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过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-2011固定管板换热器设计计算计算单位江联重工股份有限公司设 计 计 算 条 件 壳 程管 程设计压力 0.12MPa设计压力 0.9MPa设计温度 200设计温度 200壳程圆筒内径Di4300 mm管箱圆筒内径Di4300mm材料名称S30408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)校核计算开孔补强设计计算管板校核计算前端管箱筒体计算计算单位江联重工股份有限公司计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.90MPa设计温度 t 200.00 C内径 Di 4300.00mm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 170.00MPa试验温度下屈服点 ss 325.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 13.43mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 17.70mm名义厚度 dn = 20.00mm重量 426.14Kg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 = 0.3000 (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 = = 43.05 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= = 1.18473MPa设计温度下计算应力 st = = 109.77MPastf 144.50MPa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15.00mm,合格前端管箱封头计算计算单位 江联重工股份有限公司计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 0.90MPa设计温度 t 200.00 C内径 Di 4300.00mm曲面深度 hi 1075.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 170.00MPa试验温度许用应力 s 185.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85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 = 1.25Pc= 0.3000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 292.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 42.96MPa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 = = 13.41mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 17.70mm最小厚度 dmin = 6.45mm名义厚度 dnh = 20.00mm结论 满足最小厚度要求重量 3160.56 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 1.18716MPa结论 合格后端管箱筒体计算计算单位江联重工股份有限公司计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.90MPa设计温度 t 200.00 C内径 Di 4300.00mm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 130.00MPa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 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 17.58mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 17.70mm名义厚度 dn = 20.00mm重量 426.14Kg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 = 0.3000 (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 = = 43.05 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= = 0.90597MPa设计温度下计算应力 st = = 109.77MPastf 110.50MPa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14.00mm,合格后端管箱封头计算计算单位 江联重工股份有限公司计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 0.90MPa设计温度 t 200.00 C内径 Di 4300.00mm曲面深度 hi 1075.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 170.00MPa试验温度许用应力 s 185.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 0.85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 = 1.25Pc= 0.3000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 292.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 42.96MPa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 = = 13.41mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 17.70mm最小厚度 dmin = 6.45mm名义厚度 dnh = 20.00mm结论 满足最小厚度要求重量 3160.56 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 1.18716MPa结论 合格壳程圆筒计算计算单位江联重工股份有限公司计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.12MPa设计温度 t 200.00 C内径 Di 4300.00mm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 130.00MPa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 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 