固定管板式换热器-强度设计书.doc

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固定管板式换热器强度设计书 ———————————————————————————————— 作者： ———————————————————————————————— 日期： 2 个人收集整理勿做商业用途固定管板换热器设计计算计算单位设计计算条件壳程管程设计压力 2 MPa 设计压力 2。2 MPa 设计温度 200 设计温度 155 壳程圆筒内径 2000 mm 管箱圆筒内径 2000 mm 材料名称 Q345R 材料名称 Q345R 简图计算内容壳程圆筒校核计算前端管箱圆筒校核计算前端管箱封头（平盖)校核计算后端管箱圆筒设计计算后端管箱封头(平盖)设计计算管箱法兰校核计算开孔补强设计计算管板校核计算前端管箱筒体计算计算单位沈阳陆正重工集团有限公司计算条件筒体简图计算压力 Pc 2.20 MPa 设计温度 t 155。00 ° C 内径 Di 2000。00 mm 材料 Q345R （板材 ) 试验温度许用应力 [s] 185.00 MPa 设计温度许用应力 [s]t 181.70 MPa 试验温度下屈服点 ss 325。00 MPa 钢板负偏差 C1 0。30 mm 腐蚀裕量 C2 3。00 mm 焊接接头系数 f 0.85 厚度及重量计算计算厚度 d = = 14。35 mm 有效厚度 de =dn — C1— C2= 14.70 mm 名义厚度 dn = 18.00 mm 重量 895.78 Kg 压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 PT = 1.25P = 3。1818 (或由用户输入） MPa 压力试验允许通过的应力水平 [s]T [s]T£ 0.90 ss = 292。50 MPa 试验压力下圆筒的应力 sT = = 256。52 MPa 校核条件 sT£ [s]T 校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力［Pw]= = 2。25378 MPa 设计温度下计算应力 st = = 150。76 MPa [s]tf 154。45 MPa 校核条件 [s]tf ≥st 结论筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度14。00mm，合格前端管箱封头计算计算单位沈阳陆正重工集团有限公司计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 2。20 MPa 设计温度 t 155.00 ° C 内径 Di 2000.00 mm 曲面高度 hi 500.00 mm 材料 Q345R (板材) 设计温度许用应力 [s]t 181。70 MPa 试验温度许用应力 [s] 185。00 MPa 钢板负偏差 C1 0。30 mm 腐蚀裕量 C2 5。34 mm 焊接接头系数 f 1.00 厚度及重量计算形状系数 K = = 1。0000 计算厚度 d = = 12。14 mm 有效厚度 de =dn — C1- C2= 12.36 mm 最小厚度 dmin = 3.00 mm 名义厚度 dn = 18.00 mm 结论满足最小厚度要求重量 627。67 Kg 压力计算最大允许工作压力［Pw］= = 2。23889 MPa 结论合格壳程圆筒计算计算单位沈阳陆正重工集团有限公司计算条件筒体简图计算压力 Pc 2.00 MPa 设计温度 t 200.00 ° C 内径 Di 2000.00 mm 材料 Q345R （板材 ) 试验温度许用应力 [s] 185。00 MPa 设计温度许用应力 [s]t 170。00 MPa 试验温度下屈服点 ss 325.00 MPa 钢板负偏差 C1 0.30 mm 腐蚀裕量 C2 3.00 mm 焊接接头系数 f 0.85 厚度及重量计算计算厚度 d = = 13。94 mm 有效厚度 de =dn - C1— C2= 14。70 mm 名义厚度 dn = 18.00 mm 重量 5374。66 Kg 压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 PT = 1.25P = 2。8000 （或由用户输入） MPa 压力试验允许通过的应力水平 [s]T [s]T£ 0。