《化工设备设计基础》
课程设计计算说明书
学生姓名： 学 号： 所在学院： 专 业： 设计题目： 指导教师：
2012 年 月 日
目 录
一. 设计任务书…………………………………………………………2 二. 设计参数与结构简图………………………………………………4 三. 设备的总体及结构设计……………………………………………5 四. 强度计算……………………………………………………………9 五. 设计小结…………………………………………………………..15 六. 参考文献…………………………………………………………..15
一、设计任务书
1、设计题目
设计题目：(题号3)
2）设计
2、设计任务
设计参数：
2.1设备的总体设计
1、按照设备条件设计要求，确定设备型式(卧式、立式) ； 2、根据换热面积、换热管长度和直径，确定换热管数目； 3、 根据设备直径和换热管直径，确定拉杆数目和直径；
4、 根据管板直径，确定折流板的形状和尺寸；根据换热管直径，确定折流
板间距；
5、 根据介质特性，确定筒体、管箱、法兰、管板、换热管等材料。
2.2设备的机械强度设计计算
1、筒体的强度计算； 2、封头的强度计算； 3、开孔补强计算；
按等面积补强法进行计算。补强圈或加强管补强也尽可能采用标准件。 4、法兰的选型或设计；
根据公称直径、公称压力确定标准设备法兰，同样根据公称直径、公称压力选用管道法兰标准（HG ），确定法兰尺寸。
5. 水压试验应力校核。
2.3换热器装配图绘制
（1）完成换热设备的装配图设计，包括主视图、局部放大图、焊缝节点图、管口方位图等。
（2）编写技术要求、技术特性表、管口表、明细表和标题栏。
3、参考资料：
[1] 董大勤. 化工设备机械基础[M]. 北京：化学工业出版社，2003. [2] 全国化工设备技术中心站. 《化工设备图样技术要求》2000版[S]． [3] GB150.1~150.4-2011. 钢制压力容器[S]．
[4] 郑晓梅. 化工工程制图 化工制图[M]．北京：化学工业出版社，2002. [5] GB151-1999 《管壳式换热器》[S]．
4、文献查阅要求
设计说明书中公式、内容等应明确文献出处; 装配图上应写明引用标准号。
5、设计成果
1、提交设计说明书一份。 2、提交换热器装配图一张(A1)。
（例题） 二. 设计参数与结构简图
1、设计参数
本课程设计的设计参数
2、结构简图 （手画）
图1 换热器结构简图
三. 设备的总体设计及结构设计
1、换热器的总体设计
根据换热器设计条件要求，考虑压差、温差等因素，由于温差不高（＜50℃），确定换热器设备的型式为固定管板式，程数为单程。
（1）根据换热面积、换热管长度和直径，确定换热管数目①。
换热面积F =n πd 0L ， 式中：d 0--换热管外径；
L--换热管长度（扣除伸入管板内长度），对U 形管，不包括弯管段面积； n--换热管数目
n =
F
= πd 0L
取n 为 根
（2） 根据设备直径和换热管直径，确定拉杆数目和直径。
拉杆的数量与筒体直径及拉杆直径有关，根据GB151
表 拉杆数量
本设计换热器换热管：φ25x2 选取拉杆数量为：4
选取拉杆直径为：16 mm
（3）根据管板直径，确定折流板的形状和尺寸；根据换热管直径，确定折 流板间距。
选取折流板为弓形结构。
取缺口方向（卧式换热器）——水平上下布置：
取折流板管厚度尺寸为5mm; 间距为400mm 。
（4）根据介质特性（介质的腐蚀性、设计压力、设计温度），确定筒体、管箱、法兰、管板、换热管等材料。
由于介质尾气有腐蚀性选取壳程筒体、管板、壳程接管材料0Cr18Ni9；换热管、管程接管材料为20；管箱壳体、设备法兰为20R ；、鞍座：Q235-B/0Cr18Ni9。
（壳体、接管材料的许用应力按照《化工设备机械基础》表8-7查并列表） （5）设备法兰的型式及尺寸选用，管法兰等零部件选型。 a. 工艺接管 b. 压力容器法兰和接管法兰
压力容器法兰的选取按照《化工设备机械基础》选JB/T4700～4707-2000标准。（按照《化工设备机械基础》（p263）写出选取过程）
容器法兰选取结果如下表： 管法兰选取结果汇总：
