毕业设计（论文）-流量为170th双管程固定管板式换热器设计（全套图纸）

沈 阳 化 工 大 学 科 亚 学 院 本 科 毕 业 设 计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 题 目：流量为 170t/h 双管程固定管板式换热器 专 业： 过控 班 级： 1201 学生姓名： 指导教师： 论文提交日期： 2016 年 6 月 1 日 论文答辩日期： 2016 年 6 月 6 日 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 过程装备与控制工程 1201 班 学生： 毕业设计（论文）题目：流量为170t/h双管程固定管板式换热器 毕业设计（论文）内容： 有关换热器综述一篇； 计算书说明书一份； 毕业设计（论文）专题部分： 固定管板式换热器 起止时间：2016 年 5 月 25 至 2016 年 6 月 6 日 指导教师： 签字 2016 年 3 月 1 日 课题名称 流量为170t/h双管程固定管板式换热器 设计者 何香颐 图号 GK311202110- 01 设计参数 管口表 容器类别 符号 公称尺寸 用途或名称 参数名称 壳程 管程 a 450 进油管 工作压力 MPa 1.6 2.5 b 450 出油管 设计压力 MPa 1.65 2.5 c 200 热水出口 工作温度 20 85 d 设计温度 52.5 110 e 20 放气口 介质 水 油 f 20 放气口 介质特性 h 200 冷水进口 推荐材料 Q345 20 钢 g 20 排液口 腐蚀余量 mm 0.3 2 m 20 排液口 焊接接头 系数 0.85 0.85 程数 1 2 传热面积 465 465 换热管 推荐尺寸 管子与管板 连接方式 强度焊接 强度 焊接 设计参数： 管程： 管程为油，入口温度为 130，出口温度为 90 壳程：壳程介质为热水，由 20加热到 85；流量为 170t/h 结构为固定管板式换热器 摘要摘要 在不同温度的流体间传递热能的装置成为热交换器， 简称为换热器。 换热器是化工、交通、动力、石油、冶金国防等工业部门重要工艺设备 之一。由于物料的性质、要求各不相同，换热器的种类很多，根据使用 场合，使用目的有所不同。了解各种换热器的特点，根据工艺要求正确 选用适当类型的换热器很重要。按照热量交换的方式不同，分为间壁式 换热器、直接接触式换热器、蓄热式换热器三种。化工生产中绝大多数 情况下不允许冷、热两流体在传热过程中发生混合，所以，间壁式换热 器的应用最广泛，在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体 的温度较高，放出热量；另一流体温度较低，吸收热量。换热器在动力、 制冷、石油、食品、化工等等行业中都有广泛的应用，而且他们是上述 这些行业的通用设备，并有着十分重要的部位。固定管板式换热器是管 壳式换热器的一种典型结构，也是目前应用最广泛的一种换热器。固定 管板式化热器的优点为结构简单，成本低、选材广、适应性强、耐压性 强、方便清洗、管子损坏时便于堵管或更换，在各工业部门应用最为广 泛。这种换热器使用于壳侧介质清洁且不宜结垢，并能进行清洗管束， 壳程两侧温差不大或者温差较大但壳侧压力不高的场合。换热设备在石 油化工、炼油以及在其他工业中使用广泛，它适用于冷凝、冷却、蒸发 和废热回收等等方面。 列管式换热器分为 U 型管换热器和固定管板式换热器。U 型管换热器 结构特点是只有一块管板，换热管为 U 型，管子的两端固定在同一块板 上，其管程至少为两程。U 型管换热器的优点是：只有一块管板，结构 简单，密封面少，运行可靠；管件清洗方便，管束可以抽出。缺点是管 板利用率较低，管内清洗困难，管束内程管间距大，壳程易短路，内程 管子坏了无法更换，所以报废率高。固定管板式换热器主要是由封头、 管板、换热管、简体、管箱、法兰及折流板等组成，管班上两端分别固 定着管束，简体和管板之间是刚性连接在一起，相互之间无相对移动， 换热器结构简单、造价低、制造方便，在相同直径的壳体内可排列安装 较多的换热管，并且每个换热管都可单独进行管内清洗或更换，但是管 外清洗比较困难。因此，固定管板式换热器更适用于不易结垢的壳程流 体清洁，而冷热流体温差不太大的管程常用清洗的场合不太适用。 固定管板式换热器的设计包括：流体设计、结构设计、热力设计和强 度设计。在本次设计中进行了对物料及热量衡算，并对换热器整体机构 进行计算和对换热器的基本附件进行选择和设计，最后绘出非标零件图 和装配图。其中课题设计以强度校核和结构设计为主要设计内容。热力 计算是指根据使用单位提出的基本要求，合理选择运行参数，并根据传 热学的知识进行传热计算。 关键字：关键字：换热器，固定管板，壳体，封头 Abstract In different temperature of liu medical transfer heat device become a heat exchanger, heat exchanger for short.Heat exchanger is chemical industry, transportation, power, petroleum, metallurgy, national defense industry one of the important technological equipment.Due to the nature of the material, requirements vary, there are many kinds of heat exchanger, according to the using situation, using low