CN110532611A - 尾端带膨胀节的浮头换热器管板厚度的修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种尾端带膨胀节的浮头换热器管板厚度的修正方法，计算管板未设置膨胀节情况下所承受的压力Pd，并根据公式Pdt＝H0+H1c1+H2c2对管板所受到的压力Pd进行修正，然后根据修正后的压力Pdt修正管板厚度，其中，Pd为当前计算工况的压力，Pdt为浮动管板所承受的当量压力，H0为压力面积修正值；H1、H2为管板自身形变修正值。本发明提供的尾端带膨胀节的浮头换热器管板厚度的修正方法，利用膨胀节所代入的刚度变化及内腔压力变化对管板厚度进行修正，合理的确定固定端管板和浮动端管板的材料、厚度及直径。
Description
技术领域
本发明涉及管壳式换热器技术领域，特别是一种尾端带膨胀节的浮头换热器管板厚度的修正方法。
背景技术
管壳式热交换器在石油化工装置设备中约占30％左右，是典型的压力容器。管壳式热交换器分为U形管热交换器，固定管板热交换器和浮头热交换器，其中浮头换热器主要应用于高温差和内部介质容易结垢的情况。
常规浮头换热器主要元件包括：固定端管板，浮动端管板和换热管束，在此成为管板系统，管板系统和壳程筒体仅通过固定端管板连接，浮动管板在热交换器轴向方向处于自由状态，因此可以释放管板系统和壳侧筒体的温差应力，与固定管板热交换器相比，浮头换热器适用于高温差场合。
目前热交换器的计算路线有两种：(1)板壳理论解析法；(2) 有限元数值法。现有的板壳理论解析计算方法是针对的常规浮头换热器，用于尾端带膨胀节的浮头换热器将造成很大偏差，要么造成很大浪费，要么形成安全隐患，而有限元数值方法，设计成本较高，进度慢，效率低，结果可靠度依赖设计人员的素质。
发明内容
为了解决上述的技术问题，而提供一种对膨胀节所代入的偏差进行修正的尾端带膨胀节的浮头换热器管板厚度的修正方法。
一种尾端带膨胀节的浮头换热器管板厚度的修正方法，包括：计算管板未设置膨胀节情况下所承受的压力Pd，并根据公式 Pdt＝H0+H1c1+H2c2对管板所受到的压力Pd进行修正，然后根据修正后的压力Pdt修正管板厚度，其中，Pd为当前计算工况的压力，Pdt为浮动管板所承受的当量压力，H0为压力面积修正值；H1、H2为管板自身形变修正值。
分别根据公式公式和公式计算H0、H1和H2；
其中kex为膨胀节的轴向刚度；为膨胀节内腔压力引起的位移。
根据下列公式计算kex和
本发明提供的尾端带膨胀节的浮头换热器管板厚度的修正方法，利用膨胀节所代入的刚度变化和内腔压力变化对管板厚度进行修正，将膨胀节所带来的影响规避掉，从而在保证浮头换热器的可靠性的前提下，合理的确定固定端管板和浮动端管板的材料、厚度及直径。
附图说明
图1为现有技术中浮头换热器的结构示意图；
图2为浮头换热器力学模型符号；
图3为壳程压力下各处管板应力对比图；
图4为管程压力下管板应力各处应力对比图；
图5为在管程和壳程压力下，换热管轴向应力应力对比图；
图6为在壳侧压力下带膨胀节和不带膨胀节时，管板应力的比较图；
图7为在管侧压力下带膨胀节和不带膨胀节时，管板应力的比较图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
浮头换热器设计时，其管板强度、管束应力计算是热交换器必须进行的考核项目，现有技术中公式计算是主要设计手段。现有公式计算中均是在固定端管板和浮动端管板的材料和厚度均为相同的前提情况下确定固定端管板和浮动端管板的厚度，造成浮头换热器的适用范围过小的问题。对于固定端和浮动端管板的非对称结构情况，尚无发现简单且精确的解决办法。
而且目前热交换器的计算路线有两种：(1)板壳理论解析法；(2) 有限元数值法。现有的板壳理论解析计算方法是针对的常规浮头换热器，用于尾端带膨胀节的浮头换热器将造成很大偏差，要么造成很大浪费，要么形成安全隐患，而有限元数值方法，设计成本较高，进度慢，效率低，结果可靠度依赖设计人员的素质。
为此本发明提供一种尾端带膨胀节的浮头换热器管板厚度的修正方法，包括：
尾端带膨胀节的浮头换热器管板厚度的修正方法，包括：计算管板未设置膨胀节情况下所承受的压力Pd，并根据公式 Pdt＝H0+H1c1+H2c2对管板所受到的压力Pd进行修正，然后根据修正后的压力Pdt修正管板厚度，其中，Pd为当前计算工况的压力，Pdt为浮动管板所承受的当量压力，H0为压力面积修正值；H1、H2为管板自身形变修正值。
分别根据公式公式和公式计算H0、H1和H2；
其中kex为膨胀节的轴向刚度；为膨胀节内腔压力引起的位移。
根据下列公式计算kex和
图3至图7为本发明的确定方法所得到的管板厚度与有限元计算结果的对比图，图中DBF表示本发明的计算方法，DBA表示有限元计算结果。图3-图5表明，本计算结果与有限元计算有较好的符合性。图6-图 7表明，无论壳侧压力还是管程压力下，带膨胀节后的管板应力水平均比不带膨胀节时的管板应力水平低，用本方法计算后，将需要更薄的管板厚度，可以节约成本。
本发明提供的尾端带膨胀节的浮头换热器管板厚度的修正方法，利用膨胀节所代入的刚度变化及内腔压力变化对管板厚度进行修正，将膨胀节所带来的影响规避掉，从而在保证浮头换热器的可靠性的前提下，合理的确定固定端管板和浮动端管板的材料、厚度及直径。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (3)
1.一种尾端带膨胀节的浮头换热器管板厚度的修正方法，其特征在于：包括：计算管板未设置膨胀节情况下所承受的压力Pd，并根据公式Pdt＝H0+H1c1+H2c2对管板所受到的压力Pd进行修正，然后根据修正后的压力Pdt修正管板厚度，其中，Pd为当前计算工况的压力，Pdt为浮动管板所承受的当量压力，H0为压力面积修正值；H1、H2为管板自身形变修正值。
2.根据权利要求1所述的修正方法，其特征在于：分别根据公式公式和公式计算H0、H1和H2；
其中kex为膨胀节的轴向刚度；为膨胀节内腔压力引起的位移。
3.根据权利要求2所述的修正方法，其特征在于：根据下列公式计算kex和
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