热交换器设计计算

热交换器设计计算(总5页)

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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Di=600mm 换热管规格φ382，L0=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Df=760mm 螺柱孔中心圆直径Db=715mm 壳体法兰密封面尺寸D4=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：

[σ]rt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：

’’E’EffEp197000Mpa

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[σ]c189Mpa（3mm＜δ≤16mm）

查表，在设计温度10℃下壳程圆筒材料的弹性模量Es197000Mpa 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：

-5α/mm•℃） s1.13710mm（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Eh197000Mpa 换热管材料：20号碳素钢管 GB 9948 换热管设计温度取100℃

t[σ]查表6，在设计温度100℃下换热管材料的许用应力t147Mpa（δ≤16mm） t查表，设计温度100℃下换热管材料的屈服强度ReL220Mpa（δ≤16mm）

查表，设计温度100℃下换热管材料的弹性模量Et197000Mpa 查表，换热管材料在沿长度平均的金属温度50℃下弹性模量：

Etm199500Mpa

查表，在金属温度20℃~50℃范围内，换热管材料平均线膨胀系数：

-5α/mm•℃） t1.11210mm（螺柱材料：35CrMoA

查表12，室温下螺柱材料的许用应力[σ]b228Mpa

t查表12，设计温度100℃下螺柱材料的许用应力[σ]b206Mpa

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=

psDi2.6326004.207mm t2[σ]cφps218912.632壳程圆筒设计厚度δC24.215.2mm

按GB713—2014 钢板负偏差：C1=

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

t[σ]crb. 计算α、A、A1、As、Kt、λ、Q、β、∑s、∑t、、At、Dt、ρt 2一根换热管管壁金属的横截面积α=t(dt)3.142(382)226.08mm

3.1460022.83105mm2 壳程圆筒内径横截面积A443.143822.8310921.79105mm2 管板开孔后的面积A1An44542圆筒壳壁金属横截面积AssDis3.1416600163.0910mm

Di2d2设管板名义厚度n56mm，换热管伸出管板长度为 换热管有效长度（两管板内侧间距）：

LL02n1.530002561.52885mm

管束模数KtEtna19700092226.0845.96Mpa LDi28853.09104A11.791050.6325 系数A2.83105

壳体不带波形膨胀节时，换热管束与圆筒刚度比：

QEtna19700092226.080.0673 EsAs1970003.09105na92226.080.1162 5A11.7910系数系数系数s0.40.61Q0.40.610.06730.4050 0.632510.4(1)(0.6Q) t1(0.60.0673) 0.6325 0.4(10.1162) 1.5015 换热管受压失稳当量长度lcr=1154mm 2Et21970003.14132.8821 系数CrtReL220换热管回转半径i0.25dd2t0.2538382212.748mm 2222系数lcr/i1154/12.74890.5240

Cr＞lcr/i

tlcr/i2201154/12.748ReL1换热管稳定许用压应力[]1146.66Mpa 1.52Cr1.52132.8821tcr

c.

对于其延长部分兼作法兰的管板，计算Mm，按GB —2011第7章确定Mp，取pt作为法兰计算压力。

垫片接触面宽度N753715/219mm 按GB —2011 表 7-1 计算：

垫片基本密封宽度b0N199.5mm 22b0＞6.4mm，垫片有效密封宽度b2.53b02.539.57.8mm

按GB —2011 中 b）规定，垫片压紧力作用中心圆直径：

DGD42b65327.8637.4mm

按GB —2011 表7-4：

DbDG715637.438.8mm 22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：

垫片压紧力的力臂LGWa3.14DGby3.14637.47.8691.08106N

操作状态下需要的最小螺柱载荷：

2Wp0.785DGpt6.28DGbmpt

2 0.785637.42.6326.28637.47.834 1.2110N

预紧状态下需要的最小螺柱面积Aa6bWpWa1.061064649.12mm2

2281.211065.87103mm2

206332操作状态下需要的最小螺柱面积Aptb需要的螺柱面积Ammax{Aa,Ap}max{4649.12,5.8710}5.8710mm

37基本法兰力矩MmAmLGb5.871038.82285.1910Nmm

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δ、bf、K、k、ks、kh、ω、ω、K、K、Kf和Kf

e. 按Kf和Kf查管板第一弯矩系数m1、系数G2，计算系数ψ 查GB/T 151—

2014图7-12得m1=

~’f’”’f”f~

f. 管板第二弯矩系数m2 按Kf和Q查GB/T 151—2014图7-14 a 得 m2=

g. 对于其延长部分兼作法兰的管板，计算M1、ξ、ΔM、ΔMf，由GB/T 151—2014

图7-15按K和Q查G3。

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h. 计算换热管与壳程圆筒的热膨胀变形差γ和系数c1~c6