4 2 - 换热器设计结果

年产20万吨硫磺联产7000万立方米氢气酸性气体脱硫与资源化装置换热器设计结果封面目录第一章 概论11.1 换热器设计依据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 壳程和台数42.3 工艺条件限制5第三章 换热器设计举例73.1 工艺数据汇总73.2 类型选择73.3 温度和压力83.4 传热系数93.5 尺寸93.5.1 管径与管壁93.5.2 排列形式103.5.3 管长103.5.4 管程103.5.5 折流板113.6 EDR计算结果113.6.1 计算结果113.6.2 详细结构123.7 机械强度校核与设计说明书133.7.1 校核准备资料133.7.2 SW6-2011强度校核报告14附件1 换热器设计结果一览表29附件2 换热器设计结果TEMA表32年产20万吨硫磺联产7000万立方米氢气酸性气体脱硫与资源化装置 换热器设计结果第一章 概论1.1 换热器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 2003-8压力容器安全技术监察规程 1990-5-9实用热物理性质手册 1986钢制压力容器 GB 150-1998管壳式换热器 GB 151-1999管径选择 HG/T 20570.6-95化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列 HG 20553-93石油化工企业钢管尺寸系列 SH 3405-96氨制冷装置用卧式蒸发器 JB/T 7658.4-95鞍式支座 JB/T 4712-19921.2 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.壳壁与管壁的温差超过70；壁温相差5070。而壳程流体压力大于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/m2.k，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，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。主体结构由换热板片以及板间的胶条组成。长期在市场占据主导地位，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/m2.K。 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。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。2.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。3.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：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 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15C。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9.8104Pa3.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。根据设计的要求和规定，存在一些经验规律如下：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；较高压的物流应走壳程，在壳程可以得到较高的传热系数。较粘的物流应走壳程，在壳程可以得到较高的传热系数。腐蚀性较强的物流应位于管程。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。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。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。4.物料流速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。常用流速如下表所示：表2.1 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表2.2 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0.750.92.41.82.4第三章 换热器设计举例3.1 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热交换器以及化工工艺设计手册第二版（下）第四版，使用Aspen Exchanger Design and Rating V8.8 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。以E0101 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 E0101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MDEA贫液MDEA富液质量流量/（kg/s）234.60239.70进口温度/126.260.0出口温度/93.479.2进口压力/MPa0.100.90出口压力/MPa0.090.843.2 类型选择选择工业上最常见的管壳式换热器，鉴于传热温差的问题，选用固定管板式换热器，封头为椭圆形封头，双管程，同时使用浮头式换热器减少热应力同时便于清洗。该换热器的作用是将出再生塔的塔釜的高温贫液和吸收过后的富液进行股间换热，以达到跟好的节能效果。同时两者都为溶液，传热效果增强。在考虑流向问题时，考虑到冷却物流走管程更加合适，同时由于富液中MDEA溶液吸收了大量硫化氢，具有一定的腐蚀性，因而让MDEA富液走管程更和符合设计标准。在确定好流体走向之后，对于类型的选择，EDR有专门的说明如下：图3.1 换热器类型选择说明图对于封头而言，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，为了减少热应力集中，我们选择浮头式换热器。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。3.3 温度和压力在换热器设计当中，温度和压力的选择十分重要。为避免结垢，冷却水的出口温度一般低于60。低温端温差在5之外，高温端温差应大于20。对工艺流体的换热，低温端温差一般高于20。采用多管程、单壳程，以水为冷却剂时，为防止产生温度交叉，冷却水的出口温度一般低于工艺物流的出口温度。鉴于该换热器的壳程工作温度为110，管程工作温度为50，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。因此这里取壳程的设计温度为160，管程的设计温度为90。这里取壳程设计压力为0.3MPa,管程的设计压力为1.1MPa。