流量为300th-立式蒸汽冷凝器设计毕业设计论文.doc

摘要
本次毕业设计使我认真的认识到了自己在本专业应学习的主要内容以及短板，换热器的设计工作主要有换热器综述，换热器的工艺计算以及结构强度计算。其中换热器工艺计算中需要根据初始数据计算其处理量以及工艺参数，换热器的结构强度计算主要集中在折流板，筒体以及开口上[1]。
冷凝器是使用范围很广的一种化工设备，属于换热器的一种。本设计任务主要是根据已知条件选择采用固定管板式换热器的设计。首先根据给出的设计温度和设计压力来确定设备的结构形式以及壳程和管程的材料，然后根据物料性质和传热面积来确定换热管的材料，尺寸，根数。根据换热管的根数确定换热管的排列，并根据换热管的排列和长度来确定筒体直径以及折流板的选择。通过对容器的内径和内外压的计算来确定壳体和封头的厚度并进行强度校核。然后是对换热器各部件的零部件的强度设计，有法兰的选择和设计计算与校核，钩圈及浮头法兰的设计计算与校核和管子拉脱力的计算[2]。还包括管板的结构设计、防冲挡板、滑道结构的设计以及支座设计。结构设计中的标准件可以参照国家标准根据设计条件直接选取；非标准件，设计完结构后必须进行相应的应力校核。

关键词：换热器； 强度设计； 结构设计

Abstract

Condenser is a kind of chemical equipment which has wide range of application and it is also a kind of heat exchanger.The main task of this thesis is to design a floating heat exchanger based on some known information. It is important to determine the type of construction of the equipment and the material of its shell pass and tube pass first. Then, the material, size and number of the exchange tube are decided by material property and its heat transfer area. The exchange tubes need to be arranged on the basis of its number. What’s more, the diameter and the choice of baffle board are influenced by the arrangement and length of exchange tubes. Furthermore, the thickness of the shell and shell cover is determined by the inner diameter and the calculation of inner and outer pressure of the container. Meanwhile, its intensity also needed to be checked[3]. Next, it is also vital to design the intensity of components of heat exchanger, including the choice, calculation and checking of flange, floating flange and backing device, also the calculation of pulling-out force of the tubes. In addition, there are other things to be designed carefully, including tube plate, impingement baffle, slide and support. During the design of structure, standard components can be referred to national standards according to the design conditions of the direct selection; as to the non standard components, corresponding stress checking is needed after the design of the construction[4].

Keywords: heat exchanger； strength design； structure design

目 录

第一章 引言 1
第二章 传统工艺计算 2
2.1 工艺计算 2
2.1.1 介质原始数据 2
2.1.2 介质定性温度及物性参数 2
2.2 传热量与水蒸汽流量计算 3
2.3 有效平均温差计算 4
2.4管程换热系数计算 5
2.5 管程结构初步设计 6
2.6壳程换热系数计算 6
2.7总传热系数计算 8
2.8管壁温度计算 8
2.9管程压力降计算 9
2.10壳程压力降计算 10
第三章 强度计算 12
3.1结构设计说明书 12
3.1.1换热管材料及规格的选择和根数的确定 12
3.1.2布管方式的选择 12
3.1.3筒体内径的确定 12
3.1.4筒体壁厚的确定 13
3.1.5封头形式的确定 13
3.1.6管箱短节壁厚计算 14
3.1.7容器法兰的选择 14
3.1.8管板尺寸的确定及强度计算 15
3.1.9是否安装膨胀节的判定： 27
3.1.10各管孔接管及其法兰的选择： 28
3.1.11设备法兰的选择 31
3.1.12拉杆和定距管的确定 33
3.1.13开孔补强计算： 34
3.2筒体管箱耐压试验的应力校核计算 36
3.2.1筒体核算 36
3.2.2 支座的选择及应力校核 36
3.2.3 耳座的应力校核 37
第四章 结 论 40
参考文献 41
致 谢 42