接管a ：管程进料口，公称压力P N =0.6MPa,材质为20, 在工作温度为700C 时，接管尺寸ϕ57⨯3.5(《化工设备机械基础》表6-5) ，公称直径DN 为80mm ，连接面为突面连接。查阅“HG20594 法兰（《化工设备机械基础》表10-23）”法兰连接尺寸表得接管法兰的相关参数，DN=50mm，D=140mm, D1=110mm, n=4， M12法兰厚度16 mm，法兰质量1.73Kg （D - 法兰外径 mm ；n - 螺栓孔个数；D 1 - 法兰螺栓孔中心圆直径 mm；M12- 螺纹直径 mm)
接管b ：管程出料口，公称压力P N =0.6MPa,材质为20, 在工作温度为700C 时，接管尺寸ϕ45⨯3.5(《化工设备机械基础》表6-5) ，公称直径DN 为40mm ，连接面为突面连接。查阅“HG20594 法兰（《化工设备机械基础》表10-23）”法兰连接尺寸表得接管法兰的相关参数，DN=40mm，D=130mm, D1=100mm, n=4， M12法兰厚度16 mm，法兰质量1.55Kg （D - 法兰外径 mm ；n - 螺栓孔个数；D 1 - 法兰螺栓孔中心圆直径 mm；M12- 螺纹直径 mm)
接管c.d ：壳程进出料口，公称压力P N =0.6MPa,材质为0Cr18Ni9, 在工作温度为100C 时，接管尺寸ϕ32⨯3.5(《化工设备机械基础》表6-5) ，公称直径DN 为25mm ，连接面为突面连接。查阅“HG20594 法兰（《化工设备机械基础》表10-23）”法兰连接尺寸表得接管法兰的相关参数，DN=25mm，D=100mm, D1=75mm, n=4， M10法兰厚度14mm ，法兰质量0.81Kg （D - 法兰外径 mm ；n - 螺栓孔个数；D 1 - 法兰螺栓孔中心圆直径 mm；M10- 螺纹直径 mm) 接管e.f ：--- c. 法兰密封垫片的选取
法兰密封垫片的选取参照《化工设备机械基础》表10-30
（6） 鞍座选取
鞍座的选取根据参照《化工设备机械基础》确定鞍座各尺寸。 （7）焊接接头形式和和焊接材料的选取
焊接接头形式的选取参照《化工设备机械基础》第十四章第二节（p367-377），标准为HG20583-2011，A 、B 类焊接接头按照HG20583-2011中DU4，D 类焊接接头按照HG20583-2011中G2，带补强圈D 类焊接接头按照JB/T4736-2002中C ，
焊接材料的选取参照第十四章《化工设备机械基础》第四节（p379-382），标准GB/T5117-95、GB/T5118-95 GB/T983-95
焊接接头的检验《化工设备机械基础》第十四章第三节(p378) （8）压力容器类别的划分
压力容器类别的划分按《压力容器安全技术监察规程》，本设计换热器为低压换热设备，介质中毒危害介质，故划分为一类压力容器。
四、强度计算
1、换热器壳程筒体壁厚计算
圆筒体壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》式5-1 计算壁厚： δ=
p c D i
（4-1） t
2[σ]ϕ-p c
式中 δ：筒体的理论计算壁厚，mm
p c ：筒体的计算压力，MPa D i ：筒体内径，mm
[σ]t ：钢板在设计温度下的许用应力，MPa
ϕ：焊接接头系数；
名义厚度： δn =δ+C +∆； （4-2）
C =C 1+C 2；
δe =δn -C ；
式中 δn ：名义厚度；
C 1：腐蚀裕量； C 2：钢板负偏差；
∆：圆整量；
δe ：有效厚度；
查表《化工设备机械基础》表8-7 0Cr18Ni9的许用应力 [σ]t =137MPa
p c ：取筒体的设计压力，0.45 MPa 焊缝为双面焊，局部射线检测，ϕ=0.85
代入数据到式（4-1）得：δ=
C 1 =0 mm C 2 =0 mm
0.45⨯600p c D i
= = mm t
2⨯137⨯0.85-0.452[σ]ϕ-p c
代入数据到式（4-2）得：名义厚度： δn =δ+C +∆= mm
按换热器最小厚度δmin 要求 取 δn = 6 mm
2、换热器管程筒体壁厚计算
管程圆筒体壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》式5-1
