8换热器强度校核碳酸氢铵e

1、过程强度计算书SW6-20111全 国 化 工设 计 技 术 中 心站固定管板换热器设计计算计算浙江师范大学白马非马团队设计计算条件壳程管程设计ps0.2MPa设计pt0.1MPa设计温度ts165C设计温度t t110C壳程圆筒内径Di635mm圆筒内径 Di635mm材料名称Q245R材料名称Q245R简图计 算 内 容壳程圆筒校核计算前端圆筒校核计算前端封头()校核计算后端圆筒校核计算后端封头()校核计算校核计算管板校核计算过程强度计算书SW6-20112全 国 化 工设 计 技 术 中 心站前端筒体计算计算浙江师范大学白马非马团队计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简

2、图计算Pc0.10MPa设计温度 t110.00° C内径 Di635.00mm材料Q245R( 板材 )试验温度应力 s148.00MPa设计温度应力 st145.60MPa试验温度下屈服点 ss245.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 f1.00厚度及重量计算计算厚度 Pc Did = 2s t f - Pc = 0.22mm有效厚度de =dn - C1- C2= 9.70mm名义厚度dn = 12.00mm重量111.05Kg试验时应力校核试验类型试验试验值PT = 1.25P s = 2.0000(或由用户输入)s tMPa试验通

3、过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = 220.50MPa试验下圆筒的应力sT = pT .(Di + d e ) = 66.462d e .fMPa校核条件sT£ sT校核结果合格及应力计算最大工作2d e s t fPw= ( Di +d e ) = 4.38132MPa设计温度下计算应力 Pc ( Di +d e )st =2d= 3.32eMPastf145.60MPa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 7.00mm,合格过程强度计算书SW6-20113全 国 化 工设 计 技 术 中 心站前端封头计算计算浙江师范大学

4、白马非马团队计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算Pc0.10MPa设计温度 t110.00° C内径 Di635.00mm曲面深度 hi230.00mm材料Q245R(板材)设计温度应力 st145.60MPa试验温度应力 s148.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 f1.00试验时应力校核试验类型试验试验值PT = 1.25Pc s = 2.0000(或由用户输入)s tMPa试验通过的应力stsT£ 0.90 ss = 220.50MPa试验下封头的应力sT = pT .(KDi + 0.5de

5、) = 54.182de.fMPa校核条件sT£ sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数K1 éæ D ö2 ù=ê2 + ç i ÷ ú = 0.65096 êç 2h ÷ úëèi ø û计算厚度 KPc Didh = 2s t f -0.5 Pc= 0.14mm有效厚度deh =dnh - C1- C2= 7.70mm最小厚度dmin = 3.00mm名义厚度dnh = 10.00mm结论满足最小厚度要求重量48.39K

6、g压 力 计 算最大工作2s t fd ePw= KDi +0.5d e = 5.37459MPa结论合格过程强度计算书SW6-20114全 国 化 工设 计 技 术 中 心站后端筒体计算计算浙江师范大学白马非马团队计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算Pc0.10MPa设计温度 t110.00° C内径 Di850.00mm材料Q245R( 板材 )试验温度应力 s148.00MPa设计温度应力 st145.60MPa试验温度下屈服点 ss245.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 f1.00厚度及重量计算计算厚度

7、Pc Did = 2s t f - Pc = 0.29mm有效厚度de =dn - C1- C2= 7.70mm名义厚度dn = 10.00mm重量190.87Kg试验时应力校核试验类型试验试验值PT = 1.25P s = 2.0000(或由用户输入)s tMPa试验通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = 220.50MPa试验下圆筒的应力sT = pT .(Di + d e ) = 111.392d e .fMPa校核条件sT£ sT校核结果合格及应力计算最大工作2d e s t fPw= ( Di +d e ) = 2.61425MPa设计温度下计算应力 Pc

8、 ( Di +d e )st =2d= 5.57eMPastf145.60MPa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 9.00mm,合格过程强度计算书SW6-20115全 国 化 工设 计 技 术 中 心站后端封头计算计算浙江师范大学白马非马团队计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算Pc0.10MPa设计温度 t110.00° C内径 Di850.00mm曲面深度 hi209.00mm材料Q245R(板材)设计温度应力 st145.60MPa试验温度应力 s148.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C2

