【正文】 4． 7 筒體校核 圓筒上的軸向應(yīng)力 第四章 換熱器的強度計算 31 跨距中點處圓筒截面的最大軸向應(yīng)力： 最高點（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（拉伸應(yīng)力） 390 , 245bsM Pa M Pa???? （ 439） iAR? ，且支座處無加強圈，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。 2995 .7 4 5 140 ( kg)m V R L? ? ?? ? ? ? ? ? ? （ 435） 換熱器總重為 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。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。 （ 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 ?? = 廣東石油化工學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計： U 型管換熱器設(shè)計 30 經(jīng)校核，都符合強度要求。 換熱器強度計算與校核 殼程壓力作用下的危險組合 0t c sP P P??， = 第四章 換熱器的強度計算 29 由于設(shè)計溫差較大應(yīng)按計入膨脹差計算 變形差 )2070()()()( 6600 ???????????? ??ttattay sstt )( 14 ?? ???? C （ 425） 有效壓力組合 454 .1 0 .5 0 .2 4 ( 3 .7 1 0 ) 2 .0 2 1 0a 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。 假定管板厚度 40mm?? 。 綜上，因 s? ＜ ??t? ， ? ?qq? ，則不 需設(shè)膨脹節(jié)。 同理，管箱短節(jié)選用與封頭一樣的材料，且取 8n?? mm。 封頭計算厚度為 ? ? PPDt i ??? ?? 0 .5 6 0 02 1 1 3 0 .8 5 0 .5 0 .4?? ? ? ? ?? (mm) （ 48） 封頭設(shè)計厚度 2 C??? ? ? ? ?(mm) （ 49） 封頭名義厚度 1Cdn ???? +圓整 ??+圓整 ? +圓整 (mm) （ 410） 對于 mmDN 600? 的封頭，要求 mmn 6?? ，綜合考慮取 mmn 8?? 。 廣東石油化工學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計： U 型管換熱器設(shè)計 26 4． 2 管箱短節(jié)、封頭厚度計算 根據(jù)設(shè)計壓力 MPa ，管程設(shè)計溫度 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?? 。有效壁厚為 12 8 CC??? ? ? ? ? ? ?(mm) （ 45） 取試驗溫度為 30℃ ，則 ? ? aMP111?? 。結(jié)構(gòu)如下廣東石油化工學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計： U 型管換熱器設(shè)計 24 圖 39 封頭 第四章 換熱器的強度計算 25 第四章 換熱器的強度計算 4． 1 筒體壁厚計算 筒體縱向焊接采用相當(dāng)于雙面焊的全焊透方式進行對接焊，進行局部無損探傷， 取 ? ? ， ??t? =170MPa，腐蝕裕量 2C =，厚度負(fù)偏差1C ? mm。 采用反應(yīng)產(chǎn)物平接口，缺口上下布置，可以造成流體激烈擾動，增大傳熱系數(shù)。管孔中心距公差為相鄰兩孔 177。 折流板名義外徑為 : 4 6 0 0 4 5 9 6ND D m m? ? ? ? ?,允許偏差 ，折流板采用拉桿、定距管方式固定 ,定距管選用 325?? 的無縫鋼管，材料為 20 號鋼。 結(jié)構(gòu)尺寸 由工藝計算得到尺寸如表 36： 表 36 拉桿尺寸參數(shù)（ mm） 直 徑 數(shù) 量 拉 桿 螺 紋DN La Lb 孔深 dl 16 4 16 20 60 20 結(jié)構(gòu)型式 第三章 換熱器的機械設(shè)計 23 圖 37 拉桿 折流板的選取及布置 材料的選取 由 工 藝 計 算 得 所 需 折 流 板 24 塊 , 選 取 折 流 板 材 料 為 BQ ?235 。則 mmD L 57282588 ???? 。 分程隔板槽兩側(cè)相鄰的管中心距，即 mmS n ?? ，取 mmSn 44? 。 結(jié)構(gòu)尺寸 由工藝計算選用無縫碳鋼管型號 ?? ，外徑偏差為 ? ， 厚度偏差為 %12%10??。 