过程设备强度计算书

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1、 过 程 设 备 强 度 计 算 书 SW6-98软件批准号：CSBTS/TC40/SC5-D01-1999DATA SHEET OF PROCESS EQUIPMENT DESIGN 工程名 ： PROJECT 设备位号： ITEM 设备名称： 再沸器 EQUIPMENT 图 号： DWG NO。 设计单位： DESIGNER设 计Designed by日期Date校 核Checked by日期Date审 核Verified by 日期Date审 定Approved by日期Date固定管板换热器设计计算 计算单位 设 计 计 算 条 件 壳 程管 程设计压力 6.6MPa设计压力 0.3M

2、Pa设计温度 285设计温度 250壳程圆筒内径 900 mm管箱圆筒内径900mm材料名称16MnR(热轧)材料名称0Cr18Ni9 简 图 计 算 内 容壳程圆筒校核计算前端管箱圆筒校核计算前端管箱封头(平盖)校核计算后端管箱圆筒校核计算后端管箱封头(平盖)校核计算膨胀节校核计算开孔补强设计计算管板校核计算前端管箱筒体计算计算单位计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.30MPa设计温度 t 250.00 C内径 Di 900.00mm材料 0Cr18Ni9 ( 板材 )试验温度许用应力 s 137.00MPa设计温度许用应力 st 122.00MPa试验温度下屈服点 ss 205.00MPa

3、钢板负偏差 C1 0.80mm腐蚀裕量 C2 0.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 1.30mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.20mm名义厚度 dn = 8.00mm重量 197.05Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 0.4211 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 184.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 31.21 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 1.64603MPa设计温度下计算应力

4、 st = = 18.90MPastf 103.70MPa校核条件stf st结论 合格前端管箱封头计算计算单位设 计 条 件简 图计算压力 pc0.300MPa设计温度 t250.0 C设备壳体内径 Di900.0mm螺栓连接平盖型式 No13计算直径 Dc939.7mm径向截面上各开孔直径之和 D0.0mm材料名称0Cr18Ni9许用应力 t90.0MPa中心圆直径 Db1000.0mm螺公称直径 dB20.0mm栓数量 n36个材料名称40MnB垫外径 D外954.0mm内径 D内922.0mmm3.00y69.0MPa片压紧面形状1a,1b材料类型软垫片厚 度 设 计系数 K (取大值

5、)预紧时Am =7436.9 Ab =8456.4W = 0.5( Am + Ab )sb = 1557538.2 0.34操作时W =246080.2 0.35开孔削弱系数 n = 1.00计算厚度p = Dc= 32.24 mm计 算 结 果名义厚度40.0mm校核合格后端管箱筒体计算计算单位计算条件筒体简图计算压力 Pc 0.30MPa设计温度 t 250.00 C内径 Di 900.00mm材料 0Cr18Ni9 ( 板材 )试验温度许用应力 s 137.00MPa设计温度许用应力 st 122.00MPa试验温度下屈服点 ss 205.00MPa钢板负偏差 C1 0.80mm腐蚀裕量

6、 C2 0.00mm焊接接头系数 f 0.85厚度及重量计算计算厚度 d = = 1.30mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 7.20mm名义厚度 dn = 8.00mm重量 95.66Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 0.4211 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 184.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 31.21 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 1.64603MPa设计温度下计算应力 st = = 18.90MPastf

7、103.70MPa校核条件stf st结论 合格后端管箱封头计算计算单位设 计 条 件简 图计算压力 pc0.342MPa设计温度 t250.0 C设备壳体内径 Di900.0mm螺栓连接平盖型式 No13计算直径 Dc939.7mm径向截面上各开孔直径之和 D49.0mm材料名称0Cr18Ni9许用应力 t90.0MPa中心圆直径 Db1000.0mm螺公称直径 dB20.0mm栓数量 n36个材料名称40MnB垫外径 D外954.0mm内径 D内922.0mmm3.00y69.0MPa片压紧面形状1a,1b材料类型软垫片厚 度 设 计系数 K (取大值)预紧时Am =7436.9 Ab =