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 引言
第一章 引言
本论文的设计目的是达到设备设计人员训练的基本要求。冷凝器是一种用于冷却流体的换热设备。把压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽，通过散热冷凝为液体制冷剂，制冷剂从蒸发器中吸收的热量，被冷凝器周围的介质所吸收。有蒸汽冷凝器，锅炉用冷凝器等。冷凝器常被用于空调系统，工业化工程序，发电厂及其他热交换系统中。
早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大且笨重，如蛇管式换热器等。近年来，随着我国石化、钢铁等行业的快速发展，换热器的需求水平大幅上涨，但国内企业的供给能力有限，导致换热器行业呈现供不应求的市场状态，巨大的供给缺口需要进口来弥补。目前我国在换热器设计过程中还不能实现虚拟制造、仿真制造，缺乏自主知识产权的大型专业计算软件。根据中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要，“十一五”期间我国经济增长将保持年均7.5％的速度。而石化及钢铁作为支柱型产业，将继续保持快速发展的势头，预计2010年钢铁工业总产值将超过5000亿元，化工行业总产值将突破4000亿元[5]。这些行业的发展都将为换热器行业提供更加广阔的发展空间。国内经济发展带来的良好机遇，以及进口产品巨大的可转化性共同预示着我国换热器行业良好的发展前景。

1

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 传统工艺计算
第二章 传统工艺计算
2.1工艺计算
2.1.1介质原始数据
管程水的进口温度t1′=25℃
管程水的出口温度t1″=85℃
管程水的工作压力P1=1.5Mpa
管程水的流量G1=300t/h=300000kg/h
壳程水蒸气的入口温度t2′=170.7℃
壳程水蒸气的出口温度t2″=95℃
壳程水蒸气的入口压力P2=0.6MPa
2.1.2介质定性温度及物性参数
①管程：
管程水定性温度
　　　　t1=（t1′+ t1″）/2=（25+85）/2=55℃　　　　　　　 　（2-1）
管程水密度查物性表得ρ1=985.75 ㎏/m3
管程水比热查物性表得Cp1=4.176KJ/（Kg﹒K）
管程水导热系数查物性表得λ1=0.648W/（m﹒℃）
管程水粘度μ1=5.064×10-4 Pa·s
管程水普朗特数查物性表得 Pr1=3.24
②壳程：
壳程水蒸汽定性温度：
壳程水蒸汽冷凝点 : ti = t2′=170.7℃
冷却段：t2 =（ti + t2″）/2=（170.7+95）/2=132.85℃　　　　　　　 （2-2）
冷凝段：2= （t2′+ ti）=（170.7+170.7）/2=170.7℃　　　　　　 （2-3）
壳程水蒸汽密度查物性表得：
冷却段：ρ2=937.8㎏/m3
冷凝段: 2=4.194㎏/ m3
壳程水蒸汽比热查物性表得:
冷却段：Cp2=4.319 KJ/（Kg﹒K）
冷凝段：p2=2.589 KJ/（Kg﹒K）r
壳程水蒸汽导热系数查物性表得：
冷却段：λ2 =0.6878 W/（m﹒K）
冷凝段：λ2′= 0.03218 W/（m﹒K）
壳程水蒸汽粘度：
冷却段：μ2 =217.191×10-6 Pa·s
冷凝段：2=14.619×10-6 Pa·s
壳程水蒸汽普朗特数查物性表得：
冷却段：Pr2 =1.344
冷凝段：r2=1.134
2.2 传热量与水蒸汽流量计算
取定换热效率 ƞ =0.98
则设计传热量：
Q0= G1×Cp1×(t1″- t1′)×1000/3600=300000×4.176×(85-25)×1000/3600=20.88×106W　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （2-4）
由Q0=G2[r+ Cp2(t2′- t2″)]·ƞ 导出水蒸气流量G2，r为t2′时的汽化潜热，r=2047.1KJ/Kg　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （2-5）
水蒸汽流量：
G2= Q0/ ƞ /[r+ Cp2(ti - t2″)]= 23.55×106/0.98/[2047.1×1000+4.319×1000×(170.7-95)]=6.703Kg/s　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 （2-6）
冷却段传热量：
Q2=G2·Cp2·(ti- t2″)=6.703×4.319×103×(170.7-95)=2481037W　 （2-7）
冷凝段传热量:
2= G2·r=6.703×2047.1×1000=13721711.3W　　　　　　　　　　 （2-8）
设冷凝段和冷却段分界处的温度为t3
根据热量衡算：2·ƞ= G1·Cp1·（t3- t1′）　　　　　　　　　　 （2-9）
t3=2·ƞ/ G1/ Cp1+ t1′=13721711.3×0.98×3600/300000/4176+20=59.775℃
2.3 有效平均温差计算
逆流冷却段平均温差:
△tn==85.843℃　　　　　　　　　　　　　　　　　 （2-10）
逆流冷凝段平均温差:
△ tn′==94.923℃　　　　　　　　　　 （2-11）
冷却段:
参数:P===0.271　　　　　　　　　　　　　　 （2-12）
参数:R===2.854　　　　　　　　　　　　　　 （2-13）
换热器按单壳程 2管程设计则查图 2-6(a)，得:

