一级换热器强度计算书.doc

过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-98软件批准号：CSBTS/TC40/SC5-D01-1999DATA SHEET OF PROCESS EQUIPMENT DESIGN 工程名 ： PROJECT 设备位号： ITEM 设备名称：一级换热器 EQUIPMENT 图 号： DWG NO。 设计单位： 岳阳盛鑫机械制造有限公司 DESIGNER设 计Designed by日期Date校 核Checked by日期Date审 核Verified by日期Date审 定Approved by日期Date固定管板换热器设计计算 计算单位过程设备设计计算软件包压力容器专用 设 计 计 算 条 件 壳 程管 程设计压力 1MPa设计压力 1MPa设计温度 310设计温度 475壳程圆筒内径 500 mm管箱圆筒内径500mm材料名称Q245R材料名称0Cr18Ni9 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校核计算后端管箱封头(平盖)校核计算膨胀节校核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过程设备设计计算软件包压力容器专用计算条件筒体简图计算压力 Pc 1.00MPa设计温度 t 475.00 C内径 Di 500.00mm材料 0Cr18Ni9 ( 板材 )试验温度许用应力 s 137.00MPa设计温度许用应力 st 101.00MPa试验温度下屈服点 ss 205.00MPa钢板负偏差 C1 0.60mm腐蚀裕量 C2 0.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 2.93mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 5.40mm名义厚度 dn = 6.00mm重量 23.96Kg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 = 1.7000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 184.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 93.59 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= = 1.83455MPa设计温度下计算应力 st = = 46.80MPastf 85.85MPa校核条件stf st结论 合格前端管箱封头计算计算单位 过程设备设计计算软件包压力容器专用计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 1.00MPa设计温度 t 475.00 C内径 Di 500.00mm曲面高度 hi 125.00mm材料 0Cr18Ni9 (板材)设计温度许用应力 st 101.00MPa试验温度许用应力 s 137.00MPa钢板负偏差 C1 0.80mm腐蚀裕量 C2 0.00mm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 = = 2.48mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.20mm最小厚度 dmin = 2.00mm名义厚度 dn = 8.00mm结论 满足最小厚度要求重量 19.61 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 2.88801MPa结论 合格后端管箱筒体计算计算单位过程设备设计计算软件包压力容器专用计算条件筒体简图计算压力 Pc 1.00MPa设计温度 t 475.00 C内径 Di 500.00mm材料 0Cr18Ni9 ( 板材 )试验温度许用应力 s 137.00MPa设计温度许用应力 st 101.00MPa试验温度下屈服点 ss 205.00MPa钢板负偏差 C1 0.60mm腐蚀裕量 C2 0.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 2.93mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 5.40mm名义厚度 dn = 6.00mm重量 23.96Kg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 = 1.7000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 184.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 93.59 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= = 1.83455MPa设计温度下计算应力 st = = 46.80MPastf 85.85MPa校核条件stf st结论 合格后端管箱封头计算计算单位 过程设备设计计算软件包压力容器专用计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 1.00MPa设计温度 t 475.00 C内径 Di 500.00mm曲面高度 hi 125.00mm材料 0Cr18Ni9 (板材)设计温度许用应力 st 101.00MPa试验温度许用应力 s 137.00MPa钢板负偏差 C1 0.80mm腐蚀裕量 C2 0.00mm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 = = 2.48mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.20mm最小厚度 dmin = 2.00mm名义厚度 dn = 8.00mm结论 满足最小厚度要求重量 19.61 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 2.88801MPa结论 合格壳程圆筒计算计算单位过程设备设计计算软件包压力容器专用计算条件筒体简图计算压力 Pc 1.00MPa设计温度 t 310.00 C内径 Di 500.00mm材料 Q245R ( 板材 )试验温度许用应力 s 133.00MPa设计温度许用应力 st 99.20MPa试验温度下屈服点 ss 245.