浮头塔式换热器设计中各部件的计算

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3计算部分3.1浮头式换热器筒体的计算3.1.1原始数据（1）设计条件设计压力：管程2.1MPa,壳程2.25MPa工作温度：管程40℃,壳程55℃（2）操作介质管程：丙烷壳程：水（3）程数管程：4，壳程：2（4）计算条件钢板负偏差=O材料名称16MnR腐蚀裕量=3mm设计温度下许用应力[]t=170MPa设计温度下屈服点=345MPa焊接系数3.1.2厚度的计算计算厚度：设计厚度：名义厚度：由钢材厚度标准规定， 有效厚度：3.1.3压力试验应力校核压力试验类型：水压试验允许最大操作压力：水压试验校核：3.2前后端封头的计算3.2.1计算条件计算压力：内径：，；设计温度：60℃；材料名称：16MnR；腐蚀裕量：；负偏差：；焊接系数：；设计温度许用应力：[]=170MPa. 3.2.2前端封头的厚度计算（1）厚度计算；根据化工设备设计手册查表得到椭圆封头形状系数：；计算厚度：设计厚度：名义厚度：由钢材厚度标准规定，有效厚度：（2）压力试验应力校核压力试验类型：水压试验最大允许压力：水压试验校核：由于＜，所以该厚度的前端封头满足使用要求。3.2.3后端封头的厚度计算 （1）厚度计算：；根据化工设备设计手册查表得到椭圆封头形状系数：；计算厚度：设计厚度：名义厚度：取有效厚度：（2）压力试验应力校核压力试验类型：水压试验最大允许压力：水压试验校核：由于＜，所以该厚度的后端封头满足使用要求。3.3前后端短节厚度的计算3.3.1计算条件 内径：负偏差：计算压力：设计温度：200℃材料名称：16MnR腐蚀裕量：焊接系数：设计温度许用应力：[]=170MPa设计温度许用应力：[]=159MPa3.3.2前端短节厚度的计算计算厚度：设计厚度：名义厚度：有效厚度：3.3.3后端短节厚度的计算计算厚度： 设计厚度：名义厚度：有效厚度：3.4开孔与开孔补强的计算3.4.1符号说明A--开孔削弱所需要的补强截面积，mm2；B--补强有效宽度，mm；Di--壳体内直径，mm；d--开孔直径，mm；fr--强度削弱系数h1--接管外侧有效补强高度，mm；h2--接管内侧有效补强高度，mm；pc--计算压力，MPa；S1--管孔的轴向节距，mm；S2--孔带的单位长度，mm；S3--管孔的对角向节距，mm；--壳体开孔处的计算厚度，mm；e--壳体开孔处的有效厚度，mm； et--接管有效厚度，mm；n---壳体开孔处的名义厚度，mm；nt---接管名义厚度，mm；t----接管计算厚度，mm；[]t--设计温度下壳体材料的许用应力，MPa;b---钢材标准抗拉强度下限值，MPa;s---刚才标准屈服点，MPa;-----焊接接头系数。3.4.2补强的判断方法壳体开孔满足下述全部要求时，可不另行补强：a)设计压力小于或等于2.5MPa；b)两相邻开孔中心的间距应不小于两孔直径之和的两倍；c)接管公称外径小于或等于89mm；d)接管最小壁厚满足表3-1要求。本次设计中，开口不满足上述要求，故需考虑另行补强。3.4.3筒体开孔所需的补强面积开孔直径：di=100-2×8=84mm；本圆筒开孔直径：d=di+2C=84+2×3=90mm；表3-1mm接管公称外径253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.0 注1钢材的标准抗拉强度下限值>540MPa时，接管与壳体的连接宜采用全焊透的结构型式。2接管的腐蚀裕量为1mm。接管材料：10号钢；在60℃时，10号钢的许用应力[]t=193MPa；圆筒和补强圈的材料：16MnR；在60℃时，16MnR的许用应力[]r=170MPa；圆筒的计算厚度：对于安放式接管取fr=0.66接管有效厚度为：开孔所需补强面积：3.4.4有效补强范围a.有效宽度B：B=2d=290=180mmB=d+2n+2nt=90+2×8+2×8=122mm 取两者中最大值，故取B=180mmb.