流量為t每小時的立式蒸汽冷凝器的設(shè)計

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1、摘要 冷凝器它是使用范圍很廣的一種化工設(shè)備，屬于換熱器一種。本設(shè)計任務(wù)主要是根據(jù)已知條件選擇采用固定管板式換熱器的設(shè)計,固定管板式換熱器的優(yōu)點是鍛件使用少，造價低；傳熱面積比浮頭式換熱器大20%到30％且旁路滲流小。 本臺換熱器主要完成的是水蒸氣-水之間的熱量交換,首先根據(jù)給出的設(shè)計溫度和設(shè)計壓力來確定設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式以及殼程和管程的材料，然后根據(jù)物料性質(zhì)和傳熱面積來確定換熱管的材料，尺寸，根數(shù)。，設(shè)計壓力為管程2.31MPa，殼程0.935MPa，工作溫度管程50℃，殼程130℃，設(shè)計溫度管程80℃，殼程140℃，傳熱面積為256m2，采用Φ25×2.5×3000的無縫鋼管換熱，則可計算出

2、622根換熱管，D=1200mm的圓筒根據(jù)換熱管的根數(shù)確定換熱管的排列，并根據(jù)換熱管的排列和長度來確定筒體直徑以及折流板的選擇。 通過對容器的內(nèi)徑和內(nèi)外壓的計算來確定殼體和封頭的厚度并進行強度校核。然后是對換熱器各部件的零部件的強度設(shè)計，有法蘭的選擇和設(shè)計計算與校核，鉤圈及浮頭法蘭的設(shè)計計算與校核和管子拉脫力的計算。還包括管板的結(jié)構(gòu)設(shè)計、防沖擋板、滑道結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及支座設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計中的標(biāo)準件可以參照國家標(biāo)準根據(jù)設(shè)計條件直接選取；非標(biāo)準件，設(shè)計完結(jié)構(gòu)后必須進行相應(yīng)的應(yīng)力校核。 管板與換熱管的連接方式為焊接，因管板上的應(yīng)力較多，且內(nèi)外溫度有一定的差值，因此，對管板強度的校核是一個重點，也是一

3、個難點.. 關(guān)鍵詞：換熱器；強度設(shè)計；結(jié)構(gòu)設(shè)計 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

4、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 p

5、ressure 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, th

6、e 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 cylindri

7、cal 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

8、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 che

9、cking 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

10、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 diffic

11、ulties. Keywords:heat exchanger； strength design； structure design 目錄 第一章傳統(tǒng)工藝計算 1 1.1工藝計算 1 1.1.1介質(zhì)原始數(shù)據(jù) 1 1.1.2介質(zhì)定性溫度及物性參數(shù) 1 1.2 傳熱量與水蒸汽流量計算 2 1.3 有效平均溫差計算 3 1.4管程換熱系數(shù)計算 4 1.5 管程結(jié)構(gòu)初步設(shè)計 5 1.6殼程換熱系數(shù)計算 5 1.7總傳熱系數(shù)計算 6 1.8管壁溫度計算 7 1.9管程壓力降計算 8 1.10殼程壓力降計算 8 第二章強度計算11 2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計說明書 11 2.1.1

12、換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定 11 2.1.2布管方式的選擇 11 2.1.3筒體內(nèi)徑的確定 11 2.1.4筒體壁厚的確定 12 2.1.5封頭形式的確定 12 2.1.6管箱短節(jié)壁厚計算 13 2.1.7容器法蘭的選擇 13 2.1.8管板尺寸的確定及強度計算 14 2.1.9是否安裝膨脹節(jié)的判定： 26 2.1.10各管孔接管及其法蘭的選擇： 26 2.1.11設(shè)備法蘭的選擇 30 2.1.12拉桿和定距管的確定 31 2.1.13開孔補強計算： 32 2.2筒體管箱耐壓試驗的應(yīng)力校核計算 34 2.2.1筒體核算 34 2.2.2、支座的選擇及應(yīng)力校

13、核 35 2.2.3 耳座的應(yīng)力校核 36 參考文獻 39 致 謝 40 第一章傳統(tǒng)工藝計算 1.1工藝計算 1.1.1介質(zhì)原始數(shù)據(jù) 管程水的進口溫度t1′=20℃ 管程水的出口溫度t1″=90℃ 管程水的工作壓力 管程水的流量G1=290t/h=290000kg/h 殼程水蒸氣的入口溫度t2′=170.7℃ 殼程水蒸氣的出口溫度t2″=85℃ 殼程水蒸氣的入口壓力P2=0.85MPa 1.1.2介質(zhì)定性溫度及物性參數(shù) ①管程： 管程水定性溫度 =（+ ）/2=（20+90）/2=55℃ 管程水密度查物性表得=985.75 ㎏/m3 管程水比熱查物性表得

