反应器设计计算书

过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-2011软件批准号：CSBTS/TC40/SC5-D01-1999DATA SHEET OF PROCESS EQUIPMENT DESIGN工程名：PROJECT设备位号：ITEM设备名称：EQUIPMENT图 号：DWG NO。设计单位：中航一集团航空动力控制系统研究所DESIGNER设 计Designed by日期Date校 核Checked by日期Date审 核Verified by日期Date批 准Approved by日期Date固定管板换热器设计计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所设 计 计 算 条 件 壳 程管 程设计压力 3.355MPa设计压力 1.43MPa设计温度 190设计温度 190壳程圆筒内径Di3400 mm管箱圆筒内径Di3400mm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)校核计算膨胀节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 1.43MPa设计温度 t 190.00 C内径 Di 3400.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 181.00MPa设计温度许用应力 st 162.60MPa试验温度下屈服点 ss 315.00MPa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 = = 17.68mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 42.70mm名义厚度 dn = 45.00mm重量 42053.37Kg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 = 1.7880 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 283.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 84.80 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= = 3.42845MPa设计温度下计算应力 st = = 57.65MPastf 138.21MPa校核条件stf st结论 合格前端管箱封头计算计算单位 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 计算条件椭圆封头简图计算压力 pc 1.43MPa设计温度 t 190.00 C内径 Di 3400.00mm曲面深度 hi 850.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 162.60MPa试验温度许用应力 s 181.00MPa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 = 1.25p= 1.7880 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 283.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 84.27MPa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 = = 17.63mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 42.70mm最小厚度 dmin = 5.10mm名义厚度 dnh = 45.00mm结论 满足最小厚度要求重量 4572.09 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 pw= = 3.44985MPa结论 合格后端管箱筒体计算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 1.43MPa设计温度 t 190.00 C内径 Di 3400.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 181.00MPa设计温度许用应力 st 162.60MPa试验温度下屈服点 ss 315.00MPa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 = = 17.68mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 42.70mm名义厚度 dn = 45.00mm重量 42053.37Kg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 = 1.7880 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 283.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 84.80 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= = 3.42845MPa设计温度下计算应力 st = = 57.65MPastf 138.21MPa校核条件stf st结论 合格后端管箱封头计算计算单位 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 计算条件椭圆封头简图计算压力 pc 1.43MPa设计温度 t 190.00 C内径 Di 3400.00mm曲面深度 hi 850.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 162.60MPa试验温度许用应力 s 181.00MPa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 = 1.25p= 1.7880 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 283.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 84.27MPa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 = = 17.63mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 42.70mm最小厚度 dmin = 5.10mm名义厚度 dnh = 45.00mm结论 满足最小厚度要求重量 4572.09 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 pw= = 3.44985MPa结论 合格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 3.36MPa设计温度 t 190.00 C内径 Di 3400.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 181.00MPa设计温度许用应力 st 162.60MPa试验温度下屈服点 ss 315.00MPa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 = = 41.77mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 42.70mm名义厚度 dn = 45.00mm重量 42053.37Kg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 = 4.6683 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 283.