固定管板换热器计算书

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Date2015325校核Checked by刘治海日期Date2015325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压力Ps0.5MPa设计压力pt1.8MPa设计温度ts50C :设计温度tt150C壳程圆筒内径D i450mm管箱圆筒内径Di450mm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 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 P1.80MPa设计温度t150.00& G1内径D450.00mm材料Q345R（板材）试验温度许用应力189.00MPa设计温度许用应力同189.00MPa_ L5试验温度下屈服点仔345.00MPa1钢板负偏差 G0.30mm一L腐蚀裕量G2mm焊接接头系数 0.85厚度及重量计算计算厚度PcDi菽=2crS_pc = 2.54mm有效厚度芯=6 - G- G2= 9.7mm名义厚度5 = 12.00mm重量123.05Kg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= 1.25 P织=2.2500（或由用户输入）MPa压力试验允许通过 的应力水平 gtfcr CT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Pc1.80MPa设计温度t150.00 C内径D450.00mm曲面深度hi112.50mm材料Q345R （板材）设计温度许用应力同189.00MPa1r试验温度许用应力同189.00MPaIDe钢板负偏差 Ci0.30mm腐蚀裕量G2mm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Pt= 1.25 Pc= 2.2500MPa压力试验允许通过的应 力同tfcr 0.90 os =310.50MPa试验压力下封头的应力吋=PT.(Di +4) = 78.454&QMPa校核条件OT Ht校核结果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Pt= 1.25 Pc= 2.2500MPa压力试验允许通过的应力gfcr 0.90 os =310.50MPa试验压力下封头的应力o = PT.(KDi +0.5&) = 78.452乂MPa校核条件OT Ht校核结果合格厚度及重量计算形状系数K = 1 2 +少丿-=1.0000计算厚度KPcDi冠=2CTt0 0.5Pc = 2.15mm有效厚度& =乩-C- C 2= 7.7mm最小厚度6in = 3.00mm名义厚度dh = 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PW=2rt 帖eKDj -+0.5de =: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 P1.80MPa设计温度t150.00& G1内径D450.00mm材料Q345R（板材）试验温度许用应力189.00MPa设计温度许用应力同189.00MPa_ L5试验温度下屈服点仔345.00MPa1钢板负偏差 G0.30mm一L腐蚀裕量G2mm焊接接头系数 0.85厚度及重量计算计算厚度PcDi菽=2crS_pc = 2.54mm有效厚度芯=6 - G- G2= 9.7mm名义厚度5 = 12.00mm重量136.72Kg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= 1.25 P织=2.2500（或由用户输入）MPa压力试验允许通过 的应力水平 gtfcr CT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Pc1.80MPa设计温度t150.00 C内径D450.00mm曲面深度hi112.50mm材料Q345R （板材）设计温度许用应力同189.00MPa1r试验温度许用应力同189.00MPaIDe钢板负偏差 Ci0.30mm腐蚀裕量G2mm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Pt= 1.25 Pc= 2.2500MPa压力试验允许通过的应 力同tfcr 0.90 os =310.50MPa试验压力下封头的应力吋=PT.(Di +4) = 78.454&QMPa校核条件OT Ht校核结果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Pt= 1.25 Pc= 2.2500MPa压力试验允许通过的应力gfcr 0.90 os =310.50MPa试验压力下封头的应力o = PT.