立式水蒸汽冷凝器

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1、- XXXX大學 本科畢業(yè)論文 題 目： 流量為130t/h立式蒸汽冷凝器 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 班 級： 學生： 指導教師： 論文提交日期：年 月 日 論文辯論日期：年 月 日 . z. - 畢業(yè)設計〔論文〕任務書 過程裝備與控制工程專業(yè) 班 學生： 畢業(yè)設計〔論文〕題目：流量為130t/h立式蒸汽冷凝器 畢業(yè)設計〔論文

2、〕容： 1.關于換熱器綜述一篇； 2.計算書說明書一份； 3.繪制工程圖折合A1號圖四以上； 畢業(yè)設計〔論文〕專題局部： 固定管板式換熱器 起止時間： 年 月— 年 月 日 指導教師： 簽字 年 月 日 . z. - 摘要 冷凝器它是使用圍很廣的一種化工設備，屬于換熱器一種。本設計任務主要是根據條件選擇采用固定管板式換

3、熱器的設計,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,首先根據給出的設計溫度和設計壓力來確定設備的構造形式以及殼程和管程的材料，然后根據物料性質和傳熱面積來確定換熱管的材料，尺寸，根數。，設計壓力為管程2.31MPa，殼程0.935MPa，工作溫度管程50℃，殼程130℃，設計溫度管程80℃，殼程140℃，傳熱面積為256m2，采用Φ25×2.5×3000的無縫鋼管換熱，那么可計算出622根換熱管，D=1200mm的圓筒根據換熱管的根數確定換熱管的排列，并根據換熱管的排列和長度來確定筒體

4、直徑以及折流板的選擇。 通過對容器的徑和外壓的計算來確定殼體和封頭的厚度并進展強度校核。然后是對換熱器各部件的零部件的強度設計，有法蘭的選擇和設計計算與校核，鉤圈及浮頭法蘭的設計計算與校核和管子拉脫力的計算。還包括管板的構造設計、防沖擋板、滑道構造的設計以及支座設計。構造設計中的標準件可以參照國家標準根據設計條件直接選??；非標準件，設計完構造后必須進展相應的應力校核。 管板與換熱管的連接方式為焊接，因管板上的應力較多，且外溫度有一定的差值，因此，對管板強度的校核是一個重點，也是一個難點.. 關鍵詞：換熱器； 強度設計； 構造設計 Abstract The condenser is

5、 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 tr

6、ansfer area ratio of floating head type for heat exchanger is 20% to 30% and a bypass flow small. The heat exchanger is mainly pleted 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

7、 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 D

8、EG 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 e

9、xchange 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 in

10、ternal pressure of the container.. Then the strength design of ponents of the various ponents 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

11、 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

12、 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 de

13、sign 目 錄 第一章傳統(tǒng)工藝計算 1 1.1工藝計算 1 1.1.1介質原始數據 1 1.1.2介質定性溫度及物性參數 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管程換熱系數計算 4 1.5 管程構造初步設計 5 1.6殼程換熱系數計算 5 1.7總傳熱系數計算 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構造設計說明書 11 2.1.1換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數確實定 11 2.1.2布管方式的選擇 11 2.1.3筒體徑確實定 11 2.1.4筒體

14、壁厚確實定 12 2.1.5封頭形式確實定 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管板尺寸確實定及強度計算 14 2.1.9是否安裝膨脹節(jié)的判定： 26 2.1.10各管孔接收及其法蘭的選擇： 26 2.1.11設備法蘭的選擇 30 2.1.12拉桿和定距管確實定 31 2.1.13開孔補強計算： 32 2.2筒體管箱耐壓試驗的應力校核計算 34 2.2.1筒體核算 34 2.2.2、支座的選擇及應力校核 35 2.2.3 耳座的應力校核 36 參考文獻 39 致 40 .

