換熱設(shè)備的設(shè)計

1、第六章?lián)Q熱設(shè)備的設(shè)計6.1換熱設(shè)備的分類和總體結(jié)構(gòu)換熱設(shè)備的分類按照傳熱方式的不同，換熱設(shè)備可分為三類：1. 混合式換熱器一一利用冷、熱流體直接接觸與混合的作用進行熱量的交換。這類換熱器的結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，常做成塔狀。2. 蓄熱式換熱器一一在這類換熱器中，熱量傳遞是通過格子磚或填料等蓄熱體來完成的。首先讓熱流體通過，把熱量蓄在蓄熱體中，然后再讓冷流體通過，把熱量帶走。由于兩種流體交變轉(zhuǎn)換輸入，因此不可避免地存在著一小部分流體相互摻和的現(xiàn)象，造成流體的“污染”。這類換熱器的結(jié)構(gòu)緊湊，價格便宜、單位體積傳熱面大，故較適合于氣一氣熱交換的場合。3. 間壁式換熱器一一是工業(yè)中最為廣泛應用的一類換熱器

2、。冷一熱流體被一固體壁面隔開，通過壁面進行傳熱。按照傳熱面的形狀與結(jié)構(gòu)特點它又可分為：（1）管式換熱器一一如套管式、螺旋管式、管殼式、熱管式等。（2）板面式換熱器一一如板式、螺旋板式、板殼式等。（3）擴展表面式換熱器一一如板翅式、管翅式、強化的傳熱管等。其中以管式換熱器應用作為廣泛，其特點見表6-1所示。表6-1管殼式換熱器的主要類型及特點類型固定管式換熱器浮頭式換熱器U型管式換熱器結(jié)構(gòu)特點換熱器的管端以焊接或脹接的方法固 定在兩塊板上，管板以焊接的方法與 殼體相連換熱器中一塊管板與殼體固 定，另一塊管板能自由移動換熱管被彎成U形，管的 兩端固定在同一管板上當殼體直徑相同時便于排更多的管子，設(shè)

3、備性能管內(nèi)不易積垢殼程難以清洗在殼體與管中產(chǎn)生很大的溫差應力管束可抽取管內(nèi)、外都能清洗一塊管板可自由移動在殼體與管中不會產(chǎn)生溫差應力只有一塊管板管束可以從殼體中抽岀管外清洗方便管內(nèi)清洗困難在殼體與管中不會產(chǎn)生溫差應力管殼式換熱器的總體結(jié)構(gòu)管殼式換熱器的總體結(jié)構(gòu)均包括：管箱、管板、殼體、折流板或支承板、定距管、拉桿、 AES. BE測UHMMI（b> BOE式普宦恃套式荻樣爭（c> HW U戀式廉義目圖6-1常見管殼式換熱器結(jié)構(gòu)分程隔板、接管、支座等。如圖6-1所示。1 平蓋；2 平蓋管箱（部件）；3 接管法蘭；4 管箱法蘭；5 固定管板；6 殼體法蘭；7防沖板;8 儀表接口； 9

4、補強圈；10 殼體（部件）；11 折流板；12 旁路擋板；13 拉桿；14 定距管；15 支持板； 16 雙頭螺柱； 17 螺母； 18 外頭蓋墊片； 19 外頭蓋側(cè)法蘭； 20 外頭蓋法蘭；21 吊耳； 22 放氣口； 23 橢圓形封頭； 24 浮頭法蘭； 25 浮頭墊片； 26 無折邊球形封頭；27 浮頭管板； 28浮頭蓋（部件） ；29 外蓋頭（部件） ； 30 排液口； 31 鉤圈； 32 接管；33 活動鞍座； 34 換熱管； 35 假管； 36管束（部件） ；37 固定鞍座； 38 滑道； 39 管箱墊片；40 管箱短節(jié)； 41 封頭管箱； 42 分程隔板； 43 懸掛式支座； 4

