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換熱器的選型設(shè)計(jì)陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司化工分公司15萬(wàn)噸/年醋酸乙烯項(xiàng)目 換熱器的選型設(shè)計(jì)目錄1 換熱器的選型設(shè)計(jì)依據(jù)22 換熱器類型簡(jiǎn)介23 換熱器的選用原則43.1基本要求43.2 介質(zhì)流程53.3 終端溫差53.4 流速選擇63.5 壓力降63.6 傳熱膜系數(shù)73.7 污垢系數(shù)73.8 換熱管74 換熱器型號(hào)的表示方法85 換熱器的選型軟件96 選型范例(以E0402為例)106.1 工藝參數(shù)確定106.1.1 流股參數(shù)確定106.1.2 設(shè)計(jì)溫度106.1.3 設(shè)計(jì)壓力106.1.4傳熱系數(shù)116.1.5 流體通道的選擇116.2 EDR數(shù)據(jù)輸入116.3 換熱器結(jié)構(gòu)形式確定126.3.1 換熱器型式選擇126.3.2 換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇136.3.3 選型結(jié)果156.4 詳細(xì)尺寸156.5 換熱器校核171 換熱器的選型設(shè)計(jì)依據(jù)化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書換熱器 2003-5石油化工設(shè)備選型手冊(cè)換熱器 2009-1化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)(第四版) 2009-6固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 TSG 21-2016壓力容器 GB 150-2011熱交換器 GB/T 151-2014化工配管用無(wú)縫及焊接鋼管尺寸選用系列 HG 20553-2011石油化工企業(yè)鋼管尺寸系列 SH/T 3405-20122 換熱器類型簡(jiǎn)介表3-1 換熱器的結(jié)構(gòu)分類換熱器型式換熱器特點(diǎn)管式管殼式固定管板式剛性結(jié)構(gòu):用于管殼溫差較小的情況(一般50),管間不能清洗帶膨脹節(jié):有一定的溫度補(bǔ)償能力,殼程只能承受較低壓力浮頭式管內(nèi)外均能承受高壓,可用于高溫高壓場(chǎng)合U型管式管內(nèi)外均能承受高壓,管內(nèi)清洗及檢修困難填料函式外填料函:管間容易漏泄,不宜處理易揮發(fā),易燃易爆及壓力較高的介質(zhì)內(nèi)填料函:密封性能差只能用于壓差較小的場(chǎng)合套管式釜式殼體上都有個(gè)蒸發(fā)空間,用于蒸汽與液相分離雙套管式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,主要用于高溫高壓場(chǎng)合,或固定床反應(yīng)器中套管式能逆流操作,用于傳熱面積較小的冷卻器、冷凝器、或預(yù)熱器螺旋浸沒式用于管內(nèi)流體的冷卻、冷凝、或者管外流體的加熱盤管式噴淋式只能用于管內(nèi)流體的冷卻或冷凝板式板式拆洗方便,傳熱面能調(diào)整,主要用于粘性較大的液體間換熱螺旋式可進(jìn)行嚴(yán)格的逆流操作,有自潔作用,可回收低溫?zé)崮軅惆迨絺阈蝹鳠岚褰Y(jié)構(gòu)緊湊,拆洗方便,通道較小,易堵,要求流體干凈板殼式板式類似于管束,可抽出清洗檢修,壓力不能太高表3-2 管殼式換熱器優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)浮頭式換熱器管束可以抽出,方便清洗;介質(zhì)溫度不受限制;可在高溫高壓下工作,一般溫度450,壓力6.4Mpa;可用于結(jié)垢比較嚴(yán)重的場(chǎng)合小浮頭易發(fā)生內(nèi)漏;金屬材料耗量大,成本高20%;結(jié)構(gòu)復(fù)雜固定管板式換熱器傳熱面積比浮頭式換熱器大20%-30%;旁路漏流較??;鍛件使用較少,成本低20%以上;沒有內(nèi)漏殼體和管子壁溫差一般宜小于等于50,大于50時(shí)應(yīng)在殼體上設(shè)置膨脹節(jié);管板與管頭之間易產(chǎn)生溫差應(yīng)力而損壞;殼程無(wú)法清洗;管子腐蝕后造成連同殼體報(bào)廢、殼體部件壽命決定于管子壽命,故設(shè)備壽命相對(duì)較低;不適用于殼程易結(jié)垢場(chǎng)合U型管式換熱器管束可抽出來(lái)機(jī)械清洗;殼體與管壁不受溫差限制,可在高溫、高壓下工作,一般適用溫度500,壓力10Mpa;可用于殼程結(jié)構(gòu)結(jié)垢比較嚴(yán)重的場(chǎng)合;可用于管程易腐蝕場(chǎng)