换热设备的设计

88 第六章第六章 换热设备的设计换热设备的设计 6 1 换热设备的分类和总体结构换热设备的分类和总体结构 6 1 1 换热设备的分类换热设备的分类 按照传热方式的不同 换热设备可分为三类 1 混合式换热器 利用冷 热流体直接接触与混合的作用进行热量的交换 这类换热器 的结构简单 价格便宜 常做成塔状 2 蓄热式换热器 在这类换热器中 热量传递是通过格子砖或填料等蓄热体来完成的 首先让热流体通过 把热量蓄在蓄热体中 然后再让冷流体通过 把热量带走 由于两种流体 交变转换输入 因此不可避免地存在着一小部分流体相互掺和的现象 造成流体的 污染 这类换热器的结构紧凑 价格便宜 单位体积传热面大 故较适合于气 气热交换的场合 3 间壁式换热器 是工业中最为广泛应用的一类换热器 冷 热流体被一固体壁面隔开 通过壁面进行传热 按照传热面的形状与结构特点它又可分为 1 管式换热器 如套管式 螺旋管式 管壳式 热管式等 2 板面式换热器 如板式 螺旋板式 板壳式等 3 扩展表面式换热器 如板翅式 管翅式 强化的传热管等 其中以管式换热器应用作为广泛 其特点见表 6 1 所示 表表 6 1管壳式换热器的主要类型及特点管壳式换热器的主要类型及特点 类型固定管式换热器浮头式换热器U 型管式换热器 结构特点 换热器的管端以焊接或胀接的方法固 定在两块板上 管板以焊接的方法与 壳体相连 换热器中一块管板与壳体固定 另一块管板能自由移动 换热管被弯成 U 形 管 的两端固定在同一管板上 设备性能 当壳体直径相同时便于排更多的管子 管内不易积垢 壳程难以清洗 在壳体与管中产生很大的温差应力 管束可抽取 管内 外都能清洗 一块管板可自由移动 在壳体与管中不会产生温差应 力 只有一块管板 管束可以从壳体中抽出 管外清洗方便 管内清洗困难 在壳体与管中不会产生温 差应力 6 1 2 管壳式换热器的总体结构管壳式换热器的总体结构 管壳式换热器的总体结构均包括 管箱 管板 壳体 折流板或支承板 定距管 拉杆 分程隔板 接管 支座等 如图 6 1 所示 89 图 6 1 常见管壳式换热器结构 1 平盖 2 平盖管箱 部件 3 接管法兰 4 管箱法兰 5 固定管板 6 壳体法兰 7 防冲板 8 仪表接口 9 补强圈 10 壳体 部件 11 折流板 12 旁路挡板 13 拉杆 14 定距管 15 支持板 16 双头螺柱 17 螺母 18 外头盖垫片 19 外头盖侧法兰 20 外头盖法兰 21 吊耳 22 放气口 23 椭圆形封头 24 浮头法兰 25 浮头垫片 26 无折边球形封头 27 浮头管板 28 浮头盖 部件 29 外盖头 部件 30 排液口 31 钩圈 32 接管 33 活动鞍座 34 换热管 35 假管 36 管束 部件 37 固定鞍座 38 滑道 39 管箱垫片 40 管箱短节 41 封头管箱 42 分程隔板 43 悬挂式支座 44 膨胀节 部件 45 中间挡板 46 U 形换热器 47 内导流筒 48 纵向隔板 49 填料 50 填料函 51 填料压盖 52 浮动管板 53 部分剪切环 54 活套法兰 6 2 管壳式换热设备设计的内容和步骤管壳式换热设备设计的内容和步骤 6 2 1 管壳式换热设备设计的内容管壳式换热设备设计的内容 管壳式换热设备设计的内容包括工艺设计和机械设计两方面 本课程设计是把工艺参数 90 尺寸作为已知条件 在满足工艺条件的前提下 对换热设备进行强度 刚度及稳定性计算 并 从制造 安装 检修 使用等方面出发进行结构设计 换热设备设计任务书内容和格式按表 6 2 所示 6 2 2 管壳式换热设备设计的步骤管壳式换热设备设计的步骤 在阅读了设计任务书后 按以下步骤进行换热设备的机械设计 了解设计条件 1 选材 2 按设计压力计算壳体和管箱壁厚 3 管子与管板连接结构设计 4 壳体与管板连接结构设计 5 管板厚度计算 6 折流板 支持板等零部件的结构设计 7 换热管与壳体在温差和流体压力联合作用下的应力计算 8 管子拉脱离和稳定性校核 9 判断是否需要膨胀节 如需要 则选择膨胀节结构型式并进行有关的计算 10 接管 接管法兰 支座等的选择及开孔补强设计等 11 91 表表 6 2换热设备设计任务书换热设备设计任务书 比例 