is different.To understand the characteristics of all kinds of heat exchanger, according to the technological requirements it is very important to correctly choose the right type of heat exchanger.According to the heat exchange in a different way, divided into recuperative heat exchanger, direct contact heat exchanger, three kinds of regenerative heat exchanger.Chemical production in the vast majority of cases are not allowed to cold and hot fluid in the process of heat transfer in hybrid, so, the most widely used, recuperative heat exchanger in the heat exchanger should have at least two different fluid temperature, the temperature of a fluid is higher, gives off heat;Another fluid temperature is low, absorption of heat.Heat exchanger in power, refrigeration, petroleum, food, chemical industry and so on are widely used in industry, second they are these industry general equipment, and has a very important part.Fixed tube plate heat exchanger is a kind of typical structure of tube and shell heat exchanger, a heat exchanger is currently the most widely used.Fixed tube plate heat exchanger of advantages as simple structure, low cost, wide material selection, strong adaptability, strong pressure resistance, convenient cleaning and pipe damage to facilitate tube jam or replaced, the most widely used in various industry departments.This kind of heat exchanger used in shell side of the media should not be clean and scaling, and can be washed, on both sides of the shell side shell temperature difference is not big or temperature difference is bigger but the occasion of the lateral pressure is not high.Heat exchange equipment in petrochemical, refining, and widely used in other industries, it is suitable for cooling, evaporation and condensation, waste heat recovery, etc. Shell and tube heat exchanger is divided into U tube heat exchanger and fixed tube plate heat exchanger.U tube heat exchanger structure characteristics is only a piece of tube plate, heat exchange tube for U, at both ends of the tube are fixed on the same piece of plate, the monitor for at least two process.The advantages of the U tube heat exchanger is: only a piece of tube plate, structure is simple, sealing surface, less reliable operation;Fitting convenient cleaning, tube bundle can be pulled out.Defect is low utilization rate of tube sheet, tube cleaning is difficult, the distance between pipe bundle in cheng, shell Cheng Yi short circuit, the process