90 ss = 292。50 MPa 试验压力下圆筒的应力 sT = = 225.74 MPa 校核条件 sT£ [s]T 校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力 [Pw］= = 2.10865 MPa 设计温度下计算应力 st = = 137.05 MPa [s]tf 144。50 MPa 校核条件 [s]tf ≥st 结论筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度14。00mm,合格开孔补强计算计算单位沈阳陆正重工集团有限公司接管： a, φ370×32.5 计算方法： GB150-1998 等面积补强法, 单孔设计条件简图计算压力 pc 2.2 MPa 设计温度 155 ℃ 壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型 Q345R 板材壳体开孔处焊接接头系数φ 0。85 壳体内直径 Di 2000 mm 壳体开孔处名义厚度δn 18 mm 壳体厚度负偏差 C1 0.3 mm 壳体腐蚀裕量 C2 3 mm 壳体材料许用应力［σ］t 181.7 MPa 接管实际外伸长度 200 mm 接管实际内伸长度 0 mm 接管材料 16Mn 接管焊接接头系数 1 名称及类型锻件接管腐蚀裕量 3 mm 补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离 mm 补强圈外径 mm 补强圈厚度 mm 接管厚度负偏差 C1t 0 mm 补强圈厚度负偏差 C1r mm 接管材料许用应力[σ］t 165.3 MPa 补强圈许用应力[σ]t MPa 开孔补强计算壳体计算厚度δ 14。35 mm 接管计算厚度δt 2.043 mm 补强圈强度削弱系数 frr 0 接管材料强度削弱系数 fr 0。91 开孔直径 d 311 mm 补强区有效宽度 B 622 mm 接管有效外伸长度 h1 100.5 mm 接管有效内伸长度 h2 0 mm 开孔削弱所需的补强面积A 4538 mm2 壳体多余金属面积 A1 108 mm2 接管多余金属面积 A2 5022 mm2 补强区内的焊缝面积 A3 64 mm2 A1+A2+A3=5194 mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4 mm2 A-（A1+A2+A3） mm2 结论: 补强满足要求,不需另加补强。开孔补强计算计算单位沈阳陆正重工集团有限公司接管: b， φ260×28。5 计算方法 : GB150-1998 等面积补强法，单孔设计条件简图计算压力 pc 2.2 MPa 设计温度 155 ℃ 壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型 Q345R 板材壳体开孔处焊接接头系数φ 0.85 壳体内直径 Di 2000 mm 壳体开孔处名义厚度δn 18 mm 壳体厚度负偏差 C1 0.3 mm 壳体腐蚀裕量 C2 3 mm 壳体材料许用应力［σ］t 181。7 MPa 接管实际外伸长度 118 mm 接管实际内伸长度 0 mm 接管材料 16Mn 接管焊接接头系数 1 名称及类型锻件接管腐蚀裕量 3 mm 补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离 mm 补强圈外径 mm 补强圈厚度 mm 接管厚度负偏差 C1t 0 mm 补强圈厚度负偏差 C1r mm 接管材料许用应力[σ］t 165.3 MPa 补强圈许用应力[σ]t MPa 开孔补强计算壳体计算厚度δ 14.35 mm 接管计算厚度δt 1.36 mm 补强圈强度削弱系数 frr 0 接管材料强度削弱系数 fr 0。91 开孔直径 d 209 mm 补强区有效宽度 B 418 mm 接管有效外伸长度 h1 77.18 mm 接管有效内伸长度 h2 0 mm 开孔削弱所需的补强面积A 3065 mm2 壳体多余金属面积 A1 72.21 mm2 接管多余金属面积 A2 3390 mm2 补强区内的焊缝面积 A3 64 mm2 A1+A2+A3=3526 mm2 ,大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4 mm2 A-（A1+A2+A3） mm2 结论：补强满足要求,不需另加补强. 