(KDi +0.5&) = 78.452乂MPa校核条件OT Ht校核结果合格厚度及重量计算形状系数K = 1 2 +2hi=1.0000计算厚度KPcDi冠=2CTt0 0.5Pc = 2.15mm有效厚度& =乩-C- C 2= 7.7mm最小厚度&n = 3.00mm名义厚度dh = 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PW=2rt 帖eKDj -+0.5de =: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 P0.50MPa设计温度t50.00& G1内径D450.00mm材料Q345R（板材）试验温度许用应力189.00MPa设计温度许用应力同189.00MPa_ L5试验温度下屈服点仔345.00MPa1钢板负偏差 G0.30mm一L腐蚀裕量G2mm焊接接头系数 0.85厚度及重量计算计算厚度PcDi5 =2crS_pc = 0.70mm有效厚度芯=6 - G- G2= 9.7mm名义厚度5 = 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= 1.25 P织=2.2500（或由用户输入）MPa压力试验允许通过 的应力水平 gtfcr CT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 格开孔补强计算计算单位:接管：a、b $ 159x6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pc1.8MPa设计温度150CE壳体型式圆形筒体壳体材料Q345R名称及类型板材A *Al41/壳体开孔处焊接接头系数$11壳体内直径 D450mm; r壳体开孔处名义厚度5 n12mmrj A.壳体厚度负偏差 Ci0.3mmAn I壳体腐蚀裕量 O2mm壳体材料许用应力bt189MPa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Ct0.75mm补强圈厚度负偏差Cmm接管材料许用应力b t140MPa补强圈许用应力b tMPa开孔补强计算壳体计算厚度52.153mm接管计算厚度5t0.951mm补强圈强度削弱系数f rr0接管材料强度削弱系数fr0.741开孔直径d154.9mm补强区有效宽度 B309.8mm接管有效外伸长度h130.49mm接管有效内伸长度h20mm开孔削弱所需的补强面积 A335.82 mm壳体多余金属面积A1976.42 mm接管多余金属面积A49.632 mm补强区内的焊缝面积A362 mmA+A+A=1062 mm，大于A,不需另加补强。补强圈面积 Amm A( A1+A2+A)mm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P1.80MPa设计温度t150.00 G*- Ik）i 十内径D15.00mm材料S32168（管材）试验温度许用应力同116.00MPa设计温度许用应力屉116.00MPamm钢板负偏差 Ci0.25腐蚀裕量G0.00mm焊接接头系数 1.00厚度及重量计算计算厚度PcDi5 =2制*七=0.12mm有效厚度& = 6 - G1- G 2= 1.75mm名义厚度= 2.00mm重量4.19Kg:压力及应力计算最大允许工作压力20eo坤pW = （Dj 峨）=24.23881MPa设计温度下计算应力tPc（Dj +e）b =26e= 8.61MPa116.00MPa校核条件同环XT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力Pc-0.50MPa设计温度t150.00 01iiinT）t-i内径D15.00mm材料名称S32168（管材）试验温度许用应力同116.00MPa设计温度许用应力同116.00MPa钢板负偏差 Ci0.25mm腐蚀裕量G0.00mm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6 = 6 - 0- C2= 1.75mm名义厚度6 = 2.00mm外压计算长度LL= 5002.00mm外径DoDo= D+2& = 19.00mmL/Do4.12Do/冠10.86A值A= 0.0104200B值B= 121.23重量4.19kg压力计算许用外压力旧一最=17.54592MPa结论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设计压力ps0.5MPa设计温度Ts50rC平均金属温度ts40oC/K装配温度to15pI壳材料名称I 