条件内容修改设计参数及要求 修改标记修改内容签字日期壳程管程 工作压力 MPa1 431 53 设计压力 MPa1 571 68 工作温度 310420 设计温度 310420 单位名称介质碱洗气变换气 工程名称推荐材料16MnR20 钢 设计项目管 壳程数11 条件编号传热面积 m270 设备图号公称直径 mm800 位号 台数传热管直径 mm38 提出人日期传热管长度 m3 备注传热管根数 根205 腐蚀情况微弱 设计寿命 接管表 符号公称尺寸 DN连接面形式用途 a400凹面变换气 b250凹面碱洗气 c250凹面碱洗气 d400凹面变换气 e1 2 螺纹排水口 92 表表 6 3换热设备设计任务书换热设备设计任务书 简图与说明 设计参数及要求 壳程管程 工作压力 MPa1 431 53 设计压力 MPa1 571 68 工作温度 310420 设计温度 310420 介质碱洗气变换气 管 壳程数11 传热面积 m270 公称直径 mm800 传热管直径 mm38 传热管长度 m3 传热管根数 根205 腐蚀情况微弱 设计寿命 接管表 符号公称尺寸 DN连接面形式用途 a400凹面变换气 b250凹面碱洗气 c250凹面碱洗气 d400凹面变换气 e1 2 螺纹排水口 93 6 3 换热设备的设计示例换热设备的设计示例 6 3 1 管壳式换热器管壳式换热器 某合成氨厂变换工段中变换热器 系卧式固定管板式的管壳式换热器 如图 6 2 所示 其 壳程圆筒内径为 800mm 换热管规格为 38 3 的无缝钢管 共 205 根 管长 3m 工作条件 壳程介质为碱洗液 脱碳后的氮氢混合气 压力为 1 43Mpa 最高温度为 310 管程介质为 变换气 含有二氧化碳的氮氢混合气 压力为 1 53Mpa 最高温度为 420 有工艺计算得沿 长度平均的壳程圆筒金属温度为 274 换热管金属温度为 350 试对该换热器进行材料选 择 结构设计及强度计算 结构草图如图 6 2 所示 下面分别进行壳程圆筒 管箱封头及圆筒 法兰 管板 以及 U 形膨胀节设计及计算 图 6 2 卧式带膨胀节的固定管板换热器 1 变换气入口接管 2 锥形封头 3 设备法兰 4 管板 5 碱洗气出口接管 6 补强圈 7 筒体 8 膨胀节 9 换热管 10 定距管 11 折流板 12 碱洗气入口接管 13 变换器出口接管 14 鞍式支座 6 3 1 1 壳程圆筒 根据工作条件选择壳程圆筒的材料为 16MnR 钢板 在常温时许用应力为 170Mpa 在设计 温度 310 时的许用应力为 142MPa 屈服限为 227Mpa 按 GB150 98 式 6 1 壳程圆筒计算厚度 6 1 ci t c p D 2P 式中计算压力 c P1 1 1 431 57MPa 内直径 i D800mm 材料许用应力 t 142MPa 焊缝系数 0 85 采用双面焊 局部无损探伤 以上数值代入式 6 1 得 1 57 800 5 24mm 2 142 0 85 1 57 94 按 GB150 98 碳素钢或低合金钢容器的最小厚度不小于 3mm 该厚度值不包括厚度附加量 C 2mm 即 e 6mm 壳程圆筒的液压试验及压力试验时应力校核 试验液体为水 试验压力 PT 按下式 Tt 170 P1 251 25 1 572 35MPa 142 压力试验时 圆筒的总体薄膜应力按下式 Tie Tts e PD2 35 8006 1850 90 9 227 204 3MPa 22 6 0 85 6 3 1 2 管箱 1 锥形封头 如图 6 2 所示为带折边锥形封头 根据工作条件选择锥形封头材料为 15CrMoR 正火加回 火 钢板 在常温时许用应力为 150MPa 在设计温度 420 时的许用应力为 115 6MPa 屈服 限为 229 4MPa 图 6 3 锥形封头 按 GB150 98 式 6 10 式 6 11 过渡段厚度 6 10 ci ht c kP D 20 5P 与过渡段相接处的锥壳厚度 6 11 ci ht c fP D 0 5P 式中计算压力 Pc 1 1 1 53 1 68MPa 内直径 Di 800mm 材料许用应力 t 115 6MPa 95 焊缝系数 0 85 采用双面焊 局部无损探伤 系数 K 0 