这里也要考虑压降的影响，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%。较高的压降会有较大的流速，能导致较少的设备投资，但运行费用增高。小压降与此相反。所以，要在设备投资与运行投资之间进行经济分析。下表列出常用换热器的压降值以供参考。表3.2管壳式换热器的合理压降操作情况操作压力合理的压力降减压操作P0100Kpa(绝)P/10低压操作P070Kpa(表)P/2P70 1000Kpa(表)35Kpa中压操作(包括用泵)P1000 3000Kpa(表)35180Kpa较高压操作P3000 8000Kpa(表)70 250Kpa3.4 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，根据化工工艺设计手册（第四版）上册，冷却水平均污垢系数为0.00017m2K/W，壳程硫同样查得手册上的平均污垢系数为0.000073m2K/W。3.5 尺寸3.5.1 管径与管壁管径越小换热器越紧凑，造价也就越低。但小管径会导致大压降。因此，在设计换热器时，首先选用19mm管径来保证满足允许压降。当设计易结垢的流体换热时，可选用25mm的管径，这样更方便清洗。表3.3 常用国内换热管的规格材料钢管标准外径mm x厚度mm碳钢GB8163-8719 x 2碳钢GB8163-8725 x 2碳钢GB8163-8725 x 2.5不锈钢GB2270-8019 x 2不锈钢GB2270-8025 x 2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。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。3.5.2 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。但因管外不易清洗，其使用场合收到限制，主要适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。而采用正方形和转角正方形排列的管束，能够使管间小桥形成一条直线通道，便于管外机械清洗，因为壳程是中压蒸汽，较洁净，因此选用最佳的正三角形排列形式。3.5.3 管长管长的选取是受到两方面因素限制的，一个是材料费用，另一个是可用性。长一点的管子(12.2m 的碳钢管，21.3m 的铜合金管)通常只在美国可以得到。但是6m 长的换热管则是很普遍的。无相变换热时，管子较长则传热系数也增加，在相同传热面时，采用长管较好，一是可减少管程数，二是可减少压力降，三是每平方米传热面的比价低。但是管子过长给制造带来困难，因此，一般选用4，6m的换热管。对于大面积或无相变的换热器可以选用8，9m 的管长。在冷凝器中选用长管子的一个缺点是会增大设备放置平台的钢结构，增加费用。另外，长管束也需要有较大的管子抽出空间，因此需要增加设备的占地面积。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。3.5.4 管程管程数增加，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12。由于设计冷凝器，考虑冷凝水的走向，因此这里走双管程比较合理。3.5.5 折流板折流板可以改变壳程流体的方向，使其垂直于管束流动，增加流体速度，以增强传热；同时起支撑管束、防止管束振动和管子弯曲的作用。1.折流板型式折流板的型式有圆缺形、环盘形和孔流性等。通常为圆缺形折流板，并可分为单圆缺形、双圆缺形和三圆缺形。在要求压降小的情况下，也可选用环盘形折流板，但传热较差，应用较少。孔流形折流板使流体穿过折流板孔和管子之间的缝隙流动，压降大，仅适用于清洁流体，应用更少。2.折流杆折流杆换热器是由许多折流杆在不同位置支撑管子的结构。杆子之间用圆环相连，四个圆环组成一组，因而能牢固地将管自支撑住，有效地防止管束的振动。同时又起到了强化传热、防止污垢沉积和减小阻力的作用，其应用正在不断增加。折流板圆缺位置水平放置的折流板适用于无相变的对流传热，防止壳程流体平行于管束流动，减少壳程底部液体沉积。而在带有悬浮物或结垢严重的流体所使用的卧式冷凝器、换热器中，一般采用垂直型折流板。3.折流板圆缺高度单圆缺型折流板的开口高度为直径的10-45，双圆缺型折流板的开口高度为直径的15-25。4.折流板间距折流板的间距影响到壳程物流的流向和流速，从而影响到传热效率。最小的折流板间距为壳体直径的1/5 并大于50mm。然而，对特殊的设计考虑可以取较小的间距。由于折流板有支撑管子的作用，所以，通常最大折流板间距为壳体直径的1/2 并不大于TEMA 规定的最大无支撑直管跨距的0.8 倍。最后根据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750mm，壁厚10mm，换热管长度1500mm，折流板间距为450mm。换热管数量为504 根。其余参数为EDR 默认值。3.6 EDR计算结果3.6.1 计算结果由上述计算结果可以看出，换热管换热面积为165.3m2，设计余量为36%，符合设计要求；壳程流速为8.04 m/s，管程流速为5.7 m/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。进而确定换热器E0101 型号为BES700-1.1/0.3-165.3-3/19-2I其表示意义为：封头管箱：700-换热器公称直径（mm）。1.1-管程设计压力（MPa），0.3-壳程设计压力（MPa）。165.3-换热面积（），3-换热管长（m）。19-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。设计结果请见附件：换热器设备设计结果一览表。图3.2 计算结果表（TEMA表）3.6.2 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 换热管排布图图3.7 机械强度校核与设计说明书3.7.1 校核准备资料（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，由于富液当中含有硫化氢，因此管子选择S30408钢板制造，壳体使用Q345R比较妥当。（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。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。