SW某固定管板换热器强度计算

焊接接头系数
厚度及重量计算
形状系数
K= =
计算厚度
= =
mm
有效厚度
e=n-C1- C2=
mm
最小厚度
min=
mm
名义厚度
n=
mm
结论
满足最小厚度要求
重量
Kg
压力计算
最大允许工作压力
[Pw]= =
MPa
结论
合格
后端管箱筒体计算
计算单位
辽宁石油化工大学
计算条件
筒体简图
计算压力Pc
MPa
设计温度t
C
内径Di
MPa
压力试验允许通过
的应力水平T
T0.90s=
MPa
试验压力下
圆筒的应力
T= =
MPa
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
设计温度下计算应力
t= =
MPa
t
MPa
校核条件
t≥t
结论
筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度6.00mm,合格
后端管箱封头计算
旋转刚度
MPa
材料名称
壳
壳体法兰厚度
mm
法兰外径
管板和管子连接型式
管板和管子胀接(焊接)高度l
mm
胀接许用拉脱应力[q]
MPa
焊接许用拉脱应力[q]
MPa
管
材料名称
管箱法兰厚度
mm
法兰外径
mm
箱
基本法兰力矩
Nmm
管程压力操作工况下法兰力
Nmm
法兰宽度

确定了换热器的结构及尺寸以后，必须对换热器的所有受压元件进行强度计算。

因为管壳式换热器一般用于压力介质的工况，所以换热器的壳体大多为压力容器，必须按照压力容器的标准进行计算和设计，对于钢制的换热器，我国一般按照GB150<<钢制压力容器>>标准进行设计，或者美国ASME标准进行设计。