682 采用标准封头 r Di 0 15 30 f 0 554 同上 K f 值分别由 GB0 98 表 6 4 表 6 5 查得 以上数值代入式 6 10 式 6 11 得 h 0 682 1 68 800 4 70mm 2 115 6 0 850 5 1 68 h 0 554 1 68 800 7 64mm 115 6 0 850 5 1 68 取 附加厚度 c 2mm h 7 7mm 选取 he 10mm 锥形封头的水压试验压力 Tct 150 P1 25P1 25 1 682 27MPa 115 6 壳程圆筒和封头计算参见 GB150 98 2 管箱法兰 选 JB T4703 2000 长颈对焊法兰 PN 2 5MPa DN800 材料为 15CrMo 法兰密封面型式 为凹凸面 连接尺寸 参阅图 6 4 如下 Di 800mm 0 16mm Db 915mm 1 26mm Df 960mmH 115mm D4 863mm f 52mm 不包括厚度附加量 垫片采用金属包垫片 865 825JB T4706 200 由 GB150 98 表 9 2 查得 m 3 75 y 52 4MPa 选 32 个材料为 35CrMoA 等长双头螺栓 M24 160JB T4707 2000 螺栓计算 1 预紧状态下需要的最小螺栓载荷按式 GB150 98 式 9 4 计算 6 12 aaG WF3 14D by 式中垫片有效密封宽度 b 垫片接触宽度 865825 N20mm 2 按 GB150 98 表 9 1 得垫片基本密封宽度由于 b 6 4mm 则 0 N20 10mm 22 b 0 b2 53 b2 53 108mm 96 垫片压紧力中心直径 G4 DD2b8632 8847mm 垫片比压力 y 52 4MPa 见 GB150 98 表 9 2 以上数值代入式 9 2 得 6 a W3 14 847 8 52 41 115 10 N 操作状态下需要的最小垫片压紧力按 GB150 98 式 9 5 计算 6 13 2 ppGcGc WFF0 785D P6 28D bmP 式中由上已知 b 8mm DG 847mm 垫片系数 m 3 75 管程设计压力 p 1 68MPa 以上数值代入式 9 5 得 2 p 666 W0 785 8471 686 28 847 8 3 75 1 68 0 946 100 268 101 214 10 预紧状态下需要的最小螺栓面积按 GB150 98 式 9 6 计算 6 14 a a b W A 操作状态下需要的最小螺栓面积按 GB150 98 式 9 7 计算 6 15 p pt b W A 式中常温下螺栓材料许用应力 b 228MPa 在设计温度 420 下螺栓材料许用应力 t b 163 6MPa 代入式 9 6 式 9 7 得 6 2 a 1 115 10 A4890mm 228 6 2 p 1 214 10 A7420 5mm 163 6 需要的螺栓面积 2 mp AA7420 5mm 实际螺栓面积 22 b00 2 Andd20 75mm32 0 785 20 75 4 10815 73mm 97 所需螺栓面积足够 bm AA 螺栓最小间距由 GB150 98 表 9 3 确定 L 当时 B d24 minL56mm 推荐的螺栓最大间距 6 16 f max B 6 L2dmm m0 5 式中螺栓公称直径 B d24mm 法兰厚度 f 52mm 垫片系数m 3 75 以上数值代入式 9 3 得 max 6 52 L2 24121 4mm 3 750 5 实际间距 b D3 14 915 L 89 78mm n32 minmaxLL L 螺栓布置符合要求 法兰计算 2 法兰预紧力矩按 GB150 98 式 9 10 计算 6 17 aBG MF LN mm 式中预紧状态螺栓设计载荷按 GB150 98 式 9 8 计算 6 mb G b 7420 5 10815 73 228AA WF2 08 10 N 22 力臂 bG G DD915847 L34mm 22 以上数值代入式 9 10 67 a M2 08 10347 072 10 N mm 法兰操作力矩按 GB150 98 式 9 11 计算 