温差校正系数ϕ =1.0f -
有效平均温差: △tm= ϕ ·△tn=1.0×85.843=85.843℃　　　　　　 （2-14）
- - -
冷凝段：
参数:P===0.265　　　　　　　　　　　　　　 （2-15）
参数:R===0　　　　　　　　　　　　　　　　 （2-16）
换热器按单壳程 2管程设计则查图 2-6(a)，得:

温差校正系数ϕ =1.0
有效平均温差: △tm′= ϕ ·△tn′=1.0×94.923=94.923℃　　　　 （2-17）
2.4管程换热系数计算
初选冷却段传热系数:K0′= 820 w/(m·k)
初选冷凝段传热系数: K0″= 1300 w/(m·k)
则初选冷却段传热面积为:F0=Q2·ƞ/( K0′·△tm)= 2481037×0.98/(820×85.843)=46.7688m2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
初选冷凝段传热面积为: F0′=2·ƞ/( K0″·△tm′)= 13721711.3×0.98/(1300×94.923)=108.973 m2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
选用ϕ25×2.5的无缝钢管做换热管则:
管子外径d0=25 mm
管子内径di=20 mm
管子长度 L=3000 mm
则需要换热管根数:Nt=( F0+ F0′)/( πd0L)=(46.7688+108.973)/(3.14×0.025×3)=661.3　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （2-18）
可取换热管根数为 662根
管程流通面积:a1=·π2= ×π×=0.207868　　　　　 （2-19）
管程流速: W1 == 300000/( 3600×985.75×0.207868 )= 0.094m/s
管程雷诺数:Re1=ρ1w1di/μ1=985.75×0.393×0.02/(5.064×10-4)= 15300.148
则管程冷却段的定性温度:t11=(t3+ t1″)/2=(59.97+90)/2=74.987℃　 （2-20）
管程冷却段传热系数:a1′=3605×(1+0.015 t11) W10.8/(100di)^0.2=8077.656
管程冷凝段的定性温度: t12=(t3+t1′)/2=(59.974+20)/2=39.987℃ （2-21）
管程冷凝段传热系数: a1″=3605×(1+0.015 t12) W10.8/(100di)^0.2= 4101.375
2.5 管程结构初步设计
查 GB151—1999知管间距按1.25d0，管间距为：s= 0.032m
管束中心排管数为：Nc=1.1=28.3，取30根
则壳体内径：Di=s（Nc-1）+4 d0=1.028　　　　　　　　　　　　　 （2-22）
圆整为：Di=1200
则长径比:==2.5 合理　　　　　　　　　　　　　　　　　 （2-23）
折流板选择弓形折流板:
弓形折流板的弓高:h=0.2 Di=0.2×1.2=0.24　　　　　　　　　　　 （2-24）
折流板间距：B===400㎜取B=400㎜　　　　　　　　　　 （2-25）　　　　
折流板数量：Nb=-1=-1=6.5 取7块　　　　　　　　　　　　 （2-26）
2.6壳程换热系数计算
壳程流通面积:f2=BDi（1-）=0.4×1.2×（1-0.025/0.032）=
壳程流速:
冷却段:w2==6.703/（937.58×0.105）=0.068m/s　　　　　　　 （2-27）
冷凝段:2==6.703/（4.194×0.105）=15.22m/s　　　　　　　 （2-28）
壳程当量直径:de=（Di2-Ntd02）/（Ntd0）=（-711×）/（711×0.025）=0.056m　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （2-29）
① 冷凝段管外壁温度假定值: w=109.6℃
膜温:tm=（w+ t2′）/2=（109.6+170.7）/2=140.15℃　　　　　　 （2-30）膜温下液膜的粘度:μm=195×10-6Pa·s
膜温下液膜的密度:ρm=926.4Kg/m3
膜温下液膜的导热系数为:λm=0.6842/（m﹒℃）
正三角形排列ns=2.080 Nt 0.495=2.080×662 0.495=51.807　　　　　 （2-31）
冷凝负荷：Γ==6.703/（3×51.807）=0.0431　　　　　　　　　 （2-32）
壳程冷凝段雷诺数:=4Γ/um=4×0.0431/195×10-6=884.1　　　　 （2-33）
壳程冷凝段传热系数:
a2″=1.51·（λm3ρmg/μm2）（）=9635.7　　　　　　　　 （2-34）
② 冷却段管外壁温假定值:tw2=95℃
冷却段雷诺数：Re==937.8×0.068×0.056/217.191×10-6=16442.405　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
壁温下水粘度:μw2=298.6×10-6 Pa·s

