固定管板换热器计算书

1、软件批准号：CSBTS/TC40/SC5-D01-1999DATA SHEET OF PROCESSEQUIPMENT DESIGN工程名:PROJECT设备位号：ITEM设备名称：原料气压缩机一级冷却器EQUIPMENT图 号：FXLSZ-02-00DWG NO。设计单位：抚顺新纪元炼化设备有限公司DESIGNER设计Designed by刘治海日期Date2015.3.25校 核Checked by刘治海日期Date2015.3.25审 核Verified by日期Date审定Approved by日期Date固定管板换热器设计计算计算单位抚顺新纪元炼化设备有限公司设计计算条件壳程管程设计

2、压力p80.5MPa设计压力p t1.8MPa设计温度r850。C设计温度rt150。C壳程!筒内径D :450mm管箱圆筒内径D：450mmi材料名称Q345Ri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计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算压力P1.80MPaIHc设计温度t150.00。C内径D450.00mmi 材料Q345R（板材）试验温度许用应力rd189.00MPa设计温度许用应力it189

3、.00MPa试验温度下屈服点b345.00MPas钢板负偏差C0.30mm1腐蚀裕量C2mm2焊接接头系数。0.85厚度及重量计算计算厚度8 2b； J_ P = 2-54mm有效厚度8 =8 - C- C= 9.7mm名义厚度en128 = 12.00mm重量n123.05Kg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弋=2.2500（或由用户输入）MPa压力试验允许通过 的应力水平司，回户 0.90 bs = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力bT= .（?+8 e）= 71.39MPa校核条件t校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力PJ二次岩=5.9564

4、9 i eMPa设计温度下计算应力P （D. +8 ）6 =28= 48.55eMPa刨160.65MPa校核条件btJ N6结论筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度8.20mm,合 格前端管箱封头计算计算单位计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力P1.80MPa设计温度t150.000 C内径D i450.00mm曲面深度h i112.50mm材料Q345R（板材）设计温度许用应力t189.00MPa试验温度许用应力司189.00MPa钢板负偏差C 10.30mm腐蚀裕量C 22mm焊接接头系数。1.00压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压

5、力值P = 1.25P= 2.2500MPa压力试验允许通过的应 力BTC回户 0.90 也=310.50MPat试验压力下封头的应力b = (D +8 ) = 78.45 T 48 MPa校核条件eb校核结果合合格压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值P = 1.25P= 2.2500MPa压力试验允许通过的应 力BTC回TV 0.90 bs = 310.50MPat试验压力下封头的应力b = p .(KD + 0.58 ) = 78.45 T T 28 eMPa校核条件eb bl校核结果繇厚度及重量计算形状系数K = 16 2+D T = 1.0000 iM J计算厚度KPD8h

6、 = 2b t 0.5P = 2.】5 cmm有效厚度8- =8一 - C- C2= 7.7mm最小厚度8 = 3.00mm名义厚度8 = 10.00mm结论满足最小厚度要求重量20.42Kg压力计算最大允许工作压力2 b t。8PJ= KD . + 0.5号=5.42085MPa结论合格后端管箱筒体计算计算单位计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算压力P1.80MPaIHc设计温度t150.00。C内径D450.00mmi 材料Q345R（板材）试验温度许用应力rd189.00MPa设计温度许用应力it189.00MPa试验温度下屈服点b345.00MPas钢板负偏差

7、C0.30mm1腐蚀裕量C2mm2焊接接头系数。0.85厚度及重量计算计算厚度8 2b； J_ P = 2-54mm有效厚度8 =8 - C- C= 9.7mm名义厚度en128 = 12.00mm重量n136.72Kg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弋=2.2500（或由用户输入）MPa压力试验允许通过 的应力水平司，回户 0.90 bs = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力bT= .（?+8 e）= 71.39MPa校核条件t校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力PJ二次岩=5.95649 i eMPa设计温度下计算应力P （D. +8 ）6 =