对于其它一些受压元件，例如管板、折流板等，可以按照我国的GB151<<管壳式换热器>>或者美国TEMA标准进行设计。

对于其它材料的换热器，例如钛材、铜材等应按照相应的标准进行设计。

下面提供一氮气冷却器的受压元件强度计算，以供参考。

该换热器为U形管式换热器，壳体直径500mm，管程设计压力3.8MPa，壳程设计压力0.6MPa。

详细强度计算如下：1.壳程筒体强度计算2. 前端管箱筒体强度计算3. 前端管箱封头强度计算4. 后端壳程封头强度计算5.管板强度计算6. 管程设备法兰强度计算7. 接管开孔补强计算氮气冷却器(U形管式换热器)筒体计算计算条件筒体简图计算压力P c0.60MPa设计温度 t100.00︒ C内径D i500.00mm材料16MnR(热轧) ( 板材)试验温度许用应力[σ]170.00MPa设计温度许用应力[σ]t170.00MPa试验温度下屈服点σs345.00MPa钢板负偏差C10.00mm腐蚀裕量C2 1.00mm焊接接头系数φ0.85厚度及重量计算计算厚度δ == 1.04mm有效厚度δe =δn- C1- C2= 7.00mm名义厚度δn= 8.00mm 重量481.06Kg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 = 0.7500MPa压力试验允许通过的应力水平[σ]T[σ]T≤0.90 σs = 310.50MPa 试验压力下圆筒的应力σT = = 31.95MPa校核条件σT≤[σ]T校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力[P w]= = 3.99014MPa 设计温度下计算应力σt = = 21.73MPa[σ]tφ144.50MPa 校核条件[σ]tφ≥σt结论合格氮气冷却器前端管箱筒体计算计算条件筒体简图计算压力P c 3.80MPa设计温度 t100.00︒ C内径D i500.00mm材料0Cr18Ni9 ( 板材)试验温度许用应力[σ]137.00MPa设计温度许用应力[σ]t137.00MPa试验温度下屈服点σs205.00MPa钢板负偏差C10.80mm腐蚀裕量C20.00mm焊接接头系数φ0.85厚度及重量计算计算厚度δ == 8.29mm有效厚度δe =δn- C1- C2= 11.20mm名义厚度δn= 12.00mm 重量75.76Kg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 = 4.7500MPa压力试验允许通过的应力水平[σ]T[σ]T≤0.90 σs = 184.50MPa 试验压力下圆筒的应力σT = = 127.53MPa校核条件σT≤[σ]T校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力[P w]= = 5.10266MPa 设计温度下计算应力σt = = 86.72MPa[σ]tφ116.45MPa 校核条件[σ]tφ≥σt结论合格氮气冷却器前端管箱封头计算计算条件椭圆封头简图计算压力P c 3.80MPa设计温度 t100.00︒ C内径D i500.00mm曲面高度h i125.00mm材料0Cr18Ni9 (板材)试验温度许用应力[σ]137.00MPa设计温度许用应力[σ]t137.00MPa钢板负偏差C10.80mm腐蚀裕量C20.00mm焊接接头系数φ 1.00厚度及重量计算形状系数K = = 1.0000计算厚度δ = = 6.98mm有效厚度δe =δn- C1- C2= 11.20mm最小厚度δmin= 0.75mm名义厚度δn= 12.00mm 结论满足最小厚度要求重量32.23Kg压力计算最大允许工作压力[P w]= = 6.06962MPa 结论合格氮气冷却器后端壳程封头计算计算条件椭圆封头简图计算压力P c0.60MPa设计温度 t100.00︒ C内径D i500.00mm曲面高度h i125.00mm材料16MnR(热轧) (板材)试验温度许用应力[σ]170.00MPa设计温度许用应力[σ]t170.00MPa钢板负偏差C10.00mm腐蚀裕量C2 2.00mm焊接接头系数φ 1.00厚度及重量计算形状系数K = = 1.0000计算厚度δ = = 0.88mm有效厚度δe =δn- C1- C2= 6.00mm最小厚度δmin= 0.75mm名义厚度δn= 8.00mm 结论满足最小厚度要求重量19.61Kg压力计算最大允许工作压力[P w]= = 4.05567MPa 结论合格氮气冷却器管板计算设计条件0.60MPa壳程设计压力3.80MPa管程设计压力100.00︒ C壳程设计温度100.00︒ C管程设计温度8.00mm壳程筒体壁厚12.00mm管程筒体壁厚壳程筒体腐蚀裕量C 1.00mm管程筒体腐蚀裕量 C0.00mm500.00mm换热器公称直径换热管使用场合一般场合管板与法兰或圆筒连接方式 ( a b c d 型 ) a型换热管与管板连接方式 ( 胀接或焊接 ) 焊接材料(名称及类型) 0Cr18Ni970.00mm名义厚度管强度削弱系数0.40刚度削弱系数0.40材料泊松比0.30210.00mm2隔板槽面积换热管与管板胀接长度或焊脚高度l 3.50mm191000.00MPa 设计温度下管板材料弹性模量137.00MPa 设计温度下管板材料许用应力68.50MPa许用拉脱力壳程侧结构槽深h10.00mm 板管程侧隔板槽深h2 4.00mm0.00mm壳程腐蚀裕量0.00mm管程腐蚀裕量材料名称0Cr18Ni9换管子外径d19.00mm2.00mm热管子壁厚管U型管根数n138根换热管中心距 S25.00mm137.00MPa 设计温度下换热管材料许用应力垫片材料软垫片压紧面形式1a或1b垫垫片外径D o565.00mm 片垫片内径D i515.00mm a型垫片厚度δg mm 垫片接触面宽度Ωmm垫片压紧力作用中心园直径D G547.11mm 管板材料弹性模量0.00MPa ( c 型 )管板材料弹性模量0.00MPa ( d 型 )( b d 型 )管箱圆筒材料弹性模量0.00MPa ( b c 型 )壳程圆筒材料弹性模量0.00MPa ( c d 型 )管板延长部分形成的凸缘宽度0.00mm ( c 型）壳体法兰或凸缘厚度0.00mm ( d 型 )管箱法兰或凸缘厚度0.00mm参数计算管板布管区面积三角形排列正方形排列一根换热管管壁金属横截面积= 106.81mm2管板开孔前抗弯刚度b c d 型0.00N·mm 管板布管区当量直径436.43mma 型其他系数0.80系数按和查图得 : = 0.000000系数按和查图得 : = 0.000000a d 型= 0b c型0.00a ,c 型= 0b ,d 型0.00a 型= 0其他0.00旋转刚度无量刚系数0.00系数0.2696按和0.07130.0000管板厚度或管板应力计算a管板计算厚度取、大值61.345mm型管板名义厚度66.000mm管板中心处径向应力= 0MPa = 0MPab c d 布管区周边处径向应力= 0MPa型= 0MPa 边缘处径向应力= 0MPa = 0MPa管板应力校核单位：MPa|σr|r=0=b工况|σr |r=Rt=c|σr|r=R=d|σr|r=0=型工况|σr|r=Rt=|σr|r=R=换热管轴向应力计算及校核: MPa (单位)计算工况计算公式计算结果校核只有壳程设计压力, 管程设计压力=0 : |-1.59|≤合格只有管程设计压力,壳程设计压力=0 : =|6.29|≤合格壳程设计压力,管程设计压力同时作用: |4.69|≤合格换热管与管板连接拉脱力校核拉脱力q3.21 ≤[q]MPa校核合格重量64.89Kg氮气冷却器管箱法兰强度计算设计条件简图设计压力 p 3.800 MPa计算压力 pc 3.800 MPa设计温度 t 100.0 ° C轴向外载荷 F 0.0 N外力矩 M 0.0 N.mm壳材料名称0Cr18Ni9体许用应力137.0 MPa法材料名称#许用[s ]f 137.0 MPa兰应力[s ]tf 137.0 MPa材料名称40Cr螺许用[s ]b 212.0 MPa应力[s ]tb 189.0 MPa栓公称直径 d B 24.0 mm螺栓根径 d 1 20.8 mm数量 n 24 个Di 500.0 Do 660.0垫结构尺寸Db 615.0 D外565.0 D内515.0 δ0 16.0 mm Le 22.5 LA 31.5 h 35.0 δ1 26.0 材料类型软垫片N 25.0 m 2.00 y 11.0 压紧面形状1a,1b b 8.94 DG 547.1 片b0≤6.4mm b= b0 b0≤6.4mm DG= ( D外+D内 )/2b0 > 6.4mm b=2.53b0 > 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= πbDG y = 169119.0 N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 1127044.1N所需螺栓总截面积 Am Am = max (Ap ,Aa ) = 5963.2 mm2 实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 8117.5mm2力矩计算操FD = 0.785pc= 745750.0 N LD= L A+ 0.5δ1= 44.5mm MD= FD LD= 33185876.0N.mm作FG = Fp= 233573.5 N LG= 0.5 ( Db - DG )= 33.9mm MG= FG LG= 7928625.5N.mmMp FT = F-FD= 147150.2 N LT=0.5(LA + d 1 + LG )= 45.7mm MT= FT LT= 6728066.0N.mm外压: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 内压: Mp = MD+MG+MT Mp = 47842568.0 N.mm 预紧MaW = 1492550.6 N LG = 33.9 mm Ma=W LG = 50664460.0 N.mm 计算力矩 Mo= Mp 与中大者 Mo=50664460.0N.mm螺栓间距校核实际间距= 80.5mm最小间距56.0 (查GB150-98表9-3)mm最大间距158.4mm形状常数确定89.44 h/ho = 0.4 K = Do/DI = 1.3201.6由K查表9-5得T=1.789 Z =3.694 Y =7.145 U=7.851整体法兰查图9-3和图9-4 FI=0.85944 VI=0.31415 0.00961 松式法兰查图9-5和图9-6 FL=0.00000 VL=0.00000 0.00000 查图9-7 f = 1.06578整体法兰 = 松式法兰 = 0.2由得572246.8 0.0ψ=δf e+1 =1.44 g = y /T = =0.811.59= 0.98 剪应力校核计算值许用值结论预紧状态0.00MPa操作状态0.00MPa输入法兰厚度δf = 46.0 mm时, 法兰应力校核应力性质计算值许用值结论轴向应力158.57MPa=205.5 或=342.5( 按整体法兰设计的任意式法兰, 取 )校核合格径向应力77.96MPa= 137.0校核合格切向应力54.14MPa= 137.0校核合格综合应力= 118.27MPa= 137.0校核合格法兰校核结果校核合格氮气冷却器开孔补强计算接管: a,φ219×16计算方法 : GB150-1998 等面积补强法, 单孔设计条件简图计算压力p c 3.8MPa设计温度100℃壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型0Cr18Ni9 板材壳体开孔处焊接接头系数φ0.85壳体内直径D i500mm壳体开孔处名义厚度δn12mm壳体厚度负偏差 C10.8mm壳体腐蚀裕量C20mm壳体材料许用应力[σ]t137MPa接管实际外伸长度100mm接管实际内伸长度0mm 接管材料0Cr18Ni9接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量0mm 补强圈材料名称补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差C1t2mm 补强圈厚度负偏差C1r mm 接管材料许用应力[σ]t137MPa 补强圈许用应力[σ]t MPa开孔补强计算壳体计算厚度δ8.293mm 接管计算厚度δt 2.63mm 补强圈强度削弱系数f rr0接管材料强度削弱系数f r1开孔直径d191mm 补强区有效宽度B382mm 接管有效外伸长度h155.28mm 接管有效内伸长度h20mm 开孔削弱所需的补强面积A1584mm2壳体多余金属面积A1555.2mm2接管多余金属面积A21257mm2补强区内的焊缝面积A364mm2A1+A2+A3=1876 mm2 ，大于A，不需另加补强。