15、 z. - 第一章傳統(tǒng)工藝計算 1.1工藝計算 1.1.1介質原始數據 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介質定性溫度及物性參數 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Cp1=4.176KJ/〔Kg﹒K〕 管程水導熱系數查物性表

16、得λ1=0.648W/〔m﹒℃〕 管程水粘度μ1=5.064×10-4 Pa·s 管程水普朗特數查物性表得 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/〔Kg﹒K〕 冷凝段：p2=2.589 KJ/〔Kg﹒K〕r

17、 殼程水蒸汽導熱系數查物性表得： 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 那么設計傳熱量 : = G1×Cp1×(t1″- t1′)×1000/3600=290000×4.176×(90-20)×1000/3600=23.55×106W 由=

18、[r+ Cp2(t2′- t2″)]·? 導出水蒸氣流量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=13721711.3W 設冷凝段和冷卻段分界處的溫度為 根據熱量衡算

19、: = =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==85.7℃ 逆流冷凝段平均溫差: △tn′==94.923℃ 冷卻段: 參數:P===0.271 參數:R===2.854 換熱器按單殼程 單管程設計那么查圖 2-6(a)，得: 溫差校正系數? =1.0f - 有效平均溫差: △tm= ? ·△tn=1.0×85.843=85.843℃ --- 冷凝段： 參數:P===0.265 參數:R===0 換熱器按單殼程 單管

20、程設計那么查圖 2-6(a)，得: 溫差校正系數? =1.0 有效平均溫差: △tm′= ? ·△tn′=1.0×94.923=94.923℃ 1.4管程換熱系數計算 初選冷卻段傳熱系數:K0′= 820 w/(m·k) 初選冷凝段傳熱系數: K0″= 1300 w/(m·k) 那么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/(1300×94.923)=108.973 m2 選用?25×2.5

21、的無縫鋼管做換熱管那么: 管子外徑d0=25 mm 管子徑di=20 mm 管子長度 L=3000 mm 那么需要換熱管根數:Nt=( F0+ F0′)/( πd0L)=(46.7688+108.973)/(3.14×0.025×3)=661.3 可取換熱管根數為 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:Re1=ρ1w1di/μ1=985.75×0.393×0.02/(5.064×10-4)= 15300.148 那么

22、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: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: a1″=3605×(1+0.015 t12) W10.8/(100di)^0.2= 4101.375 1.5 管程構造初步設計 查 GB151—1999知管間距按, 取管間距為： 管束中心排管數為：Nc=1.1=28.3，取30根 那么殼體徑:

23、Di=s〔Nc-1〕+4 d0=1.028 圓整為: 那么長徑比:==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㎜ 折流板數量:Nb=-1=-1=6.5 取7塊 1.6殼程換熱系數計算 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 殼程當量直徑:de=〔Di2-Ntd02〕/〔Ntd0〕=〔-711×〕/〔711×0.025〕=0.05

24、6m 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 膜溫下液膜的導熱系數為: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:=4Γ/um=4×0.0431/195×10-6=884.1 殼程冷凝段傳熱系數: a2″=1.51·〔λm3ρmg/μm2〕〔〕

25、=9635.7 ② 冷卻段管外壁溫假定值:℃ 冷卻段雷諾數：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:?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:a2′=〔λ2/de〕·Pr2 ·?1 ·js=〔0.6878/0.056〕×1.344×0.956×100=1875.29 1.7總傳熱系數計算 查 GB-1999 第 138 頁可知 水蒸汽的側污垢熱阻:r2=8.8×10-5〔m2·℃/w〕 管程水選用地下水，污垢熱阻為:

26、 由于管壁比擬薄，所以管壁的熱阻可以忽略不計 冷卻段總傳熱系數: Kj′=1/[1/a2′+r2+r1×d0/di+d0/〔a1′×di〕]= 731.176 820 傳熱面積比為: Kj′/ K0′=1.08(合理) 冷凝段總傳熱系數: 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/〔m2·℃〕 冷卻段管外壁溫度:

27、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/〔3600985.750.207868〕

28、=0.393m/s 管程雷諾準數:Re1=ρ1w1di/μ1=985.750.3930.02/〔5.064〕=15300.148 程摩擦系數:ξ=0.3164/(Re10.25)=0.02845 壓降結垢校正系數:沿程壓降:△P1=ξρ1μ12L ?di/(2di)=〔0.02845985.75〕/〔2〕=454.8Pa 取管程出入口接收徑: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〕/2=2061.99 Pa 管程總壓降

29、: △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: 殼程冷卻段雷諾數:Re=ρ2w2de/μ2=16442.4 殼程冷凝段雷諾數: =4Γ/um=884.1 查表殼程摩擦系數: 冷卻段: 冷凝段: ξ2=0.