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 1.50mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 2.98mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 6.20mm名义厚度 dn = 8.00mm重量 292.25Kg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 = 1.7000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 220.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 81.65 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= = 2.06552MPa设计温度下计算应力 st = = 40.82MPastf 84.32MPa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6.50mm,合格开孔补强计算计算单位过程设备设计计算软件包压力容器专用接 管: 01, 894计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1MPa设计温度310壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q245R板材壳体开孔处焊接接头系数0.85壳体内直径 Di500mm壳体开孔处名义厚度n8mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C21.5mm壳体材料许用应力t99.2MPa 接管实际外伸长度150mm接管实际内伸长度0mm接管材料20(GB8163)接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量1.5mm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 0.5mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t99.2MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 2.983mm接管计算厚度t0.41 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr1开孔直径 d85mm补强区有效宽度 B170 mm接管有效外伸长度 h118.44mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 253.5mm2壳体多余金属面积 A1273.5 mm2接管多余金属面积 A258.62mm2补强区内的焊缝面积 A325 mm2A1+A2+A3=357.1 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过程设备设计计算软件包压力容器专用接 管: 02, 1594.5计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1MPa设计温度475壳体型式椭圆形封头壳体材料名称及类型0Cr18Ni9板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di500mm壳体开孔处名义厚度n8mm壳体厚度负偏差 C10.8mm壳体腐蚀裕量 C20mm壳体材料许用应力t101MPa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0Cr18Ni9接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量0mm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 0.562mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t101MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 2.233mm接管计算厚度t0.746 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr1开孔直径 d151.1mm补强区有效宽度 B302.2 mm接管有效外伸长度 h126.08mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 337.5mm2壳体多余金属面积 A1750.6 mm2接管多余金属面积 A2166.4mm2补强区内的焊缝面积 A325 mm2A1+A2+A3=942 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。U型膨胀节设计计算过程设备设计计算软件包压力容器专用计 算 条 件简 图设计内压力1.00MPa设计外压力MPa设计温度 t310.00设 计 要 求 的 循 环 次 数0次波材料Q245R纹腐蚀裕量1.50Mm管许用应力99.20MPa直常温下弹性模量1.919e+05MPa边设计温度下弹性模量1.778e+05MPa段设计温度下屈服点159.00MPa下限操作温度下弹性模量Ebc MPa上限操作温度下弹性模量EbH MPa几 何 尺 寸直边段与波纹内径 Db = 500.00mm波长 W = 160.00mm直边段长度 L4 = 0.00mm波纹管层数 m = 1波高 h = 105.00mm波数 n = 1成型前一层名义厚度 =8.00mm成型前一层有效厚度=6.20mm波纹管直边段平均直径Db +mS =508.00mm加强圈有效厚度 =mm加强圈平均直径 DC =Db +2mS +SC = mm加强圈弹性模量 Ec =MPa加强圈材料加强圈长度LC = mm波纹管平均直径DmDm = Do +h =621.00mm成型后波纹管一层最小有效厚度SP6.25mm系 数 计 算系数 0.00（当时，取）疲劳寿命的温度修正系数Tf 室温条件下=1修正系数横坐标值0.76右端纵坐标曲线值1.09 系数按查图6-2得：0.47 系数按查图6-3得： 1.18 系数按查图6-4得：2.36注：刚 度 及 位 移 计 算一个波轴向钢度63966.29N/mm总体轴向刚度63966.29N/mm轴向力 FF = 301785.71一个波的轴向位移e=F/K=4.72mm应 力 计 算许 用 值内直边段周向薄膜应力0.0099.20 MPa压加强圈周向薄膜应力sc99.20MPa应力波纹管周向薄膜应力26.3899.20MPa波纹管经向薄膜应力8.4099.20MPa波纹管经向弯曲应力66.33MPa轴 向波纹管经向薄膜应力19.91MPa位移波纹管经向弯曲应力449.02MPa组计算74.73238.50 MPa合计算468.93MPa应力计算所有组合最大值 521.24318.00 MPa疲 劳 寿 命 校 核对于奥氏体不锈钢膨胀节, 当时, 需要进行疲劳校核疲 