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 221.40 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= = 3.42845MPa设计温度下计算应力 st = = 135.25MPastf 138.21MPa校核条件stf st结论 合格开孔补强计算计算单位中航一集团航空动力控制系统研究所接 管: N1, 63015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 pc1.43MPa设计温度190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0.85壳体内直径 Di3400mm壳体开孔处名义厚度n45mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t162.6MPa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 10mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 800mm接管材料 S31608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 1.5mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 114.4MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 607mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 17.681mm接管计算厚度t 3.7736 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 0.7036开孔补强计算直径 d 607mm补强区有效宽度 B 1214 mm接管有效外伸长度 h1 10mm接管有效内伸长度 h2 95.42 mm开孔削弱所需的补强面积A 10853mm2壳体多余金属面积 A1 15016 mm2接管多余金属面积 A2 1384mm2补强区内的焊缝面积 A3 308 mm2A1+A2+A3= 16709mm2 ，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中航一集团航空动力控制系统研究所接 管: N2, 53015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 pc1.43MPa设计温度190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 Di3400mm壳体开孔处名义厚度n45mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t162.6MPa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 50mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 65mm接管材料 16Mn接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 1mm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 1.5mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 169.6MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 505mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 15.871mm接管计算厚度t 2.1168 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 505mm补强区有效宽度 B 1010 mm接管有效外伸长度 h1 50mm接管有效内伸长度 h2 64 mm开孔削弱所需的补强面积A 8015mm2壳体多余金属面积 A1 13548 mm2接管多余金属面积 A2 2510mm2补强区内的焊缝面积 A3 319 mm2A1+A2+A3= 16378mm2 ，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中航一集团航空动力控制系统研究所接 管: N3, 63015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 pc1.43MPa设计温度190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0.85壳体内直径 Di3400mm壳体开孔处名义厚度n45mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t162.6MPa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 100mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 800mm接管材料 S31608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 1.5mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 114.4MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 607mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 17.681mm接管计算厚度t 3.7736 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 0.7036开孔补强计算直径 d 607mm补强区有效宽度 B 1214 mm接管有效外伸长度 h1 95.42mm接管有效内伸长度 h2 95.42 mm开孔削弱所需的补强面积A 10853mm2壳体多余金属面积 A1 15016 mm2接管多余金属面积 A2 2313mm2补强区内的焊缝面积 A3 308 mm2A1+A2+A3= 17638mm2 ，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中航一集团航空动力控制系统研究所接 管: N4, 53015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 pc1.43MPa设计温度190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 Di3400mm壳体开孔处名义厚度n45mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t162.6MPa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 50mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 65mm接管材料 16Mn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 1.5mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 169.6MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 507mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 15.871mm接管计算厚度t 2.1168 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 507mm补强区有效宽度 B 1014 mm接管有效外伸长度 h1 50mm接管有效内伸长度 h2 63 mm开孔削弱所需的补强面积A 8047mm2壳体多余金属面积 A1 13602 mm2接管多余金属面积 A2 2135mm2补强区内的焊缝面积 A3 308 mm2A1+A2+A3= 16046mm2 ，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中航一集团航空动力控制系统研究所接 管: N5, 53015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 pc1.43MPa设计温度190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 Di3400mm壳体开孔处名义厚度n45mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t162.6MPa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 50mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 65mm接管材料 16Mn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 1.5mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 169.6MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 507mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 15.871mm接管计算厚度t 2.1168 