立式水蒸汽冷凝器.doc

XXXX大学 本科毕业论文

题 目： 流量为130t/h立式蒸汽冷凝器 专 业： 过程装备与控制工程 班 级：

学生姓名： 指导教师：

论文提交日期：年 月 日 论文答辩日期：年 月 日

毕业设计（论文）任务书

过程装备与控制工程专业 毕业设计（论文）题目：流量为130t/h立式蒸汽冷凝器 毕业设计（论文）内容： 1.关于换热器综述一篇； 2.计算书说明书一份； 3.绘制工程图折合A1号图四张以上；

班

学生：

毕业设计（论文）专题部分： 固定管板式换热器 起止时间： 年 月— 年 月 日 指导教师： 签字 年 月 日

摘要

冷凝器它是使用范围很广的一种化工设备，属于换热器一种。本设计任务主要是根据已知条件选择采用固定管板式换热器的设计,固定管板式换热器的优点是锻件使用少，造价低；传热面积比浮头式换热器大20%到30％且旁路渗流小。

本台换热器主要完成的是水蒸气-水之间的热量交换,首先根据给出的设计温度和设计压力来确定设备的结构形式以及壳程和管程的材料，然后根据物料性质和传热面积来确定换热管的材料，尺寸，根数。，设计压力为管程2.31MPa，壳程0.935MPa，工作温度管程50℃，壳程130℃，设计温度管程80℃，壳程140℃，传热面积为256m2，采用Φ25×2.5×3000的无缝钢管换热，则可计算出622根换热管，D=1200mm的圆筒根据换热管的根数确定换热管的排列，并根据换热管的排列和长度来确定筒体直径以及折流板的选择。

通过对容器的内径和内外压的计算来确定壳体和封头的厚度并进行强度校核。然后是对换热器各部件的零部件的强度设计，有法兰的选择和设计计算与校核，钩圈及浮头法兰的设计计算与校核和管子拉脱力的计算。还包括管板的结构设计、防冲挡板、滑道结构的设计以及支座设计。结构设计中的标准件可以参照国家标准根据设计条件直接选取；非标准件，设计完结构后必须进行相应的应力校核。

管板与换热管的连接方式为焊接，因管板上的应力较多，且内外温度有一定的差值，因此，对管板强度的校核是一个重点，也是一个难点..

关键词： 换热器； 强度设计； 结构设计

Abstract

The condenser is a kind of chemical equipment which is widely used, and belongs to a kind of heat exchanger.. The design task is mainly according to the known conditions to choose the design of fixed tube plate heat exchanger, the advantages of fixed tube plate heat exchanger is forging used less, low cost; heat transfer area ratio of floating head type for heat exchanger is 20% to 30% and a bypass flow small.

The heat exchanger is mainly completed is between water vapor and water heat exchange, first of all according to the given design temperature and pressure to determine structure of equipment and the shell side and tube side material, and then according to the nature of the material and the heat transfer area to determine the heat exchange tube materials, dimensions, number of roots. And design pressure for tube side 2.31MPa, shell 0.935MPa, the working temperature of the tube process 50 DEG C, 130 DEG C shell, design temperature tube process at a temperature of 80 DEG C, shell and 140 DEG C, heat transfer area for 256m2. The phi 25 x 2.5 x 3000 seamless steel pipe heat exchanger can be calculated 622 heat exchange tube, D=1200mm cylindrical root according to determine the root number of heat exchange tube heat exchanger tube arrangement and according to the arrangement and length of heat exchange tube to determine cylinder diameter and baffle the choice. Determine the thickness of the shell and the head and carry out the intensity verification by calculating the inner diameter and the internal pressure of the container.. Then the strength design of components of the various components of the heat exchanger, flange design, selection and calculation and checking, hook and loop and floating head flange design calculation and checking of the pipe and pull off force calculation. Also includes a tube plate structure design, anti scour baffle, slideway structure design and the design of support. The standard parts in the structure design can be selected directly according to the national standards; the non standard parts must be checked for the

corresponding stress after the design of the structure.

Tube plate and tube heat exchanger and the connection mode of welding, tube plate more stress, and the temperature inside and outside have certain difference. Therefore, on the tube sheet strength check is a key and a difficulties.

Keywords:

heat exchanger； strength design；

structure design

目 录

第一章传统工艺计算 ........................................... 8

1.1工艺计算 .............................................. 8

1.1.1介质原始数据 .................................... 8 1.1.2介质定性温度及物性参数 ........................... 8 1.2 传热量与水蒸汽流量计算 ............................... 9 1.3 有效平均温差计算 .................................... 10 1.4管程换热系数计算 ..................................... 11 1.5 管程结构初步设计 .................................... 12 1.6壳程换热系数计算 ..................................... 13 1.7总传热系数计算 ....................................... 14 1.8管壁温度计算 ......................................... 14 1.9管程压力降计算 ....................................... 15 1.10壳程压力降计算 ...................................... 16 第二章强度计算 .............................................. 19

2.1结构设计说明书 ....................................... 19

2.1.1换热管材料及规格的选择和根数的确定 .............. 19 2.1.2布管方式的选择 ................................. 19 2.1.3筒体内径的确定 ................................. 19

2.1.4筒体壁厚的确定 ................................. 20 2.1.5封头形式的确定 ................................. 20 2.1.6管箱短节壁厚计算 ............................... 21 2.1.7容器法兰的选择 ................................. 21 2.1.8管板尺寸的确定及强度计算 ........................ 22 2.1.9是否安装膨胀节的判定： .......................... 34 2.1.10各管孔接管及其法兰的选择： ..................... 35 2.1.11设备法兰的选择 ................................ 38 2.1.12拉杆和定距管的确定 ............................ 40 2.1.13开孔补强计算： ................................ 41 2.2筒体管箱耐压试验的应力校核计算 ....................... 43

2.2.1筒体核算 ....................................... 43 2.2.2、支座的选择及应力校核 .......................... 43 2.2.3 耳座的应力校核 ................................. 44

参考文献 .................................................... 47 致 谢 ....................................................... 48

第一章传统工艺计算

1.1工艺计算

1.1.1介质原始数据

管程水的进口温度t1′=20℃ 管程水的出口温度t1″=90℃ 管程水的工作压力P12.1MP 管程水的流量G1=290t/h=290000kg/h 壳程水蒸气的入口温度t2′=170.7℃ 壳程水蒸气的出口温度t2″=85℃ 壳程水蒸气的入口压力P2=0.85MPa

1.1.2介质定性温度及物性参数

①管程：

管程水定性温度 t1=（t1+ t1）/2=（20+90）/2=55℃ 管程水密度查物性表得1=985.75 ㎏/m3

管程水比热查物性表得Cp1=4.176KJ/（Kg﹒K） 管程水导热系数查物性表得λ1=0.8W/（m﹒℃） 管程水粘度μ1=5.0×10-4 Pa·s 管程水普朗特数查物性表得 Pr13.24 ②壳程：