粘度修正系数:ϕ1=（）0.14=0.956　　　　　　　　　　　　　 （2-35）
壳程传热因子查图 2-12 得: js=100
冷却段壳程换热系数:a2′=（λ2/de）·Pr2 ·ϕ1 ·js=（0.6878/0.056）×1.344×0.956×100=1875.29　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （2-36）
2.7总传热系数计算
查 GB-1999 第 138 页可知
水蒸汽的侧污垢热阻:r2=8.8×10-5（m2·℃/w）
管程水选用地下水，污垢热阻为: r1=35.2×10-5（m2·℃/w）
由于管壁比较薄，所以管壁的热阻可以忽略不计
冷却段总传热系数:
Kj′=1/[1/a2′+r2+r1×d0/di+d0/（a1′×di）]= 731.176　　　　　　 （2-37）
传热面积比为: Kj′/ K0′=1.08(合理)
冷凝段总传热系数:
Kj〞=1/[1/ a2″+r2+r1×d0/di+d0/（a1″×di）]=1385.0607　　　　　 （2-38）
传热面积比为: Kj〞/ K0〞==1.06（合理）　　　　　　　 （2-39）
2.8管壁温度计算
设定冷凝段的长度:L″=2.0424m
冷却段的长度:L′=0.9576m
冷却段管外壁热流密度计算:
q2′=Q2ƞ/(Ntπd0 L′)=48859.33w/（m2·℃）　　　　　　　　 （2-40）
冷却段管外壁温度:
tw′=t2-q2′(1/a2′+r2)=97.496℃　　　　　　　　　　　　　 （2-41）
误差校核:e′=tw2- tw′=95-97.496=-2.496℃ 误差不大　　　　 （2-42）
冷凝段管外壁热流密度计算:
q2″=2ƞ/( Ntπd0 L″)=（13721711.30.98）/155473.7 w/（6623.140.0252.0424）=126696.88（m2·℃）　　　　　　　　　 （2-43）

冷凝段管外壁温度:
tw″=tm- q2″(1/ a2″+r2)=115.62℃　　　　　　　　　　　　　　 （2-44）
误差校核:= - tw″=-6.02℃ 误差不大
2.9管程压力降计算
管程水的流速:
u1==300000/（3600985.750.207868）=0.394m/s　　　　 （2-45）
管程雷诺准数:Re1=ρ1w1di/μ1=985.750.3940.02/（5.064）=15301.148
程摩擦系数:ξ=0.3164/(Re10.25)=0.02845　　　　　　　　　　　　 （2-46）
压降结垢校正系数:ϕdi=1.4
沿程压降:△P1=ξρ1μ12L ϕdi/(2di)=（0.02845985.75）/（2）=454.8Pa　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （2-47）

