淺析腐蝕余量對管板計算的影響

摘 要：文章論述了管板計算過程中，是否考慮腐蝕余量對于管板應力計算的影響。通過對比考慮腐蝕余量與不考慮腐蝕余量兩種情況所得到的管板應力計算結果，得到考慮腐蝕余量時管板的應力值并不都是苛刻的，因此在分析管板受力狀態，確定管板厚度時僅考慮存在腐蝕余量的情況是相對片面的。

關鍵詞：換熱器；管板計算；腐蝕余量；應力

1 引言

換熱器是石油行業中廣泛使用的熱量交換設備，它不僅可以單獨作為加熱器、冷卻器等使用，而且可以作為一些化工產品的重要生產設備。一般來講，換熱器主要是由管箱，管板，殼程殼體，換熱管等關鍵部件組成。其中，管板是換熱器的主要零部件之一，尤其是在大直徑和高壓力的場合下，管板往往成為整臺設備設計制造的決定因素。因此，正確分析管板受力狀態，合理確定管板厚度，對節約材料、保證換熱器安全使用、減少加工制造困難等具有非常重要的意義。

筆者因工程設計需要，運用SW6對f型管板進行了計算。在計算過程中得到部分與通常直觀想法不一致的結論。例如，在管板計算時，一般會涉及管殼程的腐蝕余量，而且這被認為是更安全、更保守的一種算法。然而，計算得到結果卻并不支持上述觀點。為驗證腐蝕余量對管板計算的影響，本文將以某項目中的一臺U型管式換熱器為例進行相關計算。

2 腐蝕余量對管板計算的影響

2.1 換熱器的結構及工藝參數

該換熱器的殼程設計壓力Ps為10.68MPa，殼程設計溫度Ts為276℃，管程設計壓力Pt為13.35MPa，殼程設計溫度Tt為309℃，換熱器的內徑為φ1100mm，換熱管為φ19×2mm，換熱管根數630根U型管，三角形排列，管間距為25mm，殼體腐蝕余量4mm，管板與管箱或者殼體法蘭連接型式為f型。管板及管箱材料選用12Cr2Mo1R，殼程材料選用Q345R，換熱管材料選用0Cr18Ni10Ti。

2.2 腐蝕余量考慮與否的計算結果對比

GB151-1999[1]同ASME Ⅷ-1[2]中U形管換熱器的計算步驟類似，首先都需要假設管板厚度的初始值，然后進行試算和校核管板、殼體和管箱的最大應力值是否超過許用應力，整個計算為迭代過程。本文假設管板厚度為230mm，分別從考慮殼體腐蝕余量與不考慮殼體腐蝕余量兩種情況進行計算，研究分析腐蝕余量對管板計算的影響。

按照GB151-1999，U型管管板計算是將布管區處理為開孔削弱的圓板，周邊布管區處理為圓環板，只考慮管、殼程壓力和螺栓、墊片力矩的作用，忽略壓力操作過程中螺栓、墊片的變形影響[3]。對于f型管板需要計算并校核的應力有：僅有管程設計壓力Pt（令Ps=0）和僅有殼程設計壓力Ps（令Pt=0）作用下在管板中心處（r=0）、管板布管區周邊處（r=Rt）和邊緣處（r=R）所產生的徑向應力；僅有管程設計壓力Pt（令Ps=0）和僅有殼程設計壓力Ps（令Pt=0）作用下法蘭預緊力Mfo所引起的在管板中心處（r=0）、管板布管區周邊處（r=Rt）和邊緣處（r=R）的徑向應力；僅有管程設計壓力Pt（令Ps=0）和僅有殼程設計壓力Ps（令Pt=0）作用下管板延長部分的法蘭應力。管板計算的具體步驟在GB151-1999中5.7.1.4中有詳細敘述，此處只列出考慮腐蝕余量與不考慮腐蝕余量的情況下，管板應力的計算結果（見表1）。

對比表1中考慮腐蝕余量和不考慮腐蝕余量兩種情況下所計算得到的管板應力數值會發現：除了管板中心處的徑向應力，不考慮腐蝕余量時比考慮腐蝕余量時小；其余的管板應力值，包括管板布管區周邊處及管板邊緣處的徑向應力、管板延長部分的法蘭應力等，不考慮腐蝕余量時都比考慮腐蝕余量時大。因此，在分析管板受力狀態，確定管板厚度時僅考慮涉及腐蝕余量的情況并不是一種保守的算法。

3 結束語

本文以某項目中的一臺U型管式換熱器的設計條件為例，分別從考慮腐蝕余量與不考慮腐蝕余量兩個方面對換熱器管板進行了計算。通過對比計算結果發現，考慮腐蝕裕量時，管板所得到的應力值并不都是苛刻的；反而不計及腐蝕余量時，在管板的邊緣處與管板布管區周邊處的徑向應力值、管板延長部分的法蘭應力值比較苛刻。因此，按照GB151-1999對管板進行計算時，不但要考慮存在腐蝕余量的情況，而且要校核不考慮腐蝕余量的情況下的管板應力。

參考文獻

[1]國家質量技術監督局.GB151管殼式換熱器[S].1999.

[2]ASME鍋爐及壓力容器委員會壓力容器分委員會.ASME第Ⅷ卷（第1分冊）壓力容器建造規則[S].2010.

[3]李永泰，劉長虹，何錄武.我國標準管板設計方法與ASME規范的比較及換熱器管板應力分析應考慮的問題.壓力容器，2010，27（2）：42-49.

作者簡介：李春會，女，助工（設計師）。

楊夫裕，男，助工（設計師）。