计算壁厚： δ=p c D i （4-1） 2[σ]t ϕ-p c
式中 δ：筒体的理论计算壁厚，mm
p c ：筒体的计算压力，MPa
D i ：筒体内径，mm
[σ]t ：钢板在设计温度下的许用应力，MPa
ϕ：焊接接头系数；
名义厚度： δn =δ+C +∆； （4-2）
C =C 1+C 2；
δe =δn -C ；
式中 δn ：名义厚度；
C 1：腐蚀裕量；
C 2：钢板负偏差；
∆：圆整量；
δe ：有效厚度；
换热器管箱筒体材料取20R ，管程设计压力0.1MPa
查表《化工设备机械基础》表8-6 20R 的许用应力 [σ]t =133MPa
p c ：取管程的设计压力，0.1MPa
焊缝为双面焊，局部射线检测，ϕ=0.85
代入数据到式（4-1）得：δ=
C 1 =0 mm
0.1⨯600p c D i = = mm t 2⨯133⨯0.85-0.12[σ]ϕ-p c
C 2 =0 mm
代入数据到式（4-2）得：名义厚度： δn =δ+C +∆= mm
按换热器最小厚度δmin 要求 取 δn = 6 mm
3、换热器管程封头的强度计算
（封头的设计参照第八章第二节p175-185）。
封头壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》式7-1
计算壁厚： δ=p c D i （4-3） t 2[σ]ϕ-0.5p c
式中 δ：封头的理论计算壁厚，mm
p c ：封头的计算压力，MPa
D i ：封头内径，mm
[σ]t ：钢板在设计温度下的许用应力，MPa
ϕ：焊接接头系数；
名义厚度： δn =δ+C +∆；
C =C 1+C 2；
δe =δn -C ；
式中 δn ：名义厚度；
C 1：腐蚀裕量；
C 2：钢板负偏差；
∆：圆整量；
δe ：有效厚度；
换热器管箱封头材料取20R ，管程设计压力0.1MPa
查表《化工设备机械基础》表8-6 20R 的许用应力 [σ]t =133MPa
p c ：取封头的设计压力，0.1MPa
焊缝为双面焊，100%射线检测，取ϕ=1
代入数据到式（4-3）得： δ=
=
C 1 =1 mm
C 2 =0 mm p c D i t 2[σ]ϕ-0.5p c 0.1⨯600= mm 2⨯133⨯1-0.5⨯0.1
代入数据到式（4-2）得：名义厚度： δn =δ+C +∆= 2 mm
按标准椭圆封头最小厚度δmin 〉0.15%Di 要求 取 δn = 6 mm
查《化工设备机械基础》(p196)
选标准椭圆形封头JB/T4746-2002封头直边高度h 0取25mm
封头高度h 取150 mm
3) 开孔补强计算
开孔补强结构选用JB/T4736-2002补强圈结构，补强圈尺寸按照《化工设备机械基础》p327（列出所选尺寸），焊接坡口尺寸选《化工设备机械基础》第十四章第二节p375 C型。
开孔补强计算采用等面积补强法，其公式参照第十二章第一节（p326-p335）。 例：a 开孔补强计算：
公称压力0.6MPa ，公称直径50 mm，标准号为HG20594-95
接管￠57⨯3.5(p302) 材料：20
a. 开孔所需补强面积 ；
A=dδ+2δδet(1-f r ) （4-4）
式中 f r ：强度削弱系数
d ：开孔直径 mm
δ：塔体的计算壁厚mm
δet ：接管的有效厚度mm
d=di+2Ct=(57-7)+2(1+0)=52 mm
δet=δnt- Ct=3.5-1=2.5 mm
筒体材料：20R [σ]t =137MPa
接管材料：20 [σ]t t=137 MPa
[σ]t f r =t [σ]t =137=1 137
代入式（4-4） A=d δ+2δδet(1-f r )
=52⨯0.69
= mm 2
b. 有效补强范围内的补强面积：
①有效补强范围
有效宽度： B=2d=2⨯52=104 mm
外伸高度：h 1
= mm
内伸高度：h 2= 0 mm
②壳体多余截面积
A1=(B-d)( δe -δ)-2δet ( δe -δ)(1-f r ) （4-5）
代入式（4-5）
A1= mm 2
③接管多余截面积
A2=2h1(δet-δt) f r +2h 2(δet-C2) f r （4-6）