换热器强度计算书
换热器强度计算书是一份重要的技术文件，用于评估换热器在设计条件下的结构强度和安全性。

以下是一个简要的换热器强度计算书的示例，供参考：
1. 换热器概述
对换热器的类型、设计条件、主要结构和材料进行描述。

2. 设计规范和标准
列出计算所依据的相关设计规范和标准。

3. 载荷分析
分析换热器在正常操作、停车、检修等不同工况下所承受的载荷，包括压力、温度、重量等。

4. 强度计算
根据载荷分析的结果，采用适当的计算方法（如压力容器设计规范中的计算公式）对换热器的各个部件进行强度计算，包括壳体、封头、接管、法兰等。

5. 结果评估
对强度计算的结果进行评估，判断是否满足设计规范和标准的要求。

如有不满足的情况，提出相应的改进措施。

6. 结论
总结强度计算的结果，明确换热器在设计条件下的结构强度是否满足要求。

7. 附录
包括计算所使用的主要公式、计算过程中的中间结果、材料性能数据等。

需要注意的是，这只是一个示例，实际的换热器强度计算书应根据具体的设计条件和要求进行编制，并由专业的工程师进行审核和签署。

确定了换热器的结构及尺寸以后，必须对换热器的所有受压元件进行强度计算。

因为管壳式换热器一般用于压力介质的工况，所以换热器的壳体大多为压力容器，必须按照压力容器的标准进行计算和设计，对于钢制的换热器，我国一般按照GB150<<钢制压力容器>>标准进行设计，或者美国ASME标准进行设计。

