5-3换热器设计说明书

洛化宏达年产10000吨甲基丙烯酸叔丁酯项目 归去来烯团队目录第一章 换热器设计依据41.1 设计依据：4第二章 换热器工艺方案的确定52.1换热器概述52.2换热器选型52.3换热管规格选择62.4壳程数和台数72.5工艺条件的限制82.5.1温度限制82.5.2压力降限制82.5.3物流安排92.5.4 物料流速的限制10第三章 换热器的设计113.1换热器E0203自换热换热器的设计113.1.1工艺数据汇总113.2.2类型选择123.2.3温度133.2.4压力133.2.5传热系数133.2.6尺寸143.2.7详细结构153.2.8换热器的机械设计及校核163.2.8.1选材163.2.8.2管板的选择163.2.9 SW6-2011强度校核报告173.3 换热器设备条件图33第一章 换热器设计依据1.1 设计依据：化工设备设计全书换热器 2003-5热交换器 GB/T 151-2014压力容器 GB 150-2011化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列 HG/T 20553-2011钢制管法兰、垫片和紧固件 HG/T 2059220635-2009容器支座 JB/T 4712-2007补强圈 JB/T 4736-2002第二章 换热器工艺方案的确定2.1换热器概述在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度高，向低温介质放热；另一种流体温度低，从高温介质吸热。在工程实践中有时也会有两种以上流体参加换热的换热器，但其基本原理与前一致。化工、石油、动力、食品等行业中广泛使用各种换热器，它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。现如今能源紧张已成为一个世界性问题，为了缓和这一状况，世界各国竞相采取节能措施，大力发展节能技术，已成为当前工业生产和人民生活中一个重要课题。而换热器在节能技术改造中具有很重要的作用，表现在两方面：一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器，提高这些换热器效率，显然可以减少能源的消耗；另一方面，用换热器来回收工业余热，可以显著地提高设备的热效率。2.2换热器选型换热器选型时需要考虑的因素很多，包括：流体的性质，压力、温度及允许压力降得范围，对清洗、维修的要求，材料价格，使用寿命等等。换热器种类繁多，可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。而间壁式换热器又可分为夹套式、管式和板式换热器。其中，管壳式换热器又称列管式换热器，该类换热器具有可靠性高、适应性广等优点，在各工业领域中得到最广泛的应用。近年来，尽管受到了其他新型换热器的挑战，但反过来也促进其自身的发展。在今天，管壳式换热器仍占主导地位。列管式换热器可根据其结构特点，分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式和釜式重沸器五类。各类换热器特性如下表。表2.1各类换热器特性分类名称特性相对费用耗用金属kg/m管壳式换热器固定管板式使用广泛；壳程不易清洗，管壳两物料温差大于60时应设膨胀节，最大使用温差不应大于60。1.030浮头式壳程易清洗；管壳两物料温差可大于120；内垫片易渗漏。1.2246调料函式优缺点同浮头式；造价高，不宜制造大直径设备。1.2820U形管式制造安装方便，造价较低；管程耐高压；结构不紧凑，管子不易更换，不易机械清洗。1.0165列管换热器中常用的是固定管板式和浮头式两种。一般根据物流的性质、流量、腐蚀性、允许压降、操作温度与压力、结垢情况和检修清洗等要素决定列管换热器的型式。从经济角度看，只要工艺条件允许，应该优先选用固定管板式换热器。需要注意的是以下两种情况出现时，应选用浮头式换热器：1、壳壁与管壁的温差超过70，壁温相差5070，壳程流体压力大于0.6MPa时，不宜采用有波形膨胀节的固定管板式换热器。2、壳程流体易结垢或腐蚀性强时不能采用固定管板式换热器。综合考虑本次设计任务及制造、经济等个方面，本次设计主要采用浮头式换热器。2.3换热管规格选择1、管子的外形列管换热器的管子外形有光滑管和螺纹管两种。一般按光滑管设计。当壳程膜系数低，采取其他措施效果不显著时，可选用螺纹管，它能强化壳程的传热效果，减少结垢的影响。管子的排列方式相同壳径时，采用正三角形排列要比正方形排列可多排布管子，使单位传热面积的金属耗量降低。一般壳程流体不易结垢或可以进行化学清洗的场合下，推荐用正三角形排列。必须进行机械清洗的场合，则采用正方形排列。管子直径工业生产设计中一般选用19mm的管子，而对于易结垢的物料，则常采用外径为25mm的管子；对于有气液两相流的工艺物流，一般选用较大的管径。