14、Cp1=4.176KJ/（Kg﹒K） 管程水導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得λ1=0.648W/（m﹒℃） 管程水粘度μ1=5.064×10-4 Pa·s 管程水普朗特數(shù)查物性表得 ②殼程： 殼程水蒸汽定性溫度： 殼程水蒸汽冷凝點 : ti = t2′=170.7℃ 冷卻段：=（ti + t2″）/2=（170.7+85）/2=127.85℃ 冷凝段：= （t2′+ ti）=（170.7+170.7）/2=170.7℃ 殼程水蒸汽密度查物性表得： 冷卻段：ρ2=937.8㎏/m3 冷凝段: 2=4.194㎏/ m3 殼程水蒸汽比熱查物性表得: 冷卻段：Cp2=4.319 KJ/（K

15、g﹒K） 冷凝段：p2=2.589 KJ/（Kg﹒K）r 殼程水蒸汽導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得： 冷卻段：λ2 =0.6878 W/（m﹒K） 冷凝段：λ2′= 0.03218 W/（m﹒K） 殼程水蒸汽粘度： 冷卻段：μ2 =217.191×10-6 Pa·s 冷凝段：2=14.619×10-6 Pa·s 殼程水蒸汽普朗特數(shù)查物性表得： 冷卻段：Pr2 =1.344 冷凝段：r2=1.134 1.2 傳熱量與水蒸汽流量計算 取定換熱效率 ? =0.98 則設(shè)計傳熱量 : = G1×Cp1×(t1″- t1′)×1000/3600=290000×4.176×(90-2

16、0)×1000/3600=23.55×106W 由=[r+ Cp2(t2′- t2″)]·? 導(dǎo)出水蒸氣流量G2，r為t2′時的汽化潛熱，r=2047.1KJ/Kg 水蒸汽流量: G2= Q0/ ? /[r+ Cp2(ti - t2″)] =23.55×106/0.98/[2047.1×1000+4.319×1000×(170.7-85)]=6.703Kg/s 冷卻段傳熱量： Q2=G2·Cp2·(ti- t2″)=6.703×4.319×103×(170.7-85)=2481037W 冷凝段傳熱量: 2= G2·r=6.703×2047.1×1000=13721711.3

17、W 設(shè)冷凝段和冷卻段分界處的溫度為 根據(jù)熱量衡算 : = =2·?/ G1/ Cp1+ t1′=13721711.3×0.98×3600/290000/4176+20=59.974℃ 1.3 有效平均溫差計算 逆流冷卻段平均溫差: △tn==85.843℃ 逆流冷凝段平均溫差: △tn′==94.923℃ 冷卻段: 參數(shù):P===0.271 參數(shù):R===2.854 換熱器按單殼程單管程設(shè)計則查圖 2-6(a)，得: 溫差校正系數(shù)? =1.0f - 有效平均溫差: △tm= ? ·△tn=1.0×85.843=85.843℃ - - - 冷凝段： 參數(shù):P=

18、==0.265 參數(shù):R===0 換熱器按單殼程單管程設(shè)計則查圖 2-6(a)，得: 溫差校正系數(shù)? =1.0 有效平均溫差: △tm′= ? ·△tn′=1.0×94.923=94.923℃ 1.4管程換熱系數(shù)計算 初選冷卻段傳熱系數(shù):K0′= 820 w/(m·k) 初選冷凝段傳熱系數(shù): K0″= 1300 w/(m·k) 則初選冷卻段傳熱面積為:F0=Q2·?/( K0′·△tm)= 2481037×0.98/(820×85.843)=46.7688m2 初選冷凝段傳熱面積為: F0′=2·?/( K0″·△tm′)= 13721711.3×0.98/(1300×94.

19、923)=108.973 m2 選用?25×2.5的無縫鋼管做換熱管則: 管子外徑d0=25 mm 管子內(nèi)徑di=20 mm 管子長度 L=3000 mm 則需要換熱管根數(shù):Nt=( F0+ F0′)/( πd0L)=(46.7688+108.973)/(3.14×0.025×3)=661.3 可取換熱管根數(shù)為 662根 管程流通面積:a1=·π2= ×π×=0.207868 管程流速: W1 == 290000/( 3600×985.75×0.207868 )= 0.093m/s 管程雷諾數(shù):Re1=ρ1w1di/μ1=985.75×0.393×0.02/(5

20、.064×10-4)= 15300.148 則管程冷卻段的定性溫度:t11=(t3+ t1″)/2=(59.97+90)/2=74.987℃ 管程冷卻段傳熱系數(shù):a1′=3605×(1+0.015 t11) W10.8/(100di)^0.2=8077.656 管程冷凝段的定性溫度: t12=(t3+t1′)/2=(59.974+20)/2=39.987℃ 管程冷凝段傳熱系數(shù): a1″=3605×(1+0.015 t12) W10.8/(100di)^0.2= 4101.375 1.5 管程結(jié)構(gòu)初步設(shè)計 查 GB151—1999知管間距按, 取管間距為： 管束中心排管數(shù)為：

