四种高压U形管换热器管板强度设计.pdf

石 油化 工设计 ． Petrochemical Design 四种高压 U形管换热器的管板强度设计 周 耀 ，桑如苞 (1．四川天一科技股份有限公 司，四川 成都 610225；2．中国石化工程建设公司，北京 100101) 摘要：u形管板可视为受压力侧向作用且受管孔开孔削弱的圆平板，此圆平板的应力可分解为简支 圆平板和周边受均匀力矩作用的圆平板两部分，文章在对这两部分应力的分布规律进行较详细讨论的基 础上 ，提 出了四种 u形管板强度的建议计算方法 。 关键词 ：U形管；管板 ；强度计算 U形管换热器 由于能避免 由管壳温差产生的 进行分析，进而得到合理的计算方法 。 温差应力，且结构较简单 ，造价相对较低等特点， 被广泛应用于具有较大管壳温差的换热设备上， 2 U形管板的应力与计算 此种换热器多为管程高压、壳程低压 。本文主要 从简化计，u形管板可视为全布管的受均匀 针对管程计算。u形管换热器管板与管程和壳程 开孔削弱的圆平板，它在压力的侧 向作用下 ，管板 的常见连接结构如 图 1a型所示 ，另有 b型和 e 应力可分解为两部分 ：第一部分：周边简支的受压 型。这些连接结构的u型管板的计算可直接应用 力侧 向作用并受管孔开孔削弱的圆平板的应力。 GB151 进行。然而由于各种需要，b型结构可派 第二部分：由作用于管板周边的边缘力矩在管板 生如图 1中的g型、i型和j型，e型结构可派生 h 中产生的应力。不同支持条件 ，即不同管板周边 型 。这些结构在 GB151图 18中没有相应 的型式 ， 的连接结构对管板应力的不同影响就体现于此。 为此长期以来使其管板计算存在 困惑。在近几年 由于第二部分 由边缘力矩对管板作用引起的 压力容器设计单位资格换证审查中，发现不少单 变形与第一部分 由压力作用 引起 的管板变形 ，它 位在设计此类管板时错误地应用 GB151中的连接 们的方 向是相反 的，所 以管板 的实际应力 即为上 型式，其计算结果是不正确的。为此，本文在对 u 述两部分应力的 “叠加”。即在第一部分应力的基 形管换热器管板的受力和计算原理进行分析的基 础上抵减第二部分的应力。 础上 ，提出4种建议计算方法 ，且 已应用于工程设 2．I 受压力作用周边简支圆平板的应力 计 ，是安全可靠 的。 圆平板在侧 向压力作用下，将产生弯曲变形， 由此在板中引起两 向弯曲应力。对于周边简支的 1 U形管板的受力 u形管板的受力是受压力侧 向作用，并受管 收稿 日期 ：2010—09—20。 孔开孔削弱的圆平板。管板应力与管板周边 的支 作者简介 ：周耀，女，教授级高级工程师，1982年毕业 于成都科技大学(现四川大学)化工机械专业，从事压 持条件有密切关系。所 以管板的应力必须依实际 力容器设计工作 28年 ，压力容器设计批准人 ；现任 四 结构情况按标准中对应 的结构进行计算 。而下述 川天一科技股份有限公 司工程公司副总经理和四川 图 i中g、h、i、j4种结构 的u形管板 的周边支承 省防腐保温协会副理事长 ；获省、部级奖三项，国家专 条件在 GB151中是没有给出的，故其计算不能直 利二项，著作论文 4篇；近几年来被 国家质量监督检 接按此标准进行。许多设计者对所计算的管板结