固定管板式换热器管板设计计算中k值的重要意义

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1、第4期-9-论文广场固定管板式换热器管板设计计算中k值的重要意义金文凯（天津津滨石化设备有限公司制造分公司，天津300270）[摘要]通过对案例的分析、计算，阐述了固定管板式换热器管板周边不布管区无量纲宽度k值在管板设计计算中的重要作用，列出了影响k值的主要因素，提出了对k值超出标准范围的管板设计方法的见解。[关键词]固定管板式换热器；无量纲宽度；管板；设计计算固定管板式换热器因其结构简单，制造成本对管板周边不布管区无量纲宽度k≤1.0的控制来实低，在化工行业中有着较为广泛的应用。在固定现的。对于k>1.0的情况不能按

2、照GB151所提供的管板式换热器设计过程中，管板的设计计算是非计算方法进行管板的设计计算，可见k值的确定是常关键的设计步骤，也是整个设计过程中最复杂整个设计过程最关键的一步。的。因此，设计者对固定管板式换热器管板厚度管板周边不布管区无量纲宽度k=K(1-)ρt的设计特别重视。在管板厚度设计过程中，管板(1.1-1)周边不布管区无量纲宽度k起着举足轻重的作用，公式中：k值的大小将直接决定固定管板式换热器管板的设K—换热管加强系数；计计算所采用的计算方法。ρt—管板布管区的当量直径与壳程圆筒内径1k值的确定及影响k值的主要

3、因素之比。1.1k值的确定由公式（1.1-1）可知k值的大小由两部分组固定管板式换热器管板的布管区一般是一成，其中：个不规则的多边形，现以当量圆形布管区来代替多边形布管区，当量直径Dt（见图1）的取值应（1.1-2）使管子对管板的支承作用面积相等。该直径的大小直接影响着管板的应力大小和分布情况。在GB151-1999《管壳式换热器》中固定管板的应力Dt计算中，位于环形板与布管区交界处的应力σ'则ρt=（1.1-3）rDi是以全布管的管板在半径为Dt/2处的应力近似取值，因此标准限定GB151中固定管板的计算方法公式（1

4、.1-2）、（1.1-3）中：仅适用于周边不布管区即图1中阴影部分面积较小Di—壳程圆筒内直径，mm；的情况。而标准对不布管区面积的限定就是通过Dt—管板布管区的当量直径，mm；δ—管板计算厚度，mm；Et—换热管材料的弹性模量，Mpa；n—换热管根数；2a—一根换热管管壁金属的横截面积，mm；Ep—管板材料的弹性模量，Mpa；η—管板刚度削弱系数，一般可取0.4；L—换热管有效长度（两管板内侧间距），mm；作者简介：金文凯（1979—）男，毕业于抚顺石油学院化工设图1备与机械专业，主要从事压力容器设计工作。石油与化工

5、设备-10-论文广场蔡河生热力管道的柔性与热应力判断2010年第13卷Ep，η在设计过程中通常都是固定值。4At综上所述，当设计中遇到由于管板周边不布管板布管区当量直径(1.1-4)D=tπ管区无量纲宽度k>1.0而导致不能应用GB151中给出的固定管板计算方法时，可以通过增加管板厚公式（1.1-4）中：度的方法来满足k≤1.0的要求。At—管板布管区面积mm；但这种方法会使管板的计算厚度比较厚，造1.2影响k值大小的主要因素成设计过于保守，同时也浪费了材料，加大了制由公式（1.1-1~4）经过简化计算可得k值计算造成

6、本。因此，需要找到一种更加合理有效的方公式如下：法来解决这个问题。下面通过对案例的分析和计算，求得一个更合理的计算方法。2案例分析2.1设计条件（1.2-1）某装置设备蒸汽冷凝器基本设计参数见表1。该设备为管板兼做法兰的固定管板式换热器，简从公式（1.2-1）中可以得出，当一台固定管图见图2，设计方法为GB151-1999《管壳式换热板式换热器给定了设计参数（包括材料，换热面器》中的常规设计。积等）以后，式中除了管板计算厚度是个变量以外，其它各个数值都是确定值。即通过增加管板表1固定管板式换热器基本设计参数计算厚度的方

7、法可以使k值逐渐变小，从而达到项目管程壳程GB151计算方法所要求的k≤1.0。可见管板计算设计压力Mpa(G)0.60.6厚度是影响k值大小的一个主要因素。另外，从公设计温度　℃80100式中还可以得出换热管根数n以及换热管有效长度公称直径mm600600L、管板布管区面积At也是影响k值的主要因素，换热管根数/规格/长度245根/φ19×2/2.5m但在换热面积给定的情况下，换热管根数、换热介质循环冷却水蒸汽管有效长度和管板布管区面积通常是固定值，因2换热面积m35.535.5此在换热面积不变的情况下很难通过改变n

8、、L和At的值来改变k值。式中其它各项Di，Et，主体材料0Cr18Ni9图22.2设计过程分析该设备，管板的设计计算成为整台设备能否进行在该设备的设计计算过程中遇到了本文前面优化设计的关键。由于该设备的设计条件已经给所提到的问题，即管板周边不布管区无量纲宽度定，所以只能采取增加管板厚度的方法来减小kk值大于1的情况，管板布管图见