8、8456.4W = 0.5( Am + Ab )sb = 1557538.2 0.29操作时W =280531.5 0.35开孔削弱系数 n = 0.95计算厚度p = Dc= 35.35 mm计 算 结 果名义厚度40.0mm校核合格壳程圆筒计算计算单位计算条件筒体简图计算压力 Pc 6.62MPa设计温度 t 285.00 C内径 Di 900.00mm材料 16MnR(热轧) ( 板材 )试验温度许用应力 s 163.00MPa设计温度许用应力 st 137.90MPa试验温度下屈服点 ss 325.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1

9、.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 22.15mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 24.00mm名义厚度 dn = 26.00mm重量 1400.62Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 9.7516 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 292.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 187.72 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 7.16364MPa设计温度下计算应力 st = = 127.51MPastf 137.90MPa校核条件

10、stf st结论 筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度9.00mm,合格开孔补强计算计算单位接 管: N1, 12626计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc6.624MPa设计温度285壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(热轧)板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di900mm壳体开孔处名义厚度n26mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t137.9MPa 接管实际外伸长度94mm接管实际内伸长度0mm接管材料16Mn接管焊接接头系数1名称及类型锻件接管腐蚀裕量2m

11、m补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差 C1t 0mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t119.9MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 22.15mm接管计算厚度t2.102 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr0.869开孔直径 d78mm补强区有效宽度 B182 mm接管有效外伸长度 h145.03mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 1866mm2壳体多余金属面积 A1181 mm2接管多余金属面积 A21715mm2补强区内的焊缝面积 A364 m

12、m2A1+A2+A3=1960 mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 补强满足要求,不需另加补强。开孔补强计算计算单位接 管: N2, 8021计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc6.624MPa设计温度285壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型16MnR(热轧)板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di900mm壳体开孔处名义厚度n26mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t137.9MPa 接管实际外伸长度84mm接管实际内伸长度0m

13、m接管材料16Mn接管焊接接头系数1名称及类型锻件接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差 C1t 0mm补强圈厚度负偏差 C1r mm接管材料许用应力t119.9MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 22.15mm接管计算厚度t1.079 mm补强圈强度削弱系数 frr0接管材料强度削弱系数 fr0.869开孔直径 d42mm补强区有效宽度 B136 mm接管有效外伸长度 h129.7mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 1040mm2壳体多余金属面积 A1164.9 mm2

14、接管多余金属面积 A2925.5mm2补强区内的焊缝面积 A364 mm2A1+A2+A3=1154 mm2 ，大于A，不需另加补强。补强圈面积 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2结论: 补强满足要求,不需另加补强。开孔补强计算计算单位接 管 : N4, 5088计 算 方 法 : HG20582-98 压 力 面 积 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc0.3MPa设计温度250壳体型式圆 筒壳体材料名称及类型0Cr18Ni9板材壳体内直径 Di900mm壳体开孔处名义厚度n 8mm壳体厚度负偏差 C0.8mm壳体腐蚀裕量 C0mm壳体材料许用应力t 122MPa接管实际外伸

15、长度140mm接管实际内伸长度0mm接管腐蚀裕量0mm补强圈材料名称接管材料名称及类型0Cr18Ni9板材补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差 C0.8mm补强圈厚度负偏差Cmm接管材料许用应力t122MPa补强圈许用应力tMPa开 孔 补 强 计 算开孔内直径 di493.6 mm壳体补强的有效宽度 b80.82 mm接管有效外伸长度 h175.06 mm接管有效内伸长度 h20 mm有效范围内的压力面积 Ap342336 mm2壳体有效金属面积 A01164 mm2接管有效金属面积 A11196 mm2补强圈有效金属面积 A20 mm2pc Ap102701N(-pc /2)A0+(