直径小的管子可以承受更大的压力，而管壁较薄，有利传热；相同的壳径，可以排较多的小管子，传热面积增大，单位传热面积的金属耗量降低，但是换热器的压降却随之越大。所以，在管程结垢不是很严重，又允许压力降较高的情况下，采用19mm2mm的管子是合理的。管子长度无相变换热时，管子较长，传热系数增加。在相同传热面时，采用长管管程数较少，压力降小，而且每平方米传热面的比价也低。但是，管子过长给制造带来困难。壳径较大的换热器采用较长的管子可降低单位传热面积的金属耗量，更为经济。因此，一般选用管长46m。对于大面积或无相变的换热器可以选用89m的管长。对于管心距，其长度范围为管外径的1.251.5倍。2.4壳程数和台数换热器的壳径越大，传热面积也越大，单位传热面积的金属耗量程压力降比单壳程约增加越低。采用一台较大的换热器比采用多台小换热器更经济，阻力也更小，且便于操作管理。通常采用单壳程换热器。双壳程的隔板在制造和检修时比较困难，若把两个换热器的壳程串联起来使用，就相当于双壳程了，但壳程压力降比单壳程约增加68倍。只有壳程流量很小，采用最小板间距壳程流速仍很低，并且壳程又允许较大的压力降时，可考虑用两个换热器串联代替双壳程。2.5工艺条件的限制2.5.1温度限制（1）冷却水的出口温度不宜高于60，以免结垢严重。高温端的温差不应小于20，低温端的温差不应小于5。当在两工艺物流之间进行换热时，低温端的温差不应小于20。（2）在冷却或者冷凝工艺物流时，冷却剂的入口温度应高于工艺物流中易结冻组分的冰点，一般高5。（3）当冷凝带有惰性气体的工艺物料时，冷却剂的出口温度应低于工艺物料的露点，一般低5。换热器的设计温度应高于最大使用温度，一般高15C。2.5.2压力降限制增强工艺物流流速，可增大传热系数，使换热器结构紧凑。但是增加流速也会关系到换热器的压力降，使换热器的磨蚀和振动加剧。压力降增加使动力消耗增强。最大允许的压力降范围一般限制如下表所示。表2.3允许的压力降范围工艺物流的压力/Pa允许压力降P/Pa2.5.3物流安排换热器管程和壳程之间的物流走向存在一定的限制和要求，目的在于强化传热和节省材料，同时对于一些危险工质的换热，更加需要对物流进行限制，提高安全性。相关经验规律如下所示：（1）高温物流一般走管程，除此有时为了节省保温层和减少壳体厚度，也可以使高温物流走壳程。（2）较高压的物流应走壳程，在壳程可以得到较高的传热系数。（3）较粘的物流应走壳程，在壳程可以得到较高的传热系数。（4）腐蚀性较强的物流应位于管程。（5）对压力降有特定要求的工艺物流，应位于管程，因管程的传热系数和压降计算误差小。（6）较脏和易结垢的物流应走管程，以便清洗和控制结垢。若必须走壳程，则应采用正方形管子排列，并可用可拆式（浮头式、填料函式、U形管式）换热器。（7）流量较少的物流应走壳程，因为在壳程易使物流成为湍流状态，从而增加传热系数。给热系数较小的物流，像气体，应走壳程，易于提高给热系数。2.5.4 物料流速的限制为防止结垢等不正常现象，管壳侧需要保证有一定的流速范围。过快的流速会导致换热器压降变大，过小的流速又会导致换热目标无法得到实现，选择合适的管程以及壳程流速是有必要的。常用流速范围如下表所示：表2.4 管壳式换热器中常用的流速范围流体的种类一般流体易结垢流体气体流速m/s管程0.53.01.05.030壳程0.21.50.53.015第三章 换热器的设计（以E0203自换热换热器为例）3.1换热器E0203自换热换热器的设计3.1.1工艺数据汇总在对工艺流程的换热器设计与选型中，先按照实际工业实施情况以及成本因素，对车间进行了热集成，优化了换热网络，然后针对特定的换热任务，确定合适的换热工艺参数，并进行换热费用的优化，再根据国家标准GB/T151-2014热交换器，使用Aspen Exchanger Design and Rating V8.4 进行换热设备的设计，以此作为参考从工艺手册上选取换热器。先以E0203 换热器为例，初步选定换热器的形式后，根据任务要求利用Aspen 进行模拟计算，模拟出来的换热器工艺参数如图所示。表3-1 E0203换热器进出口物流参数操作条件参数壳程管程物流热流体冷流体介质异丁烯、MTBE等有机物异丁烯、MTBE等有机物质量流量/（kg/s）2340.1072340.107进口温度/18589.2出口温度/100120.5进口压力/MPa0.60.63出口压力/MPa0.5980.628表3-2 E0203设计参数工艺参数项目管程壳程项目管程壳程单位介质名称有机物液体有机物液体进出温度89.2/120.5185/100介质组成异丁烯、MTBE等异丁烯、MTBE等操作压力0.630.6MPa设计温度150230设计压力0.780.75MPa结构参数换热器结构形式浮头式壳程公称直径1000mm折流板形式单弓型、水平切口管直径壁厚192mm折流板间距450mm管计算长度6000mm接管尺寸项目管程入口管程出口壳程入口壳程出口公称直径DN（mm）334810299开口方位BottomTopTopTop3.2.2类型选择选择工业上最常见的管壳式换热器，由于传热温差不大，选用固定管板式换热器，封头为椭圆形封头，单管程，后管箱也为椭圆形。