换热器设计说明书

第三章 换热器的选型3.1 换热器选型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 4736-20023.2 换热器类型简介换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是在石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%45%。今年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。目前，在换热设备中，使用量最大的是管壳式换热器。主要通过传热原理、传热种类和结构进行分类。1按作用原理和实现传热的方式分类（1）混合式换热器；（2）蓄热式换热器；（3）间壁式换热器2. 其中间壁式换热器按传热面的形状和结构分类：（1）管壳式：固定管板式、浮头式、填料函式、U型管式（2）板式：板翅式、平板式、螺旋板式（3）管式：空冷器、套管式、喷淋管式、箱管式（4）液膜式：升降膜式、括板薄膜式、离心薄膜式（5）其他型式：板壳式、热管3按换热器服务类型分类：（1）交换器（Exchanger）：在两侧流体间传递热量。（2）冷却器（Chiller）：用制冷剂冷却流体。制冷剂有氨（Ammonia）、乙烯、丙烯、冷却水（Chilled water）或盐水（brine）。（3）冷凝器（Condenser）：在此单元中，制程蒸汽被全部或部分的转化成液体。（4）冷却器（Cooler）：用水或空气冷却，不发生相变化及热的再利用。（5）加热器（Heater）：增加热函，通常没有相变化，用如Dowtherm或热油作为热媒加热流体。（6）过热器（Superheater）：高于蒸汽的饱和蒸汽压进行加热。（7）再沸器（Reboiler）：提供蒸馏潜热至分流塔的底部。（8）蒸汽发生器（Steam generator）（废热锅炉（waste heat boiler）：用产生的蒸汽带走热流体中的热量。通常为满足制程需要后多余的热量。（9）蒸馏器（Vaporizer）：是一种将液体转化为蒸汽的交换器，通常限于除水以外的液体。（10）脱水器（Evaporator）：将水蒸气浓缩为水溶液通过蒸发部分水分以浓缩水溶液。表3-1 换热器的结构分类换热器型式换热器特点管式管壳式固定管板式刚性结构：用于管壳温差较小的情况（一般50），管间不能清洗带膨胀节：有一定的温度补偿能力，壳程只能承受较低压力浮头式管内外均能承受高压，可用于高温高压场合U型管式管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难填料函式外填料函：管间容易漏泄，不宜处理易挥发、易爆易燃及压力较高的介质内填料函：密封性能差，只能用于压差较小的场合釜式壳体上都有个蒸发空间，用于蒸汽与液相分离套管式双套管式结构比较复杂，主要用于高温高压场合，或固定床反应器中套管式能逆流操作，用于传热面较小的冷却器、冷凝器或预热器螺旋盘管式浸没式用于管内流体的冷却、冷凝，或者管外流体的加热喷淋式只用于管内流体的冷却或冷凝板式板式拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性较大的液体间换热螺旋板可进行严格的逆流操作，有自洁作用，可回收低温热能伞板式伞形传热板结构紧凑，拆洗方便，通道较小，易堵，要求流体干净板壳式板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高扩展表面式板翅式结构十分紧凑，传热效率高，流体阻力大管翅式适用于气体和液体之间传热，传热效率高，用于化工、动力、空调、制冷工业蓄热式回旋式盘式传热效率高，用于高温烟气冷却等鼓式用于空气预热器等固定格紧凑式适用于低温到高温的各种条件室式非紧凑式可用于高温及腐蚀性气体场合表3-2 管壳式换热器优缺点对比种类优点缺点浮头式换热器管束可以抽出，方便清洗；介质温度不受限制；可在高温高压下工作，一般温度450，压力6.4MPa可用于结垢比较严重的场合；可用于管程易腐蚀场合。小浮头易发生内漏；金属材料耗量大，成本高20%；结构复杂。固定管板式换热器传热面积比浮头式换热器大20%30%；旁路漏流较小；锻件使用较少，成本低20%以上；没有内漏。壳体和管子壁温差一般宜小于等于50，大于50时应在壳体上设置膨胀节；管板与管头之间易产生温差应力而损坏；壳程无法机械清洗；管子腐蚀后造成连同壳体报废、壳体部件寿命决定于管子寿命，故设备寿命相对较低；不适用于壳程易结垢场合；U形管式换热器管束可抽出来机械清洗；壳体与管壁不受温差限制；可在高温、高压下工作，一般适用于温度500，压力10MPa；可用于壳程结构结垢比较严重的场合；可用于管程易腐蚀场合。在管子的U形处冲蚀，应控制管内流速；管程不适用于结垢较重的场合；单管程换热器不适用；不适用于内导流筒，故死区较大。填料函式换热器管束可抽出机械清洗；介质间温差不受限制；可用于结构比较严重的场合；可用于管程腐蚀较重的场合；金属耗量较浮头低10%左右；适用温度可达200，压力可达2.5MPa密封处易漏；不适用于有毒、易燃、易爆、易挥发及贵重介质场合。双壳程换热器传热面积可减10%30%；减少设备数量和金属耗量；传热效率提高；适用于大型化装置；适用于串联台数较多；适用于高温、高压场合；壳程压降约提高4倍；分程隔板与壳体密封片处易泄露；壳体直径圆度要求较高；外导流筒换热器进出口压降降低90%以上；进出口处流动死区，旁路漏流减小，可提高传热有效面积7%以上；在DN3251800范围内，可增加5%16%传热面积；总传热效率相应提高12%23%；金属耗量增加10%（按相同直径比较）；制造难度加大，外导流筒处焊缝要求100%射线探伤；折流杆换热器不易发生诱导振动损失；传热死区小，传热效率提高20%以上；压降小；抗垢性能良好；适用于换热器大型化，特别是核电换热应用；在低雷诺数Re6000（液相）、Re10000（气相）热效率较低；造价提高3%5%。新结构高效换热器液相传热Re600，气相传热Re3000，传热效率提高25%以上；压降比折流板式换热器小1倍以上；适用于带固体颗粒的场合；抗垢性能优良；适用于低温位冷却场合；不适用于有相变传热；压降比折流杆式换热器大。高效重沸器有自清洁作用；给热系数比光管提高3.310倍以上；总传热系数提高40%以上；节约设备重量25%以上；适用于塔底重沸器、侧线虹吸式重沸器；适用于化工、制冷系统重沸器或再沸器；抗腐蚀性能良好；在重油设备上，如渣油、原油设备无应用历史；造价上升10%15%；不适用于有湿硫化氢场合。3.3 换热器选型原则3.3.1 简介管壳式换热器，主要应用的有浮头式和固定管板式两种，工艺条件允许时，优先选用固定管板式，但下列条件下使用浮头式：壳体和管子的温度差超过30度，或者冷流体进口和热流体进口温度差超过110度；容易使管子腐蚀或者在壳程中容易结垢的介质。换热器型号表示方法：本法来自于GB151，适用于卧式和立式换热器。