SW6某固定管板换热器强度计算简单计算书.docx
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SW6某固定管板换热器强度计算简单计算书
软件批准号：
CSBTS/TC40/SC5-D01-1999
DATASHEETOFPROCESSEQUIPMENTDESIGN
工程名：
PROJECT
设备位号：
ITEM
设备名称：
EQUIPMENT
图号：
DWGNO。
设计单位：
压力容器专用计算软件
DESIGNER
设计
Designedby
日期
Date
校核
Checkedby
日期
Date
审核
Verifiedby
日期
Date
批准
Approvedby
日期
Date
固定管板换热器设计计算
设计计算条件:
壳程:
管程:
设计压力Ps（MPa）
2.4
设计压力Pt（MPa）
0.6
设计温度ts（℃）
100
设计温度tt（℃）
60
壳程圆筒外径Do（mm）
325
管箱圆筒外径Do（mm）
325
材料名称
20（GB8163）
材料名称
20（GB8163）
前端管箱封头计算
计算所依据的标准
GB150.3-2011
计算条件
计算压力Pc（MPa）
0.60
外径Do（mm）
325.00
设计温度t（℃）
60.00
曲面高度ho（mm）
73.00
材料名称
Q235-B
材料类型
板材
试验温度许用应力（MPa）
116.00
钢板负偏差C1（mm）
0.30
设计温度许用应力t（MPa）
114.50
腐蚀裕量C2（mm）
1.00
焊接接头系数
1.00
压力试验时应力校核
压力试验类型
液压试验
压力试验允许通过的应力
试验压力值PT（MPa）
1.0000
T（Mpa）
211.50
试验压力下封头的
校核条件
TT
周向应力T（MPa）
29.90
校核结果
合格
厚度及重量计算
形状系数K
1.2750
最小厚度min（mm）
3.00
计算厚度h（mm）
1.08
名义厚度nh（mm）
8.00
有效厚度eh（mm）
6.70
重量（kg）
7.75
结论
满足最小厚度要求
压力计算
最大允许工作压力[Pw]（MPa）
3.82974
结论
合格
后端管箱封头计算
计算所依据的标准
GB150.3-2011
计算条件
计算压力Pc（MPa）
0.60
外径Do（mm）
325.00
设计温度t（℃）
60.00
曲面高度ho（mm）
73.00
材料名称
Q235-B
材料类型
板材
试验温度许用应力（MPa）
116.00
钢板负偏差C1（mm）
0.30
设计温度许用应力t（MPa）
114.50
腐蚀裕量C2（mm）
1.00
焊接接头系数
1.00
压力试验时应力校核
压力试验类型
液压试验
压力试验允许通过的应力
试验压力值PT（MPa）
1.0000
T（Mpa）
211.50
试验压力下封头的
校核条件
TT
周向应力T（MPa）
29.90
校核结果
合格
厚度及重量计算
形状系数K
1.2750
最小厚度min（mm）
3.00
计算厚度h（mm）
1.08
名义厚度nh（mm）
8.00
有效厚度eh（mm）
6.70
重量（kg）
7.75
结论
满足最小厚度要求
压力计算
最大允许工作压力[Pw]（MPa）
3.82974
结论
合格
内压圆筒校核
计算所依据的标准
GB150.3-2011
计算条件
计算压力Pc（MPa）
2.40
设计温度t（℃）
100.00
外径Do（mm）
309.00
材料名称
20（GB8163）
材料类型
管材
试验温度许用应力（MPa）
152.00
钢板负偏差C1（mm）
1.20
设计温度许用应力t（MPa）
147.00
腐蚀裕量C2（mm）
1.00
试验温度下屈服点s（MPa）
245.00
焊接接头系数
1.00
厚度及重量计算
计算厚度（mm）
2.50
名义厚度n（mm）
8.00
有效厚度e（mm）
5.80
重量（kg）
68.53
压力试验时应力校核
压力试验类型
液压试验
压力试验允许通过的应力
试验压力值PT（MPa）
3.0000
T=0.90s
220.50
试验压力下圆筒的应力T（MPa）