21、Nc=1.1=28.3，取30根 則殼體內(nèi)徑:Di=s（Nc-1）+4 d0=1.028 圓整為: 則長徑比:==2.5 合理 折流板選擇弓形折流板: 弓形折流板的弓高: 折流板間距:B===400㎜取B=400㎜ 折流板數(shù)量:Nb=-1=-1=6.5 取7塊 1.6殼程換熱系數(shù)計算 殼程流通面積:=0.4×1.2×（1-0.025/0.032）= 殼程流速: 冷卻段:w2==6.703/（937.58×0.105）=0.068m/s 冷凝段:2==6.703/（4.194×0.105）=15.22m/s 殼程當(dāng)量直徑:de=（Di2-Ntd02）/（Ntd0）=（

22、-711×）/（711×0.025）=0.056m ① 冷凝段管外壁溫度假定值: ℃ 膜溫:tm=（w+ t2′）/2=（109.6+170.7）/2=140.15℃ 膜溫下液膜的粘度:μm=195×10-6Pa·s 膜溫下液膜的密度:ρm=926.4Kg/m3 膜溫下液膜的導(dǎo)熱系數(shù)為:λm=0.6842/（m﹒℃） 正三角形排列ns=2.080 Nt 0.495=2.080×662 0.495=51.807 冷凝負荷：Γ==6.703/（3×51.807）=0.0431 殼程冷凝段雷諾數(shù):=4Γ/um=4×0.0431/195×10-6=884.1 殼程冷凝段傳熱系數(shù):

23、a2″=1.51·（λm3ρmg/μm2）（）=9635.7 ② 冷卻段管外壁溫假定值:℃ 冷卻段雷諾數(shù)：Re==937.8×0.068×0.056/217.191×10-6=16442.405 壁溫下水粘度:μw2=298.6×10-6 Pa·s 粘度修正系數(shù):?1=（）0.14=0.956 殼程傳熱因子查圖 2-12 得: 冷卻段殼程換熱系數(shù):a2′=（λ2/de）·Pr2 ·?1 ·js=（0.6878/0.056）×1.344×0.956×100=1875.29 1.7總傳熱系數(shù)計算 查 GB-1999 第 138 頁可知 水蒸汽的側(cè)污垢熱阻:r2=8.8×10-5（m

24、2·℃/w） 管程水選用地下水，污垢熱阻為: 由于管壁比較薄，所以管壁的熱阻可以忽略不計 冷卻段總傳熱系數(shù): Kj′=1/[1/a2′+r2+r1×d0/di+d0/（a1′×di）]= 731.176 傳熱面積比為: Kj′/ K0′=1.08(合理) 冷凝段總傳熱系數(shù): Kj〞=1/[1/ a2″+r2+r1×d0/di+d0/（a1″×di）]=1385.0607 傳熱面積比為: Kj〞/ K0〞==1.06（合理） 1.8管壁溫度計算 設(shè)定冷凝段的長度: 冷卻段的長度: 冷卻段管外壁熱流密度計算: q2′=Q2?/(Ntπd0 L′)=48859.33w/（

25、m2·℃） 冷卻段管外壁溫度: tw′=t2-q2′(1/a2′+r2)=97.496℃ 誤差校核:e′=tw2- tw′=95-97.496=-2.496℃ 誤差不大 冷凝段管外壁熱流密度計算: q2″=2?/( Ntπd0 L″)=（13721711.30.98）/155473.7 w/（6623.140.0252.0424）=126696.88（m2·℃） 冷凝段管外壁溫度: tw″=tm- q2″(1/ a2″+r2)=115.62℃ 誤差校核:= - tw″=-6.02℃ 誤差不大 1.9管程壓力降計算 管程水的流速: u1==290000/（3

26、600985.750.207868）=0.393m/s 管程雷諾準數(shù):Re1=ρ1w1di/μ1=985.750.3930.02/（5.064）=15300.148 程摩擦系數(shù):ξ=0.3164/(Re10.25)=0.02845 壓降結(jié)垢校正系數(shù):沿程壓降:△P1=ξρ1μ12L ?di/(2di)=（0.02845985.75）/（2）=454.8Pa 取管程出入口接管內(nèi)徑:d1′=250mm 管程出入口流速:u1′=4G/(3600πd1′2ρ1)=（4290000）/（3600）=1.67m/s 局部壓降: △P3=ρ1 u1′2(1+0.5)/2=（985.751.5）/

27、2=2061.99 Pa 管程總壓降: △P=△P1＋△P3=454.8＋ 2061.9=2516.7Pa 管程允許壓降: △P < [ △P] 即壓降符合要求。 1.10殼程壓力降計算 殼程當(dāng)量直徑:De=（Di2-Ntd02）/（Di+Ntd0）=(1.2-662)/(1.2＋)=0.0443m 殼程流通面積: 殼程流速: 冷卻段:w2=G2/（ρ2f2）=0.068m/s 冷凝段:2=2/（2f2）=15.22m/s 殼程雷諾數(shù): 殼程冷卻段雷諾數(shù):Re=ρ2w2de/μ2=16442.4 殼程冷凝段雷諾數(shù): =4Γ/um=884.1 查表殼程摩擦系

