[發(fā)明專利]柔性薄管板的工程計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010161161.0
• 申請(qǐng)日: 2010-05-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101847172A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周耀;桑如苞;周江寧;黃維柱;楊先忠;林少波;陳麗萍;萬(wàn)興;潘世俊;蹇守華;楊靖;傅宗國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川天一科技股份有限公司
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 鄧世燕;韓洋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種柔性薄管板的工程計(jì)算方法。

背景技術(shù)

蒸汽發(fā)生器作為產(chǎn)生蒸汽的余熱回收設(shè)備在各生產(chǎn)裝置中得到廣泛應(yīng)用，為各生產(chǎn)裝置的節(jié)能降耗，獲取經(jīng)濟(jì)效益起到了極為重要的作用。它的結(jié)構(gòu)型式多種多樣，但在石化生產(chǎn)裝置中由于溫度、壓力、流速都不太高，故以列管式蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)型式居多。而列管式蒸汽發(fā)生器目前在國(guó)內(nèi)又有兩種典型的結(jié)構(gòu)：厚管板加殼程膨脹節(jié)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和八十年代初從德國(guó)引進(jìn)裝置演變而來(lái)的柔性薄管板結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、取材容易、易于加工、安裝檢修方便，缺點(diǎn)是對(duì)開(kāi)車過(guò)程中管殼程溫差變化的適應(yīng)能力差，管子與管板的連接接頭易失效；柔性薄管板結(jié)構(gòu)除了具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)外，還具有對(duì)操作過(guò)程中管殼程溫差變化的適應(yīng)能力強(qiáng)，能長(zhǎng)周期安全可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。

對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的管板計(jì)算，國(guó)內(nèi)外均有成熟可靠的標(biāo)準(zhǔn)（如：我國(guó)的GB151、美國(guó)的TEMA、英國(guó)的PD5500、德國(guó)的AD、法國(guó)的CDDAP、前蘇聯(lián)的GOST、日本的JIS等）和方法供采用，而對(duì)于柔性薄管板的計(jì)算目前通用的是兩種方法，即按德國(guó)的AD規(guī)范或有限元的應(yīng)力分析法，但這兩種方法美中不足的是：德國(guó)的AD規(guī)范由于僅以管板應(yīng)力中占次要地位的局部彎曲應(yīng)力作為管板應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，其適用的范圍具有局限性，即不適用于殼程筒體與換熱管有熱膨脹差的情況；有限元的應(yīng)力分析法具有計(jì)算結(jié)果精確適用范圍不受限的特點(diǎn)，但所耗用的計(jì)算時(shí)間太長(zhǎng)，計(jì)算成本太高，計(jì)算過(guò)程煩瑣，難以滿足多數(shù)業(yè)主對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)度的要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種適用范圍較廣、快速、簡(jiǎn)便、安全可靠的柔性薄管板的工程計(jì)算方法，利用該方法可獲得變形協(xié)調(diào)性較好的薄管板。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種柔性薄管板的工程計(jì)算方法，包括如下步驟：

第一步，利用換熱器傳熱計(jì)算軟件得出換熱管軸向和徑向溫度分布場(chǎng)；

第二步，確定換熱管壁溫和管箱設(shè)計(jì)溫度：

確定換熱管壁溫時(shí)，首先選擇高溫端管板上沿管板徑向管頭溫度最高的一根換熱管，再根據(jù)所選擇換熱管沿軸向的各溫度點(diǎn)求其平均值得到換熱管壁溫；

確定管箱設(shè)計(jì)溫度時(shí)，首先確定一個(gè)適當(dāng)?shù)墓馨搴穸龋俑鶕?jù)所選擇換熱管在高溫端的壁溫和溫升，按1mm管板厚增加4～5℃，得到管箱設(shè)計(jì)溫度；

第三步，根據(jù)工藝條件對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化：

對(duì)于管間距，在保證足夠的蒸發(fā)空間前提下，使管間距≥1.45倍換熱管外徑，且最外層換熱管外表面至殼體內(nèi)壁距離≥60mm；

對(duì)于換熱管壁厚，當(dāng)溫差載荷對(duì)計(jì)算結(jié)果起控制作用時(shí)，采用常用規(guī)格即可；當(dāng)壓力載荷對(duì)計(jì)算結(jié)果起控制作用時(shí)，可適當(dāng)增加換熱管壁厚;

第四步，采用管殼式換熱器管板的應(yīng)力分析計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算，以校核在各種工況下的應(yīng)力是否小于許用應(yīng)力；

第五步，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析處理：

當(dāng)殼程的設(shè)計(jì)壓力＜2.0ＭPa，且管殼程壁溫差＜20℃時(shí)，采用第一步至第四步的步驟就可得到薄管板計(jì)算結(jié)果；

當(dāng)殼程的設(shè)計(jì)壓力≥2.0ＭPa或管殼程溫差≥20℃時(shí)，若出現(xiàn)管、殼程壓力與溫差載荷共同作用下的二次應(yīng)力超標(biāo)時(shí)，則應(yīng)根據(jù)設(shè)備的操作特點(diǎn)，判斷是否在操作過(guò)程中具有這兩種工況的出現(xiàn)，對(duì)不存在的操作工況的計(jì)算結(jié)果，不予以考慮，即視為滿足強(qiáng)度要求，其計(jì)算結(jié)果是安全可靠的；

當(dāng)殼程的設(shè)計(jì)壓力≥2.0ＭPa或管殼程溫差≥20℃時(shí)，若出現(xiàn)一次應(yīng)力超標(biāo)時(shí)，則使用一次結(jié)構(gòu)法使得殼程壓力和管程壓力對(duì)換熱器各個(gè)方向的作用力有相應(yīng)的元件來(lái)承受并滿足相應(yīng)的強(qiáng)度條件，然后將一次應(yīng)力轉(zhuǎn)化為二次應(yīng)力來(lái)控制，具體做法為：

a.求在殼程設(shè)計(jì)壓力作用下殼程圓筒的一次總體環(huán)向薄膜應(yīng)力小于等于圓筒材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力；

b.求在管程設(shè)計(jì)壓力作用下殼程圓筒的一次總體軸向薄膜應(yīng)力小于等于圓筒材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力；

c.求換熱管在殼程設(shè)計(jì)壓力作用下的一次總體軸向拉伸薄膜應(yīng)力小于等于管子材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力；

d.求換熱管在管程設(shè)計(jì)壓力作用下的一次總體軸向壓縮薄膜應(yīng)力小于等于管子的穩(wěn)定許用壓應(yīng)力；

e.求封頭在管程設(shè)計(jì)壓力作用下的一次總體徑向薄膜應(yīng)力小于等于封頭材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力；

f.求管板厚度滿足“小圓板”計(jì)算方法的彎曲強(qiáng)度條件。