【文章內容簡介】 徑 =+()/2=594+(680594)/2=637mm——法蘭外直徑 ，為680 mm—— 墊片壓緊力作用中心圓直徑—— 法蘭內直徑，為570 mm—— 作用在法蘭環(huán)內側封頭壓力載荷引起的軸向分力—— 作用在法蘭環(huán)內側封頭壓力載荷引起的徑向分力Pc—— 計算壓力MPa；分別取管程壓力Pt（內壓）和殼程壓力Ps（外壓）—— 封頭球面內半徑，查P81 表46 =500mmLD—— 螺栓中心至法蘭環(huán)內側的徑向距離Lr—— 對法蘭環(huán)截面形心的力臂—— 封頭邊緣外球殼中面切線與法蘭環(huán)的夾角——球冠形封頭計算厚度，mm——球冠形封頭名義厚度，mm——浮頭法蘭計算厚度，mm——封頭材料在設計溫度下的許用應力，MPaΦ—焊接接頭系數(shù)1）浮頭墊片及螺栓計算A．浮頭墊片的選用及計算由JB/T47002000[8]，表2，根據匹配要求，結合HG20580~205851998 P363 附錄A，選用纏繞墊片；由JB/T47052002，選用材料0Cr13鋼帶+特制石棉，凸密封面應帶內加強環(huán)；由JB/T47052002，表4，P71，當DN=600，PN=，查得如下結構尺寸(單位：mm)：表3—3 墊片尺寸 D d d1 592 572568 由JB/T47052000，圖1，P70，結構如下： 纏繞墊片（帶內加強環(huán)）查GB1501998，表92，對于內填石棉纏繞式金屬，有：墊片系數(shù)m=3，比壓力y=69MPa.標記： 墊片 B 5 1—600— JB/T47052000a. 墊片有效密封寬度： 墊片外徑/內徑/厚度為/， 按GB1501998 P91表91 壓緊面型式1a 則 ，那么有效密封寬度b. 墊片壓緊力作用中心圓直徑 因〈 ，則 DG取墊片接觸的平均直徑，即 c. 墊片壓緊力a) 預緊狀態(tài)下需要的墊片壓緊力 b) 操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力B 螺栓計算 (參見GB1501998, )選用等長雙頭螺栓，查JB/T47002000 P6 表2 根據螺栓材料40Cr選螺母材料為45；a. 螺栓載荷a) 預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 b) 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 b. 螺栓面積a) 預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積 ——常溫下螺栓材料的許用應力， =196MPa； 設計溫度100℃下螺栓材料的許用應力=176MPa，則預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積b) 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積 c) 需要的螺栓面積 d) 實際螺栓面積滿足設計要求。c. 螺栓設計載荷a) 預緊狀態(tài)下螺栓設計載荷 b) 操作狀態(tài)下螺栓設計載荷 2） 浮頭法蘭的設計計算參看[5]《壓力容器法蘭》JB/T47002000 P5 表1 選用長頸對焊法蘭，密封面型式為凸面。 查JB/T47002000 P11 表7 法蘭材料選用鍛件16Mn時， 100 ；其它設計條件：計算壓力Pc= ；設計溫度t=100； 法蘭材料為鍛件16Mn常溫下法蘭材料的許用應力設計溫度下法蘭材料的許用應力 螺栓材料為40Cr，常溫下螺栓材料的許用應力 設計溫度下螺栓材料的許用應力 鉤圈式浮頭換熱器的浮頭蓋宜采用球冠形封頭。球冠形封頭，浮頭法蘭應分別在管程壓力Pt作用下和殼程壓力Ps作用下進行內壓和外壓的設計計算，取其大者為計算厚度。（1）管程壓力Pt作用下（內壓）浮頭蓋的計算參看GB1511999 P81 查JB/T47672002 鋼制壓力容器用封頭P33 要100%射線探傷，取Φ=A．球冠形封頭計算厚度（材料16MnR） =170Mpa (取Pt=Pc)根據GB6654《壓力容器用鋼板》規(guī)定：對于16MnR鋼板可取厚度負偏差mm；在無特殊腐蝕情況下，對于碳素鋼和低合金鋼，腐蝕裕量不小于1mm,取腐蝕裕量C2 = 2mm；厚度附加量。