接管计算厚度δt=δ=0.1⨯50p c d i = = mm 2⨯137⨯1-0.12[σ]t ϕ-p c
式中 di ：接管内直径 mm di=57-7=50 mm
代入式（4-6） A2=2h1(δet-δt) f r +2h 2(δet-C2) f r
= mm
④焊缝金属截面积
A3=6⨯6=36 mm2
A1+A2+A3>A 满足不另行补强条件，所以不需补强。
其它开孔直径比人孔直径要小，故不需再进行开孔计算
（如计算结果需要补强，还需对其他接管进行补强计算） 2
7) 水压试验应力校核
水压试验压力P T
P T =1.25P [σ] （3-7） [σ]t
式中 P ：设计压力
水压试验压力下的应力校核：
σT =P T [D i +δe ]≤0.9ϕσS （3-8） 2δe
式中 ϕ： 焊接接头系数
δe ： 筒体有效厚度
σS ： 筒体材料的屈服极限
P T ： 水压试验压力
σT ： 圆筒水压试验压力下的应力
[σ]：常温下材料的许用应力
[σ]t ：设计温度下材料的许用应力
D i ： 圆筒内直径
代入数据到式（3-7）壳程水压试验压力P T =1.25P [σ]=1.25×0.45= MPa t [σ]
[σ]=1.25×0.1= MPa [σ]t 管程水压试验压力P T t =1.25P
代入数据到式（3-8）进行水压试验压力下的应力校核 壳程σT =P T [D i +δe ]= ≤0.9ϕσS 2δe
P T t [D i +δe ]= ≤0.9ϕσSt 2δe 管程σTt =
满足水压试验压力下的应力校核条件。
五. 设计小结
（约300字）
六. 参考文献
[1] 董大勤. 化工设备机械基础[M]. 北京：化学工业出版社，2003.
[2] 全国化工设备技术中心站. 《化工设备图样技术要求》2000版[S]．
[3] GB150.1~150.4-2011. 钢制压力容器[S]．
[4] 郑晓梅. 化工工程制图 化工制图[M]．北京：化学工业出版社，2002.
[5] GB151-1999 《管壳式换热器》[S]．
[6]蔡纪宁等《化工设备机械设计基础课程设计指导书》2000.
《化工设备设计基础》
课程设计计算说明书
学生姓名： 学 号： 所在学院： 专 业： 设计题目： 指导教师：
2012 年 月 日
目 录
一. 设计任务书…………………………………………………………2 二. 设计参数与结构简图………………………………………………4 三. 设备的总体及结构设计……………………………………………5 四. 强度计算……………………………………………………………9 五. 设计小结…………………………………………………………..15 六. 参考文献…………………………………………………………..15
一、设计任务书
1、设计题目
设计题目：(题号3)
2）设计
2、设计任务
设计参数：
2.1设备的总体设计
1、按照设备条件设计要求，确定设备型式(卧式、立式) ； 2、根据换热面积、换热管长度和直径，确定换热管数目； 3、 根据设备直径和换热管直径，确定拉杆数目和直径；
4、 根据管板直径，确定折流板的形状和尺寸；根据换热管直径，确定折流
板间距；
5、 根据介质特性，确定筒体、管箱、法兰、管板、换热管等材料。
2.2设备的机械强度设计计算
1、筒体的强度计算； 2、封头的强度计算； 3、开孔补强计算；
按等面积补强法进行计算。补强圈或加强管补强也尽可能采用标准件。 4、法兰的选型或设计；
根据公称直径、公称压力确定标准设备法兰，同样根据公称直径、公称压力选用管道法兰标准（HG ），确定法兰尺寸。
5. 水压试验应力校核。
2.3换热器装配图绘制
（1）完成换热设备的装配图设计，包括主视图、局部放大图、焊缝节点图、管口方位图等。
（2）编写技术要求、技术特性表、管口表、明细表和标题栏。
3、参考资料：
[1] 董大勤. 化工设备机械基础[M]. 北京：化学工业出版社，2003. [2] 全国化工设备技术中心站. 《化工设备图样技术要求》2000版[S]． [3] GB150.1~150.4-2011. 钢制压力容器[S]．
[4] 郑晓梅. 化工工程制图 化工制图[M]．北京：化学工业出版社，2002. [5] GB151-1999 《管壳式换热器》[S]．
