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1、换热器设计 1.1 换热器概述 换热器是化工、石油、动力、食品及其他许多任务业部门通用设备，在生产中占有重要地位。换热器种类诸多，但依照冷、热流体热量互换原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。换热器随着换热目不同，详细可分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器，再沸器和热互换器等。由于使用条件不同，换热设备又有各种各样形式和构造。 换热器选型时需要考虑因素是多方面，重要有: ① 热负荷及流量大小； ② 流体性质； ③ 温度、压力及容许压降范畴； ④ 对清洗、维修规定； ⑤ 设备构造、材料、尺寸、重量； ⑥ 价
2、格、使用安全性和寿命； 按照换热面积形状和构造进行分类可分为管型、板型和其他型式换热器。其中，管型换热器中管壳式换热器因制造容易、生产成本低、解决量大、适应高温高压等长处，应用最为广泛。 管型换热器重要有如下几种形式： （1）固定管板式换热器：当冷热流体温差不大时，可采用固定管板构造型式，这种换热器特点是构造简朴，制导致本低。但由于壳程不易清洗或检修，管外物料应是比较清洁、不易结垢。对于温差较大而壳体承受压力较低时，可在壳体壁上安装膨胀节以减少温差应力。 （2）浮头式换热器：两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，称为固定端。另一端管板不与壳体连接而可相对滑动，称为浮头端。因而，管束
3、热膨胀不受壳体约束，检修和清洗时只要将整个管束抽出即可。合用于冷热流体温差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢状况。 （3）U形管式换热器换：热效率高，传热面积大。构造较浮头简朴，但是管程不易清洗，且每根管流程不同，不均匀。 表1-1 换热器特点一览表 分类 管 壳 式 名称 特性 管式 固定管板式 刚性构造用于管壳温差较小状况(普通≤50°C)，管间不能清洗 带膨胀节：有一定温度补偿能力，壳程只能承受较低压力 浮头式 管内外均能承受高压，壳层易清洗，管壳两物料温差>120℃；内垫片易渗漏 U型管式 制造、安装以便，造价较低，管程耐压高；但构造不紧凑、管子不易
4、更换和不易机械清洗 填料函式 内填料函：密封性能差，只能用于压差较小场合 外填料函：管间容易泄露，不易解决易挥发、易爆易燃及压力较高场合 釜式 壳体上均有个蒸发空间，用于蒸汽与液相分离 套管式 双套管式 构造比较复杂，重要用于高温高压场合或固定床反映器中 套管式 能逆流操作，用于传热面积较小冷却器、冷凝器及预热器 板式 板式 拆洗以便，传热面能调节，重要用于粘性加大液体间换热 螺旋板板 制造简朴，紧凑，可用于带颗粒物料，温位运用好；不易检修 伞板式 制造简朴、紧凑、成本低、易清洗，使用压力不不不大于1.2Mpa，使用温度不不不大于150℃ 板壳式 板数类似
5、管束，可抽出清洗检查，压力不能太高 蓄 热 式 回旋式 盘式 传热效率高，用于高温烟气冷却等 鼓式 用于空气预热器等 固定格室式 紧凑式 合用于低温到高温各种条件 非紧凑式 合用于高温及腐蚀性气体场合 表 面 扩 展 式 板翅式 紧凑、效率高。可多股物流同步换热，使用温度不不不大于150℃，重要用于粘性加大液体间换热 管翅式 高效而紧凑，换热面积大，传热效果好 在过程工业中，由于管壳式换热器具备制造容易，生产成本低，选材范畴广，清洗以便，适应性强，解决量大，工作可靠，且能适应高温高压等众多长处，管壳式换热器被使用最多。工业中使用换热
6、器超过90%都是管壳式换热器，在工业过程热量传递中是应用最为广泛一种换热器。结合上述长处和本工艺特点，本工艺换热器重要选用管壳式换热器。 1.2 管壳式换热器选用 1.2.1 构造参数拟定 ⑴管径 管径越小换热器越紧凑、便宜，但压力降会增长。为了满足容许压降，普通选用19mm管子；对于物流流量较大，采用25mm 以上管子。 ⑵管长 无相变传热时，管子长则换热系数增长，对于相似换热面积，管子长则管程数减小，使得压力降减小，每平方米传热面积比减少。国内生产原则钢管长度为6m，故系列原则中管长有1.5 m，2 m，3 m，6 m和9 m五种。因而，普通管长取4-6m，对大面积，无相变换热
