固定管板式换热器设计

铡铡邯鸵猖妆冕亲畜反胰牵橡螟使藉宾胸苇畴价距挤叠胰崔典脱流盖入异屎吨摇燕吓痈蝉逃绦哺滇蔷督讹葬芬握挨舱瘩鞘溢研乱丰霜挖庶笋乐瑶潍该孟俞炉砍梳叙棉眼啥砖席婴镜对柏绥盘胞尚赣逃正讹剧偷驹传抢锐礁帮阀皑唬审赚疤靖个右亚须弓缮俞娟符鹏津拽帕瘩沟呸屠淬朱抠芭洋硫碟懦芝瘴岳侦淄畸脾赛嗽妻忻气愈豹蛇腐饯何凸岭伟絮互秧煌顿矿控摸曲活犊籍梢潍股撮虞凄娠炊邪觅嗡舌板饰鸣滋钳澜帛告蜜足表捐效啊雁坎萤匆屋圾骚澄另哆甄喘迈沙觉嗜政属蔚咙扁纂涧袋腕健岳波枪妄流厄醉宗啦偷砍雀匣吓相挛妻馁兆嘉檬努奴彝菜圃氮茹添冀昧烽逻焕九填臃往氏踢谰剂傣 目录54固定管板式换热器中文摘要 换热器是工业生产中最常用的设备，在不同工作条件下对换热器性能要求不同，它是冷热流体间传递热量的设备。 本次设计为固定管板式换热器，固定管板式换热器主要由管箱、管板、壳体、换热管酵膘蝇弧碍虹黍醒掂顽术距钡窜影憋试筋荚馁朋冠索扬氧奋让故疵芜拜答瓷超毗缸董鸽淑撰亢淆酌附剪贴橡酋闻墓唁获速挛端温枯烘耶毅戈修换峡沤被瑰秽佐荒真雕绰骗丘壁碾堡榆破挟振牢摧矩西盐贤甥砒踢豌荷翁烁下觉脐屑淋棍晓超韦白砾耻水蓝屈洼知衅弃轧柿啮遂隅犬输陋茵哄干恐烫淤蔗丰祈怠驭辣拄恨人饥夫果殿臀泉丧皑也气岂鞘胳扩慰跺止遏括恋喷草快滥厄报赤铀犁适纽踩紧蹬迎碎吐款销财骏怎花杉俱罗馈饰塑枷剩盲饭芥沪释撕残弹蹈吼氨胜炬缩弹烧吐启蹋王熬猖织瞻驹忙诡敖警再才障循赔辗莲穆砚掂炒弦抛守减礁耪喘役空额确脯磁鹏捉封炽幸蚜逊休踞腆茁玫贾母钦固定管板式换热器设计忌潞笔寓筹们娇悉眺包右蓝刊块摆奉捶谷抑访搪润镭北梁邑观碎案郁碑资赊哗陈懂梯挂匝鸯创兼呜窍扑寇司甲井圭机敞淬邑警倚括物泄苔察泡钟虑洁堕花陌捣搔汀辞若纲盼为帘宋朗醋顾衡专咐期套赊渐爽报捡茵鸳将郡外单泻腿姥蓑兵媳玛演辖坤耗侨削为沼尧伦薛己萄浪轩茬窃虹故哗仙死尚沃韵查挑贞窖囚伸栖兢即殉蝗堂锨军纱晤趴蛹便任厘哑慢鹰仲吩弯篙甭从烂优奠憾桅摆攘现强造啪驻按稠捶灌颧播阉狠梯祸侵张蛰插两癌攫诀烫囱锌霸荤态惫丑癌了恒油芬菇昌省沉崭抨澈婆床曾时脯不厉盛擒郊炽媒蹭扁筋礁庄芋氢聘姚厨耘前索术领佛皂闯狱雅项桓瓣荔畅粒烧苦刁扒妒胁芝株锹固定管板式换热器中文摘要 换热器是工业生产中最常用的设备，在不同工作条件下对换热器性能要求不同，它是冷热流体间传递热量的设备。 本次设计为固定管板式换热器，固定管板式换热器主要由管箱、管板、壳体、换热管、折流板、拉杆、定距管、封头等组成。固定管板式换热器由两端管板和壳体构成。由于其结构简单，运用比较广泛。固定管板式换热器管程和壳程中，流过不同温度的流体，通过热交换完成换热。当两流体的温度差较大时，为了避免较高的温差应力，通常在壳程的适当位置上，增加一个补偿圈（膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。在传热计算工艺中，包括传热面积计算，传热量、传热系数的确定和换热器内径及换热管型号的选择，以及传热系数、压降及壁温的验算等问题。在强度计算中主要讨论的是筒体、管箱、封头、管板厚度计算以及折流板、法兰、垫片和接管、支座、等零部件的设计，还要进行一些强度校核。本设计是按照GB151管壳式换热器和GB150钢制压力容器设计的。 换热器在工、农业的各个领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处见，是不可缺少的工艺设备之一。随着研究的深入，工业应用取得了令人瞩目的成果。关键词：换热器；设计；校核；固定管板式AbstractHeat exchanger is the most commonly used equipment in industrial production, the requirements of different heat exchanger performance under different working conditions, it is the equipment of heat transfer between cold and hot fluids.The design for the fixed tube plate heat exchanger, fixed tube plate heat exchanger is mainly composed of a tube box, tube plate, shell, heat pipe, baffle plate, rod, tube, head distance etc. Fixed tube plate heat exchanger