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1、固定管板换热器设计计算计算单位太原理工大学设 计 计 算 条 件 壳 程管 程设计压力 2MPa设计压力 2MPa设计温度 250设计温度 400壳程圆筒内径Di1400 mm管箱圆筒内径Di1400mm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)校核计算膨胀节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太原理工大学计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 2.00MPa设计温度 t 400.00 C内径 Di
2、1400.00mm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 125.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 11.29mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 13.70mm名义厚度 dn = 16.00mm重量 558.71Kg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 = 2.4925 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 310.5
3、0MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 128.60 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= = 2.42272MPa设计温度下计算应力 st = = 103.19MPastf 125.00MPa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11.00mm,合格前端管箱封头计算计算单位 太原理工大学计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 2.00MPa设计温度 t 400.00 C内径 Di 1400.00mm曲面深度 hi 375.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力
4、 st 125.00MPa试验温度许用应力 s 189.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 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 PT = 1.25Pc= 2.4925 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 117.03MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 0.9141计算厚度 dh = = 10.28mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 13.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名
5、义厚度 dnh = 16.00mm结论 满足最小厚度要求重量 288.50 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 2.66215MPa结论 合格后端管箱筒体计算计算单位太原理工大学计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 2.00MPa设计温度 t 400.00 C内径 Di 1400.00mm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 125.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度
6、 d = = 11.29mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 13.70mm名义厚度 dn = 16.00mm重量 558.71Kg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 = 2.4925 (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 = = 128.60 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= = 2.42272MPa设计温度下计算应力 st = = 103.19MPastf 125.00MPa校核条件stf st结论 筒体名义厚度
7、大于或等于GB151中规定的最小厚度11.00mm,合格后端管箱封头计算计算单位 太原理工大学计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 2.00MPa设计温度 t 400.00 C内径 Di 1400.00mm曲面深度 hi 375.00mm材料 Q345R (板材)设计温度许用应力 st 125.00MPa试验温度许用应力 s 189.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 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 PT = 1.25Pc= 2.4925 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过
8、的应力stsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下封头的应力sT = = 117.03MPa校核条件sT sT校核结果合格厚度及重量计算形状系数 K = = 0.9141计算厚度 dh = = 10.28mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 13.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名义厚度 dnh = 16.00mm结论 满足最小厚度要求重量 288.50 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 2.66215MPa结论 合格壳程圆筒计算计算单位太原理工大学计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 Pc 2.00MPa设
