换热器管板两侧成对法兰的强度设计.pdf

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1、第2期．JJ换热器管板两侧成对法兰的强度设计朱彦伟(北京燕华工程建设有限公司，北京102502)[摘要]浮头式、u形管式、填料函式换热器固定端管板两侧成对法兰低压侧法兰的受力不同于高压侧法兰的受力。本文从法兰强度设计原理分析了低压侧法兰的实际受力状态，讨论了较为合理的强度设计方法。[关键词]换热器；成对法兰；强度设计浮头式、U形管式、填料函式换热器固定端差较大情况下，若仍取管、壳程较高侧设计压的管板大多为壳体法兰和管箱法兰夹持的可拆结力作为法兰的设计压力，虽然这种做法是安全构(如图1)。这种结构适用于管壳程介质温差较的，但不尽合理。对于压力

2、较低侧法兰显然过大、压力差较大的情况，并为管束的检修、清洗于保守。但若管、壳程法兰分别以管、壳程设和更换提供了方便。夹持管板用法兰是该类换热计压力作为设计压力，对于压力较高侧法兰不器的主要受压元件，其密封效果和强度对换热器存在问题，但对于压力较低侧法兰，因实际螺栓的安全使用至关重要，目前用SW6的计算方法时力较大显然会存在强度不足的问题。对此，GB选取较高侧压力作为这组配对法兰的设计压力。l50．1～150．4．201l《压力容器》明确注明：对于类似u形管式换热器管板两侧成对法兰的设计中，由于两侧的压力及所用垫片可能不同，因此在螺栓的设计中

3、应兼顾两侧的条件，要求以较大的螺栓载荷进行设计，且对法兰设计力矩应以此为基础进行计算。本文对管、壳程设计压力相差较大时，低压侧法兰合理、经济的强度设计进行探讨。1法兰强度设计原理GB150．1～150．4—2011法兰设计采用的Waters图1夹持管板用法兰结构法，长期大量实践证明，该法设计的法兰一般情况下能得到较满意的使用效果，因此为国内外众通常螺栓连接法兰中两法兰承受介质设计多标准诸~NASME等容器标准采用。该方法基于压力相同，设计温度相同。但夹持管板用法兰与弹性应力分析，不考虑系统的变形特性和垫片一般螺栓连接法兰不同，管箱法兰和壳体

4、法兰预的复杂行为，在法兰受力确定的条件下，计算出紧和操作状态下的螺栓力相同，但其承受的介质法兰的各向最大应力并控制在规定的许用应力以设计压力不同：管箱法兰和壳体法兰分别承受管下，保证法兰系统的强度，从而达到连接的密封程、壳程设计压力；设计温度不同：管箱法兰和要求。Waters法在分析法兰受力时，首先假定螺栓壳体法兰的设计温度分别为管程、壳程设计温载荷、垫片反力和流体静压力的轴向力都已知，度，因此二者为同一材料的前提下各自在设计温根据这些力计算出施加于法兰的外力矩。Waters法度下的许用应力不同。忽略介质压力的径向作用和螺栓孔的影响，且假在

5、工程设计中，若管、壳程的压力相差不设法兰有足够的刚度，法兰环的挠曲和转角都很大，为便于设计和制造，两侧法兰均取较高侧压小，可忽略不计，法兰上产生的应力和应变在弹力作为设计压力(设计温度分别按管、壳程)作者简介：朱彦伟(1974一)，男，陕西榆林人，本科，工程时，是安全合理的。但在管、壳程的设计压力相师。在北京燕华工程建设有限公司化工机械设计所工作。12一■论文广场石油和化工设备．2013年第16卷性范围内。载荷是相同的。预紧和操作状态下高压侧法兰所需螺栓载荷要大于低压侧法兰所需螺栓载荷，故2低压侧法兰的强度设计低压侧法兰实际螺栓载荷不是由低

6、压侧法兰决定法兰在预紧和操作状态下受力不同，故在法的，而是等于预紧和操作状态下高压侧法兰所需兰强度设计时应分为预紧状态和操作状态来讨论的最小螺栓载荷。(以下未标注符号定义见附录)。依照Waters的法兰强度设计原理：2．1预紧状态下需要的最小螺栓载荷I预紧状态低压侧法兰力矩：M=!三一【1在预紧状态下，法兰的受力见图2。为便于讨论，假设管壳程垫片是相同的。预紧状态法兰所J一预紧状态高压侧法兰力矩：M=二一．elb【crLk需要的螺栓载荷与设计压力无关。二预紧状态：Wa=Fa=3．14Dcby(1)预紧状态低压侧法兰计算力矩：操作状态：=nt

7、lx{M，．}(3)Wp=0．785DoPcH+6．28DcbmPcn(2)由式(3)的推导可以看出，决定法兰预紧状P一高压侧设计压力态下力矩大小的是螺栓面积，而螺栓面积又是根据预紧和操作状态所需要的螺栓载荷较大值决定由式(1)、(2)所得的螺栓载荷分别计算出两种的。因此，低压侧法兰在螺栓设计中应以高压侧工况下所需的最小螺栓面积：的螺栓载荷进行设计，其预紧力矩也应以此为基预紧状态：A前础进行计算。2．3操作时低压侧法兰的法兰力矩计算操作状态：=Fl0操作时低压侧法兰的受力与设计压力有关配对法兰所需的螺栓面积A为A、A。两者的(如图3)，此时

8、的法兰力矩计算是本文讨论的重较大值，并经向上圆整得到实际螺栓面积A。点。由以上分析可知操作时低压侧法兰螺栓力等依照Waters的法兰强度设计原理：于高压侧法兰操作状态时所需螺栓载