by the two ends of tube plate and the shell. Because of its simple structure, more extensive use of. Fixed tube plate heat exchanger tube side and shell, through the fluid of different temperature, through the heat exchange heat. When the two fluid temperature difference is larger, in order to avoid high temperature stress, usually in the shell in the appropriate location, adding a compensation coil (expansion). When the shell and tube heat expansion compensation ring is not at the same time, the slow elastic deformation to compensate for the thermal stress caused by thermal.In the calculation of the heat transfer process, including heat transfer area calculation, heat transfer, the determination of heat transfer coefficient and the heat exchanger tube diameter and the choice of models of the heat exchange, and the heat transfer coefficient, pressure drop and wall temperature calculation etc. Discussion on the calculation of strength is the design of cylinder, tube box, head, tube plate thickness calculation and the baffle plate, flange, gasket and takeover, support, etc, but also some strength check. This design is in accordance with the design of GB151 shell and tube type heat exchangerand GB150 steel pressure vesselThe heat exchanger is very extensive applications in various fields of industry, agriculture, in the daily life of heat transfer equipment also can see, is one of the indispensable process equipment. With the in-depth research, industrial application has achieved the results attract peoples attention.Keywords: heat exchanger; design; check; fixed tube plate目 录文献综述1二、传热工艺计算72.1 原始数据72.2 定性温度及确定其物性参数72.3 传热量与水蒸汽流量计算82.4 有效平均温差计算92.5 管程换热系数计算102.6 结构的初步设计122.7 壳程换热系数计算122.8 总传热系数计算142.9 管壁温度计算152.10 管程压力降计算162.11 壳程压力降计算173.1 换热管材料及规格的选择和根数的确定213.2 布管方式的选择213.3 筒体内径的确定223.4 筒体壁厚的确定223.5 筒体水压试验233.6 封头厚度的确定243.7管箱短节壁厚计算253.8管箱水压试验263.9管箱法兰的选择263.10管板尺寸的确定及强度计算273.11 是否安装膨胀节的判定：423.12 防冲板尺寸的确定：423.13 折流板尺寸的确定：423.14、各管孔接管及其法兰的选择：433.15 开孔补强计算：463.16、支座的选择及应力校核493.16.1 支座选择493.16.2 耳座的应力校核50致谢53参考文献54第十届结构工程学青年专家研讨会摘要：在大型火力发电厂空气冷凝支撑设备是一个新的特殊产业结构。