固定管板換熱器畢業(yè)設計

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1、沈陽化工大學學士學位論文 Abstract 沈陽化工大學 本科畢業(yè)論文 題目：臥式油-油固定管板換熱器設計 院系：機械工程學院 專業(yè)： 班級： 學生姓名： 指導教師： 論文提交日期：年月日論文答辯日期: 目錄 第一章引言1 第二章文獻綜述2 第三章設計說明書7 3.1、傳熱工藝計算7 3.1.1原始數(shù)據(jù)7 3.1.2定性溫度及物性參數(shù)7 3.1.3傳熱量與柴油出口溫度及定性溫度8 3.1.4有效平均溫度8 3.1.5管程換熱系數(shù)計算9 3.1.6結構的初步設計：10 3.1.7殼程換熱系數(shù)計算10 3.1.8傳熱系數(shù)計算11 3.1.9管壁

2、溫度計算12 3.1.10管程壓降計算12 3.1.11殼程壓降計算13 3.2、強度計算14 3.2.1換熱管材料及規(guī)格的詵擇和根數(shù)確定14 3.2.2管子的排列方式14 3.2.3確定筒體直徑15 沈陽化工大學學士學位論文設計計算 3.2.4筒體壁厚的確定15 3.2.5液壓試驗17 3.2.6封頭厚度的計算17 3.2.7法蘭的選擇18 3.2.8管板的設計20 3.2.9折流板的選擇31 3.2.10接管及開孔補強32 3.2.11管箱短節(jié)壁厚的計算35 3.2.12拉桿和定距管的確定35 3.2.13分層隔板厚度選取36 3.2.14支座的選擇及應

3、力校核36 參考文獻42 致謝44 沈陽化工大學學士學位論文 第三章設計說明書 第三章設計說明書 3、1傳熱工藝計算 3.1.1 原始數(shù)據(jù) 殼程柴油的進口溫度t；=175C 殼程柴油的工作壓力?i=1.6MPa 管程原油的進口溫度t2=70C 管程原油的出口溫度t；=110C 管程原油的工作壓力％=1.6MPa 殼程柴油的流量G1=68000kgh 管程原油的流量G2=88000* 3.1.2 定性溫度及物性參數(shù) 管程原油定性溫度t2=(t2t2)/2=90C 管程原油密度查物性表得p2=815kgm3 管程原油比熱查物性表得CP2=2.2KJ/g，七

4、管程原油導熱系數(shù)查物性表得%=0.128wm.久 管程原油的粘度\=310-3Pa.s 管程原油普朗特數(shù)查物性表得Pr2=51.56 殼程柴油密度查物性表得；1=715kg3 m 殼程柴油比熱查物性表得Cp1=2.48%g產(chǎn)C 殼程柴油導熱系數(shù)查物性表得人i=0.133%七 殼程柴油黏度」1=64010-6Pas 殼程柴油普朗特數(shù)查物性表得Pri=100OX仙iXCp/入1=11.93 3.1.3 傳熱量與柴油的出口溫度及柴油的定性溫度 取定換熱效率為=0.98 則設計傳熱量 Q°=G2Cp2t2-t210003600 =880002.2(70-110)0.9810

5、00/3600 =2108089W 則柴油的出口溫度t1'=t1 3600Q036002108089 =1/5二130C GCP11000680002.481000 ..一一，一一、，.，一.、."一—'" 冗程柴油止性溫度t1=t1+Fc(t1-t1)=175+0.3(175—130)=188.5℃ 3.1.4 有效平均溫度 溫差校正系數(shù)：中=0.93 ■：tN t1-t2-t；-t2175-110-130-70 In F「j'、 t1-t2 ,''.'

6、 In65 60 參數(shù) P: t2 110 -70 參數(shù) t1-t2 175-70 40 ——=0.38 105 R: R — I 7 R t2 -12 175-13045…” 1.125 110-7040 換熱器按單殼程雙管程設計, 則查《管殼式換熱器原理與設計》圖 2-6(a) 沈陽化工大學學士學位論文 第三章設計說明書 有效平均溫差：，tm~：，=0.9362.5=58.125C 3.1.5 管程換熱系數(shù)計算 參考表2-7《管殼式換熱器原理與計算》

7、 初選傳熱系數(shù)：k0=500wmC 則初選傳熱面積為： ^^=^8^=72.54m2 Ko：tm50058.125 選用①19父2不銹鋼的無縫鋼管作換熱管 則管子外徑d0=0.019m 管子內徑di=0.019-20.002-0.015m 管子長度l=3m 則所需換熱管根數(shù)： Nt Fo 二 d0 l 72.54 0.019 3 二 =405.1 可取換熱管根數(shù)為406根 則管程流通面積為a2=*父工＞^：="6M土父0.0152=0.036m2（兩管程） 2424 管程流速為: __G288000_=0833m/：2a236008153

