高压U形管式换热器管箱设计.pdf

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1、设备运维高压U形管式换热器管箱设计刘明强（承德江钻石油机械有限责任公司，河北承德067000）摘要：高温、高压设备，管箱是设计高压U形管式换热器的1.3筒体端部法兰设计关键。本文以在某项目中高压U形管换热器管箱部分的设计双锥垫密封采用针对受轴向载荷（包括偏心载荷）的端部为例，阐述高压换热器管箱的设计方法。法兰的强度计算方法3/4巴赫法，即把端部法兰沿纵向剖开，所关键词：高压；U形管式换热器；管箱；设计受的轴向载荷在纵向剖面构成弯矩，引起沿端部法兰轴向分布对于高压管箱的设计，其结构上必须保证强度的可靠性和的弯

2、曲应力，将此弯曲应力限制在材料的许用应力以下。密封的严密性。使管箱在确定压力及其他载荷作用下，不导致1.4平封头设计破坏或过量塑性变形，就必须对各受力元件做详细的分析；为用于高压的平封头，其δD比值一般超过了0.2，不能按照了保证密封的严密性，使管箱在操作时不产生泄露，就必须慎平板理论导出的结果进行分析。目前对于双锥密封的平盖，采重确定密封结构及相关零部件尺寸。用弹性理论的小挠度薄板进行推导的计算方法，以最大弯曲应1设计方案力为失效条件来计算平盖厚度，并根据材料力学，将平盖简化1.1管箱密封结构选取为以直径

3、断面为截面的方法，对平盖纵向断面的弯曲应力及薄平封头在压力容器中使用广泛，特别用于压力较高直径较弱周向截面的弯曲和剪切应力进行校核，俗称Bach法。小的高压容器。其密封结构有：金属平垫密封、双锥密封、八角预紧状态时的计算厚度和操作状态时的计算厚度取最大垫和椭圆垫密封、卡箍紧固结构密封等。其中双锥密封的使用值，加上腐蚀裕量，得到设计厚度，圆整后得到平封头的名义厚范围：设计温度0-400℃；设计压力：6.4-35MPa；内直径400-度，然后根据双锥结构的尺寸，确定h1值。最后校核纵向断面3200mm。本设备设

4、计参数与此条件吻合，因此本设备管箱密得弯曲应力。封采用双锥密封。1.5管板设计双锥密封设计主要根据在预紧状态主螺栓载荷Wa和操作这种U形管换热器管箱结构特殊，因管程压力高，管板和状态主螺栓载荷的Wp，为主螺栓的设计提供依据，并根据主螺管箱筒体采用焊接连接，且没有兼做法兰的延长部分。考虑可栓载荷，为和密封结构相关的零部件的设计提供依据。抽芯更换的需要，管板和壳程间采用法兰连接。这种结构在1.2主螺栓设计GB151-1999中未明确管板的计算方法。对于此种U形管换热双锥环的结构尺寸按下式计算：器管板，由于只有一

5、块管板，管束可自由伸缩，形成弹性基础，0.75p所以既没有管束的弹性支撑又没有管壳程之间由于温差引起A+CcA=2.7DiC=（0.5-0.6）AB=2σ的载荷作用，因此可视为一个受管孔开孔削弱的圆平板。m式中双锥环中点处的弯曲应力σm＝50MPa-100MPa我们可用GB150.3-2011按照第5.9章表5-9，选取序号11所示平盖，在此平盖计算基础上附加考虑壳程法兰的法兰力矩另外也可根据GB150.3-2011附录C.6双锥环的系列结构的作用。它的受力可简化为受管程高压作用的简支圆平板，并尺寸选取设计

6、压力35Mpa系列，其中考虑到管板与壳程法兰的在板边缘作用有两个均布力矩的计算模型。这两个力矩一个连接尺寸以及设备的经济合理，制造维修方便等原因，选取封是管箱筒体在管程高压作用时由边界效应引起的力矩，一个是口内径Di=800mm，A=76mm，B=31mm，C=38mm，D1=760mm，α=壳程法兰的法兰力矩。这两个力矩引起的变形与管程高压作30°。用引起的变形刚好相反，所以保守的考虑管板只受管程高压作预紧状态时，在螺栓预紧力的作用下，平封头有趋势向筒用。体端部靠拢，即向下移动，因而除在双锥环锥面上引起的

7、正压力G0外，在上下锥面上还分别作用向下、向上平行于锥面的摩2结语擦力F=G0tanr，r为金属软垫片的材料和平封头或筒体端部材料通过以上对高压U形管式换热器管箱主要受压元件结构之间的摩擦角。正压力G0的大小应使锥面上达到足够的、该金和强度的设计，可以看出，高压设备设计计算也是建立在简单属软垫片材料的预紧密封比压y值。作用在锥面上的正压力G0的力学基础上的，其关键在于载荷分析和力学模型的建立，做和摩擦力F的合力为Q0,Q0的轴向分量即为主螺栓所加的预紧好这两点，设计起来才能得心应手。载荷Qa。参考文献：由于

8、高压容器的主螺栓、螺母承受容器顶盖的轴向力和密[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家封力，负荷很大。为了使每个螺栓的螺纹所分担的载荷尽可能标准化管理委员会发布GB150.1-GB150.4-2011《压力容器》.的均匀并降低应力集中，因而取螺栓的数量为偶数（一般为4的[2]国家质量技术监督局发布GB151-1999《管壳式换热倍数）。螺栓的数值n一般先假设，如果选用的n值多，则垫片器》.承压均匀，