換熱器矩形管板的計算

胡建軍

（西安航天華威化工生物工程有限公司）

換熱器矩形管板的計算

胡建軍*

（西安航天華威化工生物工程有限公司）

介紹了換熱器矩形管板的幾種計算方法。 通過比較，為矩形管板的計算提供了一種簡潔、有效的方法，對同類型設備設計計算具有一定的參考價值。

換熱器 矩形管板 平蓋 壓力容器

0 前言

2006年我公司為某化工廠設計、制造了一臺空氣預熱器，其管程的管板為矩形。目前我國換熱器的矩形管板計算方法通常采用GB 151—1998附錄D（非圓形截面容器）所推薦的方法。計算時首先假定管板的厚度，然后按規定進行應力校核，直至滿足要求為止。此種方法不但繁瑣，數值不精確，而且沒有考慮管板的開孔削弱和管子的加強作用。當然矩形管板的計算方法很多，其中 《西德AD壓力容器規范》 （以下簡稱 《AD規范》）中關于換熱器的矩形管板計算方法相對來說簡單、經濟得多。

該空氣預熱器主要設計參數如表1所示。

管程的主要參數：管板外形尺寸1 950 mm×390 mm × 50 mm， 換熱管規格 ?25×2.5×3 000 （翅片外徑52 mm），換熱管中心距55 mm，管板孔直徑25.25 mm。

表1 空氣預熱器主要設計參數

以下對幾種計算方法作一比較。

1 按《AD規范》（B5篇6.2.1節）計算

《AD規范》中管板的計算式為

式中C——參數，取C=0.45；

CE——矩形管板的計算系數；

矩形管板的幾何尺寸如圖1所示。

圖1 矩形管板的幾何尺寸

這里已考慮開孔削弱，但是沒有考慮管子的支承作用。

2 按非圓形平蓋（GB 150—1998）計算

GB 150—1998中第7.4.2.2款關于平蓋計算厚度的公式如下：式中 δp——平蓋計算厚度，mm；

pc——設計壓力，MPa；

K——結構特征系數 （查表7-7）；

a——矩形管板的短邊，mm；

b——矩形管板的長邊，mm；

[σ]t——設計溫度下材料的許用應力 （按照

3 按帶底板半圓筒形容器計算

將底板當做邊緣支持承受均布載荷的矩形平板加以計算，其截面圖如圖2所示。計算公式如下：

圖2 帶底板半圓筒形容器截面圖

4 結論

（1） 按 《AD規范》 計算， 管板壁厚 s=48.98 mm；

（2）按非圓形平蓋計算，管板壁厚δp=74.9 mm；

（3）按帶底板半圓筒形容器計算，管板壁厚t1=74.8 mm。

比較以上三種計算方法， 《AD規范》計算的結果比較接近管板的厚度 （50 mm）。我公司2006年按此厚度（50 mm）設計、制造的這臺空氣預熱器使用至今仍然完好，這也進一步說明 《AD規范》這種設計方法具有良好的有效性、簡潔性和安全性。采用此種方法可以縮短設計時間，節省加工材料。該方法對同類設備設計也有一定的參考價值。

[1] 薛大年，等譯.西德AD壓力容器規范[S].上海：化工部設備設計技術中心站，1981.

[2]GB 151—1999.管殼式換熱器[S].

[3]GB 150—1998.鋼制壓力容器[S].

[4] 丁伯民，黃正林，等.化工容器[M].北京：化學工業出版社，2003.

The Calculation of Rectangular Tube Plate of the Heat Exchanger

Hu Jianjun

Several calculation methods of rectangular tube plate were introduced.The results of the comparision provided a simple， effective way to calculate the rectangular tube plate and supplied certain valuable references for the same type of equipments.

Heat exchanger； Rectangular tube plate； Flat cover； Pressure vessel

TQ 051.5

*胡建軍，男，1975年7月生，助理工程師 。西安市，710100。

2011-04-19）