3-2 换热器设计说明书

扬子石化年产10万吨醋酸乙烯酯项目换热器设计说明书2019年 “东华科技-恒逸石化杯”第十三届全国大学生化工设计竞赛安徽工业大学 相乙为酯团队指导老师:雷昭、万超、谢瑞伦、凌强、王知彩团队成员：王志瑞、马占美、唐传梅、笪森寅、陈瑞换热器设计说明书扬子石化年产10万吨醋酸乙烯酯项目第一章概论11.1换热器的选型设计依据11.2换热器概述11.3换热器分类和选型2第二章换热器的选型说明42.1外形和规格42.2管子的外形42.2.1管子直径42.2.2管长52.2.3壳程和台数52.3工艺条件限制52.3.1温度限制52.3.2压力降的限制62.3.3介质流程62.3.4物料流速72.3.5传热膜系数82.3.6污垢系数92.4换热器型号92.4.1表示方法92.5换热器的选型软件10第三章换热器的设计举例113.1E0107选型设计113.1.1工艺参数确定113.1.2设计温度123.1.3设计压力123.1.4传热系数133.1.5流体空间选择133.1.6选用材质133.1.7换热面积133.1.8EDR 数据输入133.1.9换热器结构形式确定143.1.9.1换热器型式选择143.1.9.2选型结果183.1.9.3详细尺寸193.1.10换热器机械强度校核203.1.10.1换热器设计和检验小结543.2E0305选型设计563.2.1工艺参数确定563.2.2设计温度573.2.3设计压力573.2.4传热系数583.2.5流体空间选择583.2.6选用材质583.2.7换热面积583.2.8EDR 数据输入583.2.9换热器结构形式确定593.2.9.1换热器型式选择593.2.9.2选型结果633.2.9.3详细尺寸643.2.10换热器机械强度校核653.2.10.1换热器设计和检验小结1003.3换热器设备选型一览表102第一章 概论1.1 换热器的选型设计依据 化工设备设计全书换热器2003-5石油化工设备选型手册换热器 2009-1化工工艺设计手册（第四版）2009-6固定式压力容器安全技术监察规程TSG 21-2016压力容器GB 150-2011热交换器GB/T 151-2014化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列HG 20553-2011石油化工企业钢管尺寸系列SH/T 3405-2012实用热物理性质手册 1986鞍式支座 JB/T 4712-1992热交换器型式与基本参数GBT 28712.1-20121.2 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，放热；另一种流体温度低吸热。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。换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器行业涉及暖通、压力容器、中水处理设备，化工，石油等近30多种产业，相互形成产业链条。数据显示2010年中国换热器产业市场规模在500亿元左右，主要集中于石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供暖、制冷空调、机械、食品、制药等领域。其中，石油化工领域仍然是换热器产业最大的市场，其市场规模为150亿元；电力冶金领域换热器市场规模在80亿元左右；船舶工业换热器市场规模在40亿元以上；机械工业换热器市场规模约为40亿元；集中供暖行业换热器市场规模超过30亿元，食品工业也有近30亿元的市场。另外，航天飞行器、半导体器件、核电常规岛核岛、风力发电机组、太阳能光伏发电、多晶硅生产等领域都需要大量的专业换热器，这些市场约有130亿元的规模。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。随着工业的迅速发展，能源消耗量不断增加，能源紧张已成为一个世界性问题。为缓和能源紧张的状况，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。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。1.3 换热器分类和选型换热器选型时需要考虑的因素很多，主要是流体的性质；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。换热器种类很多，按热量交换原理和方式，可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。间壁式换热器有夹套式、管式和板式换热器。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。在换热器向高参数、大型化发展的今天，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。列管换热器中常用的是固定管板式和浮头式两种。一般要根据物流的性质、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选用列管换热器的型式。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。但遇到以下两种情况时，应选用浮头式换热器。（1）壳体和管子的金属温差超过30或50，或者冷流进口和热流出口之间的极限温度差超过110。在此情况下如果采用固定管板式换热器，就会因热应力使管板胀口处产生泄露。在现场实际使用中超过上述数值的也不少，所以目前还不能做确切的规定。（2）容易使管子腐蚀或者在壳程中容易结垢的介质不能采用固定管板式换热器，否则管束既无法更换，又无法机械清扫。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和固定管板式换热器。