合在管子的U形出沖蝕,應(yīng)控制管內(nèi)流速;管程不適用于結(jié)垢較嚴(yán)重的場(chǎng)合;單管程換熱器不適用;不適用于內(nèi)導(dǎo)流筒,故死區(qū)較大填料函式換熱器管束可抽出機(jī)械清洗介質(zhì)間溫差不受限制可用于結(jié)構(gòu)比較嚴(yán)重的場(chǎng)合;可用于管程腐蝕較重的場(chǎng)合;金屬耗量較浮頭低10%左右;適用溫度可達(dá)200,壓力可達(dá)2.5Mpa密封處易漏;不適用于有毒、易燃、易爆、易揮發(fā)及貴重介質(zhì)場(chǎng)合雙殼程換熱器傳熱面積可減少10%-30%;減少設(shè)備數(shù)量和屬耗量;傳熱效率提高;適用于大型化裝置;適用于串聯(lián)臺(tái)數(shù)較多;適用于高溫、高壓場(chǎng)合殼程壓降約提高4倍;分程隔板與殼體密封片處易泄露;殼體直徑圓度要求較高外導(dǎo)流筒換熱器進(jìn)出口壓降降低90%以上;進(jìn)出口處流動(dòng)死區(qū),旁路漏流減小,可提高傳熱有效面積7%以上;在DN325-1800 范圍內(nèi),可增加5%-16%傳熱面積;總傳熱效率相應(yīng)提高12%-23%金屬耗量增加10%(按相同直徑比較);制造難度加大,外導(dǎo)流筒處焊縫要求100%射線探傷折流桿換熱器不易發(fā)生誘導(dǎo)振動(dòng)損失;傳熱死區(qū)小,傳熱效率提高20%以上;壓降??;抗垢性能良好;適用于換熱器大型化,特別是核電換熱應(yīng)用在低雷諾數(shù)Re6000(液相)、Re10000(氣相)熱效率較低;造價(jià)提高3%-5%新結(jié)構(gòu)高效換熱器液相傳熱Re600,氣相傳熱Re10.5氣體5-303-153.5 壓力降壓力降一般考慮隨操作壓力不同而有一個(gè)大致的范圍。壓力降的影響因素較多,但希望換熱器的壓力降在下述參考范圍內(nèi)或附近。表3-4 常見壓降表工藝物流的壓力狀況允許壓力降p/kPa工藝氣體真空3.5常壓3.4-14低壓15-25高壓35-70工藝流體70-1703.6 傳熱膜系數(shù)傳熱面兩側(cè)的傳熱膜系數(shù)a1、a2如相差很大時(shí),a值較小的一側(cè)將成為控制傳熱效果的主要因素,設(shè)計(jì)換熱器時(shí),應(yīng)盡量增大a較小這一側(cè)的傳熱膜系數(shù),最好能使兩側(cè)的a值大體相等。計(jì)算傳熱面積時(shí),常以a小的一側(cè)為基準(zhǔn)。增加a值的方法有:(1)縮小通道截面積,以增大流速;(2)增設(shè)擋板或促進(jìn)產(chǎn)生湍流的插入物;(3)管壁上加翅片,提高湍流程度也增大了傳熱面積;(4)糙化傳熱表面,用溝槽或多孔表面,對(duì)于冷凝、沸騰等有相變的傳熱過程來(lái)說(shuō),可獲得大的膜系數(shù)。3.7 污垢系數(shù)換熱器使用中會(huì)在壁面產(chǎn)生污垢,這是無(wú)法避免的,在設(shè)計(jì)換熱器時(shí)應(yīng)予認(rèn)真考慮。由于目前對(duì)污垢造成的熱阻尚無(wú)可靠的公式,不能進(jìn)行定量計(jì)算,在設(shè)計(jì)時(shí)要慎重考慮流速和壁溫的影響。選用過大的安全系數(shù),有時(shí)會(huì)適得其反,傳熱面積的安全系數(shù)過大,將會(huì)出現(xiàn)流速下降,自然的“去垢”作用減弱,污垢反會(huì)增加。有時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí),考慮到有污垢的最不利條件,但新開工時(shí)卻無(wú)污垢,造成過熱情況,有時(shí)更有利于真的結(jié)構(gòu),所以不可不慎。應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí),從工藝上降低污垢系數(shù),如改進(jìn)水質(zhì),消除死區(qū),增加流速,防止局部過熱等。3.8 換熱管(1)管徑越小換熱器越緊湊、越便宜。但是,管徑越小換熱器的壓降越大,為了滿足允許的壓力降,一般推薦選用19mm的管子。對(duì)于易結(jié)垢的物料,為方便清洗,采用外徑為25mm的管子。對(duì)于有氣、液兩相的工藝物流,一般選用較大的管徑,例如再沸器、鍋爐,多采用32mm的管徑。直接火加熱時(shí)多采用76mm的管徑。 (2)無(wú)相變換熱時(shí),管子較長(zhǎng),傳熱系數(shù)增加。在相同傳熱面時(shí),采用長(zhǎng)管管程數(shù)少,壓力降小,而且每平方米傳熱面的比價(jià)也低。但是,管子過長(zhǎng)給制造帶來(lái)困難,因此,一般選用的管長(zhǎng)為4-6m。對(duì)于大面積、或無(wú)相變的換熱器可以選用8-9m的管長(zhǎng)。 (3)管子在管板上的分布主要是正方形分布和三角形分布兩種形式。三角形的分布有利于殼程物流的湍流。