8、28= 48.55eMPa刨160.65MPa校核条件btJ N6结论筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度8.20mm,合 格后端管箱封头计算计算单位计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力P1.80MPa设计温度t150.000 C内径D i450.00mm曲面深度h i112.50mm材料Q345R（板材）设计温度许用应力t189.00MPa试验温度许用应力司189.00MPa钢板负偏差C 10.30mm腐蚀裕量C 22mm焊接接头系数。1.00压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值P = 1.25P= 2.2500MPa压力试验允许通过

9、的应 力BTC回户 0.90 也=310.50MPat试验压力下封头的应力b = (D +8 ) = 78.45 T 48 MPa校核条件eb校核结果合合格压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值P = 1.25P= 2.2500MPa压力试验允许通过的应 力BTC回TV 0.90 bs = 310.50MPat试验压力下封头的应力b = p .(KD + 0.58 ) = 78.45 T T 28 eMPa校核条件eb bl校核结果繇厚度及重量计算形状系数K = 16 2+ - D = 1.0000iJ计算厚度KPD8h = 2b t 0.5P = 2.】5 cmm有效厚度8 =8

10、h - CC2= 7.7mm最小厚度8 = 3.00mm名义厚度8 = 10.00mm结论满足最小厚度要求重量20.42Kg压力计算最大允许工作压力2 b t。8PJ= KD . + 0.5号=5.42085MPa结论合格壳程圆筒计算计算单位计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算压力P0.50MPaIHc设计温度t50.00。C内径D450.00mmi 材料Q345R（板材）试验温度许用应力rd189.00MPa设计温度许用应力it189.00MPa试验温度下屈服点b345.00MPas钢板负偏差C0.30mmT腐蚀裕量C2mm2焊接接头系数。0.85厚度及重量计算计算

11、厚度a = 2b； J_ p =0.7。mm有效厚度8 =a - C- C= 9.7mm名义厚度en128 = 12.00mm重量682.23Kg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弋=2.2500（或由用户输入）MPa压力试验允许通过 的应力水平司，回户 0.90 bs = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力bT= .（?+8 e）= 71.39MPa校核条件t校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力PJ二次岩=5.95649 i eMPa设计温度下计算应力P （D. +8 ）6 =28= 13.49eMPa刨160.65MPa校核条件btJ N6结论筒体

12、名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度8.20mm,合 格开孔补强计算计算单位接管：a、b .1壳体开孔处名义厚度01n2mmNX -X壳体厚度负偏差C0).3mmA1壳体腐蚀裕量C22mm壳体材料许用应力o t189MPa接管实际外伸长度150mm接管实际内伸长度0mm接管材料名称及类型20(GB8163) 管材接管焊接接头系数1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C 1t0.75mm补强圈厚度负偏差C 1rmm接管材料许用应力o t140MPa补强圈许用应力btMPa开孔补强计算壳体计算厚度02.153mm接

13、管计算厚度0 .0.951mm补强圈强度削弱系数f0接管材料强度削弱系数f0.741rr开孔直径d154.9mmr补强区有效宽度B309.8mm接管有效外伸长度h30.49mm接管有效内伸长度h20mm开孔削弱所需的补强面积A335.8mm2壳体多余金属面积A976.4mm2接管多余金属面积A49.63mm2补强区内的焊缝面积A36mm2A+A+A=1062 mm2 ,大于入，不需另加木雁。123补强圈面积Amm2A-(A +A +A)mm24123结论：补强满足要求，不需另加补强。换热管内压计算计算单位计算条件换热管简图计算压力P1.80MPaaic设计温度t150.00。C内径D15.00

14、mmi材料S32168(管材)试验温度许用应力2116.00MPa设计温度许用应力Qt116.00MPa mm钢板负偏差C0.251腐蚀裕量C0.00mm2焊接接头系数。1.00厚度及重量计算计算厚度5 - 2打 -Pc = 0.12mm有效厚度8 =5 - C - C= 1.75mm名义厚度en128 = 2.00mm重量n4.19Kg压力及应力计算最大允许工作压力PJ= ST = 24.23881ie ,MPa设计温度下计算应力P (D. +5 )6 = c 25 e = 8.61eMPa削116.00MPa校核条件时巳6结论换热管内压计算合格换热管外压计算计算单位计算条件换热管简图计算压

