广东石油化工学院专科毕业设计：U型管换热器设计
4．2管箱短节、封头厚度计算
根据设计压力0.4MPa，管程设计温度60℃，选取标准椭圆封头，材料选择与筒体材料一样为Q345R，????170MPa。取焊缝系数??0.85，腐蚀裕量
tC2?1.0mm，厚度负偏差C1?0.8mm。
封头计算厚度为
??2?????0.5PtPDi?0.5?600 ?1.63(mm) （4-8）
2?113?0.85?0.5?0.4封头设计厚度
?d???C2?1.63?1.0?3.63(mm) （4-9）
封头名义厚度
?n??d?C1+圆整?3.63?0.8+圆整?4.43+圆整(mm)
（4-10）
对于DN?600mm的封头，要求?n?6mm，综合考虑取?n?8mm。封头有效壁厚
?e??n?C1?C2?8?0.8?1.0?6.2(mm) （4-11）
压力试验在这种情况下一定满足强度要求。
同理，管箱短节选用与封头一样的材料，且取?n?8mm。
4．3 膨胀节的设计
取室温为To=20?C，则筒体和管子的膨胀量之差为：
???as(TS?To)?at(Tt?To)?L（4-12）
?12.55?10?6(70?20)?12.95?10?6(39.9?20)?4.5 =1.7?10?3（m）
壳程与管程压差产生的力：
Q?
???400(Di2?ndo2)Ps??400n(do?2t)2Pt
（4-13）
?3.143.14(0.62?232?0.0252)?0.4?106??232(0.025?2?0.0025)2?0.4?10640040026
第四章 换热器的强度计算
=965 (N)
筒体横截面积
AS??Do2??Di23.14?(0.6162?0.62)??1.49?10?2(m2) （4-14）
44管束横截面积
n?(d22 A0?di)232?3.14?(0.0252?0.022 )t?4?4?4.10?10?2(m2) 由于筒体和管子之间温差产生的力
FtEsEt1??AsAL(A sEs?AtEt) 1.7?10?3??1.49?10?2?4.1?10?2?2.01?1011?2.02?1011 4.5?(1.49?10?2?2.01?1011?4.1?10?2?2.02?1011)
?8314(2N7) 由于壳程和管程的压力作用于筒体上的力
Fs2?QAsEA?A sEstEt965?1.49?10?2?2.01?1011 ?1.49?10?2?2.01?1011?4.1?10?2?2.02?1011 ?25(6N) 由于壳程和管程的压力作用于管子上的力
FQAtEt3?A sEs?AtEt965?4.1?10?2?2.02?1011?1.49?10?2.01?1011?4.1?10?2?2.02?1011 ?709(N)
筒体上产生的应力
?F1?F2A??831427?256s???2??55.8(MPa) s1.49?10?s?55.8MPa????t?170MPa
管子上产生的应力
27 4-15） 4-16）
4-17）
4-18）
4-19） （
（（ （ （
广东石油化工学院专科毕业设计：U型管换热器设计
?t?F1?F3831427?709??20.3MPa?130MPa （4-20） ?2At4.1?10一根管子的横截面积
a???t(d??t)?3.14?2.5?(25?2.5)?176.6mm2?1.766?10?4(（4-21）
由?dl?1.25a可得
l?1.25a?d?1.25?176.63.14?25?2.81(mm) 取l?3.5mm，则管子拉脱力计算
q??ta?dl?20.3?176.63.14?25?3.5?13.05(MPa) 管子于管板采用强度焊+贴胀
t?q?????2?1302?65(MPa) 则q??q?。
综上，因?ts＜???，q??q?，则不需设膨胀节。
4．4换热器受压元件强度计算及校核
管板
管板刚度削弱系数?与?相同，即??0.4。 假定管板厚度 ??40mm。 管子加强系数 K2?1.318DtEtna511.92?E??1.318?.02?105?40977402.01?105?0.4?4420?40 p?L =12.87 则K?3.59。
4.5 换热器强度计算与校核
壳程压力作用下的危险组合
Pt?0，Pc?Ps=0.5MPa
28
4-22）
4-23） 4-24） （（ （第四章 换热器的强度计算 由于设计温差较大应按计入膨胀差计算 变形差
y?at(tt?t0)?as(ts?t0)?12.95?10?6?(39.9?20)?12.55?10?6?(70?20)
??3.7?10?4(?C?1) （4-25）
有效压力组合
?45 Pa??sPs??yEt?4.1?0.5?0.24?(?3.7?10)?2.02?10 （4-26）
??15.M9(Pa )
管板边缘力矩系数
M ?M ?(?M m)M1??2.84?10?3?0.84?3.75?10?3?0.26?10?3
管板边缘剪力系数
???M ?10.37?0.26?10?3?2.73?10?3 管板径向应力系数
? 1(1??)G1(1?2.73?10?3)?0.3?2r?4?Q?G?0.25??1.42?10 22.7?2.5 壳体法兰应力 ??&f??M&Di4Yws?Pa(??)2 f ??.70?10?3)?0.6?(?16.3)?(6004?11.26?(?332)2 =112.4MPa?3???tf?510MPa 壳程圆筒轴向应力 B?As ?c?AB??(1??)Q?GPa 2 ?2826000.6?(1?215273?.9?10?3)2.7?2.5?(?16.3) ??35MPa?3????tc?3?0.85?170=433.5MPa
29
4-27）
4-28） 4-29）
4-30）
4-31）
（ （ （（ （