30、54 殼程粘度修正系數: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 導流板壓降: △Pb= 0, 〔無導流板〕 查表取殼程壓降結垢系數: 冷卻段φd0=1.21 冷凝段φd0′=1.11 取殼程進口接收徑: 殼程出口接收徑:d2″=100mm 殼程出口流速:u2″=4G2/(ρ2πd2′2)=0.90m/s 殼程進口流速

31、: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. . z. - 第二章強度計算 2.1構造設計說明書 2.1.1換

32、熱管材料及規(guī)格的選擇和根數確實定 序號 工程 符號 單位 數據來源及計算公式 數值 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 N 根 N=A/3.14dL 622 2.1.2布管方式的選擇 序號 工程 符號 單位 數據來源和數據計算 數值 1 轉角正三角形 GB151-1999圖11 2 換熱管中心距 S mm GB151-1999表12 32 3 隔板槽兩側相鄰管中心距 Sn

33、mm GB151-1999表12 44 2.1.3筒體徑確實定 序號 工程 符號 單位 數據來源和計算公式 數值 1 換熱管中心距 S mm GB151-1999表12 32 2 換熱管根數 Nt 根 Nt=A/3.14dL 662 3 管束中心排管根數 Nc 根 Nc=1.1 30 4 換熱管外徑 d0 mm 25 5 到殼體壁最短距離 6 布管限定圓直徑 mm 1187.5 7 筒體徑 1028 8 實取筒體公稱直徑 1200 2.1.4筒體壁厚確實

34、定 序號 工程 符號 單位 數據來源和計算公式 數值 1 計算壓力 Pc MPa Pc=1.1P 0.935 2 筒體徑 di mm 見三-8 1200 3 筒體材料 Q235-B 4 設計溫度下筒體材料的許用應力 105 5 焊接接頭系數 Φ 0.85 6 筒體設計厚度 6.31 7 腐蝕裕量 C2 mm 1 8 負偏差 C1 mm 0 9 設計厚度 mm δd=δ+ C2 7.31 10 名義厚度 工程5.3.2 10 2.1

35、.5封頭形式確實定 序號 工程 符號 單位 數據來源和計算公式 數值 1 封頭徑 Di mm 1200 2 計算壓力 Pc MPa Pc=1.1P 0.935 3 焊接接頭系數 Φ 0.85 4 設計溫度下許用壓力 工程5.3.2 105 5 標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 設計厚度 δd mm δd=δ+C2 6.35 9 名義厚度 工程5.3

36、.2 10 10 直邊高度 h mm /T4737-95 25 2.1.6管箱短節(jié)壁厚計算 序號 工程 符號 單位 數據來源和計算公式 數值 1 計算壓力 Pc MPa Pc=1.1P 2.31 2 管箱徑 di mm 1200 3 管箱材料 16Mn 4 設計溫度下許用應力 170 5 管箱計算厚度 9.7 6 焊接接頭系數 Φ mm 0.85 7 腐蝕裕量 C2 mm 1 8 負偏差 C1 mm 0 9 設計厚度 δd mm δd=

37、δ+ C2 10.7 10 名義厚度 δn GB151工程5.3.2 12 2.1.7容器法蘭的選擇 序號 工程 符號 單位 數據來源和計算公式 數值 1 法蘭類型 乙型平焊法蘭/T4702-2000 PN=2.5MPa 2 法蘭外徑 d0 /T4702-2000 1395 3 螺栓中心圓直徑 /T4703-2000 1340 4 法蘭公稱直徑 /T4703-2000 1200 5 法蘭材料 16MnR 6 墊片類型 /T4703-2000 非金屬軟墊片 7 墊片材

