通用固定管板式换热器设计任务书.doc

1、 过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-2011 全 国 化 工 设 备 设 计 技 术 中 心 站 1 固定管板换热器设计计算 计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所 设 计 计 算 条 件 壳 程 管 程 设计压力 ps 0.75 MPa 设计压力 pt 0.36 MPa 设计温度 ts 175 C 设计温度 tt 160 C 壳程圆筒内径 Di 400 mm 管箱圆筒内径 Di 400 mm 材料名称 Q245R 材料名称 S30408 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

2、)校核计算 管箱法兰校核计算 管板校核计算 过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-2011 全 国 化 工 设 备 设 计 技 术 中 心 站 2 前端管箱筒体计算 计算单位 中 航一集团航空动力控制系统研究所 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 0.36 MPa 设计温度 t 160.00 C 内径 Di 400.00 mm 材料 S30408 ( 板材 ) 试验温度许用应力 137.00 MPa 设计温度许用应力 t 135.60 MPa 试验温度下屈服点 s 205.00 MPa 钢板负偏差 C1 0.30 mm 腐蚀裕量 C2 1.0

3、0 mm 焊接接头系数 0.85 厚度及重量计算 计算厚度 = PD Pc itc2 = 0.63 mm 有效厚度 e =n - C1- C2= 4.70 mm 名义厚度 n = 6.00 mm 重量 11.11 Kg 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 t = 0.4546 (或由用户输入 ) MPa 压力试验允许通过 的应力水平 T T 0.90 s = 184.50 MPa 试验压力下 圆筒的应力 T = p DT i ee.( ). 2 = 23.03 MPa 校核条件 T T 校核结果 合格 压力及应力计算 最大允许工作压力 Pw= 2 e

4、ti e ( )D= 2.67715 MPa 设计温度下计算应力 t = P Dc i ee( )2 = 15.50 MPa t 115.26 MPa 校核条件 t t 结论 筒体名义厚度大于或等于 GB151 中规定的最小厚度 4.50mm,合格 过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-2011 全 国 化 工 设 备 设 计 技 术 中 心 站 3 前端管箱封头计算 计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所 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 0.36 MPa 设计温度 t 160.00 C 内径 Di 400.00 mm 曲面深度

5、hi 100.00 mm 材料 S30408 (板材 ) 设计温度许用应力 t 135.60 MPa 试验温度许用应力 137.00 MPa 钢板负偏差 C1 0.30 mm 腐蚀裕量 C2 1.00 mm 焊接接头系数 0.85 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 t = 0.4546 (或由用户输入 ) MPa 压力试验允许通过的应力 t T 0.90 s = 184.50 MPa 试验压力下封头的应力 T = .2 )5.0.(eeiT KDp = 48.76 MPa 校核条件 T T 校核结果 合格 厚度及重量计算 形状系数 K = 2ii2

6、261 hD= 1.0000 计算厚度 h = KPDPc it c2 0 5 . = 0.63 mm 有效厚度 eh =nh - C1- C2= 2.20 mm 最小厚度 min = 2.00 mm 名义厚度 nh = 3.50 mm 结论 满足最小厚度要求 重量 5.58 Kg 压 力 计 算 最大允许工作压力 Pw= 2 05 . t ei eKD= 1.26438 MPa 结论 合格 过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-2011 全 国 化 工 设 备 设 计 技 术 中 心 站 4 后端管箱筒体计算 计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所 计算所依据的标准 GB 150.

7、3-2011 计算条件 筒体简图 计算压力 Pc 0.36 MPa 设计温度 t 160.00 C 内径 Di 400.00 mm 材料 S30408 ( 板材 ) 试验温度许用应力 137.00 MPa 设计温度许用应力 t 135.60 MPa 试验温度下屈服点 s 205.00 MPa 钢板负偏差 C1 0.30 mm 腐蚀裕量 C2 1.00 mm 焊接接头系数 0.85 厚度及重量计算 计算厚度 = PD Pc itc2 = 0.63 mm 有效厚度 e =n - C1- C2= 3.70 mm 名义厚度 n = 5.00 mm 重量 9.24 Kg 压力试验时应力校核 压力试验类型

8、 液压试验 试验压力值 PT = 1.25P t = 0.4546 (或由用户输入 ) MPa 压力试验允许通过 的应力水平 T T 0.90 s = 184.50 MPa 试验压力下 圆筒的应力 T = p DT i ee.( ). 2 = 29.18 MPa 校核条件 T T 校核结果 合格 压力及应力计算 最大允许工作压力 Pw= 2 e ti e ( )D= 2.11277 MPa 设计温度下计算应力 t = P Dc i ee( )2 = 19.64 MPa t 115.26 MPa 校核条件 t t 结论 筒体名义厚度大于或等于 GB151 中规定的最小厚度 4.50mm,合格 过