取管程出入口接管内径:d1′=250mm
管程出入口流速:
u1′=4G/(3600πd1′2ρ1)=（4300000）/（3600）=1.67m/s
　　　　　　　　　　　　　　 （2-48）
局部压降: △P3=ρ1 u1′2(1+0.5)/2=（985.751.5）/2=2061.99 Pa

管程总压降: △P=△P1＋△P3=454.8＋ 2061.9=2516.7Pa　　　　　 （2-49）

管程允许压降:[ △P]= 35000 Pa
△P < [ △P] 即压降符合要求。
2.10壳程压力降计算
壳程当量直径:De=（Di2-Ntd02）/（Di+Ntd0）=(1.2-662)/(1.2＋)=0.0443m　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （2-50）
壳程流通面积:f2=Bdi（1-d0/s）=0.105m2
壳程流速:
冷却段:w2=G2/（ρ2f2）=0.068m/s
冷凝段:2=2/（2f2）=15.22m/s
壳程雷诺数:
壳程冷却段雷诺数:Re=ρ2w2de/μ2=16442.4　　　　　　　　　　　 （2-51）
壳程冷凝段雷诺数: =4Γ/um=884.1
查表壳程摩擦系数: 冷却段:ξ1=0.35
冷凝段: ξ2=0.54
壳程粘度修正系数:冷却段φd1=1.0
冷凝段φd2=1.0
管束周边压降:
冷却段管束周边压降:
△Pa=(ρ2w22/2) ·[Di(nb+1)/De]·(ξ1/φd1)=164.45Pa　　　　　　　 （2-52）
冷凝段管束周边压降:
△a=(·2/2)·[Di(nb+1)]/De·(ξ2/φd2)=56844.57Pa　　　　　 （2-53）
导流板压降: △Pb= 0, （无导流板）
查表取壳程压降结垢系数:
冷却段φd0=1.21 冷凝段φd0′=1.11
取壳程进口接管内径:d2′=250mm
壳程出口接管内径:d2″=100mm
壳程出口流速:u2″=4G2/(ρ2πd2′2)=0.90m/s　　　　　　　　　　 （2-54）
壳程进口流速:u2′=4G2/(πd2′2)=32.6m/s　　　　　　　　　　 （2-55）
局部压降:
冷却段
△Pc=[ρ2 u2″2(1+0.5)]/2=569.7Pa　　　　　　　　　　　　　　　 （2-56）
冷凝段△c=[u2′2(1+0.5)]/2=3342.9Pa　　　　　　　　　　　 （2-57）
壳程总压降:
冷却段壳程总压降:
△P=△Pa·φd0+△Pb+△Pc=768.7Pa
冷凝段壳程总压降:
△=△a·φd0′+△b+△c=66440.4Pa
壳程允许压降:[ △P]=250000Pa
△P < [△P] 即压降符合要求; △ < [△P] 即压降符合要求.

38

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 强度计算
第三章 强度计算
3.1结构设计说明书
3.1.1换热管材料及规格的选择和根数的确定
换热管材料及规格的选择和根数的确定如表3-1。
表3-1 换热管材料及规格的选择和根数的确定
序号
项目
符号
单位
数据来源及计算公式
数值
1
换热管材料

16MnR

2
换热管规格

Φ25×2.5×3000

3
传热面积
A
m2
A=Q/Ktm
155.9
4
换热管根数
N
根
N=A/3.14dL
662
3.1.2布管方式的选择
布管方式的选择如表3-2。
表3-2 布管方式的选择
序号
项目
符号
单位
数据来源和数据计算
数值
1
转角正三角形

GB151-1999图11

2
换热管中心距
S
mm
GB151-1999表12
32
3
隔板槽两侧相邻管中心距
Sn
mm
GB151-1999表12
44
3.1.3筒体内径的确定
筒体内径的确定如表3-3。
序号
项目
符号
单位
数据来源和计算公式
数值
1
换热管中心距
S
mm
GB151-1999表12
32
2
换热管根数
Nt
根
Nt=A/3.14dL
662
3
管束中心排管根数
Nc
根
Nc=1.1
30
4
换热管外径
d0
mm

