E0104换热器强度设计计算书

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压力容器专用计算软件设 计 计 算 条 件 壳 程管 程设计压力 0.2MPa设计压力 0.2MPa设计温度 150设计温度 45壳程圆筒内径Di400 mm管箱圆筒内径Di400mm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前端管箱筒体计算计算单位压力容器专用计算软件计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.20MPa设计温度 t 45.00 C内径 Di 400.00mm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 1.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.21mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 4.70mm名义厚度 dn = 6.00mm重量 42.05Kg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 = 0.1100 (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 = = 4.74 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= = 4.38992MPa设计温度下计算应力 st = = 8.61MPastf 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6.00mm,合格 前端管箱封头计算计算单位 压力容器专用计算软件计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件圆形平盖简图计算压力 Pc 0.20MPa设计温度 t 45.00 C圆筒直径 Di400.00mm计算直径 Dc 400.00mm平盖序号 13材料名称Q345R材料类型 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筒体腐蚀裕量1.00mm钢板负偏差 C1 0.30mm筒体材料类型板材腐蚀裕量 C2 1.00mm筒体材料名称Q345R焊接接头系数 f 1.00设计温度许用应力189.00MPa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= 0.1100 (或由用户输入)MPa筒体厚度计算计算厚度 dc = 0.21mm有效厚度de = 4.70mm名义厚度dn = 6.00mm与平盖连接的圆筒有效厚度(供查图使用)df = 4.70mm平 盖 厚 度 计 算平盖系数 K = 0.2060计算厚度 dp = Dc = 5.91mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 6.70mm名义厚度 dn = 8.00mm结论 合格后端管箱筒体计算计算单位压力容器专用计算软件计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.20MPa设计温度 t 45.00 C内径 Di 400.00mm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 1.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.21mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 4.70mm名义厚度 dn = 6.00mm重量 42.05Kg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 = 0.1100 (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 = = 4.74 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= = 4.38992MPa设计温度下计算应力 st = = 8.61MPastf 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6.00mm,合格 后端管箱封头计算计算单位 压力容器专用计算软件计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件圆形平盖简图计算压力 Pc 0.20MPa设计温度 t 45.00 C圆筒直径 Di400.00mm计算直径 Dc 400.00mm平盖序号 13材料名称Q245R材料类型 板材试验温度许用应力 s 148.00MPa设计温度许用应力 st 147.69MPa试验温度下屈服点 ss 245.00MPa筒体腐蚀裕量1.00mm钢板负偏差 C1 0.30mm筒体材料类型板材腐蚀裕量 C2 2.00mm筒体材料名称Q345R焊接接头系数 f 1.00设计温度许用应力189.00MPa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= 0.1100 (或由用户输入)MPa筒体厚度计算计算厚度 dc = 0.21mm有效厚度de = 4.70mm名义厚度dn = 6.00mm与平盖连接的圆筒有效厚度(供查图使用)df = 4.70mm平 盖 厚 度 计 算平盖系数 K = 0.2060计算厚度 dp = Dc = 6.68mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 6.70mm名义厚度 dn = 9.00mm结论 合格内压圆筒校核计算单位压力容器专用计算软件计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.20MPa设计温度 t 150.00 C内径 Di 400.00mm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 1.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 0.21mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 4.70mm名义厚度 dn = 6.00mm重量 180.22Kg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 = 0.1200 (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 = = 5.17 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= = 4.38992MPa设计温度下计算应力 st = = 8.61MPastf 189.00MPa校核条件stf st结论 合格开孔补强计算计算单位压力容器专用计算软件接 管: N1, 3610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 pc0.2MPa设计温度150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 Di400mm壳体开孔处名义厚度n6mm壳体厚度负偏差 C1mm壳体腐蚀裕量 C21mm壳体材料许用应力tMPa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 48mm接管连接型式 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 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 mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 20.5mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 mm接管计算厚度t mm补强圈强度削弱系数 frr 接管材料强度削弱系数 fr 开孔补强计算直径 d 20.5mm补强区有效宽度 B mm接管有效外伸长度 h1 mm接管有效内伸长度 h2 mm开孔削弱所需的补强面积A mm2壳体多余金属面积 A1 mm2接管多余金属面积 A2 mm2补强区内的焊缝面积 A3 mm2A1+A2+A3= mm2 补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 根据GB150第6.1.3节的规定,本开孔可不另行补强。