开孔补强计算计算单位沈阳陆正重工集团有限公司接管: cd, φ325×10 计算方法 : GB150—1998 等面积补强法，单孔设计条件简图计算压力 pc 2 MPa 设计温度 200 ℃ 壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型 Q345R 板材壳体开孔处焊接接头系数φ 0.85 壳体内直径 Di 2000 mm 壳体开孔处名义厚度δn 18 mm 壳体厚度负偏差 C1 0.3 mm 壳体腐蚀裕量 C2 3 mm 壳体材料许用应力[σ］t 170 MPa 接管实际外伸长度 150 mm 接管实际内伸长度 0 mm 接管材料 10（GB8163）接管焊接接头系数 1 名称及类型管材接管腐蚀裕量 3 mm 补强圈材料名称 Q345R 凸形封头开孔中心至封头轴线的距离 mm 补强圈外径 540 mm 补强圈厚度 20 mm 接管厚度负偏差 C1t 1。25 mm 补强圈厚度负偏差 C1r 0。3 mm 接管材料许用应力［σ］t 108 MPa 补强圈许用应力［σ］t 170 MPa 开孔补强计算壳体计算厚度δ 13.94 mm 接管计算厚度δt 2.85 mm 补强圈强度削弱系数 frr 1 接管材料强度削弱系数 fr 0。635 开孔直径 d 313。5 mm 补强区有效宽度 B 627 mm 接管有效外伸长度 h1 55。99 mm 接管有效内伸长度 h2 0 mm 开孔削弱所需的补强面积A 4428 mm2 壳体多余金属面积 A1 235.9 mm2 接管多余金属面积 A2 206.3 mm2 补强区内的焊缝面积 A3 64 mm2 A1+A2+A3=506.2 mm2 ，小于A,需另加补强。补强圈面积 A4 4236 mm2 A-(A1+A2+A3) 3922 mm2 结论：补强满足要求。开孔补强计算计算单位沈阳陆正重工集团有限公司接管: ef, φ56×17 计算方法： GB150—1998 等面积补强法，单孔设计条件简图计算压力 pc 2 MPa 设计温度 200 ℃ 壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型 Q345R 板材壳体开孔处焊接接头系数φ 0.85 壳体内直径 Di 2000 mm 壳体开孔处名义厚度δn 18 mm 壳体厚度负偏差 C1 0。3 mm 壳体腐蚀裕量 C2 3 mm 壳体材料许用应力［σ］t 170 MPa 接管实际外伸长度 150 mm 接管实际内伸长度 0 mm 接管材料 16Mn 接管焊接接头系数 1 名称及类型锻件接管腐蚀裕量 3 mm 补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离 mm 补强圈外径 mm 补强圈厚度 mm 接管厚度负偏差 C1t 0 mm 补强圈厚度负偏差 C1r mm 接管材料许用应力［σ]t 150 MPa 补强圈许用应力[σ]t MPa 开孔补强计算壳体计算厚度δ 13.94 mm 接管计算厚度δt 0.148 mm 补强圈强度削弱系数 frr 0 接管材料强度削弱系数 fr 0。882 开孔直径 d 28 mm 补强区有效宽度 B 98 mm 接管有效外伸长度 h1 21.82 mm 接管有效内伸长度 h2 0 mm 开孔削弱所需的补强面积A 436.2 mm2 壳体多余金属面积 A1 50。88 mm2 接管多余金属面积 A2 533。3 mm2 补强区内的焊缝面积 A3 64 mm2 A1+A2+A3=648.2 mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4 mm2 A—（A1+A2+A3) mm2 结论：补强满足要求,不需另加补强。开孔补强计算计算单位沈阳陆正重工集团有限公司接管: g， φ510×29 计算方法 : GB150—1998 等面积补强法，单孔设计条件简图计算压力 pc 2.2 MPa 设计温度 155 ℃ 壳体型式椭圆形封头壳体材料名称及类型 Q345R 板材壳体开孔处焊接接头系数φ 1 壳体内直径 Di 2000 mm 壳体开孔处名义厚度δn 18 mm 壳体厚度负偏差 C1 0。