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畢業(yè)設計（論文）任務書 題目：管殼式換熱器設計 學生姓名 學院名稱 專 業(yè) 學 號 指導教師 職 稱 一、原始依據(jù)（包括設計或論文的工作基礎、研究條件、應用環(huán)境、工作目的等） 原始數(shù)據(jù)： （1）設計壓力：1Mpa。殼體介質：水。管程介質：乙二醇胺。 （2）總體參數(shù)：筒體外徑600mm，管徑Φ19×2，長4500mm，材料為Q235。 （3）設計溫度：殼、管壁溫差45℃，tt＞ts 殼程介質溫度為25-35℃，管程介質溫度為45-70℃。 （4）殼體與封頭材料在低合金高強度剛中間選用，并查出其參數(shù)，接管及其他數(shù)據(jù)根據(jù)表7-15、7-16選用。 （5）腐蝕度為2mm，拉桿數(shù)量為6件。 （6）殼體與支座對接焊接，塔體焊接接頭系數(shù)Φ=0.9 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，以實現(xiàn)不同溫度流體間的熱能傳遞，又稱熱交換器。換熱器是實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設備。 在換熱器中，至少有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。在工程實踐中有時也會存在兩種以上的流體參加換熱，但它的基本原理與前一種情形并無本質上的區(qū)別。 換熱設備在煉油、石油化工以及在其他工業(yè)中使用廣泛，它適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等各個方面。 其中，管殼式換熱器雖然在換熱效率、設備的體積和金屬材料的消耗量等方面不如其他新型的換熱設備，但它具有結構堅固、彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等優(yōu)點，所以在各工程中仍得到普遍使用。 管殼式換熱器的結構設計，是為了保證換熱器的質量和運行壽命，必須考慮很多因素，如材料、壓力、溫度、壁溫差、結垢情況、流體性質以及檢修與清理等等來選擇某一種合適的結構形式。 對同一種形式的換熱器，由于各種條件不同，往往采用的結構亦不相同。在工程設計中，除盡量選用定型系列產(chǎn)品外，也常按其特定的條件進行設計，以滿足工藝上的需要（得到適合工況下最合理最有效也最經(jīng)濟的便于生產(chǎn)制造的換熱器等等）。 二、參考文獻 ［1］匡國柱 史啟才 ：《化工單元過程與設備設計》； ［2］秦叔經(jīng)、葉文邦等：《換熱器》［M］ ，化學工業(yè)出版社，2003年版； ［3］譚天恩、竇梅、周明華等：《化工原理（第三版）上、下冊》［M］，化學工業(yè)出版社，2006年版； ［4］《化工過程及設備設計》［M］華南工學院化工原理教研室，1987； ［5］賈紹義等：《 化工原理課程設計》［M］，天津大學出版社，2003年版； ［6］刁玉瑋、王立業(yè)、喻健良等：《化工設備機械基礎》［M］，大理理工大學出版社，2006年版； ［7］錢頌文：《換熱器手冊》［M］，化學工業(yè)出版社； ［8］蔡紀寧、張莉彥：《化工設備機械基礎課程設計指導書》［M］，化學工業(yè)出版社2011年版； ［9］中華人民共和國國家標準.GB151-89鋼制管殼式換熱器.國家技術監(jiān)督局發(fā)布，1989出版； ［10］時均等：化學工程手冊(第二版，上卷).化學工業(yè)出版社； ［11］《鋼制壓力容器》GB150-1998； ［12］《鋼制塔式容器》JB4710-1992； ［13］ GB151-1999 《管殼式換熱器》1999年； ［14］《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》國家質量技術監(jiān)督局 1999年。 三、設計（研究）內容和要求（包括設計或研究內容、主要指標與技術參數(shù)，并根據(jù)課題性質對學生提出具體要求） 設計內容： 1．管殼式換熱器的結構設計 包括：管子數(shù)n，管子排列方式，管間距的確定，殼體尺寸計算，換熱器封頭選擇，容器法蘭的選擇，管板尺寸確定塔盤結構，人孔數(shù)量及位置，儀表接管選擇、工藝接管管徑計算等等。 2. 殼體及封頭壁厚計算及其強度、穩(wěn)定性校核 （1）根據(jù)設計壓力初定壁厚； （2）確定管板結構、尺寸及拉脫力、溫差應力； （3）計算是否安裝膨脹節(jié)； （4）確定殼體的壁厚、封頭的選擇及壁厚，并進行強度和穩(wěn)定性校核。 3. 筒體和支座水壓試驗應力校核 4. 支座結構設計及強度校核 包括：裙座體（采用裙座）、基礎環(huán)、地腳螺栓 5. 換熱器各主要組成部分選材，參數(shù)確定。 6. 編寫設計說明書一份 7. 繪制2號裝配圖一張，Auto CAD繪3號圖一張）。 對學生的基本要求： 1.學生要按照任務書要求，獨立完成塔設備的機械設計； 2.設計說明書一律采用電子版，2號圖紙一律采用徒手繪制； 3.各班長負責組織借用繪圖儀器、圖板、丁字尺；學生自備圖紙、橡皮與鉛筆； 4.畫圖結束后，將圖紙按照統(tǒng)一要求折疊，同設計說明書統(tǒng)一在答辯那一天早上8：30前，由班長負責統(tǒng)一交到HF508。 5.根據(jù)設計說明書、圖紙、平時表現(xiàn)及答辯綜合評分。 說明書內容： 1.前言 （1）設計條件； （2）設計依據(jù)； （3）設備結構形式概述。 2.