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1.7.4.5核算传热面积A0
??按传热基本方程式计算需要的管外传热面积A0??A0946176.2364?132.1142m2
54.4206?131.601Q K0?tm则裕度w??162.0559?132.1142A0?A0??100%?18.47%?20% ?A0162.0559∴假设成立。
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第二章 强度计算
表2.1设计参数
壳程 管程 设计压力/MPa 4.08 4.08 操作压力/MPa 3.6 3.67 设计温度/℃ 420 330 操作温度/℃ 391.2～376.8 244.8～260 流量/kg·h-1 174744.4 物料 变换气 煤气 程数 2 2 换热面积/m2 162.0559
2.1壳体设计
2.1.1壳体筒体壁厚计算与校核
筒体材料为16MnR+0Cr18Ni10Ti，设计压力PC=4.08MPa，设计温度T=420℃，内径Di=1400mm。查GB151—1999，当介质为压缩腐蚀气体的碳素钢制换热器时，腐蚀余量不小于1mm，在此取C2=2mm，查《过程设备设计与选型基础》得C1=0mm，焊接系数Φ=1.0，设计温度下16MnR的许用应力[?]1t?93MPa，屈服极限?S?325MPa，0Cr18Ni10Ti的许用应力[?]2t?79MPa。
计算厚度：
??
2?????pctpcDi4.08?1400
2?93?1?4.08?30.39mm?设计厚度：
?d???C2?30.39?2?32.39mm
名义厚度：
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?n??d?C1??
有效厚度：
?32.39?0?向上圆整 ?33mm?e1??n?C??n?(C1?C2)?33?(0?2)?31mm
查GB151—1999，复合层金属板的厚度不小于3mm，即?2?4mm，则复合板的许用应力：
[?]1?e1?[?]2?2[?]??e1??2ttt93?31?79?431?4?91.4MPa?
则复合板的有效厚度?e??e1??2?(31?4)mm 校核
操作温度下复合板的许用应力：
[?]??[?]1?e1?[?]2?2?e1??2119?31?80?431?4?114.5MPa
试验压力值PT：
PT?1.25P??????t114.591.4
?1.25?4.08??6.39MPa压力试验前圆筒的薄膜应力?T：
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?T??PT?Di??e?2?e6.39?(1400?35)2?35
?130.995MPa因为?T?0.9??s?0.9?1?235?292.5MPa，所以选材合格 压力及应力计算
圆筒的最大允许工作压力?Pw?
?Pw??2?e????Di??et
2?35?91.4?11400?35 ?4.46MPa?因为?Pw??PC，所以满足条件。 计温度下圆筒的计算应力?t
?t??Pc?Di??e?2?e
4.08?(1400?35)2?35
?83.64MPa因为?t????t??91.6?1?91.6Mpa，所以满足强度校核条件。 2.1.2壳体筒体封头计算与校核
封头设计原则上应根据封头在内压作用下的应力分析以及与之相连的筒体的边缘应力分析进行强度校核。但实际上由于按应力分析进行设计十分复杂，所以规定中对于仅受静载荷的一般封头，仅以远离封头地区的薄膜应力或弯曲应力进行分析加以限制。对于由于各种原因所引起的边缘应力，仅在结构形式上定性的加以限制，或在计算中直接引用某个参数，把按薄膜应力或弯曲应力求出的壁厚适当放大。
压力容器封头的种类较多，分为凸形封头、锥壳、变径段、平盖及紧缩口等，其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、蝶形封头和球冠形封头。由于椭圆形封头的椭球部分经线曲率变化平滑连续，应力分布比较均匀，且椭圆形封头深
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度较半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中、低压容器中应用较多之一，所以，选用标准椭圆形封头。则形状系数K=1。此时，Di2(H?h)?2，则曲面高度(H?h)?350mm，根据JB/T4746-2002得，当封头公称直径DN<2000mm时，直边高度h=25mm则H=375mm。
图2.1 壳程筒体封头
根据操作介质、设计压力、设计温度等条件，选取筒体封头材料为复合材料16MnR+0Cr18Ni10Ti。设计压力PC=4.08MPa，设计温度T=420℃，内径Di=1400mm。查GB151—1999，当介质为压缩腐蚀气体的碳素钢制换热器时，腐蚀余量不小于1mm，在此取C2=2mm，查《过程设备设计与选型基础》得C1=0mm，焊接系数Φ=1.0，设计温度下16MnR的许用应力[?]1t?93MPa，0Cr18Ni10Ti的许用应力[?]2t?79MPa。
计算厚度：
???2?????0.5pctpcDi4.08?1400 2?93?1?0.5?4.08?30.05mm设计厚度：
?d???C2?30.05?2?32.05mm
名义厚度：
?n??d?C1???32.05?0?向上圆整 ?33mm