7、器管长可取至8～9m。 ⑶管子配布 换热管在管板上排列方式重要有正三角形、正方形和转角正三角形、转角正方形。正三角形排列形式最为普遍，由于管距都相等，可以在同样管板面积上排列最多管数。但因管外不易清洗，其合用场合受到限制，重要合用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗场合。而采用正方形和转角正方形排列管束，可以使管间小桥形成一条直线通道，便于管外机械清洗。 ⑷管心距 管心距小设备紧凑，但将引起管板增厚、清洁不便、壳程压降增大。故普通选用范畴为 1.25～1.5d（d为管外径）。 表1-2 换热管管心距 换热管外径/mm 19 25 32 38 换热管中心距/mm
8、 25 32 40 48 分程隔板槽两侧相邻管中心距/mm 38 44 52 60 ⑸管程数 管程数增长，管内流速增长，传热系数增长。管程数普通有1、2、4、6、8、10、12等七种。但管程数不能分得太多，以免压力降过大，且隔板要占用相称大布管面积。 ⑹折流板 折流板可以变化壳程流体方向，使其垂直于管束流动，提高流速，从而增长流体流动湍流限度，获得较好传热效果。折流板型式可分为圆缺形（弓形）折流板、盘环形折流板、孔式折流板和折流圈。 表1-3 折流板间距惯用数值 管长(mm) 折流板间距(mm) ≤3000 100 200 300 450
9、600 — 4500～6000 — 1500～6000 150 200 300 450 600 — ≤6000 — 200 300 450 600 — 7500，9000 — 750 6000 — — 300 450 600 750 7500，9000 — 6000～9000 — — — 450 600 750 1.3 换热器详细设计 本工艺共有41台换热设备（换热器、再沸器、冷凝器、预热器），这里咱们以浮头式换热器（E0602）详细设计为例。热物流经该换热器换热温度降至目的温度，冷却物流为循环冷却水。 由Asp
10、en软件得到冷热工艺物流数据： 表1-4 工艺操作参数 操作参数 参数 壳程 管程 介质 循环冷却水 甲苯回收塔塔底去一级结晶 质量流量（Kg/h） 343740.0 84194.9 入口温度（℃） 20.00 138.00 出口温度（℃） 30.00 34.00 入口压力（bar） 3.00 2.87 出口压力（bar） 2.87 2.7413 初步选取换热器形式后，依照任务规定运用Aspen Exchanger Design＆Rating V7.2进行模仿计算，模仿出来换热器工艺参数如图1-1所示： 图1-1 换热器工艺参数
11、 ⑴构造设计 运用Aspen Exchanger Design＆Rating V7.2软件也可以对换热器进行构造设计，模仿出来成果如下： ①换热管设计 图 1-2 换热管基本参数 图 1-3 换热管排列方式 换热管为平滑管，外径19mm，壁厚为2mm，管间距为25mm，管长 5850mm。换热管根数514根。管子排列方式为正三角形排列。 ②折流板和管口设计 折流板设立重要是为了提高壳程流速，增长扰动，改进传热。这里选取单弓形折流板，并且圆缺方向高度为壳体公称直径0.15～0.45，折流板间距普通不不大于圆筒内径1/5。折流板数目及厚度等基本参数见图1-4 所示
12、 图1-4 折流板基本参数 折流板数目为6，折流板型式为单弓形，切割率为39.15%。折流板朝向为水平，与进出口间隔（第一块与进口或最后一块与出口端面距离）为466.48mm， 两块板间隔为525.00mm。 图1-5 管口基本参数 管程进、出口管口各有一种。其中，管程进口管口外径为168.28mm，内径154.05mm；管程出口管口外径168.28mm，内径154.05mm。壳程进、出口管口亦各有一种，壳程进口管口外径为323.85mm，内径304.8mm；壳程出口管口外径273.05mm，内径254.51mm。 ③管束 图1-6 管束基本参数 如图为管束信息，重