9、 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-2011 全 国 化 工 设 备 设 计 技 术 中 心 站 5 后端管箱封头计算 计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所 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 0.36 MPa 设计温度 t 160.00 C 内径 Di 400.00 mm 曲面深度 hi 100.00 mm 材料 S30408 (板材 ) 设计温度许用应力 t 135.60 MPa 试验温度许用应力 137.00 MPa 钢板负偏差 C1 0.30 mm 腐蚀裕量 C2 1.00 mm 焊接接头系数 0.85 压力试验时应力校核

10、压力试验类型 液压试验 试验压力值 PT = 1.25Pc t = 0.4546 (或由用户输入 ) MPa 压力试验允许通过的应力 t T 0.90 s = 184.50 MPa 试验压力下封头的应力 T = .2 )5.0.(eeiT KDp = 48.76 MPa 校核条件 T T 校核结果 合格 厚度及重量计算 形状系数 K = 2ii2261 hD= 1.0000 计算厚度 h = KPDPc it c2 0 5 . = 0.63 mm 有效厚度 eh =nh - C1- C2= 2.20 mm 最小厚度 min = 2.00 mm 名义厚度 nh = 3.50 mm 结论 满足最小

11、厚度要求 重量 5.58 Kg 压 力 计 算 最大允许工作压力 Pw= 2 05 . t ei eKD= 1.26438 MPa 结论 合格 过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-2011 全 国 化 工 设 备 设 计 技 术 中 心 站 6 内压圆筒校核 计算单位 中航一集团航空动力控制系统研究所 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 0.75 MPa 设计温度 t 175.00 C 内径 Di 400.00 mm 材料 Q245R ( 板材 ) 试验温度许用应力 148.00 MPa 设计温度许用应力 t 135.50 MPa 试验温度

12、下屈服点 s 245.00 MPa 钢板负偏差 C1 0.30 mm 腐蚀裕量 C2 1.00 mm 焊接接头系数 0.85 厚度及重量计算 计算厚度 = PD Pc itc2 = 1.31 mm 有效厚度 e =n - C1- C2= 4.70 mm 名义 厚度 n = 6.00 mm 重量 11.11 Kg 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 t = 1.0240 (或由用户输入 ) MPa 压力试验允许通过 的应力水平 T T 0.90 s = 220.50 MPa 试验压力下 圆筒的应力 T = p DT i ee.( ). 2 = 51.87

13、 MPa 校核条件 T T 校核结果 合格 压力及应力计算 最大允许工作压力 Pw= 2 e ti e ( )D= 2.67518 MPa 设计温度下计算应力 t = P Dc i ee( )2 = 32.29 MPa t 115.18 MPa 校核条件 t t 结论 合格 过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-2011 全 国 化 工 设 备 设 计 技 术 中 心 站 7 延长部分兼作法兰固定式管板 设计单位 中航一集团航空动力控制系统研究所 设 计 计 算 条 件 简 图 设计压力 ps 0.75 MPa 设计温度 Ts 175 C 平均金属温度 ts 0 C 装配温度 to 15

14、 C 壳 材料名称 Q245R 设计温度下许用应力 t 135.5 Mpa 程 平均金属温度下弹性模量 Es 2.023e+05 Mpa 平均金属温度下热膨 胀系数 s 1.076e-05 mm/mmC 圆 壳程圆筒内径 Di 400 mm 壳 程 圆 筒 名义厚 度 s 6 mm 壳 程 圆 筒 有效厚 度 se 4.7 mm 筒 壳体法兰设计温度下弹性模量 Ef 1.845e+05 MPa 壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 Di2 1.257e+05 mm2 壳程圆筒金属横截面积 As=s ( Di+s ) 5976 mm2 管 设计压 力 pt 0.36 MPa 箱 设计温度 Tt

15、160 C 圆 材料名称 S30408 筒 设计温度下弹性模量 Eh 1.95e+05 MPa 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 )h 6 mm 管箱圆筒 有效 厚度 he 4.7 mm 管箱法兰设计温度下弹性模量 Et” 1.934e+05 MPa 材料名称 S30408 换 管子平均温度 tt 0 C 设计温度下管子材料许用应力 tt 113.5 MPa 设计温度下管子材料屈服应力 st 150 MPa 热 设计温度下管子材料弹性模量 Ett 1.845e+05 MPa 平均金属温度下管子材料弹性模量 Et 1.963e+05 MPa 平均金属温度下管子材料热膨