延长部分兼作法兰固定式管板 设计单位 压力容器专用计算软件 设 计 计 算 条 件 简 图设计压力 ps0.2MPa设计温度 Ts 150平均金属温度 ts105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 1.967e+05Mpa平均金属温度下热膨胀系数as1.157e-05mm/mm圆壳程圆筒内径 Di 400mm壳 程 圆 筒 名义厚 度 ds6mm壳 程 圆 筒 有效厚 度 dse4.7mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef1.94e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di21.257e+05mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )5976mm2管设计压力pt0.2MPa箱设计温度Tt45圆材料名称Q345R筒设计温度下弹性模量 Eh1.998e+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)dh6.5mm管箱圆筒有效厚度dhe5.5mm管箱法兰设计温度下弹性模量 Et”1.998e+05MPa材料名称20(GB9948)换管子平均温度 tt35设计温度下管子材料许用应力 stt140MPa设计温度下管子材料屈服应力sst210MPa热设计温度下管子材料弹性模量 Ett1.94e+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 d25mm管子壁厚dt2.5mm注：管子根数 n100换热管中心距 S32mm换一根管子金属横截面积176.7mm2换热管长度 L3000mm管子有效长度(两管板内侧间距) L12844mm管束模数 Kt = Et na/LDi3111MPa管子回转半径 8.004mm热管子受压失稳当量长度 lcr1200mm系数Cr =135比值 lcr /i149.9管子稳定许用压应力 () 42.59MPa管管子稳定许用压应力 () MPa材料名称16Mn设计温度 tp150管设计温度下许用应力167MPa设计温度下弹性模量 Ep1.94e+05MPa管板腐蚀裕量 C2 4.5mm管板输入厚度dn78mm管板计算厚度 d71mm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 = 1.878管板和管子连接型式胀接，开槽管板和管子胀接(焊接)高度l50mm胀接许用拉脱应力 q4MPa焊接许用拉脱应力 qMPa管材料名称16Mn管箱法兰厚度 85mm法兰外径 630mm箱基本法兰力矩 3.131e+06Nmm管程压力操作工况下法兰力 1.29e+06Nmm法兰宽度 115mm法比值0.01375比值0.2125系数(按dh/Di ,df”/Di , 查图25)0.00兰系数w”(按dh/Di ,df”/Di ,查图 26) 0.003444旋转刚度 628MPa材料名称16Mn壳壳体法兰厚度72mm法兰外径 630mm体法兰宽度 115mm比值 0.01175法比值0.18系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查图25 0.00兰系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查图26 0.002051旋转刚度 370.5MPa法兰外径与内径之比 1.575壳体法兰应力系数Y (按 K 查表7-9) 4.449旋转刚度无量纲参数 0.09354膨胀节总体轴向刚度 1N/mm管板第一弯矩系数(按,查图 27) 0.1971系系数 1.137系数(按查图 29) 1.197换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 3.011数换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 1.244e+06管板第二弯矩系数(按K,Q或查图28(a)或(b)2.281e+06系数（带膨胀节时代替Q） 4.272e-08计系数 (按K,Q或Qex 查图30) 0.12法兰力矩折减系数 0.438管板边缘力矩变化系数 0.9728算法兰力矩变化系数 0.5739管管板开孔后面积 Al = A - 0.25 npd 27.658e+04mm2板参管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管 ) 8.868e+04mm2数管板布管区当量直径 336mm系数 0.6094系系数 0.2308数系数 4.349计系数(带膨胀节时代替Q) 2.042e+06算管板布管区当量直径与壳体内径之比 0.8401管板周边不布管区无量纲宽度 k = K(1-rt) 0.3004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)0.0-0.0008206 当量压力组合 0.20.2MPa 有效压力组合 0.8698-37.05MPa基本法兰力矩系数 0.1175-0.002759 管板边缘力矩系数0.1175-0.002759管板边缘剪力系数 0.1336-0.003135管板总弯矩系数 2.688e+05-7175系数仅用于 时1.74e+054644系数 当 时,按K和m 查图31(a)实线当 时,按K和m 查图31（b）4.324e+051.161e+04系数 0 ,=, 0, =; 6.4mm b=2.53 b0 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= bDG y = 17489.9N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 17951.5 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 195.1mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 13292.6mm2力 矩 计 算操FD = 0.785pc = 27694.8NLD= L A+ 0.51 = 85.5mmMD= FD LD = 2367905.5N.mm作FG = Fp = 1048.9NLG= 0.5 ( Db - DG ) = 136.0mmMG= FG LG = 142630.6N.mmMpFT = F-FD = -10801.2NLT=0.5(LA + d1 + LG ) = 113.0mmMT= FT LT = -1220459.5N.mm外压: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 内压: Mp = MD+MG+MT Mp = 1290076.5N.mm预紧