正方形分布有利于殼程清洗。為了彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn),產(chǎn)生了轉(zhuǎn)過一定角度的正方形分布和留有清理通道的三角形分布兩種形式。三角形分布一般是等邊三角形的,有時(shí)為了工藝的需要可以采用不等邊的三角形分布。不常用的還有同心圓式分布,一般用于小直徑的換熱器。 (4)管心距是兩相鄰管子中心的距離。管心距小、設(shè)備緊湊,但將引起管板增厚、清潔不便、殼程壓降增大,一般選用范圍為1.25-1.5d(d為管外徑)。(5)管程數(shù)有1、2管程或4管程。管程數(shù)增加,管內(nèi)流速增加、給熱系數(shù)也增加。但管內(nèi)流速要受到管程壓力降等限制,在工業(yè)上常用的管內(nèi)流速如下: 水和相類似的液體流速一般取1-2.5m/s; 對(duì)大冷凝器的冷卻水流速可增加到3m/s; 氣體和蒸汽的流速可在8-30m/s的范圍內(nèi)選取。(6)所需的換熱面積大,采用多個(gè)換熱器并聯(lián),而不采用串聯(lián),避免壓力降過高,影響傳熱系數(shù)。4 換熱器型號(hào)的表示方法本法來(lái)自于GB151,適用于臥式和立式換熱器。 示例說(shuō)明: 型號(hào):AES500-1.6-54-6/25-4其中: A表示前端管箱為平蓋箱E表示殼體形式為單進(jìn)單出冷凝器殼體S表示后端結(jié)構(gòu)型式為浮頭式500表示公稱直徑為500mm1.6表示公稱壓力1.6MPa54表示公稱換熱面積為54m26表示公稱長(zhǎng)度為6m25表示換熱管外徑為25mm4表示管程數(shù)為4I表示管束為I級(jí),采用較高級(jí)冷拔鋼管這個(gè)型號(hào)代表平蓋管箱,公稱直徑500mm,管程和殼程設(shè)計(jì)壓力均為1.6MPa,公稱換熱面積54m,碳素鋼較高級(jí)冷拔換熱管外徑25mm,管長(zhǎng)6m,4管程,單殼程的浮頭式換熱器。5 換熱器的選型軟件表5-1 換熱器設(shè)計(jì)軟件使用一覽名稱用途Aspen Energy Analyzer V9換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化Aspen Plus V10換熱器工藝參數(shù)設(shè)計(jì)Aspen Exchanger Design and Rating V10換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在對(duì)工藝流程的換熱器設(shè)計(jì)和選型中,先按照實(shí)際工業(yè)實(shí)施情況及成本因素,利用Aspen Energy Analyzer V10,對(duì)車間進(jìn)行了熱集成,優(yōu)化了換熱網(wǎng)絡(luò),然后利用Aspen Plus V10,針對(duì)特定的換熱任務(wù),確定合適的換熱工藝參數(shù),再根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 151-2014熱交換器以及化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)(下)第四版,使用Aspen Exchanger Design and Rating V10進(jìn)行換熱設(shè)備的詳細(xì)設(shè)計(jì),以此為參考從工藝手冊(cè)上選取換熱器。6 選型范例(以E0402為例)6.1 工藝參數(shù)確定6.1.1 流股參數(shù)確定根據(jù)ASPEN PLUS V10對(duì)換熱器E0402進(jìn)行簡(jiǎn)捷計(jì)算,可得到該換熱器各流股參數(shù)為:表6-1 E0402流股參數(shù)一覽流股名稱壓力/bar溫度/質(zhì)量流量/kg/s氣相分率介質(zhì)主要組成殼程入口1.11012.74570乙醛萃取貧液 H2O:99wt%殼程出口1542.74570乙醛萃取貧液 H2O:99wt%管程入口1.012013.86860冷卻水H2O管程出口0.913013.86860冷卻水H2O6.1.2 設(shè)計(jì)溫度該換熱器的殼程工作溫度為54-101,管程工作溫度為20-30,進(jìn)出口溫度差大于5,符合本項(xiàng)目最經(jīng)濟(jì)溫差。設(shè)計(jì)溫度以工作溫度為依據(jù),一般為工作溫度+(15-30)。這里取殼程設(shè)計(jì)溫度為130,管程設(shè)計(jì)溫度為50。6.1.3 設(shè)計(jì)壓力該換熱器的操作壓力為殼程2bar,管程1.01bar。換熱器的設(shè)計(jì)壓力為設(shè)計(jì)溫度下的最大工作壓力,一般為正常工作壓力的1.1倍。這里取殼程設(shè)計(jì)壓力為2.2bar,管程設(shè)計(jì)壓力為1.3bar。