管壳式(又称列管式) 换热器是管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束或者螺旋管，管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程称为管程；一种在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。管壳式换热器，螺旋管束设计，可以最大限度的增加湍流效果，加大换热效率。内部壳层和管层的不对称设计，最大可以达到4.6倍。这种不对称设计，决定其在汽-水换热领域的广泛应用。最大换热效率可以达到14000w/m2K，大大提高生产效率，节约成本。而对于板式换热器而言，它是最典型的间壁式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史。主体结构由换热板片以及板间的胶条组成。但是其体积大，换热效率低，更换胶条价格昂贵（胶条的更换费用大约占整个过程的1/3-1/2）。主要应用于液体-液体之间的换热，行业内常称为水水换热，其换热效率在5000w/m2K。为提高管外流体给热系数，通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路，增加流体速度，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种，前者应用更为广泛。目前，由于中国新版GMP的推出，板式换热将逐渐退出食品，饮料，制药等卫生级别高的行业。第二章 换热器的选型说明2.1 外形和规格管壳式换热器在设计和选型的时候要严格考虑相关的尺寸规格的问题，强调管程，壳程都符合设计标准而且要考虑加工的合理性。这就要求在设计换热器的时候在设计完成后要进行校核，将一些基本参数圆整化，以便于之后的选型加工。这就要求工程师在选用标准系列设备或设计非定型设备时，结合任务的要求，作出适当的选择。2.2 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。2.2.1 管子直径管径越小换热器越紧凑、越便宜。但是，管径越小换热器的压降越大，为了满足允许的压力降一般选用外径为19mm的管子。对于易结垢的物料，为方便清洗，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，使传热面积增大，单位传热面积的金属耗量降低。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。2.2.2 管长无相变换热时，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。管心距小，设备紧凑，但将引起管板增厚、清洁不便、壳程压降增大，一般选用范围为管外径的1.251.5 倍。2.2.3 壳程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都较困难，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，以至于壳程一侧流体成为主要的控制热阻，同时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。2.3 工艺条件限制2.3.1 温度限制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。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。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15。2.3.2 压力降的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，但增加流速将关系到换热器的压力降，磨蚀和振动破坏加剧等。压力降增加使动力消耗增强，因此，最大允许的压力降范围有一般限制。当工艺物流压力小于9.8104Pa时，允许压力降是9.8103Pa；当工艺物流压力介于9.8104Pa至16.7104Pa之间时，允许压力降介于3.3103Pa至3.9103Pa之间；当工艺物流压力大于16.7104Pa时，允许压力降小于9.8104Pa。表2-1常见压降表工艺物流的压力状况允许压力降p/kPa工艺气体真空1.05.030壳程0.21.50.53.015表2-3 水的流速表(管内)类别管材最低流速(m/s)最高流速(m/s)适宜流速(m/s)凝结水钢管0.60.93.01.82.4河水(干净)钢管0.60.93.71.82.4循环水(处理)钢管0.60.93.71.82.4海水含铜镍的管0.750.93.01.82.4海水铝铜管0.750.92.41.82.42.3.5 传热膜系数传热面两侧的传热膜系数a1、a2如相差很大时，a值较小的一侧将成为控制传热效果的主要因素，设计换热器时，应尽量增大a较小这一侧的传热膜系数，最好能使两侧的a值大体相等。计算传热面积时，常以a小的一侧为基准。增加a值的方法有：缩小通道截面积，以增大流速；增设挡板或促进产生湍流的插入物；管壁上加翅片，提高湍流程度也增大了传热面积；糙化传热表面，用沟槽或多孔表面，对于冷凝、沸腾等有相变的传热过程来说，可获得大的膜系数。2.3.6 污垢系数换热器使用中会在壁面产生污垢，这是无法避免的，在设计换热器时应予认真考虑。由于目前对污垢造成的热阻尚无可靠的公式，不能进行定量计算，在设计时要慎重考虑流速和壁温的影响。选用过大的安全系数，有时会适得其反，传热面积的安全系数过大，将会出现流速下降，自然的“去垢”作用减弱，污垢反会增加。有时在设计时，考虑到有污垢的最不利条件，但新开工时却无污垢，造成过热情况，有时更有利于真的结构，所以不可不慎。应在设计时，从工艺上降低污垢系数，如改进水质，消除死区，增加流速，防止局部过热等。