pipe is broken cant change, so the scrap rate is high.Fixed tube plate heat exchanger is mainly composed of head, tube plate, heat exchange tube, simplified, pipe, flanges and baffle plate, etc, were fixed by bundle on both ends of the tube in the class, simplified and tube plate is rigid connection between together, no relative movement between each other, heat exchanger has simple structure, low cost, easy fabrication, inside the shell of the same diameter can be arranged to install more heat exchange tube, and each heat exchange tube can separate for pipe cleaning or replacement, but outside the pipe cleaning more difficult.Therefore, fixed tube plate heat exchanger is more suitable for not easy scaling of shell side fluid cleaning, and cold and hot fluid temperature difference is not too big tube side commonly used cleaning occasions dont apply. Fixed tube plate heat exchanger design includes: fluid design, structure design, thermal design and strength design.In the design of material and heat balance, and a calculation is made of heat exchanger overall mechanism and basic attachments for selection and design of heat exchanger, the final draw non- standard parts drawing and assembly drawing.With intensity and structure design of the project design among them as the main design content.Thermodynamic calculation is according to put forward the basic requirement of units used, the reasonable selection operation parameters, and according to the knowledge of heat transfer, heat transfer calculation. Key words: heat exchanger, fixed tubesheet and shell, head 目 录 第一章工艺计算说明书 1 1.1 原始数据 1 1.2 定性温度及物性参数 1 1.3 传热量与油流量 2 1.4 有效平均温差计算 2 1.5 管程换热系数计算 3 1.6 结构的初步设计 3 1.7 壳程换热系数计算 4 1.8 传热系数计算 5 1.9 管外壁热流密度计算 5 第二章换热器零部件的工业结构设计 . 6 2.1 换热管材料及规格的选择和根数的确定 . 6 2.2 布管方式的选择 6 2.3 筒体内径的确定 6 2.4 筒体壁厚的确定 7 2.5 封头形式的确定 7 2.6 管箱短节壁厚计算 8 2.7 容器法兰的选择 8 第三章换热器的强度设计及校核 10 3.1 筒的计算 . 10 3.2 对于延长部分兼作法兰的管板的计算 . 11 3.3 假定管板厚度的计算 . 13 3.4 2 G 值的计算 . 15 3.5 法兰厚度的计算 . 15 3.6 法兰力矩的组合 . 16 3.6.1 只有壳程设计压力 Ps,而管程设计压力 Pt=0,不计膨胀节变形 差（即 r=0） 16 3.6.2 只有壳程设计压力，而管程设计压力 Pt=0，并且计入膨胀变形 差 . 17 3.6.3 只有管程设计压力 Pt,而壳程设计压力 Ps=0，不计膨胀节变形 差 . 19 3.6.4 只有管程设计压力 Pt,而壳程设计压力 Ps=0，同时计入膨胀变 形差 . 20 3.6.5 由管板计算厚度来确定管板的实际厚度 . 21 3.7 是否安装膨胀节的确定 . 21 3.8 折流板尺寸的确定 . 21 3.9 各管控接管及其法兰的确定 . 22 3.10 设备法兰的选择 24 3.11 拉杆和定距管的确定 25 3.12 开孔补强计算 a 孔 DN=mm（GB150-1998 项目 8.1） . 26 3.13 筒体管箱耐压试验的应力校核的计算 28 3.14 支座的选择及应力校核 29 3.14.1 支座的选择 . 