EDR中換熱器的壓降設(shè)置為自動(dòng)默認(rèn)值,也可自己設(shè)置壓降,出口絕壓小于0.1MPa(真空條件),壓降不大于進(jìn)口壓強(qiáng)的40%,出口絕壓大于0.1Mpa,壓降不大于進(jìn)口壓強(qiáng)的20%。6.1.4傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)基于傳熱膜系數(shù)、固壁熱阻和垢層熱阻計(jì)算得到。其中傳熱膜系數(shù)和固壁熱阻為EDR自動(dòng)默認(rèn)值。該換熱器殼程介質(zhì)為鹽溶液,根據(jù)化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)(第四版)的污垢熱阻經(jīng)驗(yàn)系數(shù),有機(jī)溶劑的污垢系數(shù)為0.000172 m2K/W,管程介質(zhì)為冷卻水,同樣查得手冊(cè)上水溫52以下,流速小于1m/s的自來(lái)水的污垢系數(shù)為0.000172m2K/W。6.1.5 流體通道的選擇該換熱器的作用是用冷卻水冷卻熱循環(huán)液。由于工藝物料為被冷卻物質(zhì),為了加快冷卻速度,使其走殼程,一方面能與管程的冷卻水換熱,另一方面殼程外的空氣也能與之換熱轉(zhuǎn)移走部分熱量。6.2 EDR數(shù)據(jù)輸入將流股信息、允許壓力、污垢熱阻等數(shù)據(jù)導(dǎo)入EDR。圖6-1 E0402 Process Data數(shù)據(jù)輸入6.3 換熱器結(jié)構(gòu)形式確定6.3.1 換熱器型式選擇該換熱器選擇工業(yè)上最常見的管殼式換熱器,并選擇其中的固定管板式換熱器。圖6-2 換熱器形式一覽在換熱器具體形式上,選擇B型前端封頭管箱,單管程E型殼體,以及常用的M型后端管箱。6.3.2 換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇根據(jù)EDR初步設(shè)計(jì)結(jié)果,選擇其中較為合理的一組。結(jié)合JB/T 4715-92規(guī)定,對(duì)于固定管板式換熱器,常用換熱管內(nèi)徑有19mm和25mm,根據(jù)生產(chǎn)成本以及該換熱器實(shí)際換熱需求,選擇換熱管內(nèi)徑為19mm,管厚2mm。根據(jù)初步設(shè)計(jì)換熱面積大小,殼程直徑選擇公稱直徑為325mm,壁厚取20mm,換熱管長(zhǎng)度為3000mm,換熱管數(shù)為99根。選擇換熱管排列方式為常用的正三角形,根據(jù)JB/T 4715-92,管心距為25mm。選擇折流板形式為單弓形折流板,根據(jù)JB/T 4715-92,選擇折流板間距為100mm。則折流板數(shù)為27,圓缺率取40%。接管尺寸經(jīng)圓整后如圖所示:圖6-3 殼程接管尺寸圓整值圖6-4 管程接管尺寸圓整值其余參數(shù)均為默認(rèn)值。則主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖所示:圖6-5 換熱器選型結(jié)構(gòu)參數(shù)6.3.3 選型結(jié)果用EDR進(jìn)行校核,得結(jié)果如下:圖6-6 換熱器E0402計(jì)算結(jié)果由上述計(jì)算結(jié)果可以看到,換熱器換熱面積為19m2,設(shè)計(jì)余量為50%,符合設(shè)計(jì)要求;殼程流速為0.2-0.19m/s,管程流速為0.74-0.75m/s,滿足經(jīng)濟(jì)流速范圍;流態(tài)分布合理,無(wú)氣液混合進(jìn)出料;殼程壓降為0.03917bar,壓力降低3.56%,管程壓降為0.02891bar,壓力降低2.85%,壓降均可接受范圍內(nèi)??倐鳠嵯禂?shù)(含污垢熱阻)為920.4W/(m2K),所需傳熱系數(shù)為655.0W/(m2K)。此外,換熱器殼程和管程流體雷諾數(shù)均大于6000,說(shuō)明其流體形態(tài)為湍流,符合設(shè)計(jì)要求。參考化工工藝手冊(cè)(下冊(cè)),得E0402的型號(hào)為BEM325-4.0-19-3/19-1。6.4 詳細(xì)尺寸換熱器設(shè)備圖和管板布置圖如下所示。