热交换器设计计算
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热交换器设计计算
一、基本参数
管板与管箱法兰、壳程圆筒纸之间的连接方式为e 型 热交换器公称直径DN600,即D i =600mm 换热管规格φ38⨯2,L 0=3000mm 换热管根数n=92
管箱法兰采用整体非标法兰
管箱法兰/壳体法兰外直径D f =760mm 螺柱孔中心圆直径D b =715mm 壳体法兰密封面尺寸D 4=653mm
二、受压元件材料及数据
以下数据查自GB —2011;
管板、法兰材料:16Mn 锻件 NB/T 47008—2010 管板设计温度取 10℃
查表9,在设计温度100℃下管板材料的许用应力:
=t r σ][178Mpa (δ≤100mm )
查表,在设计温度100℃壳体/管箱法兰/管板材料的弹性模量:
Mpa 197000E E E p f f ===’
’’
壳程圆筒材料:Q345R GB 713
壳程圆筒的设计温度为壳程设计温度
查表2,在设计温度100℃下壳程圆筒材料的许用应力:
=t c σ][189Mpa (3mm <δ≤16mm )
查表,在设计温度10℃下壳程圆筒材料的弹性模量Mpa 197000E s = 查表在金属温度20℃~80℃范围内,壳程圆筒材料平均线膨胀系数:
℃)(
α•⨯=mm /mm 10137.15-s 管程圆筒材料:Q345R GB 713
管程圆筒的设计温度为壳程设计温度
按GB/T 151—2014 中规定,管箱圆筒材料弹性模量,当管箱法兰采用长颈对焊法兰时,取管箱法兰的材料弹性模量,即Mpa 197000E h = 换热管材料:20号碳素钢管 GB 9948 换热管设计温度取100℃
查表6,在设计温度100℃下换热管材料的许用应力Mpa 147σ][t t =(δ≤16mm )
查表,设计温度100℃下换热管材料的屈服强度Mpa 220R t
eL =(δ≤16mm )
查表,设计温度100℃下换热管材料的弹性模量Mpa 197000E t = 查表,换热管材料在沿长度平均的金属温度50℃下弹性模量:
Mpa 199500E tm =
查表,在金属温度20℃~50℃范围内,换热管材料平均线膨胀系数:
℃)(
α•⨯=mm /mm 10112.15
-t 螺柱材料:35CrMoA
查表12,室温下螺柱材料的许用应力Mpa 228σ][b =
查表12,设计温度100℃下螺柱材料的许用应力Mpa 206σ][t
b =
三、管板计算
a. 确定管板布管方式及各元件结构尺寸
换热管为转角正三角形排列 换热管中心距S=48mm 壳程圆筒计算厚度δ=
mm 207.4632
.211892600
632.2p ]2[D p s t
c i s =-⨯⨯⨯=-φσ 壳程圆筒设计厚度m m 2.512.4C 2=+=+δ
按GB713—2014 钢板负偏差:C 1=
按照GB/T 151 表7-1,对于不可抽管束的固定管板式热交换器,其壳程圆筒最小厚度(包含1mm 腐蚀裕量)为10mm ,取δs =16mm
b. 计算α、A 、A 1、A s 、K t 、λ、Q 、β、∑s 、∑t 、t cr σ][、A t 、D t 、ρt 一根换热管管壁金属的横截面积α=2
t 08.226)238(214.3)(mm d t =-⨯⨯=-δπδ
壳程圆筒内径横截面积2522
1083.24
60014.34mm D A i ⨯=⨯==π 管板开孔后的面积252
5
2
11079.14
3814.3921083.24mm d n A A ⨯=⨯⨯-⨯=-=π 圆筒壳壁金属横截面积()()2
41009.3166001614.3mm D A s i s s ⨯=+⨯⨯=+=δπδ
设管板名义厚度mm n 56=δ,换热管伸出管板长度为 换热管有效长度(两管板内侧间距):
()()mm L L n 28855.156230005.120=+⨯-=+-=δ
管束模数Mpa LD na E K i t t 96.451009.3288508
.226921970004
=⨯⨯⨯⨯==
系数6325.01083.21079.15
51=⨯⨯==
A A λ
壳体不带波形膨胀节时,换热管束与圆筒刚度比:
系数5240.90748.12/1154/==i l cr
i l C cr r />
c. 对于其延长部分兼作法兰的管板,计算M m
,按GB —2011第7章确定M p
,取p t
作为法
兰计算压力。
垫片接触面宽度()mm N 192/715753=-= 按GB —2011 表 7-1 计算:
垫片基本密封宽度mm N b 5.92
1920===
mm b 4.60>,垫片有效密封宽度mm b b 8.75.953.253.20=⨯==
按GB —2011 中 b )规定,垫片压紧力作用中心圆直径:
mm b D D G 4.6378.7265324=⨯-=-=
按GB —2011 表7-4: 垫片压紧力的力臂mm D D L G b G 8.382
4
.6377152=-=-=
查GB —2011 表 7-2,垫片系数m=3,比压力y=69Mpa
预紧状态下需要的最小螺柱载荷:
N by D W G a 61008.1698.74.63714.314.3⨯=⨯⨯⨯==
操作状态下需要的最小螺柱载荷:
t G t G p bmp D p D W 28.6785.02
+=
438.74.63728.6632.24.637785.02
⨯⨯⨯⨯+⨯⨯= N 6
1021.1⨯=
预紧状态下需要的最小螺柱面积[]26
12.46492281006.1mm W A b
a
a =⨯==
σ
操作状态下需要的最小螺柱面积[]2361087.5206
1021.1mm W A t b
p
p ⨯=⨯==
σ
需要的螺柱面积2
3
3
1087.5}1087.5,12.4649max{},max{mm A A A p a m ⨯=⨯==
基本法兰力矩[]mm N L A M b G m m ⋅⨯=⨯⨯⨯=⋅=7
31019.52288.381087.5σ
内压引起的作用于法兰内径截面上的轴向力
d. 假定管板计算厚度δ,计算f ~
f f
f
h s f f
K K K K k k k K b 和、、、、ω、ω、、、、、δ”’”
’
’
e. 按f ~
f K K 和查管板第一弯矩系数m 1、系数G 2,计算系数ψ 查
GB/T 151—2014图7-12得m 1=??
f. 管板第二弯矩系数m 2 按Q K f 和查