1、齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队1换热器的设计1.1 换热器概述换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多任务业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。换热器随着换热目的的不同，具体可分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器，再沸器和热交换器等。由于使用条件的不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有: 热负荷及流量大小； 流体的性质； 温度、压力及允许压降的范围； 对清洗、维修的要求； 设备结构、材料、尺
2、寸、重量； 价格、使用安全性和寿命；按照换热面积的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其它型式的换热器。其中，管型换热器中的管壳式换热器因制造容易、生产成本低、处理量大、适应高温高压等优点，应用最为广泛。管型换热器主要有以下几种形式：（1）固定管板式换热器：当冷热流体温差不大时，可采用固定管板的结构型式，这种换热器的特点是结构简单，制造成本低。但由于壳程不易清洗或检修，管外物料应是比较清洁、不易结垢的。对于温差较大而壳体承受压力较低时，可在壳体壁上安装膨胀节以减少温差应力。（2）浮头式换热器：两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，称为固定端。另一端管板不与壳体连接而可相对滑动，称为浮头端。
3、因此，管束的热膨胀不受壳体的约束，检修和清洗时只要将整个管束抽出即可。适用于冷热齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队2流体温差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。（3）U形管式换热器换：热效率高，传热面积大。结构较浮头简单，但是管程不易清洗，且每根管流程不同，不均匀。表1-1 换热器特点一览表分类名称 特性刚性结构用于管壳温差较小的情况(一般50C)，管间不能清洗固定管板式 带膨胀节：有一定的温度补偿能力，壳程只能承受较低的压力浮头式管内外均能承受高压，壳层易清洗，管壳两物料温差120；内垫片易渗漏U型管式制造、安装方便，造价较低，管程耐压高；但结构不紧凑、管子不易更换和
4、不易机械清洗内填料函：密封性能差，只能用于压差较小场合填料函式 外填料函：管间容易泄露，不易处理易挥发、易爆易燃及压力较高场合管壳式釜式 壳体上都有个蒸发空间，用于蒸汽与液相分离双套管式结构比较复杂，主要用于高温高压场合或固定床反应器中管式套管式 套管 能逆流操作，用于传热面积较小的冷却器、冷凝器及预热齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队3在过程工业中，由于管壳式换热器具有制造容易，生产成本低，选材范围广，清洗方便，适应性强，处理量大，工作可靠，且能适应高温高压等众多优式 器板式拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性加大的液体间换热螺旋板板制造简单，紧凑，可用于带颗粒物料，温
5、位利用好；不易检修伞板式制造简单、紧凑、成本低、易清洗，使用压力不大于1.2Mpa，使用温度不大于150板式板壳式 板数类似管束，可抽出清洗检查，压力不能太高盘式 传热效率高，用于高温烟气冷却等回旋式鼓式 用于空气预热器等紧凑式适用于低温到高温的各种条件蓄热式固定格室式非紧凑式适用于高温及腐蚀性气体场合板翅式紧凑、效率高。可多股物流同时换热，使用温度不大于150，主要用于粘性加大的液体间换热表面扩展式管翅式 高效而紧凑，换热面积大，传热效果好齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队4点，管壳式换热器被使用最多。工业中使用的换热器超过90%都是管壳式换热器，在工业过程热量传递中是
6、应用最为广泛的一种换热器。结合上述优点和本工艺的特点，本工艺的换热器主要选用管壳式换热器。1.2 管壳式换热器的选用1.2.1 结构参数的确定管径管径越小换热器越紧凑、便宜，但压力降会增加。为了满足允许的压降，一般选用19mm的管子；对于物流流量较大的，采用25mm 以上的管子。管长无相变传热时，管子长则换热系数增加，对于相同的换热面积，管子长则管程数减小，使得压力降减小，每平方米传热面积比降低。我国生产的标准钢管长度为6m，故系列标准中管长有1.5 m，2 m，3 m，6 m和9 m五种。因此，一般管长取4-6m，对大面积，无相变换热器管长可取至89m。管子配布换热管在管板上的排列方式主要有
7、正三角形、正方形和转角正三角形、转角正方形。正三角形排列形式最为普遍，由于管距都相等，可以在同样的管板面积上排列最多的管数。但因管外不易清洗，其适用场合受到限制，主要适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。而采用正方形和转角正方形排列的管束，能够使管间小桥形成一条直线通道，便于管外机械清洗。管心距管心距小设备紧凑，但将引起管板增厚、清洁不便、壳程压降增大。故一般选用范围为 1.251.5d（d为管外径）。表1-2 换热管管心距换热管外径/mm 19 25 32 38换热管中心距/mm 25 32 40 48分程隔板槽两侧相邻管中心距/mm 38 44 52 60齐鲁石化60万吨/年对