9、计温度 t 250.00 C内径 Di 1400.00mm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 167.00MPa试验温度下屈服点 ss 345.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 8.43mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 13.70mm名义厚度 dn = 16.00mm重量 5028.43Kg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 = 2.8293 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平
10、sTsT 0.90 ss = 310.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 145.98 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= = 3.23675MPa设计温度下计算应力 st = = 103.19MPastf 167.00MPa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11.00mm,合格开孔补强计算计算单位太原理工大学接 管: N1, 2196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 pc2MPa设计温度250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
11、焊接接头系数1壳体内直径 Di1400mm壳体开孔处名义厚度n16mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t167MPa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 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 16Mn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 Q345R凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 mm补强圈外径 400mm补强圈厚度 6mm接管厚度负偏差 C1t 0.6mm补强圈厚度负偏差 C1r 0.3mm接管材料许用应力t 153MPa补强圈许用应
12、力t 167MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 212.2mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 8.4337mm接管计算厚度t 1.3618 mm补强圈强度削弱系数 frr 1接管材料强度削弱系数 fr 0.9162开孔补强计算直径 d 212.2mm补强区有效宽度 B 424.4 mm接管有效外伸长度 h1 35.682mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 1794mm2壳体多余金属面积 A1 1114 mm2接管多余金属面积 A2 133mm2补强区内的焊缝面积 A3 24 mm2A1+A2+A3= 1272mm2 ，小于A，需另加补强。补强圈面积 A
13、41032mm2A-(A1+A2+A3)523mm2结论: 合格开孔补强计算计算单位太原理工大学接 管: N2, 2738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 pc2MPa设计温度400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 Di1400mm壳体开孔处名义厚度n16mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t125MPa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 250mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管
14、材料 16Mn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 Q345R凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离 mm补强圈外径 470mm补强圈厚度 14mm接管厚度负偏差 C1t 0.8mm补强圈厚度负偏差 C1r 0.3mm接管材料许用应力t 123MPa补强圈许用应力t 125MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径 262.6mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 11.29mm接管计算厚度t 2.1066 mm补强圈强度削弱系数 frr 1接管材料强度削弱系数 fr 0.984开孔补强计算直径 d 262.6mm补强区有效宽度 B 525.2 mm接管有效外
15、伸长度 h1 45.834mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 2967mm2壳体多余金属面积 A1 632 mm2接管多余金属面积 A2 279mm2补强区内的焊缝面积 A3 32 mm2A1+A2+A3= 943mm2 ，小于A，需另加补强。补强圈面积 A42699mm2A-(A1+A2+A3)2023mm2结论: 合格开孔补强计算计算单位太原理工大学接 管: N3, 253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 pc2MPa设计温度250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
