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1、第53卷第4期化 工 设 备 与 管 道Vol.53No.42016年8月PROCESSEQUIPMENT&PIPINGAug.2016浮头式换热器管板应力的直接计算方法陈昊（中国石化工程建设有限公司，北京100101）摘要：依据GB/T151浮头式换热器管板计算模型，绘制了全新的计算参数曲线，给出了根据管子加强系数K和布管区当量直径参数ρt直接求解管板应力和换热管应力的直接计算方法。在工程实践中，可以通过此计算方法按管板实际有效厚度计算管板和换热管的实际应力，以便于对管板厚度进行工程评价。关键词：浮头式换热器；管板；管板应
2、力；换热管轴向应力中图分类号：TQ050.2；TH123文献标识码：A文章编号：1009-3281（2016）04-0007-005GB/T151[1]给出了工程中常用结构的浮头换热-v2hD1/21/4461^ptEntaK=cm;E（1）器管板（见文[1]图6-1，即图7-3所示a型连接方rdhELpd式的管板）在设计条件下所需最小厚度（即管板计算系数m表示管板布管区周边处径向弯矩Mt和剪厚度）的计算方法和相应的便于工程设计的参数曲力Vt的无量纲比值：线，以及该最小管板厚度下对应的换热管应力，但是KMtm=（2）RVtt
3、没有直接给出由管板的有效厚度求管板应力和换热文[2]给出了管板外缘非布管区的圆环形板的轴管应力的方法。文[2]给出了文[1]中设计方法和参向力平衡条件：数曲线来源的理论依据，并给出应用文[1]由给定管11板的有效厚度求管板应力和换热管应力的方法。对于Vt=pdRt=pdRρt（3）22除文[1]图6-1外的其他结构型式的浮头式换热器管管板中径向应力（详见文[2]）：板的设计计算方法，由文[3]给出。文[4]提出了利23pDdtfmr^h,,Kx用GB/T151已有公式和参数曲线求解管板应力和换vr=4nd2K（4）热管应力的
4、两种途径。本文则根据文[2]提供的管板式中：计算方法的理论依据，绘制了全新的计算参数曲线，K根据管子加强系数K和布管区当量直径参数ρt直接fmrr^,,Kxh=FK^h6fK01^^,,xmhh+fKrx@（5）1求解管板应力和换热管应力的直接计算方法。本文中fKr01^^,xfhh=Kf22^^xfhh-Kf1^xh（6）未注明的符号和公式见GB/T151和JB4732。fKr1^^,bxKhh=eillfx12^^hh-berKf^xh（7）1GB/T151浮头式换热器管板计算方法管板中最大径向应力为：文[1]、[2]指
5、出：GB/T151浮头式换热器管板3pD2maxfmr^h,,Kxdt0GGxK（8）vr=2厚度的设计方法基于弹性基础圆平板理论，仅适用4ndK于固定板与浮动板厚度相同、且其边缘均为简支支文[2]指出管板中最大径向应力取σri和σre中的承条件的情况，图1是文[2]给出的的力学模型。管大者，并注意到x=K时，fr(m,K,K)=m，故管板中板布管区挠度、转角、弯矩、剪力等都可以用Vt，K收稿日期：2016-05-03和m的表达式表示。其中K为管子加强系数，反映作者简介：陈昊（1973—），男，上海人，高级工程师。主要从事了
6、弹性基础强弱相对于管板自身抗弯刚度的大小：石油化工设备的设计工作。·8·化 工 设 备 与 管 道第53卷第4期其中：2xK^h^^31++vvpthh/t-p-2Mt2hKF1^Kh81^-vphmt=2=2^ppst-hRtFK3^h^^11++vvpphh-tt+22hKF1^Kh^^11--vpthht（11）文[2]所给mt的表达式是由图1所给力学模型导出的，导出过程既考虑了管板布管区为弹性基础上的均质孔板、又考虑了固定管板边缘为无孔无弹性支承的普通圆环板，利用了二者之间变形协调条件。由式（11）可知mt为K，ρt
7、的函数，KMt图1GB/T151浮头式换热器管板的力学模型mK^h,tt==2Kmt（12）RVttFig.1Mechanicalmodeloftubesheetforfloating-headheat再由式（12）可知m也为K，ρt的函数，则管exchangerinGB/T151板中最大径向应力的公式（式（8））可以改写为：最大径向应力可以直接用式（8）表示。3pD2maxfKrt^htt,,xdt0GGxK管板所需的最小厚度δ应当满足：vr=4nd2K（13）3pD2maxfmr^,,Kxh^hdt0GGxK6@（9）其中
8、问题的关键为求解：vrmax==21.5v4ndKmaxfKrt^htt,,x（14）但根据式（9）无法直接求出管板所需的最小0GGxK厚度δ，如应用式（9）来求解管板所需的最小厚可以通过如下方法得到frt曲线来解决：度δ必然要使用试算法，即假设厚度求（σr）max，当（1）设定一系列ρt