2.34mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 17.70mm名义厚度 dn = 20.00mm重量 14914.83Kg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 = 0.3000 (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 = = 43.05 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= = 0.90597MPa设计温度下计算应力 st = = 14.64MPastf 110.50MPa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14.00mm,合格开孔补强计算计算单位江联重工股份有限公司接 管: N1, 56010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 pc0.9MPa设计温度200壳体型式椭圆形封头壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数0.85壳体内直径 Di4300mm壳体开孔处名义厚度n20mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t170MPa椭圆形封头长短轴之比 2凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角() -0 接管实际外伸长度 300mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管材料 20(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 Q345R凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 mm补强圈外径 870mm补强圈厚度 10mm接管厚度负偏差 C1t 1.5mm补强圈厚度负偏差 C1r 0.3mm接管材料许用应力t 131MPa补强圈许用应力t 183MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 547mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 12.071mm接管计算厚度t 1.8614 mm补强圈强度削弱系数 frr 1接管材料强度削弱系数 fr 0.7706开孔补强计算直径 d 547mm补强区有效宽度 B 1094 mm接管有效外伸长度 h1 73.959mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 6639mm2壳体多余金属面积 A1 3062 mm2接管多余金属面积 A2 529mm2补强区内的焊缝面积 A3 50 mm2A1+A2+A3= 3641mm2 ，小于A，需另加补强。补强圈面积 A43007mm2A-(A1+A2+A3)2997mm2结论: 合格开孔补强计算计算单位江联重工股份有限公司接 管: N2, 2198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 pc0.12MPa设计温度200壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型S30408板材壳体开孔处焊接接头系数0.85壳体内直径 Di4300mm壳体开孔处名义厚度n20mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t130MPa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 300mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管材料 20(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 1.2mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 131MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 209.4mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 2.3361mm接管计算厚度t 0.093 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 1开孔补强计算直径 d 209.4mm补强区有效宽度 B 418.8 mm接管有效外伸长度 h1 40.929mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 489mm2壳体多余金属面积 A1 3217 mm2接管多余金属面积 A2 385mm2补强区内的焊缝面积 A3 40 mm2A1+A2+A3= 3643mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 合格开孔补强计算计算单位江联重工股份有限公司接 管: N3, 61010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 pc0.9MPa设计温度200壳体型式椭圆形封头壳体材料名称及类型Q345R板材壳体开孔处焊接接头系数0.85壳体内直径 Di4300mm壳体开孔处名义厚度n20mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t170MPa椭圆形封头长短轴之比 2凸形封头上接管轴线与封头轴线的夹角() -0 接管实际外伸长度 300mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管材料 20(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 Q345R凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 mm补强圈外径 920mm补强圈厚度 12mm接管厚度负偏差 C1t 1.5mm补强圈厚度负偏差 C1r 0.3mm接管材料许用应力t 131MPa补强圈许用应力t 183MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 597mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 12.071mm接管计算厚度t 2.0337 mm补强圈强度削弱系数 frr 1接管材料强度削弱系数 fr 0.7706开孔补强计算直径 d 597mm补强区有效宽度 B 1194 mm接管有效外伸长度 h1 77.266mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 7242mm2壳体多余金属面积 A1 3344 mm2接管多余金属面积 A2 532mm2补强区内的焊缝面积 A3 50 mm2A1+A2+A3= 3926mm2 ，小于A，需另加补强。