8、6000.036s 管程質量流速為: W2=2：2=8150.833=679 s 管程雷諾數(shù)為Re= ：22di 」2 8150.50.015 310” =3395 管程傳熱系數(shù)為: 3600 1 0.01&2 片 100di 0.2 360010.015900.8330.8 0-2二6740 1000.0150.2 3.1.6 結構的初步設計： 查GB15「1999知管間距按1.25d0?。? 管間距為：S=1.25X0.019=0.025m 管束中心排管數(shù)為：Nc=1.1,Nt=1.1406=22 取22根

9、 0.601 則殼體內徑為：Di=SNc-14d0=0.02522-140.019二 故內徑為0.7m 則內徑比為—=—=4.3（合理） Di0.7 折流板由書可知可以選擇弓形折流板。 則弓形折流板的弓高為：h=0.2Di=0.20.7=0.14m 折流板間距為：B=旦~==0.35m 22 l3 折流板數(shù)量為：nB=--1=，--1=7.6 B0.35 取6塊 3.1.7殼程換熱系數(shù)計算 殼程流通面積為：f1=BDi1-d°^0.35><0.7>

10、.44 殼程質量流速為: 殼程當量直徑為: 殼程雷諾數(shù)為: 36007150.06 W1=1R=7150.44=314.8 de Rei二 s _22_2___2 D^Nd.=0.7-4060.019-0.0445 Ntdg 4060.019 巳值7150.440.0445 ____6 64010 =21874 切去弓形面積所占比例按2=0.2查得為0.145Di 殼程傳熱因子由《管殼式換熱器原理與設計》書圖2-12可查得：Js=120 管外壁溫度假定值為：145C 壁溫下油的黏度為：U=64010

11、^Pas 0.140.14 黏度修正系數(shù)為：電=I上=4—I=1 【%)1640J 1 殼程換熱系數(shù)為：%=量匚中Js=0.133X(11.93)1x1x120=819.44 de0.0445 3.1.8 傳熱系數(shù)計算 查GB15「1999書第138頁可知：殼程選用柴油、管程選用原油 則油側污垢熱阻為：1=0.0001722=0.000172 由于管壁比較薄，管殼層阻力損失都不超過0.3X103N/m3所以管壁的熱阻了可以 忽略不計。 所以可以計算出總傳熱系數(shù)為： Kj 1 ：i di 二 2 di 1 819.44 0.019 0.019 0.00017

12、2 0.000172 - - 0.015 6740*0.015 =553.72WmC 則傳熱系數(shù)比為：Kj=55372=1.11(合理)K0500 所以假設合理。 3.1.9 管壁溫度計算 管外壁熱流溫度計算為: Qo Nt 二 d0l 2108089 406 3.14 0.019 3 口28996 w m2  管外壁溫度為：tw1=t1—q」」+?1'=188.8—28996父一1—+0.0001721=148.49曲)<819.44) 誤差校核：tw1-tw1=148.4-145=3.4C 因為誤差不大，所以合適。 3.1.10 管程壓降計算

13、 tw2 M。d0 di 二十￥ 12 口2 0.019 =90 28996 - 0.015 6740 0.000172 =102 C 壁溫下油的黏度為：」w2=310^Pas 黏度修正系數(shù)：燈=口乜］=，"嗎)=1 I"”01 查得管程摩擦系數(shù)為：2=0.0122 管程數(shù)nt=2 管內沿程壓為： W22lnt26792320.0122 「Pi=-==1380Pa 2：2,di228150.0151 回彎壓降為：二些4nt=679242=2263Pa 2%2815 取出口處質量流速為：wN2=1000kgm2s 22 進出口管處壓降為：-：?N2

14、=Wn21.5=10001.5=8402Pa 2：22815 管程污垢校正系數(shù)為：；2=1.2 則管程壓降：：P2=：mi：Pbd2：Pn2=”38022631.28402=12773.6Pa 3.1.11殼程壓降計算 殼程當量直徑為: de Di2 - N 0 Nt do 0.72 -406 0.0192 =0.0445m 406 0.019 殼程雷諾數(shù)為：Q1 Wde 380.3 0.0334 910 10-6 =13958 經(jīng)查殼程的摩擦系數(shù)為：1 = 0.42 管束壓降為: 亞 D nb 1」=3W 07 18 042 2:1 也 de 2 7

15、15 0.0445 1 = 4121Pa 取進口管處質量流速為: 1000 取進口管壓降為：；：Pni=W21.5=100021.5=1049Pa 2i2715 取導流板阻力系數(shù)為：d=5 22 導流板壓降為：.曰當d=儂~5=6993Pa 2：1715 殼程結垢修正系數(shù)d=1.38 殼程壓降為："1="0d；d匚、1=1.38412169931049=13729Pa 管程、殼程允許壓降為：1”1M匚31-35000Pa △?1：」Pi1 符合壓降條件 .叫

16、目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源及計算公式 數(shù)值 1 換熱管外徑 do mm GB151--1999《管殼式換熱器》 19 2 管長 l mm GB151--1999《管殼式換熱器》 3000 3 傳熱面積 S 2m A=-Q-《管殼式換熱器設計 K&m 原理》 72.54 4 換熱管根數(shù) N 個 N* nd°l 406 5 拉桿 d ni 個 GB151---1999《管殼式換熱器》 表43.44 12/8 6 材料 GB150-1998《鋼制壓力容器》 20# 3.2.2管子的排列方式 1 正三

