固定管板式換熱器計算

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1、過程設備強度計算書 SW6-98 固定管板換熱器設計計算 計算單位 遼寧石油化工大學 設 計 計 算 條 件 殼 程 管 程 設計壓力 ps MPa 設計壓力 pt MPa 設計溫度 ts C 設計溫度 tt C 殼程圓筒內徑 D i mm 管箱圓筒內徑 D i mm 材料名稱 材料名稱 簡 圖 計算 內容

2、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 膨脹節(jié)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 0 全國化工設備設計技術中心站 過程設備強度計算書 SW6-98 前端管箱筒體計算 計算單位 遼寧石油化工大學 計算條件

3、 筒體簡圖 計算壓力 Pc MPa 設計溫度 t C 內徑 Di mm 材料 試驗溫度許用應力 MPa 設計溫度許用應力 t MPa 試驗溫度下屈服點s MPa 鋼板負偏差 C mm 1 腐蝕裕量 C2 mm 焊接接頭系數 計算厚度 有效厚度 名義厚度 重量 壓力試驗類型 試驗壓力值 壓力試驗允許通過

4、的應力水平 T 試驗壓力下 圓筒的應力 校核條件 校核結果 最大允許工作壓力 設計溫度下計算應力 t 校核條件 結論  厚度及重量計算 = Pc Di = mm 2[ ] t Pc e =n - C1- C 2= mm n = mm Kg 壓力試驗時應力校核 液壓試驗 P =1.25 P [ ] =

5、 ( 或由用戶輸入 ) MPa [ ] t T T 0.90 s = MPa T = pT .( Di e ) = MPa 2 e . T T 合格 壓力及應力計算 2 e [ ] t MPa [ Pw] = ( Di e ) = Pc ( Di e ) MPa t = 2 e = MPa t t ≥ 筒體

6、名義厚度大于或等于 GB151中規(guī)定的最小厚度 6.00mm,合格 1 全國化工設備設計技術中心站 過程設備強度計算書 SW6-98 前端管箱封頭計算 計算單位 遼寧石油化工大學 計算條件 橢圓封頭簡圖 計算壓力 c MPa P 設計溫度 t C 內徑 Di mm 曲面高度 i mm h 材料

7、 設計溫度許用應力 t MPa 試驗溫度許用應力 MPa 鋼板負偏差 C1 mm 腐蝕裕量 C2 mm 焊接接頭系數 厚度及重量計算 2 形狀系數 K = 1 2 Di 6 2hi 計算厚度 = KPc Di 2[ ] t 0.5 Pc  = =  mm 有效厚度 e = n - 1 2= mm

8、 C- C 最小厚度 min = mm 名義厚度 n = mm 結論 滿足最小厚度要求 重量 Kg 壓 力 計 算 最大允許工作壓力 [ P ] = 2[ ]t e = MPa KDi 0.5 e w 結論 合格

9、 2 全國化工設備設計技術中心站 過程設備強度計算書 SW6-98 后端管箱筒體計算 計算單位 遼寧石油化工大學 計算條件 筒體簡圖 計算壓力 Pc MPa 設計溫度 t C 內徑 Di mm 材料 試驗溫度許用應力 MPa 設計溫度許用應力 t MPa 試驗溫度下屈服點s MPa 鋼板負偏差 C mm 1

10、 腐蝕裕量 C2 mm 焊接接頭系數 計算厚度 有效厚度 名義厚度 重量 壓力試驗類型 試驗壓力值 壓力試驗允許通過 的應力水平 T 試驗壓力下 圓筒的應力 校核條件 校核結果 最大允許工作壓力 設計溫度下計算應力 t 校核條件 結論  厚度及重量計算 = Pc Di = mm 2[ ] t Pc e =n - C1-

11、 C 2= mm n = mm Kg 壓力試驗時應力校核 液壓試驗 P =1.25 P [ ] = ( 或由用戶輸入 ) MPa [ ] t T T 0.90 s = MPa T = pT .( Di e ) = MPa 2 e . T T 合格 壓力及應力