5、4 膨脹節(jié)（部件） ；45中間擋板；46 U 形換熱器； 47 內(nèi)導流筒； 48 縱向隔板； 49 填料； 50 填料函； 51 填料壓蓋；52 浮動管板； 53 部分剪切環(huán)； 54 活套法蘭。6.2 管殼式換熱設(shè)備設(shè)計的內(nèi)容和步驟6.2.1 管殼式換熱設(shè)備設(shè)計的內(nèi)容管殼式換熱設(shè)備設(shè)計的內(nèi)容包括工藝設(shè)計和機械設(shè)計兩方面。本課程設(shè)計是把工藝參數(shù)、 尺寸作為已知條件，在滿足工藝條件的前提下，對換熱設(shè)備進行強度、剛度及穩(wěn)定性計算，并 從制造、安裝、檢修、使用等方面出發(fā)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。換熱設(shè)備設(shè)計任務書內(nèi)容和格式按表 6-2 所示。6.2.2 管殼式換熱設(shè)備設(shè)計的步驟在閱讀了設(shè)計任務書后，按以下步驟進行

6、換熱設(shè)備的機械設(shè)計。e了解設(shè)計條件；f2選材；（3按設(shè)計壓力計算殼體和管箱壁厚；e管子與管板連接結(jié)構(gòu)設(shè)計；3殼體與管板連接結(jié)構(gòu)設(shè)計；3管板厚度計算；f7折流板、支持板等零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計；38換熱管與殼體在溫差和流體壓力聯(lián)合作用下的應力計算；39 管子拉脫離和穩(wěn)定性校核；(0判斷是否需要膨脹節(jié)，如需要，則選擇膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)型式并進行有關(guān)的計算; d接管、接管法蘭、支座等的選擇及開孔補強設(shè)計等。表6-2換熱設(shè)備設(shè)計任務書比例條件內(nèi)容修改設(shè)計參數(shù)及要求修改標記修改內(nèi)容簽字日期殼程管程工作壓力，MPa1.431.53設(shè)計壓力，MPa1.571.68工作溫度，C310420設(shè)計溫度，C310420單位名稱介

7、質(zhì)堿洗氣變換氣工程名稱推薦材料16MnR20鋼設(shè)計項目管/殼程數(shù)11條件編號傳熱面積，m270設(shè)備圖號公稱直徑，mm800位號/臺數(shù)傳熱管直徑，mm38提出人日期傳熱管長度，m3備注傳熱管根數(shù)，根205腐蝕情況微弱設(shè)計壽命接管表符號公稱尺寸DN連接面形式用途a400凹面變換氣b250凹面堿洗氣c250凹面堿洗氣d400凹面變換氣e.”1/2螺紋排水口表6-3換熱設(shè)備設(shè)計任務書簡圖與說明設(shè)計參數(shù)及要求殼程管程工作壓力，MPa1.431.53設(shè)計壓力，MPa1.571.68工作溫度，C310420設(shè)計溫度，C310420介質(zhì)堿洗氣變換氣管/殼程數(shù)11傳熱面積，m270公稱直徑，mm800傳熱管直徑

8、，mm38傳熱管長度，m3傳熱管根數(shù)，根205腐蝕情況微弱設(shè)計壽命接管表符號公稱尺寸DN連接面形式用途a400凹面變換氣b250凹面堿洗氣c250凹面堿洗氣d400凹面變換氣e.”1/2螺紋排水口946.3換熱設(shè)備的設(shè)計示例管殼式換熱器某合成氨廠變換工段中變換熱器，系臥式固定管板式的管殼式換熱器，如圖6-2所示，其殼程圓筒內(nèi)徑為800mm 。換熱管規(guī)格為$ 38 X3的無縫鋼管，共205根，管長3m。工作條件： 殼程介質(zhì)為堿洗液（脫碳后的氮氫混合氣），壓力為1.43Mpa，最高溫度為 310 C；管程介質(zhì)為變換氣（含有二氧化碳的氮氫混合氣），壓力為1.53Mpa，最高溫度為420 C。有工藝計