6 18 pDDTTGG MF LF LF LNmm 式中作用于法兰内径截面上的流体静压轴向力 226 Dic F0 785D P0 785 8001 680 844 10 N 98 图 6 5 法兰受力图 见 GB150 98 图 9 1 续 a 流体静压总轴向力与作用于法兰内径截面上流体静压轴向力之差 22226 TDGic FF F0 785 DDP0 785 8478001 680 102 10 N 窄面法兰垫片压紧力 6 TpGc FF6 28D bmp6 28 847 8 3 75 1 680 268 10 N 力臂 DA1 LL0 5340 5 2647 力臂 A1G T LL342634 L47 22 力臂 G L34 以上数值代入式 9 11 得 666 P 777 M0 844 10470 102 10470 268 1034 4 446 100 911 105 357 10 N mm 法兰设计力矩 取其中之大值 6 19 f t a 0 f P M M M 式中法兰材料为 15CrMo 锻件 其常温下许用应力为 147MPa 在设计温度 420 下许用 应力为 107 6MPa 代入上式得 77 0 7 107 6 7 072 105 177 10 N mm M147 5 357 10N mm 则 7 0 M5 357 10 Nmm 法兰应力 99 1 轴向应力按 GB150 98 式 9 13 计算 6 20 0 H 2 1i fM D 2 周向应力按 GB150 98 式 9 15 计算 6 21 0 TR 2 fi YM Z D 3 径向应力按 GB150 98 式 9 14 计算 6 22 f0 R 2 fi 1 33 e 1 M D 式 9 13 式 9 14 中 整体法兰系数颈部应力校正系数 f 按 1 0 26 1 625 16 1 0 26 1 625 16 由图 9 7 查得 f 1 4 参数 3 ff 1 e 1 Td 1 0 F e h 2 100 1 U dh V 按 由图 9 3 及图 9 4 查得 按 10 1 625 0 h h0 309 1 F0 875 1 V0 347 由图 9 8 查得 将 fi 960 KD D1 2 800 T1 8 U13 3 Y11 67 Z5 8 1 F 代入参数 式中得 1 V TUYZ e 1 d 6 1 d1 111 10 e0 00773 将以上数据代入式 9 13 式 9 15 0 906 7 H 2 1 4 5 375 10 153MPa 0 906 26800 7 R 2 1 33 52 0 0073 1 5 357 10 42MPa 0 906 52800 7 T 2 11 67 5 357 10 5 8 4245 4MPa 52800 应力校核 100 轴向应力 t H f t n 153MPa 1 51 5 107 6161 4MPa 2 52 5 115 6289MPa 周向应力 t T f 45 4MPa107 6MPa 径向应力 t R f 42MPa107 6MPa 组合应力 t HT f 15345 4 99 2107 6MPa 22 t HR f 15342 97 5107 6MPa 22 计算结果 该法兰强度条件满足 所选法兰尺寸是合适的 其中法兰厚度加 f 52mm 上附加厚度 4mm 为 56mm 6 3 1 3 管板计算 1 初始数据 壳程圆筒内径 i D800mm 厚度 图样采用 10mm s 8mm 管箱 封头 厚度 图样采用 12mm h 10mm 换热管外径 d38mm 壁厚 t 3mm 根数 n205 间距 s48mm 有效长度 L2874mm 管箱法兰外径 f D960mm 宽度 f b80mm 厚度 f 56mm 假定管板厚度 图样采用 65mm 法兰部分厚度 即壳程圆筒法 p 60mm f 50mm 兰 延长部分兼作法兰的管板 如图 6 6 所示 各零件材料在设计温度时的物理 机械性能数据如下 壳体材料 16MnR 弹性模量 5 s E1 88 10 MPa 线膨胀系数 壳体壁温 6 s 12 72 10 1 C s t274 C 换热管材料 20 号钢 弹性模量 5 s E1 73 10 MPa 