对于其它一些受压元件，例如管板、折流板等，可以按照我国的GB151<<管壳式换热器>>或者美国TEMA标准进行设计。

对于其它材料的换热器，例如钛材、铜材等应按照相应的标准进行设计。

下面提供一氮气冷却器的受压元件强度计算，以供参考。

该换热器为U形管式换热器，壳体直径500mm，管程设计压力3.8MPa，壳程设计压力0.6MPa。

详细强度计算如下：1.壳程筒体强度计算2. 前端管箱筒体强度计算3. 前端管箱封头强度计算4. 后端壳程封头强度计算5.管板强度计算6. 管程设备法兰强度计算7. 接管开孔补强计算氮气冷却器(U形管式换热器)筒体计算计算条件筒体简图计算压力P c0.60MPa设计温度 t100.00︒ C内径D i500.00mm材料16MnR(热轧) ( 板材)试验温度许用应力[σ]170.00MPa设计温度许用应力[σ]t170.00MPa试验温度下屈服点σs345.00MPa钢板负偏差C10.00mm腐蚀裕量C2 1.00mm焊接接头系数φ0.85厚度及重量计算计算厚度δ == 1.04mm有效厚度δe =δn- C1- C2= 7.00mm名义厚度δn= 8.00mm 重量481.06Kg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 = 0.7500MPa压力试验允许通过的应力水平[σ]T[σ]T≤0.90 σs = 310.50MPa 试验压力下圆筒的应力σT = = 31.95MPa校核条件σT≤[σ]T校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力[P w]= = 3.99014MPa 设计温度下计算应力σt = = 21.73MPa[σ]tφ144.50MPa 校核条件[σ]tφ≥σt结论合格氮气冷却器前端管箱筒体计算计算条件筒体简图计算压力P c 3.80MPa设计温度 t100.00︒ C内径D i500.00mm材料0Cr18Ni9 ( 板材)试验温度许用应力[σ]137.00MPa设计温度许用应力[σ]t137.00MPa试验温度下屈服点σs205.00MPa钢板负偏差C10.80mm腐蚀裕量C20.00mm焊接接头系数φ0.85厚度及重量计算计算厚度δ == 8.29mm有效厚度δe =δn- C1- C2= 11.20mm名义厚度δn= 12.00mm 重量75.76Kg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 = 4.7500MPa压力试验允许通过的应力水平[σ]T[σ]T≤0.90 σs = 184.50MPa 试验压力下圆筒的应力σT = = 127.53MPa校核条件σT≤[σ]T校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力[P w]= = 5.10266MPa 设计温度下计算应力σt = = 86.72MPa[σ]tφ116.45MPa 校核条件[σ]tφ≥σt结论合格氮气冷却器前端管箱封头计算计算条件椭圆封头简图计算压力P c 3.80MPa设计温度 t100.00︒ C内径D i500.00mm曲面高度h i125.00mm材料0Cr18Ni9 (板材)试验温度许用应力[σ]137.00MPa设计温度许用应力[σ]t137.00MPa钢板负偏差C10.80mm腐蚀裕量C20.00mm焊接接头系数φ 1.00厚度及重量计算形状系数K = = 1.0000计算厚度δ = = 6.98mm有效厚度δe =δn- C1- C2= 11.20mm最小厚度δmin= 0.75mm名义厚度δn= 12.00mm 结论满足最小厚度要求重量32.23Kg压力计算最大允许工作压力[P w]= = 6.06962MPa 结论合格氮气冷却器后端壳程封头计算计算条件椭圆封头简图计算压力P c0.60MPa设计温度 t100.00︒ C内径D i500.00mm曲面高度h i125.00mm材料16MnR(热轧) (板材)试验温度许用应力[σ]170.00MPa设计温度许用应力[σ]t170.00MPa钢板负偏差C10.00mm腐蚀裕量C2 2.00mm焊接接头系数φ 1.00厚度及重量计算形状系数K = = 1.0000计算厚度δ = = 0.88mm有效厚度δe =δn- C1- C2= 6.00mm最小厚度δmin= 0.75mm名义厚度δn= 8.00mm 结论满足最小厚度要求重量19.61Kg压力计算最大允许工作压力[P w]= = 4.05567MPa 结论合格氮气冷却器管板计算设计条件0.60MPa壳程设计压力3.80MPa管程设计压力100.00︒ C壳程设计温度100.00︒ C管程设计温度8.00mm壳程筒体壁厚12.00mm管程筒体壁厚壳程筒体腐蚀裕量C 1.00mm管程筒体腐蚀裕量 C0.00mm500.00mm换热器公称直径换热管使用场合一般场合管板与法兰或圆筒连接方式 ( a b c d 型 ) a型换热管与管板连接方式 ( 胀接或焊接 ) 焊接材料(名称及类型) 0Cr18Ni970.00mm名义厚度管强度削弱系数0.40刚度削弱系数0.40材料泊松比0.30210.00mm2隔板槽面积换热管与管板胀接长度或焊脚高度l 3.50mm191000.00MPa 设计温度下管板材料弹性模量137.00MPa 设计温度下管板材料许用应力68.50MPa许用拉脱力壳程侧结构槽深h10.00mm 板管程侧隔板槽深h2 4.00mm0.00mm壳程腐蚀裕量0.00mm管程腐蚀裕量材料名称0Cr18Ni9换管子外径d19.00mm2.00mm热管子壁厚管U型管根数n138根换热管中心距 S25.00mm137.00MPa 设计温度下换热管材料许用应力垫片材料软垫片压紧面形式1a或1b垫垫片外径D o565.00mm 片垫片内径D i515.00mm a型垫片厚度δg mm 垫片接触面宽度Ωmm垫片压紧力作用中心园直径D G547.11mm 管板材料弹性模量0.00MPa ( c 型 )管板材料弹性模量0.00MPa ( d 型 )( b d 型 )管箱圆筒材料弹性模量0.00MPa ( b c 型 )壳程圆筒材料弹性模量0.00MPa ( c d 型 )管板延长部分形成的凸缘宽度0.00mm ( c 型）壳体法兰或凸缘厚度0.00mm ( d 型 )管箱法兰或凸缘厚度0.00mm参数计算管板布管区面积三角形排列正方形排列一根换热管管壁金属横截面积= 106.81mm2管板开孔前抗弯刚度b c d 型0.00N·mm管板布管区当量直径436.43mma 型其他系数0.80系数按和查图得 : = 0.000000系数按和查图得 : = 0.000000a d 型= 0b c型0.00a ,c 型= 0b ,d 型0.00a 型= 0其他0.00旋转刚度无量刚系数0.00系数0.2696按和0.07130.0000管板厚度或管板应力计算a 管板计算厚度取、大值61.345mm型管板名义厚度66.000mm管板中心处径向应力= 0MPa = 0MPab c d 布管区周边处径向应力= 0MPa型= 0MPa 边缘处径向应力= 0MPa = 0MPa管板应力校核单位：MPa|σr|r=0=b工况|σr |r=Rt=c|σr|r=R=d|σr|r=0=型工况|σr|r=Rt=|σr|r=R=换热管轴向应力计算及校核: MPa (单位)计算工况计算公式计算结果校核只有壳程设计压力, 管程设计压力=0 : |-1.59|≤合格只有管程设计压力,壳程设计压力=0 : =|6.29|≤合格壳程设计压力,管程设计压力同时作用: |4.69|≤合格换热管与管板连接拉脱力校核拉脱力q3.21 ≤[q]MPa校核合格重量64.89Kg氮气冷却器管箱法兰强度计算设计条件简图设计压力 p 3.800 MPa计算压力 pc 3.800 MPa设计温度 t 100.0 ° C轴向外载荷 F 0.0 N外力矩 M 0.0 N.mm壳材料名称0Cr18Ni9体许用应力137.0 MPa法材料名称#许用[s ]f 137.0 MPa兰应力[s ]tf 137.0 MPa材料名称40Cr螺许用[s ]b 212.0 MPa应力[s ]tb 189.0 MPa栓公称直径 d B 24.0 mm螺栓根径 d 1 20.8 mm数量 n 24 个Di 500.0 Do 660.0垫结构尺寸Db 615.0 D外565.0 D内515.0 δ0 16.0 mm Le 22.5 LA 31.5 h 35.0 δ1 26.0 材料类型软垫片N 25.0 m 2.00 y 11.0 压紧面形状1a,1b b 8.94 DG 547.1 片b0≤6.4mm b= b0 b0≤6.4mm DG= ( D外+D内 )/2b0 > 6.4mm b=2.53b0 > 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= πbDG y = 169119.0 N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 1127044.1N所需螺栓总截面积 Am Am = max (Ap ,Aa ) = 5963.2 mm2 实际使用螺栓总截面积 AbAb = = 8117.5mm2力矩计算操FD = 0.785pc= 745750.0 N LD= L A+ 0.5δ1= 44.5mm MD= FD LD= 33185876.0N.mm作FG = Fp= 233573.5 N LG= 0.5 ( Db - DG )= 33.9mm MG= FG LG= 7928625.5N.mmMp FT = F-FD= 147150.2 N LT=0.5(LA + d 1 + LG )= 45.7mm MT= FT LT= 6728066.0N.mm外压: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 内压: Mp = MD+MG+MT Mp = 47842568.0 N.mm 预紧MaW = 1492550.6 N LG = 33.9 mm Ma=W LG = 50664460.0 N.mm 计算力矩 Mo= Mp 与中大者 Mo=50664460.0N.mm螺栓间距校核实际间距= 80.5mm最小间距56.0 (查GB150-98表9-3)mm最大间距158.4mm形状常数确定89.44 h/ho = 0.4 K = Do/DI = 1.3201.6由K查表9-5得T=1.789 Z =3.694 Y =7.145 U=7.851整体法兰查图9-3和图9-4 FI=0.85944 VI=0.31415 0.00961 松式法兰查图9-5和图9-6 FL=0.00000 VL=0.00000 0.00000 查图9-7 f = 1.06578整体法兰 = 松式法兰 = 0.2由得572246.8 0.0ψ=δf e+1 =1.44 g = y /T = =0.811.59= 0.98 剪应力校核计算值许用值结论预紧状态0.00MPa操作状态0.00MPa输入法兰厚度δf = 46.0 mm时, 法兰应力校核应力性质计算值许用值结论轴向应力158.57MPa=205.5 或=342.5( 按整体法兰设计的任意式法兰, 取 )校核合格径向应力77.96MPa= 137.0校核合格切向应力54.14MPa= 137.0校核合格综合应力= 118.27MPa= 137.0校核合格法兰校核结果校核合格氮气冷却器开孔补强计算接管: a,φ219×16计算方法 : GB150-1998 等面积补强法, 单孔设计条件简图计算压力p c 3.8MPa设计温度100℃壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型0Cr18Ni9 板材壳体开孔处焊接接头系数φ0.85壳体内直径D i500mm壳体开孔处名义厚度δn12mm壳体厚度负偏差 C10.8mm壳体腐蚀裕量C20mm壳体材料许用应力[σ]t137MPa接管实际外伸长度100mm接管实际内伸长度0mm 接管材料0Cr18Ni9接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量0mm 补强圈材料名称补强圈外径mm补强圈厚度mm接管厚度负偏差C1t2mm 补强圈厚度负偏差C1r mm 接管材料许用应力[σ]t137MPa 补强圈许用应力[σ]t MPa开孔补强计算壳体计算厚度δ8.293mm 接管计算厚度δt 2.63mm 补强圈强度削弱系数f rr0接管材料强度削弱系数f r1开孔直径d191mm 补强区有效宽度B382mm 接管有效外伸长度h155.28mm 接管有效内伸长度h20mm 开孔削弱所需的补强面积A1584mm2壳体多余金属面积A1555.2mm2接管多余金属面积A21257mm2补强区内的焊缝面积A364mm2A1+A2+A3=1876 mm2 ，大于A，不需另加补强。