17、角形排列 GB151-1999《管殼式換熱器”圖 11 2 換熱管中心距 S mm GB151-1999《管殼式換熱器》 25 3 隔板板槽兩側 相鄰中心距 Sn mm GB151-1999《管殼式換熱器》 38  3.2.3 確定筒體直徑 1 換熱管中心 距 S mm GB151-1999 《管殼式換 熱器》表12 25 2 換熱管根數(shù) n 根 406 3 分程隔板厚 5 mm 同上 10 4 管束中心排 管的管數(shù) Nc 根 同上 22 5 筒體直徑 ' Di mm 同上

18、601 6 實取筒體直 徑 Dn mm 考慮防沖板 向上取 700 3.2.4 筒體壁厚的確定 在舁廳P 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源及計算公式 結果 1 工作壓 力 P MPa 給定 1.6 2 材料 GB150-1998《鋼制壓 力容器》 Q345R 3 材料許 用應力 b] MPa GB150-1998《鋼制壓 力容器》 170 4 焊接接 頭系數(shù) 4 《過程裝備設計》 0.85  5 殼程設 計壓力 Pc MPa Pc=1.1P 1.76 6 筒體計 算厚度 5

19、mm -PcDi 0=-r—T-. 2k2-Pc 4.3 7 設計厚 度 6d mm 6d…C2 6.3 8 名義厚 度 ?6n mm WG 7.3 9 實取名 義厚度 6n mm GB151-1999《管殼式 換熱器》表8 8 10 負偏差 C1 mm 《過程裝備設計》 1 11 腐蝕余 量 C2 mm 《過程裝備設計》 2 12 計算厚 度 建 mm Oe=n-C1—C2 5 13 設計厚度下圓筒的計算應力 CTt MPa gt^D^e.)2之 125 14 校核 MPa 仃

20、，＜b產(chǎn) 179.8 合格 15 設計溫度下圓筒的最大許用工作壓力 MPa Ip]_23。二w(Df) 2.05  3.2.5 液壓試驗 在舁廳P 項目 符號 單位 根據(jù)來源及計算公 式 數(shù)值 1 試驗壓力 Pt MPa n1.25PckIPT:-□- 2.2 2 圓筒薄膜 應力 仃T MPa Pt(Di+6e) 0t- 2譏 155.1 3 校核 0.9伏rs=179.8MPa>

21、a Pc=1.1Pc 1.76 2 材料 GB150-1998《鋼制壓力 容器》 Q345R 3 材料許用 應力 MPa GB150-1998《鋼制壓力 容器》 170 4 焊接接頭 系數(shù) * 《過程裝備設計》 0.85 5 封頭計算 厚度 5 mm 2b附-0.5PCc 4.3 6 設計厚度 6d mm 6d=6+C2 6.3  7 名義厚度 6n mm 6n=^dC1 7.3 8 實取名義 厚度 6n mm GB151-1999《管殼式換 熱器》表8 8 9 有效厚度 院

22、 mm -C 7 10 設計厚度下封頭的計算應力 ta MPa t CJ' 2譏 88.88 11 校核 0.9中0s=179.8MPa>仃t 12 設計溫度下封頭的最大許用工作壓力 R] MPa BJeb. w版+旌） 2.88 13 p

23、 815 776 766 763 66 210 16 21 18 27 M24 28  由《壓力容器法蘭》選擇相應墊片：非金屬軟墊片JB/T4704—2000 其相應尺寸為：D=765mmd=715mm、=3mm 2.7.2 接管法蘭的選擇 1〉管程接管的公稱直徑相同設為 則da 4G 4 88000 106 800 二 ― 800 3.14 3600 = 197.2mm 同理或=197.2mm 故取 a =b=200mm 故取公稱直徑dN2 = 200mm 公稱壓力為 九2 =2.5MPa s 2〉殼程接管的公

24、稱直徑相同設為d,設進出口質量流量為800 —6 4G46800010 173mm 800二,8003.143600 同理dd=173mm 公稱壓力為?N1 =2.5MPa 故取公稱直徑dN1=200mm 由《鋼制管法蘭，墊片，緊固件》選擇帶頸對焊法蘭a.b相關參數(shù)如下 Dn A/ B D K n L Th C Bi 法蘭理論重量 200 219.1 /219 360 310 12 26 M24 30 244/ 244 17.4 由《鋼制管法蘭，墊片，緊固件》選擇帶頸對焊法蘭c.d相關參數(shù)如下 Dn A/ b D

25、 K n L Th C B1 法蘭理論重量 200 219.1 /219 360 310 12 26 M24 30 244/ 244 17.4  3.2.8 、管板的設計 管板尺寸的確定及強度計算 本設計為管板延長部分兼作法蘭的形式，即GB151-1999項目5.7中，圖18所示 e型連接方式的管板。 A、確定殼程圓筒、管箱圓筒、管箱法蘭、換熱管等元件結構尺寸及管板的布管方式；以上項目的確定見項目一至七。 B、計算A、As、na、Kt、［仃［r、Ac、Dt、九、Q與、P、名t、Pt； 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)