壳程水蒸汽定性温度：

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 传统工艺计算

壳程水蒸汽冷凝点 : ti = t2′=170.7℃

冷却段：t2 =（ti + t2″）/2=（170.7+85）/2=127.85℃ 冷凝段：t2= （t2′+ ti）=（170.7+170.7）/2=170.7℃ 壳程水蒸汽密度查物性表得： 冷却段：ρ2=937.8㎏/m3

冷凝段: p2=4.194㎏/ m3

壳程水蒸汽比热查物性表得: 冷却段：Cp2=4.319 KJ/（Kg﹒K） 冷凝段：Cp2=2.5 KJ/（Kg﹒K）壳程水蒸汽导热系数查物性表得： 冷却段：λ2 =0.6878 W/（m﹒K） 冷凝段：λ2′= 0.03218 W/（m﹒K） 壳程水蒸汽粘度：

冷却段：μ2 =217.191×10-6 Pa·s 冷凝段：u2=14.619×10-6 Pa·s 壳程水蒸汽普朗特数查物性表得： 冷却段：Pr2 =1.344 冷凝段：Pr2=1.134

1.2 传热量与水蒸汽流量计算

取定换热效率 ƞ =0.98 则设计传热量 :

6Q0= G1×Cp1×(t1″- t1′)×1000/3600=290000×4.176×(90-20)×1000/3600=23.55×10W

9

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 传统工艺计算

由Q0=G2[r+ Cp2(t2′- t2″)]·ƞ 导出水蒸气流量G2，r为t2′时的汽化潜热，r=2047.1KJ/Kg 水蒸汽流量:

G2= Q0/ ƞ /[r+ Cp2(ti - t2″)]

6 =23.55×10/0.98/[2047.1×1000+4.319×1000×(170.7-85)]=6.703Kg/s

冷却段传热量：

3Q2=G2·Cp2·(ti- t2″)=6.703×4.319×10×(170.7-85)=2481037W

冷凝段传热量:

r=6.703×2047.1×1000=13721711.3W Q2= G2·

设冷凝段和冷却段分界处的温度为t3

 根据热量衡算 : Q2= G1Cp1t3t1ƞ/ G1/ Cp1+ t1′=13721711.3×0.98×3600/290000/4176+20=59.974℃ t3=Q2·

1.3 有效平均温差计算

逆流冷却段平均温差: △tn=

)ti-t3-(t2-t1=85.7℃ ln(ti-t3)-t1t2逆流冷凝段平均温差: △tn′=

t1tit3t2=94.923℃ t2t1lntti3冷却段:

t1''-t390-59.974==0.271 ti-t3170.7-59.974ti-t2''170.7-85参数:R===2.8

t1''-t390-59.974参数:P=

换热器按单壳程 单管程设计则查图 2-6(a)，得:

10

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 传统工艺计算

温差校正系数ϕ =1.0

有效平均温差: △tm= ϕ ·△tn=1.0×85.843=85.843℃

冷凝段：

t3-t1'59.974-20==0.265 t2-t1''170.7-20t2'-ti170.7-170.7参数:R===0

t3-t1'59.974-20参数:P=

换热器按单壳程 单管程设计则查图 2-6(a)，得:

温差校正系数ϕ =1.0

有效平均温差: △tm′= ϕ ·△tn′=1.0×94.923=94.923℃

1.4管程换热系数计算

初选冷却段传热系数:K0′= 820 w/(m·k) 初选冷凝段传热系数: K0″= 1300 w/(m·k)

则初选冷却段传热面积为:F0=Q2·ƞ/( K0′·△tm)= 2481037×0.98/(820×85.843)=46.7688m2

初选冷凝段传热面积为: F0′=Q2·ƞ/( K0″·△tm′)= 13721711.3×0.98/(1300×94.923)=108.973 m2 选用ϕ25×2.5的无缝钢管做换热管则: 管子外径d0=25 mm 管子内径di=20 mm 管子长度 L=3000 mm

则需要换热管根数:Nt=( F0+ F0′)/( πd0L)=(46.7688+108.973)/(3.14×0.025×3)=661.3

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沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 传统工艺计算

可取换热管根数为 662根

di20.022管程流通面积:a1=Nt·π= 662×π×=0.207868

44管程流速: W1 =

G1= 290000/( 3600×985.75×0.207868 )= 0.093m/s

3600p1a1管程雷诺数:Re1=ρ1w1di/μ1=985.75×0.393×0.02/(5.0×10-4)= 15300.148

1

则管程冷却段的定性温度:t1=(t3+ t1″)/2=(59.97+90)/2=74.987℃ 10.8

管程冷却段传热系数:a1′=3605×(1+0.015 t1) W1/(100di)^0.2=8077.656 2

管程冷凝段的定性温度: t1=(t3+t1′)/2=(59.974+20)/2=39.987℃

20.8

管程冷凝段传热系数: a1″=3605×(1+0.015 t1) W1/(100di)^0.2= 4101.375

1.5 管程结构初步设计

查 GB151—1999知管间距按1.25d0, 取管间距为：S0.032m 管束中心排管数为：Nc=1.1Nt=28.3，取30根 则壳体内径:Di=s（Nc-1）+4 d0=1.028 圆整为: Di1200 则长径比:

L3==2.5 合理 Di1.2折流板选择弓形折流板:

弓形折流板的弓高:h0.2Di0.21.20.24

Di1200==400㎜取B=400㎜ 33L3折流板数量:Nb=-1=-1=6.5 取7块

B0.4折流板间距:B=

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沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 传统工艺计算

1.6壳程换热系数计算

d020.105m壳程流通面积:f2BDi=0.4×1.2×（1-0.025/0.032）= 1s壳程流速: 冷却段:w2=

G2=6.703/（937.58×0.105）=0.068m/s p2f2G2=6.703/（4.194×0.105）=15.22m/s p2f2冷凝段:w2=

22

壳程当量直径:de=（Di-Ntd0）/（Ntd0）=（1.22-711×0.0252）/（711×0.025）=0.056m

① 冷凝段管外壁温度假定值: tw109.6℃ 膜温:tm=（tw+ t2′）/2=（109.6+170.7）/2=140.15℃

-6膜温下液膜的粘度:μm=195×10Pa·s

膜温下液膜的密度:ρm=926.4Kg/m

3

膜温下液膜的导热系数为:λm=0.6842/（m﹒℃） 正三角形排列ns=2.080 Nt冷凝负荷：Γ=

0.495 0.495

=2.080×662=51.807

G2=6.703/（3×51.807）=0.0431 Lns-6

壳程冷凝段雷诺数:Re=4Γ/um=4×0.0431/195×10=884.1

壳程冷凝段传热系数:

2

a2″=1.51·（λmρmg/μm）（Re）

3

1313=9635.7

② 冷却段管外壁温假定值:tw295℃ 冷却段雷诺数：Re=

p2w2de=937.8×0.068×0.056/217.191×10-6=142.405 u2壁温下水粘度:μw2=298.6×10-6 Pa·s

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沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 传统工艺计算

粘度修正系数:ϕ1=（

u20.14）=0.956 uw2壳程传热因子查图 2-12 得: js100冷却段壳程换热系数:a2′=（λ2/de）·Pr2 ·ϕ1 ·js=1.344（0.6878/0.056）×

1313×0.956×100=1875.29

1.7总传热系数计算

查 GB-1999 第 138 页可知

2

水蒸汽的侧污垢热阻:r2=8.8×10-5（m·℃/w）

管程水选用地下水，污垢热阻为: r126105m2oC/W 由于管壁比较薄，所以管壁的热阻可以忽略不计 冷却段总传热系数:

Kj′=1/[1/a2′+r2+r1×d0/di+d0/（a1′×di）]= 731.176 820

传热面积比为: Kj′/ K0′=1.08(合理) 冷凝段总传热系数:

Kj=1/[1/ a2″+r2+r1×d0/di+d0/（a1″×di）]=1385.0607 传热面积比为: Kj

〞

〞1385.0607/ K0==1.06（合理）

〞

13001.8管壁温度计算

设定冷凝段的长度:L2.0424m 冷却段的长度:L0.9576m 冷却段管外壁热流密度计算:

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沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 传统工艺计算

2

q2′=Q2ƞ/(Ntπd0 L′)=48859.33w/（m·℃）

冷却段管外壁温度:

tw′=t2-q2′(1/a2′+r2)=97.496℃

误差校核:e′=tw2- tw′=95-97.496=-2.496℃ 误差不大 冷凝段管外壁热流密度计算:

q2″=Q2ƞ/( Ntπd0 L″)=（13721711.30.98）/1573.7 w/（6623.140.0252.0424）

2=126696.88（m·℃）

冷凝段管外壁温度:

tw″=tm- q2″(1/ a2″+r2)=115.62℃

误差校核:e= tw- tw″=-6.02℃ 误差不大

1.9管程压力降计算

管程水的流速: u1=

G1=290000/（3600985.750.207868）=0.393m/s

3600p1a1管程雷诺准数:Re1=ρ1w1di/μ1=985.750.3930.02/（5.010-4）=15300.148 程摩擦系数:ξ=0.31/(Re1

0.25

)=0.02845

2

压降结垢校正系数:di1.4沿程压降:△P1=ξρ1μ1L ϕdi/(2di)=

（0.02845985.750.393231.4）/（20.02）=4.8Pa

取管程出入口接管内径:d1′=250mm

2

管程出入口流速:u1′=4G/(3600πd1′ρ1)=（4290000）/（36003.140.252985.75）

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沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 传统工艺计算

=1.67m/s

2

局部压降: △P3=ρ1 u1′(1+0.5)/2=（985.751.6721.5）/2=2061.99 Pa

管程总压降: △P=△P1＋△P3=4.8＋ 2061.9=2516.7Pa

管程允许压降:P35000Pa △P < [ △P] 即压降符合要求。

1.10壳程压力降计算

壳程当量直径:De=（Di2-Ntd02

）/（Di+Ntd0）6620.025)=0.0443m

壳程流通面积:f2Bdi1d0/s0.105m2 壳程流速:

冷却段:w2=G2/（ρ2f2）=0.068m/s 冷凝段:W2=G2/（p2f2）=15.22m/s 壳程雷诺数:

壳程冷却段雷诺数:Re=ρ2w2de/μ2=142.4 壳程冷凝段雷诺数: Re=4Γ/um=884.1 查表壳程摩擦系数: 冷却段:10.35 冷凝段: ξ2=0.

壳程粘度修正系数:冷却段φd1=1.0 冷凝段φd2=1.0

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=(1.2-6620.0252)/(1.2＋ 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 传统工艺计算

管束周边压降: 冷却段管束周边压降:

2

△Pa=(ρ2w2/2) ·[Di(nb+1)/De]·(ξ1/φd1)=1.45Pa

冷凝段管束周边压降:

2△Pa=(p2·[Di(nb+1)]/De·(ξ2/φd2)=56844.57Pa w2/2)·

导流板压降: △Pb= 0, （无导流板） 查表取壳程压降结垢系数:

冷却段φd0=1.21 冷凝段φd0′=1.11

250mm 取壳程进口接管内径:d2壳程出口接管内径:d2″=100mm

2

壳程出口流速:u2″=4G2/(ρ2πd2′)=0.90m/s 2

壳程进口流速:u2′=4G2/(p2πd2′)=32.6m/s

局部压降: 冷却段

2

△Pc=[ρ2 u2″(1+0.5)]/2=569.7Pa 2

冷凝段△Pc=[p2u2′(1+0.5)]/2=3342.9Pa

壳程总压降: 冷却段壳程总压降:

△ P=△Pa·φd0+△Pb+△Pc=768.7Pa 冷凝段壳程总压降:

△p=△pa·φd0′+△Pb+△Pc=0.4Pa 壳程允许压降:P250000Pa

△P < [△P] 即压降符合要求; △p < [△P] 即压降符合要求.

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沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 传统工艺计算

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沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 强度计算

第二章强度计算

2.1结构设计说明书

2.1.1换热管材料及规格的选择和根数的确定

序号 1 2 3 4 项目 换热管材料 换热管规格 传热面积 换热管根数 符号 A N 单位 m2 根 数据来源及计算公式 16Mn Φ25×2.5×3000 A=Q/Ktm N=A/3.14dL 数值 155.9 622 2.1.2布管方式的选择

序号 1 2 3 项目 转角正三角形 换热管中心距 隔板槽两侧相邻管中心距 Sn mm GB151-1999表12 44 S mm GB151-1999表12 32 符号 单位 数据来源和数据计算 GB151-1999图11 数值 2.1.3筒体内径的确定

序号 1 2 3 4 项目 换热管中心距 换热管根数 管束中心排管根数 换热管外径 符号 S Nt Nc d0

单位 mm 根 根 mm 数据来源和计算公式 GB151-1999表12 Nt=A/3.14dL Nc=1.1Nt 数值 32 662 30 25 19

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 强度计算

5 6 7 8 到壳体内壁最短距离 布管限定圆直径 筒体内径 实取筒体公称直径 b3 dL mm mm b30.25d0 dLdi2B3 disNc14d JB/T473795 6.25 1187.5 1028 1200 di mm D mm 2.1.4筒体壁厚的确定