12、計算 2 e [ ] t MPa [ Pw] = ( Di e ) = Pc ( Di e ) MPa t = 2 e = MPa t t ≥ 筒體名義厚度大于或等于 GB151中規(guī)定的最小厚度 6.00mm,合格 3 全國化工設備設計技術中心站 過程設備強度計算書 SW6-98 后端管箱封頭計算 計算單位 遼寧石油化工大學 計算條件 橢圓封頭簡圖

13、計算壓力 c MPa P 設計溫度 t C 內徑 Di mm 曲面高度 i mm h 材料 設計溫度許用應力 t MPa 試驗溫度許用應力 MPa 鋼板負偏差 C1 mm 腐蝕裕量 C2 mm 焊接接頭系數 厚度及重量計算 2 形狀系數 K = 1 2 Di 6 2hi 計算厚度 = KP

14、c Di 2[ ] t 0.5 Pc  = =  mm 有效厚度 e = n - 1 2= mm C- C 最小厚度 min = mm 名義厚度 n = mm 結論 滿足最小厚度要求 重量 Kg 壓 力 計 算 最大允許工作壓力 [ P ] = 2[ ]t e

15、 = MPa KDi 0.5 e w 結論 合格 4 全國化工設備設計技術中心站 過程設備強度計算書 SW6-98 殼程圓筒計算 計算單位 遼寧石油化工大學 計算條件 筒體簡圖 計算壓力 Pc MPa 設計溫度 t C 內徑 Di mm

16、 材料 試驗溫度許用應力 MPa 設計溫度許用應力 t MPa 試驗溫度下屈服點s MPa 鋼板負偏差 C mm 1 腐蝕裕量 C2 mm 焊接接頭系數 計算厚度 有效厚度 名義厚度 重量 壓力試驗類型 試驗壓力值 壓力試驗允許通過 的應力水平 T 試驗壓力下 圓筒的應力 校核條件 校核結果 最大允許工作壓力 設

17、計溫度下計算應力 t 校核條件 結論  厚度及重量計算 = Pc Di = mm 2[ ] t Pc e =n - C1- C 2= mm n = mm Kg 壓力試驗時應力校核 液壓試驗 P =1.25 P [ ] = ( 或由用戶輸入 ) MPa [ ] t T T 0.90 s =

18、 MPa T = pT .( Di e ) = MPa 2 e . T T 合格 壓力及應力計算 2 e [ ] t MPa [ Pw] = ( Di e ) = Pc ( Di e ) MPa t = 2 e = MPa t t ≥ 筒體名義厚度大于或等于 GB151中規(guī)定的最小厚度 6.00mm,合格

19、 5 全國化工設備設計技術中心站 過程設備強度計算書 SW6-98 延長部分兼作法蘭固定式管板 設計單位 遼寧石油化工大學 設 計 計 算 條 件 簡 圖 設計壓力 ps MPa 設計溫度 Ts C 平均金屬溫度 ts C 裝配溫度 to C 殼 材料名稱

20、 設計溫度下許用應力 [ ]t Mpa 程 平均金屬溫度下彈性模量 Es Mpa 平均金屬溫度下熱膨脹系數 s mm/mmC 圓 殼程圓筒內徑 D i mm 殼程圓筒名義厚度 s mm 殼程圓筒有效厚度 se mm 筒 殼體法蘭設計溫度下彈性模量 Ef’ MPa 殼程圓筒內直徑橫截面積 A= 0.25 Di 2 2 mm As=

21、 s ( Di + s ) 2 殼程圓筒金屬橫截面積 mm 管 設計壓力 pt MPa 箱 設計溫度 Tt C 圓 材料名稱 筒 設計溫度下彈性模量 Eh MPa 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 ) h mm 管箱圓筒有 效厚度 he mm 管箱法蘭設計溫度下彈性模

22、量 Et” MPa 材料名稱 換 管子平均溫度 tt C 設計溫度下管子材料許用應力 [ ] tt MPa 設計溫度下管子材料屈服應力 t MPa s 熱 設計溫度下管子材料彈性模量 Ett MPa 平均金屬溫度下管子材料彈性模量 Et MPa 平均金屬溫度下管子材料熱膨脹系數 t mm/mmC 管 管子外徑 d

