固定管板式换热器-强度设计书.doc

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 2MPa设计压力 2。2MPa设计温度 200设计温度 155壳程圆筒内径 2000 mm管箱圆筒内径2000mm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 2.20MPa设计温度 t 155。00 C内径 Di 2000。00mm材料 Q345R （ 板材 )试验温度许用应力 s 185.00MPa设计温度许用应力 st 181.70MPa试验温度下屈服点 ss 325。00MPa钢板负偏差 C1 0。30mm腐蚀裕量 C2 3。00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 14。35mm有效厚度 de =dn C1 C2= 14.70mm名义厚度 dn = 18.00mm重量 895.78Kg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 sTsT 0.90 ss = 292。50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 256。52 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 2。25378MPa设计温度下计算应力 st = = 150。76MPastf 154。45MPa校核条件stf 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。20MPa设计温度 t 155.00 C内径 Di 2000.00mm曲面高度 hi 500.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 181。70MPa试验温度许用应力 s 185。00MPa钢板负偏差 C1 0。30mm腐蚀裕量 C2 5。34mm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。14mm有效厚度 de =dn C1- C2= 12.36mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dn = 18.00mm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。23889MPa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 2.00MPa设计温度 t 200.00 C内径 Di 2000.00mm材料 Q345R （ 板材 )试验温度许用应力 s 185。00MPa设计温度许用应力 st 170。00MPa试验温度下屈服点 ss 325.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 3.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 13。94mm有效厚度 de =dn - C1 C2= 14。70mm名义厚度 dn = 18.00mm重量 5374。66Kg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 sTsT 0。90 ss = 292。50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 225.74 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 2.10865MPa设计温度下计算应力 st = = 137.05MPastf 144。50MPa校核条件stf 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, 37032.5计 算 方 法 ： GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc2.2MPa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0。85壳体内直径 Di2000mm壳体开孔处名义厚度n18mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C23mm壳体材料许用应力t181.7MPa 接管实际外伸长度200mm接管实际内伸长度0mm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3mm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 0mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t165.3MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 14。35mm接管计算厚度t2.043 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr0。91开孔直径 d311mm补强区有效宽度 B622 mm接管有效外伸长度 h1100.5mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 4538mm2壳体多余金属面积 A1108 mm2接管多余金属面积 A25022mm2补强区内的焊缝面积 A364 mm2A1+A2+A3=5194 mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-（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， 26028。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 pc2.2MPa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0.85壳体内直径 Di2000mm壳体开孔处名义厚度n18mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C23mm壳体材料许用应力t181。7MPa 接管实际外伸长度118mm接管实际内伸长度0mm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3mm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 0mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t165.3MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 14.35mm接管计算厚度t1.36 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr0。91开孔直径 d209mm补强区有效宽度 B418 mm接管有效外伸长度 h177.18mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 3065mm2壳体多余金属面积 A172.21 mm2接管多余金属面积 A23390mm2补强区内的焊缝面积 A364 mm2A1+A2+A3=3526 mm2 ,大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-（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, 32510计 算 方 法 : GB1501998 等 面 积 补 强 法， 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc2MPa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0.85壳体内直径 Di2000mm壳体开孔处名义厚度n18mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C23mm壳体材料许用应力t170MPa 接管实际外伸长度150mm接管实际内伸长度0mm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3mm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540mm补强圈厚度20mm接管厚度负偏差 C1t 1。