【正文】 P aMP ，所選材料的屈服應(yīng)力 235s? ? MPa， 反應(yīng)產(chǎn)物壓試驗(yàn)應(yīng)力校核（ MPa) （ 47） 235 180Ts??? ? ? ? ? ?(MPa) 反應(yīng)產(chǎn)物壓滿足強(qiáng)度要求。 廣東石油化工學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)： U 型管換熱器設(shè)計(jì) 26 4． 2 管箱短節(jié)、封頭厚度計(jì)算 根據(jù)設(shè)計(jì)壓力 ，管程設(shè)計(jì)溫度 60℃ ，選取標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，材料選擇與筒體材料一樣為 345QR， ? ? MPat 170?? 。取焊縫系數(shù) ?? ，腐蝕裕量 2 ? mm，厚度負(fù)偏差 1 ? mm。 封頭計(jì)算厚度為 ? ? PPDt i ??? ?? 0 .5 6 0 02 1 1 3 0 .8 5 0 .5 0 .4?? ? ? ? ?? (mm) （ 48） 封頭設(shè)計(jì)厚度 2 C??? ? ? ? ?(mm) （ 49） 封頭名義厚度 1Cdn ???? +圓整 ??+圓整 ? +圓整 (mm) （ 410） 對(duì)于 mmDN 600? 的封頭，要求 mmn 6?? ，綜合考慮取 mmn 8?? 。封頭有效壁厚 12 8 CC??? ? ? ? ? ? ?(mm) （ 411） 壓力試驗(yàn)在這種情況下一定滿足強(qiáng)度要求。 同理，管箱短節(jié)選用與封頭一樣的材料，且取 8n?? mm。 4． 3 膨脹節(jié) 的設(shè)計(jì) 取室溫為 To= C?20 ，則筒體和管子的膨脹量之差為： ? ?( ) ( )s S o t t oa T T a T T L? ? ? ? ? （ 412） ? ? )()2070( 66 ??????? ?? = ?? （ m） 殼程與管程壓差產(chǎn)生的力： 2 2 2( ) ( 2 )4 0 0 4 0 0i o s o tQ D n d P n d t P??? ? ? ? （ 413） 62622 )(232400 )(400 ???????????第四章 換熱器的強(qiáng)度計(jì)算 27 =965 (N) 筒體 橫截面積 22 22 23 . 1 4 ( 0 . 6 1 6 0 . 6 ) 1 . 4 9 1 044oiS DDA ?? ?? ??? ? ? ?(m2) （ 414） 管束橫截面積 )( )( )( 2222220 mddnA it ????????? ? （ 415） 由于筒體和管子之間溫差產(chǎn)生的力 1 ()s t s ts s t tA A E EF L A E A E?? ? （ 416） )( 1121121111223???????? ?????????? ????? )(831427N? 由于殼程和管程的壓力作用于筒體上 的力 ttssss EAEA EQAF ??2 （ 417） 112112112 ??????? ???????? )(256N? 由于殼程和管程的壓力作用于管子上的力 ttsstt EAEA EQAF ??3 （ 418） 11211112 ??????? ??????? )(709N? 筒體上產(chǎn)生的應(yīng)力 )( 256831427 221 MP aA FF ss ??? ?????? ?? （ 419） ? ? M P aM P a ts ??? ?? 管子上產(chǎn)生的應(yīng)力 廣東石油化工學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)： U 型管換熱器設(shè)計(jì) 28 MP aMP aA FF tt 70983 142 7 231 ??? ???? ?? （ 420） 一根管子的橫截面積 24( ) 3 .1 4 2 .5 ( 2 5 2 .5 ) 1 7 6 .6 m m 1 .7 6 6 1 0ttad? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?(（ 421）由 adl ?? 可得 1 .2 5 1 .2 5 1 7 6 .6 2 .8 13 .1 4 2 5al d? ?? ? ??(mm) 取 mml ? ，則管子拉脫力計(jì)算 )( MP adlaq t ?????? ?? （ 422） 管子于管板采用強(qiáng)度焊 +貼脹 ? ? ? ? 130 6522tq ?? ? ?(MPa) （ 423） 則 ? ?qq? 。 綜上，因 s? ＜ ??t? ， ? ?qq? ，則不需設(shè)膨脹節(jié)。 4． 4 換熱器受壓元件強(qiáng)度計(jì)算及校核 管板 管板剛度削弱系數(shù) ? 與 ? 相同，即 ?? 。 假定管板厚度 40mm?? 。 管子加強(qiáng)系數(shù) 4097 552???? ????? ??? LE naEDK p tt = （ 424） 則 ?K 。 換熱器強(qiáng)度計(jì)算與校核 殼程壓力作用下的危險(xiǎn)組合 0t c sP P P??， = 第四章 換熱器的強(qiáng)度計(jì)算 29 由于設(shè)計(jì)溫差較大應(yīng)按計(jì)入膨脹差計(jì)算 變形差 )2070()()()( 6600 ???????????? ??ttattay sstt )( 14 ?? ???? C （ 425） 有效壓力組合 454. 1 0. 5 0. 24 ( 3. 7 10 ) 2. 02 10a s s tP P y E? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? （ 426） ( )MPa?? 