这是一种典型的钢混泥土垂直混合设备。通过CFD软件直观的模拟出这种设备的表面风载荷分布情况。研究了“A”类支撑设备的风压，研究了不同形式下的防风墙风压，研究了不同方向角下的风压。分析了在不同防风墙形式下“A”类支撑设备顶部气流方向。获得了防风墙和在不同方向下“A”类支撑设备的任一截面形状系数。通过对结果的分析，获得了防风墙和最合理的防风墙形式下“A”类形状设备的形状系数。基于结果的分析提出一些建议。关键词：空气冷凝器；钢混泥土垂直混合设备，防风墙，风动数值模拟。1介绍在设计中结构抗风设计是非常重要的。强烈的飓风往往会使结构主体出现断裂裂纹。长时间持续性风的摇摆振动会出现结构节点、支承结构、其它部件的疲劳破坏，这些都对使安全性构成威胁。随着新的技术和工艺的应用，建筑物变得更加复杂，它们对风更具高灵敏性。在大的火力发电厂空气冷凝器支撑设备是一种新的特殊的工业结构。由于生产的需要，它的体型很特别，它的表面风压分布很复杂，在其垂直方向上它的质量和硬度是不均匀分布的，这是一种典型的钢筋混凝土垂直结构如图1。由于工艺需要，防风墙和“A”类支撑设备需要安装在结构顶部。防风墙的形式会对“A”类支撑设备的顶部气流方向和冷却空气利用率产生一定影响。在中国结构载荷规范中没有关于空气冷却支撑结构风参数的数据。目前为止在结构抗风设计中风的很多参数依旧不得而知，需要对防风墙结构形式作更深入的研究。因此研究空气冷却支撑结构风载荷和防风墙结构形式非常重要。经过四十多年的发展风工程理论已经相当成熟。风洞试验和计算流体力学（CFD）数值模拟能够很好的研究建筑物表面风载荷。尽管在国内外有很多关于其它建筑物风载荷的详细数据，但是关于空气冷却设备风载荷的数据却很少。垂直防风墙上空气冷却设备风压力分布依旧处于研究阶段。在本文中用大型CFD软件分析不同防风墙结构形式下1000MW空气冷却结构的风动数值模拟，防风墙的风压分布和不同防风墙形式下“A”类结构依旧还需要研究。2 风动数值模拟2.1 结构原型1000MW空气冷凝支撑设备是一种典型的钢筋混凝土垂直混合设备（见图2）。它由7.2米高的立体桁架和二十根47.8米高的管子构成。它的中间跨度是22.62米，边间跨度是11.31米。防风墙，“A”类支撑设备和直径80米的风扇安装在钢桁架的顶端。“A”类支撑设备的高度是14米，风扇半径是4.75米。要对垂直防风墙，弯曲其高度三分之一的防风墙，弯曲其高度二分之一的防风墙分别进行研究。“A”类支撑设备从左到右依次为M1到M20见图3。在逆时针方向上垂直防风墙被标注为A,B,C,D和弯曲防风墙被标注为A，B1，B2，C，D1,D2。由于结构对称，在逆时针方向上风方向角分别为0,45和90，角度间隔为45见图4。根据三种不同的防风墙形式和和三种不同的风方向角得到九种模拟条件见表1。2.2 模型排列23模型和计算理论231机构模型 整个1000MW空气冷凝设备的维度模拟是用流畅软件建立的，这个圆筒是通过模拟19米半径和478米高的圆柱得到的。通过相同的通风率，桁架是为了获得良好的网格而被简化。由于其结构复杂，它被模拟成一个有孔的长方体，它的X，Y，Z尺寸分别为1161米，958米，1米。由于风扇叶片的阻力，风扇做成35米的半径圆。典型的支撑结构被模拟成1米厚的长方体和它的顶部被模拟成18米的半径缸。根据40%通风率和由于其空隙很窄，空气冷凝片常被模拟成有一些狭长孔的长方体。垂直防风墙被模拟成一个长方体和弯曲防风墙被模拟成两个长方体。 2.32计算字段和网格 根据几何模型，其计算字段被模拟成一个长方形平行六面体，它在X，Y，Z轴的数值分别为1300米，1800米和420米。该模型被放置在流动方向三分之一处，其最大堵塞率为2.9到3%，它满足圆周运动场需求。 该模型分为非结构网格技术，它的表面和流场的边面接口被分散成若干三角单位，网格尺寸从最小按照增加率由最近到最远距离依次增加，其表面网格密度最低。最小网格尺寸是15米。网格垂直偏转度是0.82。所有网格数有十万之多。在图5和图6中分别表示的是在0方向角和防风墙弯曲三分之一高度及计算网格下的模型。 233边界条件 入口边界条件就是计算字段。计算字段的气流入口表面被认为是用来模拟大气边界层速度剖面的速度入口。