9、算得沿長度平均的殼程圓筒金屬溫度為274 C,換熱管金屬溫度為350 C。試對該換熱器進行材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度計算。結(jié)構(gòu)草圖如圖6-2所示，下面分別進行殼程圓筒、管箱封頭及圓筒、法蘭、管板，以及U形膨脹節(jié)設(shè)計及計算。圖6-2臥式帶膨脹節(jié)的固定管板換熱器131 變換氣入口接管；2 錐形封頭；3設(shè)備法蘭；4 管板；5堿洗氣出口接管；6 補強圈；7 筒體；8 膨脹節(jié)；9 換熱管；10 定距管；11 折流板；12 堿洗氣入口接管；13 變換器岀口接管；14 鞍式支座。6.3.1.1 殼程圓筒根據(jù)工作條件選擇殼程圓筒的材料為16MnR鋼板。在常溫時許用應力為170Mpa，在設(shè)計溫度310 C時的許用

10、應力為142MPa，屈服限為227Mpa 。按GB150-98式（6-1 ）殼程圓筒計算厚度(6-1 )PcDit2Pc式中計算壓力 Pc 1.1 1.431.57MPa ；內(nèi)直徑Dj 800mmt材料許用應力142MPa焊縫系數(shù)0 =0.85（采用雙面焊、局部無損探傷）以上數(shù)值代入式（6-1 )得1.57 8002 142 0.85 1.575.24mm3mm，該厚度值不包括厚度附加按GB150-98碳素鋼或低合金鋼容器的最小厚度不小于 量 C=2mm 即 e 6mm。殼程圓筒的液壓試驗及壓力試驗時應力校核。試驗液體為水，試驗壓力PT按下式170P.1.25r 1.25 1.572.35MP

11、aTt142壓力試驗時，圓筒的總體薄膜應力按下式FT Di e 2.35 800 6T T j_e185 0.9 ts 0.9 227 204.3MPa2 e2 6 0.856.3.1.2 管箱（1 ）錐形封頭15CrMoR (正火加如圖6-2所示為帶折邊錐形封頭，根據(jù)工作條件選擇錐形封頭材料為回火）鋼板。在常溫時許用應力為150MPa，在設(shè)計溫度 420 C時的許用應力為 115.6MPa ,屈服限為229.4MPa。圖6-3錐形封頭按 GB150-98 式(6-10 ),式(6-11 )過渡段厚度kPCDiht20.5FC與過渡段相接處的錐殼厚度fFcDiht0.5FC(6-10 )(6-

12、11 )式中 計算壓力 Fc=1.1 xi.53=1.68MPa內(nèi)直徑Di=800mm材料許用應力ct=115.6MPa焊縫系數(shù)0 =0.85 （采用雙面焊、局部無損探傷）系數(shù) K=0.682 （采用標準封頭 r/Di=0.15, a=30 C） f=0.554 （同上）K、f值分別由GB0-98 表6-4、表6-5查得。以上數(shù)值代入式（6-10 ）、式（6-11 ）得0.682 1.68 8002 115.6 0.85 0.5 1.684.70mm0.554 1.68 800115.6 0.850.5 1.687.64mm取h 7.7mm，附加厚度c=2mm選取he 10mm錐形封頭的水壓試

13、驗壓力PT 1.25Pc一f 1.25 1.682.27MPaTc t115.6殼程圓筒和封頭計算參見GB150-98 。（2 ）管箱法蘭選 JB/T4703-2000長頸對焊法蘭 PN=2.5MPa , DN800，材料為 15CrMo。法蘭密封面如下：Di=800mm§0=16mmDb=915mm§1=26mmDf=960mmH=115mmD4=863mm3f=52mm （不包括厚度附加量）墊片采用金屬包墊片865 X825JB/T4706-200由GB150-98 表9-2查得型式為凹凸面，連接尺寸（參閱圖6-4 ）m=3.75y=52.4MPa 選32個材料為35C

14、rMoA 等長雙頭螺栓M24 X160JB/T4707-2000 。預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷按式GB150-98式（9-4 ）計算:式中墊片有效密封寬度WaFa 3.14DGby(6-12墊片接觸寬度N865 82520mm按 GB150-98 表 9-1得墊片基本密封寬度b。N 20 “,10mm 由于 b>6.4mm2 2b 2.53 b02.53 10 8mm墊片壓緊力中心直徑 Dg D4 2b 8632 8847mm墊片比壓力 y=52.4MPa (見 GB150-98 表 9-2 )以上數(shù)值代入式（9-2 ）得6Wa 3.14 847 8 52.41.115 10 N操作狀