圖6-7 E0402設(shè)備圖圖6-8 E0402管板布置圖6.5 換熱器校核固定管板換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算單位大連理工大學(xué)一紙開設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 條 件 殼 程管 程設(shè)計(jì)壓力 0.22MPa設(shè)計(jì)壓力 0.13MPa設(shè)計(jì)溫度 130設(shè)計(jì)溫度 50殼程圓筒內(nèi)Di325 mm管箱圓筒內(nèi)徑Di330mm材料名稱S22053材料名稱Q345R 簡(jiǎn) 圖計(jì) 算 內(nèi) 容殼程圓筒校核計(jì)算前端管箱圓筒校核計(jì)算前端管箱封頭(平蓋)校核計(jì)算后端管箱圓筒校核計(jì)算后端管箱封頭(平蓋)校核計(jì)算管箱法蘭校核計(jì)算管板校核計(jì)算筒體法蘭校核計(jì)算前端管箱筒體計(jì)算計(jì)算單位大連理工大學(xué)一紙開計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 0.13MPa設(shè)計(jì)溫度 t 50.00 C內(nèi)徑 Di 330.00mm材料 Q345R ( 板材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss 345.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度 d = = 0.11mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.70mm名義厚度 dn = 10.00mm重量 25.15Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT = 1.25P = 0.6000 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 13.16 MPa校核條件 sT sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力 Pw= = 8.61889MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 2.85MPastf 189.00MPa校核條件stf st結(jié)論 筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度7.00mm,合格前端管箱封頭計(jì)算計(jì)算單位 大連理工大學(xué)一紙開計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 0.13MPa設(shè)計(jì)溫度 t 50.00 C內(nèi)徑 Di 330.00mm曲面深度 hi 80.00mm材料 Q345R (板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 3.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值 PT = 1.25Pc= 0.6000 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力stsT 0.90 ss = 310.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 15.55MPa校核條件sT sT校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù) K = = 1.0423計(jì)算厚度 dh = = 0.12mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 6.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名義厚度 dnh = 10.00mm結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 10.35 Kg壓 力 計(jì) 算最大允許工作壓力 Pw= = 7.29194MPa結(jié)論 合格后端管箱筒體計(jì)算計(jì)算單位大連理工大學(xué)一紙開計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 0.13MPa設(shè)計(jì)溫度 t 50.00 C內(nèi)徑 Di 330.00mm材料 Q345R ( 板材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss 345.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度 d = = 0.11mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.70mm名義厚度 dn = 10.00mm重量 25.15Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT = 1.25P = 0.6000 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 13.16 MPa校核條件 sT sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力 Pw= = 