8、二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队5管程数管程数增加，管内流速增加，传热系数增加。管程数一般有1、2、4、6、8、10、12等七种。但管程数不能分得太多，以免压力降过大，且隔板要占用相当大的布管面积。折流板折流板可以改变壳程流体的方向，使其垂直于管束流动，提高流速，从而增加流体流动的湍流程度，获得较好的传热效果。折流板型式可分为圆缺形（弓形）折流板、盘环形折流板、孔式折流板和折流圈。表1-3 折流板间距常用数值管长(mm) 折流板间距(mm)3000 10045006000 200 300 450 600 15006000 150 200 300 450 600 6000 200 7500，9
9、000300 450 6007506000 3007500，9000 450 600 75060009000 450 600 7501.3 换热器详细设计本工艺共有41台换热设备（换热器、再沸器、冷凝器、预热器），这里我齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队6们以浮头式换热器（E0602）详细设计为例。热物流经该换热器换热温度降至目标温度，冷却物流为循环冷却水。由Aspen软件得到冷热工艺物流数据：表1-4 工艺操作参数参数操作参数壳程 管程介质 循环冷却水 甲苯回收塔塔底去一级结晶质量流量（Kg/h） 343740.0 84194.9入口温度（） 20.00 138.00出
10、口温度（） 30.00 34.00入口压力（bar） 3.00 2.87出口压力（bar） 2.87 2.7413初步选择换热器的形式后，根据任务要求利用Aspen Exchanger DesignRating V7.2进行模拟计算，模拟出来的换热器工艺参数如图 1-1所示：齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队7图1-1 换热器工艺参数结构设计齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队8利用Aspen Exchanger DesignRating V7.2软件也可以对换热器进行结构设计，模拟出来的结果如下：换热管设计图 1-2 换热管基本参数图 1-3 换热管
11、排列方式换热管为平滑管，外径19mm，壁厚为2mm，管间距为25mm，管长5850mm。换热管根数514根。管子排列方式为正三角形排列。折流板和管口设计折流板的设置主要是为了提高壳程的流速，增加扰动，改善传热。这里选择单弓形折流板，并且圆缺方向的高度为壳体公称直径的0.150.45，折流板齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队9间距一般不小于圆筒内径的1/5。折流板的数目及厚度等基本参数见图1-4 所示图1-4 折流板基本参数折流板数目为6，折流板型式为单弓形，切割率为39.15%。折流板朝向为水平，与进出口间隔（第一块与进口或最后一块与出口端面的距离）为466.48mm，两
12、块板间隔为525.00mm。图1-5 管口基本参数管程进、出口管口各有一个。其中，管程进口管口外径为168.28mm，内径154.05mm；管程出口管口外径168.28mm，内径154.05mm。壳程进、出口管口亦各有一个，壳程进口管口外径为323.85mm，内径304.8mm；壳程出口管口外径273.05mm，内径254.51mm。管束齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队10图1-6 管束基本参数如图为管束信息，主要对管束布置、布置限定、定位杆拉杆和管束布置图进行详细设置。图 1-7 换热器结构尺寸根据JB/T4715-1992固定管板式换热器形式与基本参数和GB151-
13、1999齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队11管壳式换热器对模拟的数据进行圆整，并考虑到热损失等，换热面积有余量，选定换热器的基本参数如下：表1-5 换热器基本参数项目 参数公称直径/mm 800管子规格/mm 192排列方式 正三角形管中心距/mm 25管长/mm 4500公称压力/MPa 0.6换热面积/ 189.8管程数 4壳程数 1折流板间距/mm 600折流板数 6折流板形式 单弓形换热器的机械设计及校核选材由于热流体和冷却水温度都不是太高，冷、热流体腐蚀性不大，故壳体材料选用Q235-B，管子材料选用Q235-B无缝钢管。管板的选择管板用来固定换热管并起着分隔
14、管程和壳程的作用,根据选定的换热器公称直径及操作压力查表可得管板数据，这里选用其默认的管板类型为标准单管板。齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队12表1-6 管板结构数据DN D D1 D2 D3 D4 D5 d2 bf b800 930 890 855 797 842 800 23 38 48管子与管板的连接因为操作压力小于4Mpa，且温度低于300，所以管子与管板的连接采用胀接。管板与壳体的连接管板与壳体的连接采用焊接，,该结构在管板上开槽，壳体嵌入后焊接。壳体对中容易，适用于壳体压力不太高的场合。换热器的校核表 1-7 固定管板式换热器设计计算浮头式换热器筒体设计计算