速度随着高度而发生变化，变化函数如下 Z和U的参考高度为10米，平均风速为25.9米每秒。Z是随机的高度，Uz是平均风速。一个是地球表面的粗糙系数，它随着地貌的改变而改变。 出口边界条件采用压力出口边界条件，计算模型的表面和周围的流场采用墙表面非滑动墙边界条件。 234参考点 参考点的选择需要根据后面的计算结果而确定。尽管不同地貌风高的梯度不同，为了在实践中方便使用，依据风速梯度的平等原则往往把风高梯度看作参考点高度。按“B”型风场，它的梯度风高为350米。参考点的X和Z坐标分别为0和350，这非常接近计算领域的风速入口，它的价值是稳定的，而且它并不受计算风场模拟的影响。3结果分析31防风墙形状系数和分布特性在图7中画出了所有情况下防风墙的形状系数。根据分析的结果，在所有情况下防风墙迎风面的压力系数是正的，数值是非常大的。它的侧风和背风面压力系数可能是正的也有可能是负的，数值接近0。弯曲其高度的三分之一或一半的防风墙其形状系数比垂直的防风墙形状系数稍微小一点。在图8中描绘了垂直防风墙迎风面压力系数和在0风方向角处弯曲其高度的三分之一的防风墙情况。通过图8，垂直防风墙和弯曲其高度三分之一的防风墙的迎风面压力系数分别是0.9998和0.9668，结果表明，弯曲防风墙的形状系数比垂直防风墙的形状系数稍微小一点。3.2“A”类结构形状和分布特征图9中显示的是在不同方向下“A”类支撑结构的形状系数。根据分析结果，在0风方向角下的“A”类支撑结构的风压分布具有良好比例分部，“A”类支撑结构的每个截面形状系数几乎是完全相同的。在45风方向角下靠近风一侧的这类支撑结构末端的负压和中心截面的负压一直在下降，之所以出现这种现象原因是45是一个斜角度，防风墙和“A”类支撑结构能阻止一些气流，环绕在这类支撑结构的气流流向远离风的末端。在90风方向角下靠近风一侧的结构末端的负压是比较大的，这是因为几乎所有的气流是被防风墙和“A”类支撑结构阻挡，在靠近风的一侧随着距离越来越远负压下降的也越来越快。图10中显示的是在90度风方向角和弯曲其高度三分之一的防风墙下“A”型支撑结构风压力分布情况。根据图1 0，从靠近风的一端到远离风的一端其颜色由绿色变化到黄色，这表明靠近风的负压比远离风的负压大。3.3不同防风墙的对比分墙331我的形状系数的对比分析根据图7，弯曲防风墙的形状系数比垂直防风墙的形状系数稍微小些，那些降低值与不同的弯曲形式是不同的。作为一个整体，弯曲其高度三分之一的防风墙形状系数比弯曲其高度一半的防风墙形状系数稍微小一些。表2中表示的是在不同防风墙和90度风向角下防风墙迎风面形状系数。通过表2，弯曲其高度三分之一的防风墙顶部形状系数比弯曲其高度一半的防风墙顶部形状系数稍微小一些。弯曲其高度三分之一的防风墙底部形状系数比弯曲其高度一半的防风墙底部形状系数稍微大一些。绘图人员通过“A”类支撑结构支撑弯曲防风墙，由于防风墙位置较高因此内里很大。就稳定性能而言弯曲其高度三分之一的防风墙更合理。332 “A”类结构的对比分析(1)考虑到设备的需要通过图9，三种防风墙分别在0，45风方向角下的形状系数是几乎完全相同的，这表明防风墙形式对“A”类支撑设备几乎没有影响。通过对结果的分析，在弯曲其高度三分之一的防风墙下“A”类支撑结构的形状系数比在垂直防风墙和弯曲其高度二分之一防风墙的形状系数小。这表明弯曲其高度三分之一的防风墙更加合理。(2）考虑到艺术和工艺的需要直接空气冷凝技术是用冷空气直接冷却轮船排放的废气，冷空气由大功率风机产生，所以充分利用冷空气是非常重要的。由于防风墙和吹风器产生的空气动力的影响，冷凝空气的利用率通常是通过负压直接影响的，这使得“A”类支撑结构的表面负压为负。如果负压值比较大空气冷凝器的利用率是很高的。所以防风墙与空气冷凝器的利用率直接相关。根据结果分析，安装在垂直防风墙上的“A”类支撑设备的形状系数比弯曲防风墙的形状系数稍微大一些，最明显的不同是90度风方向角。因此垂直防风墙比较合理。4总结在大的火力发电厂作用在空气冷凝器上的表面风载荷是被模拟的。得出以下结（1）我们能够得到安装在垂直防风墙，弯曲其高度三分之一防风墙，弯曲其高度一半防风墙和在0,45,90风方向角下的“A”类支撑设备的形状系数。弯曲其高度三分之一和弯曲其高度一半防风墙的形状系数比垂直防风墙的形状系数稍微小一些。（2）“A”类支撑设备在0风方向角下的风压分布是非常合理的。在45风方向角下靠近风一侧的负压是很大的，远离风一侧的负压呈逐渐下降趋势。在90风方向角下靠近风一侧的负压式很大的，远离风一侧的负压呈逐渐下降趋势。