13、要对管束布置、布置限定、定位杆拉杆和管束布置图 进行详细设立。 图 1-7 换热器构造尺寸 依照《JB/T4715-1992固定管板式换热器形式与基本参数》和《GB151-1999 管壳式换热器》对模仿数据进行圆整，并考虑到热损失等，换热面积有余量， 选定换热器基本参数如下： 表1-5 换热器基本参数 项目 参数 公称直径/mm 800 管子规格/mm φ19×2 排列方式 正三角形 管中心距/mm 25 管长/mm 4500 公称压力/MPa 0.6 换热面积/㎡ 189.8 管程数 4 壳程数 1 折流板间距/mm 600
14、 折流板数 6 折流板形式 单弓形 ⑵换热器机械设计及校核 ①选材 由于热流体和冷却水温度都不是太高，冷、热流体腐蚀性不大，故壳体材料 选用Q235-B，管子材料选用Q235-B无缝钢管。 ②管板选取 管板用来固定换热管并起着分隔管程和壳程作用,依照选定换热器公称直径及操作压力查表可得管板数据，这里选用其默认管板类型为原则单管板。 表1-6 管板构造数据 DN D D1 D2 D3 D4 D5 d2 bf b 800 930 890 855 797 842 800 23 38 48 ③管子与管板连接 由于操作压力
15、不大于4Mpa，且温度低于300℃，因此管子与管板连接采用 胀接。 ④管板与壳体连接 管板与壳体连接采用焊接，,该构造在管板上开槽，壳体嵌入后焊接。壳体对中容易，合用于壳体压力不太高场合。 ⑤换热器校核 表 1-7 固定管板式换热器设计计算 浮头式换热器筒体设计计算 计算单位 全国化工设备设计技术中心站 设计计算条件 壳程 管程 设计压力 0.4 MPa 设计压力 0.4 MPa 设计温度 65 ℃ 设计温度 170 ℃ 壳程圆筒内径 800.00 mm 管箱圆筒内径 800.00 mm 材料名称 Q235-B 材料名称 Q
16、235-B 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 后端管箱圆筒校核计算 后端管箱封头(平盖)校核计算 管板校核计算 表 1-8 前端管箱筒体计算 前端管箱筒体计算成果 计算单位 全国化工设备设计技术中心站 计算条件 筒体简图 计算压力 Pc 0.40 MPa 设计温度 t 170.00 ° C 内径 Di 800.00 mm 材料 Q235-B ( 板材 ) 实验温度许用应力 [s] 113.00 MPa 设计温度许用应力 [s]t 109.80 MPa
17、实验温度下屈服点 ss 235.00 MPa 钢板负偏差 C1 0.80 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 = = 1.72 mm 有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.20 mm 名义厚度 dn = 12.00 mm 重量 100.44 Kg 压力实验时应力校核 压力实验类型 液压实验 实验压力值 PT = 1.25P = 0.5000 (或由顾客输入) MPa 压力实验容许通过 应力水平 [s]T [s]T£ 0.90 ss = 211.50
18、 MPa 实验压力下 圆筒应力 sT = = 28.99 MPa 校核条件 sT£ [s]T 校核成果 合格 压力及应力计算 最大容许工作压力 [Pw]= = 1.89385 MPa 设计温度下计算应力 st = = 19.71 MPa [s]tf 93.33 MPa 校核条件 [s]tf ≥st 结论 合格 表 1-9 前端管箱封头计算 前端管箱封头计算成果 计算单位 全国化工设备设计技术中心站 计算条件 椭圆封头简图 计算压力 Pc 0.40 MPa 设计温度 t 170.00 ° C 内径 Di
19、 800.00 mm 曲面高度 hi 200.00 mm 材料 Q235-B (板材) 实验温度许用应力 [s] 113.00 MPa 设计温度许用应力 [s]t 109.80 MPa 钢板负偏差 C1 0.80 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 形状系数 K = = 1.0000 计算厚度 d = = 1.72 mm 有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.20 mm 最小厚度 dmin = 1.20 mm 名义厚度 dn = 12.00 mm 结论