8.61889MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 2.85MPastf 189.00MPa校核條件stf st結(jié)論 筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度7.00mm,合格后端管箱封頭計(jì)算計(jì)算單位大連理工大學(xué)一紙開計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 0.13MPa設(shè)計(jì)溫度 t 50.00 C內(nèi)徑 Di 330.00mm曲面深度 hi 80.00mm材料 Q345R (板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 3.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值 PT = 1.25Pc= 0.6000 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力stsT 0.90 ss = 310.50MPa試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 15.55MPa校核條件sT sT校核結(jié)果合格厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù) K = = 1.0423計(jì)算厚度 dh = = 0.12mm有效厚度 deh =dnh - C1- C2= 6.70mm最小厚度 dmin = 3.00mm名義厚度 dnh = 10.00mm結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 10.35 Kg壓 力 計(jì) 算最大允許工作壓力 Pw= = 7.29194MPa結(jié)論 合格殼程圓筒計(jì)算計(jì)算單位大連理工大學(xué)一紙開計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011 計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 0.22MPa設(shè)計(jì)溫度 t 130.00 C內(nèi)徑 Di 325.00mm材料 S22053 ( 板材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 230.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 230.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss 450.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 1.00厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度 d = = 0.16mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.70mm名義厚度 dn = 10.00mm重量 247.84Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT = 1.25P = 0.6000 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平 sTsT 0.90 ss = 405.00MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 12.96 MPa校核條件 sT sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力 Pw= = 10.64623MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 4.75MPastf 230.00MPa校核條件stf st結(jié)論 筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度5.50mm,合格不帶法蘭固定式管板計(jì)算(c) 設(shè) 計(jì) 單 位大連理工大學(xué)一紙開設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 條 件簡(jiǎn) 圖殼程圓筒設(shè)計(jì)壓力Ps0.22MPa設(shè)計(jì)溫度 t130平均金屬溫度 77.5裝配溫度 15材料名稱S22053設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力230MPa平均金屬溫度下彈性模量1.957e+05MPa平均金屬溫度下熱膨脹系數(shù)1.31e-05mm/mm殼程圓筒內(nèi)徑 