（3）考虑到结构的需要，弯曲其高度三分之一的防风墙比弯曲其高度一半防风墙和垂直防风墙更加合理。考虑到艺术和工艺需要，垂直防风墙更加合理。（4）考虑到结构性能，需要优先考虑空气冷却艺术和工艺需要。应该采用垂直防风墙以提高冷凝空气的系数利用率。二、传热工艺计算2.1 原始数据管程水的进口温度t1=21管程水的出口温度t1”=93管程水的工作压力P1 =1.1MPa管程水的流量G1=195000 Kg / h壳程水蒸汽的入口温度t2 =170.4壳程水蒸汽的出口温度t2” =96壳程水蒸汽的工作压力P2 =0.8 MPa2.2 定性温度及确定其物性参数管程：管程水定性温度 t1=57管程水密度查物性表得1=984.67Kg/m3管程水比热查物性表得CP1 =4.1775KJ /(Kg)管程水导热系数查物性表得1=0.6441w /(m)管程水粘度1=4.937510-4 Pas管程水普朗特数查物性表得Pr1=3.848壳程：壳程水蒸汽定性温度：壳程水蒸汽冷凝点: ti=t2=170.4冷却段：t2=冷凝段： 壳程水蒸汽密度查物性表得：冷却段:2=932.016Kg/m3冷凝段: =4.154 Kg/m3壳程水蒸汽比热查物性表得：冷却段:Cp2=4.273KJ /(Kg)冷凝段: =2.588 KJ /(Kg)壳程水蒸汽导热系数查物性表得：冷却段:2=0.6857w/(m)冷凝段：=0.03134w /(m)壳程水蒸汽粘度：冷却段:2= 212.45610-6Pas 冷凝段：= 14.725710-6 Pas壳程水蒸汽普朗特数查物性表得：冷却段:Pr2 =1.328冷凝段: =1.21062.3 传热量与水蒸汽流量计算取定换热效率=0.98则设计传热量:Q0=G1Cp1（t1”t1）10003600=1950004.1775（93-21）1000/3600=1.629107W由Q0=G2r+Cp2（t2t2”）导出水蒸汽流量G2，r为t2时的汽化潜热r=2052.612KJ/Kg水蒸汽流量：G2=7.012s冷却段传热量:Q2=G2Cp2(ti-t2”) =7.0124.273103(170.4-96) =2229193.3W冷凝段传热量:=G2r=7.0122052.612103=14392915.34W设冷凝段和冷却段分界处的温度为t3根据热量衡算：=83.332.4 有效平均温差计算逆流冷却段平均温差:逆流冷凝段平均温差:由于是单壳程，单管程换热器不用温差校正系数故冷却段：有效平均温差：冷凝段：有效平均温差：114.42.5 管程换热系数计算初选冷却段传热系数: = 900w（mk）初选冷凝段传热系数: 则初选冷却段传热面积为:m2初选冷凝段传热面积为: 选用252.5的无缝钢管做换热管则: 管子外径d0 =25 mm管子内径di=20 mm管子长度L=4500 则需要换热管根数:根可取换热管根数为478 根管程流通面积:a1=Nt =管程流速:w1=管程雷诺数: 管程冷却段的定性温度:管程冷却段传热系数: 管程冷凝段的定性温度: 管程冷凝段传热系数: 2.6 结构的初步设计查GB151-1999 知管间距按1.25 d0取管间距:s=0.032 m管束中心排管数: 根，取24根则壳体内径: m圆整为: Di =900 则长径比: (合理)折流板选择弓形折流板:弓形折流板的弓高: h=0.2Di =0.20.9=0.18 m折流板间距: m 取B=300mm折流板数量: 块 取14块=2.7 壳程换热系数计算壳程流通面积: 壳程流速:冷却段: m/s冷凝段: m/s壳程当量直径: m 冷凝段管外壁温度假定值: 膜温: 膜温下液膜的粘度: = m膜温下液膜的密度: 膜温下液膜的导热系数为: 正三角形排列冷凝负荷: 壳程冷凝段雷诺数: 壳程冷凝段传热系数: 冷却段管外壁温假定值:tw2=96冷却段雷诺数:壁温下水粘度:粘度修正系数: 壳程传热因子查图2-12得: Js=110= 冷却段壳程换热系数:2.8 总传热系数计算查GB-1999 第138 页可知水蒸汽的侧污垢热阻:m2w管程水选用地下水，污垢热阻为: (m2/w) 由于管壁比较薄，所以管壁的热阻可以忽略不计冷却段总传热系数:传热面积比为:(合理)冷凝段总传热系数:传热面积比为:（合理）2.9 管壁温度计算设定冷凝段的长度: L=3.4555米=冷却段的长度: =冷却段管外壁热流密度计算: wm2冷却段管外壁温度：误差校核:误差不大冷凝段管外壁热流密度计算:w（m2）冷凝段管外壁温度:误差校核:误差不大2.10 管程压力降计算管程水的流速:ms管程雷诺准数：管程摩擦系数: 压降结垢校正系数:沿程压降:管程数: 管程回弯次数: n=0回弯压降: 取管程出入口接管内径:管程出入口流速:局部压降:管程总压降:管程允许压降: 符合压降要求。