28、數(shù): 冷卻段: 冷凝段: ξ2=0.54 殼程粘度修正系數(shù):冷卻段φd1=1.0 冷凝段φd2=1.0 管束周邊壓降: 冷卻段管束周邊壓降: △Pa=(ρ2w22/2) ·[Di(nb+1)/De]·(ξ1/φd1)=164.45Pa 冷凝段管束周邊壓降: △a=(·2/2)·[Di(nb+1)]/De·(ξ2/φd2)=56844.57Pa 導(dǎo)流板壓降: △Pb= 0, （無導(dǎo)流板） 查表取殼程壓降結(jié)垢系數(shù): 冷卻段φd0=1.21 冷凝段φd0′=1.11 取殼程進口接管內(nèi)徑: 殼程出口接管內(nèi)徑:d2″=100mm 殼程出口流速:u2″=4G2/(ρ2π

29、d2′2)=0.90m/s 殼程進口流速:u2′=4G2/(πd2′2)=32.6m/s 局部壓降: 冷卻段 △Pc=[ρ2 u2″2(1+0.5)]/2=569.7Pa 冷凝段△c=[u2′2(1+0.5)]/2=3342.9Pa 殼程總壓降: 冷卻段殼程總壓降: △ P=△Pa·φd0+△Pb+△Pc=768.7Pa 冷凝段殼程總壓降: △=△a·φd0′+△b+△c=66440.4Pa 殼程允許壓降: △ P < [△P] 即壓降符合要求; △ < [△P] 即壓降符合要求. 第二章強度計算 2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計說明書 2.1.1換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)

30、的確定 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源及計算公式 數(shù)值 1 換熱管材料 16Mn 2 換熱管規(guī)格 Φ25×2.5×3000 3 傳熱面積 A m2 A=Q/Ktm 155.9 4 換熱管根數(shù) N 根 N=A/3.14dL 622 2.1.2布管方式的選擇 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和數(shù)據(jù)計算 數(shù)值 1 轉(zhuǎn)角正三角形 GB151-1999圖11 2 換熱管中心距 S mm GB151-1999表12 32 3 隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距 Sn mm GB151-199

31、9表12 44 2.1.3筒體內(nèi)徑的確定 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 換熱管中心距 S mm GB151-1999表12 32 2 換熱管根數(shù) Nt 根 Nt=A/3.14dL 662 3 管束中心排管根數(shù) Nc 根 Nc=1.1 30 4 換熱管外徑 d0 mm 25 5 到殼體內(nèi)壁最短距離 6 布管限定圓直徑 mm 1187.5 7 筒體內(nèi)徑 1028 8 實取筒體公稱直徑 1200 2.1.4筒體壁厚的確定 序號 項目

32、 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 計算壓力 Pc MPa Pc=1.1P 0.935 2 筒體內(nèi)徑 di mm 見三-8 1200 3 筒體材料 Q235-B 4 設(shè)計溫度下筒體材料的許用應(yīng)力 105 5 焊接接頭系數(shù) Φ 0.85 6 筒體設(shè)計厚度 6.31 7 腐蝕裕量 C2 mm 1 8 負偏差 C1 mm 0 9 設(shè)計厚度 mm δd=δ+ C2 7.31 10 名義厚度 項目 10 2.1.5封頭形式的確定 序號

33、 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 封頭內(nèi)徑 Di mm 1200 2 計算壓力 Pc MPa Pc=1.1P 0.935 3 焊接接頭系數(shù) Φ 0.85 4 設(shè)計溫度下許用壓力 項目 105 5 標(biāo)準橢圓封頭計算厚度 δ mm δ=PcDi/（2[σ]tΦ-0.5Pc） 5.35 6 腐蝕裕量 C2 mm 1 7 負偏差 C1 mm 0 8 設(shè)計厚度 δd mm δd=δ+C2 6.35 9 名義厚度 項目 10 10 直邊高度 h mm

34、 JB/T4737-95 25 2.1.6管箱短節(jié)壁厚計算 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 計算壓力 Pc MPa Pc=1.1P 2.31 2 管箱內(nèi)徑 di mm 1200 3 管箱材料 16Mn 4 設(shè)計溫度下許用應(yīng)力 170 5 管箱計算厚度 9.7 6 焊接接頭系數(shù) Φ mm 0.85 7 腐蝕裕量 C2 mm 1 8 負偏差 C1 mm 0 9 設(shè)計厚度 δd mm δd=δ+ C2 10.7 10 名義厚