示例说明：型号：AES500-1.6-54-6/25-4 其中：A表示前端管箱形式为平盖管箱； E表示壳体形式为单进单出冷凝器壳体； S表示后端结构型式为浮头式； 500表示公称直径为500mm；1.6表示公称压力 1.6MPa； 54表示公称换热面积为 54m2； 6表示公称长度为6m； 25表示换热管外径为 25mm； 4表示管程数为4； I表示管束为 I级，采用较高级冷拔钢管。这个型号代表平盖管箱，公称直径500mm，管程和壳程设计压力均为1.6MPa，公称换热面积54m，碳素钢较高级冷拔换热管外径25mm，管长6m，4管程，单壳程的浮头式换热器。3.3.2 工艺条件选择3.3.2.1温度（1）冷却水的出口温度不宜高于60，以免结垢严重。（2）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。（3）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。（4）在对反应物进行冷却时，为了控制反应，应维持反应物流和冷却剂之间（5）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。（6）换热器的设计温度应高于最大使用温度，一般高15。3.3.2.2压力管壳式换热器工作时，增加工艺流体的流速，可相应增加传热膜系数，从而提高总的传热系数，使换热器结构更紧凑。但流速增加后将相应增大换热器的压力降，从而加剧换热器的磨蚀和振动破坏等；同时，压力降的增大也使得换热器运行过程中的动力消耗增大。因此，一般应限制管壳式换热器的最大压力降，具体限制如下表所示：表3-3 换热器压力降允许范围工艺流体的压力/Pa允许的压力降P/Pa16.71049.81043.3.2.3流体空间的选择（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。（8）给热系数较小的物流，像气体，应走壳程，易于提高给热系数。3.4 换热器选型（以E-0206冷却器为例）在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热交换器以及换热器设计手册（钱颂文主编），使用Aspen Exchanger Design and Rating V9进行换热设备的设计与并从标准换热器中选择合适的换热器进行校核。3.4.1 换热目标为除去回收尾气中的水分，避免吸收剂MDEA进入Claus硫磺回收工段，设置该尾气冷却器E-0206，根据Aspen模拟计算的结果，进行换热器的选型。选取具体工艺参数如下： 表3-4 尾气冷却器工艺参数表操作条件参数壳程管程物流热流体冷流体介质水、硫化氢等冷却水质量流量/（kg/s）0.115.6进口温度/85.720出口温度/38.025进口压力/MPa0.10.3允许压降/MPa0.20.53.4.2 换热器结构选择综合考虑本次设计任务及制造、经济等个方面，本次设计结构上采用固定管板式换热器，前后封头均为椭圆形封头。其余结构选择如下。（1） 管径管子的尺寸和形状对传热有很大影响。采用小管径时，换热器单位体积的换热面积较大，设备较紧凑，单位传热面积的金属消耗量少，传热系数也高。据估算，将同直径换热器中的换热管由25mm 改为19mm，其传热面积可增加 40%左右，节约 20%金属以上；但增加了制造难度，且小管子容易结垢，不易清洗。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，使传热面积增大，单位传热面积的金属耗量降低。但是，据估算，管径太小，走管程的低压蒸汽的流速太大，易产生振动，所以，在管程结垢不是很严重，又允许压力降较高的情况下，采用较大管径 25mm2mm 的管子是合理的。 （2） 排列形式换热管在管板上的排列方式主要有正三角形、正方形和转角正三角形、转角正方形。正三角形排列形式使用最为普遍，由于管距都相等，可以在同样的管板面积上排列最多的管数，因此选用最佳的正三角形排列形式。（3） 管间中心距换热管中心要保证管子与管板连接时，管桥有足够的强度和刚度。管间需要清洗时还要留有进行清洗的通道。换热管中心距一般不小于 1.25 倍的换热管外径，常用的换热管中心距如下表所示：表3-5 常用换热管中心距换热管外径/mm1214192532384557换热管中心距/mm1619253240485772所以，根据标准，管间距为32mm。（4）管长在满足换热面积和设计要求的条件下，尽量选用较短的管子，以降低压降。系列标准钢管长度有：1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9 和 12m。（5）管程数管程数增加，管内流速增加，传热系数增加，但不选用过高的管程数，以免压力降过大，一般选在14。（6）分程隔板分程隔板一般槽深宜不小于4mm，隔板槽的宽度为：碳钢12mm；不锈钢11mm。（7）换热面积有些物流所需的换热面积大，采用多个换热器并联，而不采用串联，避免压力降过高，影响传热系数。（8）折流板折流板数目和间距按照换热器设计手册的推荐值设定，适当调整折流板数以增大湍流程度。（9）壳径一般管长L与壳体D的比例应适当，L/D=410，根据所需换热面积和设计裕量选取合适的D。（10）设计余量根据相关标准及评分标准规定，换热器如果是两相的，设计余量取510%，如果设计余量为负值，则此设计不能用，则选取设计余量在30%50%左右。 3.4.2 污垢热阻与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。该换热器的管程为冷却水，根据换热器设计手册（钱颂文主编），冷却水平均污垢系数为0.00017m2K/W，壳程为酸性含水气体，同样查得手册上的平均污垢系数为0.00017m2K/W。3.5 换热器设计软件表3-6 换热器设计使用软件列表名称用途来源Aspen Plus V9换热器工艺参数设计Aspen Tech公司Aspen Exchanger Design & Rating V9换热器结构设计美国传热协会3.6 换热器软件计算3.6.1 尺寸计算以前面型式选择的结果为基础，使用Aspen Exchanger Design & Rating V9软件对回收冷却器进行具体的结构设计和校核。根据EDR推荐的设计方案，选择其中较为合理的一组。结合GB/T28712.2-2012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，选择参数为壳程公称直径（内径）为325mm，壁厚10mm；换热管长度1500mm，内径为25mm，壁厚2mm，管中心距32mm，排列方式为正三角形；换热管数量为56根；折流板间距为300mm的标准换热器进行校核，其余参数为EDR默认值。以下为校核结果：图3-1 EDR计算结果由上述校核结果可以看出，换热管换热面积为6.3，设计余量为36%，符合设计要求；壳程、管程流体雷诺准数均大于4000，均为湍流态，且满足经济流速范围；流态分布均匀，且压降均在合理范围内。