该换热器的作用是用循环冷却水冷却从热泵精馏中压缩机出来的气相丙烯丙烷混合物，进入丙烯精馏塔，由于工艺物料为被冷却物质，且为气相，为了加快冷却速度，使其走壳程，一方面能与管程的冷却水换热，另一方面壳程外的空气也能与之换热移走一部分热量。3.2.3温度该换热器的壳程工作温度为185-100，管程工作温度为89.2-120.5，进出口温差大于10，符合工业实际。设计温度以工作温度为依据。这里取壳程的设计温度为230，管程的设计温度为150。3.2.4压力这里取壳程设计压力为0.75MPa,管程的设计压力为0.79MPa。EDR中换热器的压降设置为自动默认值，也可自己设置压降，出口绝压小于0.1MPa（真空条件），压降不大于进口压强的40%，出口绝压大于0.1MPa，压降不大于进口压强的20%。3.2.5传热系数传热系数基于传热膜系数、固壁热阻和污垢热阻计算得到，其中传热膜系数和固壁热阻为EDR自动默认值。由于该换热器的管程、壳程均为有机化合物，我们可以取其平均污垢系数为0.0002m2K/W。3.2.6尺寸根据EDR推荐的设计方案，选择其中较为合理的一组。根据标准GB/T 28712.2-2012热交换器形式与基本参数第2部分：固定管板式热交换器规定，选择换热管内径为19mm，壁厚2mm，管心距25mm，排列方式为正三角形，壳程工程直径（内径）为700mm，壁厚10mm，换热管长度3000mm，折流板间距为450mm。换热管数量为1268根。其余参数为EDR默认值。图3-1计算结果表由上述计算结果可以看出，换热管换热面积为454.1，设计余量为35.4%，符合设计要求；壳程流速为0.77m/s，管程流速为0.05m/s，均为湍流态，且满足经济流速范围；流态分布均匀，无气液混合进出料，且压降均在合理范围内。总传热系数为42.7W/（m2K），进而确定换热器E0203型号为BES1000-0.750.79-454.1-619-1II其表示意义为：浮头式：1000-换热器公称直径（mm），0.79-管程设计压力（MPa），0.75-壳程设计压力（MPa），454.1-换热面积（），6-换热管长（m），19-换热管外径（mm），1-单管程，级管束。其他换热器采用同样的方法计算选型。选型结果请见附录三设备选型一览表。3.2.7详细结构换热器设备结构图和换热管排布图如下：图3-2设备尺寸图图3-3换热管排布图3.2.8换热器的机械设计及校核3.2.8.1选材结合实际情况，结合管壳层走的流体进行材料的选择，管子选择20钢管，壳体使用Q345R较为妥当。3.2.8.2管板的选择管板式管壳式换热器的一个重要元件，它除了与管子和壳体等连接外，还是换热器中的一个主要受压元件。对于管板的设计，除满足强度要求外，同时应合理考虑其结构设计。其中要注意的是，管箱与管板的连接结构形式较多，随着压力的大小、温度的高低以及物料性质、耐腐蚀情况不同，连接处的密封要求、法兰形式也不同，所以在设计中应合理选择连接形式。本换热器选用的管板兼作法兰，其与管箱法兰的连接形式比较简单，采用气密性较高可选用凹凸面形式。对于换热管与管板的连接，在管壳式换热器的设计中，是一个比较重要的结构部分。它不仅加工工作量大，而且必须使每个连接处在设备的运行中，保证介质无泄漏及承受介质压力的能力。由于强度胀接结构简单，换热管修补容易，本换热器采用带环形槽的强度胀接，以提高抗拉脱力及增强密封性。本换热器采用单弓形折流板，圆缺率为34.84%，查阅相关资料标准可取，折流板的间距为450mm，板数为11块，厚度为56mm。拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。对于大直径的换热器，在布置区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆。取拉杆直径为12mm，数量为8根，定距管规格取为192。