立式熱虹吸再沸器機械設(shè)計說明書

1、大連理工大學本科課程設(shè)計立式熱虹吸式再沸器機械設(shè)計說明書學 院（系）： 化工機械與安全學院 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 學 生 姓 名： 孔 闖 學 號： 201242052 指 導 教 師： 由宏新、代玉強 評 閱 教 師： 完 成 日 期： 2015.10.2 大連理工大學Dalian University of Technolog摘要本課程設(shè)計主要任務(wù)是設(shè)計1臺立式熱虹吸式再沸器，作為丙烯-丙烷精餾塔的提餾段加熱設(shè)備。在大三下學期的時候已經(jīng)初步完成了再沸器的工藝部分的設(shè)計和核算，本次設(shè)計主要進行再沸器的機械部分的計算及校核，包括再沸器各部分的結(jié)構(gòu)說明，筒體壁厚的計算，封頭壁厚的計算，管

2、箱法蘭和管板的計算，筒體和封頭開孔及補強等。通過3周的工作，已完成了再沸器的機械參數(shù)的計算，手工繪制了再沸器的裝配圖1張和管板零件圖1張。目錄摘要I1設(shè)計基礎(chǔ)21.1項目背景21.2設(shè)計依據(jù)21.3技術(shù)來源及授權(quán)21.4項目簡介22結(jié)構(gòu)工藝說明12.1管程和殼程物料的選擇12.2換熱管12.3管板12.3.1 管板結(jié)構(gòu)尺寸12.3.2 換熱管與管板連接22.3.3 排管及管孔32.4折流板52.5接管及連接附件52.6安全泄放72.7耳式支座72.8管箱、管箱法蘭與封頭103強度計算123.1工藝參數(shù)計算結(jié)果表123.2計算條件133.3強度計算143.3.1 殼程圓筒計算143.3.2 前端

3、管箱筒體計算153.3.3 前端管箱封頭計算163.3.4 后端管箱筒體計算183.3.5 后端管箱封頭計算193.3.6 開孔補強設(shè)計計算203.3.7 兼作法蘭固定式管板計算233.3.8 管箱法蘭計算324結(jié)論35附錄A 過程工藝與設(shè)備課程設(shè)計任務(wù)書371 設(shè)計基礎(chǔ)1.1 項目背景本項目來源于大連理工大學過程裝備與控制工程專業(yè)大四年級過程工藝與設(shè)備課程設(shè)計題目； 設(shè)計者為過程裝備與控制工程專業(yè)在校大四學生，與項目發(fā)布者為師生關(guān)系；本項目設(shè)計裝置為立式熱虹吸式再沸器。1.2 設(shè)計依據(jù)過程工藝與設(shè)備課程設(shè)計任務(wù)書（見附錄A）固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 TSG R0004-2009壓力容器

4、 GB 150-2011熱交換器 GB/T 151-2014長頸對焊法蘭 JB/T 4703-2000無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差 GB/T 17395-2008鋼制壓力容器封頭 JB/T 4746-2002承壓設(shè)備無損檢測 NB/T47013-2015石油化工鋼制管法蘭用緊固件 SH/T 3404-20131.3 技術(shù)來源及授權(quán)化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計，匡國柱、史啟才主編，化學工業(yè)出版社，2002年?；瘜W化工物性數(shù)據(jù)手冊（有機卷），劉光啟、劉杰主編，化學工業(yè)出版社，2002年?；ぴ恚ㄏ聝裕筮B理工大學，高等教育出版社，2009年。SW6-2011化工設(shè)備設(shè)計軟件1.4 項目簡介

5、精餾是分離液體混合物（含可液化的氣體混合物）最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。板式精餾塔是常見的精餾分離設(shè)備，結(jié)構(gòu)上，板式 精餾塔是一圓形筒體，塔內(nèi)裝有多層塔板，塔中部適宜位置設(shè)有進料板，兩相在塔板上相互接觸和分離。在板式塔提餾段底部會設(shè)置再沸器，再沸器的作用是將塔底液體部分汽化后送回精餾塔，使塔內(nèi)氣液兩相間的接觸傳質(zhì)得以連續(xù)進行。本設(shè)計采用立式熱虹吸式再沸器，它是一垂直放置的管殼式換熱器。液體在自下而上通過換熱器管程時部分汽化，由在殼程內(nèi)的載熱體供熱。立式熱虹吸再沸器是利用塔底單相釜液與換熱器傳熱管內(nèi)汽液混合物的密度差形成循環(huán)推動力，構(gòu)成工藝物流在精餾塔底與再