总传热系数为535.8W/（m2K），进而确定换热器E0213型号为BEM325-0.40.3-6.3-1.52.5-2其表示意义为：封头管箱：325-换热器公称直径（mm），0.4-管程设计压力（MPa），0.3-壳程设计压力（MPa），6.3-换热面积（），1.5-换热管长（m），25-换热管外径（mm），2-双管程，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。3.6.2 详细结构换热器设备结构示意图和换热管排列图如下：图3-2设备结构示意图图3-3 换热管排列图3.6.2换热器的机械结构及强度校核3.6.2.1选材结合实际情况，壳体选择Q345R钢板制造，换热管用20钢管。3.6.2.2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。（1）管板结构管板与法兰连接的密封面为凸面，管板用来固定换热管并起着分隔管程、壳程的作用，这里选择固定式管板兼作法兰的管板，根据选定的换热器公称直径及操作压力查表可得管板数据如表：表3-7换热器管板数据（mm）DNDD1D2D3D4D5d2bfb325460410465309363309252438（2）管箱与管板的连接结构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。（3）换热管与管板连接结构换热管与管板的连接在，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。（4）折流板本换热器采用单弓形折流板，圆缺率为25%，查阅相关资料标准可取，折流板的间距为200mm，板数为6块，厚度为4mm。（5）拉杆与定距管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6根，定距管规格取为252。3.7换热器设计说明书采用SW6-2011软件，按照相关标准，选择合适的材料进行机械结构设计及强度校核，形成设计说明书。其中输入数据如下：表3-8输入数据值管程/壳程设计压力/MPa管程/壳程设计温度/设备直径/mm计算长度/mm0.4/0.360/1253251500经SW6-2011校核计算的得到过程设备强度计算书如下：表3-9固定管板换热器设计计算固定管板换热器设计计算计算单位中南大学PIE团队设 计 计 算 条 件 壳 程管 程设计压力 0.3MPa设计压力 0.4MPa设计温度 125设计温度 60壳程圆筒内径Di325 mm管箱圆筒内径Di325mm材料名称Q345R材料名称Q345R 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)校核计算管箱法兰校核计算开孔补强设计计算管板校核计算表3-10前端管箱筒体计算前端管箱筒体计算计算单位中南大学PIE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 0.40MPa设计温度 t 60.00 C内径 Di 325.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 189.00MPa设计温度许用应力 st 189.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.34mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.70mm名义厚度 dn = 10.00mm重量 183.82Kg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 = 0.5000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 10.80 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= = 8.74842MPa设计温度下计算应力 st = = 8.64MPastf 189.00MPa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7.00mm,合格表3-11前端管箱封头计算前端管箱封头计算计算单位 中南大学PIE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 0.40MPa设计温度 t 60.00 C内径 Di 325.00mm曲面深度 hi 150.00mm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 2.00mm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= 0.5000 (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 = = 5.71MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 0.5289计算厚度 dh = = 0.18mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 7.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 10.00mm结论 满足最小厚度要求重量 14.39 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 pw= = 16.56065MPa结论 合格表3-12后端管箱筒体计算后端管箱筒体计算计算单位中南大学PIE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 0.40MPa设计温度 t 60.00 C内径 Di 325.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 189.00MPa设计温度许用应力 st 189.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.34mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.70mm名义厚度 dn = 10.00mm重量 183.82Kg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 = 0.5000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 10.80 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= = 8.74842MPa设计温度下计算应力 st = = 8.64MPastf 189.00MPa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7.00mm,合格表3-13后端管箱封头计算后端管箱封头计算计算单位 中南大学PIE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 0.40MPa设计温度 t 60.00 C内径 Di 325.00mm曲面深度 hi 100.00mm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 2.00mm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= 0.5000 (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 = = 6.00MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 0.7734计算厚度 dh = = 0.27mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 10.