系数（带膨胀节时 代替Q）
计
系数(按K,Q或Qex查图30)
法兰力矩折减系数
管板边缘力矩变化系数
算
法兰力矩变化系数
管
管板开孔后面积Al= A- 0.25nd2
mm2
板
参
管板布管区面积
(三角形布管)
(正方形布管)
mm2
数
管板布管区当量直径
mm
系数
系
系数
数
系数
计
系数(带膨胀节时 代替Q)
算
管板布管区当量直径与壳体内径之比
Wp=Fp+F=
N
所需螺栓总截面积Am
Am= max (Ap,Aa) =
mm2
实际使用螺栓总截面积Ab
Ab= =
mm2
力矩计算
操
FD= 0.785 pc
=
N
LD=LA+ 0.5δ1
=
mm
MD=FDLD
=
N.mm
作
FG=Fp
=
N
LG= 0.5 (Db-DG)
=
mm
MG=FGLG
=
N.mm
Mp
FT=F-FD
mm
材料
试验温度许用应力
MPa
设计温度许用应力t
MPa
试验温度下屈服点s
MPa
钢板负偏差C1
mm
腐蚀裕量C2
mm
焊接接头系数
厚度及重量计算
计算厚度
= =
mm
有效厚度
e=n-C1- C2=
mm
名义厚度
n=
mm
重量
Kg
压力试验时应力校核
压力试验类型

毕业设计任务书一．题目：固定管板式换热器的结构设计与强度计算二．主要完成内容：在已知工艺参数的基础上，经过工艺计算确定换热器的工艺尺寸，在此基础上进行结构设计。

正确选择换热器的材料和设计方法，确定换热器的总体结构尺寸，对U型膨胀节、鞍座等零部件结构进行设计计算，学会标准件的选用，并熟悉GB150-98和GB151-98的使用。

用AUTOCAD2008绘出换热器的结构装配图及必要的零部件图。

已知参数：管程压力 4.0Mpa(绝对压力) 壳程压力 2.5MPa((绝对压力) 热水进口温度90℃热水出口温度68℃冷水进口温度10℃冷水出口温度18℃冷却水流量35kg/s三．进程安排：（按12周计）1---------1 借阅资料，熟悉设计内容。

学院内2--------2 确定用材及设计思路。

学院内完成基本工艺计算。

3--------5 完成换热器结构设计和强度计算。

学院内6-------6 U型膨胀节设计和鞍座校核。

学院内7------8 标准零部件选用。

学院内9------10 AUTOCAD绘图，发图。

学院内11 整理、完成设计说明书，提交全部内容。

学院内12 准备答辩学院内四．参考资料：（1）《GB150---98压力容器设计规范》标准出版社（2）《GB151---98钢制管壳式换热器设计规范》标准出版社（3）《过程设备设计》化学工业出版社（4）《换热器设计》化学工业出版社（5）《化工原理》化学工业出版社（6）《材料与零部件》（上）化学工业出版社五．指导教师：徐向红六．学生姓名：化机102 阿依努尔·艾拜。

摘要本次设计的题目为汽提塔冷凝器。

汽提塔冷凝器是换热器的一种应用，这里我设计成浮头式换热器。

浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。

浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗。

在化工工业中应用非常广泛。

本文对浮头式换热器进行了整体的设计，按照设计要求，在结构的选取上，采用了1-2型，即壳侧一程，管侧两程。

首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构。

然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，之后对各部分进行校核。

本次毕业设计任务是流量为3500kg/h，浮头式换热器的机械设计，工作压力管程为0.43MPa、壳程为0.042MPa，工作温度管程为61℃、壳程为80℃。

通过本次毕业设计，我熟悉了浮头式换热器的工艺流程，掌握了浮头式换热器的结构及计算方法，了解了浮头式化热器的制造要求及安装过程。

但是，限于经验不足和水平有限，一定存在缺点甚至错误之处，敬请老师批评指正。

关键词：换热器；浮头式；管程；壳程AbstractThe topic of my study is the design of stripper condenser. stripper condenser is one of applications heat exchanger.In here, my design is the floating head heat exchanger. The floating head heat exchanger is a special type of tube and shell heat exchanger. It is special for its floating head. One of its tube sheet is fixed，while another can float in the shell，so called floating head. As the tubes can expand without the restriction of the shell，it can avoid thermal stress. Another advantage is that it can be dismantled and clean easily . It is widely used in chemical industry. In this study an overall design of the floating head heat exchanger is carried out .According to the demand the type 1-2 is chosen to be the basic type，which has one segment in shell and two segment in tubes. First，heat transfer is calculated to determine the heat exchange surface area and the number of tubes that needed. Then，according to the request and standards，structural of system is well designed. After that，the finite element analysis of the shell is completed.The graduation design task is 3500kg/h flow of the floating head heat exchanger, the mechanical design, working pressure tube 0.4 3MP, shell, work process of 0.042MP for 61 ℃, the temperature tube for 80 ℃shell cheng. Through the graduation design, I am familiar with the floating head heat exchanger process, mastered the structure of floating head heat exchanger and calculation method of floating head, learned the heat exchanger is manufacturing requirements and installation process. But, due to lack of experience and limited ability, certain shortcomings and even mistakes, please the teacher criticism and corrections.KEY WORDS：HEAT EXCHANGER；FLOATING HEAD；TUBE-SIDE；SHELL-SIDE目录第一章 换热器概述 (1)1.1 换热器的应用 (1)1.2 换热器的主要分类 (1)1.2.1 换热器的分类及特点 (1)1.2.2 管壳式换热器的分类及特点 (2)1.3 管壳式换热器特殊结构 (5)1.4 换热管简介 (5)第二章 工艺计算 (7)2.1 设计条件 (7)2.2换热器传热面积与换热器规格： (8)2.2.1 流动空间的确定 (8)2.2.2 初算换热器传热面积'A .......................................................................................... 8 2.2.3 传热管数及管程的确定 ........................................................................................... 9 2.2.4管心距的计算 (9)2.2.5换热器型号、参数的确定 (9)2.2.6壳体内径计算 (9)2.2.7折流板的计算 (10)2.3换热器核算 (10)2.3.1传热系数核算 (11)2.3.2换热器的流体阻力 (13)2.3.3换热器的选型 (14)第三章 换热器的结构计算和强度计算 (15)3.1换热器的壳体设计 (15)3.2筒体材料及壁厚 (15)3.3封头的材料及壁厚 (16)3.4管箱材料的选择及壁厚的计算 (16)3.5开孔补强计算 (17)3.6水压试验及壳体强度的校核 (19)3.7 换热管 (20)3.7.1 换热管的排列方式 (20)3.7.2 布管限定圆L D (20)3.7.3 排管 (21)3.7.4 换热管束的分程 (21)3.8 管板设计 (22)3.8.1 管板与壳体的连接 (22)3.8.2 管板计算 (22)3.8.3 管板重量计算 (26)3.9折流板 (26)3.9.1 折流板的型式和尺寸 (27)3.9.2 折流板排列 (27)3.9.3 折流板的布置 (27)3.10拉杆与定距管 (27)3.10.1 拉杆的结构形式 (27)3.10.2 拉杆的直径、数量及布置 (28)3.10.3 定距管 (28)3.11法兰和垫片 (28)3.11.1固定端的壳体法兰、管箱法兰与管箱垫片 (28)3.11.2外头盖侧法兰、外头盖法兰与外头盖垫片、浮头垫片 (30)3.11.3 接管法兰型式与尺寸 (31)3.12钩圈式浮头 (32)3.12.1 浮头盖的设计计算 (33)3.13分程隔板 (38)3.14鞍座 (38)3.14.1 支反力计算如下 (38)3.14.2 鞍座的型号及尺寸 (40)3.15接管的最小位置 (40)3.15.1壳程接管位置的最小尺寸 (40)3.15.2 管箱接管位置的最小尺寸 (41)附录外文翻译 (45)参考文献 (55)第一章换热器概述过程设备在生产技术领域中的应用十分广泛，是在化工、炼油、轻工、交通、食品、制药、冶金、纺织、城建、海洋工程等传统部门所必需的关键设备，而换热设备则是广泛使用的一种通用的过程设备。