結(jié)構(gòu)尺寸 選擇管板 兼做法蘭的結(jié)構(gòu)，依據(jù)所選管箱法蘭尺寸，如下表 35： 35 管板參數(shù)（ mm） DN D D1 D2 D3 D4 D5 c d2 螺栓 bf b 600 715 680 650 597 637 600 18 M16 24 30 40 結(jié)構(gòu)型式 圖 35 帶法蘭管板 第三章 換熱器的機械設(shè)計 21 3. 8 材料 材料的選取 分程隔板應(yīng)采用與封頭、管箱同等材料，選用 RQ345 ，選用鋼板標(biāo)準(zhǔn)為2021713?GB ， 熱 軋 鋼 板 ， b? =510MPa ， s? =345MPa ， 在 設(shè) 計 溫 度 下? ? MPat 170?? ， 10fE M P a?? 。查相關(guān)參考資料得： ? ?4 5 0 , 2 7 5 , 1 5 0 。 結(jié)構(gòu)尺寸 管箱接管公稱直徑為 mm150 所選管箱接管法蘭參數(shù)如表 32： 表 32 管箱接管法蘭參數(shù) DN/ mm D/ mm K/ mm L/ mm Th/ mm n/ mm C/ mm B1/ mm 150 265 225 18 M16 8 20 161 筒體接管公稱直 徑為 mm150 ， 所選筒體接管法蘭參數(shù)如表 33： 表 33 筒體接管法蘭參數(shù) DN/ mm D/ mm K/ mm L/ mm Th/ mm n/ mm C/ mm B1/ mm 150 265 225 18 M16 8 20 161 3. 6 墊片 因換熱器管程、殼程設(shè)計壓力均為 17 MPa 及法蘭密封形式，且兩側(cè)介 質(zhì)均不屬于腐蝕性介質(zhì)，故選用非金屬軟墊片即可。 接管高度參照 HG20583，按設(shè)計壓力 PN≤,查殼程接管伸出長度l=180mm；管程接管伸出長度 l=180mm。 , 3,q 0 .0 0 4 2 /msvs q ms??? ,4 4 0 . 0 0 4 2 0 . 1 9 50 . 1 4vsoqdmu?? ?? ? ?? 考慮流阻影響接管直徑應(yīng)大于以上結(jié)果，再考慮原整取 od=219 （接管外徑），壁厚參考 GB8163 標(biāo)準(zhǔn)選擇為 5mm。根據(jù)管箱公稱直徑選取管箱法蘭參數(shù)如表 31： 表 31 管箱法蘭參數(shù) DN/mm D /mm D1 /mm D2/ mm b/ mm d /mm 螺栓規(guī)格 螺栓數(shù)量 600 715 680 637 32 18 M16 24 結(jié)構(gòu)型式 如 (圖 32)所示： 廣東石油化工學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計： U 型管換熱器設(shè)計 18 圖 32 管箱法蘭 3. 4 接管材料 材料的選取 接管材料選用 20 號鋼的無縫鋼管，選用標(biāo)準(zhǔn)為 GB/T81631999，390b MPa? ? ， ? ?24 5 , 13 0ts M P a M P a????。根據(jù)操作情況，又考慮螺栓材料的硬度一般要比螺母材料的硬度大一些以及經(jīng)濟性問題，螺栓材料選用 35 CrMoA 鋼，螺母材料選用 30CrMoA 鋼，選用標(biāo)準(zhǔn)均為 699GB ，正火處理，工作適應(yīng)溫度為 CC ??? 350~20 。管箱壁厚按 GB1511999，管箱壁厚不得低于圓筒的最小厚度 6mm。管箱長度尺寸的確定是以保證流體分布均勻、流體合理以及強度因素來確定最小長度，而以制造安裝方便來限制最大長度的。管 箱所 要確第三章 換熱器的機械設(shè)計 17 定的尺寸主要是管箱長度。 結(jié)構(gòu)形式 按標(biāo)準(zhǔn) GB1511999,選擇殼體型式可以選擇代號為 “E”的單殼程殼體，其結(jié)構(gòu)型式如（圖 31）： 圖 31 殼體型式 3. 2 管箱材料 材料的選取 選 取 選 管 箱 材 料 與 筒 體 材 料 相 同 為 RQ345 ， 選 用 鋼 板 標(biāo) 準(zhǔn) 為2021713?GB ， 熱 軋 鋼 板 ， b? =510MPa ， s? =345MPa ， 在 設(shè) 計 溫 度 下? ? MPat 170?? ， 10fE M P a?? 。工藝計算得到的相關(guān)參數(shù)不必更改。 3. 1 筒體 材料的選取 選取筒體材料為 RQ345 ， 鋼板標(biāo)準(zhǔn)為 2021713?GB ， 熱軋鋼板 ，b? =510 MPa ， s? =345 MPa ，在設(shè)計溫度下， ? ? MPat 170?? ， M P aE s ?? ， ?? ??? Cs? 。所以 )()3916( 3/0 ???? = ???? = )/(532 2 CmW ?? 總傳熱系數(shù) 0K 0000 11?? ????soisiiiRd dRddK （ 233） =53210 0 0 1 20250 0 0 2 1 125 1 ????? =3333 1 ???? ??????? = 1 ?? = )/(349 2 CmW ?? 由前面的計