2.4 换热器型号2.4.1 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表示前端管箱为平盖箱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500mm1.6表示公称压力1.6MPa54表示公称换热面积为54m26表示公称长度为6m25表示换热管外径为25mm4表示管程数为4I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。2.5 换热器的选型软件表2-4 换热器设计软件使用一览名称用途Aspen Energy Analyzer V8.4换热网络优化Aspen Plus V8.4换热器工艺参数设计Aspen Exchanger Design and Rating V8.4换热器结构设计SW6-2011换热器机械强度设计与校核在对工艺流程的换热器设计和选型中，先按照实际工业实施情况及成本因素，利用Aspen Energy Analyzer V8.4，对车间进行了热集成，优化了换热网络，然后利用Aspen Plus V8.4，针对特定的换热任务，确定合适的换热工艺参数，再根据国家标准GB/T 151-2014热交换器以及化工工艺设计手册（下）第四版，使用Aspen Exchanger Design and Rating V8.4进行换热设备的详细设计，以此为参考从工艺手册上选取换热器，最后利用SW6-2011对设计的换热器进行机械强度的设计和校核。第三章 换热器的设计举例3.1 E0107选型设计3.1.1 工艺参数确定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热交换器以及化工工艺设计手册第二版（下）第四版，根据Aspen Plus V8.4对换热器E0107进行简捷计算，可得到改换热器各流股参数为：表3-1 E0107流股参数一览操作条件参数壳程管程物流热流体冷流体介质循环醋酸冷却循环水质量流量/（kg/s）9.3811.11摩尔组成水0.407水1醋酸0.284醋酸乙烯0.309进口温度/66.6925出口温度/37.2854.48进口压力/MPa0.100.10出口压力/MPa0.0980.0973.1.2 设计温度该换热器的壳程工作温度为37.2866.69，管程工作温度为2554.48,符合本项目最经济温差。设计温度以工作温度为依据，一般为工作温度+（15-30）。这里取壳程设计温度为85，管程设计温度为75。3.1.3 设计压力该换热器的操作压力为壳程1bar，管程1.01bar。换热器的设计压力为设计温度下的最大工作压力，一般为正常工作压力的1.1倍。这里取壳程设计压力为2.5bar，管程设计压力为2.5bar。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%。3.1.4 传热系数传热系数基于传热膜系数、固壁热阻和垢层热阻计算得到。其中传热膜系数和固壁热阻为EDR自动默认值。该换热器壳程介质为循环醋酸，根据化工工艺设计手册（第四版）的污垢热阻经验系数，循环醋酸的污垢系数为0.00035m2K/W，管程介质为冷却循环水，同样查得手册上污垢系数为0.00017m2K/W。3.1.5 流体空间选择该换热器的作用是冷却循环水冷却循环醋酸。由于工艺物料为被冷却物质，为了加快冷却速度，使其走壳程，一方面能与管程的冷却循环水换热，另一方面壳程外的空气也能与之换热转移走部分热量。3.1.6 选用材质因醋酸有腐蚀性，易燃易爆，故壳体和管箱材质均选用S30408，而冷却循环水均无腐蚀性，不易燃易爆，不容易泄露，故换热管选用16Mn。3.1.7 换热面积经核算，换热面积为282.4m2。3.1.8 EDR 数据输入将流股信息、允许压力、污垢系数等数据导入EDR。图3-1 E0107 Process Data数据输入3.1.9 换热器结构形式确定3.1.9.1 换热器型式选择该换热器选择工业上最常见的管壳式换热器，由于冷热流体温差不大，选择其中的固定管板式换热器。图3-2 换热器形式一览对于封头而言，前封头的类型对换热器影响因素压降和热传递没有影响，但后封头的型式会对压降和传热产生影响。根据不同压降及流型设计要求，选择合适的封头以及壳体组合。针对前封头，封头管箱适用于较清洁的介质工况，因检查换热管内及清洗换热管内时，必须将连接管道一起拆下，很不方便。根据介质工作特点，选取封头管箱。针对后端封头,管壳式换热器后端结构主要有L、M 型，L型与前官箱平盖管箱类似，M型与前官箱封头官箱类似。根据介质工作特点，我们选择固定管板式换热器，即M型。对于壳体而言，“E”型较为经济，是选择壳体时的首选类型，“F”型当换热器内存在温度交叉或者需要多个换热器串并联时，可选择此类型壳体。管程数必须为偶数。根据介质情况，这里选择E型壳体。换热器结构参数选择根据EDR 初步设计结果，选择较为合理的一组。结合JB/T 4715-92规定，对于固定管板式换热器，常用换热管内径有19mm和25mm，根据生产成本以及该换热器实际换热需求，选择换热管内径为19mm，管厚2mm。根据初步设计换热面积大小，壳程直径选择公称直径（外径）为700mm，壁厚取10mm，换热管长度为6000mm，换热管数为800根。选择换热管排列方式为常用的正三角形，根据JB/T 4715-92，管心距为25mm。选择折流板形式为单弓形折流板，根据JB/T 4715-92，选择折流板间距为240mm。则折流板数为8，圆缺率取24%。接管尺寸经圆整后如图所示：图3-3 壳程接管尺寸圆整值图3-4 管程接管尺寸圆整值其余参数均为默认值。则主要结构参数如图所示。图3-5 换热器结构参数3.1.9.2 选型结果用EDR进行校核，得结果如下：图3-6 换热器E0107计算结果由上述计算结果可以看到，换热器换热面积为282.4m2，设计余量为32%，符合设计要求；壳程压降为0.241bar，压力降低24.1%，管程压降为0.091bar，压力降低9.1%，压降均可接受范围内。总传热系数（含污垢热阻）为1117.8W/(m2K)。此外，换热器壳程和管程流体雷诺数Re6000,说明其流体形态为湍流，符合设计要求。