設計厚度 mm；名義厚度圓整后可取 mm檢查：mm時，、無變化且滿足封頭選型時的假設，故取封頭名義厚度mm合適。筒體的有效厚度 mmB、 受內壓浮頭法蘭厚度計算 GB1511999 P82 表47① 法蘭力矩 a) 預緊狀態(tài)下的法蘭力矩 力臂 則 b) 操作狀態(tài)下的法蘭力矩 查JB/T472192 表1浮頭法蘭的厚度，因浮頭法蘭的計算厚度尚為計算出，先取，計算出后再進行校核。 查GB150—1998圖9—1，P88，取焊角底高，則那么作用于法蘭內徑截面上的流體壓力引起的軸向力流體壓力引起的總軸向力與作用法蘭內徑截面上的流體壓力引起的軸向力之差 則 ② 法蘭厚度計算預緊狀態(tài) 操作狀態(tài) 預緊狀態(tài)下法蘭厚度 mm操作狀態(tài)下法蘭厚度 法蘭厚度取與之大者，且不小于球冠心封頭名義厚度的兩倍，則 圓整取=70mm 。 （2）殼程壓力Ps作用下（外壓）浮頭蓋的計算參看[2]GB1511999 P81 查JB/T47672002 鋼制壓力容器用封頭P33 要100%射線探傷，取Φ=A．球冠形封頭厚度確定a. 球冠形封頭計算厚度選用材料16MnR，則在設計溫度下的許用應力為 =170Mpa參數(shù) 查GB15098 P52 T圖75 得：Q= (取Ps=Pc) b. 外壓球殼所需的有效厚度的計算： 根據GB6654《壓力容器用鋼板》規(guī)定：對于16MnR鋼板可取厚度負偏差mm；在無特殊腐蝕情況下，對于碳素鋼和低合金鋼，腐蝕裕量不小于1mm,取腐蝕裕量C2 = 2mm；厚度附加量 假設 mm，令；而，則那么系數(shù)，查GB1501998圖65 得 B=145MPa；許用外壓力，大于且接近，上述名義厚度假設合適。 c. 受外壓時球冠形封頭的計算厚度確定取a、b中的較大值，即，取名義厚度 mmB．受外壓浮頭法蘭厚度計算（GB1511999, ） 因部分參數(shù)與受內壓的參數(shù)相同，這里只就不同的參數(shù)加以計算說明： 因浮頭法蘭的計算厚度尚為計算出，先估取，計算出后再進行校核。 查GB150—1998圖9—1，P88，取焊角底高，則 ① 法蘭力矩 A．預緊狀態(tài)下的法蘭力矩 B．操作狀態(tài)下的法蘭力矩 ② 法蘭厚度計算預緊狀態(tài) 操作狀態(tài) 預緊狀態(tài)下法蘭厚度 mm操作狀態(tài)下法蘭厚度 法蘭厚度取與之大者，且不小于球冠心封頭名義厚度的兩倍，則 圓整取=70mm 。（3） 浮頭法蘭及球冠形封頭厚度確定綜合上述兩種情況，根據GB1511999 P80，規(guī)定：球冠形封頭，浮頭法蘭應分別在管程壓力Pt作用下和殼程壓力Ps作用下進行內壓和外壓的設計計算，取其大者為計算厚度，即球冠形封頭厚度 mm； 浮頭法蘭厚度 =70mm查JB/T47462002 ，附錄I，P59得 DN＝500，總深度H＝65mm，內表面積A= ，容積V= m3 ，封頭質量M= 標記： PSH 1000 JB/T47462002鉤圈分A、B兩種。本設計選擇B 型，鉤圈為兩個半圓環(huán)結構。兩個半圓環(huán)合在一起，與浮頭法蘭用螺栓相聯(lián)接，夾持住浮動管板。鉤圈的材質一般與浮動管板相同，選用鍛件16Mn。據GB1511999 P83中B 型鉤圈的設計厚度計算式=36+16=52mm，其中為管板厚度。 B型鉤圈與浮動管板配合 換熱管及管板的設計 查 GB1511999 P62 表2換熱管的設計1）選材 換熱管選用20鋼，Φ252mm，為П級管束 即采用普通級冷拔鋼管。查GB151—1999，表33，得換熱管最小伸出長度 =；最小坡口深度=2mm；查GB1501998 P18 表43表34 鋼管許用應力鋼號鋼板標準壁厚mm常溫強度指標設計溫度下許用應力 MPaMPaMPa20GB8136 2390245130查GB1501998 P180 表F5 20號鋼在100的彈性模量為 2）結構尺寸參數(shù)及設計數(shù)據管子外徑 管子壁厚 管子根數(shù)n=198管長 管心距查GB1511999 P2728在布管區(qū)范圍內，因設置隔板槽和拉桿結構的需要，而未能被換熱管支撐的面積 其中：—沿隔板槽一側的排管根數(shù)，查[25]《換熱器設計手冊》 表1225 =11—換熱管中心距 查GB1511999 P22 表12—隔板槽兩側相鄰管中心距 查GB1511999 P22 管子金屬總截面積 換熱管的有效長度 =30002382=2921mm為管端伸出長度，查GB1511999 P69 表33 =管子設計溫度下的彈性模量管子設計溫度下的許用應力=130 MPa管子設計溫度下的屈服點 查 GB1501998 P177 表F2 =220MPa管子回轉半徑管子受壓失穩(wěn)當量長度 查GB1511999 P59 圖32系數(shù)當，則換熱管穩(wěn)定許用壓力換熱管穩(wěn)定性合格。 