3.7.2 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3.4 输入数据值项目管程/壳程设计压力/MPa管程/壳程设计压力/设备直径/mm计算长度/mm备注输入数据1.1/0.390/1607003000详见表5.6由SW6-2011计算结果如下表所示（SW6 源文件见程序文件夹）：表3.5 SW6计算结果统计表项目计算结果/mm备注设备筒体壁厚11详见表5.7,表5.9上封头壁厚11详见表5.8下封头壁厚11详见表5.10管板壁厚50详见表5.12，表5.13设备法兰复核合格详见表5.14表3.6 输入数据统计表固定管板换热器设计计算计算单位天津大学硫离团队设计计算条件壳程管程设计压力 0.3MPa设计压力0.3MPa设计温度 80设计温度 205壳程圆筒内径 Di750mm管箱圆筒内径Di730mm材料名称S30403材料名称S30403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表3.7 前段管箱筒体计算前端管箱筒体计算计算单位天津大学硫离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 0.30MPa设计温度 t 205.00 C内径 Di 730.00mm材料 S30403 ( 板材 )试验温度许用应力 s 120.00MPa设计温度许用应力 st 109.30MPa试验温度下屈服点 ReL 180.00MPa负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 1.18mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.70mm名义厚度 dn = 11.00mm重量 301.51Kg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 = 0.3500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ReL = 162.00MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 17.48 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= = 2.18837MPa设计温度下计算应力 st = = 12.74MPastf 92.91MPa校核条件stf st结论 合格表3.8 前端管箱封头计算前端管箱封头计算计算单位 天津大学硫离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 0.30MPa设计温度 t 205.00 C内径 Di 730.00mm曲面深度 hi 175.00mm材料 S30403 (板材)设计温度许用应力 st 109.30MPa试验温度许用应力 s 120.00MPa负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.80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= 0.3500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ReL = 162.00MPa试验压力下封头的应力sT = = 19.54MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0584计算厚度 dh = = 1.33mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 8.70mm最小厚度 dmin = 2.19mm名义厚度 dnh = 11.00mm结论 满足最小厚度要求重量 53.04 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 pw= = 1.95822MPa结论 合格表3.9后端管箱筒体计算后端管箱筒体计算计算单位天津大学硫离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 0.30MPa设计温度 t 205.00 C内径 Di 730.00mm材料 S30403 ( 板材 )试验温度许用应力 s 120.00MPa设计温度许用应力 st 109.30MPa试验温度下屈服点 ReL 180.00MPa负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.80厚度及重量计算计算厚度 d = = 1.25mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.70mm名义厚度 dn = 11.00mm重量 301.51Kg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 = 0.3500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ReL = 162.00MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 18.57 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= = 2.05964MPa设计温度下计算应力 st = = 12.74MPastf 87.44MPa校核条件stf st结论 合格表3.10后端管箱封头计算后端管箱封头计算计算单位 天津大学硫离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 0.30MPa设计温度 t 205.00 C内径 Di 730.00mm曲面深度 hi 175.00mm材料 S30403 (板材)设计温度许用应力 st 109.30MPa试验温度许用应力 s 120.00MPa负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.80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= 0.3500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ReL = 162.00MPa试验压力下封头的应力sT = = 19.54MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0584计算厚度 dh = = 1.33mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 8.70mm最小厚度 dmin = 2.19mm名义厚度 dnh = 11.00mm结论 满足最小厚度要求重量 53.04 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 pw= = 1.95822MPa结论 合格表3.11内压圆筒校核内压圆筒校核计算单位天津大学硫离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 0.30MPa设计温度 t 80.00 C内径 Di 750.00mm材料 S30403 ( 板材 )试验温度许用应力 s 120.00MPa设计温度许用应力 st 120.00MPa试验温度下屈服点 ReL 180.00MPa负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 4.