35、度 δn GB151項目 12 2.1.7容器法蘭的選擇 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 法蘭類型 乙型平焊法蘭JB/T4702-2000 PN=2.5MPa 2 法蘭外徑 d0 JB/T4702-2000 1395 3 螺栓中心圓直徑 JB/T4703-2000 1340 4 法蘭公稱直徑 JB/T4703-2000 1200 5 法蘭材料 16MnR 6 墊片類型 JB/T4703-2000 非金屬軟墊片 7 墊片材料 GB/T3985

36、-1995 8 墊片公稱直徑 JB/T4704-2000 1200 9 墊片外徑 JB/T4704-2000 1277 10 墊片內(nèi)徑 JB/T4704-2000 1227 11 法蘭厚度 δ JB/T4704-2000 84 12 墊片厚度 δ1 JB/T4704-2000 3 13 螺栓規(guī)格及數(shù)量 2×48×M27 2.1.8管板尺寸的確定及強度計算 本設(shè)計為管板延長部分兼作法蘭的形式，即項目5.7中，圖18所示e型連接方式的管板。 A、確定殼程圓筒、管箱圓筒、管箱法蘭、換熱管等元件結(jié)構(gòu)

37、尺寸及管板的布管方式；以上項目的確定見項目一至七。 B、計算A、As、na、Kt、[σ]cr、Ac、Dt、λ、Q、εs、β、εt、Pt； 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 備注 1 筒體內(nèi)徑 di 1200 2 筒體內(nèi)徑橫截面積 1130400 3 筒體厚度 δs 14 4 圓筒內(nèi)殼壁金屬截面積 53367.44 5 管子金屬總截面積 mm2 11.69 6 換熱管根數(shù) n 662 7 換熱管外徑 d mm 25 8

38、換熱管壁厚 δt mm 2.5 9 換熱管材料的彈性模量 表F5 196000 10 換熱管有效長度 L mm 2950 11 沿一側(cè)的排管數(shù) n ′ 21 12 布管區(qū)內(nèi)未能被管支撐的面積 14594 13 管板布管區(qū)面積 601645 14 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑 Dt mm Dt= 875.5 15 換熱管中心距 S mm 32 16 隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距 0 17 管板布管內(nèi)開孔后的面積 A1 mm2 A1=

39、 At -nπd2/4 805606 18 系數(shù) λ λ=A1/A 0.71 19 殼體不帶膨脹節(jié)時換熱管束與圓筒剛度比 2.56 20 殼程圓筒材料的彈性模量 表F5 190000 21 系數(shù) β β=na/A1 0.1451 22 系數(shù) =0.4+0.6（1+Q）/λ 3.408 23 系數(shù) 4.91 24 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑與殼程圓筒內(nèi)徑比 0.73 25 管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度 mm 圖32 258 26 設(shè)計溫度下管子

40、受屈服強度 表F2 168 C、對于延長部分兼作法蘭的管板，計算和 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 墊片接觸寬度 表9-1 25 2 墊片基本密度寬度 Bo mm Bo=N/2 12.5 3 墊片比壓力 表9-2 11 4 墊片系數(shù) m 2.0 5 墊片有效密封寬度 b mm B=2.53 9 6 墊片壓緊力作用中心圓直徑 mm 1209 7 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 N 375829.74 8 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷

41、N 2949353 9 常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力 MPa 表F4 258 10 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積 mm2 1456.7 11 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積 mm2 11431.6 12 需要螺栓總截面積 mm2 11431.6 13 法蘭螺栓的中心圓直徑 db mm 1340 14 法蘭中心至Fc作用處的徑向距離 mm 65.6 15 基本法蘭力矩 N．mm 1.9×108 16 筒體厚度 δ0 mm 14 17 法蘭頸部大端有效厚度 mm

42、 24.5 18 螺栓中心至法蘭頸部與法蘭背面交的徑向距離 mm 45.5 19 螺栓中心處至FT作用位置處的徑向距離 mm 67.75 20 螺栓中心距FD作用處的徑向距離 mm 70 21 作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力 N 1056924 22 流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力差 N 1593615.241 23 操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓力 N 286997.256 24 法蘭操作力矩 N．mm 1.34×108 D、假定管

43、板的計算厚度為δ，然后按結(jié)構(gòu)要求確定殼體法蘭厚度，計算K，k、和Kf。 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 布管區(qū)當(dāng)量直徑與殼程圓筒內(nèi)徑之比 0.73 2 系數(shù) (P31)表22 0.2614 3 管板材料 16Mn 4 設(shè)計溫度下管板材料許用應(yīng)力 MPa （P15） 170 5 管板剛度削弱系數(shù) η GB151-1999 0.4 6 殼程設(shè)計壓力 Ps MPa 0.935 7 管程設(shè)計壓力 Pt MPa 2.31 8 管板設(shè)計壓力 Pd MPa