325mm殼 程 圓 筒 名 義 厚 度 10mm殼 程 圓 筒 有 效 厚 度 7.7mm殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積 A=0.25 p Di28.296e+04mm2殼程圓筒金屬橫截面積 As=pds ( DI+dn ) 8048mm2管箱圓筒設(shè)計(jì)壓力0.13MPa設(shè)計(jì)溫度 50材料名稱Q345R設(shè)計(jì)溫度下彈性模量2.01e+05MPa管箱圓筒名義厚度10mm管箱圓筒有效厚度7.7mm換熱管材料名稱S22053管子平均溫度 t24.6設(shè)計(jì)溫度下管子材料許用應(yīng)力 243MPa設(shè)計(jì)溫度下管子材料屈服應(yīng)力 410MPa設(shè)計(jì)溫度下管子材料彈性模量 1.916e+05MPa平均金屬溫度下管子材料彈性模量 1.997e+05MPa平均金屬溫度下管子材料熱膨脹系數(shù)1.31e-05mm/mm管子外徑 d19mm管子壁厚2mm管子根數(shù) n99換熱管中心 S25mm一根管子金屬橫截面積106.8mm2換熱管長(zhǎng)度 L1 3000mm換熱管有效長(zhǎng)度(兩管板內(nèi)側(cè)間距) L 2900mm換熱管管束模數(shù) =2240MPa管子回轉(zhuǎn)半徑 6.052mm管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度 2mm系數(shù) Cr =96.04比值 0.3305管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力 () = MPa管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力 () =204.6MPa管板材料名稱Q345R設(shè)計(jì)溫度 130設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 176.2MPa設(shè)計(jì)溫度下彈性模量 1.952e+05MPa管板腐蝕裕量 6mm管板輸入厚度 50mm管板計(jì)算厚度 26.7mm隔板槽面積 (包括拉桿和假管區(qū)面積)Ad10mm2管板強(qiáng)度削弱系數(shù)0.4管板剛度削弱系數(shù)0.4管子加強(qiáng)系數(shù) , K =3.079管板和管子連接型式焊接管板和管子脹接(焊接)高度 l3mm脹接許用拉脫應(yīng)力qMPa焊接許用拉脫應(yīng)力q121.5MPa管箱法蘭材料名稱 管箱法蘭厚度 mm比值 比值 系數(shù) (查圖25) 系數(shù) (查圖26) 旋轉(zhuǎn)剛度 MPa殼體法蘭材料名稱Q345R殼體法蘭厚度50mm管板延長(zhǎng)部分凸緣外直徑 Df 330mm管板延長(zhǎng)部分凸緣寬度 2.5mm比值 0.02369比值 0.1538系數(shù)(按ds /Di ,df”/Di ) 查圖25)0.01434系數(shù) (查圖26)w0.006169旋轉(zhuǎn)剛度 107.8MPa系數(shù)計(jì)算旋轉(zhuǎn)剛度( c型結(jié)構(gòu) 0) 107.8MPa旋轉(zhuǎn)剛度無(wú)量綱參數(shù) 0.03781膨脹節(jié)總體軸向剛度 N/mm管板第一彎矩系數(shù)m1,(按K,查圖27) 0.3994系數(shù) 3.46系數(shù)(按查圖29) 1.698換熱管束與不帶膨脹節(jié)殼體剛度之 1.341換熱管束與帶膨脹節(jié)殼體剛度之比 管板第二彎矩系數(shù)m2,按K,Q(或Qex)查圖28(a)或(b)2.41管板參數(shù)管板開孔后面積A- 0.25 n5.489e+04mm2管板布管區(qū)面積 (三角形布管) (正方形布管) 5.36e+04mm2管板布管區(qū)當(dāng)量直徑 261.2mm系數(shù)計(jì)算系數(shù) 0.6616系數(shù) 0.1927系數(shù) 2.523系數(shù) (帶膨脹節(jié)時(shí)代替Q) 3.41管板布管區(qū)當(dāng)量直徑與殼體內(nèi)徑之比 0.8038管板周邊不布管區(qū)無(wú)量綱寬度 k=K 0.6042僅有殼程壓力Ps作用下的危險(xiǎn)組合工況 (Pt = 0) 不計(jì)溫差應(yīng)力計(jì)溫差應(yīng)力換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差=(t-t)-(t-t) 0.0-0.000693當(dāng)量壓力組合 0.220.22MPa有效壓力組合 0
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