16、1-pc /2)A1+(2-pc /2)A2287550 N结论: 补强满足要求。U型膨胀节设计计算计 算 条 件简 图设计内压力6.60MPa设计外压力MPa设计温度 t285.00设 计 要 求 的 循 环 次 数0次波材料16MnR(热轧)纹腐蚀裕量1.00Mm管许用应力137.90MPa直常温下弹性模量2.058e+05MPa边设计温度下弹性模量1.872e+05MPa段设计温度下屈服点221.00MPa下限操作温度下弹性模量Ebc MPa上限操作温度下弹性模量EbH MPa几 何 尺 寸直边段与波纹内径 Db = 900.00mm波长 W = 236.00mm直边段长度 L4 = 2

17、7.00mm波纹管层数 m = 1波高 h = 150.00mm波数 n = 1成型前一层名义厚度 =18.00mm成型前一层有效厚度=17.00mm波纹管直边段平均直径Db +mS =918.00mm加强圈有效厚度 =mm加强圈平均直径 DC =Db +2mS +SC = mm加强圈弹性模量 Ec =MPa加强圈材料加强圈长度LC = mm波纹管平均直径DmDm = Do +h =1086.00mm成型后波纹管一层最小有效厚度SP16.39mm系 数 计 算系数 0.14（当时，取）疲劳寿命的温度修正系数Tf 室温条件下=1修正系数横坐标值0.79右端纵坐标曲线值0.80 系数按查图6-2得

18、：0.56 系数按查图6-3得： 1.68 系数按查图6-4得：2.28注：刚 度 及 位 移 计 算一个波轴向钢度320222.93N/mm总体轴向刚度320222.93N/mm轴向力 FF = 655247.36一个波的轴向位移e=F/K=2.05mm应 力 计 算许 用 值内直边段周向薄膜应力23.80137.90 MPa压加强圈周向薄膜应力sc137.90MPa应力波纹管周向薄膜应力118.72137.90MPa波纹管经向薄膜应力30.21137.90MPa波纹管经向弯曲应力153.73MPa轴 向波纹管经向薄膜应力11.22MPa位移波纹管经向弯曲应力238.35MPa组计算183.

19、94331.50 MPa合计算249.57MPa应力计算所有组合最大值 378.33442.00 MPa疲 劳 寿 命 校 核对于奥氏体不锈钢膨胀节, 当时, 需要进行疲劳校核疲 劳 破 坏 时 的 循 环 次 数 疲劳寿命安全系数( 按GB1511999，nf 15 )许 用 循 环 次 数 校核条件设 计 要 求 的 操 作 循 环 次 数 平面失稳应力= 6.64MPaP=Ps 平面失稳压力校核通过 不带法兰固定式管板计算(b) 设 计 单 位 设 计 计 算 条 件简 图壳程圆筒设计压力Ps6.6MPa设计温度 t285平均金属温度 276装配温度 15材料名称16MnR(热轧)设计温

20、度下许用应力137.9MPa平均金属温度下弹性模量1.879e+05MPa平均金属温度下热膨胀系数1.274e-05mm/mm壳程圆筒内径 900mm壳 程 圆 筒 名 义 厚 度 26mm壳 程 圆 筒 有 效 厚 度 24mm壳程圆筒内直径横截面积 A=0.25 p Di26.362e+05mm2壳程圆筒金属横截面积 As=pds ( DI+dn ) 6.967e+04mm2管箱圆筒设计压力0.3MPa设计温度 250材料名称0Cr18Ni9设计温度下弹性模量1.81e+05MPa管箱圆筒名义厚度8mm管箱圆筒有效厚度7.2mm换热管材料名称00Cr17Ni14Mo2管子平均温度 t230

21、.5设计温度下管子材料许用应力 96.5MPa设计温度下管子材料屈服应力 106.8MPa设计温度下管子材料弹性模量 1.782e+05MPa平均金属温度下管子材料弹性模量 1.822e+05MPa平均金属温度下管子材料热膨胀系数1.735e-05mm/mm管子外径 d45mm管子壁厚2.5mm管子根数 n194换热管中心 S57mm一根管子金属横截面积333.8mm2换热管长度 L 2500mm换热管有效长度(两管板内侧间距) L2388mm换热管管束模数 =5489MPa管子回转半径 15.05mm管子受压失稳当量长度 1192mm系数 Cr =181.5比值 79.16管子稳定许用压应力

