浮頭式換熱器換熱管軸向壓應力校核不合格的解決方法

陸嘉懿

上海寰球工程有限公司 上海 200032

浮頭式換熱器換熱管軸向壓應力校核不合格的解決方法

陸嘉懿*

上海寰球工程有限公司 上海 200032

換熱管 軸向壓應力 浮頭式換熱器

1 減小換熱管受壓失穩當量長度lcr

1.1 lcr數值的確定方法

浮頭換熱器的換熱管通常受到管板、殼程內部的折流板或支撐板的約束。換熱管的穩定校核是將換熱管簡化為端部鉸支或者固定的壓桿，依照材料力學[2]的壓桿穩定理論來進行計算。其約束條件及對應長度系數見表1。

表1 長度系數

在確定換熱管受壓失穩當量長度lcr時，可將管板作為固定端，折流板或支撐板作為鉸支端，根據換熱管各支撐段兩端的實際約束條件，分別乘上相應長度系數后，計算出各支撐段間的受壓失穩當量長度，選取其中最大值作為最終計算所用lcr，具體確定方法見GB/T 151中圖7-2。

1.2 調整lcr的適用情況和具體方法

基于每臺換熱器工藝條件具有一定的差異性，lcr可能出現在殼程內部的任意一段換熱管，根據lcr所在具體位置可選擇相應調整方法：

圖1 短支撐板D#

2 增加管板厚度

2.1 增加管板厚度的適用情況

表2 浮頭換熱器主要工藝參數

該設備折流板為左右缺的雙弓形，工藝條件要求折流板間距為550mm，因兩端管板與相鄰折流板/全支撐板間距相對較小，lcr最終由折流板間距決定。運用SW6計算程序對下列3種具有代表性的方案進行試算，結果如下：

(1)方案1。輸入數據：折流板間距550mm，lcr=1100mm，管板名義厚度n=138mm。

校核結論：不合格。

(2)方案2。輸入數據：折流板間距230mm，lcr=460mm，管板名義厚度n=138mm。

校核結論：合格。

(3)方案3：輸入數據：折流板間距550mm，lcr=1100mm，管板名義厚度n=280mm。

校核結論：合格。

2.2 方案3具體計算步驟

2.2.1 管板相關數據

(1)

2.2.2 換熱管相關數據

2.2.3 計算管板最小厚度δ下換熱管軸向應力σt

查C曲線圖，C(1)=0.43。

繼續迭代，

1/ρt=1.111

查C曲線圖，C(2)=0.39。

繼續迭代，

1/ρt=1.111

查C曲線圖，C(3)=0.41。

繼續迭代，

1/ρt=1.111

查C曲線圖，C(4)=0.406。

滿足要求，終止迭代。

1/ρt=1.111

查Gwe曲線圖， Gwe(實際)=3.04。

代入GB/T 151式(7-58)得：

校核合格。

圖2 SW6計算書截圖

3 結語

1GB/T151-2014，熱交換器[S].

2 劉鴻文. 材料力學 下冊[M].第三版 北京：高等教育出版社，1992：148-157.

3 薛明德，李世玉，朱國棟，等.GB151中浮頭式換熱器管板設計方法的理論依據及其應用[J]. 化工設備與管道，2015，52(3).

4 陳昊.GB/T151中浮頭式換熱器管板應力計算新途徑[J]. 石油化工設備技術，2016，37(3).

5 全國化工設備設計技術中心站 ,SW6-2011V3.0過程設備強度計算軟件 [P].2011.

2017-05-07)

*陸嘉懿：工程師。2006年畢業于上海應用技術大學過程與控制專業。主要從事壓力容器設計工作。聯系電話：(021)64164200， E-mail:lujiayi@lujiayi@hqcec.com。