 27) 0.2441系系數(shù) 4.877系數(shù)(按查圖 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或查圖28(a)或(b)2.839系數(shù)（帶膨脹節(jié)時代替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) 0.650

22、3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(dāng)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(dāng)量直徑與殼體內(nèi)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作用下的危險組合工況 (Pt = 0)不計溫差應(yīng)力計溫差應(yīng)力 換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差 =(t-t)-(t-t)0.00.001851 當(dāng)量壓力組合 0.50.5MPa 有效壓力組

23、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(dāng) 時,按K和m 查圖31(a)實線當(dāng) 時,按K和m 查圖31（b）1.6790.3894系數(shù) 0 ,=, 0, =; 6.4mm b=2.53 b0 6.4mm DG= D外 - 2b螺 栓 受 力 計 算預(yù)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 矩 計 算操FD = 0.785pc = 286132.5NLD= L A+ 0.51 = 39.0mmMD= FD LD = 11159168.0N.mm作FG = Fp = 118833.4NLG= 0.5 ( Db - DG ) = 30.2mmMG= FG LG = 3583529.8N.mmMpFT = F-FD =