44、 Max{︱Pt -Pt︱，︱Pt︱， ︱Ps︱} 2.31 9 管板厚度 δ δ=0.82Dg 192.6 10 換熱管加強系數(shù) 7.8 11 管板周邊布管區(qū)的無量綱參數(shù) k k=K×（1-ρt） 2.106 12 換熱管材料彈性模量 MPa 表F5 196×103 13 管束模數(shù) Kt MPa Kt=Et×na/（L×Di） 6364 14 殼體法蘭材料彈性模量 MPa 表F5 190×103 15 殼體圓筒材料彈性模量 表F5 190×103 16 殼體法蘭寬度

45、mm 97.5 17 系數(shù) 圖26 0.0006 18 殼體法蘭與圓筒的選裝剛度 MPa 9.5 19 旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù) 0.0012 E、 由GB151-1999 P51圖27按照K和Kf~查m1，并計算Φ值，由圖29按照K和Kf~查G2值 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 管板第一矩系數(shù) m1 GB151-1999圖27 0.3 2 系數(shù) Φ Φ=m1/（K×Kf~） 32.5 3 系數(shù) G2 GB151-1999圖29 4.6 F、計算M1，由圖30

46、按照K和Q查G3，計算§，△M′、△Mf′。 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 管箱法蘭材料的彈性模量 MPa 表F5 196×103 2 管箱法蘭厚度 δf″ mm JB/T4702-2000 32 3 系數(shù) ω″ GB151-1999圖26 0.0006 4 管箱圓筒與法蘭的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù) = 10.2 5 系數(shù) G3 GB151-1999圖30 8.4×10-4 6 系數(shù) § §= /（+G3） 0.59 7 管板邊緣力矩的變化系數(shù) 0.657 8 法蘭

47、力矩變化系數(shù) =×/ Kf″ 0.612 9 管板第二彎矩系數(shù) 圖28（a） 2.04 G、按課程設(shè)計壓力，而管程設(shè)計壓力，膨脹變形差，法蘭力矩的的危險組合（項目.2分別討論） a、只有殼程設(shè)計壓力，而管程設(shè)計壓力，不計膨脹節(jié)變形差（即）。 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 備注 1 當(dāng)量壓力組合 Pc MPa Pc=Ps 2.31 2 系數(shù) ∑s ∑s=0.4+0.6（1+Q）/0.75 3.008 3 有效壓力組合 MPa 28.53 4 基本法蘭力矩系數(shù)

48、 0.0069 5 管程壓力下的法蘭力矩系數(shù) =4Mp/ 0.0049 6 法蘭力矩折減系數(shù) 0.0085 7 管板邊緣力矩系數(shù) 0.0125 8 管板邊緣剪切系數(shù) v v= ×Φ 0.406 9 管板總彎矩系數(shù) m m=（m1+v×m2）/（1+v） 0.802 10 系數(shù) 0.341 11 系數(shù) 0.123 12 系數(shù) G1 G1=max{Gle，Gli} 13 殼體法蘭力矩系數(shù) -0.00113

49、 14 管板徑向應(yīng)力系數(shù) = 0.0175 15 管板的徑向應(yīng)力 34.4 ≤1.5[σ]tr 16 管板布管區(qū)周邊外徑向的應(yīng)力系數(shù) 0.0158 17 管板布管區(qū)周邊外徑向的應(yīng)力 45.55 ≤1.5[σ]tr 18 管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù) =（1+v）/4（Q+G2） 0.0657 19 管板布管區(qū)周邊的剪切應(yīng)力 MPa ×Pa×（λ/μ）×（Dt/δ） 15.12 ≤0.5[σ]tr 20 法蘭的外徑與內(nèi)徑之比 K K=D0/Di 1.16

50、 21 系數(shù) Y GB150-1998表9-5 10.3 22 殼體法蘭應(yīng)力 MPa =π/4×Y××Pa×λ×（Di/δf）2 443.9 ≤1.5[σ]tr 23 換熱管的軸向應(yīng)力 =[Pc-×Pa] -91.9 ≤[σ]cr 24 殼程圓筒的軸向應(yīng)力 =A/As××Pa 87.93 25 一根換熱管管壁金屬的橫界面積 176.6 26 換熱管與管板連接的拉托應(yīng)力 MPa -0.069 ≤[σ]tr b、只有殼程設(shè)計壓力，而管程設(shè)計壓力，并且計入膨脹變形差。 序號 項目

51、 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 備注 1 殼程圓筒材料線膨脹系數(shù) 1/℃ 11.62×10-6 2 換熱管材料線膨脹系數(shù) 1/℃ 10.88×10-6 3 換熱管與殼程圓筒的膨脹變形差 927.4×10-6 4 沿長度平均的殼程圓筒金屬溫度 ts ℃ 工藝給定 90 5 沿長度平均的換熱管金屬溫度 tt ℃ 工藝給定 180 6 制造環(huán)境溫度 t0 20 7 當(dāng)量壓力組合 0.935 8 有效壓力組合 Pa MPa Pa=εs×Ps