25
5
到壳体内壁最短距离
b3
mm
b3=0.25 d0
6.25
6
布管限定圆直径
d1
mm
dL=di-2B3
1187.5
7
筒体内径
di
mm
di=s（Nc-1）+4d
1028
8
实取筒体公称直径
D
mm
JB/T4737-95
1200
3.1.4筒体壁厚的确定
序号
项目
符号
单位
数据来源和计算公式
数值
1
计算压力
Pc
MPa
Pc=1.1P
0.935
2
筒体内径
di
mm
见三-8
1200
3
筒体材料

Q235-B

4
设计温度下筒体材料的许用应力
[σ]t
MPa
GB150-98
105
5
焊接接头系数
Φ

0.85
6
筒体设计厚度
δ
mm
δ=PcDi/（2[σ]tΦ-Pc）
6.31
7
腐蚀裕量
C2
mm

1
8
负偏差
C1
mm

0
9
设计厚度
δd
mm
δd=δ+ C2
7.31
10
名义厚度
δn
mm
GB151-1999项目5.3.2
10
3.1.5封头形式的确定
序号
项目
符号
单位
数据来源和计算公式
数值
1
封头内径
Di
mm

1200
2
计算压力
Pc
MPa
Pc=1.1P
0.935
3
焊接接头系数
Φ

0.85
4
设计温度下许用压力
[σ]t
MPa
GB151-1999项目5.3.2
105
5
标准椭圆封头计算厚度
δ
mm
δ=PcDi/（2[σ]tΦ-0.5Pc）
5.35
6
腐蚀裕量
C2
mm

1
7
负偏差
C1
mm

0
8
设计厚度
δd
mm
δd=δ+C2
6.35
9
名义厚度
δn
mm
GB151-1999项目5.3.2
10
10
直边高度
h
mm
JB/T4737-95
25
3.1.6管箱短节壁厚计算
序号
项目
符号
单位
数据来源和计算公式
数值
1
计算压力
Pc
MPa
Pc=1.1P
2.31
2
管箱内径
di
mm

1200
3
管箱材料

16MnR

4
设计温度下许用应力
[σ]t
MPa
GB150-98
170
5
管箱计算厚度
δ
mm
δ=Pcdi/（2[σ]tΦ-Pc）
9.7
6
焊接接头系数
Φ
mm

0.85
7
腐蚀裕量
C2
mm

1
8
负偏差
C1
mm

0
9
设计厚度
δd
mm
δd=δ+ C2
10.7
10
名义厚度
δn

GB151项目5.3.2
10
3.1.7容器法兰的选择
序号
项目
符号
单位
数据来源和计算公式
数值
1
法兰类型

长颈对焊法兰JB/T4703-2000
PN=2.5MPa
2
法兰外径
d0
mm
JB/T4703-2000
1395
3
螺栓中心圆直径
d1
mm
JB/T4703-2000
1340
4
法兰公称直径
dn
mm
JB/T4703-2000
1200
5
法兰材料

16MnR
6
垫片类型

JB/T4703-2000
非金属软垫片
7
垫片材料

GB/T3985-1995

8
垫片公称直径
dn
mm
JB/T4704-2000
1200
9
垫片外径
D0
mm
JB/T4704-2000
1277
10
垫片内径
D
mm
JB/T4704-2000
1227
11
法兰厚度
δ
mm
JB/T4704-2000
84
12
垫片厚度
δ1
mm
JB/T4704-2000
3
13
螺栓规格及数量

2×48×M27

3.1.8管板尺寸的确定及强度计算
本设计为管板延长部分兼作法兰的形式，即GB151-1999项目5.7中，图18所示e型连接方式的管板。
A、确定壳程圆筒、管箱圆筒、管箱法兰、换热管等元件结构尺寸及管板的布管方式；以上项目的确定见项目一至七。
B、计算A、As、na、Kt、[σ]cr、Ac、Dt、λ、Q、εs、β、εt、Pt；
序号
项目
符号
单位
数据来源和计算公式
数值
备注
1
筒体内径
di
mm