线膨胀系数 换热管壁温 6 t 13 24 10 1 C e t350 C 换热管材料屈服限 t s 147MPa 图 6 6 延长部分兼作法兰的管板 101 封头法兰材料 15CrMo 锻件 弹性模量 6 f E1 86 10 MPa 管板材料 15RrMo 锻件 5 p E1 776 10 MPa 法兰材料 15CrMo 锻件 5 f E1 776 10 MPa 许用应力 壳程圆筒 t c 142MPa 换热管 t c 84MPa 管箱封头法兰 t f 107 6MPa 管板 t r 107 6MPa 换热管与管板采用先胀后焊 胀接长度 l 50mm 管孔开槽 许用拉脱应力 q 4MPa 几何物理系数计算 壳程圆筒内径面积 222 i AD0 785 800502400mm 4 管板开孔后面积 222 1 AA n d 4502400205 0 785 38270024mm 壳程圆筒金属横截面积 2 stis AD3 14 8 800820297mm 换热管金属截面积 2 tt ad3 14 3 383329 7mm 管板布管区面积 三角形排列 222 t A 0 866 n s0 866 205 48409029mm 管板布管区当量直径 2 t t 4A4 409029 D721 84mm 2 14 管板布管区的当量直径与壳程圆筒内径之比 t t i D721 84 0 9023 D800 系数 1 A270024 0 537 A502400 1 na205 329 7 0 25 A270024 5 t 5 ss E na1 73 10205 329 7 Q3 064 E A1 88 1020297 s 0 60 6 0 41 Q0 41 3 0644 94 0 537 t 11 0 4 10 6Q0 4 1 0 250 63 0647 32 0 537 管束模数 102 5 t t i E na1 73 10205 329 7 K5082MPa LD2874 800 管子加强系数 管板刚度消弱系数 一般可取 值 0 4 1 2 ti ppp E naD K1 318 EL 1 25 5 8001 73 10205 329 7 1 3184 2 601 776 10 0 4 2874 60 管板周边不布管区无量纲宽度 t k K 14 2 1 0 90230 41 3 强度影响系数计算 旋转刚度 1 h i 10 0 0125 D800 f i 56 0 07 D800 S i 8 0 01 D800 f i 50 0 0625 D800 由图 7 7 查得 0 000750 000475 壳程圆筒与法兰 或凸缘 的旋转刚度参数 3 fff fs ifi 3 5 5 2E b21 KE 12 DbD 12 1 766 1080 2 50 1 88 100 00047512 7MPa 1280080800 管箱圆筒与法兰 或凸缘 的旋转刚度参数 3 fff fh ifi 3 5 5 2E b21 KE 12 DbD 12 1 766 1080 2 56 1 88 100 0007518 4MPa 1280080800 旋转刚度无量纲参数 3 f f t K3 14 12 7 K1 96 10 4K4 5082 103 法兰力矩 2 基本法兰力矩 7 mmG b MAL7420 5 2285 75 10 管程压力作用时的法兰力矩 7 p M5 375 10 N mm 按查图 7 8 得 查图 7 9 得 3 f K4 2K1 96 10 1 m0 12 2 G3 0 按 查图 7 9 得查图 6 10 得 K4 2Q 3 064 2 m2 90 3 G0 012 系数 1 3 f m0 12 14 58 KK4 2 1 96 10 系数 3 1 1 2 m0 12 M2 36 10 2K QG2 4 2 3 0643 0 系数 f f3 K0 00196 0 14 KG0 001960 012 管板边缘力矩变化系数 f f 11 M 1 20 12 7 K 0 14 18 4 K 法兰力矩变化系数 f f f K12 7 M M1 200 828 K18 4 危险组合 3 壳程压力作用下 壳程设计压力 Ps Pc 1 57MPa 管程设计压力 