半圆管夹套容器温差情况下半圆管应力计算-论文.pdf

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1、化工装备技术应用与发展半圆管夹套容器温差情况下半圆管应力计算曹亚熹(江苏中圣高科技产业有限公司工程分公司，南京211109)李永华(南京西门子电站自动化有限公司，南京211112)摘要：本文对半圆管夹套容器在内外介质的温差情况下的半管应力进行了分析，给出了半圆管的温差应力计算公式，同时给出了使半圆管不失效条件下筒体内介质的最大工作温度条件式。关键词：半管筒体温差应力如图1所示，半圆管夹套容器的半圆管强体壁热阻的情况下，筒体壁的金属温度为：度计算无论是HG／T20582—2011钢制化工容器Tl=(t

2、l*(1／O【2+r2)+t2(1／。【l+r1))／(1，强度计算规定、HG／T20569—94机械搅拌设仅l+rl+l／2+r2))(1)备还是ASME711I一1都有明确规定，但笔者从实式中：O【1，O【2一简体与半圆管材料操作温际工作中发现拾多例半圆管夹套容器中的半圆管度下的对流给热系数w／(m2℃)失效情况，尤其在筒体内介质工作温度高、半圆r1，r2一简体材料工作温度下内外侧的污垢管内介质工作温度低且温差大的情况下半圆管失热阻m·~C／w效占的比例较大。半圆管壁温因外部一般有良好的绝热措施

3、，通过分析，这种温差大到一定的值，其温差可以取半圆管内介质的工作温度，即：应力可以使半管失效，具体计算推导如下。T2=t21计算半圆管温差应力2分别计算筒体与半圆管在工作温度下的沿在计算半圆管温差应力之前，首先要计算圆周伸长量出简体壁与半圆管壁的金属壁温，若已知筒体ALI=(T1一T0)入1L1⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)内介质温度为t1，半圆管内介质温度为t2，则按AL2=(T2一T0)入2术L2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(3)GB151—1999管壳式换热器附录F，在忽略筒式中：T0一常温℃图1半圆管夹套容器．

4、7一化工装备技术应用与发展天1，入2一筒体与半圆管材料工作温度下的通过(7)式计算，只要筒体内介质温度t1不线膨胀系数mm／~C超过此值，半圆管的应力值不会超过两倍的许L1一筒体沿圆周中性层的周长mill用应力。L2—半圆管沿横截面形心中心距的周长ITfn5举例说明已知：简体内介质工作温度t1：195℃，3图示关系对流给热系数cc1=12000w／(m·℃)，污垢热由图示，因简体直径远大于半管的直径，筒阻rl=0．0002m·℃／w，半圆管内介质工作温度体沿圆周中性层直径与半圆管沿横截面形心中心t2

5、=T2=2℃，对流给热系数2=l100w／(m·℃)，距很接近，工程上可以认为近似相等。根据虎克污垢热阻r2=0．0005m2．~C／w。定律，建立半圆管的应力应变关系式：经计算：T1=163．6oc，(ALl—AL2)／L2=o2／E2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．(4)筒体内径Di=2000，筒体厚度6=20mm，材将(2)、(3)两式代入(4)，解得半圆管的应力为：料为$30408，入1=17．1"10～mrrd~C，E1=185"103o2=((T1一TO)入1L1一(T2一TO)入2L2)MPa，筒

6、体沿圆周中性层的周长Ll=6346mm。E2／L2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．(5)半圆管半径R50，半圆管厚度6j=4mm，材料为式中：E1，E2一筒体与半圆管材料工作温度20#，入2=10．7810—6mm／~C，E2=200103MPa，下的弹性模量MPa半圆管沿横截面形心中心距的周长L2=6616mm，4半圆管与简体半圆管材料工作温度下的许用应力【o]半圆管与筒体间温差应力按JB4732．95《钢t=152MPa。常温T(I=20℃。制压力容器一分析设计标准分类应为二次应

7、经计算：AL1=15．58mm，AL2=一力，二次应力所限制的强度范围是两倍的许用应1．28mm，半圆管材料工作温度下的实际应力力，由此为了满足半圆管的应力不大于两倍的许o=509．67MPa。由此可见，半圆管材料在工作温度下的实际应力已大于两倍的许用应力，必然用应力，可以推导出半圆管与筒体金属壁温差条会产生失效。件关系式：为了满足半圆管的应力不大于两倍的许用应T1(2[盯】L2／E2+(T2一TO)入2L2))／力，则筒体金属壁温T1≤99．82~C，简体介质温度(入lL1)+TO⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

8、⋯⋯⋯⋯⋯⋯．(6)t1≤120．26℃。式中：【o】一半圆管材料工作温度下的6结论许用应力MPa温差应力对半圆管夹套容器的影响是不容忽通常半圆管与简体金属壁温差在工程上判断视的，尤其在温差大的情况下更要关注。建议标半圆管应力是否超限不直观，而是采用半圆管内准制订者在以后修改版时，将温差应力作为附加与筒体内不同介质的温度差来判断，因此对(1)校核条件列入标准中。和(6)进行整合，从而得出以下条件式：参考文件t1(T1(1／1+rl+1／2+r2)一t2(1／[1】夏清