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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)

( ( (( (