78.41
校核条件
TT
校核结果
合格
压力及应力计算
最大允许工作压力[Pw]（MPa）
5.62401
设计温度下计算应力t（MPa）
62.73
t
147.00
校核条件
t≥t
结论
合格
开孔补强计算
设计条件
接管:
A1，A2,φ80×10
计算方法:
GB150.3-2011等面积补强法,单孔
计算压力pc（MPa）
0.6
接管焊接接头系数
1
设计温度t（℃）
60
接管腐蚀裕量（mm）
1
壳体型式
椭圆形封头
凸形封头开孔中心至
壳体材料
Q235-B
封头轴线的距离（mm）
名称及类型
板材
接管厚度负偏差C1t（mm）
壳体开孔处焊接接头系数φ
1
接管材料许用应力[σ]t（MPa）
壳体内直径DI（mm）
309
接管材料
20（GB8163）
壳体开孔处名义厚度δn（mm）
8
名称及类型
管材
壳体厚度负偏差C1（mm）
补强圈材料名称
壳体腐蚀裕量C2（mm）
1
补强圈外径（mm）
壳体材料许用应力[σ]t（MPa）
补强圈厚度（mm）
椭圆形封头长短轴之比
2.1164
补强圈厚度负偏差C1r（mm）
接管连接型式
补强圈许用应力[σ]t（MPa）
接管实际外伸长度（mm）
20
凸形封头上接管轴线与封头轴线的
接管实际内伸长度（mm）
0
夹角（°）
开孔补强计算
非圆形开孔长直径（mm）
64.5
开孔长径与短径之比
1
壳体计算厚度δ（mm）
接管计算厚度δt（mm）
补强圈强度削弱系数frr
接管材料强度削弱系数fr
开孔补强计算直径d（mm）
64.5
补强区有效宽度B（mm）
接管有效外伸长度h1（mm）
接管有效内伸长度h2（mm）
开孔削弱所需的补强面积A（mm2）
壳体多余金属面积A1（mm2）
接管多余金属面积A2（mm2）
补强区内的焊缝面积A3（mm2）
A1+A2+A3=（mm2）
补强圈面积A4（mm2）
A-（A1+A2+A3）（mm2）
结论:
根据GB150第6.1.3节的规定,本开孔可不另行补强。
开孔补强计算
设计条件
接管:
B1，B2,φ60×5
计算方法:
GB150.3-2011等面积补强法,单孔
计算压力pc（MPa）
2.4
接管焊接接头系数
1
设计温度t（℃）
100
接管腐蚀裕量（mm）
1
壳体型式
圆形筒体
凸形封头开孔中心至
壳体材料
20（GB8163）
封头轴线的距离（mm）
名称及类型
管材
接管厚度负偏差C1t（mm）
壳体开孔处焊接接头系数φ
1
接管材料许用应力[σ]t（MPa）
壳体内直径DI（mm）
309
接管材料
20（GB8163）
壳体开孔处名义厚度δn（mm）
8
名称及类型
管材
壳体厚度负偏差C1（mm）
补强圈材料名称
壳体腐蚀裕量C2（mm）
1
补强圈外径（mm）
壳体材料许用应力[σ]t（MPa）
补强圈厚度（mm）
接管轴线与筒体表面法线的夹角（°）
0
补强圈厚度负偏差C1r（mm）
接管连接型式
补强圈许用应力[σ]t（MPa）
接管实际外伸长度（mm）
77.5
凸形封头上接管轴线与封头轴线的
接管实际内伸长度（mm）
0
夹角（°）
开孔补强计算
非圆形开孔长直径（mm）
53.25
开孔长径与短径之比
1
壳体计算厚度δ（mm）
接管计算厚度δt（mm）
补强圈强度削弱系数frr
接管材料强度削弱系数fr
开孔补强计算直径d（mm）
53.25
补强区有效宽度B（mm）
接管有效外伸长度h1（mm）
接管有效内伸长度h2（mm）
开孔削弱所需的补强面积A（mm2）
壳体多余金属面积A1（mm2）
接管多余金属面积A2（mm2）
补强区内的焊缝面积A3（mm2）
A1+A2+A3=（mm2）
补强圈面积A4（mm2）
A-（A1+A2+A3）（mm2）
结论:
根据GB150第6.1.3节的规定,本开孔可不另行补强。
延长部分兼作法兰固定式管板
设计计算条件:
壳程圆筒：
设计压力ps（MPa）
2.4
平均温度下热膨胀系数s（1/℃）
1.076e-05
设计温度Ts（℃）
100
壳程圆筒内径DI（mm）
309
平均金属温度ts（℃）
0
壳程圆筒名义厚度s（mm）
5.8
装配温度t0（℃）
15
壳体法兰弹性模量Ef’（MPa）