9、2.00mm焊接接头系数 f1.00试验时应力校核试验类型试验试验值PT = 1.25Pc s = 2.0000(或由用户输入)s tMPa试验通过的应力stsT£ 0.90 ss = 220.50MPa试验下封头的应力sT = pT .(KDi + 0.5de ) = 113.382de.fMPa校核条件sT£ sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数K1 éæ D ö2 ù=ê2 + ç i ÷ ú = 1.02256 êç 2h ÷ úë&#

10、232;i ø û计算厚度 KPc Didh = 2s t f -0.5 Pc= 0.30mm有效厚度deh =dnh - C1- C2= 7.70mm最小厚度dmin = 3.00mm名义厚度dnh = 10.00mm结论满足最小厚度要求重量71.26Kg压 力 计 算最大工作2s t fd ePw= KDi +0.5d e = 2.56847MPa结论合格过程强度计算书SW6-20116全 国 化 工设 计 技 术 中 心站壳程圆筒计算计算浙江师范大学白马非马团队计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算Pc0.20MPa设计温度 t165.00&#

11、176; C内径 Di635.00mm材料Q245R( 板材 )试验温度应力 s148.00MPa设计温度应力 st137.30MPa试验温度下屈服点 ss245.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 f1.00厚度及重量计算计算厚度 Pc Did = 2s t f - Pc = 0.46mm有效厚度de =dn - C1- C2= 7.70mm名义厚度dn = 10.00mm重量549.40Kg试验时应力校核试验类型试验试验值PT = 1.25P s = 1.0000(或由用户输入)s tMPa试验通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss

12、= 220.50MPa试验下圆筒的应力sT = pT .(Di + d e ) = 41.732d e .fMPa校核条件sT£ sT校核结果合格及应力计算最大工作2d e s t fPw= ( Di +d e ) = 3.28990MPa设计温度下计算应力 Pc ( Di +d e )st =2d= 8.35eMPastf137.30MPa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 7.00mm,合格过程强度计算书SW6-2011注：7全 国 化 工设 计 技 术 中 心站延长部固定式管板设计浙江师范大学白马非马团队设 计 计 算 条 件简图壳程圆

13、筒设计ps0.2MPa设计温度Ts165C平均金属温度 ts135.1C装配温度to15C材料名称Q245R设计温度下应力st137.3Mpa平均金属温度下弹性模量 Es1.949e+05Mpa平均金属温度下热膨胀系数as1.178e-05mm/mm C壳程圆筒内径 Di635mm壳程圆筒名义厚度 ds10mm壳程圆筒有效厚度 dse7.7mm壳体设计温度下弹性模量 Ef1.931e+05MPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di23.167e+05mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )1.555e+04mm2管箱圆筒设计pt0.1MPa设计温度 Tt110C材

14、料名称Q245R设计温度下弹性模量 Eh1.954e+05MPa圆筒名义厚度(为取颈部大小端平均值)dh15mm圆筒有效厚度dhe13mm”设计温度下弹性模量 Et1.954e+05MPa换热管材料名称20(GB9948)管子平均温度 tt67.25C设计温度下管子材料应力 stt137.3MPa设计温度下管子材料屈服应力sst205.8MPat设计温度下管子材料弹性模量 Et1.931e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量 Et1.986e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数at1.126e-05mm/mm C管子外径 d19mm管子壁厚dt2mm过程强度计算书SW6-2011

15、8全 国 化 工设 计 技 术 中 心站换热管管子根数 n539换热管中心距 S25mm一根管子金属横截面积 a = pdt (d - dt )106.8mm2换热管长度 L1270mm管子有效长度(两管板内侧间距) L11174mm管束模数 Kt = Et na/LDi1.534e+04MPa管子回转半径 i = 0.25 d 2 + (d - 2d ) 2t6.052mm管子受压失稳当量长度 lcr400mm系数 Cr =p 2Et /s tts136.1比值 lcr /i66.1管子压应力 (l)p 2 ECr <= crs =t icr2(li)2crMPa管子压应力( C &g