20、 满足最小厚度规定 重量 77.54 Kg 压 力 计 算 最大容许工作压力 [Pw]= = 1.90351 MPa 结论 合格 表 1-10 后端管箱筒体计算 后端管箱筒体计算成果 计算单位 全国化工设备设计技术中心站 计算条件 筒体简图 计算压力 Pc 0.40 MPa 设计温度 t 65.00 ° C 内径 Di 900.00 mm 材料 Q235-B ( 板材 ) 实验温度许用应力 [s] 113.00 MPa 设计温度许用应力 [s]t 113.00 MPa 实验温度下屈服点 ss 23
21、5.00 MPa 钢板负偏差 C1 0.80 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 = = 1.88 mm 有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.20 mm 名义厚度 dn = 12.00 mm 重量 87.44 Kg 压力实验时应力校核 压力实验类型 液压实验 实验压力值 PT = 1.25P = 0.5000 (或由顾客输入) MPa 压力实验容许通过 应力水平 [s]T [s]T£ 0.90 ss = 211.50 MPa 实验压力下 圆筒
22、应力 sT = = 32.58 MPa 校核条件 sT£ [s]T 校核成果 合格 压力及应力计算 最大容许工作压力 [Pw]= = 1.73444 MPa 设计温度下计算应力 st = = 22.15 MPa [s]tf 96.05 MPa 校核条件 [s]tf ≥st 结论 合格 表 1-11 后端管箱封头计算 后端管箱封头计算成果 计算单位 全国化工设备设计技术中心站 计算条件 椭圆封头简图 计算压力 Pc 0.40 MPa 设计温度 t 65.00 ° C 内径 Di 900.00
23、mm 曲面高度 hi 200.00 mm 材料 Q235-B (板材) 实验温度许用应力 [s] 113.00 MPa 设计温度许用应力 [s]t 113.00 MPa 钢板负偏差 C1 0.80 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 形状系数 K = = 1.1771 计算厚度 d = = 2.21 mm 有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.20 mm 最小厚度 dmin = 2.70 mm 名义厚度 dn = 12.00 mm 结论 满足最小厚度规定 重
24、量 91.59 Kg 压 力 计 算 最大容许工作压力 [Pw]= = 1.48120 MPa 结论 合格 表 1-12 筒体计算 浮头式换热器筒体计算成果 计算单位 全国化工设备设计技术中心站 计算条件 筒体简图 计算压力 Pc 0.40 MPa 设计温度 t 65.00 ° C mm 内径 Di 800.00 mm 材料 Q235-B ( 板材 ) 实验温度许用应力 [s] 113.00 MPa 设计温度许用应力 [s]t 113.00 MPa 实验温度下屈服点 ss 235.00 MP
25、a 钢板负偏差 C1 0.80 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 = = 1.67 mm 有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.20 mm 名义厚度 dn = 12.00 mm 重量 1081.33 Kg 压力实验时应力校核 压力实验类型 液压实验 实验压力值 PT = 1.25P = 0.5000 (或由顾客输入) MPa 压力实验容许通过 应力水平 [s]T [s]T£ 0.90 ss = 211.50 MPa 实验压力下 圆筒应力 sT
26、 = = 28.99 MPa 校核条件 sT£ [s]T 校核成果 合格 压力及应力计算 最大容许工作压力 [Pw]= = 1.94905 MPa 设计温度下计算应力 st = = 19.71 MPa [s]tf 96.05 MPa 校核条件 [s]tf ≥st 结论 合格 表1-13 筒体法兰计算 筒体法兰计算成果 计算单位 全国化工设备设计技术中心站 设 计 条 件 简 图 设计压力 p 0.400 MPa 计算压力 pc 0.400 MPa 设计温度 t 65.0 ° C 轴向外载荷 F 0.