29 3.14.2 鞍座的应力校核 29 参考文献 34 致谢 35 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 工艺计算说明书 1 第一章 工艺计算说明书 11 原始数据原始数据 管程油的进口温度 t1=130 管程油的出口温度 t1=90 管程油的工作压力 P1=2.5MPa 壳程水的入口温度 t2=20 壳程水的出口温度 t2=85 壳程水的出口压力 P2=1.6MPa 壳程水的流量 G1=170000kg/h 12 定性温度及物性参数定性温度及物性参数 管程油定性温度 t1=110 管程油密度查物性表得 1=759kg/m3 管程油比热查物性表得 Cp1=2.43KJ/（Kg ） 管程油导热系数查物性表 1=0.1042w/mk 管程油粘度 1=0.5510- 3Pas 管程油布朗特数查物性表得 Pr=16.1 壳程水定性温度 t2=52.5 壳程水比热查物性表得 Cp2=4.17KJ/（Kg ） 壳程水密度查物性表得 2=988.1kg/m3 壳程水导热系数查物性表得 2=0.65W/（mk） 壳程水粘度 2=0.5510- 3Pas 壳程水布朗特数查物性表得 Pr=3.54 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 工艺计算说明书 2 1.3 传热量与油流量传热量与油流量 取定换热效率： 98 . 0 = 设计传热量： Q=）（ 2111 CGtt p =1700004.17（85- 20） =1.25 7 10 W 由 =）（ 1111 t -tCGQ p 导出煤油流量 1 G，得 hG/kg16193250 1= 1.4 有效平均温差计算有效平均温差计算 有效平均温度： ）（ ）（）（ = 21 21 2121 ln - tt tt tttt tN = ）（ ）（）（ 02-09 58-301 ln 02-90-58-130 =75.53 参数 P： P= 12 11 tt tt = 031-20 130-09 =0.36 参数 R： R= 11 22 tt tt = 130-90 85-20 =1.625 换热器按单壳程双管程设计，查图表得： 温差校正系数： =0.75 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 工艺计算书说明书 3 有效平均温差： m t= N t=0.7573.53=55.15 1.5 管程换热系数计算管程换热系数计算 查图表可得： 初选传热系数： 0 K =600 W/m. 则初选传热面积为： mn n tK Q =F= 15.55600 1025 . 1 7 =377.76 选用5 . 225不锈钢的无缝钢管做换热管，则 管子外径： 0 d =0.025 m 管子内径： i d =0.02 m 管子长度： l=6 m 则 所需换热器根数： t N = l 0 0 d F = 6025 . 0 14 . 3 76.377 =803 可取换热管根数为： 804 根 则管程流通面积为： 1 a = 2 22 i t d N = 2 02 . 0 4 14 . 3 2 803 =0.252 管程流速： 1 w = 3600 11 1 a G = 3600252 . 0 759 131225 =0.191 m/s 管程雷诺数： 1 Re = 1 11 i dw = 3- 1055 . 0 02 . 0 191 . 0 759 =5271.6 管程传热系： 1 = 4 . 0 8 . 0 1 100 015 . 0 13605 ）（ ）（ i d wt + =2542 1.6 结构的初步设计结构的初步设计 查 GB- 1999 知管间距按 1.25 0 d 取 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 工艺计算书说明书 4 管间距： s=0.032 m 管束中心排管数： c N =1.1 t N =1.1803=32 根 则壳体内径： i D =）（1N c s+ 0 4d =0.032（32- 1）+40.025=1.092 m 取整为： i D =1.1 m 则长径比： i D l = 1 . 1 6 =5.45 合理 折流板选择弓形折流板 弓形折流板的弓高：h=0.2 i D =0.21.1=0.22 m 折流板间距：B= 3 Di =0.367 m 折流板数为： B n = B l - 1= 367 . 0 6 - 1=15 块 1.7 壳程换热系数计算壳程换热系数计算 壳程流通面积： 2 f =）（ s d i 0 -1DB=）（ 032 . 0 025 . 0 -11 . 1367 . 0 =0.0883 壳程流速为： 2 = 22 2 G f = 36000883 . 0 1 . 988 170000 =0.541 m/s 壳程质量流量为： 2 W = 22 =988.10.541=539.972 kg/sm 2 壳程当量直径为：de= 0 2 0 2 1 -D dN dN t t = 025 . 0 803 025 . 0 803-1 . 1 22 =0.035 m 壳程雷诺数： 2 Re = 2 22 e d = 3- 1055 . 0 035 . 0 541 . 0 1 . 988 =34017 切去弓形面积所占比例按 i D h = 1 . 1 22 . 0 =0.2 壳程传热因子： e d l = 035 . 0 6 =171.43 得 s J =125 管外壁温度假定值： 1w t=40 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 工艺计算书说明书 5 壁温下水的粘度： w =0.62 3- 10 sPa 粘度修正系数： 2 = 14. 