白/11Q345R/设计温度下许用应力 土）-aS h lcr i 1iLcr2 1 2Cr59.1MPa材料名称16Mn设计温度tp150C管设计温度下许用应力 B J167MPa设计温度下弹性模量Ep1.94e+05MPa管板腐蚀裕量 C26.4mm管板输入厚度%45mm管板计算厚度 638.6mm隔板槽面积（包括拉杆和假管区面积 ）Ad02 mm板管板强度削弱系数n0.4管板刚度削弱系数卩0.4管子加强系数K2 =1318卡QEtna / EpL少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qMPa焊接许用拉脱应力q58MPa管材料名称16Mn管箱法兰厚度 &43mm法兰外径 Df590mm箱基本法兰力矩M m2.291e+07N mm管程压力操作工况下法兰力MP1.685e+07N mm法兰宽度 bf =(Df _Dj) /270mm法比值& / Di0.01889比值& / Di0.09556系数 C(按 S/Di,5/Di ,查 图 25)0.00系数 3”(按帝/Di,$7Di，查图 26)0.0024旋转刚度 K1 2Efbf_ |12 Dj 十bf I+ EhCO“70.58MPa材料名称16Mn壳壳体法兰厚度&32mm法兰外径 Df590mm体法兰宽度 bf =(Df DJ/270mm比值6s/ Di0.01889法比值f / Di0.071111系数 C ,按 5/Di,&7Di ,查 图 250.00系数 B ,按 /Di,67Di,查 图 260.0018671旋转刚度K1 2Efbff12 Dj+bf26f+ Es )44MPa法兰外径与内径之比K = DjDi1.311壳体法兰应力系数 Y （按K查GB150- 1998表9-5）7.317旋转刚度无量纲参数“兀Kf -4KfKt0.01734膨胀节总体轴向刚度岳0N/mm管板第一弯矩系数(按K , Kf查图27) mi0.2441系系数“miK Kf4.877系数（按 Kt Kf 查图 29） G21.808换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比Q = EtnaEsAs1.799数换热管束与带膨胀节壳体刚度之比Q _Etna(EsAs +KexL)EsAs Kex L管板第二弯矩系数(按 K,C或 Qex 查 图 28(a)或(b) m22.839系数(带膨胀节时 Q代替Q) M|Xex2K(Q4G2)0.01172计系数(按K Q或Qex查图30) G30.03439法兰力矩折减系数 = Kf/(Kf +G3)0.3352管板边缘力矩变化系数凶_ 1匕+Kf K；1.043算法兰力矩变化系数3 f =am kJk0.6503管管板开孔后面积Al = A - 0.25 n nd 29.638e+042 mm板参管板布管区面积(二角形布管)At = 0.866 nS 2 + Ad(正方形布管)At = nS 2十Ad1.196e+052 mm数吕板布吕区当量直径Dt -j4At/Jl：390.3mm系数 & = A / A0.606系系数P = na / A0.2449数系数Es =04 +0.6汉（1 +Q）/ 丸3.171计系数(带膨胀节时Qex代替Q) =04(1+0)+(0.6+Q)/人4.456算管板布管区当量直径与壳体内径之比R = Dt / Dj0.8672管板周边不布管区无量纲宽度k = K (1- R)0.3849仅有壳程压力Ps作用下的危险组合工况（R = 0）不计温差应力计温差应力换热管与壳程圆筒热膨胀变形差=円（t t -t 0）- Gs（t s -t o）0.00.001851当量压力组合PC=Ps0.50.5MPa有效压力组合巳=j；s FS + ?VEt1.58686.17MPa基本法兰力矩系数M4M mm FDiPa0.33310.006129管板边缘力矩系数0.34530.01836管板边缘剪力系数=屮皿1.6840.08953管板总弯矩系数m g +m2_V1 + V1.8720.4573系数G1e仅用于m A 0时G1e =3m0.77820.1901系数G1i当m *0时,按K和m查图31（a）实线当m c0时,按K和m查图31 （b）1.6790.3894系数 G1m o , G = maxGe,GJ，m0时GeYK0.23210.1275系数G1i当 m0时,按K和m查图31( a)实线当 m 0时,按K和m查31( b)1.0770.4405系数 G1 m0, Gmax (G1e,G1i);m 0 , G=G11.0770.4376管板径向应力系数 带膨胀节Q为Qexr=1 (g4 Q +G20.057020.03108管板布管区周边 处径向应力系数a = 3m(1 + v)r4 K (Q +G 2)-0.030720.02265管板布管区周边 