浮头式换热器换热管轴向压应力校核不合格的解决方法

陆嘉懿

上海寰球工程有限公司 上海 200032

浮头式换热器换热管轴向压应力校核不合格的解决方法

陆嘉懿*

上海寰球工程有限公司 上海 200032

换热管 轴向压应力 浮头式换热器

1 减小换热管受压失稳当量长度lcr

1.1 lcr数值的确定方法

浮头换热器的换热管通常受到管板、壳程内部的折流板或支撑板的约束。换热管的稳定校核是将换热管简化为端部铰支或者固定的压杆，依照材料力学[2]的压杆稳定理论来进行计算。其约束条件及对应长度系数见表1。

表1 长度系数

在确定换热管受压失稳当量长度lcr时，可将管板作为固定端，折流板或支撑板作为铰支端，根据换热管各支撑段两端的实际约束条件，分别乘上相应长度系数后，计算出各支撑段间的受压失稳当量长度，选取其中最大值作为最终计算所用lcr，具体确定方法见GB/T 151中图7-2。

1.2 调整lcr的适用情况和具体方法

基于每台换热器工艺条件具有一定的差异性，lcr可能出现在壳程内部的任意一段换热管，根据lcr所在具体位置可选择相应调整方法：

图1 短支撑板D#

2 增加管板厚度

2.1 增加管板厚度的适用情况

表2 浮头换热器主要工艺参数

该设备折流板为左右缺的双弓形，工艺条件要求折流板间距为550mm，因两端管板与相邻折流板/全支撑板间距相对较小，lcr最终由折流板间距决定。运用SW6计算程序对下列3种具有代表性的方案进行试算，结果如下：

(1)方案1。输入数据：折流板间距550mm，lcr=1100mm，管板名义厚度n=138mm。

校核结论：不合格。

(2)方案2。输入数据：折流板间距230mm，lcr=460mm，管板名义厚度n=138mm。

校核结论：合格。

(3)方案3：输入数据：折流板间距550mm，lcr=1100mm，管板名义厚度n=280mm。

校核结论：合格。

2.2 方案3具体计算步骤

2.2.1 管板相关数据

(1)

2.2.2 换热管相关数据

2.2.3 计算管板最小厚度δ下换热管轴向应力σt

查C曲线图，C(1)=0.43。

继续迭代，

1/ρt=1.111

查C曲线图，C(2)=0.39。

继续迭代，

1/ρt=1.111

查C曲线图，C(3)=0.41。

继续迭代，

1/ρt=1.111

查C曲线图，C(4)=0.406。

满足要求，终止迭代。

1/ρt=1.111

查Gwe曲线图， Gwe(实际)=3.04。

代入GB/T 151式(7-58)得：

校核合格。

图2 SW6计算书截图

3 结语

1GB/T151-2014，热交换器[S].

2 刘鸿文. 材料力学 下册[M].第三版 北京：高等教育出版社，1992：148-157.

3 薛明德，李世玉，朱国栋，等.GB151中浮头式换热器管板设计方法的理论依据及其应用[J]. 化工设备与管道，2015，52(3).

4 陈昊.GB/T151中浮头式换热器管板应力计算新途径[J]. 石油化工设备技术，2016，37(3).

5 全国化工设备设计技术中心站 ,SW6-2011V3.0过程设备强度计算软件 [P].2011.

2017-05-07)

*陆嘉懿：工程师。2006年毕业于上海应用技术大学过程与控制专业。主要从事压力容器设计工作。联系电话：(021)64164200， E-mail:lujiayi@lujiayi@hqcec.com。