38、料 GB/T3985-1995 8 墊片公稱直徑 /T4704-2000 1200 9 墊片外徑 /T4704-2000 1277 10 墊片徑 /T4704-2000 1227 11 法蘭厚度 δ /T4704-2000 84 12 墊片厚度 δ1 /T4704-2000 3 13 螺栓規(guī)格及數量 2×48×M27 2.1.8管板尺寸確實定及強度計算 本設計為管板延長局部兼作法蘭的形式，即工程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

39、元件構造尺寸及管板的布管方式；以上工程確實定見工程一至七。 B、計算A、As、na、Kt、[σ]cr、Ac、Dt、λ、Q、εs、β、εt、Pt； 序號 工程 符號 單位 數據來源和計算公式 數值 備注 1 筒體徑 di 1200 2 筒體徑橫截面積 1130400 3 筒體厚度 δs 14 4 圓筒殼壁金屬截面積 53367.44 5 管子金屬總截面積 mm2 11.69 6 換熱管根數 n 662 7 換熱管外徑 d mm 25 8

40、 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 沿一側的排管數 n ′ 21 12 布管區(qū)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)當量直徑 Dt mm Dt= 875.5 15 換熱管中心距 S mm 32 16 隔板槽兩側相鄰管中心距 0 17 管板布管開孔后的面積 A1 mm2 A1=

41、At -nπd2/4 805606 18 系數 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 β β=na/A1 0.1451 22 系數 =0.4+0.6〔1+Q〕/λ 3.408 23 系數 4.91 24 管板布管區(qū)當量直徑與殼程圓筒徑比 0.73 25 管子受壓失穩(wěn)當量長度 mm 圖32 258 26 設計溫度下管子受屈

42、服強度 表F2 168 C、對于延長局部兼作法蘭的管板，計算和 序號 工程 符號 單位 數據來源和計算公式 數值 1 墊片接觸寬度 表9-1 25 2 墊片根本密度寬度 Bo mm Bo=N/2 12.5 3 墊片比壓力 表9-2 11 4 墊片系數 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 N

43、 2949353 9 常溫下螺栓材料的許用應力 MPa 表F4 258 10 預緊狀態(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 根本法蘭力矩 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

44、 24.5 18 螺栓中心至法蘭頸部與法蘭反面交的徑向距離 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、假定管板的計算

45、厚度為δ，然后按構造要求確定殼體法蘭厚度，計算K，k、和Kf。 序號 工程 符號 單位 數據來源和計算公式 數值 1 布管區(qū)當量直徑與殼程圓筒徑之比 0.73 2 系數 (P31)表22 0.2614 3 管板材料 16Mn 4 設計溫度下管板材料許用應力 MPa 〔P15〕 170 5 管板剛度削弱系數 η GB151-1999 0.4 6 殼程設計壓力 Ps MPa 0.935 7 管程設計壓力 Pt MPa 2.31 8 管板設計壓力 Pd MPa Max{

46、︱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 7.8 11 管板周邊布管區(qū)的無量綱參數 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 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 mm

47、97.5 17 系數 圖26 0.0006 18 殼體法蘭與圓筒的選裝剛度 MPa 9.5 19 旋轉剛度無量綱參數 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 工程 符號 單位 數據來源和計算公式 數值 1 管板第一矩系數 m1 GB151-1999圖27 0.3 2 系數 Φ Φ=m1/〔K×Kf~〕 32.5 3 系數 G2 GB151-1999圖29 4.6 F、計算M1，由圖30按照K和Q查

48、G3，計算§，△M′、△Mf′。 序號 工程 符號 單位 數據來源和計算公式 數值 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 /T4702-2000 32 3 系數 ω″ GB151-1999圖26 0.0006 4 管箱圓筒與法蘭的旋轉剛度參數 = 10.2 5 系數 G3 GB151-1999圖30 8.4×10-4 6 系數 § §= /〔+G3〕 0.59 7 管板邊緣力矩的變化系數 0.657 8 法蘭力矩變化系數

