柔性薄管板的工程计算方法

摘要

本发明公开了一种柔性薄管板的工程计算方法，包括如下步骤：确定换热管壁温和管箱设计温度；根据工艺条件对关键结构参数管间距和换热管壁厚进行优化；对计算结果进行分析处理：若出现管、壳程压力与温差载荷共同作用下的二次应力超标时，对不存在的操作工况的计算结果，不予以考虑；若出现管、壳程压力作用下的一次应力超标时，则将一次应力转化为二次应力来控制。本发明的积极效果是：弥补了长期以来柔性薄管板设计中采用的两种计算方法的不足，即适用范围的局限性或所耗用的计算时间太长，计算成本太高，计算过程过于烦琐的缺陷。该方法适用范围广，计算过程快速、简便，计算结果安全可靠，符合国家节能降耗，企业节约成本的要求。

主权项

一种柔性薄管板的工程计算方法，其特征是：包括如下步骤：第一步，利用换热器传热计算软件得出换热管轴向和径向温度分布场；第二步，确定换热管壁温和管箱设计温度：确定换热管壁温时，首先选择高温端管板上沿管板径向管头温度最高的一根换热管，再根据所选择换热管沿轴向的各温度点求其平均值得到换热管壁温；确定管箱设计温度时，首先确定一个适当的管板厚度，再根据所选择换热管在高温端的壁温和温升，按1mm管板厚增加4～5℃，得到管箱设计温度；第三步，根据工艺条件对关键结构参数进行优化：对于管间距，在保证足够的蒸发空间前提下，使管间距≥1.45倍换热管外径，且最外层换热管外表面至壳体内壁距离≥60mm；对于换热管壁厚，当温差载荷对计算结果起控制作用时，采用常用规格即可；当压力载荷对计算结果起控制作用时，可适当增加换热管壁厚;第四步，采用管壳式换热器管板的应力分析计算软件进行计算，以校核在各种工况下的应力是否小于许用应力；第五步，对计算结果进行分析处理：当壳程的设计压力＜2.0ＭPa，且管壳程壁温差＜20℃时，采用第一步至第四步的步骤就可得到薄管板计算结果；当壳程的设计压力≥2.0ＭPa或管壳程温差≥20℃时，若出现管、壳程压力与温差载荷共同作用下的二次应力超标时，则应根据设备的操作特点，判断是否在操作过程中具有这两种工况的出现，对不存在的操作工况的计算结果，不予以考虑，即视为满足强度要求，其计算结果是安全可靠的；当壳程的设计压力≥2.0ＭPa或管壳程温差≥20℃时，若出现一次应力超标时，则使用一次结构法使得壳程压力和管程压力对换热器各个方向的作用力有相应的元件来承受并满足相应的强度条件，然后将一次应力转化为二次应力来控制，具体做法为：a.求在壳程设计压力作用下壳程圆筒的一次总体环向薄膜应力小于等于圆筒材料在设计温度下的许用应力；b.求在管程设计压力作用下壳程圆筒的一次总体轴向薄膜应力小于等于圆筒材料在设计温度下的许用应力；c.求换热管在壳程设计压力作用下的一次总体轴向拉伸薄膜应力小于等于管子材料在设计温度下的许用应力；d.求换热管在管程设计压力作用下的一次总体轴向压缩薄膜应力小于等于管子的稳定许用压应力；e.求封头在管程设计压力作用下的一次总体径向薄膜应力小于等于封头材料在设计温度下的许用应力； f.求管板厚度满足“小圆板”计算方法的弯曲强度条件。