26、值 1 筒體內徑 Di mm 700 2 筒體內徑板截 A 2mm A=ttD12/4 384650 3 筒體厚度 6s mm 8 4 圓筒內殼壁金屬截面積 A 2mm As=4①(口+①) 17794 5 管子金屬總截 na 2mm na=n16t(d) 7.65X104 6 換熱管根數(shù) n 406 7 換熱管外徑 d mm 19 8 換熱管壁厚 6t mm 2 9 換熱管材料的彈性模量 Et MPa GB150-1998表F5 185000 10 換熱管有效長度 L

27、 mm 2840 11 沿一側的排管數(shù) n' 203 12 布管區(qū)內未能被管支撐的面積 Ad 2mm Ad=n'S(Sn-0.866S) 82976.25 13 管板布管區(qū)面積 At 2mm —2. At=0.866nS+Ad 302723.75 14 管板布管區(qū)當量直徑 Dt mm Dt=J4At/：r 620 15 換熱管中心距 S mm GB151-1999 25  16 隔板槽兩側相鄰管中心距 Sn mm GB151-1999 38 17 管板布管內開孔后的面積 A 2mm -_一2一

28、 A=A—nnd/4 269537 18 系數(shù) 九 ，u=A/A 0.7 19 殼體/、帶膨脹節(jié)時換熱管束與圓筒剛度比 Q Q=Etxna/EsAs 0.8 20 殼程圓筒材料的彈性模量 Es GB150-1998表F5 190000 21 系數(shù) P P=na/A 0.28 22 系數(shù) 工 與=0.4+0.6(1+Q)/兒 15.8 23 系數(shù) % 5=0.4(1+P)+(0.6+Q)/人 2.512 24 管板不管區(qū)當量直徑與殼程圓筒內徑比 Pt Pt=Dt/D 0.89 25 管子受壓失

29、穩(wěn)當量長度 Lcr mm GB151-1999圖32 2008 26 設計溫度卜管子受屈服強度 6st MPa GB150-1998表F2 133 27 管子回轉半徑 i mm 6.35 C.對于延長部分兼作法蘭的管板，計算Mn和Mp 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 墊片接觸寬度 N mm GB150-1998表9-1 25 2 墊片基本密度寬度 Bo mm Bo=N/2 12.5 3 墊片比壓力 y MPa GB150-1998表9-2 11 4 墊片系數(shù) m r2.

30、o 5 墊片啟效餐'封竟度 b mm B=2.537bO 9 6 墊片壓緊力作用中心圓直徑 Dc mm Dc=D-2b 682 7 預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 Wa N Wa=3.14DcXbxy 213358  8 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 Wp N 2- Wp=0.78Dc義Pc X6.28Dcxbxy 2723296 9 常溫下螺栓材料的許用應力 MPa GB150-1998表F4 272.5 10 預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積 Aa 2mm Aa=Wa/bl b 909.2 11 操作狀態(tài)下需

31、要的最小螺栓面積 Ap 2mm Ap=Wp/b1 1891 12 需要螺栓總截面積 Am 2 mm Am=max{Aa,Ap} 1891 13 法蘭螺栓的中心圓直徑 Db mm 815 14 法蘭中心至F作用c 處的徑向距離 LG mm Lg=(D0-Dg)/2 34 15 基本法蘭力矩 Mm N.mm Mm=AmMJmk[ Fb 7 1.8x10 16 筒體厚度 6。 mm 8 17 法蘭頸部大端有效厚度 初 mm 61=1.7560 14 18 螺栓中心至法蘭頸部與法蘭背面交的徑向距離 LA

32、 mm LA=(Db-Di)/2-d 49.5 19 螺栓中心處至Ft作用位置處的徑向距離 LT mm Lt=(La+Lg+d)/2 51.5 20 作用于法蘭內徑截面上的流體壓力引起的軸向力 Fd N Fd=0.785D12XPc 518676 21 流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內徑截面上的流體壓力引起的軸向力差 Ft N Ft=F-Fd 102897 22 操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓力 Fg N Fg=6.28DGXbXm xPc 90092.9  23 法蘭操作力矩 Mp N.mm Mp=FdXLd+FTX Lt

33、+FgXLg 7 3.32X10 24 螺栓中心距Fd作用 處的徑向距離 Ld mm Ld=0.5(Di-DQ 49.5 d假定管板的計算厚度為6,然后按結構要求確定殼體法蘭厚度af',計算k,k、 和K 在舁廳p 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 假定管板計算厚度 5 mm 80 2 殼體法蘭厚度 6f’ mm 66 3 管板材料彈性模量 Ep MPa GB150-1998表F5 3 190X10 4 換熱管材料的彈性模量 Et MPa GB150-1998表F5 3 191X10