3.2.9 SW6-2011强度校核报告设计初步完成后，使用SW6-2011 对换热器进行强度校核，形成设计说明书，其输入数据如下表：表3-3 输入数据值项目管程/壳程设计压力/MPa管程/壳程设计温度/设备直径/mm计算长度/mm输入数据0.75/0.78230SW6-2011计算结果如下表所示（SW6 源文件见程序文件夹）：浮头式换热器设备计算计算单位郑州大学 归去来烯团队 壳程设计压力 0.79 MPa管程设计压力 0.75 MPa壳程设计温度 230.00 管程设计温度 150.00 筒体公称直径1000.00mm筒浮头式换热器筒体最小壁厚12.18mm筒体名义厚度20.00mm校核 合格筒体法兰厚度mm体校核 筒体后端法兰厚度mm校核 前端管箱筒体名义厚度20.00mm前校核 合格 端前端管箱封头名义厚度11.00mm管校核 合格箱前端管箱法兰厚度140.00mm校核 合格后端管箱筒体名义厚度20.00mm后校核 合格端后端管箱封头名义厚度11.00mm管校核 合格箱后端管箱法兰厚度140.00mm校核 合格带法兰凸形封头名义厚度20.00mm浮校核 合格头法兰设计厚度140.00mm盖校核 合格钩圈计算厚度293.00mm校核 合格管管板名义厚度mm板校核 浮头式换热器筒体计算结果计算单位郑州大学 归去来烯团队 计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 pc 0.79MPa设计温度 t 230.00 C内径 Di 1000.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 185.00MPa设计温度许用应力 st 162.20MPa试验温度下屈服点 ss 325.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 3.18mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 2.44mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 16.52mm名义厚度 dn = 20.00mm重量 3823.41Kg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 = 1.0000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 292.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 30.77 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= = 5.27199MPa设计温度下计算应力 st = = 24.31MPastf 162.20MPa校核条件stf st结论 合格前端管箱筒体计算结果计算单位郑州大学 归去来烯团队 计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 pc 0.75MPa设计温度 t 150.00 C内径 Di 1000.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 185.00MPa设计温度许用应力 st 183.00MPa试验温度下屈服点 ss 325.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 3.18mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 2.05mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 16.52mm名义厚度 dn = 20.00mm重量 3823.41Kg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 = 1.0000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 292.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 30.77 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= = 5.94806MPa设计温度下计算应力 st = = 23.07MPastf 183.00MPa校核条件stf st结论 合格前端管箱封头计算结果计算单位 郑州大学 归去来烯团队 计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 pc 0.75MPa设计温度 t 150.00 C内径 Di 1000.00mm曲面深度 hi 250.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 189.00MPa试验温度许用应力 s 189.