材料選擇 （1）選擇材料的原則； （2）確定各零、部件的材質； （3）確定焊接材料。 3.繪制結構草圖 （1）換熱器裝配圖 （2）確定支座、接管、人孔、控制點接口及附件、內部主要零部件的軸向及環(huán)向位置，以單線圖表示； （3）標注形位尺寸。 （4）寫出圖紙上的技術要求、技術特性表、接管表、標題明細表等 4.殼體、封頭壁厚設計 （1）筒體、封頭及支座壁厚設計； （2）焊接接頭設計； （3）壓力試驗驗算； 5.標準化零、部件選擇及補強計算： （1）接管及法蘭選擇：根據(jù)結構草圖統(tǒng)一編制表格。內容包括：代號，PN,DN,法蘭密封面形式，法蘭標記，用途）。補強計算。 （2）人孔選擇：PN,DN,標記或代號。補強計算。 （3）其它標準件選擇。 6.結束語：對自己所做的設計進行小結與評價，經(jīng)驗與收獲。 7.主要參考資料。 【格式要求】： 1.計算單位一律采用國際單位； 2.計算過程及說明應清楚； 3.所有標準件均要寫明標記或代號； 4.設計說明書目錄要有序號、內容、頁碼； 5.設計說明書中與裝配圖中的數(shù)據(jù)一致。如果裝配圖中有修改，在說明書中要注明變更； 6.書寫工整，字跡清晰，層次分明； 7.設計說明書要有封面和封底，均采用A4紙，裝訂成冊。 低低壓壓瓦瓦斯斯脫脫硫硫分分相相設設備備設設計計表表姓名陳陽項目E101A2管殼式換熱器類型殼程乙二醇冷卻器筒體內徑600管徑mm19x2管長mm4500材料Q235設計壓力（Mpa）1設計溫度腐蝕度mm2殼體介質進入溫度25流出溫度35管程介質乙二醇胺進入溫度70流出溫度45拉桿6管子數(shù)封頭類型低低壓壓瓦瓦斯斯脫脫硫硫分分相相設設備備設設計計表表本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告 課題名稱 管殼式換熱器設計 學院名稱 專業(yè)名稱 學生姓名 指導教師 1.選題依據(jù)及意義 換熱器的基建投資在一般化工、石化企業(yè)中約占設備總投資的20%，其中固定管板式換熱器約占換熱器的70%。? 固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當兩流體的溫度差較大時，在外殼的適當位置上焊上一個補償圈，（或膨脹節(jié)）。當殼體和管束熱膨脹不同時，補償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來補償因溫差應力引起的熱膨脹。? 特點：結構簡單，造價低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結垢的物料。? 固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成。固定管板換熱器的結構特點是在殼體中設置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進出口管直接和封頭焊在一起，管束內根據(jù)換熱器的長度設置了若干塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。? 固定管板式換熱器結構簡單，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，殼程也可以分成雙程，規(guī)格范圍廣，故在工程上廣泛應用。殼程清洗困難，對于較臟或有腐蝕性的介質不宜采用。當膨脹之差較大時，可在殼體上設置膨脹節(jié)，以減少因管、殼程溫差而產(chǎn)生的熱應力。? 本課題所設計的冷卻器屬于固定管板換熱器，是針對給定的設計參數(shù)，按照相關規(guī)定的要求，通過壁厚計算和強度校核等，設計固定管板式換熱器產(chǎn)品。熟悉壓力容器設計的基本要求，掌握固定管板式換熱器的常規(guī)設計方法，把所學的知識應用到實際的工程設計中區(qū)，為以后的工作和學習打下扎實的基礎。 2.國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 二十世紀20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應用于食品工業(yè)。以板式管制成的換熱器，結構緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為各種形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翹式換熱器，用于飛機發(fā)動機的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強腐蝕性介質的換熱問題，人們對新型材料制成的換熱器開始注意。? 60年代左右，由于空間技術和尖端科學的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓，釬焊和密封等技術的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應用。從此，自60年代開始，為了適應高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進一步的發(fā)展。70年代中期，為了強化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。? 換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類。? 混合式換熱器是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器。