Pt 0 管程压力作用下 壳程设计压力 Ps 0 管程设计压力 Pt 1 68MPa Pc Pt 1 1 68 1 0 25 2 1MPa 不计 膨胀差 计入 膨胀差 不计 膨胀差 计入 膨胀差 tt0ss0 6 6 tttt 12 24 1035020 12 72 1027420 1 C 1 14 1 0 3 tt0ss0 6 6 tttt 12 24 1035020 12 72 1027420 1 C 1 14 10 3 t 35 E MPa 0 25 1 14 101 73 10 MPa 49 2 t 35 E MPa 0 25 1 14 101 73 10 MPa 4 92 104 ast s t PpE4 94 1 57EMPa 7 857 0 ast s t PpE7 32 1 68EMPa 12 336 9 m m 3 1a 7 3 a 4M M D P 4 5 75 10 0 537 3 17 800 P 0 0340 00467 m m 3 1a 7 3 a 4M M D P 4 5 75 10 0 537 3 17 800 P 0 020 00673 m1m 3 M MM MM 1 2 2 36 10 0 03680 0075 p M M 0 0200 00673 M 14 58M 0 53650 1111M 14 58M 0 2920 0981 12 mm0 122 0 m 11 1 090 40 12 mm0 122 9 m 11 1 0260 37 G1 由 K 4 2 m 查图 7 6 得 0 240 20 G1 由 K 4 2 m 查图 7 6 得 0 720 20 管板径向应力系数 11 r 2 1G1G 4 QG4 3 0643 0 01520 00916 管板径向应力系数 11 r 2 1G1G 4 QG4 3 0643 0 0210 00905 管板布管区径向应力系数 r 2 3m 1 4K QG 3m 1 4 4 2 3 0643 0 04930 013 管板布管区径向应力系数 r 2 3m 1 4K QG 3m 1 4 4 2 3 0643 0 02140 012 管板布管区剪切应力系数 p 2 1 4 QG 0 06330 046 管板布管区剪切应力系数 p 2 1 4 QG 0 02920 045 4 校核管板 壳体法兰 换热管 壳程圆筒以及拉脱应力 壳程压力作用下 壳程设计压力 Ps Pc 1 57MPa 管程设计压力 Pt 0 管程压力作用下 壳程设计压力 Ps 0 管程设计压力 Pt 1 68MPa Pc Pt 1 1 68 1 0 25 2 1MPa 不计 膨胀差 计入 膨胀差 不计 膨胀差 计入 膨胀差 管板径向应力 2 i rra p 2 ra D P 0 537800 P 0 460 MPa t r 28 31 5 1 5 107 6 161 4 t r 124 61 5 3 107 6 322 8 管板径向应力 2 i rra p 2 ra D P 0 537800 P 0 460 MPa t r 6 141 5 1 5 107 6 161 4 t r 79 71 5 1 5 107 6 322 8 105 管板布管区周边处径向应 力 2 i rra 2 2 ra 2 D P kk 12m m2m 0 537800 P 0 460 0 410 41 12m m2m MPa t r 59 651 5 1 5 107 6 161 4 t r 33 251 5 3 107 6 322 8 管板布管区周边处径向应 力 2 i rra 2 2 ra 2 D P kk 12m m2m 0 537800 P 0 460 0 410 41 12m m2m MPa t r 75 401 5 1 5 107 6 161 4 t r 13 631 5 3 107 6 322 8 管板布管区周边剪切应力 t ppa p t pa D P 721 84D0 537 P 0 460 MPa t r 7 970 5 0 5 107 6 53 8 t r 42 351 5 1 5 107 6 161 4 管板布管区周边剪切应力 t ppa p t pa D P 721 84D0 537 P 0 460 MPa