补强圈面积 A43627mm2A-(A1+A2+A3)3316mm2结论: 合格腐蚀后不带法兰固定式管板(b)计算设计单位 江联重工股份有限公司设 计 计 算 条 件简 图壳程圆筒设计压力Ps0.12MPa设计温度 t200平均金属温度 170装配温度 15材料名称S30408设计温度下许用应力130MPa平均金属温度下弹性模量1.848e+05MPa平均金属温度下热膨胀系数1.714e-05mm/mm壳程圆筒内径 (2R)4300mm壳 程 圆 筒 名 义 厚 度 20mm壳 程 圆 筒 有 效 厚 度 18mm壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di21.452e+07mm 2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( DI+dn ) 2.442e+05mm 2管箱圆筒设计压力0.9MPa材料名称: Q345R设计温度 200设计温度下许用应力170MPa设计温度下弹性模量2.01e+05MPa箱圆筒名义厚度20mm管箱圆筒有效厚度18mm换热管材料名称: S30408管子平均温度 t175管子外径 d38管子壁厚2.6mm管子根数 n5185换热管中心 S48mm设计温度下管子材料许用应力111MPa设计温度下管子材料屈服应力144MPa设计温度下管子材料弹性模量1.83e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量1.845e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数1.715e-05mm /mm一根管子金属横截面积289.2mm2换热管长度 L07000mm换热管有效长度(两管板内侧间距) L6910mm换热管管子回转半径 12.55Mm管子受压失稳当量长度 1Mm系数 Cr =158.4比值 0.07968管子稳定许用压应力 () = MPa管子稳定许用压应力 () =71.98MPa管板和系数材料名称: S30408设计温度 200设计温度下许用应力 130MPa设计温度下弹性模量 1.83e+05MPa管板腐蚀裕量 4Mm管板输入厚度 45Mm管板计算厚度 40.7Mm隔板槽面积 (包括拉杆和假管区面积)Ad0mm2管板布管面积(三角形),(正方形) 1.035e+07mm2管板布管区当量直径 3629mm管板开孔后面积- 0.25 n4.465e+06mm2管板强度削弱系数0.4管板刚度削弱系数0.4管板开孔抗弯刚度=(管板材料波桑比=0.3)1.13e+09Nmm管子加强系数 , K =20.76管束弹性基础系数7.739N/ mm3管板布管区当量直径与壳体内径之比 0.844管板周边不布管区无量纲宽度 k=K 3.523系数 0.4316系数 0.3358管板和管子连接型式胀接，开槽管板和管子胀接(焊接)高度 42mm胀接许用拉脱应力q4焊接许用拉脱应力qMPa膨胀节总体轴向刚度 N/mm注：管箱圆筒抗弯刚度(管箱圆筒材料波桑比=0.3)1.073e+08Nmm管箱圆筒常数0.0065341/mm壳程圆筒抗弯刚度(壳程圆筒材料波桑比=0.3)9.87e+07Nmm壳程圆筒常数0.0065341/mm换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比6.13换热管束与带膨胀节壳体刚度之比6.13系数 8.018系数 16.13换热器各部件边沿内力方程组系数矩阵1.325e-050.0001315-1.182e-05-0.00024061.228e-050.0040280.00013150.02198-0.0002406-0.0045070.00024980.08198-1.182e-05-0.00024061.338e-050.000122-1.228e-05-0.004028-0.0002406-0.0045070.0001220.02345-0.0002498-0.081791.228e-050.0002498-1.228e-05-0.00024981.341e-050.0042160.0040280.08198-0.004028-0.081790.0042161.388换热器各部件边沿内力方程组右端载荷项+热+热+热0.46910.52-0.469-9.5180.491160换热器各部件边沿内力热+热+热1.153e+04133.5-2941-22.72691743.08换热器各部件最大应力(MPa)热+热+热管板径向应力许用值80.13195390195390195390管板剪切应力许用值3.361651956519565195中部换热管应力许用值压许用值-3.22311111111111111111171.9871.9871.9871.9871.9871.98周边换热管应力许用值压许用值-3.09211133311133311133371.9871.9871.9871.9871.9871.98换热管拉脱应力许用值0.1936444444壳体轴向应力许用值42.75110.5331.5110.5331.5110.5331.5壳体端部总应力许用值97.22195390195390195390管箱轴向应力许用值53.75170510170510170510管箱端部总应力许用值267.2195390195390195390结论管板名义厚度45mm管板应力满足要求管板与换热管形式: 胀接，开槽管板与换热管连接拉脱应力满足要求焊或胀接高度l=42mm换热管中部换热管应力满足要求周边换热管应力满足要求壳程圆筒壳程圆筒轴向应力满足要求壳程圆筒端部壳程圆筒端部应力满足要求管箱圆筒管箱圆筒轴向应力满足要求管箱圆筒端部管箱圆筒端部应力不满足要求改变管板与管箱圆筒连接结构,要求箱圆圆筒端部厚度=1.814e+25管板径向弯曲应力(MPa)分布表半径(mm)热+热+热0.011.707e-0557.325.018e-05114.60.000148171.90.0003017229.20.0004832286.50.0006263343.80.0006059401.20.0002266458.5-0.0007622515.8-0.002595573.1-0.00533630.4-0.008567687.7-0.01106745-0.01031802.3-0.002305859.60.01807916.90.05544974.20.110410320.173410890.216311140.215811390.194711640.145411890.059241214-0.073121239-0.2611264-0.51271289-0.83491314-1.231339-1.6951365-2.221390-2.7821415-3.346管板径向弯曲应力(MPa)分布表续半径(mm)热+热+热1440-3.8581465-4.2451490-4.4111515-4.2341540-3.5661565-2.2381590-0.0620516153.1616407.619166513.48169020.85171629.73174140.02176651.38179163.23180368.83181574.21181529.68189934.15198219.22066-13.852150-63.93管板径向膜应力(MPa)分布表半径(mm)热+热+热18155.91518152.36618992.47319822.56720662.65换热管束轴向应力(MPa)分布表半径(mm)热+热+热0.01-3.22357.32-3.223