轻工用固定管板式蒸发器管板设计

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QB/T2086-1994《轻工用固定管板式蒸发器管板设计计算规定》
技术条件	设计压力
	壳程Pa Mpa	1.1
	管程Pt Mpa	0.4
	壳体外侧压力Po Mpa	0	红色区域为手工输入
	设计温度
	壳程 ℃	184
	管程 ℃	130
	制造环境温度 θo ℃	20
	壳体沿长度的平均金属温度θs ℃	175.4
	加热管沿长度的平均金属温度θt ℃	158
	降液管沿长度的平均金属温度θk ℃	158
	管板平均温度 ℃	180
初始数据
壳体	中径D mm	1008
	内直徑 D_i mm	1000
	壁厚 t_s mm	8
	材料	S30408
	材料弹性模量E_s Mpa	190476
	泊桑比 V_s	0.3
	热膨胀系数α_s 1/℃	1.60156E-05
	横截面金属面积 A_s=πts(D_i+t_s) mm2	25333.78176
加热管	外直徑 d mm	38
	内直徑 d_i mm	33
	壁厚 t mm	2.5
	长度 L mm	3000
	管数 n	348
	材料	0Cr18Ni9
	材料弹性模量E_t Mpa	185520
	泊桑比 V_t	0.3
	热膨胀系数α_t 1/℃	1.70904E-05
	横截面金属面积 A_t=πt(d-t) mm2	278.8161125
	每根半长管子轴向刚度Kt=2E_tA_t/L N/mm	34483.97679
降液管	外直徑 D_k mm	108
	壁厚 t_k mm	3
	管数 N	1
	材料	0Cr18Ni9
	材料弹性模量E_k Mpa	185520
	泊桑比 V_k	0.3
	热膨胀系数α_k 1/℃	1.70904E-05
	横截面金属面积 A_k=πt_k(D_k+t_k) mm2	989.60085
管板	材料	S30408
管板	材料弹性模量E Mpa	184200
	设计温度下管板材料许用应力 [σ]^t Mpa	132.8
	泊桑比 V	0.3
	最外圈管孔中心距管板中心距离r_o mm	475
	当量布管区直徑 D_a=2(r_o+d_i/4) mm	966.5
	布管区面积 A₁^·=π(D_a²-ND_k²)/4 mm2	724496.4034
	布管区管板钻孔后金属面积 A₂^· =A₁^· -nπd²/4mm2	329824.7349
	布管区装加热管后金属面积 A₃^· =A₁^· -nπd_i²/ 4mm2	426852.742
系数	λ1=A₂^·/A₁^·	0.455246891
	λ2=A₃·/A₁·	0.589171651
工况	Ⅰ只有壳程设计压力Ps 管程设计压力
	Pt=0,不计膨胀变形差
	Ⅱ只有壳程设计压力Ps 管程设计压力
	Pt=0,同时计入膨胀变形差
	Ⅲ只有管程设计压力Pt 壳程设计压力
	Ps=0,不计膨胀变形差
	Ⅳ只有管程设计压力Pt 壳程设计压力
	Ps=0,同时计入膨胀变形差
	温差 θs-θt ℃	17.4
	θs-θk ℃	17.4
工况Ⅰ	Δ_t =V_tL(P_ad-P_td_i)/2E_tt mm	0.040556274
	Δ_s =-V_sLP_aD_i/2E_st_s mm	-0.324844075
	Δ_k =VL[P_aD_k-P_t(D_k-2t_k)]/2E_kt_k mm	0.096054334
	e_t=nE_tA_t/(nE_tA_t+NE_kA_k)	0.989903846
	e_k=NE_kA_k/(nE_tA_t+NE_kA_k)	0.010096154
工况Ⅱ	Δ_t =V_tL(P_ad-P_td_i)/2E_tt mm	0.040556274
	Δ_s =-V_sLP_aD_i/2E_st_s mm	-0.324844075
	Δ_k =VL[P_aD_k-P_t(D_k-2t_k)]/2E_kt_k mm	0.096054334