3 mm 壳体腐蚀裕量 C2 5.34 mm 壳体材料许用应力［σ］t 181.7 MPa 椭圆形封头长短轴之比 2 接管实际外伸长度 200 mm 接管实际内伸长度 10 mm 接管材料 16Mn 接管焊接接头系数 1 名称及类型锻件接管腐蚀裕量 3 mm 补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离 mm 补强圈外径 mm 补强圈厚度 mm 接管厚度负偏差 C1t 0 mm 补强圈厚度负偏差 C1r mm 接管材料许用应力［σ］t 165。3 MPa 补强圈许用应力[σ］t MPa 开孔补强计算壳体计算厚度δ 10.93 mm 接管计算厚度δt 3.028 mm 补强圈强度削弱系数 frr 0 接管材料强度削弱系数 fr 0。91 开孔直径 d 458 mm 补强区有效宽度 B 916 mm 接管有效外伸长度 h1 115.2 mm 接管有效内伸长度 h2 7 mm 开孔削弱所需的补强面积A 5057 mm2 壳体多余金属面积 A1 648。2 mm2 接管多余金属面积 A2 5110 mm2 补强区内的焊缝面积 A3 77。3 mm2 A1+A2+A3=5835 mm2 ,大于A，不需另加补强. 补强圈面积 A4 mm2 A-(A1+A2+A3） mm2 结论：补强满足要求,不需另加补强。开孔补强计算计算单位沈阳陆正重工集团有限公司接管: I, φ74×13。5 计算方法： GB150-1998 等面积补强法, 单孔设计条件简图计算压力 pc 2。2 MPa 设计温度 155 ℃ 壳体型式椭圆形封头壳体材料名称及类型 Q345R 板材壳体开孔处焊接接头系数φ 1 壳体内直径 Di 2000 mm 壳体开孔处名义厚度δn 18 mm 壳体厚度负偏差 C1 0。3 mm 壳体腐蚀裕量 C2 5。34 mm 壳体材料许用应力[σ］t 181.7 MPa 椭圆形封头长短轴之比 2 接管实际外伸长度 150 mm 接管实际内伸长度 0 mm 接管材料 16Mn 接管焊接接头系数 1 名称及类型锻件接管腐蚀裕量 3 mm 补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离 mm 补强圈外径 mm 补强圈厚度 mm 接管厚度负偏差 C1t 0 mm 补强圈厚度负偏差 C1r mm 接管材料许用应力[σ]t 165。3 MPa 补强圈许用应力[σ］t MPa 开孔补强计算壳体计算厚度δ 10。93 mm 接管计算厚度δt 0.315 mm 补强圈强度削弱系数 frr 0 接管材料强度削弱系数 fr 0。91 开孔直径 d 53 mm 补强区有效宽度 B 116 mm 接管有效外伸长度 h1 26。75 mm 接管有效内伸长度 h2 0 mm 开孔削弱所需的补强面积A 600 mm2 壳体多余金属面积 A1 87.37 mm2 接管多余金属面积 A2 495。7 mm2 补强区内的焊缝面积 A3 64 mm2 A1+A2+A3=647。1 mm2 ，大于A，不需另加补强. 补强圈面积 A4 mm2 A-(A1+A2+A3) mm2 结论：补强满足要求,不需另加补强。开孔补强计算计算单位沈阳陆正重工集团有限公司接管: h, φ118×20.5 计算方法： GB150-1998 等面积补强法，单孔设计条件简图计算压力 pc 2 MPa 设计温度 200 ℃ 壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型 Q345R 板材壳体开孔处焊接接头系数φ 0。85 壳体内直径 Di 2000 mm 壳体开孔处名义厚度δn 18 mm 壳体厚度负偏差 C1 0.3 mm 壳体腐蚀裕量 C2 3 mm 壳体材料许用应力［σ］t 170 MPa 接管实际外伸长度 150 mm 接管实际内伸长度 0 mm 接管材料 16Mn 接管焊接接头系数 1 名称及类型锻件接管腐蚀裕量 3 mm 补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离 mm 补强圈外径 mm 补强圈厚度 mm 接管厚度负偏差 C1t 0 mm 补强圈厚度负偏差 C1r mm 接管材料许用应力［σ］t 150 MPa 补强圈许用应力[σ］t MPa 开孔补强计算壳体计算厚度δ 13.94 mm 接管计算厚度δt 0.517 mm 补强圈强度削弱系数 frr 0 接管材料强度削弱系数 fr 0。