序号 1 2 3 4 项目 计算压力 筒体内径 筒体材料 设计温度下筒体材料的许用应力 5 焊接接头系数 筒体设计厚度 腐蚀裕量 负偏差 设计厚度 名义厚度 Φ 0.85 符号 Pc di 单位 MPa mm 数据来源和计算公式 Pc=1.1P 见三-8 Q235-B 数值 0.935 1200 105 t MPa GB15098 6 7 8 9 10  C2 C1 mm mm mm mm PcDit2Pc 6.31 1 0 7.31 10 δd=δ+ C2 d n mm GB1511999项目5.3.2 2.1.5封头形式的确定

序号 1 2 项目 封头内径 计算压力 符号 Di Pc

单位 mm MPa 数据来源和计算公式 Pc=1.1P 数值 1200 0.935 20

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 强度计算

3 4 5 6 7 8 9 10 焊接接头系数 设计温度下许用压力 标准椭圆封头计算厚度 腐蚀裕量 负偏差 设计厚度 名义厚度 直边高度 Φ 0.85 105 5.35 1 0 6.35 10 25  tMPa mm mm mm mm GB1511999项目5.3.2 δ=PcDi/（2[σ]tΦ-0.5Pc） δd=δ+C2 δ C2 C1 δd n h mm mm GB1511999项目5.3.2 JB/T4737-95 2.1.6管箱短节壁厚计算

序号 1 2 3 4 项目 计算压力 管箱内径 管箱材料 设计温度下许用应力 管箱计算厚度 焊接接头系数 腐蚀裕量 负偏差 设计厚度 名义厚度 符号 Pc di 单位 MPa mm 数据来源和计算公式 Pc=1.1P 16Mn 数值 2.31 1200 170 t  Φ C2 C1 δd δn MPa GB15098 i2tP c5 mm Pcd9.7 6 7 8 9 10 mm mm mm mm δd=δ+ C2 GB151项目5.3.2 0.85 1 0 10.7 12 2.1.7容器法兰的选择

序号 1 项目 法兰类型 符号

单位 数据来源和计算公式 乙型平焊法兰JB/T4702-2000 数值 PN=2.5MPa 21

沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 强度计算

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 法兰外径 螺栓中心圆直径 法兰公称直径 法兰材料 垫片类型 垫片材料 垫片公称直径 垫片外径 垫片内径 法兰厚度 垫片厚度 螺栓规格及数量 d0 mm mm mm JB/T4702-2000 JB/T4703-2000 JB/T4703-2000 JB/T4703-2000 GB/T3985-1995 JB/T4704-2000 JB/T4704-2000 JB/T4704-2000 JB/T4704-2000 JB/T4704-2000 2×48×M27 1395 1340 1200 16MnR 非金属软垫片 1200 1277 1227 84 3 d1 dn dn D0 mm mm mm mm mm D δ δ1 2.1.8管板尺寸的确定及强度计算

本设计为管板延长部分兼作法兰的形式，即GB1511999项目5.7中，图18所示e型连接方式的管板。

A、确定壳程圆筒、管箱圆筒、管箱法兰、换热管等元件结构尺寸及管板的布管方式；以上项目的确定见项目一至七。

B、计算A、As、na、Kt、[σ]cr、Ac、Dt、λ、Q、εs、β、εt、Pt；

序号 1 2 3 4 5 6 项目 筒体内径 筒体内径横截面积 筒体厚度 圆筒内壳壁金属截面积 管子金属总截面积 换热管根数 符号 di 单位 mm 数据来源和计算公式 数值 1200 2备注 A δs mm2 ADi/4 1130400 14 53367.44 11.69mm mm2 mm2

As na n AssDis nantdt 104 662 22

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7 8 9 10 11 12 换热管外径 换热管壁厚 换热管材料的弹性模量 换热管有效长度 沿一侧的排管数 布管区内未能被管支撑的面积 管板布管区面积 管板布管区当量直径 换热管中心距 隔板槽两侧相邻管中心距 管板布管内开孔后的面积 系数 壳体不带膨胀节时换热管束与圆筒刚度比 壳程圆筒材料的弹性模量 系数 系数 d δt mm mm 25 2.5 196000 2950 21 14594 Et L n ′ MPa mm GB1501998表F5 Ad At Dt S mm2 AdnsSn0866S 13 14 15 16 17 18 19 mm2 mm mm At0.866nS2Ad Dt=4At/π 6015 875.5 32 0 805606 0.71 2.56 GB1511999 GB1511999 A1= At -nπd2/4 λ=A1/A Sn A1 λ mm mm2 Q QEtna/EsAs GB1501998表F5 β=na/A1 20 21 22 ES β 190000 0.1451 3.408 s t s=0.4+0.6（1+Q）/λ 23 系数 管板布管区当量 t0.410.6Q/ PtDt/Di GB1511999图32 GB1501998表F2 4.91 24 直径与壳程圆筒内径比 管子受压失稳当量长度 设计温度下管子受屈服强度 Pt Lcr 0.73 25 26 mm 258 168 ts MPa C、对于延长部分兼作法兰的管板，计算Mn和Mp

序号 1 项目 垫片接触符号 N 单位 mm

数据来源和计算公式 数值 25 GB1501998表9-1 23

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宽度 2 3 4 5 垫片基本密度宽度 垫片比压力 垫片系数 垫片有效密封宽度 垫片压紧6 力作用中心圆直径 预紧状态7 下需要的最小螺栓载荷 操作状态8 下需要的最小螺栓载荷 常温下螺9 栓材料的许用应力 预紧状态10 下需要的最小螺栓面积 操作状态11 下需要的最小螺栓面积 12 需要螺栓总截面积 法兰螺栓13 的中心圆直径 法兰中心14 至Fc作用处的径向距离 15 基本法兰力矩 db mm 1340 Bo mm Bo=N/2 12.5 11 2.0 9 y m b MPa mm GB1501998表9-2 B=2.53B0 dG mm dGd02b 1209 Wa N Wa3.14dGby 375829.74 Wp N Wp0.78DGPc6.28DGbmPc2 2949353 b MPa GB1501998表F4 258 Aa mm2 AaWa/b 1456.7 Ap mm2 ApWp/b 11431.6 Am mm2 AmmaxAa,Ap 11431.6 LG mm LGdbdG/2 MmAmLGb 24

65.6 Mm N．mm

1.9×108 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 强度计算

16 17 筒体厚度 法兰颈部大端有效厚度 螺栓中心至法兰颈δ0 mm mm 14 24.5 1 11.750 18 部与法兰背面交的径向距离 螺栓中心处至FT作La mm Ladbdi/21 45.5 19 用位置处的径向距离 螺栓中心距FD作用处的径向距离 作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力 流体压力引起的总轴向力与LT mm LTLALG1/2 67.75 20 LD mm LDdbdi/2 70 21 FD N FD0.785diPc 21056924 22 作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力差 操作状态下需要的最小垫片压力 FT N FTFFD 1593615.241 23 FG N FG6.28DGbmPc 286997.256 24 法兰操作力矩 MP N．mm MPFDLDFTLTFGLG25