15、 计算单位 全国化工设备设计技术中心站设计计算条件壳程 管程设计压力 0.4 MPa 设计压力 0.4 MPa设计温度 65 设计温度 170 壳程圆筒内径 800.00 mm 管箱圆筒内径 800.00 mm材料名称 Q235-B 材料名称 Q235-B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)校核计算管板校核计算齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队13表 1-8 前端管箱筒体计算前端管箱筒体计算结果 计算单位 全国化工设备设计技术中心站计算条件 筒体简图计算压力 Pc 0.40 MPa设计温度 t 1
16、70.00 C内径 Di 800.00 mm材料 Q235-B ( 板材 )试验温度许用应力 113.00 MPa设计温度许用应力 t109.80 MPa试验温度下屈服点 s 235.00 MPa钢板负偏差 C1 0.80 mm腐蚀裕量 C2 3.00 mm焊接接头系数 0.85厚度及重量计算计算厚度 = = 1.72PDcit2mm有效厚度 e =n - C1- C2= 8.20 mm名义厚度 n = 12.00 mm重量 100.44 Kg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 = 0.5000 (或由用户输入)t MPa压力试验允许通过的应力水平 T T
17、 0.90 s = 211.50 MPa齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队14试验压力下圆筒的应力T = = 28.99pDie.()2MPa校核条件 T T校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 1.893852eti()DMPa设计温度下计算应力 t = = 19.71cie()2MPat 93.33 MPa校核条件 t t结论 合格表 1-9 前端管箱封头计算前端管箱封头计算结果 计算单位 全国化工设备设计技术中心站计算条件 椭圆封头简图计算压力 Pc 0.40 MPa设计温度 t 170.00 C内径 Di 800.00 mm曲面高度 hi 20
18、0.00 mm材料 Q235-B (板材)试验温度许用应力 113.00 MPa设计温度许用应力 t109.80 MPa齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队15钢板负偏差 C1 0.80 mm腐蚀裕量 C2 3.00 mm焊接接头系数 0.85厚度及重量计算形状系数K = = 1.0000162Dhi计算厚度 = = 1.72Pcitc205.mm有效厚度 e =n - C1- C2= 8.20 mm最小厚度 min = 1.20 mm名义厚度 n = 12.00 mm结论 满足最小厚度要求重量 77.54 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 1.9035120
19、5.teiKDMPa结论 合格表 1-10 后端管箱筒体计算后端管箱筒体计算结果 计算单位 全国化工设备设计技术中心站计算条件 筒体简图计算压力 Pc 0.40 MPa设计温度 t 65.00 C内径 Di 900.00 mm齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队16材料 Q235-B ( 板材 )试验温度许用应力 113.00 MPa设计温度许用应力 t113.00 MPa试验温度下屈服点 s 235.00 MPa钢板负偏差 C1 0.80 mm腐蚀裕量 C2 3.00 mm焊接接头系数 0.85厚度及重量计算计算厚度 = = 1.88PDcit2mm有效厚度 e =n -
20、 C1- C2= 8.20 mm名义厚度 n = 12.00 mm重量 87.44 Kg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 = 0.5000 (或由用户输入)t MPa压力试验允许通过的应力水平 T T 0.90 s = 211.50 MPa试验压力下圆筒的应力T = = 32.58pDie.()2MPa校核条件 T T校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 1.734442eti()DMPa齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队17设计温度下计算应力 t = = 22.15PDcie()2MPat 96.05 MPa校
21、核条件 t t结论 合格表 1-11 后端管箱封头计算后端管箱封头计算结果 计算单位 全国化工设备设计技术中心站计算条件 椭圆封头简图计算压力 Pc 0.40 MPa设计温度 t 65.00 C内径 Di 900.00 mm曲面高度 hi 200.00 mm材料 Q235-B (板材)试验温度许用应力 113.00 MPa设计温度许用应力 t113.00 MPa钢板负偏差 C1 0.80 mm腐蚀裕量 C2 3.00 mm焊接接头系数 0.85厚度及重量计算形状系数K = = 1.1771162Dhi齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队18计算厚度 = = 2.21KPDc