882 开孔直径 d 83 mm 补强区有效宽度 B 166 mm 接管有效外伸长度 h1 41.25 mm 接管有效内伸长度 h2 0 mm 开孔削弱所需的补强面积A 1214 mm2 壳体多余金属面积 A1 60.17 mm2 接管多余金属面积 A2 1236 mm2 补强区内的焊缝面积 A3 64 mm2 A1+A2+A3=1360 mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4 mm2 A-（A1+A2+A3） mm2 结论: 补强满足要求，不需另加补强。延长部分兼作法兰固定式管板设计单位沈阳陆正重工集团有限公司设计计算条件简图设计压力 ps 2 MPa 设计温度 Ts 200 平均金属温度 ts 165 装配温度 to 15 壳材料名称 Q345R 设计温度下许用应力[s］t 170 Mpa 程平均金属温度下弹性模量 Es 1.931e+05 Mpa 平均金属温度下热膨胀系数as 1。199e—05 mm/mm 圆壳程圆筒内径 Di 2000 mm 壳程圆筒名义厚度 ds 18 mm 壳程圆筒有效厚度 dse 14。7 mm 筒壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef’ 1.91e+05 MPa 壳程圆筒内直径横截面积 A=0。25 p Di2 3.142e+06 mm2 壳程圆筒金属横截面积 As=pds （ Di+ds ） 9.304e+04 mm2 管设计压力pt 2。2 MPa 箱设计温度Tt 155 圆材料名称 Q345R 筒设计温度下弹性模量 Eh 1.937e+05 MPa 管箱圆筒名义厚度（管箱为高颈法兰取法兰颈部大小端平均值)dh 35 mm 管箱圆筒有效厚度dhe 32 mm 管箱法兰设计温度下弹性模量 Et” 1。937e+05 MPa 材料名称 S30408 换管子平均温度 tt 146 设计温度下管子材料许用应力［s］tt 111 MPa 设计温度下管子材料屈服应力sst 144 MPa 热设计温度下管子材料弹性模量 Ett 1.83e+05 MPa 平均金属温度下管子材料弹性模量 Et 1.862e+05 MPa 平均金属温度下管子材料热膨胀系数at 1。704e—05 mm/mm 管管子外径 d 25 mm 管子壁厚dt 2 mm 注: 管子根数 n 3310 换热管中心距 S 32 mm 换一根管子金属横截面积 144.5 mm2 换热管长度 L 4000 mm 管子有效长度(两管板内侧间距） L1 3804 mm 管束模数 Kt = Et na/LDi 1.171e+04 MPa 管子回转半径 8.162 mm 热管子受压失稳当量长度 lcr 500 mm 系数Cr = 158.4 比值 lcr /i 61.26 管子稳定许用压应力 (） MPa 管管子稳定许用压应力（） 58。08 MPa 材料名称 16Mn 设计温度 tp 200 管设计温度下许用应力 150 MPa 设计温度下弹性模量 Ep 1.91e+05 MPa 管板腐蚀裕量 C2 3 mm 管板输入厚度dn 98 mm 管板计算厚度 d 95 mm 隔板槽面积（包括拉杆和假管区面积)Ad 0 mm2 板管板强度削弱系数 h 0。4 管板刚度削弱系数 m 0。4 管子加强系数 K = 7。06 管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接（焊接)高度l 3。5 mm 胀接许用拉脱应力［q] MPa 焊接许用拉脱应力 [q］ 55。5 MPa 管材料名称 16Mn 管箱法兰厚度 144 mm 法兰外径 2250 mm 箱基本法兰力矩 4.293e+08 N×mm 管程压力操作工况下法兰力 5.544e+08 N×mm 法兰宽度 125 mm 法比值 0。016 比值 0。072 系数（按dh/Di ，df”/Di ，查<〈GB151-1999〉〉图25） 0。00 兰系数w"(按dh/Di ,df"/Di ，查<<GB151—1999>>图 26） 0。00133 旋转刚度 27.14 MPa 材料名称 16Mn 壳壳体法兰厚度 91 mm 法兰外径 2250 mm 体法兰宽度 125 mm 比值 0.00735 法比值 0.0455 系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-1999>〉图25 0。00 兰系数，按dh/Di ,df”/Di ，查<<GB151-1999>〉图26 0。