27、0 N 外力矩 M 0.0 N.mm 壳 材料名称 Q235-B 体 许用应力 113.0 MPa 法 材料名称 16Mn 许用 [s]f 150.0 MPa 兰 应力 [s]tf 150.0 MPa 材料名称 40MnB 螺 许用 [s]b 196.0 MPa 应力 [s]tb 184.8 MPa 栓 公称直径 d B 20.0 mm 螺栓根径 d 1 17.3 mm 数量 n 28 个 Di 800.0 Do 950.0 垫 构造尺寸 Db 907.0
28、 D外 878.0 D内 855.0 δ0 14.0 mm Le 21.5 LA 26.5 h 13.0 δ1 27.0 材料类型 金属垫片 N 11.5 m 3.00 y(MPa) 25.5 压紧面形状 1a,1b b 5.75 DG 866.5 片 b0≤6.4mm b= b0 b0≤6.4mm DG= ( D外+D内 )/2 b0 > 6.4mm b=2.53 b0 > 6.4mm DG= D外 - 2b 螺 栓 受 力 计 算 预紧状态下需要最小螺栓载荷Wa Wa=
29、 πbDG y = 399140.8 N 操作状态下需要最小螺栓载荷Wp Wp = Fp + F = 273443.8 N 所需螺栓总截面积 Am Am = max (Ap ,Aa ) = 2036.4 mm2 实际使用螺栓总截面积 Ab Ab = = 6577.2 mm2 力 矩 计 算 操 FD = 0.785pc = 60.0 N LD= L A+ 0.5δ1 = 40.0 mm MD= FD LD = 8038400.0 N.mm 作 FG = Fp = 37547.2 N LG= 0.5 ( Db - DG ) = 2
30、0.2 mm MG= FG LG = 760330.4 N.mm Mp FT = F-FD = 34798.2 N LT=0.5(LA + d1 + LG ) = 36.9 mm MT= FT LT = 1283183.2 N.mm 外压：Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG )； 内压：Mp = MD+MG+MT Mp = 10081914.0 N.mm 预紧 Ma W = 844132.2 N LG = 20.2 mm Ma=W LG = 17093678.0 N.mm 计算力矩 Mo= Mp 与Ma[
31、s]ft/[s]f中大者 Mo = 17093678.0 N.mm 螺 栓 间 距 校 核 实际间距 = 90.5 mm 最小间距 46.0 (查GB150-98表9-3) mm 最大间距 122.3 mm 形 状 常 数 确 定 98.99 h/ho = 0.1 K = Do/DI = 1.214 1.9 由K查表9-5得 T=1.844 Z =5.876 Y =11.389 U=12.515 整体法兰 查图9-3和图9-4 FI=0.90090 VI=0.42312 0.
32、00851 松式法兰 查图9-5和图9-6 FL=0.00000 VL=0.00000 0.00000 查图9-7 由 d1/do 得 f = 2.91134 整体法兰 = 613524.1 松式法兰 = 0.0 0.2 ψ=δf e+1 =1.44 g = y/T = 0.76 1.54 = 0.94 剪应力校核 计 算 值 许 用 值 结 论 预紧状态 0.0
33、0 MPa 操作状态 0.00 MPa 输入法兰厚度δf = 48.0 mm时，法兰应力校核 应力 性质 计 算 值 许 用 值 结 论 轴向 应力 90.38 MPa =225.0 或 =282.5( 按整体法兰设计任 意 式法兰，取 ) 校核合格 径向 应力 15.17 MPa = 150.0 校核合格 切向 应力 16.45 MPa = 150.0 校核合格 综合 应力 = 53.42 MPa = 150.0 校核合格 法兰校核成果 校核合格