22、itc205.mm有效厚度 e =n - C1- C2= 8.20 mm最小厚度 min = 2.70 mm名义厚度 n = 12.00 mm结论 满足最小厚度要求重量 91.59 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 1.48120205.teiKDMPa结论 合格表 1-12 筒体计算浮头式换热器筒体计算结果 计算单位 全国化工设备设计技术中心站计算条件 筒体简图计算压力 Pc 0.40 MPa设计温度 t 65.00 Cmm内径 Di 800.00 mm材料 Q235-B ( 板材 )试验温度许用应力 113.00 MPa设计温度许用应力 t113.00 MPa试验温度下屈服点
23、 s 235.00 MPa钢板负偏差 C1 0.80 mm腐蚀裕量 C2 3.00 mm焊接接头系数 0.85齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队19厚度及重量计算计算厚度 = = 1.67PDcit2mm有效厚度 e =n - C1- C2= 8.20 mm名义厚度 n = 12.00 mm重量 1081.33 Kg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 = 0.5000 (或由用户输入)t MPa压力试验允许通过的应力水平 T T 0.90 s = 211.50 MPa试验压力下圆筒的应力T = = 28.99pDie.()2MPa校核
24、条件 T T校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 1.949052eti()DMPa设计温度下计算应力 t = = 19.71cie2 MPat 96.05 MPa校核条件 t t结论 合格齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队20表1-13 筒体法兰计算筒体法兰计算结果 计算单位 全国化工设备设计技术中心站设 计 条 件 简 图设计压力 p 0.400 MPa计算压力 pc 0.400 MPa设计温度 t 65.0 C轴向外载荷 F 0.0 N外力矩 M 0.0 N.mm壳 材料名称 Q235-B体 许用应力 nt113.0 MPa法 材料名称 16Mn
25、许用f 150.0 MPa兰 应力tf 150.0 MPa材料名称 40MnB螺 许用b 196.0 MPa应力tb 184.8 MPa栓 公称直径 d B 20.0 mm螺栓根径 d 1 17.3 mm数量 n 28 个Di 800.0 Do950.0垫结构尺寸 Db 907.0D外878.0D内855.0 0 14.0mm Le 21.5LA26.5 h 13.0 1 27.0材料类型金属垫片 N 11.5 m 3.00 y(MPa) 25.5压紧面形状 1a,1b b 5.75 DG 866.5片 b06.4mm b= b0 b06.4mm DG= ( D外 +D内 )/2齐鲁石化60万
26、吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队21b0 6.4mm b=2.53 0b0 6.4mm DG= D外 - 2b螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷 Wa Wa= bD G y = 399140.8 N操作状态下需要的最小螺栓载荷 WpWp = Fp + F = 273443.8 N所需螺栓总截面积 Am Am = max (Ap ,Aa ) = 2036.4 mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 6577.2214dnmm2力 矩 计 算操FD = 0.785 pci2= 200960.0NLD= L A+ 0.5 1= 40.0mmMD= FD LD= 803
27、8400.0 N.mm作FG = Fp= 37547.2 NLG= 0.5 ( Db - DG )= 20.2mmMG= FG LG= 760330.4 N.mmMpFT = F-FD= 34798.2 NLT=0.5(LA + 1 + LG )= 36.9mmMT= FT LT= 1283183.2 N.mm外压: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 内压: Mp = MD+MG+MT Mp = 10081914.0N.mm预紧 MaW = 844132.2N LG = 20.2 mmMa=W LG = 17093678.0N.mm计算力矩 Mo= Mp 与 Maf
28、t/f中大者 Mo = 17093678.0 N.mm齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队22螺 栓 间 距 校 核实际间距 = 90.5nDLbmm最小间距 46.0 (查GB150-98表9-3)min mm最大间距 122.3ax mm形 状 常 数 确 定98.99hD0i0h/ho = 0.1 K = Do/DI = 1.214 1.910由 K查表9-5得 T=1.844 Z =5.876 Y =11.389 U=12.515整体法兰查图9-3和图9-4FI=0.90090 VI=0.42312 0.00851eFhI0松式法兰查图9-5和图9-6FL=0.00