劳 破 坏 时 的 循 环 次 数 疲劳寿命安全系数( 按GB1511999，nf 15 )许 用 循 环 次 数 校核条件设 计 要 求 的 操 作 循 环 次 数 平面失稳应力= 1.68MPaP=Ps 平面失稳压力校核通过 延长部分兼作法兰固定式管板 设计单位 过程设备设计计算软件包压力容器专用 设 计 计 算 条 件 简 图设计压力 ps1MPa设计温度 Ts 310平均金属温度 ts300装配温度 to15壳材料名称Q245R设计温度下许用应力st99.2Mpa程平均金属温度下弹性模量 Es 1.79e+05Mpa平均金属温度下热膨胀系数as1.29e-05mm/mm圆壳程圆筒内径 Di 500mm壳 程 圆 筒 名义厚 度 ds8mm壳 程 圆 筒 有效厚 度 dse6.2mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef1.778e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di21.963e+05mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )9860mm2管设计压力pt1MPa箱设计温度Tt475圆材料名称0Cr18Ni9筒设计温度下弹性模量 Eh1.51e+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)dh17mm管箱圆筒有效厚度dhe17mm管箱法兰设计温度下弹性模量 Et”1.51e+05MPa材料名称0Cr18Ni9换管子平均温度 tt470设计温度下管子材料许用应力 stt101MPa设计温度下管子材料屈服应力sst112.5MPa热设计温度下管子材料弹性模量 Ett1.62e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量 Et1.624e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数at1.825e-05mm/mm管管子外径 d25mm管子壁厚dt0.8mm注：管子根数 n124换热管中心距 S32mm换一根管子金属横截面积60.82mm2换热管长度 L3000mm管子有效长度(两管板内侧间距) L12872mm管束模数 Kt = Et na/LDi852.9MPa管子回转半径 8.561mm热管子受压失稳当量长度 lcr150mm系数Cr =168.6比值 lcr /i17.52管子稳定许用压应力 () MPa管管子稳定许用压应力 () 53.33MPa材料名称Q245R设计温度 tp475管设计温度下许用应力41MPa设计温度下弹性模量 Ep1.33e+05MPa管板腐蚀裕量 C2 1.5mm管板输入厚度dn64mm管板计算厚度 d62.2mm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 = 1.95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 q50.5MPa管材料名称16Mn管箱法兰厚度 52mm法兰外径 640mm箱基本法兰力矩 3.335e+07Nmm管程压力操作工况下法兰力 1.197e+07Nmm法兰宽度 70mm法比值0.034比值0.104系数(按dh/Di ,df”/Di , 查图25)0.00兰系数w”(按dh/Di ,df”/Di ,查图 26) 0.00869旋转刚度 137.2MPa材料名称Q245R壳壳体法兰厚度52mm法兰外径 640mm体法兰宽度 70mm比值 0.0124法比值0.104系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查图25 0.00兰系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查图26 0.001133旋转刚度 49.64MPa法兰外径与内径之比 1.28壳体法兰应力系数Y (按 K 查表9-5) 8.005旋转刚度无量纲参数 0.04571膨胀节总体轴向刚度 2.354e+04N/mm管板第一弯矩系数(按,查图 27) 0.1479系系数 1.659系数(按查图 29) 1.271换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 0.694数换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 18.81管板第二弯矩系数(按K,Q或查图28(a)或(b)32.51系数（带膨胀节时代替Q） 0.001889计系数 (按K,Q或Qex 查图30) 0.1011法兰力矩折减系数 0.3113管板边缘力矩变化系数 1.485算法兰力矩变化系数 0.5376管管板开孔后面积 Al = A - 0.25 npd 21.355e+05mm2板参管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管 ) 1.27e+05mm2数管板布管区当量直径 402.1mm系数 0.69系系数 0.05567数系数 1.873计系数(带膨胀节时代替Q) 28.55算管板布管区当量直径与壳体内径之比 0.8042管板周边不布管区无量纲宽度 k = K(1-rt) 0.382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)-(t-t)0.00.004627 当量压力组合 11MPa 有效压力组合 1.87343.7MPa基本法兰力矩系数 0.26280.01126 管板边缘力矩系数0.26560.01407管板边缘剪力系数 0.44070.02334管板总弯矩系数 10.050.8861系数仅用于 时6.1820.5452系数 当 时,按K和m 查图31(a)实线当 时,按K和m 查图31（b）14.920.9995系数 0 ,=, 0, =; 6.4mm b=2.53 b0 6.4mm DG= D外 - 2b螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷WaWa= bDG y = 1203997.0N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 337637.9 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 5733.3mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 6342.3mm2力 矩 计 算操FD = 0.785pc = 196250.0NLD= L A+ 0.51 = 39.0mmMD= FD LD = 7653750.0N.mm作FG = Fp = 104642.4NLG= 0.5 ( Db - DG ) = 27.7mmM