由于兩流體混合換熱后必須及時分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，化工廠和發(fā)電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠兩流體本身的密度差得以及時分離。? 蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體（填料）表面，從而進行熱量交換的換熱器，如煉焦爐下方預熱空氣的蓄熱室。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。? 間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應用最廣。? 間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結構不同可分為管式、板面式和其他型式。管式換熱器以管子表面作為傳熱面，包括蛇管式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器等：板面式換熱器以板面作為傳熱面，包括板式換熱器、螺旋板換熱器、板翹式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等；其他型式換熱器是為滿足某些特殊要求面設計的換熱器，如刮面式換熱器、轉盤式換熱器和空氣冷卻器等。? 換熱器中流體的相對流向一般有順流和逆流兩種。順流時，入口處兩流體的溫差最大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為最小。逆流時，沿傳熱表面兩流體的溫度分布較均勻。在冷、熱流體的進出口溫度一定的條件下，當兩種流體都無相變時，以逆流的平均溫差最大順流最小。?在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差增大，換熱器的傳熱面積減?。蝗魝鳠崦娣e不變，采用逆流時可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。前者可節(jié)省設備費 3.本課題研究內容 本臺設計的換熱器是一臺乙二醇胺-水換熱器，主要完成冷卻水—乙二醇胺的熱量交換，設計壓力為管程1.0MPa，殼程壓力為1.0MPa，管程乙二醇胺進，出口溫度分別為70oC和45oC。殼程水進、出口溫度分別為25oC和35oC，運用所學的知識，獨立解決設計中碰到的以下問題：? （1）設計方案簡介? 對給定或選定的工藝流程、主要設備的形式進行簡要論述。? （2）根據(jù)原始數(shù)據(jù)進行工藝計算? 物料衡算、熱量衡算、工藝參數(shù)的選定、設備的結構設計和工藝尺寸的設計計算。? （3）主要受壓元件強度計算? 計算熱交換器各部件尤其受壓部件（如殼體）的應力大小，檢查其強度是否在允許范圍內。在考慮強度時，應該盡量采用中國生產(chǎn)的標準材料和部件，按照國家壓力容器安全技術規(guī)定進行計算或核算。 （4）計算機繪圖及說明書的編寫? 利用AutoCAD軟件繪制出固定管殼式換熱器的裝配圖及各個零件圖，并編寫說明書。 4.本課題研究方法 行動研究法是一種適應小范圍教育改革的探索性的研究方法，起目的不在于建立理論，歸納規(guī)律，而是對教育活動和教育實踐中的問題，在行動研究中不斷地探索，改進工作，解決教育實際問題。行動研究將改革行動與研究工作相結合，與教育實踐的具體改革行動機密相連。（特點是邊執(zhí)行、邊評價、邊修改）。 模式：預診-——收集資料初步研究——擬定總體計劃——制定具體計劃——行動——總結評價 這個方法的具體特點： 一是具有動態(tài)性，所有的設想，計劃都處于一個開放的動態(tài)系統(tǒng)中，都有可修改的； 二是較強的聯(lián)合性與參與性； 三是在整個研究過程中，診斷性評價、形成性評價、總結性評價貫穿于行動研究法工作流程的始終。 首先要對研究過程進行考察。考察內容有：一是行動背景因素以及影響行動的因素。二是行動過程，包括什么人以什么方式參與了計劃實施，使用了什么材料，安排了什么活動，有無意外的變化、如何排除干擾。三是行動的結果，包括預期的與非預期的，積極和消極的。要注意收集三方面的資料，背景資料是分析計劃設想有效性的基礎材料，過程資料是判斷行動效果是不是、由方案帶來和怎樣帶來的考察依據(jù);結果資料是分析方案帶來的什么樣的效果的直接依據(jù)。 5.研究目標、主要特色及工作進度 第1-2周：搜索文獻資料，完成外文翻譯? 第3-4周：完成開題報告? 第5-6周：查詢各方面資料，熟悉課題，對課題形成直觀的了解，實地考察搜集資料? 第7-8周：整理資料，對設計中可能用到的軟件進行熟悉，查找相關專業(yè)資料? 第9-10周：初步設定設計方案，通過反復比較驗證從中并選擇最優(yōu)方案? 第11-12周：初步進行設計，結合專業(yè)資料，反復論證設計的合理性，依據(jù)設計步驟繪制簡圖等?? 第13-14周：論文初稿提交指導老師審閱 6.參考文獻 [1]?Spence?J,?Tooth?A?S.?Pressure?Vessels?Design[M].Concepts?and?Principles.? Oxford：Alden?Press.UK:1994.? [2]?Maralikrishna?K,Shenoy?U?V.Heat?Exchanger?Design?Targets?for?Minimum?Area? and?Cost[M].Chem.Eng.Res.Des.2000.78-61167. [3]?王志文主編.化工容器設計.