34、5 管板剛度削弱系數(shù) 刀 GB151-1999 0.4 6 換熱管有效程度 l mm 2840 7 管板強度削弱系數(shù) Gb151-1999 0.4 8 管子金屬總截面積 na 2mm 2.53X104 9 換熱管加強系數(shù) K K=1.318MD1/6 jEt^na(Ep^」父6 2.6 10 管板布管區(qū)的當量直徑匕殼程圓筒內徑之比 Pt P=Dt/D1 0.89 11 管板周邊布管區(qū)的無量綱參數(shù) k k=KX(1-P) 0.4 12 管束模數(shù) Kt MPa Kt=Etna/(LXQ)

35、 3995 13 殼體法蘭材料彈性模量 Ef' MPa GB150-1998表F5 190X103 14 殼體圓筒材料彈性模量 Es GB150-1998表F5 3 190X10  15 殼體法蘭寬度 bf mm bf=(Df-D1y2 66 16 系數(shù) 切' GB151-1999圖26 0.00055 17 殼體法蘭與圓筒的選裝剛度 Kf' MPa 1一 Kf'=— 12 r26f)3- —L+Es?'lD-. 2Ef'xbf D+bf 1 1 9.923 18 旋轉剛度無量綱參數(shù) K; Kf=

36、兀Kf'/( 4Kt) 0.00195 E、由GB151-1999P51圖27按照K和Kf查明，并計算中值，由圖29按照K和Kf查 G值 在舁廳p 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 管板第一矩系數(shù) GB151-1999圖27 0.18 2 系數(shù) 9=色/(KXKf) 35.5 3 系數(shù) G2 GB151-1999圖29 1.92 F、計算M,由GB151-1999圖30按照K和Q查G3,計算％AM'、AMf' 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 管箱法蘭材料的彈性模量

37、 Ef" MPa GB150-1998表F5 3 191X10 2 管箱法蘭厚度 6f" mm JB/T4702-2000 66 3 系數(shù) co" GB151-1999圖26 0.000551 4 管箱圓筒與法蘭的旋轉剛度參數(shù) Kf" MPa 1—2Ef、bf/2f'、31”] Kf"=,1()3+Eh^ 12!Di+bfDi」 9.88 5 管板邊緣力矩的變化系數(shù) △M △M=1/(Kf'/Kf'*) 0.43  6 法蘭力矩變化系數(shù) AM'=Kf'XaM/Kf" 0.42 7 管板第二彎矩系數(shù) mb

38、 GB151-1999圖28(a) 3.8 G按殼程設計壓力PS,而管程設計壓力R=0,膨脹變形差r,法蘭力矩的的危險組 合（GB151-1999項目5.7.3.2分別討論） a、只有殼程設計壓力Ps,而管程設計壓力P=0,不計膨脹節(jié)變形差（即r=0） 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 當量壓力組合 Pc MPa Pc=Ps 1.76 2 后效壓力組合 Pa MPa Pa=￡sP+PxrxEt 5.25 3 基本法蘭力矩系數(shù) m- ---.._3_ Mm=4Mm/(九5卬父Pa) 0.0032 4 管

39、程壓力下的法蘭力矩系數(shù) Mp __3_ Mp=4Mp/(九大冗父DiMPa) 0.023 5 管板邊緣力矩系數(shù) M M=Mm+AMMM1 0.02 6 管板邊緣剪切系數(shù) v v=MB 0.51 7 管板總彎矩系數(shù) m m=(m1+vmm2)/(1+v) 0.75 8 系數(shù) Gi G=max{GLe,GL1} 0.33 9 殼體法蘭力矩系數(shù) Mws Mws=^MMm-AM^Mi 0.032 10 管板徑向應力系數(shù) Aor △二1g±vG1r4Q+G2 0.07 11 管板的徑向應力 3 MPa

40、 2 0r=QrMPaM(九/NF(D1優(yōu)) 88 12 管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數(shù) 仃r' %'=3(1+v)m/4K(Q+G2) 0.025  13 管板布管區(qū)周邊外徑向的應力 一? 仃r MPa 5'=a>PaM(￡/N￥(%jx-1—%+K2x(V2-m)/2ml 72.5 14 管板布管區(qū)周邊剪切應力系數(shù) I ▼p Tp'=(1+v)/4(Q+G2) 0.058 15 管板布管區(qū)周邊的剪切應力 MPa Lp'，Pa%% 15 16 法蘭的外徑與內徑之比 K K=D0/D1 1.14 17 系數(shù)

41、 丫1 GB150-1998表9-5 10.75 18 殼體法蘭應力 J' MPa 仃f'=%父丫父MwsMPax人 2 “）網(wǎng)） 7.9 19 換熱管的軸向應力 5 MPa 1Go-vQ 叫=4[Pc---xPa] tP[Q+G2] 8.1 20 殼程圓筒的軸向應力 仃c MPa A>.(1+v) crc=——x'‘XPa AsQ+G2 41.05 21 一根換熱管管壁金屬的橫界 a 2mm naa= n 176.6 22 換熱管與管板連接的拉托應力 q MPa a q一%父j ndl 0.005