参考化工工艺手册，得E0107的型号为BEM700-0.25-282.4-6/19-6。3.1.9.3 详细尺寸图3-7 E0107设备图图3-8 E0107管板布置图3.1.10 换热器机械强度校核运用SW6-2011对该换热器的筒体、管箱、封头、管板和管箱法兰进行校核，得到下述结果。固定管板换热器设计计算计算单位相乙为酯设 计 计 算 条 件壳 程管 程设计压力 0.25MPa设计压力 0.25MPa设计温度 85设计温度 75壳程圆筒内径Di680mm管箱圆筒内径Di680mm材料名称S30408材料名称S30408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管板校核计算前端管箱筒体计算计算单位相乙为酯计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 pc 0.25MPa设计温度 t 75.00 C内径 Di 680.00mm材料 S30408 ( 板材 )试验温度许用应力 s 137.00MPa设计温度许用应力 st 137.00MPa试验温度下屈服点 ss 205.00MPa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 = = 0.62mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 17.70mm名义厚度 dn = 20.00mm重量 172.63Kg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 = 0.3125 (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 = = 6.16 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= = 6.95113MPa设计温度下计算应力 st = = 4.93MPastf 137.00MPa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6.50mm,合格前端管箱封头计算计算单位 相乙为酯计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 pc 0.25MPa设计温度 t 75.00 C内径 Di 680.00mm曲面深度 hi 175.00mm材料 S30408 (板材)设计温度许用应力 st 137.00MPa试验温度许用应力 s 137.00MPa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= 0.3125 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 184.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 5.86MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 0.9624计算厚度 dh = = 0.60mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 17.70mm最小厚度 dmin = 2.00mm名义厚度 dnh = 20.00mm结论 满足最小厚度要求重量 91.52 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 pw= = 7.31146MPa结论 合格后端管箱筒体计算计算单位相乙为酯计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 pc 0.25MPa设计温度 t 75.00 C内径 Di 680.00mm材料 S30408 ( 板材 )试验温度许用应力 s 137.00MPa设计温度许用应力 st 137.00MPa试验温度下屈服点 ss 205.00MPa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 = = 0.62mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 17.70mm名义厚度 dn = 20.00mm重量 172.63Kg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 = 0.3125 (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 = = 6.16 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= = 6.95113MPa设计温度下计算应力 st = = 4.93MPastf 137.00MPa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6.50mm,合格后端管箱封头计算计算单位 相乙为酯计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 pc 0.25MPa设计温度 t 75.00 C内径 Di 680.00mm曲面深度 hi 175.00mm材料 TA2 (板材)设计温度许用应力 st 132.00MPa试验温度许用应力 s 147.00MPa钢板负偏差 C1 0.90mm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= 0.3125 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 288.00MPa试验压力下封头的应力sT = = 6.06MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 