23、 mm 管子壁厚 t mm 注： 6 全國化工設備設計技術中心站 過程設備強度計算書 管子根數 n 換熱管中心距 S 換 一根管子金屬橫截面積 a t (d t ) 換熱管長度 L 管子有效長度 ( 兩管板內側

24、間距 ) L1 管束模數 K t = Et na/LD i 管子回轉半徑 i 0.25 d 2 (d 2 t ) 2 熱 管子受壓失穩(wěn)當量長度 lcr 系數 Cr = t t 2Et / s 比值 l cr /i 管子穩(wěn)定許用壓應力 ( C r l cr ) [ ] cr 2 E t 2(l cr 2

25、 i i ) 管 管子穩(wěn)定許用壓應力 ( Cr lcr ) t lcr i [ ]cr s 1 i 2 2Cr 材料名稱 設計溫度 tp 管 設計溫度下許用應力 t r 設計溫度下彈性模量 Ep 管板腐蝕

26、裕量 C2 管板輸入厚度 n 管板計算厚度 隔板槽面積 ( 包括拉桿和假管區(qū)面積 ) Ad 板 管板強度削弱系數 管板剛度削弱系數 管子加強系數 2 D i E t na / E p L K = K 1318. 管板和管子連接型式 管板和管子脹接 ( 焊接 ) 高度 l 脹接許用拉脫應力 [ q] 焊接許用拉脫應力 [ q]  SW6-98

27、 mm 2 mm mm mm MPa mm mm MPa MPa C MPa MPa mm mm mm 2 mm mm MPa MPa 7 全國化工設備設計技術中心站 過程設備強度計算書 管 材料名稱 " 管箱法蘭厚度 f

28、法蘭外徑 D f 箱 基本法蘭力矩 M m 管程壓力操作工況下法蘭力 M p 法蘭寬度 bf ( D f D i ) / 2 法 比值 h / Di 比值 f" / Di 系數 C" ( 按 h /D i , f”/Di , 查 <>圖 25) 蘭 系數 ”( 按 h i , f i ,查 <>圖 26)

29、 /D ”/D 1 2 Ef" bf 2 f" 3 旋轉剛度 " Eh " ] K f [ bf Di 12 Di 材料名稱 殼 殼體法蘭厚度 f '

30、 法蘭外徑 Df 體 法蘭寬度 b (D f D ) / 2 f i 比值 s / Di 法 比值 f' / Di 系數 C', 按 h/D i , f”/D i , 查 <>圖 25 蘭

31、 ' 系數 , 按 h /D i , ”f/Di , 查 <>圖 26 1 2E ' b 2 ' 3 旋轉剛度 ' [ f f f Es ' ] K f 12 bf Di Di 法蘭外徑與內徑之比 K Df

32、 Di 殼體法蘭應力系數 Y ( 按 K 查 <> 表 9-5) 旋轉剛度無量綱參數 ~ K f K f 4 K t 膨脹節(jié)總體軸向剛度 2 E 2( l i ) 2 cr

33、  SW6-98 mm mm N mm N mm mm MPa mm mm mm MPa N/mm 8 全國化工設備設計技術中心站 過程設備強度計算書

34、 SW6-98 ~ 查 <>圖 27) m 管板第一彎矩系數 (按K,K f 1 系 系數 m1 ~ K K f ~ 系數 ( 按 K t Kf 查 <>圖 29) G2 換熱管束與不帶膨脹

35、節(jié)殼體剛度之比 Q E tna E s A s 數 換熱管束與帶膨脹節(jié)殼體剛度之比 Q ex E t na( E s As K ex L ) Es As K ex L 管板第二彎矩系數 ( 按 K,Q或 Qex 查 <>圖 28(a) 或 (b)) m2 系數（帶膨脹節(jié)時 Qex 代替 Q） M 1 m1 2K (Q G2 )

36、 計 系數(按 , 或 Q ex 查圖 30) G3 K Q ~ ~ 法蘭力矩折減系數 K f (K f G3 ) 管板邊緣力矩變化系數 ~ 1 M K f K "f 算 法蘭力矩變化系數 ~ ~ "