	e_t=nE_tA_t/(nE_tA_t+NE_kA_k)	0.989903846
	e_k=NE_kA_k/(nE_tA_t+NE_kA_k)	0.010096154
工况Ⅲ	Δ_t =V_tL(P_ad-P_td_i)/2E_tt mm	-0.012807245
	Δ_s =-V_sLP_aD_i/2E_st_s mm	0
	Δ_k =VL[P_aD_k-P_t(D_k-2t_k)]/2E_kt_k mm	-0.032988357
	e_t=nE_tA_t/(nE_tA_t+NE_kA_k)	0.989903846
	e_k=NE_kA_k/(nE_tA_t+NE_kA_k)	0.010096154
工况Ⅳ	Δ_t =V_tL(P_ad-P_td_i)/2E_tt mm	-0.012807245
	Δ_s =-V_sLP_aD_i/2E_st_s mm	0
	Δ_k =VL[P_aD_k-P_t(D_k-2t_k)]/2E_kt_k mm	-0.032988357
	e_t=nE_tA_t/(nE_tA_t+NE_kA_k)	0.989903846
工况Ⅳ	e_k=NE_kA_k/(nE_tA_t+NE_kA_k)	0.010096154
设计压力组合并确定危险组合工况
工况Ⅰ	由管壳程压力引起的有效压力载荷Q_p=λ₁P_a-λ₂P_t Mpa	0.50077158
	由温度引起的有效压力载荷：不计热膨胀差Qt Mpa	0
	计入热膨胀差Q_t=[α_t(θ_t-θ_o)e_t+α_k(θ_k-θ_o)e_k-	-0.68461824
	α_s(θ_s-θ_o)]/A₁^·[1/E_sA_s+1/(nE_tA_t+NE_kA_k)] MPa
	由泊桑效应引起的有效压力载荷Qv=(Δ₁e_t+Δ_ke_k-Δ_s)/	0.642097547
	LA₁^·[1/E_sA_s+1/(nE_tA_t+NE_kA_k)] Mpa
	管板承受的总有效载荷 Q (兼作法兰时)
	不计入膨胀差Q=1.1(Q_p+Q_t+Q_v) Mpa	0.706307302
	计入膨胀差 Q=1.1(Q_p+Q_t+Q_v) Mpa	0.504075976
工况Ⅱ	由管壳程压力引起的有效压力载荷Q_p=λ₁P_a-λ₂P_t Mpa	0.50077158
	由温度引起的有效压力载荷：不计热膨胀差Qt Mpa	0
	计入热膨胀差Q_t=[α_t(θ_t-θ_o)e_t+α_k(θ_k-θ_o)e_k-	0.780747788
	α_s(θ_s-θ_o)]/A₁^·[1/E_sA_s+1/(nE_tA_t+NE_kA_k)] MPa
	由泊桑效应引起的有效压力载荷Qv=(Δ₁e_t+Δ_ke_k-Δ_s)/	0.642097547
	LA₁^·[1/E_sA_s+1/(nE_tA_t+NE_kA_k)] Mpa
	管板承受的总有效载荷 Q (兼作法兰时)
	不计入膨胀差Q=1.1(Q_p+Q_t+Q_v) Mpa	1.257156039
	计入膨胀差 Q=1.1(Q_p+Q_t+Q_v) Mpa	2.115978606
工况Ⅲ	由管壳程压力引起的有效压力载荷Q_p=λ₁P_a-λ₂P_t Mpa	-0.23566866
	由温度引起的有效压力载荷：不计热膨胀差Qt Mpa	0
	计入热膨胀差Q_t=[α_t(θ_t-θ_o)e_t+α_k(θ_k-θ_o)e_k-	-0.686080352
	α_s(θ_s-θ_o)]/A₁^·[1/E_sA_s+1/(nE_tA_t+NE_kA_k)] MPa
	由泊桑效应引起的有效压力载荷Qv=(Δ₁e_t+Δ_ke_k-Δ_s)/	-0.022828488
	LA₁^·[1/E_sA_s+1/(nE_tA_t+NE_kA_k)] Mpa
	管板承受的总有效载荷 Q (兼作法兰时)
	不计入膨胀差Q=1.1(Q_p+Q_t+Q_v) Mpa	-0.284346863