1200

2
筒体内径横截面积
A
mm2
A=πDi2/4
1130400

3
筒体厚度
δs
mm

14

4
圆筒内壳壁金属截面积
As
mm2
As=πδs（Di+δs）
53367.44

5
管子金属总截面积
na
mm2
na=nπδt（d-δt）
11.69

6
换热管根数
n

662

7
换热管外径
d
mm

25

8
换热管壁厚
δt
mm

2.5

9
换热管材料的弹性模量
Et
MPa
GB150-1998表F5
196000

10
换热管有效长度
L
mm

2950

11
沿一侧的排管数
n ′

28

12
布管区内未能被管支撑的面积
Ad
mm2

14594

13
管板布管区面积
At
mm2
At=0.866nS2+Ad
601645

14
管板布管区当量直径
Dt
mm
Dt=
875.5

15
换热管中心距
S
mm
GB151-1999
32

16
隔板槽两侧相邻管中心距
Sn
mm
GB151-1999
44

17
管板布管内开孔后的面积
A1
mm2
A1= At -nπd2/4
805606

18
系数
λ

λ=A1/A
0.71

19
壳体不带膨胀节时换热管束与圆筒刚度比
Q

Q=Et×na/EsAs
2.56

20
壳程圆筒材料的弹性模量
Es

GB150-1998表F5
190000

21
系数
β

β=na/A1
0.1451

22
系数
εs

εs=0.4+0.6（1+Q）/λ
3.408

23
系数
εt

εt=0.4（1+β）+（0.6+Q）/λ
4.91

24
管板布管区当量直径与壳程圆筒内径比
Pt

Pt=Dt/Di
0.73

25
管子受压失稳当量长度
Lcr
mm
GB151-1999图32
258

26
设计温度下管子受屈服强度
δst
MPa
GB150-1998表F2
168

C、对于延长部分兼作法兰的管板，计算Mn和Mp
序号
项目
符号
单位
数据来源和计算公式
数值
1
垫片接触宽度
N
mm
GB150-1998表9-1
25
2
垫片基本密度宽度
Bo
mm
Bo=N/2
12.5
3
垫片比压力
y
MPa
GB150-1998表9-2
11
4
垫片系数
m

2.0
5
垫片有效密封宽度
b
mm
B=2.53
9
6
垫片压紧力作用中心圆直径
dG
mm
dG= d0-2b
1209
7
预紧状态下需要的最小螺栓载荷
Wa
N
Wa=3.14dG×b×y

375829.74
8
操作状态下需要的最小螺栓载荷
Wp
N
Wp=0.78DG2×Pc+6.28DG×b×m×Pc

2949353
9
常温下螺栓材料的许用应力
[σ]b
MPa
GB150-1998表F4

258
10
预紧状态下需要的最小螺栓面积
Aa
mm2
Aa=Wa/[σ]b
1456.7
11
操作状态下需要的最小螺栓面积
Ap
mm2
Ap= Wp/[σ]b
11431.6
12
需要螺栓总截面积
Am
mm2
Am=max{Aa，Ap}
11431.6
13
法兰螺栓的中心圆直径
db
mm

1340
14
法兰中心至Fc作用处的径向距离
LG
mm
LG=（db-dG）/2
65.6
15
基本法兰力矩
Mm
N．mm
Mm=Am×LG×[σ]b
1.9×108
16
筒体厚度
δ0
mm

14
17
法兰颈部大端有效厚度
δ1
mm
δ1=1.75δ0
24.5
18
螺栓中心至法兰颈部与法兰背面交的径向距离
LA
mm
LA=（db-di）/2-δ1
45.5
19
螺栓中心处至FT作用位置处的径向距离
LT
mm
LT= (LA+ LG+δ1)/2
67.75
20
螺栓中心距FD作用处的径向距离
LD
mm
LD=（db-di）/2
70
21
作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力
FD
N
FD=0.785di2×Pc
1056924
22
流体压力引起的总轴向力与作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力差
FT
N
FT=F-FD
F=
0.78dG2*PC=2719998.996
1593615.241
23
操作状态下需要的最小垫片压力
FG
N
FG=6.28DG×b×m×Pc
286997.256
24
法兰操作力矩
Mp