1.97e+05
材料名称
20（GB8163）
壳程圆筒内直径横截面积A（mm2）
7.499e+04
设计温度下许用应力[]t（MPa）
147
壳程圆筒金属横截面积As（mm2）
5736
平均温度下弹性模量Es（MPa）
2.023e+05
管箱圆筒:
设计压力pt（MPa）
0.6
弹性模量Eh（MPa）
2.01e+05
设计温度Tt（℃）
60
管箱圆筒名义厚度h（mm）
7
材料名称
20（GB8163）
管箱法兰弹性模量Ef”（MPa）
1.99e+05
换热管:
材料名称
BFe10-1-1
管子壁厚t（mm）
0.6
管子平均温度tt（℃）
0
管子根数n
464
设计温度下管子材料许用应力
换热管中心距S（mm）
12
[]tt（MPa）
63
一根管子金属横截面积（mm2）
16.78
设计温度下管子材料屈服应力
管子有效长度（两管板内侧间
st（MPa）
94
距）L（mm）
1152
设计温度下管子材料弹性模量
管束模数Kt
2731
Ett（MPa）
1.21e+05
管子回转半径i
3.154
平均温度下管子材料弹性模量
管子受压失稳当量长度
170
Et（MPa）
1.249e+05
系数Cr
159.4
平均温度下管子材料热膨胀系
比值
53.9
数t
1.153e-05
管子稳定许用压应力[]cr
39.05
管子外径d（mm）
9.5
管板:
材料名称
Q235-B
管板强度削弱系数
0.4
设计温度tp
100
管板刚度削弱系数
0.4
设计温度下许用应力[]rt（MPa）
108
管子加强系数K
4.23
设计温度下弹性模量EP（MPa）
1.97e+05
管板和管子连接型式
胀接，不开槽
管板腐蚀裕量C2（mm）
2
管板和管子胀接（焊接）高度l（mm）
17
管板输入厚度n（mm）
20
许用拉脱应力[q]（MPa）
2
管板计算厚度（mm）
17.7
隔板槽面积（包括拉杆和假管
区面积）Ad（mm2）
0
管箱法兰:
材料名称
Q235-B
法兰宽度bf（mm）
45.5
管箱法兰厚度f”（mm）
20
比值h/Di
0.02265
法兰外径Df（mm）
400
比值f”/Di
0.06472
基本法兰力矩Mm（Nmm）
3.362e+06
系数C”
0.00
管程压力操作工况下法
系数”
0.002577
兰力Mp（MPa）
1.34e+06
旋转刚度Kf”（MPa）
52.39
壳体法兰:
材料名称
Q235-B
系数’
0.001598
壳体法兰厚度f’（mm）
18
旋转刚度Kf’（MPa）
33.61
法兰外径Df（mm）
400
法兰外径与内径之比K
1.294
法兰宽度bf（mm）
45.5
壳体法兰应力系数Y
7.666
比值s/Di
0.01877
旋转刚度无量纲参数
0.009666
比值f’/Di
0.05825
膨胀节总体轴向刚度Kex（N/mm）
0
系数C’
0.00
注：
管板参数计算:
管板开孔后面积A1（mm2）
4.21e+04
管板布管区当量直径Dt（mm）
271.4
管板布管区面积At（mm2）
5.786e+04
系数计算:
管板第一弯矩系数m1
0.3562
管板第二弯矩系数m2
1.884
系数
8.785
系数M1
0.01283
系数G2
2.473
系数G3
0.01426
换热管束与不带膨胀节
法兰力矩折减系数
0.4039
壳体刚度之比Q
0.8376
管板边缘力矩变化系
0.9565
换热管束与带膨胀节壳
法兰力矩变化系数
0.6136
体刚度之比Qex
系数
0.1849
系数=A1/A
0.5614
管板布管区当量直径与
系数s
2.364
壳体内径之比
0.8784
系数t
3.035
管板周边不布管区无量
纲宽度k=K（1-t）
0.5143
仅有壳程压力Ps作用下的工况（Pt=0）:
不计温差应力
计温差应力
换热管与壳程圆筒热膨胀变形差
0.0
-1.155e-05
当量压力组合Pc（MPa）
2.4
2.4
有效压力组合Pa（MPa）
5.673
5.407
基本法兰力矩系数
0.04555
0.04779
管板边缘力矩系数
0.05782