6、沸器間的流動循環(huán)。這種再沸器具有傳熱系數(shù)高，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，釜液在加熱段的停留時間短，不易結(jié)垢，調(diào)節(jié)方便，占地面積小，設(shè)備及運行費用低等顯著優(yōu)點。同時，由于結(jié)構(gòu)上的原因，殼程不能采用機械方法清洗，因此不適宜用于高粘度或較臟的加熱介質(zhì)；而且，由于是立式安裝，因而會增加塔的裙座高度。為提高本項目的設(shè)計計算準確性，本設(shè)計采用了業(yè)內(nèi)常用的化工設(shè)備設(shè)計軟件SW6-2011進行計算校核。2 結(jié)構(gòu)工藝說明2.1 管程和殼程物料的選擇本立式熱虹吸再沸器用于對提餾段的丙烯丙烷凝液加熱，使其氣化返回塔底，繼續(xù)進行精餾分離，丙烯丙烷為低毒易燃介質(zhì)，工作壓力1.79MPa。加熱介質(zhì)為飽和水蒸氣，干凈清潔，工作壓力

7、0.1MPa。根據(jù)換熱器設(shè)計經(jīng)驗，管程和殼程介質(zhì)的選擇一般遵循以下原則：（1） 易結(jié)垢的流體走管程,便于檢修及時清洗除垢；（2） 具有腐蝕性的流體應(yīng)走管程，可防止管束和殼體材質(zhì)受腐蝕,且便于管子清洗檢修；（3） 易燃易爆、有毒流體走管程，減少泄漏機會,避免引起人員中毒或者爆炸；（4） 高壓流體走管程，以防殼體受壓，節(jié)省殼體材料；（5） 被冷卻流體走殼程，可借外殼向外的散熱作用使殼體散熱，增強冷卻效果；（6） 流量大、粘度大的流體走殼程，流量小的流體走管程；（7） 飽和蒸汽走殼程，便于及時排出冷凝液，且蒸汽潔凈清洗方便；（8） 需要提高流速以增大其對流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，因管程流通面積常小于

8、殼程，且可采用多管程以增大流速。（9） 物料不同，走法也就不同，應(yīng)根據(jù)實際情況，選擇液體流徑。故，本換熱器丙烯丙烷凝液走管程，加熱蒸汽走殼程。2.2 換熱管根據(jù)工藝計算結(jié)果，本再沸器換熱管尺寸為25×2，長度L=3000mm，數(shù)量為245根，管心距32mm，材料選用10g，級管束，外徑允許偏差±0.10mm，制造及檢驗標準為GB/T 17395-2008。因殼程為清潔水蒸氣，管束無需清洗，故管束排列方式為正三角形排列。2.3 管板2.3.1 管板結(jié)構(gòu)尺寸本再沸器管板采用固定管板兼做法蘭的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)工藝計算結(jié)果要求，本再沸器為單管程單殼程結(jié)構(gòu)，管板無需開分程槽，具體結(jié)構(gòu)尺

9、寸如圖2.1、圖2.2。圖 2.1管板結(jié)構(gòu)尺寸圖 2.2管板法蘭結(jié)構(gòu)尺寸2.3.2 換熱管與管板連接根據(jù)GB151-2014中要求，強度脹接具有結(jié)構(gòu)簡單，管子更換和修補容易的特點，故本裝置換熱管與管板采用脹接連接，其的適用范圍如下：a) 設(shè)計壓力小于或等于4.0MPa;b) 設(shè)計溫度小于或等于300；c) 操作中無振動，無過大的溫度波動及明顯的應(yīng)力腐蝕傾向。本再沸器設(shè)計壓力1.9MPa，設(shè)計溫度100，操作平穩(wěn)且無明顯應(yīng)力腐蝕傾向，滿足上述條件，故換熱管與管板采用脹接連接，脹度k=7%，管孔尺寸如圖2.3示。圖 2.3管孔尺寸2.3.3 排管及管孔管板排孔限位圓直徑為549mm，排管如圖2.4