1.34×108

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D、假定管板的计算厚度为δ，然后按结构要求确定壳体法兰厚度f，计算K，k、和Kf。 序号 项目 布管区当量直1 径与壳程圆筒内径之比 2 3 系数 管板材料 设计温度下管4 板材料许用应力 管板刚5 度削弱系数 6 7 8 9 壳程设计压力 管程设计压力 管板设计压力 管板厚度 换热管10 加强系数 管板周边布管11 区的无量纲参数 k k=K×（1-ρt） 2.106 Ps Pt Pd δ MPa MPa MPa Max{︱Pt -Pt︱，︱Pt︱， ︱Ps︱} δ=0.82Dg 0.935 2.31 2.31 192.6 η GB151-1999 0.4 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 t tDt/Di 0.73 Cc 16Mn GB1511999 (P31)表22 0.2614 tr MPa GB1501998（P15） 170 Cc*Pd/() K K1.318Di/ 7.8

26

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换热管12 材料弹性模量 管束模数 壳体法14 兰材料弹性模量 壳体圆15 筒材料弹性模量 16 17 壳体法兰宽度 系数 壳体法18 兰与圆筒的选装刚度 旋转刚度无量19 纲数 参Et MPa GB1501998表F5 196×103 13 Kt MPa Kt=Et×na/（L×Di） 63 Ef MPa GB1501998表F5 190×103 Es GB1501998表F5 190×103 bf mm bfDfDi/2 GB1511999图26 97.5 0.0006  Kf MPa 12EfbfKf12Dibf 2fDi3Es9.5 Kf KfKf/4Kt 0.0012

E、 由GB151-1999 P51图27按照K和Kf~查m1，并计算Φ值，由图29按

照K和Kf~查G2值 序号 1 2 3 序号 1 项目 管箱法兰材料的弹项目 管板第一矩系数 系数 系数 符号 符号 m1 单位 数据来源和计算公式 GB151-1999图27 Φ=m1/（K×Kf~） GB151-1999图29 数值 0.3 32.5 4.6 数值 196×103 Φ G2 单位 MPa

F、计算M1，由GB1511999图30按照K和Q查G3，计算§，△M′、△Mf′。 数据来源和计算公式 Ef GB1501998表F5 27

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性模量 2 3 管箱法兰厚度 系数 管箱圆筒4 与法兰的旋转刚度参数 5 6 系数 系数 管板边缘7 力矩的变化系数 8 9 法兰力矩变化系数 管板第二弯矩系数 G3 § GB151-1999图30 §= Kf/（Kf+G3） 8.4×10-4 0.59 δf″ ω″ mm JB/T4702-2000 GB151-1999图26 32 0.0006 Kf MPa =12Ef’bf2f”3” （）Eh12DibfDi10.2 M M1/Kf/Kf 0.657 Mfm2 Mf=Kf×M/ Kf″ GB1511999图28（a） 0.612 2.04 G、按课程设计压力Ps，而管程设计压力Pt0，膨胀变形差r，法兰力矩的的危险组合（GB1511999项目5.7.3.2分别讨论）

a、只有壳程设计压力Ps，而管程设计压力Pt0，不计膨胀节变形差（即r0）。

序号 1 2 3 项目 当量压力组合 系数 有效压力组合 符号 Pc ∑s 单位 MPa MPa 数据来源和计算公式 Pc=Ps ∑s=0.4+0.6（1+Q）/0.75 数值 2.31 3.008 28.53 备注 Pa PaSPsrEt 4 基本法兰力矩系数 管程压力下的法兰力矩系数 法兰力矩折减系数 管板边缘力矩系数 管板边缘剪切系数 管板总弯矩系数 Mm MP M1 Mm4Mm/D3iPa 0.0069 5 6 7 8 9

MP=4Mp/D3iPa 0.0049 0.0085 0.0125 0.406 0.802 M1m1/2KQG3 MMmMM1 v= M×Φ m=（m1+v×m2）/（1+v） M v m 28

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10 11 12 13 系数 Gle Gli G1 Gle3m K0.341 系数 系数 壳体法兰力矩系数 Gli3mK2.1 2K0.123 -0.00113 0.0175 2 G1=max{Gle，Gli} Mws MwsMmMfM1 14 管板径向应力系数 r r=11vG1 4QG2 15 管板的径向应力 r DiPaMPrra  34.4 ≤1.5[σ]tr 16 管板布管区周边外径向的应力系数 r r31vm 4KQG220.0158 DirrPa 17 管板布管区周边外径向的应力 r MPa 1.414mK1-K22mm 45.55 ≤1.5[σ]tr 18 19 20 21 22 管板布管区周边剪切应力系数 管板布管区周边的剪切应力 法兰的外径与内径之比 系数 壳体法兰应力 Tp Tp K Y MPa MPa Tp=（1+v）/4（Q+G2） 0.0657 15.12 1.16 10.3 443.9 ≤0.5[σ]tr TpTp ×Pa×（λ/μ）×（Dt/δ）K=D0/Di GB150-1998表9-5 ≤1.5[σ]tr f f=π/4×Y×Mws×Pa×λ×（Di/δf）2 23 换热管的轴向应力 t MPa t=GvQ1[Pc-2×Pa] QG2-91.9 ≤[σ]cr 24 壳程圆筒的轴向应力 25 一根换热管管壁金属c a MPa mm2

c=A/As×1v×Pa QG287.93 176.6 Ana/n 29

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的横界面积 26 换热管与管板连接的拉托应力 q MPa qta/dl -0.069 ≤[σ]tr b、只有壳程设计压力，而管程设计压力Pt0，并且计入膨胀变形差。

序号 1 项目 壳程圆筒材料线膨胀系数 2 换热管材料线膨胀系数 换热管与壳3 程圆筒的膨胀变形差 沿长度平均4 的壳程圆筒金属温度 沿长度平均5 的换热管金属温度 6 7 8 9 制造环境温度 当量压力组合 有效压力组合 基本法兰力矩系数 管程压力下10 的法兰力矩系数 11 12 13 14 管板边缘力矩系数 管板边缘剪切系数 管程总弯矩系数 系数 t0 20 0.935 29.1 0.0068 tt ℃ 工艺给定 180 ts ℃ 工艺给定 90 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 备注 as at 1/℃ GB1501998 GB1501998 11.62×10-6 1/℃ 10.88×10-6 r ratttt0astst0 927.4×10-6 Pc Pa MPa MPa PcPsPt1 Pa=εs×Ps-εt+βrEt （λ×π×Di3×Pa） Mm=4Mm/Mm Mp =4Mp/（λ×π×Di3×Pa） MmMMmMM1 v= M×Φ 0.0048 M v 0.0124 0.403 0.8 m mm1vm2/1v Gle Gle3m K