固定管板式换热器管板的应力分析和强度评定作者：杨翠娟来源：《名城绘》2019年第04期摘要：换热器设备在化工、石油、食品等多种工业生产中应用广泛。

在换热器制造过程中，管板与换热管之间的连接结构和连接质量一定程度上决定了换热器的质量优劣和使用寿命。

由于管板与换热管连接区域结构不连续，从而易产生各种连接质量问题，因此在危险工况下对管板与换热管连接部位进行应力分析和强度校核是十分必要的。

关键词：固定管板式换热器；管板；应力分析；强度评定目前，对换热器管板结构进行应力分析的研究已有较多成果。

应用ANSYS软件对固定管板式换热器在机械载荷和温度载荷共同作用下的应力强度进行分析，并对危险截面进行强度校核，得出应在不同危险工况下，对换热器不同部位进行分析和评定才能保证其安全可靠运行的结论；分析了不同操作工况下管板模型的应力场，得出除了筒体上的一次薄膜应力起控制作用外，管板的强度控制因素是位于管板与筒体连接圆角过渡处的一次应力加二次应力，且最大值发生在热载荷和壳程压力同时作用的操作工况下的结论；通过建立包括壳体、管束在内的管板三维实体有限元模型，将法兰垫片用等效的均布比压来代替，分析了管板在包括开工、正常工作和停车等过程中可能出现的七种瞬态和稳态操作工况下的强度状况。

1管板结构的静力分析在反映结构力学特性的前提下，模拟时进行以下简化：1）不考虑管板与换热管焊接热应力影响；2）不考虑管板与壳体的连接焊缝；3）不考虑管板兼做法兰螺栓对其的受力。

选择管板一侧面与所有换热管孔面施加450℃的温度载荷，并在该侧面施加2MPa的压力载荷；在管板另一侧面施加147℃的温度载荷和0.6MPa的压力载荷；沿半径方向，对换热器管板最外边缘施加全约束。

分析应力发现，该工况下管板结构的最大应力为46.9MPa，管板最大应力发生外侧管孔局部区域，其他区域应力值并不大。

采用管板材料为Q345R，450℃板厚为80mm的钢板许用应力为66MPa。

是水 ，另 一侧 介 质 是 气 体 ，就 可 能 使 得 换 热 管 的
壁温 接 近 给热 系数 大 的 一 侧 ，从 而 与 管 程 和 壳 程 流体 的平 均 温 度 相 差 很 大 ，造 成 设 计 上 的错 误 。 例如某 化 肥 厂 有 一 台 固定 管 板 式 换 热 器 在 使 用 过 程 中 ，管 头 位 置 经 常 泄 漏 ，几 次 修 补 ，问 题 依 旧
计参 数 中 ，只 给 了 介 质 的进 出 口温 度 ，没 有 提 供
给热 系数 。制 造 厂 在 设 计 时 ，用 平 均 温 度 作 为换 热管 的壁 温 ，导 致 计 算 出 的 壳 体 轴 向 应 力 、换 热
管 板换热 器 的 管 板 计 算 中 ，按 照 各 种 工 况 的 温 差
存在 。在 确 认 材 料 、焊 接 方 法 、制 造 工 艺 、工 艺 介质 以及 在 使 用 过 程 中 的操 作 方 式 无 误 后 ，分 析
可能 是 因 为设 计 的 缺 陷 所 致 。在 化 肥 厂 提 供 的设
１ 壁温 的计算
由于 固定 管 板 换 热 器 的换 热 管 、管 板 和壳 体 焊 在一起 ，故 换 热 管 与 壳 体 的 温 差 引 起 的热 膨 胀 应 力是设 计 中 的重 要 控 制 因 素 之 一 。 因为 在 固定
就 需要 考 虑 设 置 膨 胀 节 。 当 圆 筒 外 部 有 良好 的保
温 ，或 壳程 流 体 温 度 接 近 环 境 温 度 ，或 传 热 条 件 使 得 圆筒 壁 温 接 近 介 质 温 度 时 ，壳 体 壁 温 就 取 壳
江
改造 中给该 换 热 器 壳 程 增 加 了 一个 膨 胀 节 ，在 以

1.管板太薄，因流体压力和温差应力的作用， 产生过大的翘曲变形，从而破坏了结构及管、 壳程之间的密封。 2.在壳壁和管壁中产生过大的轴向应力，当 它超过材料允许的极限时，则壳体或管子将 遭到破坏。 3.由于管子受到的轴向力过大，使管子和管 板在胀接连接处被拉脱，换热器遇到破坏。 设计换热器时必须对上述情况充分考虑并进 行强度计算，以免发生此类破坏。
可见，换热器强度计算应包括两部分内容， 第一部分是作为受压容器，计算筒体、封头、 法兰、开孔、支座等，这与一般容器设计相 同；第二部分是换热器特有的强度计算，包 括管板厚度计算、筒体轴向应力校核、管子 轴向应力和拉脱力校核等项。如果换热器采 用膨胀节，则还需进行膨胀节的计算。
管板的强度计算
管板的结构如下图所示，它与一般的圆平板 有相似之处，但差别亦不小。主要是管板上 的开孔和同管板连接在一起的管束对管板强 度的影响等。目前一些管板厚度设计公式因 对各影响因素考虑不同而有较大差异。根据 不同的设计依据，管板厚度的设计公式可概 括为下列几类：
换热器的受力情况与容器有所不同，如固定 管板式换热器，壳体和管壁除受壳程和管程 的流体压力产生的轴向应力和周向应力外， 还受到管、壳壁温差造成的轴向温差应力。 因此，尽管换热器的壳体、管子、封头、法 兰、开孔等按一般受压容器计算的强度得到 满足，但在操作时仍然可能。遇到下列几种 特有的破坏情况：
不同支承的管板计算直径
对管板还需进行剪切强度校核。当管板上布 管区为圆形时，设最外圈管子中心圆直径为 D。，根据外载和剪应力之间的平衡关系： 2 t Do p Do t 4 故
t0.25Do p源自 t 式中 []t ——管板材料在设计温度下的许用 剪应力，取[]t=0.8 []t t ——不包括附加量的管板厚度，t=tc-C。