49、 =×/ Kf″ 0.612 9 管板第二彎矩系數 圖28〔a〕 2.04 G、按課程設計壓力，而管程設計壓力，膨脹變形差，法蘭力矩的的危險組合〔工程5.7.3.2分別討論〕 a、只有殼程設計壓力，而管程設計壓力，不計膨脹節(jié)變形差〔即〕。 序號 工程 符號 單位 數據來源和計算公式 數值 備注 1 當量壓力組合 Pc MPa Pc=Ps 2.31 2 系數 ∑s ∑s=0.4+0.6〔1+Q〕/0.75 3.008 3 有效壓力組合 MPa 28.53 4 根本法蘭力矩系數 0

50、.0069 5 管程壓力下的法蘭力矩系數 =4Mp/ 0.0049 6 法蘭力矩折減系數 0.0085 7 管板邊緣力矩系數 0.0125 8 管板邊緣剪切系數 v v= ×Φ 0.406 9 管板總彎矩系數 m m=〔m1+v×m2〕/〔1+v〕 0.802 10 系數 0.341 11 系數 0.123 12 系數 G1 G1=max{Gle，Gli} 13 殼體法蘭力矩系數 -0.00113

51、 14 管板徑向應力系數 = 0.0175 15 管板的徑向應力 34.4 ≤1.5[σ]tr 16 管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數 0.0158 17 管板布管區(qū)周邊外徑向的應力 45.55 ≤1.5[σ]tr 18 管板布管區(qū)周邊剪切應力系數 =〔1+v〕/4〔Q+G2〕 0.0657 19 管板布管區(qū)周邊的剪切應力 MPa ×Pa×〔λ/μ〕×〔Dt/δ〕 15.12 ≤0.5[σ]tr 20 法蘭的外徑與徑之比 K K=D0/Di 1.16

52、21 系數 Y GB150-1998表9-5 10.3 22 殼體法蘭應力 MPa =π/4×Y××Pa×λ×〔Di/δf〕2 443.9 ≤1.5[σ]tr 23 換熱管的軸向應力 =[Pc-×Pa] -91.9 ≤[σ]cr 24 殼程圓筒的軸向應力 =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力 MPa -0.069 ≤[σ]tr b、只有殼程設計壓力，而管程設計壓力，并且計入膨脹變形差。 序號 工程 符號

53、 單位 數據來源和計算公式 數值 備注 1 殼程圓筒材料線膨脹系數 1/℃ 11.62×10-6 2 換熱管材料線膨脹系數 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 當量壓力組合 0.935 8 有效壓力組合 Pa MPa Pa=εs×Ps-εt+

54、βrEt 29.1 9 根本法蘭力矩系數 =4Mm/〔λ×π×Di3×Pa〕 0.0068 10 管程壓力下的法蘭力矩系數 =4Mp/〔λ×π×Di3×Pa〕 0.0048 11 管板邊緣力矩系數 0.0124 12 管板邊緣剪切系數 v v= ×Φ 0.403 13 管程總彎矩系數 0.8 14 系數 15 系數 16 系數 G1 G1=max{，GLe} 0.342 17 殼體法蘭力矩系數 =ξ×-×M1

55、 -0.00119 18 管板徑向應力系數 =〔1+v〕G1/4〔Q+G2〕 0.0175 19 管板的徑向應力 MPa σr=〔σr〕×Pa×〔λ/μ〕×〔Di/δ〕2 35.09 ≤3[σ]tr 20 管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數 =3〔1+v〕m/4K〔Q+G2〕 0.0157 21 管板布管區(qū)周邊外徑向的應力 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)周邊的剪切應力系數 =〔1+v〕/4〔Q+G2〕

56、 0.051 23 管板布管區(qū)周邊的剪切應力 MPa 11.97 ≤1.5[σ]tr 24 換熱管的軸向應力 t=[Pc-×Pa] -91.93 ≤3[σ]tr 25 換熱管與管板連接的拉托應力 -0.0689 ≤0.5[σ]tr c、只有管程設計壓力，而殼程設計壓力，不計膨脹節(jié)變形差時： 序號 工程 符號 單位 數據來源和計算公式 數值 備注 1 當量壓力組合 Pc MPa Pc=Ps 0 2 有效壓力組合 MPa 26.37 3 管板邊緣力矩系數 0.0132