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15 系数 Gli G1 Gli3mK2.1 2K 16 17 18 19 系数 壳体法兰力矩系数 管板径向应力系数 管板的径向应力 管板布管区周边外径向的应力系数 管板布管区 MPa G1=max{GLi，GLe} 0.342 -0.00119 0.0175 35.09 ≤3[σ]tr Mws Mws=ξ×Mm-Mf×M1 G1/4（Q+G2） r=（1+v）σr=（σr）×Pa×（λ/μ）×（Di/δ）2 r r 20 r r=3（1+v）m/4K（Q+G2） 0.0157 r=r×Pa×（λ/μ）×r MPa （Di/δ）2×[1-K/m+K2×（1.414-m）/2m] 459.5 ≤3[σ]tr 21 周边外径向的应力 管板布管区22 周边的剪切应力系数 管板布管区Tp Tp=（1+v）/4（Q+G2） 0.051 23 周边的剪切应力 换热管的轴向应力 换热管与管Tp MPa Pa/TpTpDt/ 11.97 ≤1.5[σ]tr 24 t MPa tt=GvQ1[Pc-2×PQG2a] -91.93 ≤3[σ]tr 25 板连接的拉托应力 Q MPa Qta/dl -0.06 ≤0.5[σ]tr c、只有管程设计压力Pt，而壳程设计压力Ps0，不计膨胀节变形差时：

序号 1 2 项目 当量压力组合 有效压力组合 管板边缘力矩系数 符号 Pc 单位 MPa MPa 数据来源和计算公式 Pc=Ps 数值 0 26.37 备注 Pa PaSPsrEt MMmMM1 3 M 0.0132

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4 5 6 管板边缘剪切系数 管板总弯矩系数 系数 v m v=M×Φ m=（m1+v×m2）/（1+v） 0.429 0.822 Gle Gli G1 σr Gle3m K7 系数 Gli3mK2.1 K2 8 9 系数 管板的径向应力 管板布管区周边外径向的应力系数 管板布管区周 MPa G1= max{GLi，GLe} σr=（σr）×Pa×（λ/μ）×（Di/δ）2 0.245 23.25 ≤1.5[σ]tr 10 r r31v m/4KQG2×Pa×r（λ/μ）0.0165 11 边外径向的应力 管板布管区周 MPa ×Di/×[1-K/m+2-159.78 ≤1.5[σ]tr K2×（1.414-m）/2m] 12 边的剪切应力系数 13 管板布管区周边的剪切应力  Tp 1v/Tp4QG2PaTpTp 0.052 Tp MPa /Dt/f4 11.06 ≤0.5[σ]tr YMws214 壳体法兰应力 σf′ MPa DPaif -282.2 ≤0.5[σ]tr t=15 换热管的轴向应力 σt Mpa 1[Pc--3.63 ≤[σ]cr G2vQ×Pa] QG2

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16 壳程圆筒的轴向应力 换热管与管板σc MPa sPaA1vAsQG2 82.61 ≤Φ[σ]cr 17 连接的拉托应力 Q MPa Qta/d1 -0.0027 ≤[σ]tr/2 d、只有管程设计压力Pt，而壳程设计压力Ps=0，同时计入膨胀变形差时： 序号 1 项目 换热管与壳程圆筒的膨胀变形差 当量压力组合 有效压力组合 基本法兰力矩系数 管板边缘力矩系数 管板边缘剪切系数 管程总弯矩系数 系数 系数 符号 r 单位 数据来源和计算公式 数值 927.4×10-6 -2.5 19.15 0.0026 备注 ratttt0astst0 2 3 4 Pc Pa MPa MPa PcPsPt1 Pa=εs×Ps-εt×Pt+βrEt Mm M v m G1 Mm=4Mm/（λ×π×Di3×Pa） 5 6 7 8 9 M= Mm+M×M1 v= M×Φ 0.0083 0.27 0.67 0.293 0.103 mm1vm2 1vG1=max{GLe，GLe} Gle Gli Gle3m K10 系数 管板布管区周边 Gli3mK2.1 2K0.293 11 外径向的应力系数 管板布管区周边r r=3（1+v）m/4K（Q+G2） 0.01192 12 外径向的应力系数 管板布管区周边的剪切应力系数 r MPa r=r×Pa×（λ/μ）2××（Di/δ）[1-K/m+K2×350.7 ≤3[σ]tr （1.414-m）/2m] тp′ 13 t33

1G2VQPP0.046 caQG2

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14 管板布管区周边的剪切应力 тp MPa тp=тp′×Pa×（λ/μ）×（Dt/δ） 7.11 ≤1.5[σ]tr t=15 换热管的轴向应力 t MPa 1[Pc-11.9 ≤3[σ]tr G2vQ×Pa] QG2q=σt×a/πdl 0.00 ≤0.5[σ]tr 16 换热管与管板连接的拉托应力 q MPa H、由管板计算厚度来确定管板的实际厚度： 序号 1 2 3 4 5 项目 管板计算厚度 壳程腐蚀裕量 管程腐蚀裕量 结构开槽深度 管板的实际厚度 符号 δ C1 C2 h1 δ′ 单位 mm mm mm mm mm 数据来源和计算公式 根据结构确定 数值 192.6 2 2 3 200 备注 考虑圆整

2.1.9是否安装膨胀节的判定：

由八.G.a、b、c、d计算结果可以看出：四组危险组合工况下，换热管与管板的 连接拉托力均没超过设计许用应力，并且各项应力均没超过设计许用应力。所以， 不需要安装膨胀节。 10、折流板尺寸的确定： 序号 1 2 3 4 5 项目 折流板的厚度 折流板的直径 折流板直径的允许偏差 折流板的材料 折流板的缺口高度 符号 δ D l

单位 mm mm mm mm mm 数据来源和计算公式 GB151-1999项目5.9.2-2 GB151-1999表41 GB151-1999 Q235-A GB151-1999 P73图 数值 16 1194 11940-0.8 16 34

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6 折流板的弦高 h mm GB151-1999 P71图 240 2.1.10各管孔接管及其法兰的选择：

根据公式d=4G/πW=4G/πρu=263.44m

取d=300mm，

由《钢制法兰、垫片、紧固件》选择板式平焊法兰，相关尺寸如下： a、 b进出水口接管法兰的选择： 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 项目 接管公称直径 接管外径 法兰外径 螺栓中心圆直径 螺栓孔直径 螺栓孔数量 螺纹 法兰厚度 法兰内径 坡口宽度 法兰理论重量 法兰密封面形式 法兰密封面尺寸 法兰密封面直径 符号 DN 单位 mm 数据来源和计算公式 HG20593-97表4-5 HG20593-97表4-5 HG20593-97表4-5 HG20593-97表4-5 HG20593-97表4-5 HG20593-97表4-5 HG20593-97表4-5 HG20593-97表4-5 HG20593-97表4-5 HG20593-97表4-5 数值 300 325 440 395 22 12 M2716 24 328 11 46.8 RF 6 324 A1 D K mm mm mm mm 个 L n Th C mm mm B1 b m s D mm kg HG2059397表4-5 HG20593-97 HG20593-97表8.0.1 HG20592-97 mm mm C、蒸汽入口接管法兰的选择，设水蒸气的流速u215.221m/s,则 根据公式 d=4G/πW4G/πρu46.7030.345m

