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列管式石墨換熱器中固定管板的三種計算方法比較

點擊:1782 日期:[ 2014-04-26 21:58:00 ]
                      列管式石墨換熱器中固定管板的三種計算方法比較                                  蔡遠航   管永康                        南通三圣石墨設備科技有限公司(江蘇南通226009)     摘要:從強度計算的角度,對同一列管式石墨換熱器中固定管板的厚度用三種計算方法作比較,為石墨設備制 造廠家提供良好的計算參考。     關鍵詞:石墨列管式換熱器  石墨制壓力容器  美國TEMA規范  AD2000規范  強度計算     中圖分類號:TQ051.5     0 前言     列管式石墨換熱器是石油化工、制藥等行業的重要設備之一。很多國家的專家和學者在列管式石墨換熱器中的管板計算上做了大量工作,從而形成了各國相應的標準。典型的有美國TEMA規范和德國AD2000規范,我國在2008年出版了《石墨制壓力容器》。不同國家的標準對相同設備中固定管板厚度計算的數值相差很大,下面對一臺列管式石墨換熱器的固定管板厚度進行計算比較。     1.技術特性指標     (1)設計壓力:管程0.22 MPa、殼程0.33 MPa;     (2)設計溫度:管程75℃,殼程40℃;     (3)物料名稱:管程、酸、殼程、冷卻水;     (4)設備內直徑:1 160 mm;     (5)固定管板外徑:1 220 mm;     (6)換熱管規格:φ22/φ32。     選材為B級石墨,其強度分級及安全系數如表1所示:                      2 強度設計計算     2.1按照GB/T 21432-2008《石墨制壓力容器》 計算     計算過程:                                       相比兩計算厚度,應該取大值,最終管板厚度取243.45 mm。     2.3采用德國AD2000壓力容器規范     浮頭管板用填料函密封的換熱器中固定管板                      針對目前三種計算管板強度的方法作比較:     (1)GB/T 21432-2008《石墨制壓力容器》中管 板計算,采用的方法是視管板為受均布載荷的圓平 板,并同時計管孔對強度的削弱,再根據受載、周邊 支承條件及管束支承情況來計算管板的最大彎曲應力,據此來校核管板的強度,通過具體的系數修正來 制定公式。計算該管板厚度為372.64 mm。     (2)采用美國TEMA規范中管板厚度計算公式 進行計算,把管板簡化為彈性基礎上一塊均勻連續 削弱的當量實心圓平板,在此基礎上得出的管板厚 度計算方法,主要考慮總體彎曲應力。計算該管板厚 度為243.45 mm。     (3)采用德國AD2000壓力容器規范,利用的 是平板的經驗公式,主要考慮局部應力。計算該管板 厚度為271.11 mm。     3 結束語     國內的計算公式比較保守,在結合美國TEMA規范中管板厚度計算公式和德國AD2000壓力容器規范,最終確定使用管板厚度是280 mm,在山東金虹熱交換器的設計、制造、應用上取得了成功,為在設計大、中型列管式石墨換熱器方面積累了經驗,并為今后開發該領域產品奠定了基礎。 在列管式石墨換熱器中管板的受力情況可以說最為復雜,幾種標準中的方法不可能考慮所有的結構及載荷,在日常設計列管式石墨換熱器工作中不知道要套用什么標準,只能通過初步計算,再憑經驗來確定管板厚度。管板應力分析的工作在我國剛剛起步,途徑尚需不斷摸索,但應根據設計者的能力和經驗選擇簡單實用的途徑,忽略次要因素,抓住關鍵環節。 參考文獻: [1]國家標準GB/T 21432-2008《石墨制壓力容器》.中國 標準出版社,2008(1):3-6. [2]《化工設備設計全書》編輯委員會,秦叔經編.《換熱器》 [M].北京:化學工業出版社,2003(1):144-161. [3]《化工設備設計全書》,許志遠編.《石墨制化工設備》 [M].北京:化學工業出版社,2003(1):220-222. [4]李永泰,吳曉紅,陳永東,等.換熱器管板應力分析計算 論文.第二屆全國換熱器學術會議論文集,2005. 
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