浮头塔式换热器设计中各部件的计算.doc

3 计算部分3.1浮头式换热器筒体的计算3.1.1 原始数据（1）设计条件设计压力： 管程 2.1MPa, 壳程 2.25MPa 工作温度： 管程 40, 壳程 55（2）操作介质管程：丙烷壳程：水（3）程数 管程：4， 壳程：2（4）计算条件 钢板负偏差 =O 材料名称 16MnR 腐蚀裕量 =3mm 设计温度下许用应力t=170MPa设计温度下屈服点=345MPa 焊接系数 3.1.2 厚度的计算计算厚度：设计厚度： 名义厚度： 由钢材厚度标准规定，有效厚度： 3.1.3 压力试验应力校核压力试验类型：水压试验允许最大操作压力：水压试验校核： 3.2 前后端封头的计算3.2.1 计算条件 计算压力： 内径： ，； 设计温度： 60； 材料名称： 16MnR； 腐蚀裕量： ；负偏差： ； 焊接系数： ；设计温度许用应力：=170MPa.3.2.2 前端封头的厚度计算（1）厚度计算； 根据化工设备设计手册查表得到椭圆封头形状系数： ；计算厚度： 设计厚度：名义厚度： 由钢材厚度标准规定，有效厚度：（2）压力试验应力校核压力试验类型：水压试验最大允许压力：水压试验校核：由于 ，所以该厚度的前端封头满足使用要求。3.2.3 后端封头的厚度计算（1）厚度计算： ；根据化工设备设计手册查表得到椭圆封头形状系数：；计算厚度：设计厚度：名义厚度： 取有效厚度：（2）压力试验应力校核压力试验类型：水压试验最大允许压力：水压试验校核： 由于，所以该厚度的后端封头满足使用要求。3.3 前后端短节厚度的计算3.3.1 计算条件内径： 负偏差： 计算压力：设计温度：200材料名称：16MnR腐蚀裕量：焊接系数：设计温度许用应力：=170MPa设计温度许用应力：=159MPa3.3.2 前端短节厚度的计算计算厚度： 设计厚度：名义厚度：有效厚度：3.3.3 后端短节厚度的计算 计算厚度：设计厚度：名义厚度：有效厚度：3.4 开孔与开孔补强的计算3.4.1符号说明A-开孔削弱所需要的补强截面积，mm2；B-补强有效宽度，mm；Di-壳体内直径，mm；d-开孔直径，mm；fr-强度削弱系数h1-接管外侧有效补强高度，mm；h2-接管内侧有效补强高度，mm；pc-计算压力，MPa；S1-管孔的轴向节距，mm；S2-孔带的单位长度，mm；S3-管孔的对角向节距，mm；-壳体开孔处的计算厚度，mm；e-壳体开孔处的有效厚度，mm；et-接管有效厚度，mm；n-壳体开孔处的名义厚度，mm；nt-接管名义厚度，mm；t-接管计算厚度，mm；t-设计温度下壳体材料的许用应力，MPa;b-钢材标准抗拉强度下限值，MPa;s-刚才标准屈服点，MPa;-焊接接头系数。3.4.2补强的判断方法 壳体开孔满足下述全部要求时，可不另行补强：a) 设计压力小于或等于2.5MPa；b) 两相邻开孔中心的间距应不小于两孔直径之和的两倍；c) 接管公称外径小于或等于89mm；d) 接管最小壁厚满足表3-1要求。本次设计中，开口不满足上述要求，故需考虑另行补强。3.4.3 筒体开孔所需的补强面积开孔直径：di =100-28=84mm；本圆筒开孔直径： d =di+2C=84+23=90mm；表3-1 mm接管公称外径253238454857657689最小壁厚3.54.0 5.0 6.0注1 钢材的标准抗拉强度下限值540MPa时，接管与壳体的连接宜采用全焊透的结构型式。2 接管的腐蚀裕量为1mm。接管材料：10号钢；在60 时， 10号钢的许用应力 t =193MPa；圆筒和补强圈的材料：16MnR ；在60 时， 16MnR的许用应力 r =170MPa；圆筒的计算厚度：对于安放式接管取 fr=0.66接管有效厚度为：开孔所需补强面积：3.4.4有效补强范围a. 