37、 M f M K f K f 管 管板開孔后面積 Al = A - 0.25 n d 2 板 管板布管區(qū)面積 參 ( 三角形布管 ) A t 0.866 nS 2 A d ( 正方形布管 ) A t nS 2 A d 數 管板布管區(qū)當量直徑 D t 4A t / 系數 Al / A 系

38、 系數 na / Al 數 系數s 0.4 0.6 (1 Q)/ 計 系數 ( 帶膨脹節(jié)時 Qex 代替 Q) t 0.4(1 ) (0.6 Q) / 算 管板布管區(qū)當量直徑與殼體內徑之比 t Dt / Di 管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度 k = K (1- t) 

39、 2 mm 2 mm mm 9 全國化工設備設計技術中心站 過程設備強度計算書 SW6-98 僅有殼程壓力 換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差 = t (t t -t 0 )- s (t s -t 0 ) 當量壓力組合 Pc Ps 有效壓力組合 Pa s Ps Et 基本法蘭力矩系數 ~

40、4 M m M m D i3 Pa ~ ~ 管板邊緣力矩系數 M M m ( M )M1 管板邊緣剪力系數 ~ M 管板總彎矩系數 m m1 m 2 1 系數 G1e 僅用于 m 0 時 G1e 3m K 系數 G1i 當 m 0 時 , 按 K和m 查圖 31(a) 實線當 m 0 時, 按K和 m 查圖 31（b） 系數 G 1 m > 0 , = max(G ,G ), m < 0 , G

41、1 1e 1i G1 = G1i 管板徑向應力系數 ~ r = 1 (1 ) G 1 帶膨脹節(jié) Q為Qex 4 Q G 2 管板布管區(qū)周邊 ~ = 3 m(1 ) 處徑向應力系數 r' 4 K(Q G 2 ) 管板布管區(qū)周邊 ~ = 1 1 處剪切應力系數 p G 2 4 Q ~ ~ 殼體法蘭力矩系數 M ws Mm ( Mf )M1

42、 2 管板徑向應力 ~ Pa Di rr 管板布管區(qū)周邊處徑向應力 'Pa ~ ' Di 2 2 k k m) r r 1 ( 2 m 2m 管板布管區(qū)周邊剪切應力 Pa ~ Dt p p  P ( P = 0) s作用下的危險組合工況 t 不計溫差應力 計溫差應力

43、 計算值 許用值 計算值 許用值 1.5 t 3 t r r 1.5 t 3 t r r 0.5 t 1.5 t r r  MPa MPa

44、 MPa MPa MPa 10 全國化工設備設計技術中心站 過程設備強度計算 殼體法蘭應力 ' ~ Di 2 1.5 Y M ws Pa ) f 4 ( ' f 換熱管軸向應

45、力 t 1 G 2 Q t Pc Pa t Q G 2 cr 殼程圓筒 軸向應力 A (1 ) t c As ( Q G 2 ) Pa c 換熱管與管板連接拉脫應力 q = t a [q] dl 僅有管程壓力 P

46、 t 作用下的危險組合工況 不計溫差應力 換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差 = t (t t -t 0 )- s(t s -t 0 ) 當量壓力組合 Pc Pt (1 ) 有效壓力組合 Pa t Pt Et 操作情況下法蘭力矩系數 ~ 4M p M p D3 P i a 管板邊緣力矩系數

47、 ~ ~ M M p ~ 管板邊緣剪力系數 M 管板總彎矩系數 m m1 m2 1 m 0 m K 系數 G 僅用于 時 G 1e 3 1e 系數 G1i 當 m 0時 , 按K和m 查圖 31（ a）實線當 m 0時 , 按K

48、和m 查31（b) 系數 G1 m >0, G1 = max (G1e ,G1i ) ; m <0 , G1 = G1i 管板徑向應力系數 ~ 1 (1 )G1 r = 帶膨脹節(jié) 為 4 Q G2 Q Qex  書 SW6-98 t 3 t MPa r r 3 t MPa t cr 3 t MPa c 3[q] 焊接 MPa [q] 脹接 ( Ps