北京：化學工業(yè)出版社，1990? [4]?JB/T4700-4707-2000.《壓力容器法蘭》.中華人民共和國行業(yè)標準.2002-8-22.? [5]?秦叔經(jīng)，葉文邦.換熱器[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002.? [6]?金志浩.?管殼是換熱器原理與設計[M].遼寧：科學技術出版社.? [7]?Tubular.Exchanger?Manufacturers?Association?Standards[A].?8th?ed,?New?York:1988.? [8]?熊勇剛.機械CAD參數(shù)化設計技術[J].機械科學與技術出版社.? [9]?錢頌文,朱冬生,李慶領等.管式換熱器強化傳熱技術[M].北京：化學工業(yè)出版社? 2003.? [10]?賀小華.化工設備常用結構的參數(shù)化CAD設計[J].南京化工大學學報,1997.? [11]?楊啟明.過程裝備設計[M].西南石油大學,2004.? [12]?許文.新編換熱器選型設計與制造工藝實用全書[M].北京：北方工業(yè)出版社， 2006.?? [13]?化工設備設計全書編輯委員會．換熱器設計[M]．上海：上?？茖W技術出版社， 1988.? [14]?劉曉紅.?螺旋隔板換熱器的研究現(xiàn)狀及應用[J].?機電工程技術,2008 選題是否合適： 是□ 否□ 課題能否實現(xiàn)： 能□ 不能□ 指導教師（簽字） 年 月 日 選題是否合適： 是□ 否□ 課題能否實現(xiàn)： 能□ 不能□ 審題小組組長（簽字） 年 月 日 過 程 設 備 強 度 計 算 書 SW6-98 軟件批準號：CSBTS/TC40/SC5-D01-1999 DATA SHEET OF PROCESS EQUIPMENT DESIGN 工程名 ： PROJECT 設備位號： ITEM 設備名稱： EQUIPMENT 圖 號： DWG NO。 設計單位： 壓力容器專用計算軟件 ? DESIGNER 設 計 Designed by 日期 Date 校 核 Checked by 日期 Date 審 核 Verified by 日期 Date 審 定 Approved by 日期 Date  固定管板換熱器設計計算 計算單位 壓力容器專用計算軟件 ? 設 計 計 算 條 件 殼 程 管 程 設計壓力 1 MPa 設計壓力 1 MPa 設計溫度 25 設計溫度 70 殼程圓筒內徑 600 mm 管箱圓筒內徑 600 mm 材料名稱 16Mn(熱軋) 材料名稱 16MnR(熱軋) 簡 圖 計 算 內 容 殼程圓筒校核計算 前端管箱圓筒校核計算 前端管箱封頭(平蓋)校核計算 后端管箱圓筒校核計算 后端管箱封頭(平蓋)校核計算 管箱法蘭校核計算 開孔補強設計計算 管板校核計算 筒體法蘭校核計算  前端管箱筒體計算 計算單位 壓力容器專用計算軟件 ? 計算條件 筒體簡圖 計算壓力 Pc 1.00 MPa 設計溫度 t 70.00 ° C 內徑 Di 600.00 mm 材料 16MnR(熱軋) ( 板材 ) 試驗溫度許用應力 [s] 189.00 MPa 設計溫度許用應力 [s]t 189.00 MPa 試驗溫度下屈服點 ss 345.00 MPa 鋼板負偏差 C1 0.00 mm 腐蝕裕量 C2 2.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 0.90 厚度及重量計算 計算厚度 d = = 1.77 mm 有效厚度 de =dn - C1- C2= 6.00 mm 名義厚度 dn = 8.00 mm 重量 484.12 Kg 壓力試驗時應力校核 壓力試驗類型 液壓試驗 試驗壓力值 PT = 1.25P = 1.2500 (或由用戶輸入) MPa 壓力試驗允許通過 的應力水平 [s]T [s]T￡ 0.90 ss = 310.50 MPa 試驗壓力下 圓筒的應力 sT = = 70.14 MPa 校核條件 sT￡ [s]T 校核結果 合格 壓力及應力計算 最大允許工作壓力 [Pw]= = 3.36832 MPa 設計溫度下計算應力 st = = 50.50 MPa [s]tf 170.10 MPa 校核條件 [s]tf ≥st 結論 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  前端管箱封頭計算 計算單位 壓力容器專用計算軟件 ? 計算條件 橢圓封頭簡圖 計算壓力 Pc 1.00 MPa 設計溫度 t 70.00 ° C 內徑 Di 600.00 mm 曲面高度 hi 150.00 mm 材料 16MnR(熱軋) (板材) 設計溫度許用應力 [s]t 189.00 MPa 試驗溫度許用應力 [s] 189.00 MPa 鋼板負偏差 C1 0.00 mm 腐蝕裕量 C2 2.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 0.90 厚度及重量計算 形狀系數(shù) K = = 1.0000 計算厚度 d = = 1.77 mm 有效厚度 de =dn - C1- C2= 6.00 mm 最小厚度 dmin = 3.00 mm 名義厚度 dn = 8.00 mm 結論 滿足最小厚度要求 重量 29.27 Kg 壓 力 計 算 最大允許工作壓力 [Pw]= = 3.38507 MPa 結論 合格  后端管箱筒體計算 計算單位 壓力容器專用計算軟件 ? 