15、態(tài)下需要的最小墊片壓緊力按GB150-98式（9-5 ）計算:2Wp F0.785DGPC 6.28DGbmPC（6-13）式中 由上已知b=8mm ， DG=847mm墊片系數(shù)m=3.75管程設(shè)計壓力p=1.68MPa以上數(shù)值代入式（9-5 ）得2Wp 0.785 8471.68 6.28 847 8 3.75 1.686 6 60.946 100.268 101.214 10預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積按GB150-98 式（9-6 ）計算AWaAaab操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積按（6-14）GB150-98 式（9-7 ）計算:（6-15 ）式中常溫下螺栓材料許用應力可b=228MPa

16、在設(shè)計溫度 420 C下螺栓材料許用應力163.6MPa代入式（9-6 ）、式（9-7 ）得61.115 1022824890mmAp61.214 10163.67420.5mm2需要的螺栓面積2Am Ap 7420.5mm實際螺栓面積2 2Ab n d0 d020.75mm32 0.785 20.754210815.73mmAb Am所需螺栓面積足夠。螺栓最小間距I?由GB150-98 表9-3確定當 dB 24 時，L min56mm推薦的螺栓最大間距式中 螺栓公稱直徑法蘭厚度f墊片系數(shù)m以上數(shù)值代入式（)L max2dB-Ammm 0.5(6-16 )24mm52mm3.759-3 )得

17、)L max246 52121.4mm3.75 0.5實際間距L=Db3.14 915 89.78mm32max螺栓布置符合要求法蘭計算法蘭預緊力矩按GB150-98式（9-10 ）計算:(6-17 )式中預緊狀態(tài)螺栓設(shè)計載荷按GB150-98 式(9-8 )計算:力臂FgAm Ab27420.5 10815.73 228 2.08 106 ND b dg2915凹 34mmMaFbLg N mm以上數(shù)值代入式（9-10 ）67Ma 2.08 10347.072 10 N mm法蘭操作力矩按 GB150-98式（9-11 ）計算：（6-18）Mp FdLd ftlt fglg Nmm式中作用于

18、法蘭內(nèi)徑截面上的流體靜壓軸向力2 2 6Fd0.785DR 0.785 8001.68 0.844 10 N6 o圖6-5法蘭受力圖（見 GB150-98 圖 9-1 續(xù)）（a）流體靜壓總軸向力與作用于法蘭內(nèi)徑截面上流體靜壓軸向力之差FtF-Fd0.785 DG D2 FC 0.785 8472 8002 1.68 0.102 106N窄面法蘭墊片壓緊力FtFp 6.28DGbmpC6.28 847 8 3.75 1.68 0.268 106N力臂 Ld La 0.5 134 0.5 26 47力臂LtLa1 Lg 34 26 342 2力臂 Lg 34以上數(shù)值代入式（9-11 ）得Mp0.8

19、44 106 47 0.102 106 47 0.268 106 344.446 107 0.911 107 5.357 107 N mm法蘭設(shè)計力矩式中法蘭材料為15CrMo應力為107.6MPa。代入上式得M。M05.357107 N法蘭應力(1)軸向應力按M。鍛件,(2)周向應力按(3)徑向應力按式(9-13 ) 式fMafMP取其中之大值(6-19 )其常溫下許用應力為147MPa，在設(shè)計溫度420 C下許用7.072 107107.6 5.177 107 N mm1475.357 107 N mmmmGB150-98GB150-98GB150-98(9-14 )中整體法蘭系數(shù)頸部應力

20、校正系數(shù)261.62516由圖9-7查得f=1.4參數(shù)fe 1T(9-13 )計算:fM 0H2Z-1 D i(9-15)計算:YM 0(6-20(6-21(9-14)計算:2616旦h°1.625，h/h。1.33 feDi1 M。(6-221.625d1%V10.309，由圖 9-3及圖 9-4 查得 F10.875，V 0.347 按K Df/Dj9608001.2，由圖9-8查得T1.8, U13.3, Y11.67, Z 5.8。將 F、Vi、T、U、Y、Z代入?yún)?shù)0.9066,e, d1 式中得 d11.111 10 , e 0.00773,將以上數(shù)據(jù)代入式（9-13 ）