16、t; lcr )s t éli ùris cr = s ê1- crú2 ë2Cr û77.91MPa管板材料名称Q345R设计温度 tp165C设计温度下应力s tr169.1MPa设计温度下弹性模量 Ep1.931e+05MPa管板腐蚀裕量 C24mm管板输入厚度dn48mm管板计算厚度 d37.7mm隔板槽面积 (拉杆和假管区面积)Ad0mm2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 2 = 1.318 Di E na / E LdhK =dtp6.372管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接(焊接)高

17、度 l3mm胀接拉脱应力 qMPa焊接拉脱应力 q68.65MPa过程强度计算书SW6-20119全 国 化 工设 计 技 术 中 心站管箱法兰材料名称20MnMo厚度 d "f80mm外径 Df1000mm基本矩 M m1.225e+07N×mm管程操作工况下M p1.736e+06N×mm宽度 bf = (Df - Di ) / 2182.5mm比值dh / Di0.02047比值d " / Dfi0.126系数 C" (按dh/Di ,d”f /Di , 查<<GB151-1999>>图 25)0.00系数w”(按

18、dh/Di ,d”f /Di ,查<<GB151-1999>>图 26)0.0037212E "b æ 2d " ö3旋转刚度 K " =f f ç f ÷ + E w " f12 Di + bf ç Di ÷hèø176.9MPa壳体法兰材料名称Q345R壳体厚度d ' f40mm外径 Df1000mm宽度 bf = (Df - Di )/ 2182.5mm比值 ds / Di0.01213比值d ' / Dfi0.06299系数 C

19、 ' , 按dh/Di ,d”f /Di , 查<<GB151-1999>>图 250.00系数v '按d /D ,d”/D , 查<<GB151-1999>>图 26,hifi0.00066773旋转刚度1 2E ' b æ 2d ' öK ' =f f çf ÷ + E w'f12 Di + bf ç Di ÷sèø25.21MPa外径与内径之比 K = Df Di1.575壳体应力系数 Y (按 K 查<&l

20、t;GB1502011>>表 7-9)4.45旋转刚度无量纲参数 p K fK f = 4 Kt0.001291膨胀节总体轴向刚度 p 2 Et 2(l i)2 c0N/mm过程强度计算书SW6-201110全 国 化 工设 计 技 术 中 心站系数计算管板第一弯矩系数(按 K , Kf 查<<GB151-1999>>图 27) m10.2207系数 y = m1 K K f27.36系数(按 Kt Kf 查<<GB15198>>图 29) G24.01换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 Q = Et naEs As3.774换热管束与

21、带膨胀节壳体刚度之比 Q = Et na(Es As + Kex L)exEs As Kex L管板第二弯矩系数(按 K,Q 或Qex 查<<GB151-1999>>图 28(a)或(b) m22.653系数（带膨胀节时Q 代替 Q） M =m1ex12K(Q + G )20.002269系数 (按 K,Q 或 Qex30) G30.003793矩折减系数 x = K f (K f + G3 )0.2539管板边缘力矩变化系数 D 1M = x + KK "ff2.523矩变化系数 D = D KK "M fMff0.3596管板参数管板开孔后面积

22、Al = A - 0.25 npd21.639e+05mm2管板布管区面积(三角形布管)A = 0.866nS 2 + Atd(正方形布管 )A = nS 2 + Atd2.917e+05mm2管板布管区当量直径 Dt = 4At / p609.5mm系数计算系数 l = Al / A0.5174系数 b = na / Al0.3513系数 ås = 0.4 + 0.6 ´ (1+ Q) / l5.936系数(带膨胀节时 Qex 代替 Q) åt = 0.4(1+ b ) + (0.6 + Q)/ l8.994管板布管区当量直径与壳体内径之比 rt = Dt /