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 13.00mm结论 满足最小厚度要求重量 14.89 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 pw= = 15.75508MPa结论 合格表3-14内压圆筒校核内压圆筒校核计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 pc 0.30MPa设计温度 t 125.00 C内径 Di 325.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 189.00MPa设计温度许用应力 st 189.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.26mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.70mm名义厚度 dn = 10.00mm重量 183.82Kg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 = 0.4000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 8.64 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= = 8.74842MPa设计温度下计算应力 st = = 6.48MPastf 189.00MPa校核条件stf st结论 合格表3-15开孔补强计算开孔补强计算计算单位中南大学PIE团队接 管: T1, 765.5计算方法: GB150.3-2011等面积补强法，单孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.4MPa设计温度60壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di325mm壳体开孔处名义厚度n10mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t189MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角() 0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角() 接管实际外伸长度 165.5mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 2mm接管材料 10(GB8163)接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 2mm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 0.6875mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 122.5MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 70.375mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 0.3443mm接管计算厚度t 0.1063 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 0.6481开孔补强计算直径 d 70.375mm补强区有效宽度 B 140.75 mm接管有效外伸长度 h1 19.674mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 25mm2壳体多余金属面积 A1 503 mm2接管多余金属面积 A2 69mm2补强区内的焊缝面积 A3 14 mm2A1+A2+A3= 586mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 合格表3-16开孔补强计算开孔补强计算计算单位中南大学PIE团队接 管: T2, 895.5计算方法: GB150.3-2011等面积补强法，单孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.4MPa设计温度60壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di325mm壳体开孔处名义厚度n10mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t189MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角() 0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角() 接管实际外伸长度 165.5mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 2mm接管材料 10(GB8163)接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 2mm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 0.6875mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 122.5MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 83.375mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 0.3443mm接管计算厚度t 0.1276 