有效宽度B：B=2d=290=180mmB=d+2n+2nt=90+28+28=122 mm取两者中最大值，故取 B=180 mmb.外侧有效高度h1：h1=26.8 mmh1=247mm取两者中最小值，故取h1=26.8 mm。c.内侧有效高度：h2=26.8 mmh2=0取两者中最小值，故h2=0。3.4.5有效补强面积a. 筒体多余金属面积A1-壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积，mm2注：对于安放式接管fr=0.66 b. 接管多余金属 接管计算厚度： 接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A2：焊缝金属截面积A3：焊脚高度取6.0 mmA3=2 6.06.0=36m2有效补强面积Ae：Ae=A1+A2+A3=259.8+81.4+36=377.2mm2因为AAe，为了制造时准备材料，再增加的补强厚度取短节的厚度。 取 Ae=A1+A2+A3=2424.8+81.4+36=2542.2mm2 AeA3.5 带法兰无折边球形封头及法兰计算3.5.1 符号说明D-法兰外直径，mm；Db-螺栓中心圆直径，mm；Di-法兰内直径，mm；FD-作用在法兰环内侧风头压力载荷引起的轴向分力，N； FD=0.785PCFr-作用在法兰环内侧封头压力载荷引起的径向分力，N；M0-总力矩，Nmm；Pc-计算压力，MPa；Ri-封头球面部分内直径，mm；LD-螺栓中心至法兰环内直侧的径向距离，mmLr- Fr对法兰环截面形心的力臂，mm；1-封头边缘处球壳中面切线与法兰环直径的夹角（）；-封头计算厚度，mm；f-法兰计算厚度，mm；3.5.2 设计条件计算压力： ；设计压力： ；设计温度：60；封头材料：16MnR 许用应力：法兰材料：16MnR法兰材料设计温度下许用应力：；法兰常温下许用应力：；螺栓： 双头螺栓M；螺栓材料：35CrM0A螺栓材料常温下许用应力：；设计温度下许用应力：；封头半径：；焊缝系数： .3.5.3 管程压力Pt作用下（内压）浮头盖的计算A）球冠形封头的厚度mm mm mm由钢材厚度规定，取mmB）浮头法兰厚度设计条件：浮头法兰的材料：16MnR在常温下许用应力： 在60时许用应力： 螺栓的材料：35CrMoA在常温下许用应力：在60时许用应力：垫片材料：OCr19Ni9垫片系数：3.75比压力y：62.1MPa垫片外径：492mm垫片内径 ：468mm垫片接触宽度：垫片基本密封宽度：当时，垫片有效密封宽度：,垫片压紧力作用中心圆直径： 预紧状态下需要的最小螺栓载荷： 操作状态下需要的最小螺栓载荷：预紧状态下所需螺栓面积： 操作状态下所需螺栓面积： 所需螺栓面积取和的最大值，取20个M20的螺栓实际螺栓面积总面积： 浮头法兰：设法兰的计算厚度：mm； L=22mm；当时， 垫片有效密封宽度： mm；垫片压紧力作用中心圆直径： mm；预紧状态下需要的最小螺栓载荷：操作状态下需要的最小垫片压紧力：螺栓面积：A）预紧状态下需要的最小螺栓面积：mm2 B）操作状态下需要的最小螺栓面积： mm2C）需要的螺栓面积取与中较大者： mm2D）实际的螺栓面积应不小于螺栓面积： mm2螺栓设计载荷：A）预紧状态螺栓设计载荷计算 ： =0.5（11869.19+11869.19）212 =1258130.96NB）操作状态下螺栓设计载荷：W=WP=2136449.06N操作情况下法兰的受力情况： 操作状态情况下力臂 mmmmmmmm操作状态情况下力矩：操作状态情况下法兰总力矩： 预紧状态下时螺栓法兰的受力：预紧状态下时螺栓法兰的力臂mm预紧状态下螺栓法兰的力矩：预紧状态下mm操作状态下mm法兰厚度取与的最大值50.44 mm，取厚度为128mm法兰公称厚度： 3.5.4 壳程压力Ps作用下（外压）浮头盖的计算 