計算條件 筒體簡圖 計算壓力 Pc 1.00 MPa 設計溫度 t 70.00 ° C 內徑 Di 600.00 mm 材料 16MnR(熱軋) ( 板材 ) 試驗溫度許用應力 [s] 189.00 MPa 設計溫度許用應力 [s]t 189.00 MPa 試驗溫度下屈服點 ss 345.00 MPa 鋼板負偏差 C1 0.00 mm 腐蝕裕量 C2 2.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 0.90 厚度及重量計算 計算厚度 d = = 1.77 mm 有效厚度 de =dn - C1- C2= 6.00 mm 名義厚度 dn = 8.00 mm 重量 484.12 Kg 壓力試驗時應力校核 壓力試驗類型 液壓試驗 試驗壓力值 PT = 1.25P = 1.2500 (或由用戶輸入) MPa 壓力試驗允許通過 的應力水平 [s]T [s]T￡ 0.90 ss = 310.50 MPa 試驗壓力下 圓筒的應力 sT = = 70.14 MPa 校核條件 sT￡ [s]T 校核結果 合格 壓力及應力計算 最大允許工作壓力 [Pw]= = 3.36832 MPa 設計溫度下計算應力 st = = 50.50 MPa [s]tf 170.10 MPa 校核條件 [s]tf ≥st 結論 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  后端管箱封頭計算 計算單位 壓力容器專用計算軟件 ? 計算條件 橢圓封頭簡圖 計算壓力 Pc 1.00 MPa 設計溫度 t 70.00 ° C 內徑 Di 600.00 mm 曲面高度 hi 150.00 mm 材料 16MnR(熱軋) (板材) 設計溫度許用應力 [s]t 189.00 MPa 試驗溫度許用應力 [s] 189.00 MPa 鋼板負偏差 C1 0.00 mm 腐蝕裕量 C2 2.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 0.90 厚度及重量計算 形狀系數(shù) K = = 1.0000 計算厚度 d = = 1.77 mm 有效厚度 de =dn - C1- C2= 6.00 mm 最小厚度 dmin = 3.00 mm 名義厚度 dn = 8.00 mm 結論 滿足最小厚度要求 重量 29.27 Kg 壓 力 計 算 最大允許工作壓力 [Pw]= = 3.38507 MPa 結論 合格  殼程圓筒計算 計算單位 壓力容器專用計算軟件 ? 計算條件 筒體簡圖 計算壓力 Pc 2.00 MPa 設計溫度 t 25.00 ° C 內徑 Di 600.00 mm 材料 16Mn(熱軋) ( 管材 ) 試驗溫度許用應力 [s] 181.00 MPa 設計溫度許用應力 [s]t 181.00 MPa 試驗溫度下屈服點 ss 320.00 MPa 鋼板負偏差 C1 1.00 mm 腐蝕裕量 C2 2.00 mm 焊接接頭系數(shù) f 0.90 厚度及重量計算 計算厚度 d = = 3.71 mm 有效厚度 de =dn - C1- C2= 5.00 mm 名義厚度 dn = 8.00 mm 重量 484.12 Kg 壓力試驗時應力校核 壓力試驗類型 液壓試驗 試驗壓力值 PT = 1.25P = 0.7800 (或由用戶輸入) MPa 壓力試驗允許通過 的應力水平 [s]T [s]T￡ 0.90 ss = 288.00 MPa 試驗壓力下 圓筒的應力 sT = = 52.43 MPa 校核條件 sT￡ [s]T 校核結果 合格 壓力及應力計算 最大允許工作壓力 [Pw]= = 2.69256 MPa 設計溫度下計算應力 st = = 121.00 MPa [s]tf 162.90 MPa 校核條件 [s]tf ≥st 結論 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  開孔補強計算 計算單位 壓力容器專用計算軟件 ? 接 管 : #,φ150×8 計 算 方 法 : HG20582-98 等 面 積 補 強 法,單 孔 設 計 條 件 簡 圖 計算壓力 pc 1 MPa 設計溫度 70 ℃ 殼體型式 圓形筒體 殼體材料 名稱及類型 16MnR(熱軋) 板材 殼體開孔處焊縫系數(shù)φ 0.9 殼體內直徑 Di 600 mm 殼體開孔處名義厚度δn 8 mm 殼體厚度負偏差 C 0 mm 殼體腐蝕裕量 C 2 mm 殼體材料許用應力 [σ]t 189 MPa 開孔中心到殼體軸線的距離 150 mm 接管軸線與殼體表面法線的夾角 30 度 接管實際外伸長度 100 mm 接管材料名稱及類型 16Mn(熱軋),管材 接管實際內伸長度 20 mm 接管焊縫系數(shù) 1 接管腐蝕裕量 2 mm 補強圈材料名稱 16MnR(熱軋) 凸形封頭開孔中心至 封頭軸線的距離 mm 補強圈外徑 300 mm 補強圈厚度 8 mm 接管厚度負偏差 C 1 mm 補強圈厚度負偏差C 0 mm 接管材料許用應力[σ]t 181 MPa 補強圈許用應力[σ]t 189 MPa 開 孔 補 強 計 算 殼體計算厚度δ 1.769 mm 接管計算厚度δt 0.371 mm 補強圈強度削弱系數(shù) frr 1 接管材料強度削弱系數(shù) fr 0.958 接管有效外伸長度 h1 33.47 mm 接管有效內伸長度 h2 18 mm 計 算 截 面 圖 示 截 面 與 圖 示 成 90 度 的 截 面 應力校正系數(shù) F 0.5 1 開孔直徑 d(mm) 163.7 140 補強區(qū)有效寬度 B(mm) 327.4 280 開孔削弱所需的補強面積 A (mm2) 130.6 223.6 殼體多余金屬面積 A1 (mm2) 751.6 531.5 接管多余金屬面積 A2 (mm2) 400.1 400.1 補強區(qū)內的焊縫面積 A3 (mm2) 64 64 補強圈面積 A4 (mm2) 1011 1040 A1+A2+A3+A4 (mm2) 2226 2036 計算截面的校核結果 合格 合格 結 論: 補強滿足要求。  