10、、圖2.5，管板開4個拉桿開孔，開孔尺寸見圖2.6。圖 2.4排管圖圖 2.5管孔尺寸圖 2.6拉桿螺孔尺寸2.4 折流板本再沸器選用拱形折流板，弓形折流板引導流體垂直流過管束，流經(jīng)缺口處順流經(jīng)過管子后進入下一板間，改變方向，流動中死區(qū)較少，能提供高度的湍動和良好的傳熱。其結(jié)構(gòu)尺寸見圖2.7，板厚8mm，全換熱器布置7個折流板，折流板間距400mm。圖 2.7折流板尺寸2.5 接管及連接附件根據(jù)工藝計算結(jié)果要求，查GB/T 17395-2008選取接管規(guī)格及尺寸見表2-1。表格 21接管數(shù)據(jù)接管編號規(guī)格DN公稱壓力/bar外徑/mm壁厚/mm長度/mm重量 /Kg用途a250252731220

11、015.45管程出料口b200252191020010.31管程進料口c1502.51594.52003.8殼程出料d1002.510841502.05殼程進料e5025573.51500.92安全閥接管f、g202.522.51500.21液位計接管h、i202.5252.51500.21排氣、排液接管根據(jù)HG/T 20592-2009為接管選用配套的連接件，板由于式平焊鋼制管法蘭取材方便，制造簡單，成本低，使用廣泛，具有良好的綜合性能，因此本裝置的管法蘭全部選用板式平焊鋼制管法蘭，具體結(jié)構(gòu)及連接尺寸見圖2.8和表2-2圖 2.8板式平焊法蘭結(jié)構(gòu)接管法蘭螺栓規(guī)格DN公稱壓力/bar法蘭外徑D

12、螺栓孔中心圓直徑K厚度mm重量 /Kg螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量規(guī)格長度/mm250254253703520.23012M27110200253603103214.22612M271001502.5265225205.14188M16651002.5210170183.41184M16605025165125202.77184M1665202.59065140.6114M1045202.59065140.6114M1045表格 22接管法蘭及連接附件注：排氣和排液接管孔工作時常閉，用法蘭蓋密封。2.6 安全泄放對安全閥接管需計算其最小泄放面積，安全閥安裝在再沸器上管箱筒節(jié)處，介質(zhì)為飽和丙烯丙烷蒸汽

13、，輸入熱量H=5.84×106 kJ/h，泄放壓力pf=1.9MPa，泄放壓力下液體汽化潛熱q=265.8 kJ/kg，根據(jù)GB 150.1-2011附錄B中要求，選用全啟式安全閥，由制造廠提供的泄放系數(shù)為K=0.65。(1) 容器安全泄放量Ws為：Ws=Hq=5.84×106 265.8 =219.73kg/h(2) 安全閥最小泄放面積A：A=0.19WsKpf=0.19×219.730.65×1.9=178mm2最小接管內(nèi)徑為D=4A=15.1mm，所以選用的50的接管滿足要求。2.7 耳式支座本換熱器由于立式安裝，故采用耳式支座，具體結(jié)構(gòu)尺寸見圖2

14、.9。圖 2.9耳式支座以下各部分計算內(nèi)容系根據(jù)JB/T 4712.3-2007容器支座 第3部分:耳式支座 附錄A進行設(shè)計計算。計算數(shù)據(jù)：設(shè)計壓力 PMPa1.9示意圖：設(shè)計溫度 t100殼體內(nèi)徑 Dimm600設(shè)備總高度 H0mm4374支座底板離地面高度mm10000支座底板距設(shè)備質(zhì)心hmm750風壓高度變化系數(shù) fi1設(shè)置地區(qū)的基本風壓 q0N/m2450地震設(shè)防烈度（地震加速度）7地震影響系數(shù) a0.08殼體材料Q345R設(shè)計溫度下許用應(yīng)力 tMPa189圓筒名義厚度 nmm8厚度附加量 Cmm0.8圓筒有效厚度 emm4.2設(shè)備總質(zhì)量 m0kg2493.5偏心載荷 GeN0偏心距

