参考换热器设计说明书

1、机械设计机械设计包括结构设计和强度计算两部分。参考压力容器安全技术监察规程，本次设计的换热器为二类容器。1.1 结构设计1.1.1 设计条件1.1.1.1 设计压力 设计压力根据最高工作压力确定。设有安全阀时，设计压力取最高工作压力的1.051.10倍。本设计取1.1倍。 壳程设计压力，液柱压力 = 则可忽略液柱压力， 计算压力，取高于其一个等级的公称等级。 管程设计压力，忽略液柱压力，则取高出其一个压力等级为2.5。1.1.1.2 设计温度设计温度指容器在正常情况下，设定的元件金属温度，设计温度不得低于元件金属在工作温度状态可能达到的最高温度。 8，124 管程设计温度的确定 ，由于气氨最高

2、操作温度为124，故取设计温度为130。壳程设计温度的确定，由于壳程水最高操作温度为42，故取设计温度为50。 1.1.2 筒体壁厚1.1.2.1 筒体选材 由于筒体设计温度为50，设计压力为0.4，参考GB150-1998，故选20R。1.1.2.2 筒体壁厚的计算 式中 计算厚度，； 计算压力，； 焊接接头系数。由表可知，故令=。(取=2在无特殊腐蚀情况下,对于碳素钢和低合金钢，不小于1) GB6654压力容器用钢板和GB3531低温压力容器用低合金钢板规定压力容器专用钢板的厚度负偏差不大于0.25，因此使用该标准中钢板厚度超过5时(如20R,16MnR和16MnDR)等，可取=0 8，1

3、25由钢材标准规格，取 =-(+) ( C=+) =8-(0+2) =61.1.2.3 筒体的强度校核 8，122 式中 有效厚度， =-C， ； 名义厚度， ； 设计温度下圆筒的计算应力， ； C 厚度附加量， 。=1331.0=133故校核其满足强度要求。因此，圆筒的最大工作压力为1.1.3 管箱设计1.1.3.1 管箱选材管程设计压力为1.43MPa，温度为130，参考GB150-1998，故选20R。1.1.3.2 管箱筒体厚度计算 由表可知，故令=。GB6654压力容器用钢板和GB3531低温压力容器用低合金钢板规定压力容器专用钢板的厚度负偏差不大于0.25，因此使用该标准中钢板厚度

4、超过5时(如20R,16MnR和16MnDR)等，可取=0 8，125由钢材标准规格，取 =-(+) ( C=+) =8-(0+2) =61.1.3.3 管箱选择本次设计选择D型管箱，其结构型式见管箱零件图。10，1681.1.3.4 筒体的强度校核 8，122 式中 有效厚度, =-C， ； 名义厚度， ； 设计温度下圆筒的计算应力， ； C 厚度附加量，。=1331.0=133故校核其满足强度要求。因此，圆筒的最大工作压力为1.1.4 管箱法兰1.1.4.1 材料选择 管程设计压力为1.43MPa，温度为130，参考GB150-1998，故选20R。 13，6 1.1.4.2 法兰尺寸法兰

5、材料及其质量列表如下： JB/T 4703-2000公称直径DN，法兰，螺柱规格数量6007607156766666635020042211827M2424 表4-1乙型平焊法兰 13，39 公称直径DN，法兰质量，kg平面凸面凹面榫面槽面PN=2.5MPa600993102.299.8101.297.3 表4-2乙型平焊法兰质量 13，40 1.1.4.3 法兰型式 根据公称压力等级以及介质性质选择法兰型式为SO型。1.1.5 管箱法兰垫片 选择非金属垫片：垫片600-2.50，石棉橡胶板GB/T3985。 13，63 垫片结构图见装配图。 13，63JB/T4704-2000公称压力， 2

6、.5公称直径， 6006656153 表4-3垫片尺寸 13，64 1.1.6 管箱法兰螺柱螺母 对于2.5的螺柱应当选用40Cr，对应的螺母为35。JB/T4707-2000 本次选用等长双头螺柱。 13，6-7 图4-1等长双头螺柱结构图 13，81 JB/T4707-2000, 162024273036,405060657080,22.53445,56666,162024273036,极限偏差单件质量, 公称尺寸1000.1330.2081100.1470.2291200.1600.2501300.1730.2700.3901400.1870.2910.4201500.2000.3120

7、.4501600.2130.3330.4801700.2270.3450.5101800.2400.3740.5400.6950.8531900.2530.3950.5700.7330.9012000.4160.6000.7720.9483000.6250.9001.1601.422 表4-4等长双头螺柱的型式与尺寸 13，821.1.7 封头的设计 由于管程设计压力为1.43MPa，温度为130，故封头材料选为20R。1.1.7.1 封头的壁厚计算 式中 计算厚度, ; 计算压力, ; 焊接接头系数。 8，140 由表可知,故令=.(取=2在无特殊腐蚀情况下,对于碳素钢和低合金钢,不小于1)

8、 (GB6654压力容器用钢板和GB3531低温压力容器用低合金钢板规定压力容器专用钢板的厚度负偏差不大于0.25,因此使用该标准中钢板厚度超过5时如和等,可取=0)由钢材标准规格,取=8=-(+) (=+) =8-(0+2) =81.1.7.2 封头尺寸选择以内径为基准的椭圆形封头，代号为EHA，其尺寸和结构如下：公称直径总深度内表面积容积DNHAV6001750.43740.0353 JB4746-2002表4-5 EHA椭圆形封头内表面积，容积公称直径封头名义厚度 ，mmDN3456810121416182060010.113.517.020.427.534.641.849.256.76