t r 5 80 5 0 5 107 6 53 8 t r 26 81 5 1 5 107 6 161 4 壳体法兰应力 2 i fa f mf1 2 am 3 D Y P 4 MMM 0 785 11 67 0 537 800 P 0 14M 50 0 828 2 36 10 MPa t r 27 51 5 1 5 107 6 161 4 t r 93 33 3 107 6 322 8 壳体法兰应力 2 i fa f mf1 2 am 3 D Y P 4 MMM 0 785 11 67 0 537 800 P 0 14M 50 0 828 2 36 10 MPa t r 79 931 5 1 5 107 6 161 4 t r 65 061 5 3 107 6 322 8 换热管轴向应力 2 rc 2 a GQ1 P QG 1 0 25 33 64 1 57P 3 0643 MPa t r 0 7 84 t r 93 73 3 107 6 322 8 换热管轴向应力 2 rc 2 a GQ1 P QG 1 0 25 33 64 1 57P 3 0643 MPa t r 23 1 84 t r 74 13 3 107 6 322 8 壳程圆筒轴向应力 ca s2 1A P AQG MPa t c 26 27 142 t c 138 83 3 142426 壳程圆筒轴向应力 ca s2 1A P AQG MPa t c 22 49 142 t c 130 403 3 142426 拉脱应力 tt a329 7 q dl3 13 38 5 0 387 q4MPa 51 8 q4MPa 拉脱应力 tt a329 7 q dl3 13 38 5 12 8 q4MPa 41 q4MPa 5 换热管稳定性计算 管子回转半径 106 22 22 t 11 idd238382 312 4mm 44 从图 7 1 可知 管子受压失稳当量长度参见附图 7 13 确定系数 cr l520mm 225 t r t s 2E2 3 141 73 10 C152 34 147 当 cr r l520 42C152 34 i12 4 则管子稳定许用应力 t scr cr r l i14742 1163 38MPa 22C22 152 34 从应力计算得计入膨胀差的管子应力 且 则 表明管子稳定性不够 t 0 t cr 需采取措施 本设计采用设置膨胀节 减少管子的压应力 从而增加其稳定性 6 3 1 4 U 形膨胀节计算 1 要否设置膨胀节的判定 通过管板计算 按四种危险工况对管子 壳程圆筒以及拉脱应力的校核得如下结论 但 且 t t t 3 t 0 t cr t c c 3 除只考虑壳程压力 且不计膨胀差外 由于 则 qq qq t cr t 0 需要设置膨胀节 2 应力计算 选择 U 形膨胀节 材料为 16MnR 与壳程圆筒相同 结构参见插图及 GB T12777 91 具 体几何尺寸如下 初始数据 1 设计压力 p1 57MPa 设计温度 t 310 C 直边段外径 eis DD28002 8816mm 波高 h125mm 波长 W220mm 层数 m1 波数 n1 107 当量圆筒外径 me DDh816 125941mm 成型前有效厚度 e 8mm 成型后有效厚度 1 1 2 2 e exe m D816 87 45mm D946 轴向位移 3 erL1 14 1028743 3mm 图 6 13 换垫管换稳的当量长度 lcr 膨胀节材料在设计温度下 弹性模量 常温时 t5 b E1 88 10 MPa 5 b E2 06 10 MPa 屈服点 t s 227 2MPa 许用应力 t ex 142MPa 系数计算 2 按横坐标 W180 0 720 2h2 125 纵坐标 mex W180 1 0 2 2 D2 2941 7 45 由 GB12777 91 图 A2 图 A3 图 A4 查得 pfd C0 52 C1 35 C2 3 刚度计算 3 108 取腐蚀余量 2 t mbex2 ex f mD EC K1 7 Ch 2 C0mm 3 5 4 1 941 1 88 107 450 1 74 72 10 N mm 1 35125 应力计算 4 内压引起的应力