52、-εt+βrEt 29.1 9 基本法蘭力矩系數(shù) =4Mm/（λ×π×Di3×Pa） 0.0068 10 管程壓力下的法蘭力矩系數(shù) =4Mp/（λ×π×Di3×Pa） 0.0048 11 管板邊緣力矩系數(shù) 0.0124 12 管板邊緣剪切系數(shù) v v= ×Φ 0.403 13 管程總彎矩系數(shù) 0.8 14 系數(shù) 15 系數(shù) 16 系數(shù) G1 G1=max{，GLe} 0.342 17 殼體法蘭力矩系數(shù) =ξ×

53、-×M1 -0.00119 18 管板徑向應(yīng)力系數(shù) =（1+v）G1/4（Q+G2） 0.0175 19 管板的徑向應(yīng)力 MPa σr=（σr）×Pa×（λ/μ）×（Di/δ）2 35.09 ≤3[σ]tr 20 管板布管區(qū)周邊外徑向的應(yīng)力系數(shù) =3（1+v）m/4K（Q+G2） 0.0157 21 管板布管區(qū)周邊外徑向的應(yīng)力 MPa =×Pa×（λ/μ）×（Di/δ）2×[1-K/m+K2×（1.414-m）/2m] 459.5 ≤3[σ]tr 22 管板布管區(qū)周邊的剪切應(yīng)力系數(shù) =（1+v）/4（Q

54、+G2） 0.051 23 管板布管區(qū)周邊的剪切應(yīng)力 MPa 11.97 ≤1.5[σ]tr 24 換熱管的軸向應(yīng)力 t=[Pc-×Pa] -91.93 ≤3[σ]tr 25 換熱管與管板連接的拉托應(yīng)力 -0.0689 ≤0.5[σ]tr c、只有管程設(shè)計壓力，而殼程設(shè)計壓力，不計膨脹節(jié)變形差時： 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 備注 1 當(dāng)量壓力組合 Pc MPa Pc=Ps 0 2 有效壓力組合 MPa 26.37 3 管板邊緣力矩系數(shù) 0.

55、0132 4 管板邊緣剪切系數(shù) v v=×Φ 0.429 5 管板總彎矩系數(shù) m m=（m1+v×m2）/（1+v） 0.822 6 系數(shù) 7 系數(shù) 8 系數(shù) G1 G1= max{，GLe} 0.245 9 管板的徑向應(yīng)力 σr MPa σr=（σr）×Pa×（λ/μ）×（Di/δ）2 23.25 ≤1.5[σ]tr 10 管板布管區(qū)周邊外徑向的應(yīng)力系數(shù) 0.0165 11 管板布管區(qū)周邊外徑向的應(yīng)力 MPa ×Pa×（λ/μ）××[1-K

56、/m+K2×（1.414-m）/2m] -159.78 ≤1.5[σ]tr 12 管板布管區(qū)周邊的剪切應(yīng)力系數(shù) 0.052 13 管板布管區(qū)周邊的剪切應(yīng)力 MPa 11.06 ≤0.5[σ]tr 14 殼體法蘭應(yīng)力 σf′ MPa -282.2 ≤0.5[σ]tr 15 換熱管的軸向應(yīng)力 σt Mpa =[Pc-×Pa] -3.63 ≤[σ]cr 16 殼程圓筒的軸向應(yīng)力 σc MPa 82.61 ≤Φ[σ]cr 17 換熱管與管板連接的拉托應(yīng)力 Q MPa -0.0027 ≤[σ]tr/

57、2 d、只有管程設(shè)計壓力Pt，而殼程設(shè)計壓力Ps=0，同時計入膨脹變形差時： 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 備注 1 換熱管與殼程圓筒的膨脹變形差 r 927.4×10-6 2 當(dāng)量壓力組合 Pc MPa -2.645 3 有效壓力組合 Pa MPa Pa=εs×Ps-εt×Pt+βrEt 19.15 4 基本法蘭力矩系數(shù) =4Mm/（λ×π×Di3×Pa） 0.0026 5 管板邊緣力矩系數(shù) = +×M1 0.0083 6 管板邊緣剪切系數(shù) v v=

58、×Φ 0.27 7 管程總彎矩系數(shù) m 0.67 8 系數(shù) G1 G1=max{GLe，GLe} 0.293 9 系數(shù) 0.103 10 系數(shù) 0.293 11 管板布管區(qū)周邊外徑向的應(yīng)力系數(shù) =3（1+v）m/4K（Q+G2） 0.01192 12 管板布管區(qū)周邊外徑向的應(yīng)力系數(shù) MPa =×Pa×（λ/μ）×（Di/δ）2×[1-K/m+K2×（1.414-m）/2m] 350.7 ≤3[σ]tr 13 管板布管區(qū)周邊的剪切應(yīng)力系數(shù) тp′ 0.0