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 1.10mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 6.70mm名义厚度 dn = 11.00mm重量 309.65Kg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 = 0.3500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ReL = 162.00MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 23.25 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= = 1.80626MPa设计温度下计算应力 st = = 16.94MPastf 102.00MPa校核条件stf st结论 合格表3.12 直管换热管内压计算直管换热管内压计算计算单位天津大学硫离团队计算条件换热管简图计算压力 Pc 0.30MPa设计温度 t 205.00 C外径 Do 19.00mm材料 S30403 ( 管材 )试验温度许用应力 s 99.00MPa设计温度许用应力 st 93.40MPa负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 0.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.03mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 2.00mm名义厚度 dn = 2.00mm重量 1.26Kg压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 21.97647MPa设计温度下计算应力 st = = 1.28MPastf 93.40MPa校核条件stf st结论 直管换热管内压计算合格表3.13 直管换热管外压计算直管换热管外压计算计算单位天津大学硫离团队计算条件换热管简图计算压力 Pc -0.30MPa设计温度 t 205.00 C外径 D0 19.00mm材料名称 S30403 (管材)试验温度许用应力 s 99.00MPa设计温度许用应力 st 93.40MPa负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 0.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = 0.16mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 2.00mm名义厚度 dn = 2.00mm外压计算长度 L L= 1500.00mm外径 Do Do= 19.00mmL/Do 78.95Do/de 9.50A 值 A= 0.0138925B 值 B= 79.33MPa重量 1.26 kg压力计算许用外压力当时， = 13.82974MPa当时，结论 换热管外压计算合格表3.14 管箱法兰计算管箱法兰计算计算单位天津大学硫离团队设计条件简图设计压力p0.100MPa计算压力pc0.100MPa设计温度t40.0 C轴向外载荷F0.0N外力矩M0.0N.mm壳材料名称S30403体许用应力120.0MPa法材料名称16Mn许用sf178.0MPa兰应力stf178.0MPa螺栓材料名称Q345许用sb212.0MPa应力stb194.8MPa公称直径dB27.0mm螺栓根径d123.8mm数量n32个Di750.0Do780.0垫结构尺寸Db750.0D外745.0D内725.009.0mmLe15.0LA-18.0h8.0118.0材料类型软垫片N10.0m3.75y(MPa)52.4压紧面形状1a,1bb5.00DG735.0片b06.4mmb=b0b06.4mm DG= ( D外+D内 )/2b06.4mmb=2.53b0 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=bDGy=604976.0N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp=Fp+F=51088.1N所需螺栓总截面积AmAm=max(Ap,Aa)=2853.7mm2实际使用螺栓总截面积AbAb=14178.8mm2力矩计算操FD=0.785pc=44156.2NLD= L A+ 0.51 = -9.0mmMD= FD LD = -397406.2N.mm作FG=Fp=8654.6NLG= 0.5 ( Db - DG ) = 7.5mmMG= FG LG = 64909.7N.mmMpFT=F-FD=-1748.6NLT=0.5(LA + d1 + LG ) = 3.8mmMT= FT LT = -6557.2N.mm外压:Mp=FD(LD-LG)+FT(LT-LG);内压:Mp=MD+MG+MTMp=339053.8N.mm预紧MaW=1805442.2NLG = 7.5mmMa=W LG = 13540817.0N.mm计算力矩Mo=Mp与Masft/sf中大者Mo=13540817.0N.mm螺栓间距校核实际间距=73.6mm最小间距62.0(查GB150-2011表7-3)mm最大间距110.5mm 形状常数确定82.16h/ho=0.1K = Do/DI = 1.040 2.0由K查表7-9得T=1.898Z =25.510Y =48.980U=53.824整体法兰查图7-3和图7-4FI=0.90408VI=0.444020.01100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=3.30454整体法兰 = 806689.1松式法兰 = 0.00.1=fe+1=1.44g=y/T=0.761.59 = 0.84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=40.0mm时,法兰应力校核应力性质计算值许 用 值结 论轴向应力219.68MPa =267.0 或 =300.0( 按整体法兰设计的任 意 式法兰, 取 ) 校核合格径向应力21.36MPa = 178.0校核合格切向应力7.74MPa = 178.0校核合格综合应力=120.52MPa = 178.0校核合格刚度系数0.937校核合格法兰校核结果校核合格表3.15直管换热管壳程压力试验外压计算直管换热管壳程压力试验外压计算计算单位天津大学硫离团队计算条件换热管简图计算压力 Pc -0.35MPa设计温度 t 20.00 C外径 D0 19.00mm材料名称 S30403 (管材)试验温度许用应力 s 99.00MPa设计温度许用应力 st 99.00MPa负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 0.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = 0.16mm有效厚度 d