不帶法蘭固定式管板計算(c) 設 計 單 位 壓力容器專用計算軟件 ? 設 計 計 算 條 件 簡 圖 殼 程 圓 筒 設計壓力Ps 1 MPa 設計溫度 t 25 平均金屬溫度 0 裝配溫度 15 材料名稱 16Mn(熱軋) 設計溫度下許用應力 181 MPa 平均金屬溫度下彈性模量 2.07e+05 MPa 平均金屬溫度下熱膨脹系數(shù) 1.076e-05 mm/mm 殼程圓筒內徑 600 mm 殼 程 圓 筒 名 義 厚 度 8 mm 殼 程 圓 筒 有 效 厚 度 5 mm 殼程圓筒內直徑橫截面積 A=0.25 p Di2 2.827e+05 mm2 殼程圓筒金屬橫截面積 As=pds ( DI+dn ) 9503 mm2 管箱圓筒 設計壓力 1 MPa 設計溫度 70 材料名稱 16MnR(熱軋) 設計溫度下彈性模量 2.06e+05 MPa 管箱圓筒名義厚度 8 mm 管箱圓筒有效厚度 6 mm 換 熱 管 材料名稱 10(熱軋) 管子平均溫度 t 0 設計溫度下管子材料許用應力 122.1 MPa 設計溫度下管子材料屈服應力 190 MPa 設計溫度下管子材料彈性模量 1.914e+05 MPa 平均金屬溫度下管子材料彈性模量 1.93e+05 MPa 平均金屬溫度下管子材料熱膨脹系數(shù) 1.076e-05 mm/mm 管子外徑 d 19 mm 管子壁厚 2 mm 管子根數(shù) n 325 換熱管中心 S 25 mm 一根管子金屬橫截面積 150.8 mm2 換熱管長度 L1 4500 mm 換熱管有效長度(兩管板內側間距) L 4396 mm 換 熱 管 管束模數(shù) = 3586 MPa 管子回轉半徑 5.755 mm 管子受壓失穩(wěn)當量長度 100 mm 系數(shù) Cr = 141 比值 17.37 管子穩(wěn)定許用壓應力 () []= MPa 管子穩(wěn)定許用壓應力 () []= 89.15 MPa 管 板 材料名稱 16MnR(熱軋) 設計溫度 70 設計溫度下許用應力 174 MPa 設計溫度下彈性模量 2.041e+05 MPa 管板腐蝕裕量 4 mm 管板輸入厚度 52 mm 管板計算厚度 32 mm 隔板槽面積 (包括拉桿和假管區(qū)面積)Ad 1232 mm2 管板強度削弱系數(shù) 0.4 管板剛度削弱系數(shù) 0.4 管子加強系數(shù) , K = 4.736 管板和管子連接型式 脹接，開槽 管板和管子脹接(焊接)高度 l 49 mm 脹接許用拉脫應力[q] 4 MPa 焊接許用拉脫應力[q] MPa 管箱法蘭 材料名稱 管箱法蘭厚度 mm 比值 比值 系數(shù) (查<>圖25) 系數(shù) (查<>圖26) 旋轉剛度 MPa 注： 殼體法蘭 材料名稱 16MnR(熱軋) 殼體法蘭厚度 52 mm 管板延長部分凸緣外直徑 Df 590 mm 管板延長部分凸緣寬度 -5 mm 比值 0.008333 比值 0.08667 系數(shù)(按ds /Di ,df”/Di ) 查<>圖25) 0.005044 系數(shù) (查<>圖26)w` 0.000427 旋轉剛度 5.865 MPa 系數(shù)計算 旋轉剛度( c型結構 0) 5.865 MPa 旋轉剛度無量綱參數(shù) 0.001285 膨脹節(jié)總體軸向剛度 N/mm 管板第一彎矩系數(shù)m1,(按K,查<>圖27) 0.115 系數(shù) 19.02 系數(shù)(按查<>圖29) 3.34 換熱管束與不帶膨脹節(jié)殼體剛度之± 4.808 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)m2,按K,Q(或Qex)查<>圖28(a)或(b) 3.481 管板參數(shù) 管板開孔后面積A- 0.25 n 1.906e+05 mm2 管板布管區(qū)面積 (三角形布管) (正方形布管) 1.771e+05 mm2 管板布管區(qū)當量直徑 474.9 mm 系數(shù)計算 系數(shù) 0.6741 系數(shù) 0.2571 系數(shù) 5.57 系數(shù) (帶膨脹節(jié)時代替Q) 8.526 管板布管區(qū)當量直徑與殼體內徑之比 0.7915 管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度 k=K 0.9872  僅有殼程壓力Ps作用下的危險組合工況 (Pt = 0) 不計溫差應力 計溫差應力 換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差 =(t-t)-(t-t) 0.0 0 當量壓力組合 1 1 MPa 有效壓力組合 5.57 5.57 MPa 邊界效應壓力組合 0.005044 0.005044 MPa 邊界效應壓力組合系數(shù) 0.001343 0.001343 管板邊緣力矩系數(shù) 0.001343 0.001343 管板邊緣剪力系數(shù) 0.02555 0.02555 管板總彎矩系數(shù) 0.1989 0.1989 系數(shù)僅用于 時 0.05068 0.05068 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) 