4、文献查阅要求
设计说明书中公式、内容等应明确文献出处; 装配图上应写明引用标准号。
5、设计成果
1、提交设计说明书一份。 2、提交换热器装配图一张(A1)。
（例题） 二. 设计参数与结构简图
1、设计参数
本课程设计的设计参数
2、结构简图 （手画）
图1 换热器结构简图
三. 设备的总体设计及结构设计
1、换热器的总体设计
根据换热器设计条件要求，考虑压差、温差等因素，由于温差不高（＜50℃），确定换热器设备的型式为固定管板式，程数为单程。
（1）根据换热面积、换热管长度和直径，确定换热管数目①。
换热面积F =n πd 0L ， 式中：d 0--换热管外径；
L--换热管长度（扣除伸入管板内长度），对U 形管，不包括弯管段面积； n--换热管数目
n =
F
= πd 0L
取n 为 根
（2） 根据设备直径和换热管直径，确定拉杆数目和直径。
拉杆的数量与筒体直径及拉杆直径有关，根据GB151
表 拉杆数量
本设计换热器换热管：φ25x2 选取拉杆数量为：4
选取拉杆直径为：16 mm
（3）根据管板直径，确定折流板的形状和尺寸；根据换热管直径，确定折 流板间距。
选取折流板为弓形结构。
取缺口方向（卧式换热器）——水平上下布置：
取折流板管厚度尺寸为5mm; 间距为400mm 。
（4）根据介质特性（介质的腐蚀性、设计压力、设计温度），确定筒体、管箱、法兰、管板、换热管等材料。
由于介质尾气有腐蚀性选取壳程筒体、管板、壳程接管材料0Cr18Ni9；换热管、管程接管材料为20；管箱壳体、设备法兰为20R ；、鞍座：Q235-B/0Cr18Ni9。
（壳体、接管材料的许用应力按照《化工设备机械基础》表8-7查并列表） （5）设备法兰的型式及尺寸选用，管法兰等零部件选型。 a. 工艺接管 b. 压力容器法兰和接管法兰
压力容器法兰的选取按照《化工设备机械基础》选JB/T4700～4707-2000标准。（按照《化工设备机械基础》（p263）写出选取过程）
容器法兰选取结果如下表： 管法兰选取结果汇总：
接管a ：管程进料口，公称压力P N =0.6MPa,材质为20, 在工作温度为700C 时，接管尺寸ϕ57⨯3.5(《化工设备机械基础》表6-5) ，公称直径DN 为80mm ，连接面为突面连接。查阅“HG20594 法兰（《化工设备机械基础》表10-23）”法兰连接尺寸表得接管法兰的相关参数，DN=50mm，D=140mm, D1=110mm, n=4， M12法兰厚度16 mm，法兰质量1.73Kg （D - 法兰外径 mm ；n - 螺栓孔个数；D 1 - 法兰螺栓孔中心圆直径 mm；M12- 螺纹直径 mm)
接管b ：管程出料口，公称压力P N =0.6MPa,材质为20, 在工作温度为700C 时，接管尺寸ϕ45⨯3.5(《化工设备机械基础》表6-5) ，公称直径DN 为40mm ，连接面为突面连接。查阅“HG20594 法兰（《化工设备机械基础》表10-23）”法兰连接尺寸表得接管法兰的相关参数，DN=40mm，D=130mm, D1=100mm, n=4， M12法兰厚度16 mm，法兰质量1.55Kg （D - 法兰外径 mm ；n - 螺栓孔个数；D 1 - 法兰螺栓孔中心圆直径 mm；M12- 螺纹直径 mm)
接管c.d ：壳程进出料口，公称压力P N =0.6MPa,材质为0Cr18Ni9, 在工作温度为100C 时，接管尺寸ϕ32⨯3.5(《化工设备机械基础》表6-5) ，公称直径DN 为25mm ，连接面为突面连接。查阅“HG20594 法兰（《化工设备机械基础》表10-23）”法兰连接尺寸表得接管法兰的相关参数，DN=25mm，D=100mm, D1=75mm, n=4， M10法兰厚度14mm ，法兰质量0.81Kg （D - 法兰外径 mm ；n - 螺栓孔个数；D 1 - 法兰螺栓孔中心圆直径 mm；M10- 螺纹直径 mm) 接管e.f ：--- c. 法兰密封垫片的选取
法兰密封垫片的选取参照《化工设备机械基础》表10-30
（6） 鞍座选取
鞍座的选取根据参照《化工设备机械基础》确定鞍座各尺寸。 （7）焊接接头形式和和焊接材料的选取