3.144.19415.221取d=350mm,

由HG/T 20592～20635-2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》选择板式平焊法兰(PL)，相关尺寸如下：

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序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 项目 接管公称直径 接管外径 法兰外径 螺栓中心圆直径 螺栓孔直径 螺栓孔数量 螺纹 法兰厚度 法兰内径 法兰理论质量 法兰密封面形式 法兰密封面尺寸 符号 单位 数据来源和计算公式 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 HG/T 20592-2009 表D-3 HG/T 20592-2009 表3.2.1 数值 350 377 520 460 22 16 M20 28 381 20.5 RF 430 DN mm A1 D K mm mm mm L n mm 个 Th C mm mm kg mm B1 m d HG/T 20592-2009 表3.2.5-1

d、安全阀口、g、放净口接管法兰的选择： 序号 1 2 3 4 5 6 7 项目 接管公称直径 接管外径 法兰外径 螺栓中心圆直径 螺栓孔直径 螺栓孔数量 螺纹 符号 DN 单位 数据来源和计算公式 HG20593-97表4-3 HG20593-97表4-3 HG20593-97表4-3 HG20593-97表4-3 HG20593-97表4-3 HG20593-97表4-3 HG20593-97表4-3 数值 50 57 165 125 18 4 M16 mm mm mm A1 D K L n mm mm 个

Th 36

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8 9 10 11 12 法兰厚度 法兰内径 法兰理论重量 法兰密封面形式 法兰密封面尺寸 C mm mm kg HG20593-97表4-3 HG20593-97表4-3 HG20593-97表4-3 HG20593-97 HG20593-97表8.0.1 20 59 2.77 RF 99 B1 m s mm2 e、排气孔接管法兰的选择： 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 项目 接管公称直径 接管外径 法兰外径 螺栓中心圆直径 螺栓孔直径 螺栓孔数量 螺纹 法兰厚度 法兰内径 法兰理论重量 法兰密封面形式 法兰密封面尺寸 符号 DN 单位 数据来源和计算公式 HG20593-97表4-3 HG20593-97表4-3 HG20593-97表4-3 HG20593-97表4-3 HG20593-97表4-3 HG20593-97表4-3 HG20593-97表4-3 HG20593-97表4-3 HG20593-97表4-3 HG20593-97表4-3 HG20593-97 HG20593-97表8.0.1 数值 20 25 105 75 14 4 M12 16 40 1.05 RF 58 mm mm A1 D K L n mm mm mm 个 Th C mm mm kg B1 m s mm2 f、冷凝水出口接管法兰的选择： 序号 1 2 项目 接管公称直径 接管外径 符号 DN 单位 数据来源和计算公式 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 数值 100 108 mm mm

A1 37

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3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 法兰外径 螺栓中心圆直径 螺栓孔直径 螺栓孔数量 螺纹 法兰厚度 法兰内径 法兰理论质量 法兰密封面形式 法兰密封面尺寸 D K mm HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 HG/T 20592-2009 表D-3 HG/T 20592-2009 表3.2.1 HG/T 20592-2009 表3.2.5-1 220 180 18 8 M16 22 110 4.5 RF 158 mm mm 个 L n Th C mm mm kg B1 m d mm

2.1.11设备法兰的选择

按其条件dn1200mm 设计温度200C 设计压力 2.2MPa由《压力容器法兰》选择长颈对焊法兰，相关参数如下： 单位（mm）

D 1395 D1 1340 螺 栓 d 规 格 数 量 5630 M27 （个）

16 厚 度 D2 1398 螺 栓 D3 1378 最 小 D4 1375  88 H 185 h 48  21 a11 18 1 22 2 32 R 15 38

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由《压力容器法兰》选择相应垫片：非金属软垫片 JB/T47042000 其相应尺寸为：D=1277mm d=1227mm 厚度=3mm 2.7.2接管法兰的选择

1〉接管a,b的公称直径相同设为d，设进口流速为0.393m

s 则d24G2263.44mm

36002故取公称直径dN2300mm 公称压力为 N22.5MPa

由《钢制管法兰，垫片，紧固件》选择带颈对焊法兰，相关参数如下

法兰理R DN A D K L LH 论重量 (kg) 92 23.8 n Th C N Ss H1 300 325 485 430 30 16 M27 34 325 8.0 18 12 2〉接管L,d的公称直径相同设为d，设进口流速为1m

sd14G1420mm

360011dN1450mm 公称压力相同为2.5MPa

法兰理H DN A D K L n Th C N s H1 450 480 615 565 26 20 M24 28 510 10 16 72 (kg) 12 31.7 R 论重量根据<< 压力容器法兰>>,选择法兰的材料均为16Mn

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2.1.12拉杆和定距管的确定

序号 1 径 拉杆数2 量 定距管3 规格 拉杆在管板端螺纹长4 度 拉杆在折流板5 端螺纹长度 拉杆上6 倒角高 项目 拉杆直符号 单位 数据来源及计算公式 数值 16 表43 dn mm GB1511999《管壳式换热器》n GB1511999《管壳式换热器》 表44 6 GB1511999《管壳式换热器》取252.5 Ld mm GB1511999《管壳式换热器》60 表45 Ls mm GB1511999《管壳式换热器》20 表45 b mm GB1511999《管壳式换热器》2 表45

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2.1.13开孔补强计算：

a孔DNmm（GB1501998 项目8.1）

数据来源和计算公序号 项目 符号 单位 式 1 2 3 4 5 的计算厚度 接管名义厚6 度 接管有效厚7 度 设计温度下8 接管材料的许用应力 设计温度下9 壳体材料的许用应力 强度削弱系10 数 圆筒开孔所11 需补强面积 补强有效宽12 度 δet mm δet=δnt-C 9 δnt mm 10 接管壁厚 接管外径 接管内径 开孔直径 壳体开孔处δ mm δ=δ′ d0 di d mm mm mm mm di=d0-2δ′ d= di+2C 9.5 325 306 310 9.7 数值 2PctPcDin MPa GB1501998 130 t MPa GB1501998 105 fr mm2 frn/ tt0.953 A mm Ad2et1frBmax 3015 B mm 2d,d2n2et610

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接管外侧有13 效补强高度 接管内侧有14 效补强高度 壳体有效厚度减去计算15 厚度之外的多余面积 接管有效厚度减去计算16 厚度之外的多余面积 接管计算厚17 度 焊缝金属截18 面积 19 补强面积 Ae mm2 603.1 A3 mm2 36 δt mm 6.31 h2 mm 0 h1 mm h1=min{dnt，} 55.7 A1 mm2 281.5 A2 mm2 285.6 ∵Ae＜A