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：EQUIPMENT图号：DWG NO。

设计单位：压力容器专用计算软件DESIGNER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P s (MPa) 2.4 设计压力P t (MPa) 0.6设计温度t s (℃) 100 设计温度t t (℃) 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GB 150.3-2011计算条件计算压力P c (MPa) 0.60 外径D o (mm) 325.00 设计温度t (℃) 60.00 曲面高度h o (mm) 73.00 材料名称Q235-B 材料类型板材试验温度许用应力[σ] (MPa) 116.00 钢板负偏差C1 (mm) 0.30 设计温度许用应力[σ]t(MPa) 114.50 腐蚀裕量C2 (mm) 1.00 焊接接头系数φ 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P T (MPa) 1.0000 [σ]T (Mpa) 211.50试验压力下封头的校核条件σT ≤[σ]T周向应力σT (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δmin (mm) 3.00 计算厚度δh (mm) 1.08 名义厚度δnh (mm) 8.00 有效厚度δeh (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[P w](MPa) 3.82974 结论合格后端管箱封头计算计算所依据的标准GB 150.3-2011。

题目：基于SW6软件的固定管板式换热器设计基于SW6软件的固定管板式换热器设计摘要在科技日新月异的今天，石化工业也在不断地创新，换热器在其中起到的作用也越来越显著。

而本次设计中的固定管板式换热器就属于换热器中较为常见的一种。

它是利用间壁式换热达到冷流体与热流体的热量转换从而实现物料间的热量传递。

本次设计：说明部分，计算部分，绘图部分。

说明部分简述了固定管板式换热器在生产过程中的工艺流程及在石化工业中起到的重要作用，换热器在国内外的现状和未来的发展前景，同时介绍了换热器的结构设计和主要零部件结构的设计及其容器常用材料等。

也介绍了各个部件之间的链接如法兰连接。

最后则介绍了换热器主要零件压力容器的检验和验收。

计算部分则介绍了因工作要求和物料等因素给出的基本数值，再通过它求出换热面积和筒体、管箱、封头、管板、法兰、膨胀节及其他零件的加工数值，在满足了换热器对材料，厚度，应力，强度要求等设计要求的同时，以节省的原则对各部件也进行了优化。

并对管板兼做法兰的危险工况分别进行了校核，使其能在满足在高温高压的工作条件下进行正常工作。

在绘图部分则通过CAD软件把本次设计的固定管板式换热器以绘图的方式直观的表现出来。

其中有许多部分的设计借鉴了其他的一些先进理论和方法，不但节省了原料，更使换热器的质量得到了技术保证。

以节省能耗与提高使用性能为设计原则，最终满足设计的目的，即低能耗、低成本、高质量。

关键词：固定管板式换热器；应力；校核；SW6计算软件1 绪论 (1)2 设计概述 (2)2.1热量传递的意义及概念 (2)2.2换热器的概念及意义 (3)2.3固定管板式换热器简介 (3)3. 换热器的分类及其工作原理 (4)3.1换热器的分类及其工作原理 (4)3.2换热器的材料 (7)3.2.1 换热器常用钢 (7)3.2.2有色金属 (8)3.2.3非金属 (8)3.3换热器研究现状及发展趋势 (9)3.3.1换热器的发展历程 (9)3.3.2发展现状 (9)3.3.3换热器的研究及发展动向 (10)4.换热器设备各部分的设计说明 (10)4.1换热器设备各部分的材料选择 (10)4.2设备制造工艺过程 (11)4.2.1筒体 (11)4.2.2管箱 (12)4.2.3管板 (12)4.2.4换热管 (12)4.2.5折流板及支撑板 (12)4.2.6管束组装 (13)4.3换热设备中换热管与管板的连接 (13)4.3.1胀接 (13)4.3.2焊接 (13)4.2.3胀焊连接 (14)4.2.4换热管与管板连接方式的选择 (15)4.4.1无损检测 (15)4.4.2焊后热处理 (16)4.4.3 压力测验 (16)4.4.4换热管与管板连接接头的密封性能检验 (16)4.5换热设备的日常检测与维修 (17)4.5.1日常检查 (17)4.5.2 换热器腐蚀的防护 (17)4.5.3换热器的检修 (18)4.6换热器各部分结构的选择 (18)4.6.1筒体的选择 (19)4.6.2封头的选择 (19)4.6.3管箱的选择 (19)4.6.4管板的选择 (19)5 SW6计算书 (20)6结论 (43)谢词 (44)参考文献 (45)基于SW6软件的固定管板式换热器设计1 绪论固定管板式换热器因其结构简单，造价低廉，无内漏，旁路渗流较小等因素，成为现今换热器中主要产品。

《过程设备设计》课程作业题目：固定管板换热器管板计算方法与步骤、学院化工学院专学姓月日2019年业过程装备与控制工程固定管板换热器管板计算方法与步骤一、基本假设世界各国的管板的计算公式尽管形式各异，但其大体上是分别在以下三种基本假设的前提下得出的。

i.将管板看成为周边简支条件下承受均布载荷的圆平板，应用平板理论得出计算公式。

考虑到管孔的削弱，再引人经验性的修正系数。

如在力学模型上作了适当简化的美国TEMA方法。

i i.将管子当作管板的固定支撑而管板是受管子支撑着的平板。

管板的厚度取决于管板上不布管区的范围。

如西德AD规范采用的计算公式。

实践证明，这种公式适用于各种薄管的计算i i i.将管板视为在广义弹性基础上承受均布载荷的多孔圆平板，即把实际的管板简化为受到规则排列的管孔削弱、同时又被管子加强的等效弹性基础上的均质等效圆平板。

这种简化假定既考虑到管子的加强作用，又考虑了管孔的削弱作用，分析比较全面，现今已为大多数国家的管板规范所采用。

我国石油、化工、机械三部在1983年公布的《换热器设计规定》中所列入的管板计算公式基本上也是根据第三种假设经过比较严密的推导得出的，在国内获得了广泛的应用。

接下来的强度校核也是基于第三种假设。

二、管板设计的基本考虑GB151《管壳式换热器》所列人的管板公式基于的基本考虑是:把实际的管板简化为;承受均布载荷、放置在弹性基础上且受管孔均匀削弱的当量圆平板。