16、Di1400mm壳体开孔处名义厚度n16mm壳体厚度负偏差 C10.3mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t167MPa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 200mm接管连接型式 插入式接管接管实际内伸长度 0mm接管材料 16Mn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 0.3mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t 153MPa补强圈许用应力t MPa开 孔 补 强 计 算非圆形开孔长直径
17、 23.6mm开孔长径与短径之比 1 壳体计算厚度 8.4337mm接管计算厚度t 0.125 mm补强圈强度削弱系数 frr 0接管材料强度削弱系数 fr 0.9162开孔补强计算直径 d 23.6mm补强区有效宽度 B 61.6 mm接管有效外伸长度 h1 8.4143mm接管有效内伸长度 h2 0 mm开孔削弱所需的补强面积A 200mm2壳体多余金属面积 A1 199 mm2接管多余金属面积 A2 9mm2补强区内的焊缝面积 A3 12 mm2A1+A2+A3= 220mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 合格U型膨胀节腐蚀后设计计
18、算太原理工大学计 算 条 件简 图设计内压力2.00MPa设计外压力MPa设计温度 t250.00设 计 要 求 的 循 环 次 数10000次波材料Q345R纹腐蚀裕量2.00Mm管许用应力167.00MPa直常温下弹性模量2.008e+05MPa边设计温度下弹性模量1.880e+05MPa段设计温度下屈服点250.00MPa下限操作温度下弹性模量Ebc MPa上限操作温度下弹性模量EbH MPa几 何 尺 寸直边段与波纹内径 Db = 1400.00mm波长 W = 402.60mm直边段长度 L4 = 60.00mm波纹管层数 m = 1波高 h = 150.00mm波数 n = 1成型
19、前一层名义厚度 =12.00mm成型前一层有效厚度=11.70mm波纹管直边段平均直径Db +mS =1412.00mm加强圈有效厚度 =mm加强圈平均直径 DC =Db +2mS +SC = mm加强圈弹性模量 Ec =MPa加强圈材料加强圈长度LC = mm波纹管平均直径DmDm = Do +h =1574.00mm成型后波纹管一层最小有效厚度SP10.00mm系 数 计 算系数 0.31（当时，取）疲劳寿命的温度修正系数Tf 室温条件下=11.00修正系数横坐标值1.34右端纵坐标曲线值1.39 系数按查图6-2得：0.43 系数按查图6-3得： 0.81 系数按查图6-4得：4.63注
20、：刚 度 及 位 移 计 算一个波轴向钢度184909.16N/mm总体轴向刚度184909.16N/mm轴向力 FF = 1628332.95一个波的轴向位移e=F/K=8.81mm应 力 计 算许 用 值内直边段周向薄膜应力37.24167.00 MPa压加强圈周向薄膜应力sc167.00MPa应力波纹管周向薄膜应力119.59167.00MPa波纹管经向薄膜应力15.00167.00MPa波纹管经向弯曲应力97.25MPa轴 向波纹管经向薄膜应力32.49MPa位移波纹管经向弯曲应力283.09MPa组计算112.25375.00 MPa合计算315.58MPa应力计算所有组合最大值 3
21、94.16500.00 MPa疲 劳 寿 命 校 核对于奥氏体不锈钢膨胀节, 当时, 需要进行疲劳校核疲 劳 破 坏 时 的 循 环 次 数 疲劳寿命安全系数( 按GB1511999，nf 15 )许 用 循 环 次 数 校核条件设 计 要 求 的 操 作 循 环 次 数 平面失稳应力= 2.70MPaP=Ps 平面失稳压力校核通过 U型膨胀节腐蚀前设计计算太原理工大学计 算 条 件简 图设计内压力2.00MPa设计外压力MPa设计温度 t250.00设 计 要 求 的 循 环 次 数10000次波材料Q345R纹腐蚀裕量2.00Mm管许用应力167.00MPa直常温下弹性模量2.008e+0
22、5MPa边设计温度下弹性模量1.880e+05MPa段设计温度下屈服点250.00MPa下限操作温度下弹性模量Ebc MPa上限操作温度下弹性模量EbH MPa几 何 尺 寸直边段与波纹内径 Db = 1400.00mm波长 W = 402.60mm直边段长度 L4 = 60.00mm波纹管层数 m = 1波高 h = 150.00mm波数 n = 1成型前一层名义厚度 =12.00mm成型前一层有效厚度=11.70mm波纹管直边段平均直径Db +mS =1412.00mm加强圈有效厚度 =mm加强圈平均直径 DC =Db +2mS +SC = mm加强圈弹性模量 Ec =MPa加强圈材料加强
23、圈长度LC = mm波纹管平均直径DmDm = Do +h =1574.00mm成型后波纹管一层最小有效厚度SP10.00mm系 数 计 算系数 0.31（当时，取）疲劳寿命的温度修正系数Tf 室温条件下=11.00修正系数横坐标值1.34右端纵坐标曲线值1.39 系数按查图6-2得：0.43 系数按查图6-3得： 0.81 系数按查图6-4得：4.63注：刚 度 及 位 移 计 算一个波轴向钢度184909.16N/mm总体轴向刚度184909.16N/mm轴向力 FF = 1628332.95一个波的轴向位移e=F/K=8.81mm应 力 计 算许 用 值内直边段周向薄膜应力37.2416
24、7.00 MPa压加强圈周向薄膜应力sc167.00MPa应力波纹管周向薄膜应力119.59167.00MPa波纹管经向薄膜应力15.00167.00MPa波纹管经向弯曲应力97.25MPa轴 向波纹管经向薄膜应力32.49MPa位移波纹管经向弯曲应力283.09MPa组计算112.25375.00 MPa合计算315.58MPa应力计算所有组合最大值 394.16500.00 MPa疲 劳 寿 命 校 核对于奥氏体不锈钢膨胀节, 当时, 需要进行疲劳校核疲 劳 破 坏 时 的 循 环 次 数 疲劳寿命安全系数( 按GB1511999，nf 15 )许 用 循 环 次 数 校核条件设 计 要