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 507mm补强区有效宽度 B 1014 mm接管有效外伸长度 h1 50mm接管有效内伸长度 h2 63 mm开孔削弱所需的补强面积A 8047mm2壳体多余金属面积 A1 13602 mm2接管多余金属面积 A2 2135mm2补强区内的焊缝面积 A3 308 mm2A1+A2+A3= 16046mm2 ，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中航一集团航空动力控制系统研究所接 管: N6, 53015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 pc1.43MPa设计温度190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 Di3400mm壳体开孔处名义厚度n45mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t162.6MPa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 50mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 65mm接管材料 16Mn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 1.5mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 169.6MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 507mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 15.871mm接管计算厚度t 2.1168 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 507mm补强区有效宽度 B 1014 mm接管有效外伸长度 h1 50mm接管有效内伸长度 h2 63 mm开孔削弱所需的补强面积A 8047mm2壳体多余金属面积 A1 13602 mm2接管多余金属面积 A2 2135mm2补强区内的焊缝面积 A3 308 mm2A1+A2+A3= 16046mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 合格 膨胀节计算和校核计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所计算条件膨胀节结构示意图设计压力 Pc3.355MPa设计温度 t190 C膨胀节结构与壳体搭接膨胀节管子外直径do10mm膨胀节管子名义厚度d 2mm膨胀节管子腐蚀裕量C2 1mm膨胀节短节名义厚度d2 2mm膨胀节短节腐蚀裕量C22 2mm壳体外直径 Do 3490mm壳体名义厚度 d1 45mm壳体腐蚀裕量 C21 2mm膨胀节开槽间距 L2 1mm壳体端部间距 L3 5mm1膨胀节与壳体搭接膨胀节开槽处高度 h 4mm膨胀节的半波数 Nd 2膨胀节材料 Q345R膨胀节材料在设计温度下许用应力 st105MPa膨胀节材料在设计温度下弹性模量 Et200000MPa膨胀节所受到的轴向力1314.92N膨胀节设计疲劳次数N100壳体材料Q345R壳体材料在设计温度下许用应力 st 162.6MPa膨胀节刚度 Kex 100N/mm膨胀节的轴向位移mm2膨胀节与壳体对接计算结果 壳体有效厚度 d10 42.7mm膨胀节短节有效厚度d20 -0.3mm膨胀节管子平均直径 dm 8mm膨胀节管子有效厚度d0 0.7mm壳体有效长度 L1 = 120 mm膨胀节管子径向薄膜应力 19.1714 MPas1 st , 合格壳体、膨胀节短节和膨胀节管子组合截面上的环向薄膜应力：膨胀节与壳体搭接 = -38805 MPa膨胀节与壳体对接 = MPas2 stmin = 105 , 合格轴向位移产生的应力： = 39447.7MPa内压和轴向位移同时作用时的合成应力： = 39466.9MPa允许疲劳循坏次数： 奥氏体不锈钢 = 碳钢或低合金钢 = N N, 结论： 合格不带法兰固定式管板计算(b) 设 计 单 位 中航一集团航空动力控制系统研究所 设 计 计 算 条 件简 图壳程圆筒设计压力Ps3.355MPa设计温度 t190平均金属温度 140装配温度 15材料名称Q345R设计温度下许用应力162.6MPa平均金属温度下弹性模量1.946e+05MPa平均金属温度下热膨胀系数1.181e-05mm/mm壳程圆筒内径 3400mm壳 程 圆 筒 名 义 厚 度 45mm壳 程 圆 筒 有 效 厚 度 42.7mm壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di29.079e+06mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( DI+dn ) 4.618e+05mm2管箱圆筒设计压力1.43MPa设计温度 190材料名称Q345R设计温度下弹性模量1.922e+05MPa管箱圆筒名义厚度45mm管箱圆筒有效厚度42.7mm换热管材料名称S31608管子平均温度 t160设计温度下管子材料许用应力 114.4MPa设计温度下管子材料屈服应力 151.6MPa设计温度下管子材料弹性模量 1.836e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量 1.854e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数1.71e-05mm/mm管子外径 d40mm管子壁厚2mm管子根数 n2778换热管中心 S57mm一根管子金属横截面积238.8mm2换热管长度 L1 9000mm换热管有效长度(两管板内侧间距) L 8892mm换热管管束模数 =4067MPa管子回转半径 13.45mm管子受压失稳当量长度 9000mm系数 Cr =154.6比值 669管子稳定许用压应力 () = 2.025MPa管子稳定许用压应力 () =MPa管板材料名称Q345R设计温度 190设计温度下许用应力 162.6MPa设计温度下弹性模量 1.916e+05MPa管板腐蚀裕量 4mm管板输入厚度 54mm管板计算厚度 49.7mm隔板槽面积 (包括拉杆和假管区面积)Ad0mm2管板强度削弱系数0.4管板刚度削弱系数0.4管子加强系数 , K =13.11管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接(焊接)高度 l4.5mm胀接许用拉脱应力qMPa焊接许用拉脱应力q57.2MPa管箱法兰材料名称 管箱法兰厚度 0mm比值 0.01256比值 0系数 (查图25) 0.007601系数 (查图26) 0.0002825旋转刚度 4.524MPa注：壳体法兰材料名称Q345R壳体法兰厚度0mm管板延长部分凸缘外直径 Df 0mm管板延长部分凸缘宽度 0mm比值 0.01256比值 0系数(按ds /Di ,df”/Di ) 查图25)0.007601系数 (查图26)w0.0002825旋转刚度 4.581MPa系数计算旋转刚度( c型结构 0) 9.105MPa旋转刚度无量纲参数 0.001758膨胀节总体轴向刚度 100N/mm管板第一弯矩系数m1,(按K,查图27) 0.5995系数 26.09系数(按查图29) 5.585换热管束与不带膨胀节壳体刚度之 1.368换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 1.383e+05管板第二弯矩系数m2,按K,Q(或Qex)查图28(a)或(b)2.08e+04管板参数管板开孔后面积A- 0.25 n5.588e+06mm2管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管) 7.817e+06mm2管板布管区当量直径 3155mm系数计算系数 0.6155系数 0.1187系数 2.709系数 (带膨胀节时代替Q) 2.247e+05管板布管区当量直径与壳体内径之比 0.9279管板周边不布管区无量纲宽度 k=K 0.9456仅有壳程压力Ps作用下的危险组合工况 (Pt = 0) 不计温差应力计温差应力换热管与壳程圆筒热膨胀变形差=(t-t)-(t-t) 0.00.001003当量压力组合 3.3553.355MPa有效压力组合 9.08831.16MPa边界效应压力组合 0.02550.0255MPa边界效应压力组合系数 0.0045590.00133 管板边缘力矩系数 0.0045590.00133管板边缘剪力系数 0.11890.03469管板总弯矩系数 2212698.1系数仅用于 时 203.164.1系数 当时,按 K 和 m 查图31(a)实线 当时,按 K 和 m 查图31(b)421.8133.1系数 0, =, 0, =; 0, =0.057780.05778管板径向应力系数带膨胀节Q为Q =1.044e-071.044e-07管