0.9624计算厚度 dh = = 0.62mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 17.10mm最小厚度 dmin = 2.00mm名义厚度 dnh = 20.00mm结论 满足最小厚度要求重量 52.58 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 pw= = 6.80889MPa结论 合格内压圆筒校核计算单位相乙为酯计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 pc 0.25MPa设计温度 t 85.00 C内径 Di 680.00mm材料 S30408 ( 板材 )试验温度许用应力 s 137.00MPa设计温度许用应力 st 137.00MPa试验温度下屈服点 ss 205.00MPa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 = = 0.62mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 17.70mm名义厚度 dn = 20.00mm重量 2244.13Kg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 = 0.3125 (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 = = 6.16 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= = 6.95113MPa设计温度下计算应力 st = = 4.93MPastf 137.00MPa校核条件stf st结论 合格延长部分兼作法兰固定式管板 设计单位 相乙为酯 设 计 计 算 条 件 简 图设计压力 ps0.25MPa设计温度 Ts 85平均金属温度 ts50装配温度 to15壳材料名称S30408设计温度下许用应力st137Mpa程平均金属温度下弹性模量 Es 1.928e+05Mpa平均金属温度下热膨胀系数as1.654e-05mm/mm圆壳程圆筒内径 Di 680mm壳 程 圆 筒 名义厚 度 ds20mm壳 程 圆 筒 有效厚 度 dse17.7mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef1.901e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di23.632e+05mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )3.88e+04mm2管设计压力pt0.25MPa箱设计温度Tt75圆材料名称S30408筒设计温度下弹性模量 Eh1.909e+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)dh20mm管箱圆筒有效厚度dhe17.7mm管箱法兰设计温度下弹性模量 Et”1.972e+05MPa材料名称16Mn换管子平均温度 tt35设计温度下管子材料许用应力 stt181MPa设计温度下管子材料屈服应力sst295.6MPa热设计温度下管子材料弹性模量 Ett1.978e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量 Et2.002e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数at1.101e-05mm/mm管管子外径 d19mm管子壁厚dt2mm注：管子根数 n800换热管中心距 S20mm换一根管子金属横截面积106.8mm2换热管长度 L6000mm管子有效长度(两管板内侧间距) L15908mm管束模数 Kt = Et na/LDi4259MPa管子回转半径 6.052mm热管子受压失稳当量长度 lcr1200mm系数Cr =114.9比值 lcr /i198.3管子稳定许用压应力 () 24.82MPa管管子稳定许用压应力 () MPa材料名称S30408设计温度 tp85管设计温度下许用应力118.3MPa设计温度下弹性模量 Ep1.901e+05MPa管板腐蚀裕量 C2 4mm管板输入厚度dn46mm管板计算厚度 d41.7mm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 = 4.532管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接(焊接)高度l3mm胀接许用拉脱应力 qMPa焊接许用拉脱应力 q90.5MPa管材料名称18MnMoNbR管箱法兰厚度 66mm法兰外径 915mm箱基本法兰力矩 1.049e+07Nmm管程压力操作工况下法兰力 5.38e+07Nmm法兰宽度 117.5mm法比值0.02603比值0.09706系数(按dh/Di ,df”/Di , 查图25)0.00兰系数w”(按dh/Di ,df”/Di ,查图 26) 0.004702旋转刚度 110.2MPa材料名称S30408壳壳体法兰厚度46mm法兰外径 915mm体法兰宽度 117.5mm比值 0.02603法比值0.06765系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查图25 0.00兰系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查图26 0.003586旋转刚度 69.16MPa法兰外径与内径之比 1.346壳体法兰应力系数Y (按 K 查表7-9) 6.698旋转刚度无量纲参数 0.01275膨胀节总体轴向刚度 0N/mm管板第一弯矩系数(按,