21、，式（9-15 ）1.4 5.375 1070.906 262 800153MPa1.33 52 0.0073 1 5.357 107242MPa0.906 5280011.67 5.357 1072528005.8 4245.4MPa軸向應力周向應力H 153MPa<1.5 f<2.5 tnT 45.4MPa1.5 107.6 161.4MPa2.5 115.6 289MPatf 107.6MPa徑向應力R 42MPaf f107.6MPaH T 153 45.499.2f組合應力f 107.6MPa2 2H R 153 42f97.5f 107.6MPa2 2f應力校核計算結(jié)果

22、：該法蘭強度條件滿足，所選法蘭尺寸是合適的。其中法蘭厚度附加厚度4mm 為56mm。管板計算殼程圓筒內(nèi)徑Dj800mm ；厚度s8mm ；（圖樣采用10mm）管箱（封頭）厚度h 10mm ；（圖樣采用12mm）換熱管外徑d38mm ；壁厚t3mm ；根數(shù)n205 ；間距s48mm ；（1 ）初始數(shù)據(jù)f 52mm加上圖6-6延長部分兼作法蘭的管板有效長度管箱法蘭外徑Df寬度bf厚度；L 2874mm ；960mm ；80mm ；56mm。假定管板厚度p 60mm （圖樣采用65mm ）法蘭部分厚度 ；50mm （即殼程圓筒法蘭）延長部分兼作法蘭的管板，如圖6-6所示。各零件材料在設(shè)計溫度時的物理

23、、機械性能數(shù)據(jù)如下：殼體材料：16MnR，5彈性模量：Es 1.88 10 MPa6線膨脹系數(shù)：s 12.72 10 1/ C （殼體壁溫ts 274 C）換熱管材料：20號鋼，5彈性模量：Es 1.73 10 MPa6線膨脹系數(shù)：t 13.24 10 1/ C （換熱管壁溫te 350 C） 換熱管材料屈服限 ；147MPa"封頭法蘭材料：15CrMo （鍛件）彈性模量：Ef 1.86 10 MPa5管板材料：15RrMo （鍛件）Ep 1.776 10 MPa'5法蘭材料：15CrMo （鍛件）Ef 1.776 10 MPa許用應力：t殼程圓筒： c 142MPat換熱管

24、：c 84MPac管箱封頭法蘭： f 107.6MPa管板： :107.6MPa換熱管與管板采用先脹后焊，脹接長度l=50mm 管孔開槽，許用拉脫應力q=4MPa幾何物理系數(shù)計算殼程圓筒內(nèi)徑面積 AD：0.785 8002502400mm24管板開孔后面積A1A-n2 2 2d /4 502400205 0.785 38270024mm殼程圓筒金屬橫截面積Ast Di3.148 800 820297mm2換熱管金屬截面積at 3.143 383329.7mm2管板布管區(qū)面積（三角形排列）A10.8662 20.866 205 48409029mm管板布管區(qū)當量直徑Dt4At 4 4090297

25、21.84mm 22.14管板布管區(qū)的當量直徑與殼程圓筒內(nèi)徑之比Dt 721.84tDi 8000.9023系數(shù)竺弩0.537502400管束模數(shù)naAi205 32970.25270024Kt管子加強系數(shù)Etna1.73 105 205 329.7EsAs0.40.4 1EtnaLDi1.88 105 2029706 1 Q 0.4-0.6 Q51.73 102052874Etna1.318Dip忖L p3.0640.60.5370.4 1329.78003.0640.254.9410.6 3.0640.5375082MPa12(n管板剛度消弱系數(shù)，一般可取3值，31.318800、優(yōu) 10

26、：205329760 V 1.776 10 0.4 2874 604.2管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度k=K 1t 4.2 10.90230.41(3)強度影響系數(shù)計算匹Di 8000.0125fDi568000.077.32=0.4 )由圖7-7查得SDi 8000.01 -L，Di50800 °.06250.000750.000475殼程圓筒與法蘭（或凸緣）的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)Kf2Efbf 2 f12DibfDiEs122 1.766 105380 2 50800808001.881050.00047512.7MPa的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)122EfbfDibf2 fDi2 1.766 10580