15、Semm0b2mm90l2mm180s1mm403mm6設(shè)備保溫厚mm0設(shè)備外徑 DOmm616支座數(shù)量 n2不均勻系數(shù) k1所選耳式支座型號JB/T4712.3-2007，耳式支座B 2-1.耳座安裝尺寸計算901.52mm2.耳座載荷計算地震載荷1954.904N風載荷1454.967N水平力P 取PW和Pe+0.25PW的大值，NPe+0.25PW =2318.64584N因此 P=2318.64584N耳式支座實際承受載荷16.07605kN3.計算支座處圓筒所受的支座彎矩2.250647684校核所選耳式支座耳式支座本體允許載荷 QkN60(根據(jù)所選支座查表3，表4，表5得到)支座處

16、圓筒的許用彎矩 ML74.27(根據(jù)e和p查表B.1內(nèi)插得到)判斷依據(jù):Q<Q且ML<ML，所選耳式支座合格耳式支座最終校核結(jié)果合格附表1 風壓高度變化系數(shù)fi距地面高度Hit地面粗糙度類別ABC51.171.000.74101.381.000.74151.521.140.74201.631.250.84301.801.421.00401.921.561.13502.031.671.25602.121.771.35702.201.861.45802.271.951.54902.342.021.621002.402.091.701502.642.382.03附表2 對應(yīng)于設(shè)防烈度ma

17、x值設(shè)防烈度789設(shè)計基本地震加速度0.1g0.15g0.2g0.3g0.4g地震影響系數(shù)最大值max0.080.120.160.240.322.8 管箱、管箱法蘭與封頭根據(jù)GB151-2014中6.2本立式再沸器選用B型封頭管箱結(jié)構(gòu)，封頭選用標準橢圓封頭其結(jié)構(gòu)尺寸見圖2.10；根據(jù)化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計第122頁管箱結(jié)構(gòu)尺寸要求，管箱圓筒長度取L=200 mm，根據(jù)JBT4703-2000管箱法蘭選用長頸對焊法蘭，結(jié)構(gòu)尺寸見圖2.11。圖 2.10標準封頭尺寸圖 2.11長頸對焊法蘭3 強度計算3.1 工藝參數(shù)計算結(jié)果表管程殼程物料名稱進口凝液飽和水蒸氣出口混合蒸汽水流量Kg/h進口99

18、8802588出口998802588操作溫度ºC進口52.9100出口53100操作壓力MPa1.790.1定性溫度ºC52.9100液體密度kg/m3445958.1導熱系數(shù)W/mºC0.0720.683熱容kJ/kgºC1.6412.02粘度PaS0.0000750.000283表面張力N/m0.004173氣化潛熱kJ/kg265.82256.9氣體密度kg/m331.10.51導熱系數(shù)W/mºC熱容kJ/kgºC粘度PaS0.00000880.000012氣化潛熱kJ/kg設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式立式熱虹吸式臺數(shù)1殼體內(nèi)徑mm600殼

19、程數(shù)1管徑mm25管心距mm32管長mm3000排列方式正三角形排列管數(shù)目（根）245折流板數(shù)（個）7傳熱面積m257.53折流板間距mm400管程數(shù)1材質(zhì)碳鋼接管尺寸mm進口200150出口250100主要計算結(jié)果管程殼程流速m/s0.734傳熱膜系數(shù)W/m2ºC966.58334.6污垢熱阻m2ºC /w0.0001760.00009阻力損失MPa0.006458熱負荷kW1622.4傳熱溫差ºC47.1總傳熱系數(shù)W/m2ºC866裕度%61.1備注3.2 計算條件設(shè) 計 計 算 條 件殼 程管 程設(shè)計壓力 0.1MPa設(shè)計壓力 1.9MPa設(shè)計溫度

20、 100設(shè)計溫度 53殼程圓筒內(nèi)徑Di600mm管箱圓筒內(nèi)徑Di600mm材料名稱Q345R材料名稱Q345R簡 圖計 算 內(nèi) 容3.3.1殼程圓筒校核計算3.3.2前端管箱圓筒校核計算3.3.3前端管箱封頭校核計算3.3.4后端管箱圓筒校核計算3.3.5后端管箱封頭校核計算3.3.6開孔補強設(shè)計計算3.3.7 管板校核計算3.3.8管箱法蘭校核計算3.3 強度計算3.3.1 殼程圓筒計算計算所依據(jù)的標準GB 150.3-2011 計算條件筒體簡圖計算壓力 pc 0.10MPa設(shè)計溫度 t 100.00° C內(nèi)徑 Di 600.00mm材料 Q345R ( 板材 )試驗溫度許用應(yīng)力