57、 4 管板邊緣剪切系數 v v=×Φ 0.429 5 管板總彎矩系數 m m=〔m1+v×m2〕/〔1+v〕 0.822 6 系數 7 系數 8 系數 G1 G1= max{，GLe} 0.245 9 管板的徑向應力 σr MPa σr=〔σr〕×Pa×〔λ/μ〕×〔Di/δ〕2 23.25 ≤1.5[σ]tr 10 管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數 0.0165 11 管板布管區(qū)周邊外徑向的應力 MPa ×Pa×〔λ/μ〕××[1-K/m+K

58、2×〔1.414-m〕/2m] -159.78 ≤1.5[σ]tr 12 管板布管區(qū)周邊的剪切應力系數 0.052 13 管板布管區(qū)周邊的剪切應力 MPa 11.06 ≤0.5[σ]tr 14 殼體法蘭應力 σf′ MPa -282.2 ≤0.5[σ]tr 15 換熱管的軸向應力 σt Mpa =[Pc-×Pa] -3.63 ≤[σ]cr 16 殼程圓筒的軸向應力 σc MPa 82.61 ≤Φ[σ]cr 17 換熱管與管板連接的拉托應力 Q MPa -0.0027 ≤[σ]tr/2 d

59、、只有管程設計壓力Pt，而殼程設計壓力Ps=0，同時計入膨脹變形差時： 序號 工程 符號 單位 數據來源和計算公式 數值 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 根本法蘭力矩系數 =4Mm/〔λ×π×Di3×Pa〕 0.0026 5 管板邊緣力矩系數 = +×M1 0.0083 6 管板邊緣剪切系數 v v= ×Φ

60、0.27 7 管程總彎矩系數 m 0.67 8 系數 G1 G1=max{GLe，GLe} 0.293 9 系數 0.103 10 系數 0.293 11 管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數 =3〔1+v〕m/4K〔Q+G2〕 0.01192 12 管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數 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)周邊的剪切應力系數 тp′ 0.046

61、 14 管板布管區(qū)周邊的剪切應力 тp MPa тp=тp′×Pa×〔λ/μ〕×〔Dt/δ〕 7.11 ≤1.5[σ]tr 15 換熱管的軸向應力 MPa =[Pc-×Pa] 11.9 ≤3[σ]tr 16 換熱管與管板連接的拉托應力 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 工程 符號 單位 數據來源和計算公式 數值 備注 1 管板計算厚度 δ mm 192.6 2 殼程腐蝕裕量 C1 mm 2 3 管程腐蝕

62、裕量 C2 mm 2 4 構造開槽深度 h1 mm 根據構造確定 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計許用應力，并且各項應力均沒超過設計許用應力。所以， 不需要安裝膨脹節(jié)。 10、折流板尺寸確實定： 序號 工程 符號 單位 數據來源和計算公式 數值 1 折流板的厚度 δ mm GB151-1999工程5.9.2-2 16 2 折流板的直徑 D mm

63、GB151-1999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 2.1.10各管孔接收及其法蘭的選擇： 根據公式d===263.44m 取d=300mm， 由"鋼制法蘭、墊片、緊固件"選擇板式平焊法蘭，相關尺寸如下： a、 b進出水口接收法蘭的選擇： 序號 工程 符號 單位 數據來源和計算公

64、式 數值 1 接收公稱直徑 DN HG20593-97表4-5 300 2 接收外徑 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 法蘭徑

65、HG20593-97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8.0.1 6 14 法蘭密封面直徑 D HG20592-97 324 C、蒸汽入口接收法蘭的選擇，設水蒸氣的流速,那么 根據公式 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)，相關尺寸如下： 序號 工

66、程 符號 單位 數據來源和計算公式 數值 1 接收公稱直徑 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 350 2 接收外徑 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 377 3 法蘭外徑 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 520 4 螺栓中心圓直徑 K HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 460 5 螺栓孔直徑 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 22 6 螺栓孔數量 n 個 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 16 7 螺紋 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 M20 8 法蘭厚度 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 28 9 法蘭徑 HG/T 20592-2009 表8.2.1-3 381 10 法蘭理論質量 HG/T 20592-2009 表D-3 20.5 11 法蘭密封面形式 HG/