23、Di0.9598管板周边不布管区无量纲宽度 k = K(1-rt)0.2562过程强度计算书SW6-201111全 国 化 工设 计 技 术 中 心站仅有壳程Ps 作用下的组合工况 (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 (t t -t 0 )- as (t s -t 0 )0.0-0.0008265当量组合 Pc = Ps0.20.2MPa有效组合 Pa = ås Ps + b gEt1.187-56.49MPa基本矩系数4 Mm M m = lpD3 Pi a0.09917-0.002084管板边缘力矩系数 M = M m + (D M )

24、M10.10490.003639管板边缘剪力系数 n = y M2.870.09956管板总弯矩系数 m = m1 + m2n1 + n2.0240.4409系数 G1e 仅用于 m > 0时G1e = 3mm K0.38870.08467系数 G1i当 m > 0时,按 K 和 m31(a)实线当 m < 0时,按 K 和 m31（b）0.88670.1285系数 G1m > 0 , G1 = max(G1e ,G1i ) ,m < 0 , G = G11i0.88670.1167管板径向应力系数带膨胀节 Q 为 Q exs r = 1 (1 + n)G14 Q

25、 + G20.11020.004121管板布管区周边处径向应力系数s ' = 3 m(1 + n )r4 K(Q + G2 )0.12080.007475管板布管区周边处剪切应力系数t p = 1 1 + n 4 Q + G20.12430.03531壳体矩系数 M ws = x Mm - (DM f ) M10.02436-0.001345计算值值计算值值l æ D ö 2管板径向应力 s = s r Pç i ÷ra m è d ø48.021.5 s tr253.785.443 s tr507.3MPa管板布管区周边处径

26、向应力2s ' = Pa l ' æ Di ö ékk 2ùrm s r çè d ÷ø ê1 - m + 2m ( 2 - m)úëû45.451.5 s tr253.7-76.163 s tr507.3MPa管板布管区周边剪切应力t = Pa l Dt pm t p d3.0860.5 s tr84.55-41.721.5 s tr253.7MPa过程强度计算书SW6-201112全 国 化 工设 计 技 术 中 心站壳体应力 s ' = p Y

27、P l( Di )2f4M ws ad 'f13.181.5 s tr253.734.623 s tr507.3MPa换热管轴向应力1 éG2 - Qnùst = b ê Pc - Q + GPa úë2û3.531s tt137.3s cr77.9175.633 s tt411.9s cr77.91MPa壳程圆筒轴向应力 s = Al(1 + n) PcA (Q + G ) a s26.222f s tc137.3-84.113f s tc411.9MPa换热管与管板连接拉脱应力 q = s t adlp2.106q 68.

28、6545.113q焊接q胀接206MPa仅有管程Pt 作用下的组合工况 (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g = at (t t -t 0 )- as (t s -t 0 )0.0-0.0008265当量组合Pc = -Pt (1+ b )-0.1351-0.1351MPa有效组合 Pa = -åt Pt + bgEt-0.8994-58.58MPa操作情况下矩系数 4 M pM p = p l D3 Pi a-0.01855-0.0002848管板边缘力矩系数M = M p-0.01855-0.0002848管板边缘剪力系数 n = y M-0.50

29、75-0.007792管板总弯矩系数 m = m1 + m2n1 + n-2.2850.2016系数 G1e 仅用于 m > 0时G1e = 3mm K0.43890.03871系数 G1i当 m > 0时,按 K 和 m31（a）实线当 m < 0时,按 K 和 m 查 31（b)1.2290.1732系数G1m >0, G1 = max (G1e , G1i ) ;m <0 , G1 = G1i1.2290.1722管板径向应力系数带膨胀节 Q 为 Q ex1 (1 + n)Gs r =14 Q + G20.019440.005488过程强度计算书SW6-20

30、1113全 国 化 工设 计 技 术 中 心站管板布管区周边处径向应力系数s ' = 3 m(1 + n )r4 K(Q + G2 )-0.017350.003084管板布管区周边处剪切应力系数t = 1 1 + n p 4 Q + G20.015820.03187壳体矩系数M ws = x M p - M1-0.006978-0.002341计算值值计算值值管板径向应力l æ D ö 2s = s r P m çè di ÷øra6.4161.5 s tr253.71183 s tr507.3MPa管板布管区周边处径向应力P