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 3.18mm焊接接头系数 f 1.00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= 1.0000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 66.74MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 dh = = 1.99mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 7.52mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 11.00mm结论 满足最小厚度要求重量 106.64 Kg最大允许工作压力 pw= = 2.83191MPa结论 合格后端管箱筒体计算结果计算单位郑州大学 归去来烯团队 计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 pc 0.79MPa设计温度 t 230.00 C内径 Di 1000.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 185.00MPa设计温度许用应力 st 162.20MPa试验温度下屈服点 ss 325.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 3.18mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 2.44mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 16.52mm名义厚度 dn = 20.00mm重量 3823.41Kg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 = 1.0000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 292.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 30.77 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= = 5.27199MPa设计温度下计算应力 st = = 24.31MPastf 162.20MPa校核条件stf st结论 合格后端管箱封头计算结果计算单位 郑州大学 归去来烯团队 计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 pc 0.79MPa设计温度 t 230.00 C内径 Di 1000.00mm曲面深度 hi 250.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 173.40MPa试验温度许用应力 s 189.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 3.18mm焊接接头系数 f 1.00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= 1.0000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 66.74MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 dh = = 2.28mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 7.52mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 11.00mm结论 满足最小厚度要求重量 106.64 Kg最大允许工作压力 pw= = 2.59817MPa结论 合格浮头计算计算单位郑州大学 归去来烯团队 设 计 条 件简 图计算压力 pc0.750MPa结构 d:设计温度 t230.0 C封名义厚度20.0mm腐蚀裕量3.2mm头材料名称Q345R法法兰厚度 f140.0mm材料名称Q345R许用178.0MPa兰应力138.6MPa材料名称S32168螺许用137.0MPa应力92.4MPa栓公称直径 db48.0mm数量 n30N100.0y(MPa)31.0m3.00外径1200.0内径1000.0垫材料类型软垫片压紧面形状1a,1b片b06.4mm b= b0b06.4mm DG= (垫片内径 + 垫片外径)/2mmb0 6.4mm b=2.53 b0 6.4mm DG= 垫片外径-2bb=17.89DG=1164.2结构尺寸(mm)Db1250.0Dfi1000.0Dfo1500.0Ri500.0l50.0封 头 壁 厚 计 算A 值B 值 (MPa)许用内压或外压 (MPa)6.431结 论封头计算合格螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷 Wa= 3.14bDG y =2028392.2N操作状态下需要的最小螺栓载荷 Wp = Fp + F = 1092845.4 N所需螺栓总截面积Am = Ap 和Aa中大者 Am = 14805.8mm2实际使用螺栓总截面积Ab = 42733.2mm2操作情况下法兰受力力 臂力 矩FD = 0.785pc = 588750.0NLD= 0.5 ( Db - Di ) = 125.0mmMD= FD LD = 73593752.0N.mmFG = Fp = 294295.0NLG= 0.5 ( Db - DG ) = 42.9mmMG= FG LG = 12622245.0N.mmFT = F-FD = 209247.2NLT= 0.5 ( LD + LG ) = 83.9mmMT= FT LT = 17565234.0N.mmFr = FDctg1 = 118337.3N = -30.7mmMr= Fr Lr = -3638503.8N.mm操作情况下法兰总力矩 = 107419736.0N.mm预紧情况下法兰受力力 臂力 矩FG = W = 3941416.8NLG= 0.5 ( Db - DG ) = 42.9mmMa= FG LG = 169046464.0N.mm计 算 结 果0.000mm预紧状态下4748.5mm2操作状态下3875.171mm2f =，和两倍封头名义厚度中大者 f = 68.9mm校核合格钩圈计算计算单位郑州大学 归去来烯团队 材料Q345R类型A型设计温度下的许用应力 st173.40MPa法兰外径与内径之比 K=Dfo/Dfi=1.50查得系数 Y =4.96362.50mm1428763520.00Nmm1.50Y = (由K查GB1501998中图19-5得到)4.96293.00mm注：带号的材料数据是设计者给定的。浮头计算计算单位郑州大学 归去来烯团队设 计 条 件简 图计算压力 pc-0.790MPa结构 d:设计温度 t230.0 C封名义厚度20.0mm腐蚀裕量3.2mm头材料名称Q345R法法兰厚度 f140.0mm材料名称Q345R许用178.0MPa兰应力138.6MPa材料名称S32168螺许用137.0MPa应力92.4MPa栓公称直径 db48.0mm数量 n30N100.0y(MPa)31.0m3.00外径1200.0内径1000.0垫材料类型软垫片压紧面形状1a,1b片b06.4mm b= b0b06.4mm DG= (垫片内径 + 垫片外径)/2mmb0 6.4mm b=2.53 b0 6.4mm DG= 垫片外径-2bb=17.89DG=1164.2结构尺寸(mm)Db1250.0Dfi1000.0Dfo1500.0Ri500.0l50.0封 头 壁 厚 计 算A 值0.003971B 值 (MPa)140.7许用内压或外压 (MPa)4.469结 论封头计算合格螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷 Wa= 3.14bDG y =2028392.2N操作状态下需要的最小螺栓载荷 Wp = Fp + F = 0.0 N所需螺栓总截面积Am = Ap 和Aa中大者 Am = 14805.8mm2实际使用螺栓总截面积Ab = 42733.2mm2操作情况下法兰受力力 臂力 矩FD = 0.785pc = -620150.0NLD= 0.5 ( Db - Di ) = 125.0mmMD= FD LD = -77518752.0N.mmFG = Fp = -309990.8NLG= 0.5 ( Db - DG ) = 42.9mmMG= FG LG = -13295432.0N.mmFT = F-FD = -220407.1NLT= 0.5 ( LD + LG ) = 83.9mmMT= FT LT = -18502048.0N.mmFr = FDctg1 = -124648.6N = -30.7mmMr= Fr Lr = 3832557.5N.mm操作情况下法兰总力矩 = 63802056.0N.mm预紧情况下法兰受力力 臂力 矩FG = W = 3941416.8NLG= 0.5 ( Db - DG ) = 42.9mmMa= FG LG = 169046464.0N.mm计 算 结 果0.000mm预紧状态下4748.5mm2操作状态下2301.661mm2f =，和两倍封头名义厚度中大者 f = 68.9mm校核合格钩圈计算计算单位郑州大学 归去来烯团队 材料Q345R类型A型设计温度下的许用应力 st173.40MPa法兰外径与内径之比 K=Dfo/Dfi=1.50查得系数 Y =4.96362.50mm1428763520.00Nmm1.50Y = (由K查GB1501998中图19-5得到)4.96293.00mm注：带号的材料数据是设计者给定的。