焊接接头形式的选取参照《化工设备机械基础》第十四章第二节（p367-377），标准为HG20583-2011，A 、B 类焊接接头按照HG20583-2011中DU4，D 类焊接接头按照HG20583-2011中G2，带补强圈D 类焊接接头按照JB/T4736-2002中C ，
焊接材料的选取参照第十四章《化工设备机械基础》第四节（p379-382），标准GB/T5117-95、GB/T5118-95 GB/T983-95
焊接接头的检验《化工设备机械基础》第十四章第三节(p378) （8）压力容器类别的划分
压力容器类别的划分按《压力容器安全技术监察规程》，本设计换热器为低压换热设备，介质中毒危害介质，故划分为一类压力容器。
四、强度计算
1、换热器壳程筒体壁厚计算
圆筒体壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》式5-1 计算壁厚： δ=
p c D i
（4-1） t
2[σ]ϕ-p c
式中 δ：筒体的理论计算壁厚，mm
p c ：筒体的计算压力，MPa D i ：筒体内径，mm
[σ]t ：钢板在设计温度下的许用应力，MPa
ϕ：焊接接头系数；
名义厚度： δn =δ+C +∆； （4-2）
C =C 1+C 2；
δe =δn -C ；
式中 δn ：名义厚度；
C 1：腐蚀裕量； C 2：钢板负偏差；
∆：圆整量；
δe ：有效厚度；
查表《化工设备机械基础》表8-7 0Cr18Ni9的许用应力 [σ]t =137MPa
p c ：取筒体的设计压力，0.45 MPa 焊缝为双面焊，局部射线检测，ϕ=0.85
代入数据到式（4-1）得：δ=
C 1 =0 mm C 2 =0 mm
0.45⨯600p c D i
= = mm t
2⨯137⨯0.85-0.452[σ]ϕ-p c
代入数据到式（4-2）得：名义厚度： δn =δ+C +∆= mm
按换热器最小厚度δmin 要求 取 δn = 6 mm
2、换热器管程筒体壁厚计算
管程圆筒体壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》式5-1
计算壁厚： δ=p c D i （4-1） 2[σ]t ϕ-p c
式中 δ：筒体的理论计算壁厚，mm
p c ：筒体的计算压力，MPa
D i ：筒体内径，mm
[σ]t ：钢板在设计温度下的许用应力，MPa
ϕ：焊接接头系数；
名义厚度： δn =δ+C +∆； （4-2）
C =C 1+C 2；
δe =δn -C ；
式中 δn ：名义厚度；
C 1：腐蚀裕量；
C 2：钢板负偏差；
∆：圆整量；
δe ：有效厚度；
换热器管箱筒体材料取20R ，管程设计压力0.1MPa
查表《化工设备机械基础》表8-6 20R 的许用应力 [σ]t =133MPa
p c ：取管程的设计压力，0.1MPa
焊缝为双面焊，局部射线检测，ϕ=0.85
代入数据到式（4-1）得：δ=
C 1 =0 mm
0.1⨯600p c D i = = mm t 2⨯133⨯0.85-0.12[σ]ϕ-p c
C 2 =0 mm
代入数据到式（4-2）得：名义厚度： δn =δ+C +∆= mm
按换热器最小厚度δmin 要求 取 δn = 6 mm
3、换热器管程封头的强度计算
（封头的设计参照第八章第二节p175-185）。
封头壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》式7-1
计算壁厚： δ=p c D i （4-3） t 2[σ]ϕ-0.5p c
式中 δ：封头的理论计算壁厚，mm
p c ：封头的计算压力，MPa
D i ：封头内径，mm
[σ]t ：钢板在设计温度下的许用应力，MPa
ϕ：焊接接头系数；
名义厚度： δn =δ+C +∆；
C =C 1+C 2；
δe =δn -C ；
式中 δn ：名义厚度；
C 1：腐蚀裕量；
C 2：钢板负偏差；
∆：圆整量；
δe ：有效厚度；
换热器管箱封头材料取20R ，管程设计压力0.1MPa
查表《化工设备机械基础》表8-6 20R 的许用应力 [σ]t =133MPa
p c ：取封头的设计压力，0.1MPa
焊缝为双面焊，100%射线检测，取ϕ=1
代入数据到式（4-3）得： δ=
=