∴a孔不需要补强圈

根据公称内径DN450，选取补强圈参照JB/T4736取补强圈。 补强圈在有效范围内。补强圈厚度为A4/D2D1

考虑钢板负偏差并圆整取补强圈厚度为12mm，为了便于制造，材料补强圈的名义厚度取封头厚度即14mm。 同理：其他各孔不需要补强。

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2.2筒体管箱耐压试验的应力校核计算

2.2.1筒体核算

1、筒体的应力校核计算：见筒体壁厚的确定

2、管箱耐压试验应力校核计算：见六、管箱短节壁厚的计算 3、水压试验

序号 项目 管程液压试验压1 力 管程液压试验应2 力 壳程液压试验压3 力 壳程液压试验应4 力 设计温度下圆筒5 的允许最大工作压力 封头液压试验压6 力 封头液压试验应7 力 σT MPa σT=PT（Di+δe）/2δe 137.4 ≤0.9σsΦ [PW] MPa [PW]=2 [σ]tΦ/（Di+δe） 1.147 σT MPa σT=PT（Di+δe）/2δe 119.5 ≤0.9σsΦ σT MPa σT=PT（Di+δe）/2δe 124.9 ≤0.9σsΦ 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 备注 PT MPa P/ T1.25PCt2.208 PT MPa 1.447 PT MPa P/ T1.25PCt1.447 2.2.2、支座的选择及应力校核

支座的选择

序号 1 项目 公称直径 符号 DN 单位 mm 数值 1200 43

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2 3 4 5 6 允许载荷 耳座高度 Q h l1 b1 KN mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm kg ° 60 250 200 140 14 10 290 160 10 120 250 8 40 720 47.1 120 底板 δ1 腹板 b3 筋板 δ3 弧长 δ2 l3 7 垫板 b4 δ4 e 8 9 10 11 螺栓间距 带垫板耳座质量 包角 型号 l2 M α BN 2.2.3 耳座的应力校核

a、各部件重量及总重量

序号 1 2 3 4 5 6 项目 接管Φ480×9.5 管法兰PL350-1.6RF 管板 管法兰PL100-1.6RF 接管Φ108×9.5 防冲板 单位 kg kg kg kg kg kg

数量 2 2 2 2 2 1 总重 13.4 27.6 225.4 19.38 11.8 0.62 备注 44

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7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 拉杆（1） 折流板 筒体DN1200×10 接管法兰PL20-2.5RF 接管Φ57×3.5 螺柱M24 长颈对焊法兰 椭圆封头 BN耳式支座 定距管 拉杆（2） 换热管 物料 总重M kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg 2 7 1 1 1 2 2 3 4 662 15.2 375 298.5 2.24 0.3 48 346.4 124.52 47.1 17.36 16.8 27.71 2000 31.8 长短不一 b、校核计算

序项目 号 1 2 3 4 5 6 8 筒体内径 壳体名义厚度 筋板间距 筋板宽度 筋板厚度 垫板厚度 耳座安装尺寸 号 Di mm mm mm mm mm mm mm JB/T4712.3-2007 JB/T4712.3-2007 JB/T4712.3-2007 JB/T4712.3-2007 JB/T4712.3-2007 JB/T4712.3-2007 JB/T4712.3-2007 4000 18 400 600 18 16 4968.287 符单位 数据来源 数值 n b2 L2 2 3 D 耳式支座实际承受载荷的近似计算 序项目 符单位

数据来源 数值 45

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号 1 2 3 重力加速度 偏心载荷 偏心距 水平力作用4 点至底板高度 5 6 7 8 9 不均匀系数 设备总质量 支座数量 地震系数 容器外径 风压高度变10 化系数 11 容器总高度 号 g Ge Se m/s2 N mm JB/T4712.3-2007 JB/T4712.3-2007 JB/T4712.3-2007 9.8 0 0 H mm JB/T4712.3-2007 2500 K mo n Kg mm JB/T4712.3-2007 JB/T4712.3-2007 JB/T4712.3-2007 JB/T4712.3-2007 JB/T4712.3-2007 0.83 6000 3 0.12 1220 e D0 fi JB/T4712.3-2007 1 H0 qo Pe Pw P Q mm JB/T4712.3-2007 4000 12 13 14 15 16 基本风压值 水平地震力 水平风载荷 水平力 支座实际承N/m2 N N N KN KN.m JB/T4712.3-2007 JB/T4712.3-2007 JB/T4712.3-2007 JB/T4712.3-2007 JB/T4712.3-2007 JB/T4712.3-2007 550 141120 16870.48 15337.6 213.6748 98.29039 受的载荷 17 支座处弯矩 ML

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沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考文献

参考文献

[1]国家技术监督局.GB151-1999 管壳式换热器.北京：中国标准出版社，1999 [2]国家技术监督局.GB150-2011 钢制压力容器.北京：中国标准出版社，2011 [3]柴诚敬，王军，张缨.化工原理课程设计.天津大学化工学院，2011

[4]曲文海，董大勤，袁凤隐.压力容器与化工设备实用手册（上、下册）.北京：化学工业出版社，2003，3

[5]杨可桢，程光蕴，李仲生.机械设计基础.北京：高等教育出版社

[6]国家技术监督局.容器支座压力容器法兰.北京：中国标准出版社，1998，5 [7]郑津洋.过程设备设计.北京：化学工业出版社，2010 [8]夏清等. 化工原理（上册）. 天津：天津大学出版社，2005 [9]郑津洋. 过程设备设计. 北京：化学工业出版社，2005 [10]刘朝儒. 机械制图. 北京：高等教育出版社，2001 [11]《换热器设计手册》 钱颂文主编 化学工业出版社 [12] JB 4730-2005 《压力容器无损检测》

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沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢

致 谢

完成毕业设计的过程使我学到了很多、很多……这些宝贵的财富得益于学校布置的任务，以及委派的指导教师金老师、林老师。所以感谢校领导、金老师、林老师给了我这样一段珍贵而难忘的记忆。

我在刚看到毕业设计的内容时，真是一头雾水，完全不知如何下手，甚至怀疑自己是否从事过本专业的学习，一直到完成了的现在，都感觉像在做梦，可能由于自身水平和要求时间的，所以一直都在赶夜车，也就不知自己是否醒着。如果不是金老师和林老师优于常人的耐心、不厌其烦、不畏艰难的帮助、指引我，恐怕我就不能完成这项艰巨的任务。

通过毕业设计的全过程，不仅知识方面有了进步，也加深了同学间的友谊。因为我们互相帮助，共同协作，取长补短，顺利完成了毕业设计。

最后，感谢我的组员们守望相助，感谢老师们诲人不倦，愿我辈自强不息，振兴中华！祝老师芝兰萦绕、桃李满天下！

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