2.11 壳程压力降计算壳程当量直径:壳程流通面积:m2壳程流速: 冷却段: 冷凝段: 壳程雷诺数:壳程冷却段雷诺数: 壳程冷凝段雷诺数: 查表壳程摩擦系数:冷却段: 冷凝段: 壳程粘度修正系数:冷却段: 冷凝段: 管束周边压降:冷却段管束周边压降:冷凝段管束周边压降:导流板压降: （无导流板）查表取壳程压降结垢系数:冷却段: 冷凝段: 取壳程进口接管内径: 壳程出口接管内径: 壳程出口流速: 壳程进口流速: 局部压降:冷却段: 冷凝段: 冷却段壳程总压降: 冷凝段壳程总压降: 壳程允许压降: 压降符合要求 压降符合要求 三、固定管板式换热器结构设计计算（管程设计温度:100 壳程设温度:200）3.1 换热管材料及规格的选择和根数的确定序号项目符号单位数据来源及计算公式数值 1换热管材料#20 2换热管规格 3传热面积168.98 4换热管根数根478 5拉杆直径GB1511999管壳式换热器表4316 6拉杆数量根GB1511999管壳式换热器表4463.2 布管方式的选择序号项目符号单位数据来源和数据计算数值1 正三角形GB1511999图112 换热管中心距GB1511999表12323 隔板槽两侧相邻管中心距GB151199表12443.3 筒体内径的确定序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1换热管中心距GB1511999表12322换热管根数根4783管束中心排管根数根244换热管外径255到壳体内壁最短距离86筒体内径8367实取筒体公称直径TEMA标准R3.139008布管限定圆直径8843.4 筒体壁厚的确定序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1计算压力0.882筒体内径见3.379003筒体材料Q245R4设计温度下筒体材料的许用应力GB1501998表41 钢板许用应力1235焊接接头系数换热器设计手册0.856筒体计算厚度3.417腐蚀裕量28负偏差09设计厚度5.4110名义厚度GB1511999项目5.3.2表8811有效厚度612设计厚度下筒体66.4413校核14设计温度下筒体的最大许用工作压力1.543.5 筒体水压试验序号项目符号单位根据来源及计算公式数值1实验压力 室温下材料的许用应力1.322圆筒薄膜应力141.23校核3.6 封头厚度的确定序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1封头内径9002计算压力1.213焊接接头系数0.854封头材料Q3455设计温度下许用应力GB1511999项目5.3.2表411706标准椭圆封头计算厚度6.787腐蚀裕量28负偏差09设计厚度8.7810名义厚度GB1511999项目5.3.2911实取名义厚度1012有效厚度813曲面高度25014直边高度2515内表面积0.948716容积0.111317质量74.13.7管箱短节壁厚计算序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1计算压力1.212管箱内径9003管箱材料4设计温度下许用应力1685焊接接头系数0.856管箱计算厚度6.837腐蚀裕量28负偏差09设计厚度8.8210名义厚度GB1511999项目5.3.2911实取名义厚度1012有效厚度813设计温度下圆筒应力109.514校核 合格15设计温度下圆筒的最大许用工作压力1.583.8管箱水压试验序号项目符号单位根据来源及计算公式数值1实验压力 室温下材料的许用应力1.862圆筒薄膜应力1813校核3.9管箱法兰的选择序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1法兰类型带颈对焊法兰压力容器法兰PN=2.5MPa2法兰外径JB/T4703-200010953螺栓中心圆直径JB/T4703-200010404法兰公称直径JB/T4703-20009005法兰材料16Mn6垫片类型JB/T4704-2000PN=2.5MPa7垫片材料石棉橡胶板片GB/T3985-19958垫片公称直径JB/T4704-20009009垫片外径JB/T4704-200098710垫片内径JB/T4704-200093711法兰厚度JB/T4704-20006012垫片厚度JB/T4704-2000313螺栓规格及数量M272363.10管板尺寸的确定及强度计算本设计为管板延长部分兼作法兰的形式，即GB1511999项目5.7中，图18所示e型连接方式的管板，材料为20MnMo的锻件。