0 2 ）（ = 14 . 0 3- 62 . 0 1055 . 0 ）（ =0.38 壳程换热系数为： 2 = 2 3 1 2 P s e J d r =38 . 0 125 035 . 0 54 . 3 65 . 0 3 1 =1040 1.8 传热系数计算传热系数计算 查 GB- 1999 可知 壳程水污垢热阻： 2 r=0.000176 w/ 2 m 管程油侧污垢热阻： 1 r=0.000172 w/ 2 m 由于管壁比较薄，所以管壁的热阻可忽略不计 可以算出总传热系数： i k = ii d d d d rr + 1 00 12 2 1 1 =632 则传热面积比为： 0 k ki = 600 632 =1.05 合理 1.9 管外壁热流密度计算 1 q= ld t 0 0 N Q = 6025 . 0 14 . 3 803 12500000 =33050.16 w/ 2 m 管外壁温度： 2w t=t-）（ 2 2 2 1 rq+ =39.16 误差校核： 2w t- 2w t=39.16- 40= - 0.84 误差不大，合适 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器零部件的工艺结构设计 6 第二章 换热器零部件的工业结构设计 2.1 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 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 20# 2 换热管规格 mm 252.56000 3 传热面积 A m2 A=Q/ m Kt 446 4 换热管根数 N 根 N=A/3.14dL 948 2.2 布管方式的选择布管方式的选择 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 2.3 筒体内径的确定筒体内径的确定 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 t N 根 t N=A/3.14dL 948 3 管束中心排 管根数 c N 根 c N=1.1Nt 33 4 换热管外径 0 d mm 25 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器零部件的工艺结构设计 7 5 到壳体内壁 最短距离 3 b mm 3 b=0.25 0 d 6.25 6 布管限定圆 直径 L d mm L d= i d- 2 3 b 1143.5 7 筒体内径 i d mm i d=s（ c N- 1）+4 e d 1128 8 实取筒体公 称直径 D mm JB/T4737- 95 1200 2.4 筒体壁厚的确定筒体壁厚的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 计算压力 c P MPa c P=1.1 2 P 2.31 2 筒体内径 i d mm 见三- 8 1200 3 筒体材料 20R 4 设计温度下 筒体材料的 许用应力 t MPa GB150- 98 150 5 焊接接头系 数 0.85 6 筒体设计厚 度 mm = c t ic P D 2 P 10.1 7 腐蚀裕量 C2 mm 2 8 负偏差 C1 mm 0 9 设计厚度 d mm d =+ C2 12.1 10 名义厚度 n mm GB151- 1999 项目 5.3.2 14 2.5 封头形式的确定封头形式的确定 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 c P MPa c P=1.1 1 P 1.87 3 焊接接头系 0.85 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器零部件的工艺结构设计 8 数 4 设计温度下 许用压力 t MPa GB151- 1999 项目 5.3.2 150 5 标准椭圆封 头计算厚度 mm = c t ic P DP 5 . 02 10 6 腐蚀裕量 C2 mm 2 7 负偏差 C1 mm 0 8 设计厚度 d mm d =+C2 12 9 名义厚度 n mm GB151- 1999 项目 5.3.2 14 10 直边高度 h mm JB/T4737- 95 40 2.6 管箱短节壁厚计算管箱短节壁厚计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 计算压力 c P MPa c P=1.1 2 P 2.31 2 管箱内径 i d mm 1200 3 管箱材料 20R 4 设计温度下 许用应力 t MPa GB150- 98 150 5 管箱计算厚 度 mm = c t ic P dP 2 11 6 焊接接头系 数 mm 0.85 7 腐蚀裕量 C2 mm 2 8 负偏差 C1 mm 0 9 设计厚度 d mm d =+ C2 13 10 名义厚度 n GB151- 1999 项目 5.3.2 14 2.7 容器法兰的选择容器法兰的选择 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器零部件的工艺结构设计 9 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 n d mm JB/T4703- 2000 1200 5 法兰材料 16MnR 6 垫片类型 JB/T4703- 2000 PN=2.5MPa 7 垫片材料 GB/T3985- 1995 8 垫片公称直 径 n d mm JB/T4704- 2000 1200 