49、= 0) 計溫差應力 MPa MPa 11 全國化工設備設計技術中心站 過程設備強度計算書 SW6-98 管板布管區(qū)周邊 ~ m (1 ) 處徑向應力系數 ' = 3 r G 2 ) 4 K(Q 管板布管區(qū)周邊 ~ 1 1 處剪切應力系數 = p 4 Q G 2 殼體法蘭力矩系數

50、 ~ ~ M ws M p M 1 計算值 許用值 計算值 許用值 ~ D i 2 1.5 t 3 t 管板徑向應力 r r r r Pa 管板布管區(qū)周邊處徑向應力 1.5 m m m 3 t 12 2 2 1 r P

51、 ~ ' D k k 'a i ( 2 m) r r 1 m 2m 管板布管區(qū)周邊剪切應力 Pa ~ Dt 0.5 t 1.5 t p r r p ' ~ Di 2 1.5 t 3 t 殼體法蘭應力 r r

52、 f Y M ws Pa ( ' ) 4 f 換熱管軸向應力 t 3 t t t  MPa MPa MPa MPa MPa 1 G2 Q t Pc Q Pa cr cr G2 殼程圓筒

53、軸向應力 t 3 t A (1 ) c c c As [ Pt (Q G2 ) Pa ]  MPa 換熱管與管板連接拉脫應力 q = t a [q] 3[q] 焊接MPa dl [q] 脹接 計算結果 管板名義厚度 n mm 管板校核通過

54、 12 全國化工設備設計技術中心站 過 程 設 筒體法蘭計算結果 設計條 件 設計壓力 p 計算壓力 pc 設計溫度 t 軸向外載荷 F 外力矩 M 殼 材料名稱 體 許用應力 [ ] tn 法 材料名稱  備強度計算書 SW6-98 計算單位 遼寧石油化工大學 簡 圖 MPa MPa C N N. mm MPa 許用 [ ] f MPa 蘭 應力 [ t MPa

55、 ] f 材料名稱 螺 許用 [ ] b 應力 [ t ] b 栓 公稱直徑 d B 螺栓根徑 d 1 數量 n D i 墊 結構尺寸 Db mm e L 材料類型 壓緊面形狀 片 0 ≤6.4mm = 0 b b b 0 > 6.4m

56、m b =2.53 b0 b 預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 Wa 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 Wp 所需螺栓總截面積 Am 實際使用螺栓總截面積 Ab D = 0.785 2 c N F = Di p 操 FG = Fp N 作 = T = - D F F F N p= M 外壓 :

57、 p = D ( D - M F L 預緊 = N W Ma 計算力矩 Mo=  MPa MPa mm mm 個 D o D外 D內 δ 0 A

58、 h δ 1 L N m y(MPa) b D G 0≤6.4mm G= ( 外 + 內 )/

59、2 b D D D 0 > 6.4mm G= 外 - 2 b b D D 螺 栓 受 力 計 算 a= π G = W bD y p =

60、F p + F = W Am = max ( Ap , Aa ) = A = n d 2 = b 1 4

61、 L = 力 矩 計 算 M F L L A + 0.5 δ 1 = D mm D D D = = L=0.5( D - D ) M = F L G b

62、G mm G G G = = T=0.5( L A + 1 + L G ) T= T T L mm M F L = =

63、 G )+ T( L T- G ); 內壓 : p = D+G+T p = L F L M M M M M G = mm a = G = L M WL p 與 a[ ] t/[ ] f 中大者 o = M M

64、 f M  N N 2 mm 2 mm N. mm N. mm N. mm N. mm N. mm . Nmm 13 全國化工設備設計技術中心站 過程設備強 度計算書 SW6-98

65、 螺 栓 間 距 校 核 實際間距 L D b = mm n 最小間距 Lmin ( 查GB150-98表9-3) mm

66、 最大間距 Lmax mm h/h 形 狀 常 數 確 定 h0 Di = K = D/D = 0 o o I 1 0 由 查表9-5得 = Z = = = K T Y U