34、 表1-14后端筒体法兰计算 后端筒体法兰计算成果 计算单位 全国化工设备设计技术中心站 设 计 条 件 简 图 设计压力 p 0.400 MPa 计算压力 pc 0.400 MPa 设计温度 t 65.0 ° C 轴向外载荷 F 0.0 N 外力矩 M 0.0 N.mm 壳 材料名称 Q235-B 体 许用应力 113.0 MPa 法 材料名称 16Mn 许用 [s]f 150.0 MPa 兰 应力 [s]tf 150.0 MPa 材料名称 40MnB 螺 许用 [s]
35、b 196.0 MPa 应力 [s]tb 184.8 MPa 栓 公称直径 d B 20.0 mm 螺栓根径 d 1 17.3 mm 数量 n 28 个 Di 800.0 Do 1050.0 垫 构造尺寸 Db 1007.0 D外 978.0 D内 950.0 δ0 8.0 mm Le 21.5 LA 34.5 h 30.0 δ1 69.0 材料类型 软垫片 N 14.0 m 3.00 y(MPa) 52.4 压紧面形状 1a,1b b 6.69 DG
36、964.6 片 b0≤6.4mm b= b0 b0≤6.4mm DG= ( D外+D内 )/2 b0 > 6.4mm b=2.53 b0 > 6.4mm DG= D外 - 2b 螺 栓 受 力 计 算 预紧状态下需要最小螺栓载荷Wa Wa= πbDG y = 1062926.5 N 操作状态下需要最小螺栓载荷Wp Wp = Fp + F = 341001.5 N 所需螺栓总截面积 Am Am = max (Ap ,Aa ) = 5423.1 mm2 实际使用螺栓总截面积 Ab Ab = = 6577.2 mm2
37、力 矩 计 算 操 FD = 0.785pc = 60.0 N LD= L A+ 0.5δ1 = 69.0 mm MD= FD LD = 13866240.0 N.mm 作 FG = Fp = 48659.0 N LG= 0.5 ( Db - DG ) = 21.2 mm MG= FG LG = 1031267.3 N.mm Mp FT = F-FD = 91209.9 N LT=0.5(LA + d1 + LG ) = 62.3 mm MT= FT LT = 5686650.0 N.mm 外压：Mp = FD (LD -
38、 LG )+FT(LT-LG )； 内压：Mp = MD+MG+MT Mp = 20584158.0 N.mm 预紧 Ma W = 1176025.0 N LG = 21.2 mm Ma=W LG = 24924388.0 N.mm 计算力矩 Mo= Mp 与Ma[s]ft/[s]f中大者 Mo = 24924388.0 N.mm 螺 栓 间 距 校 核 实际间距 = 113.0 mm 最小间距 46.0 (查GB150-98表9-3) mm 最大间距 122.3 mm 形 状
39、 常 数 确 定 74.83 h/ho = 0.4 K = Do/DI = 1.312 8.6 由K查表9-5得 T=1.792 Z =3.768 Y =7.289 U=8.010 整体法兰 查图9-3和图9-4 FI=0.81583 VI=0.08833 0.01020 松式法兰 查图9-5和图9-6 FL=0.00000 VL=0.00000 0.00000 查图9-7 由 d1/do 得 f = 35.17656 整体法兰 = 464289.0 松式法兰 = 0.0 0.2 ψ=δf e+1
40、 =1.51 g = y/T = 0.83 1.65 = 1.07 剪应力校核 计 算 值 许 用 值 结 论 预紧状态 0.00 MPa 操作状态 0.00 MPa 输入法兰厚度δf = 48.0 mm时，法兰应力校核 应力 性质 计 算 值 许 用 值 结 论 轴向 应力 213.13 MPa =225.0 或 =282.5( 按整体法兰设计任 意 式法
41、兰，取 ) 校核合格 径向 应力 20.90 MPa = 150.0 校核合格 切向 应力 19.83 MPa = 150.0 校核合格 综合 应力 = 117.01 MPa = 150.0 校核合格 法兰校核成果 校核合格 表1-15前端管箱法兰计算 前端管箱法兰计算成果 计算单位 全国化工设备设计技术中心站 设 计 条 件 简 图 设计压力 p 0.400 MPa 计算压力 pc 0.400 MPa 设计温度 t 170.0 ° C 轴向外载荷 F 0.0 N 外力矩 M 0.