15、力P-0.50MPa1 p-p-i!r1bnDi -1ii设计温度t内径D i150.0015.00。Cmm材料名称S32168（管材）试验温度许用应力司116.00MPa设计温度许用应力t116.00MPa钢板负偏差C 10.25mm腐蚀裕量C 20.00mm焊接接头系数。1.00厚度及重量计算计算厚度5 = 0.19mm有效厚度a =5 - C- C2= 1.75mm名义厚度5 = 2.00mm外压计算长度LL= 5002.00mm外径DD= D+25 = 19.00mmL/D4.12D10.86A值A= 0.0104200B值B= 121.23重量4.19kg压力计算许用外压力P = =

16、 17.54592 D /5MPa结论oe换热管外压计算合格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壳程圆筒设计压力ps0.5MPa设计温度Ts50C平均金属温度t s40。C装配温度to15 C材料名称Q345R设计温度下许用应力巧189Mpa平均金属温度下弹性模量Es2e+05Mpa平均金属温度下热膨胀系数以 s1.105e- 05mm/mm C壳程圆筒内径Di450mm壳程圆筒名义厚度812mm壳程圆筒有效厚度8se9.7mm壳体法兰设计温度下弹性模量E：1.995e+05MPaJ壳程圆筒内直径横截面积A=0.25兀D21.59e+05mm2壳程圆筒金属横截面积A=8s(Di+

17、8s)1.224e+04mm2管箱圆筒设计压力1.8MPa设计温度150 C材料名称Q345R设计温度下弹性模量Eh2.01e+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)8h12mm管箱圆筒有效厚度8he9.7mm管箱法兰设计温度下弹性模量E”1.94e+05MPa换热管材料名称S32168管子平均温度tt140 C设计温度下管子材料许用应力5tt116MPa设计温度下管子材料屈服应力。 s156MPa设计温度下管子材料弹性模量Et t1.86e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量Et1.866e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数以 t1.702e-05

18、mm/mm C管子外径d19mm管子壁厚2mm注：换热管管子根数n221换热管中心距S25mm一根管子金属横截面积a -兀Q （d _Q）106.8mm2换热管长度L5002mm管子有效长度（两管板内侧间距）L14912mm管束模数Kt = Etna/LDi1993MPa管子回转半径i - 0.25遍2 + (d - 25 )2 16.052mm管子受压失稳当量长度l cr450mm系数Cr F2Et /bt153.4比值lcr /i74.36管子稳定许用压应力（ 、）b =半ricr 21 - lcr1L2C59.1MPa管板材料名称16Mn设计温度t p150OC设计温度下许用应力bt r

19、167MPa设计温度下弹性模量E1.94e+05MPa管板腐蚀裕量C26.4mm管板输入厚度5n45mm管板计算厚度538.6mm隔板槽面积（包括拉杆和假管区面积）Ad0mm2管板强度削弱系数门0.4管板刚度削弱系数口0.4管子加强系数K2 - 1318号虹na / E L5门K =2.9管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接（焊接）高度l3mm胀接许用拉脱应力物MPa焊接许用拉脱应力物58MPa管箱法兰材料名称16Mn管箱法兰厚度5 ；43mm法兰外径Df590mm基本法兰力矩M2.291e+07N-mmm管程压力操作工况下法兰力M1.685e+07N-mmP法兰宽度bf = (Df - D；