C 1 =1 mm
C 2 =0 mm p c D i t 2[σ]ϕ-0.5p c 0.1⨯600= mm 2⨯133⨯1-0.5⨯0.1
代入数据到式（4-2）得：名义厚度： δn =δ+C +∆= 2 mm
按标准椭圆封头最小厚度δmin 〉0.15%Di 要求 取 δn = 6 mm
查《化工设备机械基础》(p196)
选标准椭圆形封头JB/T4746-2002封头直边高度h 0取25mm
封头高度h 取150 mm
3) 开孔补强计算
开孔补强结构选用JB/T4736-2002补强圈结构，补强圈尺寸按照《化工设备机械基础》p327（列出所选尺寸），焊接坡口尺寸选《化工设备机械基础》第十四章第二节p375 C型。
开孔补强计算采用等面积补强法，其公式参照第十二章第一节（p326-p335）。 例：a 开孔补强计算：
公称压力0.6MPa ，公称直径50 mm，标准号为HG20594-95
接管￠57⨯3.5(p302) 材料：20
a. 开孔所需补强面积 ；
A=dδ+2δδet(1-f r ) （4-4）
式中 f r ：强度削弱系数
d ：开孔直径 mm
δ：塔体的计算壁厚mm
δet ：接管的有效厚度mm
d=di+2Ct=(57-7)+2(1+0)=52 mm
δet=δnt- Ct=3.5-1=2.5 mm
筒体材料：20R [σ]t =137MPa
接管材料：20 [σ]t t=137 MPa
[σ]t f r =t [σ]t =137=1 137
代入式（4-4） A=d δ+2δδet(1-f r )
=52⨯0.69
= mm 2
b. 有效补强范围内的补强面积：
①有效补强范围
有效宽度： B=2d=2⨯52=104 mm
外伸高度：h 1
= mm
内伸高度：h 2= 0 mm
②壳体多余截面积
A1=(B-d)( δe -δ)-2δet ( δe -δ)(1-f r ) （4-5）
代入式（4-5）
A1= mm 2
③接管多余截面积
A2=2h1(δet-δt) f r +2h 2(δet-C2) f r （4-6）
接管计算厚度δt=δ=0.1⨯50p c d i = = mm 2⨯137⨯1-0.12[σ]t ϕ-p c
式中 di ：接管内直径 mm di=57-7=50 mm
代入式（4-6） A2=2h1(δet-δt) f r +2h 2(δet-C2) f r
= mm
④焊缝金属截面积
A3=6⨯6=36 mm2
A1+A2+A3>A 满足不另行补强条件，所以不需补强。
其它开孔直径比人孔直径要小，故不需再进行开孔计算
（如计算结果需要补强，还需对其他接管进行补强计算） 2
7) 水压试验应力校核
水压试验压力P T
P T =1.25P [σ] （3-7） [σ]t
式中 P ：设计压力
水压试验压力下的应力校核：
σT =P T [D i +δe ]≤0.9ϕσS （3-8） 2δe
式中 ϕ： 焊接接头系数
δe ： 筒体有效厚度
σS ： 筒体材料的屈服极限
P T ： 水压试验压力
σT ： 圆筒水压试验压力下的应力
[σ]：常温下材料的许用应力
[σ]t ：设计温度下材料的许用应力
D i ： 圆筒内直径
代入数据到式（3-7）壳程水压试验压力P T =1.25P [σ]=1.25×0.45= MPa t [σ]
[σ]=1.25×0.1= MPa [σ]t 管程水压试验压力P T t =1.25P
代入数据到式（3-8）进行水压试验压力下的应力校核 壳程σT =P T [D i +δe ]= ≤0.9ϕσS 2δe
P T t [D i +δe ]= ≤0.9ϕσSt 2δe 管程σTt =
满足水压试验压力下的应力校核条件。
五. 设计小结
（约300字）
六. 参考文献
[1] 董大勤. 化工设备机械基础[M]. 北京：化学工业出版社，2003.
[2] 全国化工设备技术中心站. 《化工设备图样技术要求》2000版[S]．
[3] GB150.1~150.4-2011. 钢制压力容器[S]．
[4] 郑晓梅. 化工工程制图 化工制图[M]．北京：化学工业出版社，2002.
[5] GB151-1999 《管壳式换热器》[S]．
[6]蔡纪宁等《化工设备机械设计基础课程设计指导书》2000.