59、46 14 管板布管區(qū)周邊的剪切應(yīng)力 тp MPa тp=тp′×Pa×（λ/μ）×（Dt/δ） 7.11 ≤1.5[σ]tr 15 換熱管的軸向應(yīng)力 MPa =[Pc-×Pa] 11.9 ≤3[σ]tr 16 換熱管與管板連接的拉托應(yīng)力 q MPa q=σt×a/πdl 0.0089 ≤0.5[σ]tr H、由管板計算厚度來確定管板的實際厚度： 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 備注 1 管板計算厚度 δ mm 192.6 2 殼程腐蝕裕量 C1 mm 2 3

60、管程腐蝕裕量 C2 mm 2 4 結(jié)構(gòu)開槽深度 h1 mm 根據(jù)結(jié)構(gòu)確定 3 5 管板的實際厚度 δ′ mm 200 考慮圓整 2.1.9是否安裝膨脹節(jié)的判定： 由八.G.a、b、c、d計算結(jié)果可以看出：四組危險組合工況下，換熱管與管板的 連接拉托力均沒超過設(shè)計許用應(yīng)力，并且各項應(yīng)力均沒超過設(shè)計許用應(yīng)力。所以， 不需要安裝膨脹節(jié)。 10、折流板尺寸的確定： 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 折流板的厚度 δ mm GB151-1999項目-2 16 2 折流板的直徑 D mm G

61、B151-1999表41 1194 3 折流板直徑的允許偏差 mm GB151-1999 11940-0.8 4 折流板的材料 mm Q235-A 5 折流板的缺口高度 l mm GB151-1999 P73圖 16 6 折流板的弦高 h mm GB151-1999 P71圖 240 各管孔接管及其法蘭的選擇： 根據(jù)公式d===263.44m 取d=300mm， 由《鋼制法蘭、墊片、緊固件》選擇板式平焊法蘭，相關(guān)尺寸如下： a、 b進出水口接管法蘭的選擇： 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值

62、1 接管公稱直徑 DN HG20593-97表4-5 300 2 接管外徑 HG20593-97表4-5 325 3 法蘭外徑 HG20593-97表4-5 440 4 螺栓中心圓直徑 K HG20593-97表4-5 395 5 螺栓孔直徑 HG20593-97表4-5 22 6 螺栓孔數(shù)量 n 個 HG20593-97表4-5 12 7 螺紋 HG20593-97表4-5 M2716 8 法蘭厚度 HG20593-97表4-5 24 9 法蘭內(nèi)徑 HG2059

63、3-97表4-5 328 10 坡口寬度 HG20593-97表4-5 11 11 法蘭理論重量 表4-5 46.8 12 法蘭密封面形式 HG20593-97 RF 13 法蘭密封面尺寸 s HG20593-97表 6 14 法蘭密封面直徑 D HG20592-97 324 C、蒸汽入口接管法蘭的選擇，設(shè)水蒸氣的流速,則 根據(jù)公式 d=m 取d=350mm, 由HG/T 20592～20635-2009《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》選擇板式平焊法蘭(PL)，相關(guān)尺寸如下： 序號 項目 符號 單位 數(shù)

64、據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 接管公稱直徑 HG/T 20592-2009 表-3 350 2 接管外徑 HG/T 20592-2009 表-3 377 3 法蘭外徑 HG/T 20592-2009 表-3 520 4 螺栓中心圓直徑 K HG/T 20592-2009 表-3 460 5 螺栓孔直徑 HG/T 20592-2009 表-3 22 6 螺栓孔數(shù)量 n 個 HG/T 20592-2009 表-3 16 7 螺紋 HG/T 20592-2009 表-3 M20

65、8 法蘭厚度 HG/T 20592-2009 表-3 28 9 法蘭內(nèi)徑 HG/T 20592-2009 表-3 381 10 法蘭理論質(zhì)量 HG/T 20592-2009 表D-3 20.5 11 法蘭密封面形式 HG/T 20592-2009 表 RF 12 法蘭密封面尺寸 mm HG/T 20592-2009 表-1 430 d、安全閥口、g、放凈口接管法蘭的選擇： 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 接管公稱直徑 DN HG20593-97表4-3 50

66、 2 接管外徑 HG20593-97表4-3 57 3 法蘭外徑 D HG20593-97表4-3 165 4 螺栓中心圓直徑 K HG20593-97表4-3 125 5 螺栓孔直徑 L HG20593-97表4-3 18 6 螺栓孔數(shù)量 n 個 HG20593-97表4-3 4 7 螺紋 HG20593-97表4-3 M16 8 法蘭厚度 C HG20593-97表4-3 20 9 法蘭內(nèi)徑 HG20593-97表4-3 59 10 法蘭理論重量 kg HG20593-97表4-3 2.77 11 法蘭密封面形式 HG20593-97 RF 12 法蘭密封面尺寸 HG20593-97表 99 e、排氣孔接管法蘭的選擇： 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源和計算公式 數(shù)值 1 接管公稱直徑 DN HG20593-97表4-3 20 2 接管外徑 HG20593-97表4-3 2