16、胀系数 t 1.628e-05 mm/mmC 管 管子外径 d 19 mm 管子壁厚 t 2 mm 注： 过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-2011 全 国 化 工 设 备 设 计 技 术 中 心 站 8 管子根数 n 195 换热管中心距 S 25 mm 换 一根管子金属横截面积 a d t t( ) 106.8 mm2 换热管长度 L 1500 mm 管子有效长度 (两管板内侧间距 ) L1 1464 mm 管束模数 Kt = Et na/LDi 6983 MPa 管子回转半径 2t2 )2(25.0 ddi 6.052 mm 热 管子受压失稳当量长度 lcr 500 mm 系数

17、 Cr = tsttE /2155.8 比值 lcr /i 82.62 管子稳定许用压应力 ( ilC crr ) 22 )(2 il Ecrtcr MPa 管 管子稳定许用压应力 (C licrr ) rcrtscr C il212 55.12 MPa 材料名称 S30408 设计温度 tp 175 C 管 设计温度下许用应力 rt 99.5 MPa 设计温度下弹性模量 Ep 1.845e+05 MPa 管板腐蚀裕量 C2 0 mm 管板输入厚度 n 18 mm 管板计算厚度 17.7 mm 隔板槽面积 (包括拉杆和假管区面积 )Ad 0 mm2 板 管板强度削弱系数 0.4 管板刚度削弱系

18、数 0.4 管子加强系数 K D E na E L2 1 318 . /i t p K = 6.6 管板和管子连接型式 焊接 管板和管子胀接 (焊接 )高度 l 3 mm 胀接许用拉脱应力 q MPa 焊接许用拉脱应力 q 56.75 MPa 过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-2011 全 国 化 工 设 备 设 计 技 术 中 心 站 9 管 材料名称 Q245R 管箱法兰厚度 f“ 30 mm 法兰外径 Df 515 mm 箱 基本法兰力矩 Mm 1.975e+06 Nmm 管程压力操作工况下法兰力 Mp 1.922e+06 Nmm 法兰宽度 2/)( iff DDb 57.5

19、mm 法 比值 h i/D 0.01175 比值 f i“/D 0.075 系数 C“ (按 h/Di ,f” /Di , 查 图 25) 0.00 兰 系数 ” (按 h/Di ,f” /Di ,查 图 26) 0.0007292 旋转刚度 22121 “h3i“ffif“f“f EDbD bEK 25.52 MPa 材料名称 S30408 壳 壳体法 兰厚度 f 18 mm 法兰外径 Df 515 mm 体 法兰宽度 2/)( ff iDDb 57.5 mm 比值 s i/D 0.01175 法 比值 f i /D 0.045 系数 C , 按 h/Di ,f” /Di , 查 图 25

20、0.00 兰 系数 , 按 h/Di ,f” /Di , 查 图 26 0.0004878 旋转刚度 22121 s3ifif EDbD bEK fff 11.04 MPa 法兰外径与内径之比 K D D f i 1.288 壳体法兰应力系数 Y (按 K 查 表 7-9) 7.826旋转刚度无量纲参数 tff KKK 4 0.001242 膨胀节总体轴向刚度 2 22Elitcr( ) 0 N/mm 过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-2011 全 国 化 工 设 备 设 计 技 术 中 心 站 10 管板第一弯矩系数 (按 K ,Kf 查 图 27) m1 0.2373 系 系数

21、mKK1f29.13 系数 (按 Kt Kf 查 图 29) G2 4.142 换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 Q EnaEAts s3.382 数 换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 LKAE LKAEnaEQ exexss exsst )( 管板第二弯矩系数 (按 K,Q或 Qex 查 图 28(a)或 (b)m2 2.476 系数（带膨胀节时 Qex 代替 Q） )(2 211 GQK mM 0.002404 计 系数 (按 K,Q 或 Qex 查图 30) G3 0.003369 法兰力矩折减系数 K K G ( )f f 3 0.2693 管板边缘力矩变化系数 “ 1 ff KKM 1

22、.425 算 法兰力矩变化系数 “ fff KKMM 0.6163 管 管板开孔后面积 Al = A - 0.25 nd 2 7.038e+04 mm2 板 参 管板布管区面积 (三角形布管 ) A nS At d 0 866 2. (正方形布管 ) A nS At d 2 1.055e+05 mm2 数 管板布管区当量直径 /4 tt AD 366.6 mm 系数 A Al / 0.56 系 系数 na A/ l 0.296 数 系数 s 0 4 0 6 1. . ( ) /Q 5.095 计 系数 (带膨胀节 时 Qex 代替 Q) /)6.0()1(4.0t Q 7.629 算 管板布管区当量直径与壳体内径之比 t t iD D/ 0.9165 管板周边不布管区无量纲宽度 k = K(1-t) 0.5513