大型立式换热器管束重量对管板强度的影响.pdf

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1、静设备P石油化工设备技术，2O14，35(2)·5·etro—ChemicalEquipmentTechnology大型立式换热器管束重量对管板强度的影响谢智刚，周耀．段瑞(1_中国石化工程建设有限公司，北京100101；2IN川天一科技股份有限公司，四川成都610225)摘要：揭示了立式换热器中管板管柬系统的重量对管板强度的影响关系。分析表明：对大型立式换热器由质量栽荷作用折算的当量压力虽不很大，但其引起的管板应力却十分可观，可能成为管板设计厚度的控制因素。现行标准GB151中对此没有涉及，但在工程设计中应该加以考虑。关键

2、词：大型换热器管板管束管板强度计算l问题的提出D——换热器内径，mm。随着工业装置大型化，石化装置中的塔器、换根据计算：对于上述换热器，P一0．24热器、容器的直径、高度越来越大。如某装置中的MPa，此压力相对该设备的壳程、管程设计压力换热器总质量800t(见图1)，其中管板管束等内(一6．6MPa，P一2．33MPa)来说是一个小量，件质量达430t。由于其为立式固定管板换热器，似乎可以忽略，然而进一步分析表明，不可小视管板管束等质量将全部作用到管板上，为此研究P当。由于当(0．24MPa)计算的管板厚度与按管板管束系统的

3、质量对管板强度的影响是非常必壳程设计压力P和管程设计压力P共同作用下要的。的管板计算厚度几乎相当。可见P虽小，但其作用不可忽视，以下予以分析。关于管板管束系统质量载荷对管板强度的影响，在标准n中都是忽略不计的。如上述P与声之比为0．24／6．6×100一3．6，以往通常都予以忽略了。但分析表明此户当非彼之和，因为它们对管板应力的作用属于两种不同的载荷，为此两种压力不能相提并论。2质量载荷与压力载荷对管板应力作用的区别2．1压力载荷对管板应力的作用“对固定管板换热器来说，无论声和P作用时，两块管板的受力是对称的，即其变形方向是

4、相反的。如图1所示，当受声(正压)作用时，上管板会产生下凹变形，而下管板则产生向上凸起，向下凹的上管板必然会受到下管板因上凸而通过管束图1换热器外形示意管束管板系统折流板及壳程介质的总质量可收稿日期：2O13—1O—O8。以折算成当量压力户当，则有：作者简介：谢智刚，男，1996年毕业于大连理工大学化工工程与机械专业，获硕士学位，长期从事石油化工设备的设计P当===4O／r：D(1)工作，副主任，教授级高级工程师，发表论文4篇。式(1)中：G——管板管束系统总质量，N；Email：xiezg．sei@sinopec，corn

5、石油化工设备技术传递来的向上的管束支撑力，为此上管板的变形对上述换热器，如令P、—P-_P=O．24大为减小，应力也随之大幅度降低。与此同时，上MPa，此时质量载荷P作用时管板计算厚度为凸的下管板因受到上管板下凹而通过管束传递过114mm，而按P，P计算的管板厚度仅为10来的管束支撑力，使其变形，应力也相应减小；当mm，可见按重量载荷计算的管板厚度为按压力受(正压)作用时，上下管板的变形方向与p载荷计算的厚度lO倍之多。为此必须正视质量(正压)作用时的情况相反，同样能使两块管板的载荷对管板强度的影响。变形与应力减小。2．4两

6、种载荷作用下管板应力分布的差异同定管板由于管束系统能对其起到支撑作图2为该N型管板换热器在P一6．6MPa用，所以产生的变形和所受的应力大为改善，这时时，作为弹性基础圆板的管板应力分布曲线。管束就像弹簧一样起到弹性支撑的作用，因此管板称为弹性基础圆平板。对弹性基础圆平板的管板来说，由P或P作用产生的轴向力大部分是塞由管束来承担的，为此管板变形且应力较小。这匠种情况下的管板厚度按固定管板进行计算。2．2质量载荷对管板应力的作用妇固定管板换热器在管束等重量载荷作用下，325●●5一050rJ上下两块管板的变形方向是一致的，都向下

7、凹曲，；；^^^{0500l000l5002lHM)250030003500所以两块管板不能通过管束互相支撑，即没有管半径／mm束的弹性支撑作用。作用到管板上的重量载荷图2压力载荷作用下的管板应力分布、只能靠管板自身弯曲变形来承受，所以管板变形很大，应力也很高，管板计算厚度会很厚。图3为该N型管板换热器在P一O．24MP此时管板的受力相当于受压力作用的无弹性时，作为无弹性基础支撑的普通圆板的管板应力基础的普通圆平板。这种情况下的管板厚度应按分布曲线。U型管板进行计算。2．3两种相同压力载荷作用下管板计算厚度的比较塞以上述换热

8、器为例，在P一O．24MPa时，由于质量载荷作用下管板没有弹性基础，管板厚．叵度按U型管板进行计算，此时得到管板计算厚度毯为1l4mFi2。拙当P一6．6MPa，P一2．33MPa时，由于在压力载荷作用下，管板有弹性基础作用，管板厚度按弹性基础圆板的固定管板计算，由此得到管板半径／mm计算