9 垫片外径 D0 mm JB/T4704- 2000 1275 10 垫片内径 D mm JB/T4704- 2000 1225 11 法兰厚度 mm JB/T4704- 2000 85 12 垫片厚度 1 mm JB/T4704- 2000 3 13 螺栓规格及 数量 248M27 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考文献 10 第三章 换热器的强度设计及校核 3.1 筒的计算筒的计算 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 i d mm 1200 2 筒体内径横截面 积 A mm2 A= 4 2 i D 949850 3 筒体厚度 s mm 14 4 圆筒内壳壁金属 截面积 s A mm2 s A=）（ sis D+ 48971.44 5 管子金属总截面 积 a n mm2 a n= ）（ tt dn 156315 6 换热管根数 N 948 7 换热管外径 D mm 25 8 换热管壁厚 t mm 2.5 9 换热管材料的弹 性模量 t E MPa GB150- 1998 表 F5 182000 10 换热管有效长度 L mm 5980 11 沿一侧的排管数 n 30 12 布管区内未能被 管支撑的面积 d A mm2 d A= ）（ssn n 866 . 0 S 17200 13 管板布管区面积 At mm2 At=0.866nS2+ d A 802003 14 管板布管区当量 直径 t D mm t D= t A4 1010.77 15 换热管中心距 S mm GB151- 1999 32 16 隔板槽两侧相邻Sn mm GB151- 1999 44 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 11 管中心距 17 管板布管内开孔 后的面积 1 A mm2 1 A= 4 2 dn At 802002 18 系数 = A A1 0.71 19 壳体不带膨胀节 时换热管束与圆 筒刚度比 Q Q= ss at AE nE 2.71 20 壳程圆筒材料的 弹性模量 s E GB150- 1998 表 F5 196000 21 系数 = 1 A na 0.19 22 系数 s s =0.4+ ）（Q16 . 0+ 3.54 23 系数 t t =）（+14 . 0+ Q6 . 0+ 5.54 24 管板布管区当量 直径与壳程圆筒 内径比 Pt Pt= i t D D 0.84 25 管子受压失稳当 量长度 cr L mm GB151- 1999 图 32 26 设计温度下管子 受屈服强度 t s MPa GB150- 1998 表 F2 196 3.2 对于延长部分兼作法兰的管板的计算对于延长部分兼作法兰的管板的计算 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 0 B Mm 0 B= 2 N 12.5 3 垫片比压 力 y MPa GB150- 1998 表 9- 2 11 4 垫片系数 m 2.0 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 12 5 垫片有效 密封宽度 b Mm B=2.530B 9 6 垫片压紧 力 G d Mm G d= 0 d- 2b 1260 7 预紧状态 下需要的 最小螺栓 载荷 Wa N Wa=3.14dGby 391372.75 8 操作状态 下需要的 最小螺栓 载荷 Wp N Wp=0.78DG2Pc+6.28DGb mPc 2578132.0 9 常温下螺 栓材料的 许用应力 b MPa GB150- 1998 表 F4 272.5 10 预紧状态 下需要的 最小螺栓 面积 Aa mm2 Aa=Wa/b 1436.25 11 操作状态 下需要的 最小螺栓 面积 Ap mm2 Ap= Wp/b 119461.03 12 需要螺栓 总截面积 Am mm2 Am=maxAa，Ap 119461.03 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 40.5 15 基本法兰 力矩 Mm Nmm Mm=AmLGb 1.04108 16 筒体厚度 0 Mm 14 17 法兰颈部 大端有效 厚度 1 Mm 1=1.750 24.5 18 螺栓中心 至法兰颈 部与法兰 LA Mm LA=（db- di）/2- 1 45.5 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 13 背面交的 径向距离 19 螺栓中心 处至 FT作 用位置处 的径向距 离 LT Mm LT= (LA+ LG+1)/2 52.75 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=0.785di2Pc 2113848 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 606150.996 23 操作状态 下需要的 最小垫片 压力 FG N FG=6.28DGbmPc 266133.4632 23 法兰操作 力矩 Mp Nmm Mp=FDLD+FTLT+FGLG 1.91108 3.3 假定管板厚度的计算假定管板厚度的计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 布管 区 当量 直 t t=Dt/Di 0.84 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 