换热器管板设计

换热器管板设计计算管析是管壳式换热器的主要部件。管板的设计是否合理对确保换热器的安全运行、节约金属材料，降低制造成本是至关重要的。在此采用GB151标准中管板计算方法来设计计算管板。（1）管板采用延长部分兼作法兰的管板形式。结构如图2.2所示，图2-2管板结构图结构尺寸数据列表2－6：表2-6管板结构尺寸mmDND1D2D3D4D5DCd2螺柱（栓）bfb规格数量60073069065559764260012.523M20322535（2）计算A——壳程圆筒内直径横截面积，2mm；222i0.785800502654.84DAmms——壳程圆筒的厚度，mm；sA——圆筒壳壁金属横截面积，2mm；2i()3.148(8008)20307.3sssADmmt——换热管壁厚，mm；a——单根换热管管壁金属横截面积，2mm；2o()3.142.5(252.5)176.6ttadmm2220176.638857.5nammlA——管板开孔后的面积，2mm；对于固定管板式换热器2223.1425502654.8220394662.644oldAAnmmdA——在布管区范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，面未能被换热管支承的面积，2mm；对于三角形排列2'(0.866)1832(600.86632)18598dnAnSSSmmtA——管板布管区的面积，2mm；对于多管程，三角形排列的换热管2220.8660.8662203218598213690.5tdAnSAmmtD——管板布管区当量直径，mm；4/4394662.6/3.14708.9ttDAmmtE——换热管材料的弹性模量，MPa；L——换热管有效长度（两管板内侧间距），mm；tK——管束模数，MPa；对于固定式32061038877.23842.6(300060)708.9tttEnaKMPaLDi——换热管的回转半径，mm；22220.250.2525208oiiddmmcrl——换热管受压失稳当量长度，mm；按GB151图32，确定为320crlmm[]cr——换热管稳定许用应力，MPa；rC——系数32220310127.9245trtsEC因32040127.98crrlCi故有/1140[]12451103.362222128tcrcrsrliMPaC——系数394662.60.785502654.8lAAQ——换热管束与圆筒刚度比，当壳体不带波形膨胀节时20638877.21.8920920307.3tssEnaQEA——系数38877.20.098394662.6lnaAs——系数0.60.60.4(1)0.4(11.89)2.60.785sQt——系数110.4(1)(0.6)0.4(10.098)(0.61.89)3.60.785tQt——系数708.90.886800ttiDDK——换热管加强系数1i2121.31880020638877.21.3186.05302090.4(300060)30＝[][]tpEnaDKELk——管板周边不布管区无量纲宽度(1)6.05(10.886)0.69tkK——管板材料泊松比，取0.3——管板强度削弱系数，一般可取0.4——管板刚度削弱系数，一般可取值f——管板延长部分的法兰（或凸缘）厚度，mm；f——壳体法兰（或凸缘）厚度，mm；f——管箱法兰（或凸缘）厚度，mm；——系数，按//sifiDD和查GB151图26，得0.00021；——系数，按//hifiDD和查文献[3]图4-24得0.00063；fK——管板边缘旋转刚度参数，MPa；对于固定管板其延长部分兼作法兰ffKKfK——壳程圆筒与法兰（或凸缘）的旋转刚度参数，MPa；3333221[()]12122091070230[()0.0002120910]12800708004.8fffffsifiEbKKEDbDMPafK——管箱圆筒与法兰（或凸缘）的旋转刚度参数，MPa；3333221[()]12122091070230[()0.0006320910]128007080017.7ffffhifiEbKEDbDMPafK——旋转风度无量纲参数；对于固定式管板33.144.89.810441431.2fftKKK1m——管板第一弯矩系数，按fKK和查GB151图27,得10.13m2m——管板第二弯矩系数，按KQ和查GB151图28,得22.14mm——管板总弯矩系数120.130.32.140.6110.3mmm1G——系数因0m,所以取11eiGG与中较大值。按mK和查GB151,得10.1iG。而130.40.66.05=3m/K==0.12eG，故取11=0.12eGG2G——系数，按fKK和查GB151图29,得24.1G3G——系数，按和QK查GB151图30,得30.0045G——法兰力矩折减系数44339.8109.8104.510==0.16ffKKGaP——有效压力组合，MPa；对于负压圆筒0.1aPMPamM——基本法兰力矩，Nmm；参看GB150第9章计算得[]816.436.251133344178.5mmGbMALNmmmM——基本法兰力矩系数，Nmm；33443344178.50.1060.7853.148000.1mmiaMMNmmDPM——管板边缘力矩变化系数112.34.80.1617.7ffMKKfM——法兰力矩变化系数4.82.30.617.7fffKMMK1M——系数31120.131.79102()26.05(4.11.89)mMKQGr——管板径向应力系数312(1)11(10.3)0.126.510441.894.1rGQGr——管板布管区周边处径向应力系数23m(1)30.6(10.3)0.0164()46.05(1.894.1)rKQGp——管板布管区周边剪切应力系数211110.30.054441.894.1pQGwsM——壳体法兰力矩系数壳程压力作用工况下1()0.160.1060.60.00180.016wsmfMMMMY——系数，按K查GB150图9-8得1.04Y（3）管板应力校核[]tr——设计温度时，管板材料的许用应力，MPa；r——管板径向应力，MPa；2320.785800()6.5100.1()0.90.430irraDpMPa1.5[]trr，满足r——管板布管区周边处的径向应力，MPa；2222[1(2)]()20.7850.10.690.698000.016[1(20.6)]()0.40.620.6300.386airrpDkkmmmMPa1.5[]trr，满足p——管板布管区周边剪切应力，MPa；0.7851.7708.9()0.054()4.250.430atpppDMPa0.5[]tpr，满足对于管板延长部分兼作法兰的法兰，当不计膨胀差时，就满足1.5[]tfff——壳体法兰应力，MPa；[]tf——设计温度时，壳体法兰许用应力，MPa；22800()0.7851.040.0160.7850.1()0.73430ifwsafDYMpMPa1.5[]tff，满足