21、s 189.00MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗溫度下屈服點 ss 345.00MPa鋼板負偏差 C1 0.30mm腐蝕裕量 C2 1.00mm焊接接頭系數(shù) f 0.80厚度及重量計算計算厚度 d = = 0.18mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 6.70mm名義厚度 dn = 8.00mm重量 359.85Kg壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型 液壓試驗試驗壓力值pT = 1.25p = 0.1250 MPa壓力試驗允許通過的應(yīng)力水平 sTsT£ 0.90 ss = 310.50MPa試驗壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 6.29 MPa校核條件 sT&

22、#163; sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計算最大允許工作壓力 pw= = 3.75695MPa設(shè)計溫度下計算應(yīng)力 st = = 4.53MPastf 170.10MPa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6.00mm,合格3.3.2 前端管箱筒體計算計算所依據(jù)的標準GB 150.3-2011計算條件筒體簡圖計算壓力 pc1.90MPa設(shè)計溫度 t53.00° C內(nèi)徑 Di600.00mm材料Q345R ( 板材 )試驗溫度許用應(yīng)力 s189.00MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st189.00MPa試驗溫度下屈服點 ss345.00MPa鋼板負偏差 C1

23、0.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) f0.80厚度及重量計算計算厚度d = = 3.37mm有效厚度de =dn - C1- C2= 5.70mm名義厚度dn = 8.00mm重量23.99Kg壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值pT = 1.25p = 2.3750MPa壓力試驗允許通過的應(yīng)力水平 sTsT£ 0.90 ss = 310.50MPa試驗壓力下圓筒的應(yīng)力sT = = 140.21MPa校核條件sT£ sT校核結(jié)果合格壓力及應(yīng)力計算最大允許工作壓力pw= = 3.20149MPa設(shè)計溫度下計算應(yīng)力st = = 100.95MPast

24、f170.10MPa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3.3.3 前端管箱封頭計算計算所依據(jù)的標準GB 150.3-2011計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力 pc1.90MPa設(shè)計溫度 t53.00° C內(nèi)徑 Di600.00mm曲面深度 hi150.00mm材料Q345R (板材)設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st189.00MPa試驗溫度許用應(yīng)力 s189.00MPa鋼板負偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) f0.80壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值pT = 1.25p= 2.3750MPa壓力試驗

25、允許通過的應(yīng)力stsT£ 0.90 ss = 310.50MPa試驗壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 139.55MPa校核條件sT£ sT校核結(jié)果合格厚度及重量計算形狀系數(shù)K = = 1.0000計算厚度dh = = 3.36mm有效厚度deh =dnh - C1- C2= 5.70mm最小厚度dmin = 3.00mm名義厚度dnh = 8.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量27.47Kg壓 力 計 算最大允許工作壓力pw= = 3.21662MPa結(jié)論合格3.3.4 后端管箱筒體計算計算所依據(jù)的標準GB 150.3-2011 計算條件筒體簡圖計算壓力 pc1.90MPa設(shè)計

26、溫度 t53.00° C內(nèi)徑 Di600.00mm材料Q345R ( 板材 )試驗溫度許用應(yīng)力 s189.00MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st189.00MPa試驗溫度下屈服點 ss345.00MPa鋼板負偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) f0.80厚度及重量計算計算厚度d = = 3.37mm有效厚度de =dn - C1- C2= 5.70mm名義厚度dn = 8.00mm重量23.99Kg壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值pT = 1.25p = 2.3750MPa壓力試驗允許通過的應(yīng)力水平 sTsT£ 0.90 ss = 310

27、.50MPa試驗壓力下圓筒的應(yīng)力sT = = 140.21MPa校核條件sT£ sT校核結(jié)果合格壓力及應(yīng)力計算最大允許工作壓力pw= = 3.20149MPa設(shè)計溫度下計算應(yīng)力st = = 100.95MPastf170.10MPa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3.3.5 后端管箱封頭計算計算所依據(jù)的標準GB 150.3-2011計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力 pc2.00MPa設(shè)計溫度 t53.00° C內(nèi)徑 Di600.00mm曲面深度 hi150.00mm材料Q345R (板材)設(shè)計溫度許用應(yīng)力 st189.0

