1 E-0116换热器强度校核结果

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湖南理工学院-易燃易爆炸团队设 计 计 算 条 件 壳 程管 程设计压力 0.6MPa设计压力 0.6MPa设计温度 120设计温度 90壳程圆筒内径Di600 mm管箱圆筒内径Di600mm材料名称S30408材料名称S30408试验压力1.25MPa试验压力1.25MPa 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分程隔板校核计算前端管箱筒体计算计算单位湖南理工学院-易燃易爆炸团队计算所依据的标准GB/T 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 pc 0.60MPa设计温度 t 90.00 C内径 Di 600.00mm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 ReL 205.00MPa负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 0.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 1.55mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 5.70mm名义厚度 dn = 6.00mm重量 26.90Kg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 = 1.2500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ReL = 184.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 78.13 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= = 2.19173MPa设计温度下计算应力 st = = 31.88MPastf 116.45MPa校核条件stf st结论 合格前端管箱封头计算计算单位 湖南理工学院-易燃易爆炸团队计算所依据的标准GB/T 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 pc 0.60MPa设计温度 t 90.00 C内径 Di 600.00mm曲面深度 hi 150.00mm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负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 0.00mm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= 1.2500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ReL = 184.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 77.77MPa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 = = 1.55mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 5.70mm最小厚度 dmin = 2.00mm名义厚度 dnh = 6.00mm结论 满足最小厚度要求重量 20.44 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 pw= = 2.20209MPa结论 合格后端管箱封头计算计算单位 湖南理工学院-易燃易爆炸团队计算所依据的标准GB/T 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 pc 0.60MPa设计温度 t 90.00 C内径 Di 600.00mm曲面深度 hi 150.00mm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负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 0.00mm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= 1.2500 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ReL = 184.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 77.77MPa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 = = 1.55mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 5.70mm最小厚度 dmin = 2.00mm名义厚度 dnh = 6.00mm结论 满足最小厚度要求重量 20.44 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 pw= = 2.20209MPa结论 合格开孔补强计算计算单位湖南理工学院-易燃易爆炸团队接 管: T1, 1006计算方法: GB/T 150.3-2011等面积补强法，单孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.6MPa设计温度90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1壳体内直径 Di600mm壳体开孔处名义厚度n6mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C20mm壳体材料许用应力t137MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角() 0接管轴线与封头轴线的夹角() 接管实际外伸长度 250mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管材料 S30408接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 0mm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 0.6mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 137MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 89.2mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 1.3168mm接管计算厚度t 0.1931 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 89.2mm补强区有效宽度 B 178.4 mm接管有效外伸长度 h1 23.134mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 117mm2壳体多余金属面积 A1 391 mm2接管多余金属面积 A2 241mm2补强区内的焊缝面积 A3 9 mm2A1+A2+A3= 641mm2 ，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湖南理工学院-易燃易爆炸团队接 管: T2, 1006计算方法: GB/T 150.3-2011等面积补强法，单孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.6MPa设计温度90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1壳体内直径 Di600mm壳体开孔处名义厚度n6mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C20mm壳体材料许用应力t137MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角() 0接管轴线与封头轴线的夹角() 接管实际外伸长度 250mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管材料 S30408接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 0mm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 0.6mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 137MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 89.2mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 1.3168mm接管计算厚度t 0.1931 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 89.2mm补强区有效宽度 B 178.4 mm接管有效外伸长度 h1 23.134mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 117mm2壳体多余金属面积 A1 391 mm2接管多余金属面积 A2 241mm2补强区内的焊缝面积 A3 9 mm2A1+A2+A3= 641mm2 ，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湖南理工学院-易燃易爆炸团队接 管: S1, 1006计算方法: GB/T 150.3-2011等面积补强法，单孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.6MPa设计温度120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1壳体内直径 Di600mm壳体开孔处名义厚度n6mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C20mm壳体材料许用应力t137MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角() 0接管轴线与封头轴线的夹角() 接管实际外伸长度 250mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管材料 S30408接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 0mm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 0.6mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 137MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 89.2mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 1.3168mm接管计算厚度t 0.1931 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 89.2mm补强区有效宽度 B 178.4 mm接管有效外伸长度 h1 23.134mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 117mm2壳体多余金属面积 A1 391 mm2接管多余金属面积 A2 241mm2补强区内的焊缝面积 A3 9 mm2A1+A2+A3= 641mm2 ，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湖南理工学院-易燃易爆炸团队接 管: S2, 1006计算方法: GB/T 150.3-2011等面积补强法，单孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.6MPa设计温度120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1壳体内直径 Di600mm壳体开孔处名义厚度n6mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C20mm壳体材料许用应力t137MPa接管轴线与筒体表面法线的夹角() 0接管轴线与封头轴线的夹角() 接管实际外伸长度 250mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管材料 S30408接管焊接接头系数 1名称及类型 管材接管腐蚀裕量 0mm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 0.6mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 137MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 89.2mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 1.3168mm接管计算厚度t 0.1931 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 89.2mm补强区有效宽度 B 178.4 mm接管有效外伸长度 h1 23.134mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 117mm2壳体多余金属面积 A1 391 mm2接管多余金属面积 A2 241mm2补强区内的焊缝面积 A3 9 mm2A1+A2+A3= 641mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 合格延长部分兼作法兰固定式管板腐蚀后计算 设计单位 湖南理工学院-易燃易爆炸团队 设 计 计 算 条 件 简 图壳程圆筒设计压力 ps0.6MPa设计温度 ts 120平均金属温度 ts72.22装配温度 to20材料名称S30408设计温度下许用应力137MPa平均金属温度下弹性模量 Es 1.911e+05MPa平均金属温度下热膨胀系数as1.667e-05mm/mm壳程圆筒内径 Di 600mm壳 程 圆 筒 名义厚 度 ds6mm壳 程 圆 筒 有效厚 度 dse5.7mm壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef1.878e+05MPa壳程圆筒环向焊接接头系数 0.85壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di22.827e+05mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )1.085e+04mm2壳程端部圆筒材料名称端部圆筒平均金属温度下弹性模量 Es MPa端部圆筒平均金属温度下热膨胀系数asmm/mm 端部圆筒名义厚 度 dsmm端部圆筒有效厚 度 dsemm两端部圆筒总长度端部圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )mm2管箱圆筒设计压力pt0.6MPa设计温度tt90材料名称S30408设计温度下弹性模量 Eh1.898e+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)dh6mm管箱圆筒有效厚度dhe5.7mm管箱法兰设计温度下弹性模量 Et”1.898e+05MPa换热管材料名称S30408管子平均温度 tt61.67设计温度下管子材料许用应力 stt137MPa设计温度下管子材料屈服应力sst164.6MPa设计温度下管子材料弹性模量 Ett1.878e+05MPa注：换热管平均金属温度下管子材料弹性模量 Etm1.919e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数at1.661e-05mm/mm 管子外径 d25mm管子壁厚dt2mm管子根数 n232根换热管中心距 S32mm一根管子金属横截面积144.5mm2换热管长度 L14000mm管子有效长度(两管板内侧间距) L3920mm管束模数 Kt = Et na/LDi2735MPa管子回转半径 8.162mm管子受压失稳当量长度 lcr400mm系数Cr =150.1比值 lcr /i49.01管子稳定许用压应力 () MPa管子稳定许用压应力 () 91.82MPa管板材料名称S30408设计温度 tp120设计温度下许用应力109.6MPa设计温度下弹性模量 Ep1.878e+05MPa管板腐蚀裕量 C2 0mm管板输入厚度dn40mm管板计算厚度 d35.7mm管板分程处面积 Ad9382mm2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 = 4.166管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接(焊接)高度l2mm胀接许用拉脱应力 qMPa焊接许用拉脱应力 q54.8MPa管箱法兰材料名称S30408管箱法兰厚度 38mm法兰外径 715mm基本法兰力矩 6.894e+06Nmm管程压力操作工况下法兰力 7.214e+06Nmm法兰宽度 57.5mm比值0.0095比值0.06333管箱圆筒壳常数0.031081/mm系数0.0004047管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数 12.02MPa壳体法兰材料名称S30408壳体法兰厚度26mm法兰外径 715mm法兰宽度 57.5mm比值 0.0095比值0.04333壳程圆筒壳常数 0.031081/mm系数0.0003001壳体法兰与圆筒的旋转刚度参数6.561MPa旋转刚度参数6.561MPa系数计算法兰外径与内径之比 1.192壳体法兰应力系数Y (按 K 查表7-9) 11.17旋转刚度无量纲参数 0.001884膨胀节波峰处内直径 mm系数膨胀节总体轴向刚度 KexN/mm系数计算管板第一弯矩系数 (按,查图7-12) 0.1166系数 14.87系数 (按,查图 7-13) 2.97换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 3.104换热管束与壳体刚度之比 3.104管板第二弯矩系数 (按K,查图7-14(a)或(b) 2.941系数 0.002307系数 (按K,Qex 查图7-15) 0.01207法兰力矩折减系数 0.135管板边缘力矩变化系数 1.469法兰力矩变化系数 0.8017管管板开孔后面积 Al = A - 0.25 npd 21.689e+05mm2板参管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管) 2.151e+05mm2数管板布管区当量直径 523.4mm系数 0.5972系系数 0.1985数系数 4.523计系数 6.681算管板布管区当量直径与壳体内径之比 0.8723管板周边不布管区无量纲宽度 k = K(1-rt) 0.5321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 g = at(tt-to)-as(ts-to)0.0-0.0001785 当量压力组合 0.60.6MPa 有效压力组合 （直管） （波纹管） 2.714-4.088MPa基本法兰力矩系数 0.02507-0.01665 管板边缘力矩系数0.02846-0.01326管板边缘剪力系数 0.4233-0.1972管板总弯矩系数 0.9567-0.577管板布管区周边径向弯矩系数系数 0.5362-0.8976管板布管区最大径向弯矩系数系数0-0.9272管板径向弯矩系数0.5362-0.9272系数0.3864-0.6682管板径向应力系数= 0.02264-0.02208管板布管区周边处剪切应力系数 =0.058590.03305壳体法兰力矩系数0.001535-0.004096计算值许用值 计算值许用值管板径向应力 25.911.5 =164.438.073 =328.8 MPa管板布管区周边剪切应力3.480.5 =54.8-2.9571.5 =164.4MPa壳体法兰应力11.621.5 =164.446.73 =328.8 MPa换热管轴向应力 -0.7041=137=91.8215.163 =411=110.2MPa壳程圆筒轴向应力 9.901=116.5-8.413=411MPa换热管与管板连接拉脱应力 q =0.6477q=54.813.953q焊接q胀接164.4MPa仅有管程压力Pt作用下的危险组合工况 (Ps = 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)0.0-0.0001785 当量压力组合 -0.7191-0.7191MPa 有效压力组合 （直管） （波纹管） -4.009-10.81MPa操作情况下法兰力矩系数-0.01776-0.006586管板边缘力矩系数 -0.01776-0.006586管板边缘剪力系数 -0.2642-0.09796管板总弯矩系数 -0.8974-0.1901管板布管区周边径向弯矩系数系数 -1.197-0.5359管板布管区最大径向弯矩系数系数-1.205-0.6177管板径向弯矩系数-1.205-0.6177系数-0.8686-0.4451管板径向应力系数= -0.02631-0.01653管板布管区周边处剪切应力系数 =0.030290.03713壳体法兰力矩系数 -0.004704-0.003196计算值许用值 计算值许用值管板径向应力 44.481.5 =164.475.353 =328.8 MPa管板布管区周边剪切应力 -2.6580.5 =54.8-8.7861.5 =164.4MPa壳体法兰应力 52.61.5 =164.496.363 =328.8 MPa换热管轴向应力8.976=137=91.8225.733 =411=110.2MPa壳程圆筒轴 向 应 力 8.079116.5-9.356411MPa换热管与管板连接拉脱应力 q =8.258q=54.823.673q焊接q胀接164.4MPa考虑壳程和管程压力同时作用下的危险组合工况不计温差应力计温差应力 换热管与壳体热膨胀变形差 =(t-t)-(t-t)0.0-0.0001785 当量压力组合 -0.1191-0.1191MPa 有效压力组合 （直管） （波纹管） -1.295-8.097MPa基本法兰力矩系数 -0.05254-0.008404操作情况下法兰力矩系数 -0.05159-0.005405管板边缘力矩系数=Max-0.04916-0.005016管板边缘剪力系数 -0.7311-0.0746管板总弯矩系数 -7.563-0.111管板布管区周边径向弯矩系数系数 -7.428-0.462管板布管区最大径向弯矩系数系数0-0.5596管板径向弯矩系数-12.73-0.707系数-9.17-0.5095管板径向应力系数= -0.06879-0.01823管板布管区周边处剪切应力系数 =0.011070.03809壳体法兰力矩系数 -0.009727-0.003494计算值许用值 计算值许用值管板径向应力 37.571.5 =164.462.253 =328.8 MPa管板布管区周边剪切应力 -0.31370.5 =54.8-6.7511.5 =164.4MPa壳体法兰应力 35.141.5 =164.478.93 =328.8 MPa换热管轴向应力 5.315=137=91.8222.063 =411=110.2MPa壳程圆筒轴向应力15.04=116.5-3.566=411MPa换热管与管板连接拉脱应力 q =4.624q=54.819.223q焊接q胀接164.4MPa计算结果管板名义厚度40mm管板校核通过分程隔板厚度计算和校核计算单位湖南理工学院-易燃易爆炸团队计算所依据的标准GB/T 151-2014计算条件分程隔板结构简图分程隔板两侧压力差 Dp0.01MPa1) 三边固定，一边简支 2) 长边固定，短边简支 3) 短边固定, 长边简支分程隔板设计温度 t 90 C分程隔板材料 S30408分程隔板许用应力 st 137MPa边长 a 600mm边长 b 475mm分程隔板名义厚度 dn 6mm腐蚀裕量 C2 1mm分程隔板结构类型 1 计算结果尺寸系数 B 0.429105分程隔板计算厚度 2.17055 mm结论 合格管箱法兰计算计算单位湖南理工学院-易燃易爆炸团队设 计 条 件简 图设计压力 p0.600MPa计算压力 pc0.600MPa设计温度 t90.0 C轴向外载荷 F0.0N外力矩 M0.0N.mm壳材料名称S30408许用137.0MPa体应力 137.0MPa法材料名称S30408许用137.0MPa兰应力116.9MPa材料名称35螺许用117.0MPa应力106.5MPa栓公称直径 dB16.0mm螺栓根径 d d13.8mm数量 n24个Di612.0Do715.0垫 结构尺寸Db680.0D外639.0 mmD内603.0l9.0图(a)结构DG取法