9、4.271.9表4-6 EHA椭圆形封头质量 JB4746-2002 图4-2 EHA椭圆型封头结构 12，36-37-381.1.7.3 封头的强度校核 对于标准椭圆形封头，=1.0椭圆形封头的最大工作压力为 8，1401.1.8 液压试验压力试验除材料本身的缺陷外，容器在制造和使用中会产生各种缺陷。为考核缺陷对压力安全性的影响，压力容器制造完毕后或是定期检验时，都要进行压力试验。常温时，水的压缩系数比气体要小得多，且来源丰富，因而是常用的试验介质。本次设备压力试验采用水压试验。 8，192由于管程壳程压力不等，且管程压力大于壳程，故水压试验时先将壳程压力升高到与管程相等，再进行水压试验。（

10、1）水压试验对于内压容器 8，193 在小于20,100时的应力都为133. 8，399 =1.25=1.251.43=1.7875(2) 应力校核为使液压试验时容器材料处于弹性状态,在压力试验前必须校核试验时圆筒的薄膜应力 =90.183 =0.91.0245=220.5 6.4mm b=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= bDG y = 691014.1N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 641837.0 N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 6267.9mm2实

11、际使用螺栓总截面积 AbAb = = 10857.3mm2力 矩 计 算操FD = 0.785pc = 405700.5NLD= L A+ 0.51 = 44.5mmMD= FD LD = 18053674.0N.mm作FG = Fp = 169601.7NLG= 0.5 ( Db - DG ) = 33.9mmMG= FG LG = 5757110.5N.mmMpFT = F-FD = 66209.9NLT=0.5(LA + d1 + LG ) = 45.7mmMT= FT LT = 3027280.0N.mm外压: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 内压: Mp

12、 = MD+MG+MT Mp = 26838064.0N.mm预紧 MaW = 1010391.2NLG = 33.9mmMa=W LG = 34297612.0N.mm计算力矩 Mo= Mp 与Masft/sf中大者 Mo = 31409392.0N.mm螺 栓 间 距 校 核实际间距 = 93.6mm最小间距 56.0 (查GB150-98表9-3)mm最大间距 128.0mm 形 状 常 数 确 定97.98h/ho = 0.1 K = Do/DI = 1.267 1.6由K查表9-5得T=1.811Z =4.309Y =8.349U=9.175整体法兰查图9-3和图9-4FI=0.90

13、379VI=0.460290.00922松式法兰查图9-5和图9-6FL=0.00000VL=0.000000.00000查图9-7由 d1/do 得f = 2.15945整体法兰 = 499951.9松式法兰 = 0.00.3=f e+1 =1.46g = y/T = 0.811.61 = 1.06剪应力校核计 算 值许 用 值结 论预紧状态 20.08MPa校核合格操作状态 12.76MPa校核合格输入法兰厚度f = 50.0 mm时, 法兰应力校核应力性质计 算 值许 用 值结 论轴向应力 158.26MPa =182.7 或 =331.0( 按整体法兰设计的任 意 式法兰, 取 ) 校

14、核合格径向应力 32.00MPa = 121.8校核合格切向应力 36.93MPa = 121.8校核合格综合应力 = 97.59MPa = 121.8校核合格法兰校核结果校核合格1.2.6 开孔补强计算开孔补强计算计算单位接 管: 159, 1596计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.336MPa设计温度50壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型20R(正火)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n8mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t133MPa 接

15、管实际外伸长度105mm接管实际内伸长度0mm接管材料20(GB9948)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 0.75mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t137MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 0.758mm接管计算厚度t0.18 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr1开孔直径 d152.5mm补强区有效宽度 B305 mm接管有效外伸长度 h130.25mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A

16、 115.6mm2壳体多余金属面积 A1799.4 mm2接管多余金属面积 A2185.7mm2补强区内的焊缝面积 A336 mm2A1+A2+A3=1021 mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 补强满足要求,不需另加补强。1.2.7 延长部分兼作法兰固定式管延长部分兼作法兰固定式管板 设计单位 设 计 计 算 条 件 简 图设计压力 ps0.33MPa设计温度 Ts 50平均金属温度 ts0装配温度 to15壳材料名称20R(正火)设计温度下许用应力st133Mpa程平均金属温度下弹性模量 Es 1.93e+05Mpa平均金属温度下热膨

17、胀系数as1.076e-05mm/mm圆壳程圆筒内径 Di 600mm壳 程 圆 筒 名义厚 度 ds8mm壳 程 圆 筒 有效厚 度 dse6mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef1.916e+05MPa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 )1.142e+04mm2管设计压力pt1.43MPa箱设计温度Tt130圆材料名称20R(正火)筒设计温度下弹性模量 Eh1.92e+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)dh16mm管箱圆筒有效厚度dhe8mm管箱法兰设计温度下弹性模量 Et”1.898e+05MPa材料名称20(GB9948)换管子平均温度 tt0设计温度下管子材料许用应力 stt134MPa设计温度下管