28、0MPa試驗溫度許用應(yīng)力 s189.00MPa鋼板負偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) f0.80壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值pT = 1.25p= 2.3750MPa壓力試驗允許通過的應(yīng)力stsT£ 0.90 ss = 310.50MPa試驗壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 139.55MPa校核條件sT£ sT校核結(jié)果合格厚度及重量計算形狀系數(shù)K = = 1.0000計算厚度dh = = 3.54mm有效厚度deh =dnh - C1- C2= 5.70mm最小厚度dmin = 3.00mm名義厚度dnh = 8.00mm結(jié)論滿

29、足最小厚度要求重量27.47Kg壓 力 計 算最大允許工作壓力pw= = 3.21662MPa結(jié)論合格3.3.6 開孔補強設(shè)計計算根據(jù)再沸器換熱的工藝要求及結(jié)構(gòu)需要，需在換熱器上開孔接管，開孔接管如下：接管規(guī)格DN公稱壓力/bar外徑/mm壁厚/mm重量 /Kg用途250252731215.45管程出料口200252191010.31管程進料口1502.51594.53.8殼程出料1002.510842.05殼程進料5025573.50.92安全閥接管202.5252.50.21液位計接管202.5252.50.21排氣、排液接管容器開孔時，需考慮開孔對設(shè)備強度的削弱作用，一定情況下還需對開孔

30、進行補強，對于以上開孔，只需考慮計算同一開口部位，各壓力狀態(tài)下最大開孔即可。下列計算中N1為管程進料口，N2為殼程出料口。接 管: N1, 273×12計算方法: GB150.3-2011等面積補強法，單孔設(shè) 計 條 件簡 圖計算壓力 pc1.9MPa設(shè)計溫度53殼體型式橢圓形封頭殼體材料名稱及類型Q345R板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)0.8殼體內(nèi)直徑 Di600mm殼體開孔處名義厚度n8mm殼體厚度負偏差 C10.3mm殼體腐蝕裕量 C22mm殼體材料許用應(yīng)力t189MPa橢圓形封頭長短軸之比2凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角(°)0接管實際外伸長度200mm接管連接型式

31、插入式接管接管實際內(nèi)伸長度0mm接管材料20(GB9948)接管焊接接頭系數(shù)0.80名稱及類型管材接管腐蝕裕量2mm補強圈材料名稱凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離mm補強圈外徑mm補強圈厚度mm接管厚度負偏差 C1t1.2mm補強圈厚度負偏差 C1rmm接管材料許用應(yīng)力t149.94MPa補強圈許用應(yīng)力tMPa開 孔 補 強 計 算非圓形開孔長直徑255.4mm開孔長徑與短徑之比1殼體計算厚度3.4035mm接管計算厚度t1.5877mm補強圈強度削弱系數(shù) frr0接管材料強度削弱系數(shù) fr0.7933開孔補強計算直徑 d255.4mm補強區(qū)有效寬度 B510.8mm接管有效外伸長度 h155

32、.361mm接管有效內(nèi)伸長度 h20mm開孔削弱所需的補強面積A882mm2殼體多余金屬面積 A1578mm2接管多余金屬面積 A2634mm2補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A324mm2A1+A2+A3= 1236mm2 ，大于A，不需另加補強。補強圈面積 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論: 合格接 管: N2, 159×4.5計算方法: GB150.3-2011等面積補強法，單孔設(shè) 計 條 件簡 圖計算壓力 pc0.1MPa設(shè)計溫度100殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型Q345R板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)0.8殼體內(nèi)直徑 Di600mm殼體開孔處名義厚度n8mm殼體厚度負偏差

33、 C10.3mm殼體腐蝕裕量 C21mm殼體材料許用應(yīng)力t189MPa接管軸線與筒體表面法線的夾角(°)0凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角(°)接管實際外伸長度200mm接管連接型式插入式接管接管實際內(nèi)伸長度0mm接管材料10(GB9948)接管焊接接頭系數(shù)0.8名稱及類型管材接管腐蝕裕量1mm補強圈材料名稱凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離mm補強圈外徑mm補強圈厚度mm接管厚度負偏差 C1t0.45mm補強圈厚度負偏差 C1rmm接管材料許用應(yīng)力t121MPa補強圈許用應(yīng)力tMPa開 孔 補 強 計 算非圓形開孔長直徑152.9mm開孔長徑與短徑之比1殼體計算厚度0.1