0.2297 0.2297 系數(shù) > 0, =, < 0, = 0.2325 0.2325 管板徑向應力系數(shù) 帶膨脹節(jié)Q為Q = 0.007315 0.007315 管板布管區(qū)周邊 處徑向應力系數(shù) = 0.003987 0.003987 管板布管區(qū)周邊 處剪切應力系數(shù) = 0.03147 0.03147 計算值 許用值 計算值 許用值 管板徑向應力 24.14 1.5 =261 24.14 3 =522 MPa 管板布管區(qū)周邊處徑向應力 -12.98 1.5 =261 -12.98 3 =522 MPa 管板布管區(qū)周邊剪切應力 4.383 0.5 =87 4.383 1.5 =261 MPa 換熱管軸向應力 -4.663 = 122.1 = 89.15 -4.663 3 = 366.4 = 89.15 MPa 殼程圓筒軸向應力 14.06 = 162.9 14.06 = 488.7 MPa 換熱管與管板連接拉脫應力 q = 0.2404 [q]= 4 0.2404 3[q]焊接 [q]脹接 4 MPa 僅有殼程壓力Pt作用下的危險組合工況 (Ps = 0) 不計溫差應力 計溫差應力 換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差 =(t-t)-(t-t) 0.0 0 當量壓力組合 -1.257 -1.257 MPa 有效壓力組合 -8.526 -8.526 MPa 邊界效應壓力組合 -0.0007565 -0.0007565 MPa 邊界效應壓力組合系數(shù) 0.0001316 0.0001316 管板邊緣力矩系數(shù) 0.0001316 0.0001316 管板邊緣剪力系數(shù) 0.002504 0.002504 管板總彎矩系數(shù) 0.1234 0.1234 系數(shù)G1e僅用于 時 0.03146 0.03146 系數(shù)G1i 當時,按 K 和 m 查圖31(a)實線 當時,按 K 和 m 查圖31(b) 0.2579 0.2579 系數(shù)G1 >0, =; <0, = 0.2596 0.2596 管板徑向應力系數(shù) 帶膨脹節(jié)Q為Q = 0.007984 0.007984 管板布管區(qū)周邊 處徑向應力系數(shù) = 0.002419 0.002419 管板布管區(qū)周邊 處剪切應力系數(shù) = 0.03076 0.03076  計算值 許用值 計算值 許用值 管板徑向應力 40.33 1.5 =261 40.33 3 =522 MPa 管板布管區(qū)周邊處徑向應力 23.25 1.5 =261 23.25 3 =522 MPa 管板布管區(qū)周邊剪切應力 -6.559 0.5 =87 -6.559 1.5 =261 MPa 換熱管軸向應力 8.652 = 122.1 = 89.15 8.652 3 = 366.4 = 89.15 MPa 殼程圓筒軸向應力 8.714 = 162.9 8.714 = 488.7 MPa 換熱管與管板連接拉脫應力 q = 0.4461 [q]= 4 0.4461 3[q]焊接 [q]脹接 4 MPa 計算結果 管板名義厚度 52 mm 管板校核通過  管箱法蘭計算 計算單位 壓力容器專用計算軟件 ? 設 計 條 件 簡 圖 設計壓力 p 1.000 MPa 計算壓力 pc 1.000 MPa 設計溫度 t 70.0 ° C 軸向外載荷 F 0.0 N 外力矩 M 0.0 N.mm 殼 材料名稱 16MnR(熱軋) 體 許用應力 189.0 MPa 法 材料名稱 16MnR(熱軋) 許用 [s]f 170.0 MPa 蘭 應力 [s]tf 170.0 MPa 材料名稱 Q235-A 螺 許用 [s]b 87.0 MPa 應力 [s]tb 81.4 MPa 栓 公稱直徑 d B 20.0 mm 螺栓根徑 d 1 17.3 mm 數(shù)量 n 28 個 Di 600.0 Do 740.0 墊 結構尺寸 Db 700.0 D外 42.0 D內 36.0 δ0 12.0 mm Le 20.0 LA 28.0 h 25.0 δ1 22.0 材料類型 軟墊片 N 3.0 m 3.50 y(MPa) 44.8 壓緊面形狀 1c,1d b 1.25 DG 39.0 片 b0≤6.4mm b= b0 b0≤6.4mm DG= ( D外+D內 )/2 b0 > 6.4mm b=2.53 b0 > 6.4mm DG= D外 - 2b 螺 栓 受 力 計 算 預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷Wa Wa= πbDG y = 6861.2 N 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷Wp Wp = Fp + F = 2266.7 N 所需螺栓總截面積 Am Am = max (Ap ,Aa ) = 78.9 mm2 實際使用螺栓總截面積 Ab Ab = = 6577.2 mm2 力 矩 計 算 操 FD = 0.785pc = 282600.0 N LD= L A+ 0.5δ1 = 39.0 mm MD= FD LD = 11021400.0 N.mm 作 FG = Fp = 1071.5 N LG= 0.5 ( Db - DG ) = 330.5 mm MG= FG LG = 354139.0 N.mm Mp FT = F-FD = -281406.0 N LT=0.5(LA + d1 + LG ) = 