外侧有效高度h1：h1===26.8mmh1=247mm取两者中最小值，故取h1=26.8mm。c.内侧有效高度：h2===26.8mmh2=0取两者中最小值，故h2=0。3.4.5有效补强面积a.筒体多余金属面积A1-壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积，mm2注：对于安放式接管fr=0.66b.接管多余金属接管计算厚度：接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积A2： 焊缝金属截面积A3：焊脚高度取6.0mmA3=26.06.0=36m2有效补强面积Ae：Ae=A1+A2+A3=259.8+81.4+36=377.2mm2因为A>Ae，为了制造时准备材料，再增加的补强厚度取短节的厚度。取Ae=A1+A2+A3=2424.8+81.4+36=2542.2mm2Ae>A3.5带法兰无折边球形封头及法兰计算3.5.1符号说明D-法兰外直径，mm；Db-螺栓中心圆直径，mm；Di-法兰内直径，mm；FD-作用在法兰环内侧风头压力载荷引起的轴向分力，N；FD=0.785PC Fr-作用在法兰环内侧封头压力载荷引起的径向分力，N；M0-总力矩，N·mm；Pc-计算压力，MPa；Ri-封头球面部分内直径，mm；LD-螺栓中心至法兰环内直侧的径向距离，mmLr-Fr对法兰环截面形心的力臂，mm；β1-封头边缘处球壳中面切线与法兰环直径的夹角（°）；-封头计算厚度，mm；f-法兰计算厚度，mm；3.5.2设计条件计算压力：；设计压力：；设计温度：60℃；封头材料：16MnR许用应力：法兰材料：16MnR法兰材料设计温度下许用应力：；法兰常温下许用应力：；螺栓：双头螺栓M； 螺栓材料：35CrM0A螺栓材料常温下许用应力：；设计温度下许用应力：；封头半径：；焊缝系数：.3.5.3管程压力Pt作用下（内压）浮头盖的计算A）球冠形封头的厚度mmmmmm由钢材厚度规定，取mmB）浮头法兰厚度①设计条件：浮头法兰的材料：16MnR在常温下许用应力：在60°时许用应力：螺栓的材料：35CrMoA在常温下许用应力： 在60°时许用应力：垫片材料：OCr19Ni9垫片系数：3.75比压力y：62.1MPa垫片外径：492mm垫片内径：468mm垫片接触宽度：垫片基本密封宽度：当时，垫片有效密封宽度：,垫片压紧力作用中心圆直径：预紧状态下需要的最小螺栓载荷：操作状态下需要的最小螺栓载荷： 预紧状态下所需螺栓面积：操作状态下所需螺栓面积：所需螺栓面积取和的最大值，取20个M20的螺栓实际螺栓面积总面积：②浮头法兰：设法兰的计算厚度：mm；L=22mm；当时，垫片有效密封宽度：mm；垫片压紧力作用中心圆直径：mm；预紧状态下需要的最小螺栓载荷： 操作状态下需要的最小垫片压紧力：螺栓面积：A）预紧状态下需要的最小螺栓面积：mm2B）操作状态下需要的最小螺栓面积：mm2C）需要的螺栓面积取与中较大者：mm2D）实际的螺栓面积应不小于螺栓面积：mm2螺栓设计载荷：A）预紧状态螺栓设计载荷计算：=0.5（11869.19+11869.19）×212=1258130.96N B）操作状态下螺栓设计载荷：W=WP=2136449.06N操作情况下法兰的受力情况：操作状态情况下力臂mmmmmmmm操作状态情况下力矩：操作状态情况下法兰总力矩： 预紧状态下时螺栓法兰的受力：预紧状态下时螺栓法兰的力臂mm预紧状态下螺栓法兰的力矩： 预紧状态下mm操作状态下mm法兰厚度取与的最大值50.44mm，取厚度为128mm法兰公称厚度：3.5.4壳程压力Ps作用下（外压）浮头盖的计算①外压球壳所需的有效厚度：A）假设mm，令；mm；定出B）用公式计算出系数：从GB-150图6-15中查得系数：根据GB-150材料图6-3至图6-10，在图的下方找出系数A，A的值落在设计温度下材料的右方，计算需用的外压力[p]:[p]= ②设计条件垫片系数：m=2.50比压力y：69MPa垫片外径：992mm垫片内径：964mm垫片接触宽度：N=（-）/2=14mm垫片基本密封宽度：当时，垫片有效密封宽度：垫片压紧力作用中心圆直径：预紧状态下需要的最小螺栓载荷：操作状态下需要的最小螺栓载荷：预紧状态下所需螺栓面积： 