29、000 VL=0.00000 0.00000L0查图9-7由 1/o 得f = 2.91134整体法兰 21oIhUd= 613524.1松式法兰 21oLhVd= 0.00.2f13d= f e+1 =1.44 = /T= 0.761.54134ef= 0.94剪应力校核 计 算 值 许 用 值 结 论预紧状态 0.00lDWi1MPa n8.01操作状态 0.00lip2MPa t.2输入法兰厚度 f = 48.0 mm时, 法兰应力校核应力性质 计 算 值 许 用 值 结 论齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队23轴向应力90.38i21oHDfMMPa=225.0
30、或15.ft=282.5( 按 整 体 法2.nt兰 设 计 的 任 意 式 法 兰 , 取 )15.nt 校核合格径向应力15.17i2f0R)3.(eMPa = 150.0ft校核合格切向应力 16.45T0fiRMYDZ2 MPa = 150.0ft校核合格综合应力)(5.),(.maxTH= 53.42 MPa = 150.0ft校核合格法兰校核结果 校核合格表1-14后端筒体法兰计算后端筒体法兰计算结果 计算单位 全国化工设备设计技术中心站设 计 条 件 简 图设计压力 p 0.400 MPa计算压力 pc 0.400 MPa设计温度 t 65.0 C齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目
31、西安科技大学乘风破浪团队24轴向外载荷 F 0.0 N外力矩 M 0.0 N.mm壳 材料名称 Q235-B体 许用应力 nt113.0 MPa法 材料名称 16Mn许用f 150.0 MPa兰 应力tf 150.0 MPa材料名称 40MnB螺 许用b 196.0 MPa应力tb 184.8 MPa栓 公称直径 d B 20.0 mm螺栓根径 d 1 17.3 mm数量 n 28 个Di 800.0 Do 1050.0垫结构尺寸 Db 1007.0D外 978.0 D内 950.0 0 8.0mm Le 21.5 LA 34.5 h 30.0 1 69.0材料类型 软垫片 N 14.0 m
32、3.00 y(MPa) 52.4压紧面形状 1a,1b b 6.69 DG 964.6片 b06.4mm b= b0 b06.4mm DG= ( D外 +D内 )/2b0 6.4mm b=2.53 b0 6.4mm DG= D外 - 2b螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷 Wa Wa= bD G y = 1062926.5 N操作状态下需要的最小螺栓载荷 WpWp = Fp + F = 341001.5 N所需螺栓总截面积 Am Am = max (Ap ,Aa ) = 5423.1 mm2齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队25实际使用螺栓总截面积 Ab
33、Ab = = 6577.2214dnmm2力 矩 计 算操FD = 0.785 pci2= 200960.0NLD= L A+ 0.5 1= 69.0 mmMD= FD LD= 13866240.0 N.mm作FG = Fp= 48659.0 NLG= 0.5 ( Db - DG )= 21.2mmMG= FG LG= 1031267.3 N.mmMpFT = F-FD= 91209.9 NLT=0.5(LA + 1 + LG )= 62.3mmMT= FT LT= 5686650.0 N.mm外压: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 内压: Mp = MD+MG+
34、MT Mp = 20584158.0N.mm预紧 MaW = 1176025.0 N LG = 21.2 mmMa=W LG = 24924388.0N.mm计算力矩 Mo= Mp 与 Maft/f中大者 Mo = 24924388.0 N.mm螺 栓 间 距 校 核实际间距 = 113.0nDLbmm最小间距 46.0 (查GB150-98表9-3)min mm最大间距 122.3ax mm形 状 常 数 确 定74.83hD0i0h/ho = 0.4 K = Do/DI = 1.312 8.610齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队26由 K查表9-5得 T=1.792
35、 Z =3.768 Y =7.289 U=8.010整体法兰查图9-3和图9-4FI=0.81583 VI=0.08833 0.01020eFhI0松式法兰查图9-5和图9-6FL=0.00000 VL=0.00000 0.00000L0查图9-7由 1/o 得f = 35.17656整体法兰 21oIhUd= 464289.0松式法兰 21oLhVd= 0.00.2f13d= f e+1 =1.51 = /T= 0.831.65134ef= 1.07剪应力校核 计 算 值 许 用 值 结 论预紧状态 0.00lDWi1MPa n8.01操作状态 0.00lip2MPa t.2输入法兰厚度 f
