换热器的强度计算[1]

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1、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

2、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Pc0.60MPa设计温度t100.00°C内径Di500.00mm材料16MnR(热轧)(板材)试验温度许用应力[s]170.00MPa设计温度许用应力[s]t170.00MPa试验温度下屈服点ss345.00MPa钢板负偏差C10.00mm腐蚀裕量C21.00mm

3、焊接接头系数f0.85厚度及重量计算计算厚度d==1.04mm有效厚度de=dn-C1-C2=7.00mm名义厚度dn=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[s]T[s]T£0.90ss=310.50MPa试验压力下圆筒的应力sT==31.95MPa校核条件sT£[s]T校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力[Pw]==3.99014MPa设计温度下计算应力st==21.73MPa[s]tf144.50MPa校核条件[s]tf≥st结论合格氮气冷却器前端管箱

4、筒体计算计算条件筒体简图计算压力Pc3.80MPa设计温度t100.00°C内径Di500.00mm材料0Cr18Ni9(板材)试验温度许用应力[s]137.00MPa设计温度许用应力[s]t137.00MPa试验温度下屈服点ss205.00MPa钢板负偏差C10.80mm腐蚀裕量C20.00mm焊接接头系数f0.85厚度及重量计算计算厚度d==8.29mm有效厚度de=dn-C1-C2=11.20mm名义厚度dn=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[s]T[

5、s]T£0.90ss=184.50MPa试验压力下圆筒的应力sT==127.53MPa校核条件sT£[s]T校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力[Pw]==5.10266MPa设计温度下计算应力st==86.72MPa[s]tf116.45MPa校核条件[s]tf≥st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Pc3.80MPa设计温度t100.00°C内径Di500.00mm曲面高度hi125.00mm材料0Cr18Ni9(板材)试验温度许用应力[s]137.00MPa设计温度许用应力[s]t137.00MPa钢板负偏差C10.80mm腐

6、蚀裕量C20.00mm焊接接头系数f1.00厚度及重量计算形状系数K==1.0000计算厚度d==6.98mm有效厚度de=dn-C1-C2=11.20mm最小厚度dmin=0.75mm名义厚度dn=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[Pw]==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Pc0.60MPa设计温度t100.00°C内径Di500.00mm曲面高度hi125.00mm材料16MnR(热轧)(板材)试验温度许用应力[s]170.00MPa设计温度许用应力[s]t170.00

7、MPa钢板负偏差C10.00mm腐蚀裕量C22.00mm焊接接头系数f1.00厚度及重量计算形状系数K==1.0000计算厚度d==0.88mm有效厚度de=dn-C1-C2=6.00mm最小厚度dmin=0.75mm名义厚度dn=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[Pw]==4.05567MPa结论合格氮气冷却器管板计算设计条件壳程设计压力0.60MPa管程设计压力3.80MPa壳程设计温度100.00°C管程设计温度100.00°C壳程筒体壁厚8.00mm管程筒体壁厚12.00mm壳程筒体腐蚀裕量C1.00mm管程筒体