前端管箱法兰计算结果计算单位郑州大学 归去来烯团队 设 计 条 件简 图设计压力 p0.790MPa计算压力 pc0.790MPa设计温度 t150.0 C轴向外载荷 F0.0N外力矩 M0.0N.mm壳材料名称Q345R体许用应力 183.0MPa法材料名称Q345R许用sf178.0MPa兰应力stf160.0MPa螺栓材料名称S32168许用sb137.0MPa应力stb103.0MPa公称直径 d B48.0mm螺栓根径 d 142.6mm数量 n30个Di1000.0Do1500.0垫 结构尺寸Db1250.0D外1200.0D内1000.0064.0 mmLe125.0LA47.0h64.0178.0材料类型软垫片N100.0m3.00y(MPa)31.0压紧面形状1a,1bb17.89DG1164.2片b06.4mm b= b0b06.4mm DG= ( D外+D内 )/2b0 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 = 2028392.2N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 1151130.5 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 14805.8mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 42733.2mm2力 矩 计 算操FD = 0.785pc = 620150.0NLD= L A+ 0.51 = 86.0mmMD= FD LD = 53332900.0N.mm作FG = Fp = 309990.8NLG= 0.5 ( Db - DG ) = 42.9mmMG= FG LG = 13295432.0N.mmMpFT = F-FD = 220407.1NLT=0.5(LA + d1 + LG ) = 83.9mmMT= FT LT = 18502048.0N.mm外压: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 内压: Mp = MD+MG+MT Mp = 85130384.0N.mm预紧 MaW = 3941417.0NLG = 42.9mmMa=W LG = 169046464.0N.mm计算力矩 Mo= Mp 与Masft/sf中大者 Mo = 151951872.0N.mm螺 栓 间 距 校 核实际间距 = 130.9mm最小间距 102.0 (查GB150-2011表7-3)mm最大间距 336.0mm 形 状 常 数 确 定252.98h/ho = 0.3 K = Do/DI = 1.500 1.2由K查表7-9得T=1.711Z =2.600Y =4.961U=5.452整体法兰查图7-3和图7-4FI=0.89551VI=0.457020.00354松式法兰查图7-5和图7-6FL=0.00000VL=0.000000.00000查图7-7由 d1/do 得f = 1.00000整体法兰 = 12360758.0松式法兰 = 0.00.2=f e+1 =1.50g = y/T = 0.871.66 = 1.10剪应力校核计 算 值许 用 值结 论预紧状态 0.00MPa操作状态 0.00MPa输入法兰厚度f = 140.0 mm时, 法兰应力校核应力性质计 算 值许 用 值结 论轴向应力 21.13MPa =240.0 或 =457.5( 按整体法兰设计的任 意 式法兰, 取 ) 校核合格径向应力 11.74MPa = 160.0校核合格切向应力 7.92MPa = 160.0校核合格综合应力 = 16.44MPa = 160.0校核合格刚度系数 0.055 校核合格法兰校核结果校核合格后端管箱法兰计算结果计算单位郑州大学 归去来烯团队 设 计 条 件简 图设计压力 p0.790MPa计算压力 pc0.790MPa设计温度 t230.0 C轴向外载荷 F0.0N外力矩 M0.0N.mm壳材料名称Q345R体许用应力 162.2MPa法材料名称Q345R许用sf178.0MPa兰应力stf138.6MPa螺栓材料名称S32168许用sb137.0MPa应力stb92.4MPa公称直径 d B48.0mm螺栓根径 d 142.6mm数量 n30个Di1000.0Do1500.0垫 结构尺寸Db1250.0D外1200.0D内1000.0064.0 mmLe125.0LA47.0h64.0178.0材料类型金属垫片N100.0m4.00y(MP