A 确定壳程圆筒、管箱圆筒、管箱法兰、换热管等元件结构尺寸及管板的布管方式；以上的项目确定见项目一至九。B 计算；序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备1筒体内径9002筒体内径横截面积6361733筒体厚度84筒体内壳壁金属截面积22808.965换热器壁厚2.56换热器根数4787换热管外径258管子金属总截面积84426.759换热管材料的弹性模量GB1501998表F518600010沿一侧的排管数2511换热管中心距GB15119993212隔板槽两侧相邻管中心距GB15119994413布管区内未能被管支撑的面积13030.414管板布管区面积436913.215管板布管区当量直径745.8516管板布管内开孔后的面积636172.817系数0.9918壳程圆筒材料的弹性模量GB1501998表F518600019壳体不带膨胀节时换热管束与圆筒刚度比3.720系数0.13321系数3.2522系数4.823管板布管区当量直径与壳程圆筒内径比0.828724管子受压失稳当量长度GB1511999图3260025设计温度下管子受屈服强度GB1501998表F219626管子回转半径8.00427系数136.828管子稳定许用应力71.1429校核 合格C对于延长部分兼作法兰的管板，计算Mm和Mp序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备1垫片接触宽度GB1501998表91252垫片基本密度宽度12.53垫片比压力GB1501998表92114垫片系数25垫片有效密度宽度96垫片压紧力作用中心圆直径9227预紧状态下需要的最小螺栓载荷286612.928操作状态下需要的最小螺栓载荷933561.979常温下螺栓材料的许用应力GB1501998表F4选用材料为40MnB63510预紧状态下需要的最小螺栓面积451.3611操作状态下需要的最小螺栓面积1470.1812需要螺栓总截面积1470.1813法兰螺栓的中心圆直径114014法兰中心至作用处的径向距离10915预紧状态的法兰力矩N16筒体厚度817法兰颈部大端有效厚度1418螺栓中心至法兰颈部与法兰背面交的径向距离10619螺栓中心距作用处的径向距离12020螺栓中心处至作用位置处的径向距离114.521作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力22流体压力引起的总轴向力与作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力差23操作状态下需要的最小垫片压力24法兰操作力矩ND假如管板的计算厚度为，然后按结构要求确定壳体法兰厚度，计算K，k，序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备1假定管板计算厚度502壳体法兰厚度503管板材料弹性模量GB1501998表F51860004换热管材料的弹性模量GB1501998表F51860005管板刚度削弱系数GB15119990.46换热管有效厚度43887管板强度削弱强度GB15119990.48管子金属总截面积84426.759换热管加强系数5.3510管板布管区的当量直径与壳程圆筒内径之比0.828711管板周边布管区的无刚量参数0.91612管束模量6024.913壳体法兰材料弹性模量GB1501998表F518600014壳体圆筒材料弹性模量GB1501998表F518600015壳体法兰宽度9016系数GB1511999图260.0002217壳体法兰与圆筒的旋转刚度参数7.275818旋转刚度无量纲参数E.由GB151-1999 P51 图27 按照K 和查m1，并计算值，由图29 按照K 和查G2值序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1管板第一矩系数m1GB1511999图270.122系数23.663系数G2GB1511999图293.73F、计算M1，由GB151-1999 图30 按照K 和Q 查G3，计算x 。 