管板校核

一．强度校核计算

1.设计条件（见表27）

表27

管程 壳程

压力（MPa） 操 作 1.5 1.5

设 计 1.65 1.65

温度（℃） 操作 进/出 160/122.2 60/110

设 计 200 150

金属温度（℃） 壳程圆筒 110

换热管 152.53

介 质 — —

腐蚀余量2C，mm 2 2

程 数 4 1

焊接接头系数 0.85 0.85

2.结构尺寸参数

换热管公称直径DN1100，即1200iDmm；

换热管直径25×2.5，0L=5000mm；

换热管排管根数n=680；

换热管为正三角形排列，管心距S=32mm；

换热管与管板的连接方式：强度焊加贴胀；

3.受压元件材料及数据

以下数据查自GB150—1998.

圆筒材料：16MnR

查表4—1,150℃设计温度下壳体的许用应力150180cMPa（6＜n≤

16）

查表F5,110℃金属温度下弹性模量196400sEMPa

查表F6,110℃金属温度下平均线性膨胀系数51.1610smm/mm·℃

查表4—1,200℃设计温度下管箱的许用应力50167cMPa（6＜n≤

16）

查表F5,200℃金属温度下弹性模量191000hEMPa

换热管材料：20# 查表4—3,150℃设计温度下许用应力150140tMPa

查表F2,150℃设计温度下屈服应力150210sMPa

查表F5,150℃金属温度下弹性模量150194000tEMPa

查表F5，152℃金属温度下弹性模量193988tEMPa

查表F6,33.5℃金属温度下平均线性膨胀系数51.189510/tmmmm℃

管板材料：16Mn锻件

查表4—5，常温下许用应力150MPa

150℃设计温度下许用应力150167MPa

查表F5 150℃金属温度下弹性模量'194000pfEEMPa

膨胀节材料：0Cr18Ni9

查表4—1，150℃设计温度下许用应力150137bMPa

查表F1 150℃设计温度下屈服应力150155sMPa

查表F5 150℃金属温度下弹性模量150186000bEMPa

常温下弹性模量195000bEMPa

4.壳体圆筒计算

圆筒计算厚度

1.6512006.5121800.851.652sitspDmmp

设计厚度 26.5128.51dCmm

按GB6654—1996，钢板负偏差：10.25Cmm

名义厚度10smm

5.管箱圆筒计算

圆筒计算厚度

1.651200721670.851.652tittpDmmp

设计厚度 2729dCmm 按GB6654—1996，钢板负偏差：10.25Cmm

名义厚度10bmm

6.管板计算

换热管稳定许用压应力

换热管的回转半径i

查GB151—1999附录J表J1得：8.004imm

换热管受压失稳当量长度1850crlmm

系数 150221940003.14134.9696210trtsEC

1850231.138.004crli因crli﹥Cr

故：21502223.1419400017.902231.132/tcrcrEMPali

150140crtMPa 合格

壳程圆筒内直径横截面积

22623.1412001.13041044iDAmm

对于四管程换热器

隔板槽面积

520.886''3(0.5)34032440.86632170332(440.532)4.410410dnnAnSSSnSSmm

管板开孔后的面积 22653.14251.1304106807.96761044ldAAn

系数 567.9676100.70491.130410lAA

圆筒壳壁金属横截面积

423.14101200103.799410sisADmm

管板布管区面积

225620.8860.866680324.4104101.044110tdAnSAmm

一根换热管管壁金属的横截面积，查GB151—1999附录J得2176.71amm

换热管管壁金属的总横截面积

52680176.711.201610namm

系数 551.2016100.15087.967610lnaA

管板布管区的当量直径 6441.0441101153.283.14ttADmmGL

管板布管区的当量直径与壳程圆筒内径之比1153.280.96111200ttiDD

系数'',''C，按/hiD和/fiD查GB151—1999图25和图26

10hmm；无法兰，故''0f

100.00831200hiD，0fiD查GB151—1999图25得：''0.0058C

查GB151—1999图26得：5''910

管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数

511''9101910001.43251212fhKE

100.00831200siD，'0fiD查GB151—1999图25得：'0.0058C

查GB151—1999图26得：5'910

壳体法兰与圆筒的旋转刚度参数

511''9101964001.4731212fsKE

壳体带波形膨胀节时，换热管与壳程圆筒的热膨胀变形差

设定换热器制造环境温度015tC

55400()()1.189510(152.5315)1.1610(11015)5.3410ttsstttt

波形膨胀节刚度60379.36exNKmm

壳体不带波形膨胀节时，换热管束与圆筒刚度比

541939881.2016103.12381964003.799410tssEnaQEA

假设管板厚度86nmm

管、壳程腐蚀裕量2mm

管板有效厚度86(22)82mm

换热管有效长度02(1.5)50002(861.5)4825nLLmm

壳体带波形膨胀节时，换热管束与圆筒刚度比

4541964003.79961060379.3648251939881.20161081.451964003.79961060379.364825ssexextssexEAKLQEnaEAKL

系数 0.60.60.4(1)0.4(13.1238)3.91010.7049sQ

根据GB151—1999表27，因设计膨胀节，故：

系数

110.410.60.410.15080.681.45116.85980.7049tQ

管板强度削弱系数4.0

管板刚度削弱系数4.0

换热管加强系数

121251.31812001939881.2016101.318301940000.44828308.6683itpDEnaKEL

管板周边不补管区无量纲宽度

18.668310.96110.3372tkK

k<1.0，符合GB151—1999中5.7.3的规定。

旋转刚度参数 ''1.4731.43252.9055fffKKKMPa

管束模数 51939881.2016103940.8948251200ttiEnaKMPaLD

旋转刚度无量纲参数 43.142.90555.787610443940.89fftKKK

管板第一弯矩系数1m，按K和fK查GB 151—1999图27得10.233m

管板第二弯矩系数2m，按K和exQ查GB 151—1999图28（b）得221.9915m

系数2G,按K和fK~查GB 151—1999图29得25.35G

系数3G，按K和Q查GB 151—1999图30得331.110G

系数 140.23346.44338.66835.787610fmKK

①只有壳程设计压力sp，而管程设计压力0tp，不计入膨胀变形差。

0,0tE

壳程设计压力 1.65spMPa

当量压力组合 11.65cstpppMPa

有效压力组合 3.91011.656.45asttstpppEMPa

边界效应压力组合 3'0.00581.650.95710bspCPMPa

边界效应压力组合系数

330.957102.1049100.70496.45bbaPMP

管板边缘力矩系数

32.104910bMM

管板边缘剪切系数

3246.44332.1049109.775810M

管板总弯矩系数