31、 l ' æ D ö 2 é k k 2ùs ' = a s r çè i ÷ø ê1- +( 2 - m)úrmdêë m 2múû6.0671.5m m1 + m2n1+n253.74.8613 s tr507.3MPa管板布管区周边剪切应力t = Pal Dt pm t p d-0.29750.5 s tr84.55-39.041.5 s tr253.7MPa壳体应力s ' = p Y P l( Di ) 2f4M ws ad

32、 'f2.861.5 s tr253.762.53 s tr507.3MPa换热管轴向应力1 éG2 - Qnùst = b ê Pc - Q + GPa úë2û1.564s tt137.3s cr77.9186.133 s tt411.9s cr77.91MPa壳程圆筒轴向应力 s = A P + l(1 + n) P cAt(Q + G ) a s21.437f s tc137.3-76.663f s tc411.9MPa换热管与管板连接拉脱应力 q = s t adlp0.9329q 68.6551.383q焊接q胀接

33、206MPa计算结果管板名义厚度dn48mm管板校核通过过程强度计算书SW6-201114全 国 化 工设 计 技 术 中 心站换热管内压计算计算浙江师范大学白马非马团队计算条件换热管简图计算Pc0.10MPa设计温度 t165.00° C内径 Di15.00mm材料20(GB9948)( 管材 )试验温度应力 s152.00MPa设计温度应力 st137.30MPamm钢板负偏差 C10.00腐蚀裕量 C20.00mm焊接接头系数 f1.00厚度及重量计算计算厚度 Pc Did = 2s t f - Pc = 0.01mm有效厚度de =dn - C1- C2= 2.00mm名义厚

34、度dn = 2.00mm重量1.06Kg及应力计算最大工作2d e s t fPw= ( Di +d e ) = 32.30588MPa设计温度下计算应力 Pc ( Di +d e )st =2d= 0.43eMPastf137.30MPa校核条件stf st结论换热管内压计算合格过程强度计算书SW6-201115全 国 化 工设 计 技 术 中 心站换热管外压计算计算浙江师范大学白马非马团队计算条件换热管简图计算Pc-0.20MPa设计温度 t165.00° C内径 Di15.00mm材料名称20(GB9948)(管材)试验温度应力 s152.00MPa设计温度应力 st137.3

35、0MPa钢板负偏差 C10.00mm腐蚀裕量 C20.00mm焊接接头系数 f1.00厚度及重量计算计算厚度d = 0.14mm有效厚度de =dn - C1- C2= 2.00mm名义厚度dn = 2.00mm外压计算长度 LL= 1270.00mm外径 DoDo= Di+2dn = 19.00mmL/Do3.85Do/de9.50A 值A= 0.0138925B 值B= 158.54重量1.06kg计算结论P= B = 27.63962Do /d eMPa换热管外压计算合格过程强度计算书SW6-201116全 国 化 工设 计 技 术 中 心站计算计算浙江师范大学白马非马团队设 计 条 件

36、简图设计p0.100MPa计算pc0.100MPa设计温度 t110.0° C轴向外载荷 F0.0N外力矩 M0.0N.mm壳体材料名称Q245R应力 stn145.6MPa法兰材料名称20MnMo应力sf196.0MPastf196.0MPa螺栓材料名称40Cr应力sb196.0MPastb193.5MPa公称直径 d B20.0mm螺栓根径 d 117.3mm数量 n56个垫片结构mmDi800.0Do1000.0Db880.0D 外780.0D 内740.0010.0Le60.0LA20.0h19.0120.0材料类型软垫片N20.0m2.00y(MPa)11.0压紧面形状1a

37、,1bb8.00DG764.0b06.4mmb= b0b0 > 6.4mmb=2.53 b0b06.4mmDG= ( D 外+D 内 )/2b0 > 6.4mmDG= 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 = 211229.9N操作状态下需要的最小螺栓载荷 WpWp = Fp + F = 53524.3N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 1077.7mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = n p d 2 = 13154.34 1mm2力 矩 计 算操作MpFD = 0.785 D2 pci= 50240.0NLD= L A+ 0.51= 30.0mmMD= FD LD= 1507200.0N.mmFG =