190.2 mm MT= FT LT = -53537492.0 N.mm 外壓: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 內壓: Mp = MD+MG+MT Mp = 42161952.0 N.mm 預緊 Ma W = 289537.1 N LG = 330.5 mm Ma=W LG = 95692024.0 N.mm 計算力矩 Mo= Mp 與Ma[s]ft/[s]f中大者 Mo = 95692024.0 N.mm 螺 栓 間 距 校 核 實際間距 = 78.5 mm 最小間距 46.0 (查GB150-98表9-3) mm 最大間距 175.0 mm 形 狀 常 數(shù) 確 定 84.85 h/ho = 0.3 K = Do/DI = 1.233 1.8 由K查表9-5得 T=1.825 Z =4.838 Y =9.379 U=10.306 整體法蘭 查圖9-3和圖9-4 FI=0.87232 VI=0.32109 0.01028 松式法蘭 查圖9-5和圖9-6 FL=0.00000 VL=0.00000 0.00000 查圖9-7 由 d1/do 得 f = 1.76376 整體法蘭 = 392195.2 松式法蘭 = 0.0 1.9 ψ=δf e+1 =1.93 g = y/T = 1.05 2.23 = 2.91 剪應力校核 計 算 值 許 用 值 結 論 預緊狀態(tài) 0.00 MPa 操作狀態(tài) 0.00 MPa 輸入法蘭厚度δf = 90.0 mm時, 法蘭應力校核 應力 性質 計 算 值 許 用 值 結 論 軸向 應力 199.48 MPa =255.0 或 =472.5( 按整體法蘭設計的任 意 式法蘭, 取 ) 校核合格 徑向 應力 15.10 MPa = 170.0 校核合格 切向 應力 111.63 MPa = 170.0 校核合格 綜合 應力 = 155.56 MPa = 170.0 校核合格 法蘭校核結果 校核合格  筒體法蘭計算 計算單位 壓力容器專用計算軟件 ? 設 計 條 件 簡 圖 設計壓力 p 1.000 MPa 計算壓力 pc 1.000 MPa 設計溫度 t 25.0 ° C 軸向外載荷 F 0.0 N 外力矩 M 0.0 N.mm 殼 材料名稱 16Mn(熱軋) 許用 181.0 MPa 體 應力 181.0 MPa 法 材料名稱 16MnR(熱軋) 許用 174.0 MPa 蘭 應力 174.0 MPa 材料名稱 Q235-A 螺 許用 87.0 MPa 應力 86.4 MPa 栓 公稱直徑 dB 20.0 mm 螺栓根徑 d d 17.3 mm 數(shù)量 n 40 個 Di 616.0 Do 730.0 墊 結構尺寸 Db 690.0 D外 42.0 mm D內 36.0 l 4.0 圖(a)結構 DG取法蘭與翻邊接觸面中心處,與墊片 位置無關 圖(b)結構 b0≤6.4mm DG= ( D外+D內 )/2 b0 > 6.4mm DG= D外 - 2b b0≤6.4mm b= b0 DG 39.0 片 b0 > 6.4mm b=2.53 b 1.25 壓緊面形狀 1c,1d 材料類型 軟墊片 N 3.0 m 3.50 y(MPa) 44.8 螺 栓 受 力 計 算 預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷Wa Wa= πbDG y = 6861.2 N 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷Wp Wp = Fp + F = 2266.7 N 所需螺栓總截面積 Am Am = max (Ap ,Aa ) = 78.9 mm2 實際使用螺栓總截面積 Ab Ab = = 9395.9 mm2 墊片最小寬度 Nmin Nmin == 74.5 mm  彎 矩 計 算 操 作 Mp FD = 0.785pc = 297873.0 N LD= 0.5(Db -Di) = 37.0 mm MD= FD LD = 11021300.0 N.mm FG = Fp = 1071.5 N LG= 0.5 ( Db - DG ) = 325.5 mm MG= FG LG = 348781.4 N.mm FT = F-FD = -296679.0 N 圖(a):LT= 0.5(Db - DG) 圖(b):LT=0.5 (LD+ LG ) LT= 181.2 mm MT= FT LT = -53773064.0 N.mm 外壓: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 內壓: Mp = MD+MG+MT Mp = 42402980.0 預緊 Ma W=Wa = 412154.2 N LG= 0.5 ( Db - DG ) = 325.5 mm Ma= W LG = 134156200.0 N.mm 計算彎矩 Mo= Mp 與 中大者 Mo=134156200.0 N.mm 螺 栓 間 距 校 核 實際間距 54.2 mm 最小間距 46.0 (查GB150-1998表9-3) mm 最大間距 235.0 mm 輸入法蘭厚度δf = 130.0 mm, 法蘭應力校核 K=Do/Di = 1.185 Y=11.523 (查GB150-1998表9-5) 計 算 值 許 用 值 結 論 圖a結構 53.24 MPa 校核合格 剪應力校核 0.29 MPa 校核合格 計 算 結 果 按環(huán)向應力確定的法蘭厚度 62 mm 校核合格 18 全 國 化 工 設 備 設 計 技 術 中 心 站