42、 b、只有殼程設計壓力，而管程設計壓力Pt=0,并且計入膨脹變形差。 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 殼程圓筒材料線膨脹系數(shù) as 1/0c GB150-1998 -6 11.62X10  2 換熱管材料線膨脹系數(shù) at 1/0c GB150-1998 -6 10.88X10 3 換熱管與殼程圓筒的膨脹變形差 r r—at(tt-t0)-as(ts-10) -6 -173X10 4 沿長度平均的殼程圓筒金屬溫度 ts 0c 工2給定 160 5 沿長度平均的換熱管金屬溫度 tt 0C 工2

43、給定 110 6 制造環(huán)境溫度 t0 20 7 當量壓力組合 Pc MPa Pc=Ps-Pt(1+P) 0.88 8 有效壓力組合 Pa MPa PayPs-￡tMPt+pM r父Et 30.053 9 基本法蘭力矩系數(shù) Mm 3 Mm=4Mm/(人父冗MD；父Pa) 0.002 10 管程壓力下的法蘭力矩系數(shù) Mp Mp=4Mp/(九乂冗MD；父Pa) 0.004 11 管板邊緣力矩系數(shù) M M=Mm+^M父Mi 0.007 12 管板邊緣剪切系數(shù) v v=M父小 0.25 13 管程總

44、彎矩系數(shù) m m=(m1+vxm2)/(1+v) 0.906  14 系數(shù) G G尸max{Gie,GQ 0.175 15 殼體法蘭力矩系數(shù) Mws M；s=?xMm-iMtXM1 -0.0054 16 管板徑向應力系數(shù) (Or)=(1+v)Gi/4(Q+G2) 0.00135 17 管板的徑向應力 巴 MPa %=￡Pa//D_ N16J 2| 53 18 管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數(shù) （?！浮? (仃「')=3(1+v)m/4K (Q+G2) 0.07 19 布周徑應板區(qū)外的管管邊向力 仃r'

45、 MPa 5'=何’》因乂兒2尸(%)2x1—%+白><(72—my2ml 165 20 管板布管區(qū)周邊的剪切應力系數(shù) Tp' Tp'=(1+v)/4(Q+G2) 0.08 21 管板布管區(qū)周邊的剪切應力 Tp MPa .…九一Di T_T乂Paxj—乂 1P1Ppan6 89 22 換熱管的軸向應力 3 MPa 1Go-vQ 仃=《[Pc-_-xPa] tPq+g2 4 23 換熱管與管板連接的拉托應力 q MPa q-at父 ndl 0.031  c、只有管程設計壓力Pt,而殼程設計壓力Ps=0,不計膨脹節(jié)變形差時

46、: 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 備注 1 當量壓力組合 Pc MPa Pc=Ps 0 2 有效壓力組合 Pa MPa Pa=EsPs+BrEt -6.401 3 管板邊緣力矩系數(shù) M M=Mm+AM父M1 0.00 7 4 管板邊緣剪切系數(shù) v v=M黑牛 0.25 5 管板總彎矩系數(shù) m m=(m,+v^m2)/(1+v) 0.90 6 6 系數(shù) G G1=max{GLe,GL。 0.00 4816 7 管板的徑向應力 MPa 0r=(

47、%產(chǎn)Pax(九/N)x ,2 (D/6) -2.7 13 M1.5b1 8 管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數(shù) 「 ) (%')=3(1+v)m/4K (Q+G2) -0.074 9 管板布管區(qū)周邊外徑向的應力 %' MPa 0r'=(%'jxPax(九/N產(chǎn)(XLrFM+Yx(V2-m)/2m1 -89. 73 W1.5b］： 10 管板布管區(qū)周邊的剪切應力系數(shù) Tp' Tp'=(1+v)/4(Q+G2) 0.07 04 11 管板布管區(qū)周邊的剪切應力 Tp MPa Tp/'Pa^W；%J -4.5 87 <0.5l

48、

49、號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 備注 1 換熱管與殼程圓筒的膨脹艾形差 r r—at(tt-t0as(ts-t0) -173 X10-6 2 當量壓力組合 Pc MPa Pc=Ps-Pt(1+P) -1.03 2 3 有效壓力組合 Pa MPa Pa=8sMPs—%MPt+0xrMEt -11.7 2 4 基本法蘭力矩系數(shù) Mm 3 Mm=4Mm/(九*冗D13父Pa) -0.00 523 5 管板邊緣力矩系數(shù) M M=Mm+AMMM1 0.000 19 6 管板邊緣剪切系數(shù) v

50、 v=Mm① 0.006 7 7 管程總彎矩系數(shù) m m=(m1+vxm2)/(1+v) 0.204 8 系數(shù) G1 G尸max{Ge,Gii} 0.005 24 9 管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數(shù) （，’） (%')=3(1+v)m/4K(Q+G2) 0.013 3 10 管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數(shù) 仃r' MPa %'=Hr'FPaT 2 (D1/6)Mb-K/m+KM (1.414-m)/2m 11.4 W3kl  11 管板布管區(qū)周邊的剪切應力系數(shù) Tp' Tp'=(1+v)