42、0 N.mm 壳 材料名称 Q235-B 体 许用应力 109.8 MPa 法 材料名称 16Mn 许用 [s]f 150.0 MPa 兰 应力 [s]tf 142.2 MPa 材料名称 40MnB 螺 许用 [s]b 196.0 MPa 应力 [s]tb 168.6 MPa 栓 公称直径 d B 20.0 mm 螺栓根径 d 1 17.3 mm 数量 n 28 个 Di 800.0 Do 950.0 垫 构造尺寸 Db 907.0 D外 878.0 D内
43、 850.0 δ0 14.0 mm Le 21.5 LA 26.5 h 13.0 δ1 27.0 材料类型 软垫片 N 14.0 m 3.00 y(MPa) 25.5 压紧面形状 1a,1b b 6.69 DG 864.6 片 b0≤6.4mm b= b0 b0≤6.4mm DG= ( D外+D内 )/2 b0 > 6.4mm b=2.53 b0 > 6.4mm DG= D外 - 2b 螺 栓 受 力 计 算 预紧状态下需要最小螺栓载荷Wa Wa= πbDG y = 463639
44、8 N 操作状态下需要最小螺栓载荷Wp Wp = Fp + F = 278487.8 N 所需螺栓总截面积 Am Am = max (Ap ,Aa ) = 2365.5 mm2 实际使用螺栓总截面积 Ab Ab = = 6577.2 mm2 力 矩 计 算 操 FD = 0.785pc = 60.0 N LD= L A+ 0.5δ1 = 40.0 mm MD= FD LD = 8038400.0 N.mm 作 FG = Fp = 43614.6 N LG= 0.5 ( Db - DG ) = 21.2 mm MG= FG
45、LG = 924357.3 N.mm Mp FT = F-FD = 33772.2 N LT=0.5(LA + d1 + LG ) = 37.3 mm MT= FT LT = 1261286.0 N.mm 外压：Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG )； 内压：Mp = MD+MG+MT Mp = 10224043.0 N.mm 预紧 Ma W = 876381.8 N LG = 21.2 mm Ma=W LG = 18573820.0 N.mm 计算力矩 Mo= Mp 与Ma[s]ft/[s]f中大者
46、 Mo = 17607980.0 N.mm 螺 栓 间 距 校 核 实际间距 = 101.8 mm 最小间距 46.0 (查GB150-98表9-3) mm 最大间距 122.3 mm 形 状 常 数 确 定 105.83 h/ho = 0.1 K = Do/DI = 1.188 1.9 由K查表9-5得 T=1.844 Z =5.876 Y =11.389 U=12.515 整体法兰 查图9-3和图9-4 FI=0.90090 VI=0.42312 0.00851 松式法兰 查
47、图9-5和图9-6 FL=0.00000 VL=0.00000 0.00000 查图9-7 由 d1/do 得 f = 2.91134 整体法兰 = 613524.1 松式法兰 = 0.0 0.2 ψ=δf e+1 =1.44 g = y/T = 0.76 1.54 = 0.94 剪应力校核 计 算 值 许 用 值 结 论 预紧状态 0.00 MPa 操作
48、状态 0.00 MPa 输入法兰厚度δf = 48.0 mm时，法兰应力校核 应力 性质 计 算 值 许 用 值 结 论 轴向 应力 93.10 MPa =213.3 或 =274.5( 按整体法兰设计任 意 式法兰，取 ) 校核合格 径向 应力 15.63 MPa = 142.2 校核合格 切向 应力 16.95 MPa = 142.2 校核合格 综合 应力 = 55.02 MPa = 142.2 校核合格 法兰校核成果 校核合格 表1-16
49、后端管箱法兰计算 后端管箱法兰计算成果 计算单位 全国化工设备设计技术中心站 设 计 条 件 简 图 设计压力 p 0.400 MPa 计算压力 pc 0.400 MPa 设计温度 t 65.0 ° C 轴向外载荷 F 0.0 N 外力矩 M 0.0 N.mm 壳 材料名称 Q235-B 体 许用应力 113.0 MPa 法 材料名称 16Mn 许用 [s]f 150.0 MPa 兰 应力 [s]tf 150.0 MPa 材料名称 40MnB 螺 许用 [s]b 196.0 MP
50、a 应力 [s]tb 184.8 MPa 栓 公称直径 d B 20.0 mm 螺栓根径 d 1 17.3 mm 数量 n 28 个 Di 900.0 Do 1050.0 垫 构造尺寸 Db 1007.0 D外 978.0 D内 950.0 δ0 8.0 mm Le 21.5 LA -15.5 h 30.0 δ1 69.0 材料类型 软垫片 N 14.0 m 3.00 y(MPa) 52.4 压紧面形状 1a,1b b 6.69 DG 964.6 片 b
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