27、0 80Eh802 568001.881050.0007518.4MPa旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù)Kf4Kt3.14 12.734 508211 U法蘭力矩基本法蘭力矩Mm AmL Gb 7420.5b2285.75 107管程壓力作用時的法蘭力矩Mp5.375 107Nmm按 K 4.2，Kf1.96 10 3查圖 7-8 得 mb0.12，查圖 7-9 得 G? 3.0按 K 4.2， Q=3.064，查圖 7-9 得 2.90查圖 6-10 得 G30.012系數(shù)mjkK%0.124.2 1.96 1014.58系數(shù)M1m12K Q G20.122 4.2 3.064 3.02.36 10系數(shù)0

28、.001960.00196 0、0120.14管板邊緣力矩變化系數(shù)M=1KfKf0.14 空18.4法蘭力矩變化系數(shù)1.201271.20 0.82818.43危險組合殼程壓力作用下管程壓力作用下殼程設(shè)計壓力Ps=Pc=1.57MPa殼程設(shè)計壓力Ps=0管程設(shè)計壓力Pt=0管程設(shè)計壓力Pt=1.68MPaPc=-Pt (1+ 3) =-1.68(1+0.25 ) =-2.1MPa不計計入不計計入膨脹差膨脹差膨脹差膨脹差tttt0stst0t ttt0s ts to12.24 10 6 350 201.14 X12.24 10 6 350 201.14 X12.72 10 6 274 2010-

29、3612.72 10274 2010-31/ C1/ CEt MPa=0.25 1.1435101.73 10 MPa49.2Et MPa=0.251.1435101.73 10 MPa4.92PasPsEt 4.941.57EtMPa7.857.0PasPsEt7.321.68EtMPa-12.336.9M%4M m%4Mmmd3pW廠a4 5.75 1070.0340.00467md3pW廠a4 5.75 107-0.020.006730.537 3.17 8003 巳0.537 3.17 8003PaM=M%mMp m1 Mm1.2 2.36 10 30.03680.0075M=MP-0

30、.0200.00673M=14.58瞬0.53650.1111M=14.58%-0.2920.0981mtm20.12 2.0m1.090.40mtm20.12 2.9m-1.0260.37 1 1 1 1G1 由 K=4.2 , m=查圖7-6得0.240.20G1 由 K=4.2 , m=查圖7-6得0.720.20管板徑向應力系數(shù)1G11G10.01520.00916管板徑向應力系數(shù)1G11G1%0.0210.00905'4 Q G24 3.064 3r 4 Q G24 3.064 3管板布管區(qū)徑向應力系數(shù)3m 1%4K Q G23m 10.04930.013管板布管區(qū)徑向應力系

31、數(shù)3m 1%4K Q G23m 1-0.02140.0124 4.2 3.06434 4.2 3.064 3管板布管區(qū)剪切應力系數(shù)% 4 Q G20.06330.046管板布管區(qū)剪切應力系數(shù)% 4 Q G20.02920.045(4 )校核管板、殼體法蘭、換熱管、殼程圓筒以及拉脫應力。Pc=-Pt (1+ 3) =-1.68( 1+0.25 ) =-2.1MPa殼程壓力作用下殼程設(shè)計壓力Ps=Pc=1.57MPa管程設(shè)計壓力Pt=0管程壓力作用下殼程設(shè)計壓力Ps=0管程設(shè)計壓力Pt=1.68MPa不計計入膨脹差膨脹差管板徑向應力Di管板徑向應力8006028.31.5t1.5 r107.616

32、1.4124.61.5t3r107.6322.8不計膨脹差計入膨脹差2Di%PaP0.5370.42800"606.14 1.5tr 1.5107.6161.479.7 1.5t1.5r107.6322.8MPaMPa管板布管區(qū)周邊處徑向應力% Pakk2m 2mmDi 2i0.537 P a旳0.4800 26059.65 1.5tr 1.5107.6161.433.25 1.5tr 3107.6322.8力%- Pa2Dir1kk2.2 mm 2m'0.537800 2管板布管區(qū)周邊處徑向應'%Pa0.4600.410.412 -1 2 mm 2m75.40 1.