51、/4(Q+G2) 0.065 12 管板布管區(qū)周邊的剪切應力 Tp MPa Tp=Tp'MPax-x—" ppk每 -27.9 6 <1.5fcr 13 換熱管的軸向應力 9 MPa 1Go-vQ 54[Pc-//xPa] PQ+G2 30.6 <3b]tr 14 換熱管與管板連接的拉托應力 q MPa a q=5父 ndl 0.19 <0.5fo H、由管板計算厚度來確定管板的實際厚度: 在舁廳p 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 備注 1 管板計算厚度 6 mm 6=0皿度1 84.2

52、 2 殼程腐蝕裕量 G mm 2 3 管程腐蝕裕量 C2 mm 2 4 結構開槽深度 h1 mm 根據(jù)結構確定 3 5 管板的實際厚度 8 mm 90 考慮圓整 是否安裝膨脹節(jié)的判定 由G,a、b、c、d計算結果可以看出：四組危險組合工況下，換熱管與管板的連接拉托力均沒超過設計許用應力，并且各項應力均沒超過設計許用應力。所以，不需要安裝膨脹節(jié)。 3.2.9 .折流板的選擇 3.2.9.1 選型 根據(jù)GB151—1999《管殼式換熱器》圖37選擇單弓形水平放置的折流板。 3.2.9.2 折流板尺寸 缺口弦高

53、h值，一般取0.20~0.45倍的圓筒內直徑，取 h=0.2di=0.20.7=0.14m 3.2.9.3 換熱管無支撐跨距或折流板間距 由GB151—1999表42知，但換熱管為外徑①19父2鋼管時，換熱管的最大無支撐跨距為l=1500mm，且折流板最小間距一般不小于圓筒內直徑五分之一且不小于50mm由傳熱計算得到折流板間距B=350mm 3.2.9.4 折流板厚度 由GB151—1999表34,DN=700mml=1500mm 查得折流板最小厚度為10mm,實取折流板厚度10mm 由GB151—1999表36查得管孔直徑為19.6mm允許偏差為0~0.4mm 3.2.9.5

54、 折流板直徑 由GB151—1999表41查得折流板名義外直徑為DN=695.5mm允許偏差 為-0.8~0mm 3.2.10 .接管及開孔補強 補強及補強方法判別 補強判別 由GB150-1998表8—1知當滿足下列所有條件時不另行補強。 1〉設計壓力小于或等于2.5MPa兩相鄰開孔中心距應不小于兩孔直徑之和的兩倍； 2〉接管公稱直徑小于或等于89mm 3〉接管最小壁厚滿足表8—1要求(GB150—1998p75) 由于接管200mm的公稱直徑大于89mm所以要補強，但由于設計 的筒體或封頭的厚度遠大于理論厚度，所以要進行計算看是否要進行補強。 補強計算方法判別 開

55、孔直徑d=di2c=20021=202mm 本凸形封頭開孔直徑d=202mm<―i~=350mm滿足等面積法開孔補強 2 計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算 開孔所需補強面積 強度削弱系數(shù)fr = = 1.0 接管有效厚度et=nt-l=2-1=1mm 開孔所需補強面積A=ds?2二、,.戌1-fr=2028.58=1733.16mm2 有效補償范圍有效寬度取值 B=d2、n2、nt=35021021.9-370mm 故取B=420mm 有效高度外側有效高度 %=.d二m一二.2021.9=19.6mm 內側有效高度 h2=/dn[->2021.

56、9-20mmh2=0 故取h2-0 有效補強面積封頭多余金屬面積封頭有效厚度 e=、n-C=8-1=7mm 封頭多余金屬面積 A=(B-d誦e-6)-2$et?e-6'(1-f,)=(230-202)(10.2-8)=16.8mm2 接管多余金屬面積2 A=2h1、戌一、tfr2h2、戌一C2fr=223.92.5—1.57=44.45mm =3.14mm 苴中M1.76200 /t2^]—?。21700.85-1.76 接管區(qū)焊縫面積（焊角取6.0mm） 1ccccccc2 A3=26.06.0=36.0mm 32 有效補強面積 2 Ae=Aa2A3=16.

57、844.4536.0=97.25mm2 所需另行補強面積 2 A4=A-A1A2A3=2939.2-97.25=2842mm2 擬采用補強圈補強 補強圈設計 根據(jù)接管公稱直徑DN200選補強圈，參!I^補強圈標準JB/T4736取補強圈外徑 ‘ D=400mm 內徑 ' d=215mm 因B=420mmaD'補強圈在有效補償范圍內 補強圈厚度為、?.'=~A^=1842=8.5mm D-d400-215 考慮鋼板負偏差并經(jīng)圓整，取補強圈名義厚度為6n=10mm 3.2.11. 管箱短節(jié)壁厚的計算 在舁廳P 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源及計算公 式

58、數(shù)值 1 設計壓力 Pc MPa Pc=1.1P 1.76 2 選材 GB150-1998《鋼制 壓力容器》選 Q345R 3 計算厚度 5 mm B-PcDi 一2kH-Pc 4.3 4 設計厚度 6d mm 8d=5+C2 6.3 5 名義厚度 &n mm Gn=GdC1 7.3 6 實取名義 厚度 6n mm 8 7 有效厚度 5e mm ^e&n-C 7 注：其符號意義及取值同筒體壁厚計算的符號及意義 水壓試驗比較筒體的水壓試驗和短節(jié)的水壓試驗同樣可以滿足要求 3.2.12. 拉桿

