4万吨/年甲烷氯化物工程项目中固定双管板换热器设计
螺栓材料选用40Cr，查文献[4]表6知常温下40Cr的许用应
???b?212MPa，设计温度下40Cr的许用应力???b?189MPa。
3.2.3.2 螺栓载荷
(1)预紧状态下需要的最小螺栓载荷：
tWa?Fa?124216N （3-21） (2)操作状态下需要的最小螺栓载荷：
W?F2p?Fp?0.785DGpc?Fp =0.785×423.822×1.0+45169.5=198821.5N 3.2.3.3 螺栓面积
(1)预紧状态下需要的最小螺栓面积：
AWa????a?124216b212?586mm2 (2)操作状态下需要的最小螺栓面积：
AWpp????t?198821.5b189?1052mm2 (3)需要的螺栓面积Am取Aa与Ap之间的较大值 即 Am?Ap?1052mm2 3.2.3.4 螺栓数量及总面积
M16螺栓的螺纹小径截面积为：
A??23.144d?4?13.8532?200.96mm2 实际使用的螺栓总截面积：
Ab=nA=20×
200.96 =4019.2mm2
3.2.3.5 螺栓设计载荷
20
（3-22）
（3-23） （3-24） （3-25） （3-26）
4万吨/年甲烷氯化物工程项目中固定双管板换热器设计
(1)预紧状态下螺栓设计载荷
W?Am?Ab1052?4019.2?212?537547.2N （3-27） ???b?22(2)操作状态下螺栓设计载荷
W?WP?198821.5N
3.2.4 法兰强度校核
(1) 法兰材料选用Q345锻件，查文献[4]表6知 ???f?178MPa
???ft?150MPa
(2) 载荷计算
作用于法兰内径截面上的流体静压轴向力：
4002×1.0=125600N （3-28） FD?0.785Di2Pc?0.785×法兰垫片压紧力：
FG?FP?6.28DGbmPC （3-29）
=6.28×423.82×7.59×2.0×1.0=45169.5N
流体静压总轴向力与作用于法兰内径截面上的流体静压轴向力之差：
2FT?0.785DGPc?0.785Di2Pc?0.785?423.822?1.0?0.785?4002?1.0 （3-30） ?94906.5N(3) 载荷力臂
L??Db?Di?2?1??530?400?2?30?35mm （3-31）
22LD?L?0.5?1?35?0.5?30?50mm （3-32）
LG?22L??1?LG35?30?53.09LT???59mm （3-34）
22?Db?DG??530?423.82?53.09mm （3-33）
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4万吨/年甲烷氯化物工程项目中固定双管板换热器设计
(4) 法兰力矩
预紧状态下的法兰力矩：
35=159932.5N/mm （3-35） Ma?FGLG?45169.5×操作状态下的法兰力矩：
MP?FDLD?FTLT?FGLG?125600?50?45169.5?53.09?94906.5?59 （3-36） 1.1716??107N/mm(5)结构特征系数 操作时K?0.3?预紧时K?1.78WLG1.78?198821.5?35?0.3??0.394mm （3-37） 33PCDG1.0?423.821.78WLG1.78?198821.5?35??0.0935 （3-38）
PCDG31.0?423.823法兰强度校核见外管板设计
3.3 水压试验校核
壳体所用材料为Q345，查文献[4] 知屈服应力?s?345MPa，由于管程和壳程的壳体厚度一样，且管程压力较大，故水压试验只校核壳程即可。
水压试验压力PT?1.25PC水压试验校核：
????1.25?0.74?185?0.935MPa （3-39）
183???t?T?P0.935??400?3.7?T?Di??e???51MPa （3-40）
2?e2?3.7所以水压强度满足要求。
4 管板设计
管板设计的基本方法是把管板作为放置在弹性基础上，承受着均布载荷且受到管孔均匀削弱的当量圆平板来考虑的。首先假设管板的厚度，根据计算管
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4万吨/年甲烷氯化物工程项目中固定双管板换热器设计
板在各种危险工况下的应力和换热管的拉脱力及壳体的轴向应力等，同时外管板兼做法兰，考虑了法兰力矩的作用对管板应力的影响，即对管板强度进行校核的同时也对法兰的强度进行了校核。 管板厚度应不小于下列三者之和：
(1)管板的计算厚度或文献5 5.6.2规定的最小厚度，取大者 (2)壳程腐蚀裕量或结构开槽深度，取大者 (3)管程腐蚀裕量与分程隔板槽深度，取大者
4.1 外管板设计
考虑到换热管的胀接和焊接，外管板与管箱和聚液壳的连接方式为e型，如图7所示，设计压力和设计温度按管程和聚液程工况确定。
图7 外管板与管箱的连接
4.1.1 初始数据计算
（1）受压元件材料及数据
以下数据查自文献[4] 圆筒材料：Q345
查表2,100℃下许用应力???c?189MPa（3???16） 查表2，200℃下许用应力???c?183MPa(3???16)
20010023
4万吨/年甲烷氯化物工程项目中固定双管板换热器设计
查表B.13，100℃管箱圆筒材料的弹性模量En?197GPa 查表B.13，200℃管箱圆筒材料的弹性模量Ep?191GPa
查表B.14，138℃金属温度下平均线性膨胀系数?s?11.88?10?6mm/mm?℃ 换热管材料：20号钢 查表6,200℃下许用应力???t200?131MPa
查表B.13,200℃下换热管材料的的弹性模量Et?191GPa
查表B.14,131℃金属温度下平均线性膨胀系数?1?11.74?10?6mm/mm?℃ 管板、法兰材料:16Mn锻件
查表9，常温下许用应力????178MPa 查表9，150℃设计温度下许用应力???150?167MPa
查B.13,200℃下壳体法兰材料弹性模量Ef??191GPa 查B.14,100℃下管箱、法兰材料弹性模量Ef???197GPa (2) 壳程圆筒
3.14?4002==125600mm2 内径面积 A=44?Di2 （4-1）
(3) 换热管
管程数Np=1，故Ad=0
管子有效长度 L=1800mm
Etna191?103?42193.75管束模数 Kt===11193MPa （4-2）
LDi1800?400换热管的回转半径： i=
122d+?d-2?t? （4-3） 412??252??25?2?2??8.16mm 41800=900mm 2所以换热管受压失稳当量长度 lcr=24