36、 = 48.0 mm时, 法兰应力校核应力性质 计 算 值 许 用 值 结 论轴向应力213.13i21oHDfMMPa=225.0 或15.ft=282.5( 按 整 体2.nt法 兰 设 计 的 任 意 式 法 兰 , 取 )15.nt 校核合格径向应力20.90i2f0R)3.(eMPa = 150.0ft校核合格齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队27切向应力 19.83T0fiRMYDZ2 MPa = 150.0ft校核合格综合应力)(5.),(.maxTH= 117.01 MPa = 150.0ft校核合格法兰校核结果 校核合格表1-15前端管箱法兰计算前端管箱
37、法兰计算结果 计算单位 全国化工设备设计技术中心站设 计 条 件 简 图设计压力 p 0.400 MPa计算压力 pc 0.400 MPa设计温度 t 170.0 C轴向外载荷 F 0.0 N外力矩 M 0.0 N.mm壳 材料名称 Q235-B体 许用应力 nt109.8 MPa法 材料名称 16Mn许用f 150.0 MPa兰 应力tf 142.2 MPa材料名称 40MnB螺 许用b 196.0 MPa应力tb 168.6 MPa栓 公称直径 d B 20.0 mm螺栓根径 d 1 17.3 mm数量 n 28 个Di 800.0 Do 950.0垫 结构尺寸 Db 907.0 D外 8
38、78.0 D内 850.0 0 14.0齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队28mm Le 21.5 LA 26.5 h 13.0 1 27.0材料类型 软垫片 N 14.0 m 3.00 y(MPa) 25.5压紧面形状 1a,1b b 6.69 DG 864.6片 b06.4mm b= b0 b06.4mm DG= ( D外 +D内 )/2b0 6.4mm b=2.53 b0 6.4mm DG= D外 - 2b螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷 Wa Wa= bD G y = 463639.8 N操作状态下需要的最小螺栓载荷 WpWp = Fp + F
39、= 278487.8 N所需螺栓总截面积 Am Am = max (Ap ,Aa ) = 2365.5 mm2实际使用螺栓总截面积 Ab Ab = = 6577.2214dnmm2力 矩 计 算操FD = 0.785 pci2= 200960.0NLD= L A+ 0.5 1= 40.0 mmMD= FD LD= 8038400.0 N.mm作FG = Fp= 43614.6 NLG= 0.5 ( Db - DG )= 21.2mmMG= FG LG= 924357.3 N.mmMpFT = F-FD= 33772.2 NLT=0.5(LA + 1 + LG )= 37.3mmMT= FT L
40、T= 1261286.0 N.mm外压: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 内压: Mp = MD+MG+MT Mp = 10224043.0N.mm预紧 W = 876381.8 N LG = 21.2 mm Ma=W LG = 18573820.0N.mm齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队29Ma计算力矩 Mo= Mp 与 Maft/f中大者 Mo = 17607980.0 N.mm螺 栓 间 距 校 核实际间距 = 101.8nDLbmm最小间距 46.0 (查GB150-98表9-3)min mm最大间距 122.3ax mm形 状 常
41、 数 确 定105.83hD0i0h/ho = 0.1 K = Do/DI = 1.188 1.910由 K查表9-5得 T=1.844 Z =5.876 Y =11.389 U=12.515整体法兰查图9-3和图9-4FI=0.90090 VI=0.423120.008eFhI051松式法兰查图9-5和图9-6FL=0.00000 VL=0.000000.000eL000查图9-7由 1/o 得f = 2.91134整体法兰 21oIhUd= 613524.1松式法兰 21oLhd= 0.00.2f13d= f e+1 =1.44 = /T= 0.761.54134ef= 0.94剪应力校核
42、 计 算 值 许 用 值 结 论预紧状态 0.00lDWi1MPa n8.01操作状态 0.00lip2MPa t.2齐鲁石化60万吨/年对二甲苯项目西安科技大学乘风破浪团队30输入法兰厚度 f = 48.0 mm时, 法兰应力校核应力性质 计 算 值 许 用 值 结 论轴向应力93.10i21oHDfMMPa=213.3 或15.ft=274.5( 按 整 体 法2.nt兰 设 计 的 任 意 式 法 兰 , 取)15.nt 校核合格径向应力15.63i2f0R)13.(eMPa = 142.2ft校核合格切向应力 16.95T0fiRMYDZ2 MPa = 142.2ft校核合格综合应力)(5.),(.maxTH= 55.02MPa = 142.2ft校核合格法兰校核结果 校核合格表1-16后端管箱法兰计算