114.6-3.223171.9-3.223229.2-3.223286.5-3.223343.8-3.223401.2-3.223458.5-3.223515.8-3.223573.1-3.223630.4-3.223687.7-3.224745-3.225802.3-3.226859.6-3.228916.9-3.229974.2-3.2271032-3.221089-3.2071114-3.1981139-3.1871164-3.1751189-3.1621214-3.1491239-3.1361264-3.1261289-3.121314-3.1211339-3.1321365-3.1561390-3.1991415-3.265换热管束轴向应力(MPa)分布表续半径(mm)热+热+热1440-3.3571465-3.481490-3.6371515-3.831540-4.0551565-4.3091590-4.5781615-4.8471640-5.0871665-5.2631690-5.3271716-5.2191741-4.8671766-4.1881791-3.0921803-2.3911815-1.563换热管内压计算计算单位江联重工股份有限公司计算条件换热管简图计算压力 Pc 0.90MPa设计温度 t 200.00 C内径 Di 32.80mm材料 S30408 ( 管材 )试验温度许用应力 s 116.00MPa设计温度许用应力 st 111.00MPa钢板负偏差 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 = = 0.13mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 2.60mm名义厚度 dn = 2.60mm重量 15.89Kg压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 16.30508MPa设计温度下计算应力 st = = 6.13MPastf 111.00MPa校核条件stf st结论 换热管内压计算合格换热管外压计算计算单位江联重工股份有限公司计算条件换热管简图计算压力 Pc -0.12MPa设计温度 t 200.00 C内径 Di 32.80mm材料名称 S30408 (管材)试验温度许用应力 s 116.00MPa设计温度许用应力 st 111.00MPa钢板负偏差 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 = 0.24mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 2.60mm名义厚度 dn = 2.60mm外压计算长度 L L= 7000.00mm外径 Do Do= Di+2dn = 38.00mmL/Do 4.78Do/de 14.62A 值 A= 0.0056918B 值 B= 94.72重量 15.89 kg压力计算许用外压力 P= = 8.66185MPa结论 换热管外压计算合格腐蚀前不带法兰固定式管板(b)计算设计单位 江联重工股份有限公司设 计 计 算 条 件简 图壳程圆筒设计压力Ps0.12MPa设计温度 t200平均金属温度 170装配温度 15材料名称S30408设计温度下许用应力130MPa平均金属温度下弹性模量1.848e+05MPa平均金属温度下热膨胀系数1.714e-05mm/mm壳程圆筒内径 (2R)4300mm壳 程 圆 筒 名 义 厚 度 20mm壳 程 圆 筒 有 效 厚 度 20mm壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di21.452e+07mm 2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( DI+dn ) 2.714e+05mm 2管箱圆筒设计压力0.9MPa材料名称: Q345R设计温度 200设计温度下许用应力170MPa设计温度下弹性模量2.01e+05MPa箱圆筒名义厚度20mm管箱圆筒有效厚度20mm换热管材料名称: S30408管子平均温度 t175管子外径 d38管子壁厚2.6mm管子根数 n5185换热管中心 S48mm设计温度下管子材料许用应力111MPa设计温度下管子材料屈服应力144MPa设计温度下管子材料弹性模量1.83e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量1.845e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数1.715e-05mm /mm一根管子金属横截面积289.2mm2换热管长度 L07000mm换热管有效长度(两管板内侧间距) L6910mm换热管管子回转半径 12.55Mm管子受压失稳当量长度 1Mm系数 Cr =158.4比值 0.07968管子稳定许用压应力 () = MPa管子稳定许用压应力 () =71.98MPa管板和系数材料名称: S30408设计温度 200设计温度下许用应力 130MPa设计温度下弹性模量 1.83e+05MPa管板腐蚀裕量 0Mm管板输入厚度 45Mm管板计算厚度 44.7Mm隔板槽面积 (包括拉杆和假管区面积)Ad0mm2管板布管面积(三角形),(正方形) 1.035e+07mm2管板布管区当量直径 3629mm管板开孔后面积- 0.25 n4.465e+06mm2管板强度削弱系数0.4管板刚度削弱系数0.4管板开孔抗弯刚度=(管板材料波桑比=0.3)1.497e+09Nmm管子加强系数 , K =19.35管束弹性基础系数7.739N/ mm3管板布管区当量直径与壳体内径之比 0.844管板周边不布管区无量纲宽度 k=K 3.284系数 0.4316系数 0.3358管板和管子连接型式胀接，开槽管板和管子胀接(焊接)高度 42mm胀接许用拉脱应力q4焊接许用拉脱应力qMPa膨胀节总体轴向刚度 N/mm注：管箱圆筒抗弯刚度(管箱圆筒材料波桑比=0.3)1.473e+08Nmm管箱圆筒常数0.0061991/mm壳程圆筒抗弯刚度(壳程圆筒材料波桑比=0.3)1.354e+08Nmm壳程圆筒常数0.0061991/mm换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比5.514换热管束与带膨胀节壳体刚度之比5.514系数 7.393系数 14.7换热器各部件边沿内力方程组系数矩阵1.002e-050.0001111-8.926e-06-0.00019959.266e-060.0030410.00011110.01907-0.0001995-0.0041040.00020710.06796-8.926e-06-0.00019951.012e-050.0001034-9.266e-06-0.003041-0.0001995-0.0041040.00010340.02032-0.0002071-0.067799.266e-060.0002071-9.266e-06-0.00020711.014e-050.003180.0030410.06796-0.003041-0.067790.003181.048换热器各部件边沿内力方程组右端载荷项+热+热+热0.3548.792-0.354-7.8890.3706120.7换热器各部件边沿内力热+热+热1.271e+04140-3215-23.72749235.6换热器各部件最大应力(MPa)热+热+热管板径向应力许用值7