59、和定距管的確定 在舁廳p 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源及計算公式 數(shù)值 1 拉桿直 徑 dn mm GB151-1999《管殼式換熱器》 表43 12 2 拉桿數(shù) 量 n GB151-1999《管殼式換熱器》 表44 8 3 定距管規(guī)格 GB151-1999《管殼式換熱器》 取 619父2  4 拉桿在管板端螺紋長度 Ld mm GB151-1999《管殼式換熱器》 表45 50 5 拉桿在折流板端螺紋長度 Ls mm GB151-1999《管殼式換熱器》 表45 15 6 拉桿上 倒角高 b

60、 mm GB151-1999《管殼式換熱器》 表45 2.0 3.2.13. 分程隔板厚度選取 根據(jù)GB151-1999《管殼式換熱器》，分層隔板厚度取10mm 3.2.14. 支座的選擇及應力校核 3.2.14.1 支座的選擇 BI 根據(jù)《鋼制管法蘭墊片緊固件》JB/T4712-92鞍式支座的選擇重型 型焊制鞍式支座（表7） 當DN=700mm取鞍式支座的相關尺寸如下: 在舁廳P 項目 符號 單位 數(shù)值 1 公稱直徑 DN mm 700 2 允許載荷 Q KN 170 3 鞍座局度 h mm 200 4 底板 1i

61、mm 640 bi mm 150 mm 10  5 腹板 占2 mm 8 6 筋板 l3 mm 350 b2 mm 140 b3 mm 200 壇 mm 10 7 墊板 弧長 mm 830 b4 mm 350 S4 mm 6 e mm 36 8 螺栓間距 l2 mm 460 9 帶墊板鞍座質 量 M kg 28 10 包角 ot Q 120 11 型號 BI 700 3.2.14.2鞍座的應力校核 (1)原始數(shù)據(jù)表 在舁廳p 項目 符號 單位

62、數(shù)值 1 設計壓力 P MPa 1.76 2 設計溫度 T ( 145 3 物料密度 p kg/3/m 815 4 筒體內徑 Di mm 700  5 筒體長度 L mm 3090 6 公稱厚度 6n mm 8 7 厚度附加量 C mm 2 8 鞍座型號 BI F,S型各一個 9 鞍座中心線離封頭切線 的距離 A mm 848 10 鞍座腹寬 b mm 170 11 腹板厚度 bo mm 10 12 鞍座包角 Q 0 120 13 容器與封頭的材料 Q345R 1

63、4 容器與封頭的許用應力 Er] MPa 170 15 鞍座材料 Q235B 16 鞍座材料許用應力 bJ sa MPa 125 17 容器自重 M1 kg 2000 18 物料重量 M2 kg 1500  19 總重量 M kg 3500 （2）校核計算 序 項目 符號 單位 根據(jù)來源及計算公式 數(shù)值 號 1 支座反力 F N 1 F=萬Mg 62578 2 系數(shù) G 1+2j但Y」”2]]lL 0.24 5— 13LJ 3 系數(shù)

64、 C2 C /4H 2=1+—— 3L 1.102 4 系數(shù) C3 C3 R2-H2 -2RL 0.606 5 Nmm -4.21義 同體仕支 Mi Mi =F(GL-A) 座跨中截 107 面處的彎 矩 6 筒的支座 截面的彎 M2 Nmm RA__FA M2—— C2 '；A+「R「〕1--十C3--C2

65、1 1__0 爾瓦 0.936 應力（最高 點） 8 跨中截面 2 MPa (J— PRifM1 52.36 處的軸向 2 2名喑鼠 應力（最低 點）  9 系數(shù) A 八0,094g△ 0.0021 10 系數(shù) B MPa GB150-1998圖6-3 128 11 軸向許用 壓縮應力 L] ac MPa 卜1=B 128 12 比較C ’1 <

66、中的切問剪應力 13 系數(shù) K3 《過程裝備設計》表5-2 1.17 14 切向男應 力 7ax MPa K3FL-2A Ymax-、Ai_i Ri露L+生 3 3.09 15 橢圓形封 頭的形狀 系數(shù) K 標準橢圓形封頭K=1.0 1.0 16 封頭內壓引起應力 CT MPa KPDi國一次 76.81 17 比較%ax<0.8?t戶max<1.25.]再,驗算合格 筒體的周向應力 18 鞍座截面筒體最低處的周向應力 ◎ MPa -K5F 仃5=——— 53 -9.34 19 系數(shù) K5 《過程裝備設計》表5-3 0.760 20 筒體后效寬度 b2 mm b2=1.56id 256.8 21 鞍座邊角處筒體的周向應力 Cb MPa -F12K6FRi 0b-452-L6； -42.36  22 系數(shù) K6 《過程裝備設計》表5-3 0.0528 23 比較（ 丁5<&1,杵1<1.25口1,驗算合格。 鞍座腹板應力 24 系數(shù)