25、求 的 操 作 循 环 次 数 平面失稳应力= 2.70MPaP=Ps 平面失稳压力校核通过 延长部分兼作法兰固定式管板 设计单位 太原理工大学 设 计 计 算 条 件 简 图设计压力 ps2MPa设计温度 Ts 250平均金属温度 ts167.5装配温度 to15壳材料名称Q345R设计温度下许用应力st167Mpa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胀系数as1.201e-05mm/mm圆壳程圆筒内径 Di 1400mm壳 程 圆 筒 名义厚 度 ds16mm壳 程 圆 筒 有效厚 度 dse13.7mm筒壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef1.87e+05
26、MPa壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di21.539e+06mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( Di+ds )6.085e+04mm2管设计压力pt2MPa箱设计温度Tt400圆材料名称Q345R筒设计温度下弹性模量 Eh1.7e+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)dh27mm管箱圆筒有效厚度dhe25mm管箱法兰设计温度下弹性模量 Et”1.7e+05MPa材料名称20(GB9948)换管子平均温度 tt238.9设计温度下管子材料许用应力 stt88MPa设计温度下管子材料屈服应力sst132MPa热设计温度下管子材料弹性模量 Ett1
27、.7e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量 Et1.887e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数at1.249e-05mm/mm管管子外径 d19mm管子壁厚dt2mm注：管子根数 n2553换热管中心距 S25mm换一根管子金属横截面积106.8mm2换热管长度 L9000mm管子有效长度(两管板内侧间距) L18840mm管束模数 Kt = Et na/LDi4157MPa管子回转半径 6.052mm热管子受压失稳当量长度 lcr1143mm系数Cr =159.4比值 lcr /i188.9管子稳定许用压应力 () 23.52MPa管管子稳定许用压应力 () MPa材料名称2
28、0MnMo设计温度 tp400管设计温度下许用应力173MPa设计温度下弹性模量 Ep1.7e+05MPa管板腐蚀裕量 C2 4mm管板输入厚度dn80mm管板计算厚度 d76mm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 = 5.076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 qMPa焊接许用拉脱应力 q44MPa管材料名称20MnMo管箱法兰厚度 100mm法兰外径 1595mm箱基本法兰力矩 1.992e+08Nmm管程压力操作工况下法兰力 1.941e+08Nmm法兰宽度 97.
29、5mm法比值0.01786比值0.07143系数(按dh/Di ,df”/Di , 查图25)0.00兰系数w”(按dh/Di ,df”/Di ,查图 26) 0.001664旋转刚度 28.95MPa材料名称20MnMo壳壳体法兰厚度80mm法兰外径 1595mm体法兰宽度 97.5mm比值 0.009786法比值0.05714系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查图25 0.00兰系数, 按dh/Di ,df”/Di , 查图26 0.0003938旋转刚度 9.361MPa法兰外径与内径之比 1.139壳体法兰应力系数Y (按 K 查表7-9) 14.92旋转刚度无量纲参数 0.0
30、01769膨胀节总体轴向刚度 1.849e+05N/mm管板第一弯矩系数(按,查图 27) 0.1752系系数 19.6系数(按查图 29) 3.41换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 4.382数换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 35.86管板第二弯矩系数(按K,Q或查图28(a)或(b)15.32系数（带膨胀节时代替Q） 0.0004414计系数 (按K,Q或Qex 查图30) 0.005498法兰力矩折减系数 0.2434管板边缘力矩变化系数 1.765算法兰力矩变化系数 0.5705管管板开孔后面积 Al = A - 0.25 npd 28.155e+05mm2板参管板布管区面积 (三角形
31、布管) (正方形布管 ) 1.382e+06mm2数管板布管区当量直径 1326mm系数 0.5298系系数 0.3344数系数 6.496计系数(带膨胀节时代替Q) 69.35算管板布管区当量直径与壳体内径之比 0.9475管板周边不布管区无量纲宽度 k = K(1-rt) 0.2667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)0.00.0009648 当量压力组合 22MPa 有效压力组合 12.9973.86MPa基本法兰力矩系数 0.013430.002362 管板边缘力矩系数0.014210.0
32、03141管板边缘剪力系数 0.27850.06158管板总弯矩系数 3.4741.054系数仅用于 时0.82490.2502系数 当 时,按K和m 查图31(a)实线当 时,按K和m 查图31（b）1.9520.5183系数 0 ,=, 0 , =1.9520.5183管板径向应力系数带膨胀节Q为Q= 0.015890.003503管板布管区周边处径向应力系数 =0.016790.004227管板布管区周边处剪切应力系数 =0.008140.006759壳体法兰力矩系数0.0030170.0003231计算值许用值 计算值许用值管板径向应力 92.791.5 259.5116.33 519 MP