操作状态下所需螺栓面积：所需螺栓面积取和的最大值，；取44个M24螺栓螺栓有效面积：实际螺栓面积总面积：③浮头法兰设法兰计算厚度，L=22mm；当时，垫片有效密封宽度：垫片压紧力作用中心圆直径：预紧状态下需要的最小螺栓载荷：操作状态下需要的最小垫片压紧力： 螺栓面积：A）预紧状态下需要的最小螺栓面积：B）操作状态下需要的最小螺栓面积：C）需要的螺栓面积取与中较大者：D）实际的螺栓面积应不小于需要的螺栓面积：螺栓设计载荷：A）预紧状态螺栓载荷设计计算：=0.5（11869.19+11869.19）×212=1258130.96NB）在操作状态螺栓设计载荷W=WP=2136449.06N 操作情况下法兰的受力：操作状态情况下力臂：操作状态情况下力矩：操作状态情况下法兰总力矩： 预紧状态下时螺栓法兰的受力：预紧状态下时螺栓法兰的力臂：预紧状态下时螺栓法兰的力矩：预紧状态下： 操作状态下：法兰厚度取与的最大值50.44，取厚度为128mm，法兰公称厚度：3.6管板的厚度计算3.6.1固定管板的设计条件管壳程设计压力：设计温度：200℃腐蚀裕量：管程数：2管板设计温度下的弹性模量：管板刚度削弱系数：管板强度削弱系数：垫片压紧力作用中心圆直径：换热管与管板采用胀接管子与管板胀接长度系数：L=2.5mm垫片外径：垫片内径： 管板设计温度下许用应力：许用拉脱力：壳体公称直径：换热管外径：换热管壁厚：换热管根数：n=1006换热管长度：受压失稳长度：换热管正方形旋转45o管间距：管板上管程分程隔板槽深：壳程结构槽深：换热管材料：10钢管板材料：16MnR3.6.1.1管子各参数的计算沿隔板槽一侧的排管根数：隔板曹两侧相邻管中心距：布管区内未被换热管支撑的面：管子金属总截面积：开孔面积：管子有效长度： 管子设计温度下弹性模量：管子设计温度下许用应力：管子设计温度下屈服点：管子回转半径：受压失稳长度：系数：当时，管子稳定许用应力：3.6.1.2系数计算垫片接触面积：垫片基本密封宽度：当时,管板补管区面积：布管区内开孔后面积：管板布管当量直径：管束模数： 管束无量纲：系数：无量纲压力：按，查表23得，按，查表24得，管板计算厚度：当量压力组合：管板的名义厚度：3.6.1.3管子应力及校核A）当，时则，管板合格.B)当，时则 ，管板合格.3.6.1.4拉脱力校核.3.6.2固定管板的设计条件管壳程设计压力：设计温度：200℃腐蚀裕量：管程数：2垫片外径：垫片内径：管板设计温度下的弹性模量：管板刚度削弱系数：管板强度削弱系数：管板设计温度下许用应力：换热管与管板采用胀接管子与管板胀接长度系数：L=2.5mm许用拉脱力： 壳体公称直径：换热管外径：换热管壁厚：换热管根数：n=1006换热管长度：受压失稳长度：换热管正方形旋转45o管间距：管板上管程分程隔板槽深：壳程结构槽深：换热管材料：10钢管板材料：16MnR3.6.2.1管子各参数的计算沿隔板槽一侧的排管根数：隔板曹两侧相邻管中心距：布管区内未被换热管支撑的面积：管子金属总截面积：开孔面积：管子有效长度： 管子设计温度下弹性模量：管子设计温度下许用应力：管子设计温度下屈服点：管子回转半径：受压失稳长度：系数：当时，管子稳定许用应力：3.6.2.2系数计算垫片接触面积：垫片基本密封宽度：当时,管板补管区面积：布管区内开孔后面积：管板布管当量直径： 管束模数：管束无量纲：系数：无量纲压力：按，查表23按，查表24管板计算厚度：当量压力组合：管板的名义厚度：3.6.2.3管子应力及校核A）当，时则， 管板合格.B)当，时则，管板合格.3.6.2.4拉脱力校核.3.7钩圈的计算3.7.1设计条件材料：设计温度：200℃3.7.2钩圈计算厚度注:-浮头管板的计算厚度