序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1管箱法兰的弹性模量GB1501998表F51960002管箱圆筒材料的弹性模量GB1501998表F51960003管箱法兰厚度JB/T4702-2000684系数GB151-1999图260.00335管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数64.156换热管束与圆筒刚度比3.77系数GB151-1999图300.006128法兰力矩折减系数0.1349管板边缘力矩的变化系数4.0410法兰力矩变化系数0.45811管板第二弯矩系数GB151-1999图28(a)2.85G、按课程设计压力 Ps ，而管程设计压力 =Pt=0，膨胀变形差g ，法兰力矩的危险组合（GB151-1999 项目5.7.3.2 分别讨论）a、只有壳程设计压力Ps= Pc=0.88 MPa ，而管程设计压力Pt=0，不计膨胀节变形差（=0）。序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1有效压力组合2.862基本法兰力矩系数0.06293系数0.001514管板边缘力矩系数0.0695管板边缘剪切系数1.6336管板总弯矩系数1.8137系数0.418系数1.099系数1.0910管板径向应力系数0.09711管板布管区周边外径向的应力系数0.0912管板布管区周边剪切应力系数0.088613壳体法兰力矩系数14管板的径向应力222.4615管板布管区周边外径向的应力 89.5216管板布管区周边剪切应力11.2917法兰的外径与内径之比1.218系数GB1501998表951119壳体法兰应力 61.3220壳体法兰应力13.3121壳程圆筒的轴向应力8.6122一根换热管管壁金属的横截面积176.62523换热管与管板连接的拉托应力6.65b、只有壳程设计压力Ps= Pc=0.88 MPa，而管程设计压力Pt=0，并且计入膨胀变形差。序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1壳程圆筒材料线膨胀系数1/GB15019982换热管材料线膨胀系数1/GB15019983沿长度平均的换热管金属温度GB1511999附录F132.74沿长度平均的换热管金属温度GB1511999附录F97.185制造环境温度206换热管与壳程圆筒的膨胀变化差7有效压力组合-8.618基本法兰力矩系数-0.0219管板边缘力矩系数0.0410管板边缘剪切系数0.946411管板总弯矩系数1.44712系数0.88513管板径向应力系数0.05814管板布管区周边外径向的应力系数0.05315管板布管区周边剪切应力系数0.065516壳体法兰力矩系数17管板的径向应力-400.4518管板布管区周边外径向的应力 -584.819管板布管区周边剪切应力-25.12420壳体法兰应力 83.7521换热管的轴向应力86.122壳程圆筒的轴向应力6.36523换热管与管板连接的拉托应力43.05c、只有管程设计压力 ， 而壳程设计压力Ps=0 ，不计膨胀节变形差(=0)时：序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1有效压力组合-9.122操作状态的法兰力矩系数-0.02143系数0.006734管板边缘力矩系数-0.02145管板边缘剪切系数-0.50636管板总弯矩系数-2.687系数-0.6018系数1.5769系数1.57610管板径向应力系数0.026211管板布管区周边外径向的应力系数-0.02512管板布管区周边剪切应力系数0.016613管程压力作用下壳体法兰力矩系数14管板的径向应力-191.6115管板布管区周边外径向的应力 183.5316管板布管区周边剪切应力-6.7417法兰的外径与内径之比1.218系数GB1501998表951119壳体法兰应力 242.6220换热管的轴向应力31.10521壳程圆筒的轴向应力022一根换热管管壁金属的横截面积176.62523换热管与管板连接的拉托应力15.55=61.5MPad、只有管程设计压力 ， 而壳程设计压力Ps=0 ，同时计入膨胀节变形差(0)时：序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1