管壳式废热锅炉挠性管板强度设计分析

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1、２２CHEMICALENGINEERINGDESIGN化工设计２０１６，２６（２）管壳式废热锅炉挠性管板强度设计分析倡黄莉浙江省天正设计工程有限公司杭州３１００１２摘要介绍挠性管板的特点及结构型式，对典型的管壳式废热锅炉挠性管板进行应力分析，得出管板强度计算的危险工况（内压与温差组合的工况）。应用ＧＢ１５０－２０１１、ＧＢ／Ｔ１５１－２０１４和西德ＡＤ规范中的计算方法进行挠性管板的强度计算时，管板厚度还应考虑制造、安装及运输的要求。在确定挠性管板厚度时，须根据标准ＪＢ／Ｔ４７３２－１９９５（２００５年确认）进行管板圆弧过渡区转角应力评定。关

2、键词挠性管板应力分析强度计算转角应力换热器设计中，管板的形式有厚管板、薄管可以补偿管束与壳体之间的热膨胀值差，减小管板和挠性管板三种。在实际的设计中经常会遇到板边缘由变形协调引起的二次应力，除此之外挠［３］［４］很多管板偏厚的情况，尤其厚度超过６０ｍｍ时加工性管板还有的特点：①由于管板很薄，管板就比较困难。当管壳温差较大时（即使壳程设置上下面温差应力小，特别适用于废热锅炉这种管膨胀节）计算出的管板厚度往往偏厚，厚管板不壳间温差大的设备，而且减小管板在工作中的内仅加工困难，浪费材料，对钻孔、胀管和焊接等应力；②在制造方面节省工时，特别是在钻孔

3、和工艺也带来诸多问题。这就加快了薄管板技术的胀接加工时，节省大量的制造费用，但为控制管板发展，国内外废热锅炉挠性管板的研究和使用已加工精度，可能增加制造难度；③取材方便，可以经取得了一定的研究成果。直接采用钢板制造，避免通常情况下诸多困难的锻挠性管板是指卧式管壳式余（废）热锅炉的管造、厚板拼接、热处理过程等，特别是不锈钢和贵板强度，主要依靠换热管及其它元件支撑、并为减重金属；④由于管板厚度较薄，从而增加了定长换小管壳间温差应力在平管板周边设置挠性过渡段的热管的有效传热长度及换热面积，在一定程度上能［１］管板。它除了承受内压之外，还能补偿和平

4、衡换改善换热器的换热效果。挠性管板结构形式分为两［１］热管同壳体之间的温差应力。对于挠性管板的管板种：Ⅰ型管板和Ⅱ型管板，其中Ⅰ型又分为三种结强度计算到目前尚无统一的计算公式，其主要原因构，Ⅱ型又分为两种结构，基本上包含了所有的挠性是影响管板的强度因素较多，有压力、温度、设备管板结构型式，其具体结构特点见ＧＢ１５１－２０１４附直径、换热管中心距、转角处的结构、管板圆弧过录Ｍ图Ｍ畅２和图Ｍ畅３。［２］渡区转角半径、高温测管板及换热管热防护等。2挠性管板应力分析常用的挠性管板的强度设计方法有德国ＡＤ规范、美国ＴＥＭＡ和标准ＧＢ１５１－２０１４附

5、录Ｍ等。其中一般的固定管板式换热器引起管板应力的载荷ＧＢ１５１－２０１４附录Ｍ主要参考了西德ＡＤ规范、有压力（管程压力Ｐｔ，壳程压力Ｐｓ）、管壳热膨胀［５］ＳＨ／Ｔ３１５８、ＧＢ／Ｔ１６５０８标准。ＧＢ１５０－２０１１中增差及法兰力矩。本文讨论的管壳式废热锅炉和管加了受拉撑板厚的计算方法，也可以进行挠性管板壳式热交换器差不多，属于压力容器的范畴，其具的强度计算，参见ＧＢ１５０畅３－２０１１中的５畅１２畅３。体结构型式见图１。由于管板与壳体直接焊接，挠性管板的应力主要由内压和管壳温差引起。本文按1挠性管板的特点及结构型式管程压力Ｐｔ和壳程压力

6、Ｐｓ（假设Ｐｓ、Ｐｔ同为正压）挠性管板最大的特点是周边设置的挠性过渡及管壳温差单独作用时，进行管板的应力分析，以段，其较高的柔性相当于在壳程设置了膨胀节，此来研究管板强度计算的危险工况。倡黄莉：工程师。２０１１年毕业于浙江工业大学化工过程机械专业获硕士学位。主要从事压力容器设计工作。联系电话：（０５７１）８８３６５９３３，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｌｙｈａｐｐｉｌｙ＠１２６．ｃｏｍ。２０１６，２６（２）黄莉管壳式废热锅炉挠性管板强度设计分析２３2畅2管壳温差下管板的边界力假设管子材料平均温度为ｔｔ，壳体材料平均温度为ｔｓ，假设ｔｔ＞ｔｓ。令管壳材料

7、线膨胀系数相同，即管壳间将产生热膨胀差Δ。在自由变形条件下，图１管壳式废热锅炉结构管束由于热膨胀将自由变形伸长Δｔ，壳程圆筒由于热膨胀产生轴向伸长Δｓ，由于ｔｔ＞ｔｓ，则Δｔ＞Δｓ，2畅1内压下管板的边界力由此管壳产生热膨胀差Δ（Δ＝Δｔ－Δｓ）。为了消除管板、管束系统在Ｐｓ作用下，解除筒体与管热膨胀差，自由变形伸长较小的壳程筒体将对自由板之间的相互约束，由于各元件的应力情况不同，伸长较大的管板产生轴向力ＶΔ，在ＶΔ作用下管板则它们边缘自由位移也是不同的。此时作用于管发生弯曲变形，产生弯矩ＭΔ（图２）。板管桥面积上的Ｐｓ产生轴向载荷，此载荷

8、使所有对于管壳式废热锅炉，换热管中都是高温气换热管均匀拉长（假设此时管板可自由移动），管体，所以管束热膨胀差大于壳体热膨胀差，即ｔｔ＞板可左右移动，热端管板左移，冷端管板右移，ｔ