25mm补强圈厚度负偏差 C1r 0。3mm接管材料许用应力t108MPa补强圈许用应力t170MPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 13.94mm接管计算厚度t2.85 mm补强圈强度削弱系数 frr1接管材料强度削弱系数 fr0。635开孔直径 d313。5mm补强区有效宽度 B627 mm接管有效外伸长度 h155。99mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 4428mm2壳体多余金属面积 A1235.9 mm2接管多余金属面积 A2206.3mm2补强区内的焊缝面积 A364 mm2A1+A2+A3=506.2 mm2 ，小于A,需另加补强。补强圈面积 A44236mm2A-(A1+A2+A3)3922mm2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, 5617计 算 方 法 ： GB1501998 等 面 积 补 强 法， 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc2MPa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0.85壳体内直径 Di2000mm壳体开孔处名义厚度n18mm壳体厚度负偏差 C10。3mm壳体腐蚀裕量 C23mm壳体材料许用应力t170MPa 接管实际外伸长度150mm接管实际内伸长度0mm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3mm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 0mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t150MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 13.94mm接管计算厚度t0.148 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr0。882开孔直径 d28mm补强区有效宽度 B98 mm接管有效外伸长度 h121.82mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 436.2mm2壳体多余金属面积 A150。88 mm2接管多余金属面积 A2533。3mm2补强区内的焊缝面积 A364 mm2A1+A2+A3=648.2 mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A（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， 51029计 算 方 法 : GB1501998 等 面 积 补 强 法， 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc2.2MPa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1壳体内直径 Di2000mm壳体开孔处名义厚度n18mm壳体厚度负偏差 C10。3mm壳体腐蚀裕量 C25.34mm壳体材料许用应力t181.7MPa椭圆形封头长短轴之比 2接管实际外伸长度200mm接管实际内伸长度10mm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3mm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 0mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t165。3MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 10.93mm接管计算厚度t3.028 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr0。91开孔直径 d458mm补强区有效宽度 B916 mm接管有效外伸长度 h1115.2mm接管有效内伸长度 h27 mm开孔削弱所需的补强面积A 5057mm2壳体多余金属面积 A1648。2 mm2接管多余金属面积 A25110mm2补强区内的焊缝面积 A377。3 mm2A1+A2+A3=5835 mm2 ,大于A，不需另加补强.补强圈面积 A4mm2A-(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, 7413。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 pc2。2MPa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1壳体内直径 Di2000mm壳体开孔处名义厚度n18mm壳体厚度负偏差 C10。3mm壳体腐蚀裕量 C25。34mm壳体材料许用应力t181.7MPa椭圆形封头长短轴之比 2接管实际外伸长度150mm接管实际内伸长度0mm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3mm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 0mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t165。3MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 10。93mm接管计算厚度t0.315 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr0。91开孔直径 d53mm补强区有效宽度 B116 mm接管有效外伸长度 h126。75mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 600mm2壳体多余金属面积 A187.37 mm2接管多余金属面积 A2495。7mm2补强区内的焊缝面积 A364 mm2A1+A2+A3=647。1 mm2 ，大于A，不需另加补强.补强圈面积 A4mm2A-(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, 11820.5计 算 方 法 ： GB150-1998 等 面 积 补 强 法， 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc2MPa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0。