	计入膨胀差 Q=1.1(Q_p+Q_t+Q_v) Mpa	-1.039035251
工况Ⅳ	由管壳程压力引起的有效压力载荷Q_p=λ₁P_a-λ₂P_t Mpa	-0.23566866
	由温度引起的有效压力载荷：不计热膨胀差Qt Mpa	0
	计入热膨胀差Q_t=[α_t(θ_t-θ_o)e_t+α_k(θ_k-θ_o)e_k-	-0.686080352
	α_s(θ_s-θ_o)]/A₁^·[1/E_sA_s+1/(nE_tA_t+NE_kA_k)] MPa
	由泊桑效应引起的有效压力载荷Qv=(Δ₁e_t+Δ_ke_k-Δ_s)/	-0.022828488
	LA₁^·[1/E_sA_s+1/(nE_tA_t+NE_kA_k)] Mpa
	管板承受的总有效载荷 Q (兼作法兰时)
	不计入膨胀差Q=1.1(Q_p+Q_t+Q_v) Mpa	-0.284346863
	计入膨胀差 Q=1.1(Q_p+Q_t+Q_v) Mpa	-1.039035251
从以上四个工况计算，应以工况Ⅱ，不计入膨胀差是最危险工况Q Mpa		1.257156039
计入膨胀差是最危险工况Q Mpa		2.115978606
管板计算
	降液管开孔率R_k/R=D_k/D	0.107142857
	壳体厚径比 t_s/D_i	0.008
	管间距 ρ mm	48
	管子排列形式	三角形排列
	孔桥效率μ=(ρ-d_i)/ρ	0.3125
	当量布管区比值 Ra/R=D_a/D	0.958829365
	管束支撑刚度Kw=4nKt/π(D_a²-N D_k²) N/mm3	16.56381435
	壳体与管束的相对刚度W= E_s A_s/nE_t A_t	0.268072608
	设管板厚度δo mm	15
	厚度与间距比δo/ρ	0.3125
	管板强度削弱系数ψ 查图6	0.36
	削弱后管板弹性模量E^·=ψE Mpa	66312
	削弱后管板泊桑比V^·查图7	0.23
	管板抗弯刚度 D^·=E^·δo³/12/(1-V^·2) Nmm	19691954.39
	管子加强系数 K=(D/2)4√（Kw/D^·）	15.26329927
	形状局部影响系数F1 查图3	3.07
	形状局部影响系数F2 查图4	0.044
	形状局部影响系数F
	F=3(1+R_k/R)^0.3(2-e^-ts/Di)^0.3/[(1+K)^0.4(1+R_a/R)³]	0.135189546
	管板计算厚度不计入膨胀差0.75F D_i√(Q/ψ[σ]^·mm	13.42
	计入膨胀差 0.75F D_i√(Q/ψ[σ]· mm	12.3
	式中[σ]^·不计入膨胀差=1.5[σ]^t
	计入膨胀差=3[σ]^t
	设管板厚度15mm计算厚度13.42mm误差1.58mm满足
	按图7管板厚度计算值与GB151比为50%与TEMA比为 35%
	按有关参考资料，适当增加管板厚度，管板壳程结构
	深度3mm,管程结构2mm,取管板名义厚度取δn=50mm

加热管轴向应力	σa=7A₃^·Q/nA_tMPa	65.16138049
	≤[σ]_t^t=135.88(设计温度下加热管材料许用应力)MPa	满足
加热管拉脱力	σp=σa A_t/πd l Mpa	25.36435315
	式中l:焊脚高度l=3.5+2.5=6mm
	加热管许用拉脱力[σ]p=0.5[σ]t=0.5×132.8=66.4	满足
管板布管区周边	τp=0.15A₁^·Q/D_aδ (计入膨胀差)	9.913469284
剪应力	τp≤1.5[σ]^t=1.5×132.8=199.2 Mpa	满足
	τp=0.15A₁^·Q/D_aδ (不计入膨胀差)	5.889841108
	τp≤0.5[σ]^t=0.5×132.8=66.4 Mpa	满足

带中心管管板计算

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