20、)/2比值5 / D比值5； / D系数 C(按5JD. ,5”D.,查 图25)系数”(按5 /D,57D，查 图 26) h700.018890.095560.000.002470.58mmMPa旋转刚度K = -1r2Efbf f12D. +b芸3+ F & h11X1/壳体法兰材料名称16Mn壳体法兰厚度5 f32mm法兰外径D f590mm法兰宽度bf = (Df D.)/270mm比值5 / D0.01889比值5 /D f10.07111系数 C,按 5,/D.,5”/D.,查 图250.00h 1 J1系数 a ,按5JD. ,57D1,查 图260.001867旋转刚度K =

21、 2Efbf 广 12 D1 + bf1苛1 + 守44MPa法兰外径与内径之比K = D /D f11.311壳体法兰应力系数Y （按K查表9-5）7.317旋转刚度无量纲参数 _n与 K Jf 4 K0.01734t膨胀节总体轴向刚度0N/mm2(7 *cr管板第一弯矩系数(按K , K查图27) m f10.2441系系数w=% KK4.877f系数(按 K K 查 图 29) G。 t f21.808换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 Q = Ena E A1.799数s s换热管束与带膨胀节壳体刚度之比Q = E严(Es As+ K ex L)s 气ex L管板第二弯矩系数(按K,Q或

22、Q查图28(a)或(b) m22.839系数(带膨胀节时Q四代替Q) m 1 = 2kQ G )0.01172计系数(按K,Q或Q林查图30) G30.03439法兰力矩折减系数& = Kf/(Kf + G3)0.3352管板边缘力矩变化系数 M=1&+ K /K - ff1.043算法兰力矩变化系数 m = M K / K ”0.6503管fff管板开孔后面积A, = A - 0.25 nnd29.638e+04mm2板参管板布管区面枳(三角形布管) A = 0.866 nS 2 + Ad(正方形布管)A1 = nS 2 + A1.196e+05mm2数1d管板布管区当量直径D =”4A /

23、兀390.3mm系数 X = A/A0.606系系数 P = na / A10.2449数系数 Z = 0.4 + 0.6 X (1 + Q)/ X s3.171计系数(带膨胀节时Qex代替Q) 乙=0.4(1 + p) + (0.6 + Q)/X4.456算管板布管区当量直径与壳体内径之比P =D /D0.867211i管板周边不布管区无量纲宽度k = K(1-p)0.3849仅有壳程压力P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Y = a , (t ,-t 0)-a (t s -t 0)0.00.001851当量压力组合P = P0.50.5M

24、Pa有效压力组合Pa=zsPs + 7e1.58686.17MPa基本法兰力矩系数M 一旦J m人兀D 3 P0.33310.006129i a管板边缘力矩系数M = Mm +( M )M 10.34530.01836管板边缘剪力系数v=w M1.6840.08953管板总弯矩系数m = mi + m2V1 + V1.8720.4573系数G1e仅用于m 0时G1 = 3m K0.77820.1901系数G1i当m 0时，按K和m查图31(a)实线当 m 0 , g = maxG/G,),m 时=3：K 11e0.23210.1275系数11当m 0时，按K和m查图31（a）实线当 m 0,

25、= max ,)； m 6.4mmb= bb=2.53 y，qbW6.4mm以=(D/D )/2b0 6.4mm“= D外-2b预紧状态下需要的最小螺栓载荷Wa操作状态下需要的最小螺栓载荷W p所需螺栓总截面积Am实际使用螺栓总截面积Ab螺栓受力计算Wa= n bDG y = 759597.8W, = F + F = 457894.8A = max (Ap ,Aa) = 3617.1mm2mm2力矩计算操作MpF = 0.785 D 2 pD = 286132.5CNL= L + 0.55D = 39.01mmM= F LD =D11)159168.0N.mmF = FG = 118833.4NLg= 0.5 ( Db - Dg ) & = 30.2 b mmM= F LG =(383529.8N.mmF = F-FT= 52697.1NL=0.5(L + 5 + L ) =40.11 GmmMt= FtLt=2111993.0N.mm外压：M = F (L - L )+F(L-L )：内压：M = M+M+MM = 16854690.0N.mm预紧MpDDW = 873086.0GTNT GpD (Lg= 30.2TmmpMa=W L( = 26