85壳体内直径 Di2000mm壳体开孔处名义厚度n18mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C23mm壳体材料许用应力t170MPa 接管实际外伸长度150mm接管实际内伸长度0mm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3mm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 0mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t150MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 13.94mm接管计算厚度t0.517 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr0。882开孔直径 d83mm补强区有效宽度 B166 mm接管有效外伸长度 h141.25mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 1214mm2壳体多余金属面积 A160.17 mm2接管多余金属面积 A21236mm2补强区内的焊缝面积 A364 mm2A1+A2+A3=1360 mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-（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 ps2MPa设计温度 Ts 200平均金属温度 ts165装配温度 to15壳材料名称Q345R设计温度下许用应力st170Mpa程平均金属温度下弹性模量 Es 1.931e+05Mpa平均金属温度下热膨胀系数as1。199e05mm/mm圆壳程圆筒内径 Di 2000mm壳 程 圆 筒 名义厚 度 ds18mm壳 程 圆 筒 有效厚 度 dse14。7mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef1.91e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0。25 p Di23.142e+06mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds （ Di+ds ）9.304e+04mm2管设计压力pt2。2MPa箱设计温度Tt155圆材料名称Q345R筒设计温度下弹性模量 Eh1.937e+05MPa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)dh35mm管箱圆筒有效厚度dhe32mm管箱法兰设计温度下弹性模量 Et”1。937e+05MPa材料名称S30408换管子平均温度 tt146设计温度下管子材料许用应力 stt111MPa设计温度下管子材料屈服应力sst144MPa热设计温度下管子材料弹性模量 Ett1.83e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量 Et1.862e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数at1。704e05mm/mm管管子外径 d25mm管子壁厚dt2mm注:管子根数 n3310换热管中心距 S32mm换一根管子金属横截面积144.5mm2换热管长度 L4000mm管子有效长度(两管板内侧间距） L13804mm管束模数 Kt = Et na/LDi1.171e+04MPa管子回转半径 8.162mm热管子受压失稳当量长度 lcr500mm系数Cr =158.4比值 lcr /i61.26管子稳定许用压应力 (） MPa管管子稳定许用压应力 （） 58。08MPa材料名称16Mn设计温度 tp200管设计温度下许用应力150MPa设计温度下弹性模量 Ep1.91e+05MPa管板腐蚀裕量 C2 3mm管板输入厚度dn98mm管板计算厚度 d95mm隔板槽面积 （包括拉杆和假管区面积)Ad0mm2板管板强度削弱系数 h0。4管板刚度削弱系数 m0。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l3。5mm胀接许用拉脱应力 qMPa焊接许用拉脱应力 q55。5MPa管材料名称16Mn管箱法兰厚度 144mm法兰外径 2250mm箱基本法兰力矩 4.293e+08Nmm管程压力操作工况下法兰力 5.544e+08Nmm法兰宽度 125mm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 ，查图 26） 0。00133旋转刚度 27.14MPa材料名称16Mn壳壳体法兰厚度91mm法兰外径 2250mm体法兰宽度 125mm比值 0.00735法比值0.0455系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查图25 0。00兰系数， 按dh/Di ,df”/Di ， 查图26 0。0001799旋转刚度 4。305MPa法兰外径与内径之比 1。125壳体法兰应力系数Y (按 K 查表95) 16.49旋转刚度无量纲参数 0。0002888膨胀节总体轴向刚度 0N/mm管板第一弯矩系数(按，查图 27) 0.08771系系数 43。56系数（按查图 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GB1511999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 21。517e+06mm2板参管板布管区面积 （三角形布管） (正方形布管 ) 2.935e+06mm2数管板布管区当量直径 1933mm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（1rt） 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）-(tt)0.00.0004339 当量压力组合 22MPa 有效压力组合 15.6141。09MPa基本法兰力矩系数 0.0090650.003443 管板边缘力矩系数0。011550。005929管板边缘剪力系数 0。50320。2583管板总弯矩系数 1.0140。6556系数仅用于 时0.17450。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)0.36570。07659系数 0 ,=， 0 ， =0。36570。1128管板径向应力系数带膨胀节Q为Q= 0。013910。003592管板布管区周边处径向应力系数 =0.016590.008981管板布管区周边处剪切应力系数 =0.038040。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 116.21。5 22578。973 450 MPa管板布管区周边处径向应力107.91.5 225132.83 450 MPa管板布管区周边剪切应力14.580.5 7532。141。5 225MPa壳体法兰应力 23。11.5 225-7。2623 450 MPa换热管轴向应力 5。81411158。0841。683 33358。08MPa壳程圆筒轴向应力 38。72144。585.32433.5MPa换热管与管板连接拉脱应力 q =3.056q55。521。913q焊接 q胀接166。5MPa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 =(tt）（t-t）0.00。0004339 当量压力组合 -2。894-2.894MPa 有效压力组合 26.491.001MPa操作情况下法兰力矩系数-0。00690。1826管板边缘力矩系数 0.00690.1826管板边缘剪力系数 0。30067.953管板总弯矩系数 1。1013。252系数仅用于 时0.18950。5597系数 当 时,按K和m 查图31(a）实线当 时，按K和m 查31（b）0.63841.327系数 0, =; 0 ，=0。63841.327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