33、5t1.5r107.6161.413.63 1.5t3r107.6322.80.411 m0412 22mMPaMPa管板布管區(qū)周邊剪切應力p°%Pa Dt0.460MPa殼體法蘭應力f 4YPa2DiM10.7850.537Pa 8505011.6720.14Mm0.828 2.36 10 3MPa7.970.5t0.5r107.653.827.5 1.5tr 1.5107.6161.442.351.5t1.5r107.6161.493.3 3tr 3107.6322.8管板布管區(qū)周邊剪切應力汕537 Pa伏0.4殼體法蘭應力721.84Dt602P Dia 'fM%f0.

34、785 11.67 0.5372Pa 800 0.14M%m5030.828 2.36 10 MPaMPa換熱管軸向應力5.8 0.5tr 0.5107.653.879.93 1.5tr 1.5107.6161.426.8 1.5tr 1.5107.6161.465.061.5t3r107.6322.81巳G2QQg210.251.5733.64P3.0643換熱管軸向應力殼程圓筒軸向應力A 1As Q G2拉脫應力MPaFaMPatat 329.7dl 3.13 38 50.7t8493.73tr 3107.6322.8G 2 QQ G223.126.27tc 1420.387q 4MPa(

35、5)換熱管穩(wěn)定性計算管子回轉(zhuǎn)半徑138.8 3142 42651.8q 4MPa從圖7-1可知，管子受壓失穩(wěn)當量長度Crl cr 52012.40.253 3.641.57Pa3.064 31殼程圓筒軸向應力A 1As Q G28474.13tr 3107.6322.8MPaPaMPa拉脫應力ta t 329.7 q dl 3.13 38 522.49tc 142130.40314242612.8q 4MPa41q 4MPa12.4mmlcr 520mm參見附圖7-13確定系數(shù)2 3.142 1.73 10542 Cr 152.34147152.34則管子穩(wěn)定許用應力crs i 1 cr /

36、i2 2Cr以14222 152.3463.38MPa從應力計算得計入膨脹差的管子應力t 0 ,且t cr。則表明管子穩(wěn)定性不夠，需采取措施。本設(shè)計采用設(shè)置膨脹節(jié)，減少管子的壓應力，從而增加其穩(wěn)定性。6.3.1.4 U形膨脹節(jié)計算（1 ）要否設(shè)置膨脹節(jié)的判定通過管板計算，按四種危險工況對管子、殼程圓筒以及拉脫應力的校核得如下結(jié)論:t 3:;但t 0，且tcrc 3tc ；q q（除只考慮殼程壓力，且不計膨脹差外）由于q q , tcr ( t 0 )，則需要設(shè)置膨脹節(jié)。（2 ）應力計算選擇U形膨脹節(jié)，材料為16MnR （與殼程圓筒相同）結(jié)構(gòu)參見插圖及GB/T12777-91具體幾何尺寸如下初始

37、數(shù)據(jù)：設(shè)計壓力p 1.57MPa設(shè)計溫度t=310 C直邊段外徑De Di 2 s 800 2 8 816mm波高h125mm波長W220mm層數(shù)m1波數(shù)n1當量圓筒外徑DmDe816 125941mm成型前有效厚度8mm成型后有效厚度exDeDm1816 28 7.45mm946軸向位移31.14 1028743.3mmrL圖6-13換墊管換穩(wěn)的當量長度Icr膨脹節(jié)材料在設(shè)計溫度下彈性模量t55Eb 1.88 10 MPa （常溫時 Eb 2.06 10 MPa屈服點:227.2MPa許用應力t142MPaex2系數(shù)計算W180按橫坐標：0.7202h 2 125W1801 0縱坐標：2.2. Dm ex 2.2 - 941 7.45由 GB12777-91 圖 A2、圖 A3、圖 A4 查得:Cp 0.52 Cf 1.35 Cd 2.3剛度計算t2Kex i.7mDmEbC2（取腐蝕余量 C2 0mm）Cfh531 941 1.88 105 7.45 04KI/1.74.72 104 N/mm1.351254D應力計算內(nèi)壓引起的應力：周向薄膜應力pDm1 2m ex12h