34、764mm接管計算厚度t0.062mm補強圈強度削弱系數(shù) frr0接管材料強度削弱系數(shù) fr0.6402開孔補強計算直徑 d152.9mm補強區(qū)有效寬度 B305.8mm接管有效外伸長度 h126.231mm接管有效內(nèi)伸長度 h20mm開孔削弱所需的補強面積A27mm2殼體多余金屬面積 A1983mm2接管多余金屬面積 A2100mm2補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A39mm2A1+A2+A3= 1092mm2 ，大于A，不需另加補強。補強圈面積 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論: 合格3.3.7 兼作法蘭固定式管板計算設(shè) 計 計 算 條 件簡 圖設(shè)計壓力 ps0.1MPa設(shè)計溫度 Ts10

35、0平均金屬溫度 ts100裝配溫度 to15殼材料名稱Q345R設(shè)計溫度下許用應(yīng)力st189Mpa程平均金屬溫度下彈性模量 Es1.97e+05Mpa平均金屬溫度下熱膨脹系數(shù)as1.153e-05mm/mm圓殼程圓筒內(nèi)徑 Di 600mm殼 程 圓 筒 名義厚 度 ds8mm殼 程 圓 筒 有效厚 度 dse6.7mm筒殼體法蘭設(shè)計溫度下彈性模量 Ef1.97e+05MPa殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積 A=0.25 p Di22.827e+05mm2殼程圓筒金屬橫截面積 As=pds ( Di+ds )1.277e+04mm2管設(shè)計壓力pt1.9MPa箱設(shè)計溫度Tt53圓材料名稱Q345R筒設(shè)計溫度

36、下彈性模量 Eh1.994e+05MPa管箱圓筒名義厚度(管箱為高頸法蘭取法蘭頸部大小端平均值)dh21mm管箱圓筒有效厚度dhe19mm管箱法蘭設(shè)計溫度下彈性模量 Et”1.994e+05MPa材料名稱10(GB9948)換管子平均溫度 tt53設(shè)計溫度下管子材料許用應(yīng)力 stt121MPa設(shè)計溫度下管子材料屈服應(yīng)力sst181MPa熱設(shè)計溫度下管子材料彈性模量 Ett1.97e+05MPa平均金屬溫度下管子材料彈性模量 Et1.994e+05MPa平均金屬溫度下管子材料熱膨脹系數(shù)at1.114e-05mm/mm管管子外徑 d25mm管子壁厚dt2mm管子根數(shù) n245換熱管中心距 S32m

37、m換一根管子金屬橫截面積144.5mm2換熱管長度 L3000mm管子有效長度(兩管板內(nèi)側(cè)間距) L12914mm管束模數(shù) Kt = Et na/LDi4037MPa管子回轉(zhuǎn)半徑 8.162mm熱管子受壓失穩(wěn)當量長度 lcr495mm系數(shù)Cr =146.6比值 lcr /i60.64管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力 () MPa管管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力 () 71.78MPa材料名稱16Mn設(shè)計溫度 tp100管設(shè)計溫度下許用應(yīng)力178MPa設(shè)計溫度下彈性模量 Ep1.97e+05MPa管板腐蝕裕量 C23mm管板輸入厚度dn43mm管板計算厚度 d36mm隔板槽面積 (包括拉桿和假管區(qū)面積)Ad0mm2板管板

38、強度削弱系數(shù) h0.4管板剛度削弱系數(shù) m0.4管子加強系數(shù) K =4.505管板和管子連接型式脹接，開槽管板和管子脹接(焊接)高度l40mm脹接許用拉脫應(yīng)力 q4MPa焊接許用拉脫應(yīng)力 qMPa管材料名稱16Mn管箱法蘭厚度 42mm法蘭外徑 760mm箱基本法蘭力矩 2.773e+07N×mm管程壓力操作工況下法蘭力3.318e+07N×mm法蘭寬度 80mm法比值0.03167比值0.07系數(shù)(按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-2014>>圖25)0.00蘭系數(shù)w”(按dh/Di ,df”/Di ,查<<GB151