外压球壳所需的有效厚度：A）假设mm，令；mm；定出B）用公式计算出系数：从GB-150图6-15中查得系数：根据GB-150材料图6-3至图6-10，在图的下方找出系数A，A的值落在设计温度下材料的右方，计算需用的外压力p:p= 设计条件垫片系数： m =2.50比压力y ： 69MPa垫片外径：992mm垫片内径：964mm垫片接触宽度： N =（-）/2 =14mm垫片基本密封宽度：当时，垫片有效密封宽度：垫片压紧力作用中心圆直径：预紧状态下需要的最小螺栓载荷： 操作状态下需要的最小螺栓载荷： 预紧状态下所需螺栓面积：操作状态下所需螺栓面积：所需螺栓面积取和的最大值，；取44个M24螺栓螺栓有效面积：实际螺栓面积总面积： 浮头法兰设法兰计算厚度 ，L=22mm；当时，垫片有效密封宽度：垫片压紧力作用中心圆直径：预紧状态下需要的最小螺栓载荷：操作状态下需要的最小垫片压紧力：螺栓面积：A）预紧状态下需要的最小螺栓面积：B）操作状态下需要的最小螺栓面积： C）需要的螺栓面积取与中较大者：D）实际的螺栓面积应不小于需要的螺栓面积：螺栓设计载荷：A）预紧状态螺栓载荷设计计算： =0.5（11869.19+11869.19）212 =1258130.96NB）在操作状态螺栓设计载荷W=WP=2136449.06N 操作情况下法兰的受力： 操作状态情况下力臂： 操作状态情况下力矩：操作状态情况下法兰总力矩： 预紧状态下时螺栓法兰的受力：预紧状态下时螺栓法兰的力臂：预紧状态下时螺栓法兰的力矩： 预紧状态下：操作状态下：法兰厚度取与的最大值50.44，取厚度为128mm，法兰公称厚度：3.6 管板的厚度计算3.6.1 固定管板的设计条件管壳程设计压力：设计温度：200腐蚀裕量：管程数：2管板设计温度下的弹性模量：管板刚度削弱系数：管板强度削弱系数：垫片压紧力作用中心圆直径：换热管与管板采用胀接管子与管板胀接长度系数：L=2.5mm垫片外径：垫片内径：管板设计温度下许用应力：许用拉脱力：壳体公称直径：换热管外径：换热管壁厚：换热管根数：n=1006换热管长度：受压失稳长度 ：换热管正方形旋转45o管间距：管板上管程分程隔板槽深：壳程结构槽深：换热管材料：10钢管板材料：16MnR3.6.1.1 管子各参数的计算沿隔板槽一侧的排管根数：隔板曹两侧相邻管中心距：布管区内未被换热管支撑的面： 管子金属总截面积：开孔面积：管子有效长度：管子设计温度下弹性模量：管子设计温度下许用应力：管子设计温度下屈服点：管子回转半径：受压失稳长度： 系数： 当时，管子稳定许用应力： 3.6.1.2系数计算垫片接触面积： 垫片基本密封宽度： 当时, 管板补管区面积：布管区内开孔后面积：管板布管当量直径：管束模数：管束无量纲：系数： 无量纲压力：按 ， 查表23得， 按 ， 查表24得， 管板计算厚度： 当量压力组合： 管板的名义厚度： 3.6.1.3 管子应力及校核A）当， 时 则 ，管板合格.B) 当， 时 则 ，管板合格.3.6.1.4拉脱力校核 .3.6.2 固定管板的设计条件管壳程设计压力：设计温度：200腐蚀裕量：管程数：2垫片外径：垫片内径：管板设计温度下的弹性模量：管板刚度削弱系数：管板强度削弱系数：管板设计温度下许用应力：换热管与管板采用胀接 管子与管板胀接长度系数：L=2.5mm许用拉脱力：壳体公称直径：换热管外径：换热管壁厚：换热管根数：n=1006换热管长度：受压失稳长度：换热管正方形旋转45o管间距：管板上管程分程隔板槽深：壳程结构槽深：换热管材料：10钢管板材料：16MnR3.6.2.1 管子各参数的计算沿隔板槽一侧的排管根数：隔板曹两侧相邻管中心距：布管区内未被换热管支撑的面积：管子金属总截面积：开孔面积： 管子有效长度：管子设计温度下弹性模量：管子设计温度下许用应力：管子设计温度下屈服点：管子回转半径：受压失稳长度：系数： 当