22、 () = MPa管子稳定许用压应力 () =41.75MPa管板材料名称0Cr18Ni9设计温度 285设计温度下许用应力 116.4MPa设计温度下弹性模量 1.782e+05MPa管板腐蚀裕量 0mm管板输入厚度 56mm管板计算厚度 29mm隔板槽面积 (包括拉杆和假管区面积)Ad0mm2管板强度削弱系数0.4管板刚度削弱系数0.4管子加强系数 , K =7.953管板和管子连接型式焊接管板和管子胀接(焊接)高度 l4.5mm胀接许用拉脱应力qMPa焊接许用拉脱应力q48.25MPa管箱法兰材料名称 管箱法兰厚度 0mm比值 0.008比值 0系数 (查图25) 0.004842系数

23、(查图26) 9.148e-05旋转刚度 1.38MPa注：壳体法兰材料名称0Cr18Ni9壳体法兰厚度0mm管板延长部分凸缘外直径 Df 0mm管板延长部分凸缘宽度 0mm比值 0.02667比值 0系数(按ds /Di ,df”/Di ) 查图25)0.01614系数 (查图26)w0.001856旋转刚度 29.06MPa系数计算旋转刚度( c型结构 0) 30.44MPa旋转刚度无量纲参数 0.004356膨胀节总体轴向刚度 3.787e+05N/mm管板第一弯矩系数m1,(按K,查图27) 0.5347系数 15.43系数(按查图29) 3.759换热管束与不带膨胀节壳体刚度之 0.

24、9011换热管束与带膨胀节壳体刚度之比 13.95管板第二弯矩系数m2,按K,Q(或Qex)查图28(a)或(b)4.885管板参数管板开孔后面积A- 0.25 n3.276e+05mm2管板布管区面积 (三角形布管) (正方形布管) 5.459e+05mm2管板布管区当量直径 833.7mm系数计算系数 0.515系数 0.1977系数 2.615系数 (带膨胀节时代替Q) 28.72管板布管区当量直径与壳体内径之比 0.9263管板周边不布管区无量纲宽度 k=K 0.5861仅有壳程压力Ps作用下的危险组合工况 (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=(t-t

25、)-(t-t) 0.00.0004154当量压力组合 6.66.6MPa有效压力组合 17.2632.22MPa边界效应压力组合 0.10650.1065MPa边界效应压力组合系数 0.011990.00642 管板边缘力矩系数 0.011990.00642管板边缘剪力系数 0.1850.09909管板总弯矩系数 1.2140.9269系数仅用于 时 0.18310.1399系数 当时,按 K 和 m 查图31(a)实线 当时,按 K 和 m 查图31(b)0.3050.06547系数 0, =, 0, =; 0, =0.085120.07654管板径向应力系数带膨胀节Q为Q =0.00121

26、0.001071管板布管区周边处径向应力系数 =0.0030260.002607管板布管区周边处剪切应力系数 =0.014220.01399计算值许用值 计算值许用值管板径向应力 12.931.5 =174.68.423 =349.2 MPa管板布管区周边处径向应力-7.1071.5 =174.62.7353 =349.2 MPa管板布管区周边剪切应力 -4.5340.5 =58.23.2831.5 =174.6MPa换热管轴向应力 7.204=96.5=41.75-8.8643 =289.5=41.75MPa壳程圆筒轴向应力 0.435=137.94.408=413.7MPa换热管与管板连接拉脱应力 q =3.78q=48.254.6513q焊接q胀接144.8MPa计算结果管板名义厚度56mm管板校核通过17 全 国 化 工 设 备 设 计 技 术 中 心 站