39、-2014>>圖 26)0.00562旋轉(zhuǎn)剛度 104.1MPa材料名稱16Mn殼殼體法蘭厚度43mm法蘭外徑 760mm體法蘭寬度 80mm比值 0.01117法比值0.07167系數(shù), 按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-2014>>圖250.00蘭系數(shù), 按dh/Di ,df”/Di , 查<<GB151-2014>>圖260.0006302旋轉(zhuǎn)剛度 21.72MPa法蘭外徑與內(nèi)徑之比 1.267殼體法蘭應(yīng)力系數(shù)Y (按 K 查<<GB1502011>>表7-9)8.349旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參

40、數(shù) 0.004226膨脹節(jié)總體軸向剛度 0N/mm管板第一彎矩系數(shù)(按,查<<GB151-2014>>圖 27) 0.2494系系數(shù) 13.19系數(shù)(按查<<GB15198>>圖 29) 2.874換熱管束與不帶膨脹節(jié)殼體剛度之比 2.806數(shù)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)(按K,Q或查<<GB151-2014>>圖28(a)或(b)2.714系數(shù)（帶膨脹節(jié)時代替Q） 0.004908計系數(shù) (按K,Q或Qex 查圖30) 0.01008法蘭力矩折減系數(shù) 0.2954管板邊緣力矩變化系數(shù) 1.984算法蘭

41、力矩變化系數(shù) 0.414管管板開孔后面積 Al = A - 0.25 npd 21.625e+05mm2板參管板布管區(qū)面積(三角形布管) (正方形布管 ) 2.173e+05mm2數(shù)管板布管區(qū)當量直徑 526mm系數(shù) 0.5747系系數(shù) 0.2179數(shù)系數(shù) 4.373計系數(shù)(帶膨脹節(jié)時代替Q) 6.414算管板布管區(qū)當量直徑與殼體內(nèi)徑之比 0.8766管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度 k = K(1-rt)0.5559僅有殼程壓力Ps作用下的危險組合工況 (Pt = 0)不計溫差應(yīng)力計溫差應(yīng)力換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差=(t-t)-(t-t)0.0-0.0005566當量壓力組合 0.10.1MP

42、a有效壓力組合 0.4373-23.74MPa基本法蘭力矩系數(shù) 0.6504-0.01198管板邊緣力矩系數(shù)0.6601-0.002246管板邊緣剪力系數(shù) 8.708-0.02963管板總彎矩系數(shù) 2.460.1741系數(shù)僅用于 時0.65990.04671系數(shù)當 時,按K和m 查圖31(a)實線當 時,按K和m 查圖31（b）1.3730.252系數(shù) > 0 ,=,< 0 , =1.3730.252管板徑向應(yīng)力系數(shù)帶膨脹節(jié)Q為Q=0.58670.01076管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)=0.7050.004987管板布管區(qū)周邊處剪切應(yīng)力系數(shù)=0.42730.04271殼體法蘭力矩系

43、數(shù)0.1901-0.005571計算值許用值計算值許用值管板徑向應(yīng)力 102.41.5 2671023 534MPa管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力87.161.5 26751.633 534MPa管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力3.9230.5 89-21.281.5 267MPa殼體法蘭應(yīng)力 611.5 26797.033 534MPa換熱管軸向應(yīng)力 8.07712171.7857.183 36371.78MPa殼程圓筒軸向應(yīng)力 9.512170.1-51.61510.3MPa換熱管與管板連接拉脫應(yīng)力 q =0.3715q42.633q焊接q脹接4MPa僅有管程壓力Pt作用下的危險組合工況 (Ps = 0)

44、不計溫差應(yīng)力計溫差應(yīng)力換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差=(t-t)-(t-t)0.0-0.0005566當量壓力組合 -2.314-2.314MPa有效壓力組合 -12.19-36.36MPa操作情況下法蘭力矩系數(shù)-0.02793-0.009359管板邊緣力矩系數(shù) -0.02793-0.009359管板邊緣剪力系數(shù) -0.3684-0.1235管板總彎矩系數(shù) -1.188-0.09775系數(shù)僅用于 時0.31870.02622系數(shù)當 時,按K和m 查圖31（a）實線當 時,按K和m 查31（b)1.0420.3836系數(shù) >0, =;<0 ,=1.0420.3836管板徑向應(yīng)力系數(shù)帶膨脹節(jié)Q為Q=0.028980.0148管板布管區(qū)周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)=-0.02215-0.002