处剪切应力系数 = 11 + vp 4 Q +G20.052940.07103壳体法兰力矩系数M ws =M p JM 1-0.02796-0.01002计算值许用值计算值许用值管板径向应力*鹽94.18=5 tr 1250.54903 Lr ir501MPa管板布管区周边处径pa fD Y Q H叫丿向应力1購72.441.5 m鑒v250.54.5353 tf J501MPa管板布管区周边剪切应力 TPah； Dt-6.5050.5 kir83.583.31.5 tl250.5MPa壳体法兰应力 爭=YMwsP期巳)24 &154.51.5 Lt；250.5-528.43 U；501MPa换热管轴向应力1 1G? Q v 9 -列巳-Q+G2 =11.13bl；116Hr59.1-1623 fcr I；348G J59.1MPa壳程圆筒轴向应力A,1 +十), 拄 As t (Q +G2) Pa10.01* fcd160.7194.63$ H482MPa换热管与管板连接拉脱应力q =tadl算6.637q5896.623q焊接q胀接174MPa计算结果管板名义厚度也45mm管板校核通过管箱法兰计算计算单位设计条件设计压力p 计算压力p 设计温度t轴向外载荷F外力矩 M材料名称许用应力J n材料名称许用dfnr材料名称应力许用应力dbTb公称直径d b 螺栓根径小 数量n结构尺寸mm材料类型 压紧面形状b 6.4mm1.8001.800150.00.00.0Q345R189.016Mn178.0167.035CrMoA210.0185.020.017.320450.0550.020.0软垫片D卜LaN1a,1bb= b。b=2.53 b0MPaMPaNNmmMPaMPaMPaMPaMPammmm个590.0DO504.028.016.0472.010.03.007.1612.0 22.0 69.0 489.7D h m b85 1y(MPa)叨肌Nk 2Jbc 6.4mmD= A - 2 b预紧状态下需要的最小螺栓载荷 WW= n bD y = 759597.8N操作状态下需要的最小螺栓载荷 WW= Fp + F = 457894.8N所需螺栓总截面积 AAm = max ( Ap , A ) = 3617.1mrh实际使用螺栓总截面积AA = n -d!2 = 4698.042mm力 矩计算操作M2Fd = 0.785 Di pc=286132.5NLd= L a+ 0.5 8 1 =39.0mmIM= Fd Ld=11159168.0N mmFg = Fp=118833.4NLg= 0.5 (D - DG )=30.2mmMG= Fg Lg=3583529.8N mmFt = F-Fd=52697.1NLt=0.5( La + & + Lg ) =40.1mmM= Ft Lt=2111993.0N mm外压：M= Fd ( Ld - Lg )+Ft(Lt-Lg )；内压：M= Mb+M+MM= 16854690.0Nmm预紧MW= 873086.0NLg =30.2mmM=WLg = 26328706.0N mm计算力矩 M= M 与M田/ O冲大者M= 24701652.0Nmmb 6.4mm螺栓受力计算螺栓 间距校核实际间距= 86.4nmm最小间距Lmi n = 46.0(查 GB150-98表9-3)mm最大间距L- 113.7Lmax mm状常数确h = wDlT =73.48h/h。= 0.1K = D/Di = 1.311旳&0 = 1.8由 K查表 9-5 得T=1.793Z =3.782Y =7.317=8.040整体法兰查图9-3和图9-4Fi =0.89939V=0.41858e = h0 =0.01224松式法兰查图9-5和图9-6Fl=0.00000M=0.00000e=Fl.； h。=0.00000查图9-7由6/帝得f = 2.55607整体法兰d 1 = h。Vi=203266.2松式法兰d1 = ho5o VL=0.0r =0.4书=5 f e+1=1.53沧屮/T=0.85r，4Hz =1.24剪应力校核计算值许用值结论预紧状态WT1= 11.06心1MPab 1 =0.8 1校核合格操作状态Wp花=5.80 uDilMPab 2 =0.8fcr I校核合格输入法兰厚度5 f= 43.0 mm寸，法兰应力校核应力 性质计算值许用值结论轴向应力fM oCh . 2 233.30漓DjMPa1.5o； =250.5 或2.5创=472.5 （按整体法兰设计的 任意式法兰，取1.5血）校核合格径向应力(1.33& e)Mo“OR 一,240.66)Qf DiMPa司；=167.0校核合格切向应力MoY口 =Z( =63.47T& DiMPa问；=167.0校核合格综合 应力maXOgH +cfr),0.5(cfh +ctt)=148.39MPaO； = 167.0校核合格法兰校核结果校核合格