14 径与 壳 程圆 筒 内径 之 比 2 系数 Cc GB151- 1999 (P31)表 22 0.2796 3 管板 材 料 16MnR 4 设计 温 度下 管 板材 料 许用 应 力 rt MPa GB150- 1998（P15） 138 5 管板 刚 度削 弱 系数 GB151- 1999 0.4 6 壳程 设 计压力 Ps MPa 1.87 7 管程 设 计压力 Pt MPa 2.2 8 管板 设 计压力 Pd MPa MaxPt - Pt，Pt， Ps 2.2 9 管板 厚 度 =0.82Dg )/(*PdCc 108.9 10 换热 管 加强 系 数 K K=1.318Di/ 14.52 11 管板 周 边不 布 管区 的 无量 纲 参数 k k=K（1- t） 2.32 12 换热 管 材料 弹 性模量 Et MPa GB150- 1998 表 F5 186103 13 管束 模 数 Kt MPa Kt=Etna/（LDi） 4049.56 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 15 14 壳体 法 兰材 料 弹性 模 量 Ef MPa GB150- 1998 表 F5 196103 15 壳体 圆 筒材 料 弹性 模 量 Es GB150- 1998 表 F5 196103 16 壳体 法 兰宽度 bf mm Bf=（Df- Di）/2 38.5 17 系数 GB151- 1999 图 26 0.00055 18 壳体 法 兰与 圆 筒的 选 装刚度 Kf MPa f K= 12 1 + + s 3 E Di f2 bfDi bfEf2 ）（ 15.05 19 旋转 刚 度无 量 纲参数 Kf Kf=Kf/（4 Kt） 0.0031 3.4 2 G 值的计算值的计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算 公式 数值 1 管板第一矩系 数 m1 GB151- 1999 图 27 0.64 2 系数 =m1/（KKf） 15.20 3 系数 G2 GB151- 1999 图 31 5.8 3.5 法兰厚度的计算法兰厚度的计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 管 箱 法 兰 材 料 的 弹 性模量 Ef MPa GB150- 1998 表 F5 186103 2 管 箱 法 兰 厚度 f mm JB/T4702- 2000 108.9 3 系数 GB151- 1999 图 26 0.00055 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 16 4 管 箱 圆 筒 与 法 兰 的 旋 转 刚 度 参数 Kf MPa + + ” ） ” （ h 3 E Di f2 bfDi bfEf2 12 1 8.53 5 系数 G3 GB151- 1999 图 30 3.710- 4 6 系数 = Kf/（Kf+G3） 0.886 7 管 板 边 缘 力 矩 的 变 化系数 M M=1/（Kf/ Kf+） 0.377 8 法 兰 力 矩 变化系数 Mf Mf=KfM/ Kf 0.00013 9 管 板 第 二 弯矩系数 m2 GB151- 1999 图 28（a） 1.80 3.6 法兰力矩的组合法兰力矩的组合 3.6.1 只有壳程设计压力只有壳程设计压力 Ps,而管程设计压力而管程设计压力 Pt=0,不计膨胀节变形差（即不计膨胀节变形差（即 r=0） 序 号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 备注 1 当量压力组合 Pc MPa Pc=Ps 1.87 2 系数 s s=0.4+0.6（1+Q）/0.75 3.54 3 有效压力组合 Pa MPa Pa=sPs+rEt 39.4 4 基本法兰力矩系数 Mm Mm=4Mm/(Di3Pa) 0.003 5 管程压力下的法兰力 矩系数 Mp Mp=4Mp/（Di3Pa） 0.005 6 法兰力矩折减系数 M1 M1=m1/2K（Q+G3） 0.008 7 管板边缘力矩系数 M M= Mm+MM1 0.006 8 管板边缘剪切系数 v v= M 0.0912 9 管板总弯矩系数 m m=（m1+vm2）/（1+v） 0.74 10 系数 G1 G1=maxGle，Gli 0.163 11 壳体法兰力矩系数 Mws Mws=Mm-MfM1 0.0027 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 17 12 管板径向应力系数 r r= () 2 1 GQ Gv1 4 1 + + 0.005 13 管板的径向应力 r MPa r=rPa（/）（Di/）2 42.46 1.5t r 14 管板布管区周边外径 向的应力系数 r r=3（1+v）m/4K（Q+G2） 0.005 15 管板布管区周边外径 向的应力 r MPa r=rPa（/）（Di/） 21- K/m+K2 （1.414- m） /2m 72.5 1.5t r 16 管板布管区周边剪切 应力系数 p p=（1+v）/4（Q+G2） 0.032 17 管板布管区周边的剪 切应力 p MPa p=p Pa（/）（Dt/） 20.77 0.5t r 18 法兰的外径与内径之 比 K K=D0/Di 1.16 19 系数 Y GB150- 1998 表 9- 5 13.15 20 壳体法兰应力 f MPa f=/4YMwsPa （Di/f）2 94.68 1.5t r 21 换热管的轴向应力 t MPa t= 1 Pc- 2