換熱器管板設計 參考《換熱器設計手冊》P257管板是管殼式換熱器的一個重要元件，它除了與管子和殼體連接外，還是換熱器中的一個主要受壓元件。它或者與筒體直接相焊（固定管板式換熱器），或者被夾持在兩法蘭之間，起著管、殼程之間隔板和固定管板換熱的雙重作用。對管板的設計，除了滿足強度要求外，同時應合理的考慮其結構設計。1） 管板結構由于考慮到了裝拆、清洗要方便，查GB1511999, ，管板與殼體、管箱的連接選用a型連接方式（可拆式管板夾持型），即管板通過墊片與殼程法蘭和管箱法蘭連接；其管板與殼體、管箱的連接具體下圖所示。 管板與殼體、管箱的連接形式管板材料選用鍛件16Mn，采用整體鍛件形式的管板。查GB1511999，附錄J,表J2, 得，換熱管單位長度重量m=，則總重量M=nLm== kg查GB1511999，附錄J,表J1, 得一根換熱管管壁金屬的橫截面積查GB1511999,表16, ,允許偏差為；換熱管與管板采用先焊后脹的形式； 2）換熱器管板設計參數(shù)a 換熱器管板設計條件殼程設計壓力 = 。 管程設計壓力 = MPa管板設計溫度 100 。 管程數(shù) 2殼程腐蝕裕量 =2mm 。 管程腐蝕裕量 =2mmb 結構尺寸參數(shù)管板強度削弱系數(shù)μ=；管板鋼板削弱系數(shù) η一般可取μ值，取η=；殼程側管板結構槽深=0mm；管板側隔板槽深=5mm；夾持管板的殼程法蘭和管箱法蘭采用JB/T47032002 法蘭—M 即PN= DN600 長頸對焊法蘭凹面密封；墊片選用纏繞墊片（帶內加強環(huán)），按GB1501998表91 壓緊面型式選用1a， 則 。c 各元件材料及其設計數(shù)據管板材料在設計溫度（100）下許用應力 =150MPa，管板材料的彈性模量=170103 MPa；許用拉脫應力按GB151表26，P42得 [q]= =150=75MPa3）換熱器管板設計計算A．結構參數(shù)計算管板布管區(qū)面積= ns2+=19322+4224= 206976 mm2管板布管區(qū)內開孔后的面積A1== 206976/425322198=管板布管區(qū)當量直徑 ==墊片基本密封寬度 則有效密封寬度 那么墊片壓緊力作用中心圓直徑則 =/= B．系數(shù)計算系數(shù) 管束模數(shù) Kt===式中 L應為換熱管的有效長度，但由于管板厚度尚未計算出，暫時用管子總長代替進行試算，待管板厚度計算出后再用有效長度核算。管束無量綱剛度 C．確定管板設計壓力由于不能保證和在任何情況下都同時作用，故= D．管板厚度的確定無量綱壓力 =按 ； =根據《換熱器設計手冊》，查圖1824得 C=查圖1825得 管板計算厚度δ及名義厚度根據GB151規(guī)定，用于易燃易爆介質場合，管板的最小厚度應不小于換熱管的外徑19 mm；同時管板名義厚度應小于下列三部分之和。即=[max（δ，）+max（）+max（）]=[max（ ,19）+max(2,0)+max(2,4)]=[+2+4]= mm圓整為36mm 根據管板得到的名義厚度，重復步驟B，C，D，使得管子有效長度對應于管板厚度。則換熱管的有效長度 =30002382= 2921mm Kt=== 按； =根據《換熱器設計手冊》，查圖1824得C=查圖1825得 管板計算厚度δ及名義厚度δ==管板名義厚度應小于下列三部分之和。即=[max（δ，）+max（）+max（）]=[max（ ,19）+max(2,0)+max(2,4)]=[+2+4]= mm圓整為38mm 。校核合格，不用再計算。4）換熱管的軸向應力校核按三種工況分別進行計算a 殼程設計壓力與管程設計壓力同時作用== MPa=[] = MPa有 = MPa ＜ = MPab 只有管程設計壓力，即= MPa ， =0= = MPa =[+] = 有 =＜=130 MPac 只有殼程設計壓力，即=0Mpa， ==(1+)=