管板邊緣力矩系數(shù) 3 3 31( ) 2 .8 4 1 0 0 .8 4 3 .7 5 1 0 0 .2 6 1 0mM M M M ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 427） 管板邊緣剪 力系數(shù) 3310. 37 6 10 3 10M?? ??? ? ? ? ? ? （ 428） 管板徑向應(yīng)力系數(shù) 3 212( 1 )1 ( 1 2 . 7 3 1 0 ) 0 . 30 . 2 5 1 . 4 2 1 04 2 . 7 2 . 5r GQG ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ??? （ 429） 殼體法蘭應(yīng)力 2)(4 fiawsf DPMY ???? ??? amp。amp。 （ 430） 23 )32600()()( ????????? ?? = ? ? M P aM P a tf ?? ? 殼程圓筒軸向應(yīng)力 sBA? ac PGQBA 2)1(???? ??? （ 431） )( )( 3 ??? ????? ? ? ? 1 7 ?????? tcM P a ?? = MPa 廣東石油化工學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)： U 型管換熱器設(shè)計(jì) 30 經(jīng)校核，都符合強(qiáng)度要求。 4． 6 鞍座校核 因封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，則可將其折算為直徑等于圓筒直徑，長度為 H32的圓筒，則換熱器總重作用長度為 39。1 444 5 0 0 2 1 5 0 1 5 0 5 0 0 0 ( m m )33L L H? ? ? ? ? ? ? ? （ 432） 則換熱器筒體及管箱封頭的近似質(zhì)量為 2 2 39。 2 21 ( ) 7 8 5 0 0 . 7 8 5 ( 0 . 6 1 6 0 . 6 ) 5 5 9 9 . 5 ( k g )4 im V D D L???? ? ? ? ? ? ? ? ? 管子質(zhì)量近似為 22 78 50 4. 5 3. 99 10 14 09 .5 ( kg )tm V L A?? ?? ? ? ? ? ? ? （ 433） 根據(jù)具體情況可認(rèn)為換熱器自身質(zhì)量近似為殼體質(zhì)量 和管子質(zhì)量的 倍，則換熱器的質(zhì)量為 39。 121. 5 ( ) 1. 5 ( 59 9. 5 14 09 .5 ) 30 13 .5 ( kg )m m m? ? ? ? ? ? （ 434） 在操作狀態(tài)下的混氫油的密度小于試壓溫度下反應(yīng)產(chǎn)物的密度，則在試壓情況下的換熱器總重大于操作狀態(tài)下的總重。取液壓試驗(yàn)溫度為 30℃ ，則? ? 液體質(zhì)量為 2 39。 2995 .7 4 5 140 ( kg)m V R L? ? ?? ? ? ? ? ? ? （ 435） 換熱器總重為 39。 301 140 442 ( kg)m m m? ? ? ? ? （ 436）則，每個(gè)鞍座承受總重為： 4 4 2 0 . 4 9 . 8 2 1 . 6 6 k N 1 6 5 ( k N )22mgF ?? ? ? ? （ 437）顯然所選鞍座能夠滿足要求。 4． 7 筒體校核 圓筒上的軸向應(yīng)力 第四章 換熱器的強(qiáng)度計(jì)算 31 跨距中點(diǎn)處圓筒截面的最大軸向應(yīng)力： 最高點(diǎn)（壓縮應(yīng)力） 11 2 2 37 7 7 0 . 5 4 . 4 ( M Pa )3 . 1 4 0 . 3 6 . 2 1 0ieMR? ?? ?? ? ?? ? ? （ 438） 最低點(diǎn)（拉伸應(yīng)力） 390 , 245bsM Pa M Pa???? （ 439） iAR? ，且支座處無加強(qiáng)圈，包角為 ?120 ，則在支座截面處圓筒最大拉伸應(yīng)力為 23 2 2 313 3 1 9 . 4 1 7 . 7 ( M Pa )0 . 1 0 7 3 . 1 4 0 . 3 6 . 2 1 0ieMKR? ?? ?? ? ?? ? ? ? （ 440） 在支座截面處圓筒最大壓縮應(yīng)力為： 24 2 2 323 3 1 9 . 4 9 . 9 ( M P a )0 . 1 9 2 3 . 1 4 0 . 3 6 . 2 1 0ieMKR? ?? ?? ? ?? ? ? ? （ 441） 圓筒軸向許用臨界應(yīng)力 ? ? 530 . 0 9 4 2 0 . 0 9 4 2 1 . 8 6 1 0 2 4 0 . 9 ( M Pa )2 / 2 0 . 3 / 6 . 2 1 0cr ie ER? ? ?? ? ? ?? ? ??? （ 442） 因?yàn)樵谠囼?yàn)情況下，試驗(yàn)壓力所引起的軸向拉伸應(yīng)力大于在操作工況下設(shè)計(jì)壓力所引起的軸向拉伸應(yīng)力，則在所有情況下所產(chǎn)生的最大拉伸應(yīng)力為 1 m a x 3 19 .6 17 .7 37 .3 M P ap? ? ?? ? ? ? ???t?? （ 443） 因在試驗(yàn)和操作情況下壓力所產(chǎn)生的均為拉伸應(yīng)力，顯然最大壓縮應(yīng)力要小于 4? ， 4? ??t?? ，且 4? ??cr?? 。 綜上所述換熱器軸向應(yīng)力在允許范圍之內(nèi)。 支座截面處圓筒的周向壓縮應(yīng)力 支座 截面處圓筒底部有最大壓縮力 maxT maxT = 5 61 216 60 164 83. 3 ( N )KF?