0.06006
管板边缘剪力系数
0.5079
0.5277
管板总弯矩系数m
0.871
0.884
系数G1e
0.2491
0.2529
系数G1i
0.1434
0.1434
系数G1
0.2491
0.2529
管板径向应力系数
0.02837
0.02918
管板布管区周边处径向应力系数
0.07093
0.07294
管板布管区周边处剪切应力系数
0.1139
0.1154
壳体法兰力矩系数
0.01053
0.01143
计算值
许用值
计算值
许用值
管板径向应力r（MPa）
68.86
162
67.48
324
管板布管区周边处径向应力r’（MPa）
84.68
162
83.92
324
管板布管区周边剪切应力P（MPa）
13.91
54
13.43
162
壳体法兰应力f（MPa）
59.49
162
61.58
324
换热管轴向应力t（MPa）
-5.996
[]tt=63
[]cr=39.05
-4.958
3[]tt=189
[]cr=39.05
壳程圆筒轴向应力c（MPa）
18.97
147
18.31
441
换热管与管板连接拉脱应力q（MPa）
0.1982
2
0.1639
2
仅有管程压力Pt作用下的工况（Ps=0）:
不计温差应力
计温差应力
换热管与壳程圆筒热膨胀变形差
0.0
-1.155e-05
当量压力组合Pc（MPa）
-0.7109
-0.7109
有效压力组合Pa（MPa）
-1.821
-2.087
操作情况下法兰力矩系数
-0.05659
-0.04936
管板边缘力矩系数
-0.05659
-0.04936
管板边缘剪力系数
-0.4972
-0.4336
管板总弯矩系数m
-1.155
-0.8138
系数G1e
0.3303
0.2328
系数G1i
1.097
0.8784
系数G1
1.097
0.8784
管板径向应力系数
0.04168
0.03757
管板布管区周边处径向应力系数
-0.03136
-0.02489
管板布管区周边处剪切应力系数
0.03798
0.04278
壳体法兰力矩系数
-0.03569
-0.03277
计算值
许用值
计算值
许用值
管板径向应力r（MPa）
32.46
162
33.55
324
管板布管区周边处径向应力r’（MPa）
28.11
162
28.23
324
管板布管区周边剪切应力P（MPa）
-1.488
54
-1.922
162
壳体法兰探讨应力f（MPa）
64.73
162
68.13
324
换热管轴向应力t（MPa）
4.75
[]tt=63
[]cr=39.05
5.827
3[]tt=189
[]cr=39.05
壳程圆筒轴向应力c（MPa）
5.814
147
5.223
441
换热管与管板连接拉脱应力q（MPa）
0.157
2
0.1927
2
结论
管板名义厚度n（mm）
20
管板校核通过
换热管内压计算
计算条件
设计压力Pc（MPa）
0.60
试验温度许用应力（MPa）
67.00
设计温度t（℃）
100.00
设计温度许用应力t（MPa）
63.00
内径Di（mm）
8.30
钢板负偏差C1（mm）
0.00
材料名称
BFe10-1-1
腐蚀裕量C2（mm）
0.00
材料类型
管材
焊缝接头系数
1.00
厚度及重量计算
计算厚度（mm）
0.04
名义厚度（mm）
0.60
有效厚度（mm）
0.60
重量（kg）
0.18
压力及应力计算
最大允许工作压力[P]（MPa）
8.49438
设计温度下计算应力t（MPa）
4.45
t
63.00
校核条件
t≥t
结论
换热管内压计算合格
换热管外压计算
计算条件
设计压力Pc（MPa）
-2.40
试验温度许用应力（MPa）
67.00
设计温度t（℃）
100.00
设计温度许用应力t（MPa）
63.00
内径Di（mm）
8.30
钢板负偏差C1（mm）
0.00
材料名称
BFe10-1-1
腐蚀裕量C2（mm）
0.00
材料类型
管材
焊缝接头系数
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