同时在此基础上还考虑了以下几方面对管板应力的影响因素。

1.管束对管板的支承作用在流体压力作用下管板将产生挠度与转角。

因管束与管板连接在一起，管束也将沿轴线方向产生压缩或伸长，管子端部产生弯曲变形。

管束对管板会起到约束的作用，具有减少管板中应力的作用。

考虑管束对管板挠度的约束作用，但忽略管束对管板转角的约束作用。

2.管孔对管板的削弱作用管孔对管板的削弱作用有两个方面：(1)减小了管板整体的刚度与强度。

(2)在管孔边缘产生局部的应力集中,在计算公式中是忽略不计。

mm
系数Cr=
比值lcr/i
管子稳定许用压应力( )
MPa
管
管子稳定许用压应力( )
MPa
材料名称
设计温度tp
管
设计温度下许用应力
MPa
设计温度下弹性模量Ep
MPa
管板腐蚀裕量C2
mm
管板输入厚度n
mm
管板计算厚度
mm
隔板槽面积(包括拉杆和假管区面积)Ad
mm2
板
管板强度削弱系数
管板刚度削弱系数
管子加强系数 K=
圆
材料名称
筒
设计温度下弹性模量Eh
MPa
管箱圆筒名义厚度(管箱为高颈法兰取法兰颈部大小端平均值)h
mm
管箱圆筒有效厚度he
mm
管箱法兰设计温度下弹性模量Et”
MPa
材料名称
换
管子平均温度tt
设计温度下管子材料许用应力[]tt
MPa
设计温度下管子材料屈服应力st
MPa
热
设计温度下管子材料弹性模量Ett
mm
补强圈厚度
mm
接管厚度负偏差C1t
mm
补强圈厚度负偏差C1r
mm
接管材料许用应力[σ]t
MPa
补强圈许用应力[σ]t
MPa
开孔补强Hale Waihona Puke 算壳体计算厚度δmm
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
开孔直径d
mm
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
MPa
压力试验允许通过
的应力水平T

确定了换热器的结构及尺寸以后，必须对换热器的所有受压元件进行强度计算。

因为管壳式换热器一般用于压力介质的工况，所以换热器的壳体大多为压力容器，必须按照压力容器的标准进行计算和设计，对于钢制的换热器，我国一般按照GB150<<钢制压力容器>>标准进行设计，或者美国ASME标准进行设计。

对于其它一些受压元件，例如管板、折流板等，可以按照我国的GB151<<管壳式换热器>>或者美国TEMA标准进行设计。

对于其它材料的换热器，例如钛材、铜材等应按照相应的标准进行设计。

下面提供一氮气冷却器的受压元件强度计算，以供参考。

该换热器为U形管式换热器，壳体直径500mm，管程设计压力3.8MPa，壳程设计压力0.6MPa。

详细强度计算如下：1.壳程筒体强度计算2. 前端管箱筒体强度计算3. 前端管箱封头强度计算4. 后端壳程封头强度计算5.管板强度计算6. 管程设备法兰强度计算7. 接管开孔补强计算PP==== 0.88( c 型 ) ( d 型 )( b d 型 )( b c 型 )( c d 型 )( c 型）( d 型 )= 106.810.00436.430.80== 00.00= 00.00= 00.000.000.2696取、大值= 0= 0= 0= 0= 0= 0工况 =工况=3.21 ≤[q]pc= 80.556.0 (查GB150-98表9-3)158.489.44 1.60.009610.000000.2得= 0.981.590.000.00=205.5 或158.5777.96 = 137.054.14 = 137.0= 118.27 = 137.0。

SW6-1998过程设备强度计算软件包》的编制单位包括：全国化工设备设计技术中心站、华东理工大学化工机械研究所、中国石化集团上海工程有限公司（原上海医药设计院）、中国寰球工程公司、中国天辰化学工程公司、五环科技股份有限公司（原化四院）、华陆工程科技有限责任公司（原化六院）、天津市化工设计院和合肥通用机械研究所等国内长期从事化工与石油化工工程设计和计算机程序开发工作的单位。

本软件包能紧跟计算机技术的飞速发展，在确保计算结果正确、快捷的前提下，让用户在操作使用时更直观、方便和灵活，符合使用Windows的习惯。

1、SW6-1998包括有十个设备计算程序（分别为卧式容器、塔器、固定管板换热器、浮头式换热器、填函式换热器、U形管换热器、带夹套立式容器、球形储罐、高压容器及非圆形容器等），以及零部件计算程序和用户材料数据库管理程序。

2、零部件计算程序可单独计算最为常用的受内、外压的圆筒和各种封头，以及开孔补强、法兰等受压元件，也可对HG20582-1998《钢制化工容器强度计算规定》中的一些较为特殊的受压元件进行强度计算。

十个设备计算程序则几乎能对该类设备各种结构组合的受压元件进行逐个计算或整体计算。

3、由于SW6-1998以Windows为操作平台，不少操作借鉴了类似于Windows的用户界面，因而允许用户分多次输入同一台设备的原始数据、在同一台设备中对不同零部件原始数据的输入次序不作限制、输入原始数据时还可借助于示意图或帮助按钮给出提示等，极大地方便用户使用。

一个设备中各个零部件的计算次序，既可由用户自行决定，也可由程序来决定，十分灵活。

4、为了便于用户对图纸和计算结果进行校核，并符合压力容器管理制度原始数据存档的要求，在本次发布的版本中新增了一个功能——打印用户输入的原始数据。

5、计算结束后，分别以屏幕显示简要结果及直接采用WORD表格形式形成按中、英文编排的《设计计算书》等多种方式，给出相应的计算结果，满足用户查阅简要结论或输出正式文件存档的不同需要。

固定管板式换热器管板的应力分析和强度评定摘要:换热器通俗来讲是同种流体间能够通过热能传递的一个机器装备。

不管是多种流体亦或者是固定粒子，相遇时将能够产生热接触。

换热器之所以在工业生产中受到重视，原因在于工业领域所需要的食品、能源等行业都有换热器存在，换热器在工业生产中占据重要地位，由于它的特点之一是能够对能源进行存储转换，因此在新能源利用中收到相当好的效果。

随着全球经济飞速发展，在能源利用上经常出现浪费资源等问题，工业生产带来的不仅是发展，也产生能源紧张的弊端。

因此，为了节约能源及寻求循环利用的办法，全球目前都致力于此项活动。

换热器之所以被广泛应用，很大一部分原因则是因为在化工生产中能通过合能源来进行转换回收。

换热器是由管板和换热管综连接而成的，因此若是结构不连续，局部产生应力集中或应力过大会造成换热管出现破败现象，导致产生各种质量问题。

综上所述，本文将详细讲述关于固定管板式换热器管板的应力分析和强度评定的必要性及出现问题后相关解决措施。

关键词:固定管板式；换热器管板；应力分析和强度引言:关于工业企业生产过程中的机器设备换热器，它分为四种种类，有接触式，蓄热式，间壁式和中间载体式几种，但厂里最常用的乃是表面式换热器，而固定管壳式换热器则是间壁式分类而来，它的结构特点是十分坚固，且适用范围广，能够承受住企业较大的操作压力，之所以如此受企业青睐，其中的原因是生产成本低，清洗操作方便。

尽管在科技高速发展的时代有各类新型换热器出现在市场，但固定管板式换热器依然占据主导地位，则是因为它的优点多。

一、关于固定管板式换热器管板的应力分析和强度必要性固定管板式换热器之所以站在主导地位，则是因为它造价成本低，受众范围广，且能承受压力大。

且它损坏之后可以进行更换，简单快捷。

尽管固定管板式换热器拥有众多优点，但也存在一定硬伤，它由于结构原因容易导致管束与壳体之间的壁温过大而泄露，或者封口被腐蚀等，当它产生较大热应力，将会致使换热管失效或运行停止。