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 0.6481开孔补强计算直径 d 83.375mm补强区有效宽度 B 166.75 mm接管有效外伸长度 h1 21.414mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 29mm2壳体多余金属面积 A1 599 mm2接管多余金属面积 A2 75mm2补强区内的焊缝面积 A3 14 mm2A1+A2+A3= 687mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 合格表3-17开孔补强计算开孔补强计算计算单位中南大学PIE团队接 管: S1, 895.5计算方法: GB150.3-2011等面积补强法，单孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.3MPa设计温度125壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di325mm壳体开孔处名义厚度n10mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t189MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角() 0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角() 接管实际外伸长度 159.5mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 2mm接管材料 10(GB8163)接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 2mm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 0.6875mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 118MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 83.375mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 0.2581mm接管计算厚度t 0.0993 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 0.6243开孔补强计算直径 d 83.375mm补强区有效宽度 B 166.75 mm接管有效外伸长度 h1 21.414mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 22mm2壳体多余金属面积 A1 605 mm2接管多余金属面积 A2 73mm2补强区内的焊缝面积 A3 14 mm2A1+A2+A3= 691mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 合格表3-18开孔补强计算开孔补强计算计算单位中南大学PIE团队接 管: S2, 895.5计算方法: GB150.3-2011等面积补强法，单孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.3MPa设计温度125壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di325mm壳体开孔处名义厚度n10mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t189MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角() 0凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角() 接管实际外伸长度 159.5mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 2mm接管材料 10(GB8163)接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 2mm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 0.6875mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 118MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 83.375mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 0.2581mm接管计算厚度t 0.0993 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 0.6243开孔补强计算直径 d 83.375mm补强区有效宽度 B 166.75 mm接管有效外伸长度 h1 21.414mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 22mm2壳体多余金属面积 A1 605 mm2接管多余金属面积 A2 73mm2补强区内的焊缝面积 A3 14 mm2A1+A2+A3= 691mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 合格表3-19延长部分兼作法兰固定式管板延长部分兼作法兰固定式管板 设计单位中南大学PIE团队 设 计 计 算 条 件 简 图设计压力 ps0.3MPa设计温度 Ts 125平均金属温度 ts0装配温度 to15壳材料名称Q345R设计温度下许用应力st189Mpa程平均金属温度下弹性模量 Es 2.023e+05Mpa平均金属温度下热膨胀系数as1.076e-05mm/mm圆壳程圆筒内径 Di 325mm壳 程 圆 筒 名义厚 度 ds10mm壳 程 圆 筒 有效厚 度 dse7.7mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef1.955e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di28.296e+04mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )8048mm2管设计压力pt0.4MPa箱设计温度Tt60圆材料名称Q345R筒设计温度下弹性模量 Eh1.99e+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)dh15mm管箱圆筒有效厚度dhe13mm管箱法兰设计温度