0001799 旋转刚度 4。305 MPa 法兰外径与内径之比 1。125 壳体法兰应力系数Y (按 K 查<<GB150－1998>〉表9—5) 16.49 旋转刚度无量纲参数 0。0002888 膨胀节总体轴向刚度 0 N/mm 管板第一弯矩系数(按，查<〈GB151—1999>〉图 27) 0.08771 系系数 43。56 系数（按查〈<GB151－98〉>图 29） 4。921 换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 4。958 数换热管束与带膨胀节壳体刚度之比管板第二弯矩系数(按K，Q或查〈〈GB151—1999>〉图28（a)或(b）） 2.854 系数（带膨胀节时代替Q） 0。0006367 计系数 (按K，Q或Qex 查图30) 0.002673 法兰力矩折减系数 0。09752 管板边缘力矩变化系数 3。904 算法兰力矩变化系数 0.6193 管管板开孔后面积 Al = A - 0。25 npd 2 1。517e+06 mm2 板参管板布管区面积（三角形布管） (正方形布管 ) 2.935e+06 mm2 数管板布管区当量直径 1933 mm 系数 0。4828 系系数 0。3154 数系数 7。805 计系数（带膨胀节时代替Q） 12。04 算管板布管区当量直径与壳体内径之比 0.9666 管板周边不布管区无量纲宽度 k = K（1—rt） 0.2357 仅有壳程压力Ps作用下的危险组合工况 (Pt = 0）不计温差应力计温差应力换热管与壳程圆筒热膨胀变形差 =(t-t）-(t—t) 0.0 0.0004339 当量压力组合 2 2 MPa 有效压力组合 15.61 41。09 MPa 基本法兰力矩系数 0.009065 0.003443 管板边缘力矩系数 0。01155 0。005929 管板边缘剪力系数 0。5032 0。2583 管板总弯矩系数 1.014 0。6556 系数仅用于时 0.1745 0。1128 系数当时，按K和m 查图31（a）实线当时，按K和m 查图31（b) 0.3657 0。07659 系数 > 0 ,=，〈 0 ， = 0。3657 0。1128 管板径向应力系数带膨胀节Q为Q = 0。01391 0。003592 管板布管区周边处径向应力系数 = 0.01659 0.008981 管板布管区周边处剪切应力系数 = 0.03804 0。03184 壳体法兰力矩系数 0.0004897 -5。849e-05 计算值许用值计算值许用值管板径向应力 116.2 1。5 225 78。97 3 450 MPa 管板布管区周边处径向应力 107.9 1.5 225 132.8 3 450 MPa 管板布管区周边剪切应力 14.58 0.5 75 32。14 1。5 225 MPa 壳体法兰应力 23。1 1.5 225 -7。262 3 450 MPa 换热管轴向应力 —5。814 111 58。08 —41。68 3 333 58。08 MPa 壳程圆筒轴向应力 38。72 144。5 85.32 433.5 MPa 换热管与管板连接拉脱应力 q = 3.056 [q］ 55。5 21。91 3[q］焊接［q］胀接 166。5 MPa 仅有管程压力Pt作用下的危险组合工况 (Ps = 0）不计温差应力计温差应力换热管与壳程圆筒热膨胀变形差 =(t—t）—（t-t） 0.0 0。0004339 当量压力组合 -2。894 -2.894 MPa 有效压力组合 —26.49 —1.001 MPa 操作情况下法兰力矩系数 -0。0069 —0。1826 管板边缘力矩系数 —0.0069 —0.1826 管板边缘剪力系数 —0。3006 —7.953 管板总弯矩系数 —1。101 3。252 系数仅用于时 0.1895 0。5597 系数当时,按K和m 查图31(a）实线当时，按K和m 查31（b） 0.6384 1.327 系数 >0, =; 〈0 ，= 0。6384 1.327 管板径向应力系数带膨胀节Q为Q = 0。0113 -0.2334 管板布管区周边处径向应力系

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关键词：: 固定板式换热器强度设计

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