趙宏偉

（太原鍋爐集團有限公司，山西 太原 0 3 0 0 2 1）

引言

換熱器是在工業(yè)生產(chǎn)中實現(xiàn)物料之間熱量傳遞過程的節(jié)能設(shè)備，它是石油、化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)普遍應(yīng)用的一種工藝設(shè)備，是保證工藝流程和條件，利用二次能源實現(xiàn)余熱回收和節(jié)約能源的主要設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計，在煉油、化工裝置中換熱器占總設(shè)備數(shù)量的4 0%左右，占總投資的3 0%～4 0%。由此可見，換熱器的合理設(shè)計和良好運行對企業(yè)節(jié)約資金、能源和空間都十分重要。

管殼式換熱器是工業(yè)部門中大量使用的設(shè)備，而管板又是管殼式換熱器最重要的受壓元件之一。管板的合理設(shè)計對換熱器的正確選用和節(jié)約金屬材料、減少加工制造困難、降低設(shè)備費用和保證設(shè)備安全運行是至關(guān)重要的。因此，必須對管板強度進行正確分析，以合理確定管板厚度。

在管板的強度計算過程中涉及管板最小厚度、管板有效厚度和管板名義厚度三種關(guān)于管板厚度的取值問題，其具體的取值如下：

符號說明：δmin為管板最小厚度，mm；δe為管板有效厚度，mm；δn為管板名義厚度，mm；K為管程隔板槽深，mm；C2為管程管板的腐蝕裕量，mm；K′為殼程結(jié)構(gòu)開槽深，mm；C′2為殼程管板的腐蝕裕量，mm。

1 管板最小厚度的取值問題

管板的最小厚度是指管板厚度的最小值，G B 1 5 1－1 9 9 9《管殼式換熱器》是按照換熱管與管板連接方式規(guī)定了對管板最小厚度的要求［1］。

1．1當管板與換熱管采用脹接連接時

1）用于易燃、易爆及有毒介質(zhì)等嚴格場合時，管板的最小厚度應(yīng)不小于換熱管的外徑 （d0）。

2）用于一般場合時，管板的最小厚度，應(yīng)符合如表1的要求：

表1 一般場合管板厚度的取值 mm

1．2當管板與換熱管采用焊接連接時

管板的最小厚度應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造的要求，且不小于1 2mm。

2 管板有效厚度的取值問題

管板的有效厚度是指管板中能夠有效用作強度計算的部分，見下頁圖1。管板的有效厚度由下列幾種情況確定。

2．1管板上無分程隔板槽時

1）當殼程腐蝕裕量大于管板在殼程側(cè)的結(jié)構(gòu)開槽深度時，管板有效厚度為管板名義厚度減去管程腐蝕裕量與殼程腐蝕余量之和，即δe＝δn－ （C2＋C′2），見下頁圖2。

圖1 管板厚度的定義

圖2 腐蝕裕量大于結(jié)構(gòu)開槽深度時，管板有效厚度的取值

2）當殼程腐蝕裕量小于管板在殼程側(cè)的結(jié)構(gòu)開槽深度時，管板有效厚度為管板名義厚度減去管程腐蝕裕量與殼程側(cè)的結(jié)構(gòu)開槽深度之和，即δe＝δn－ （C2＋K′），見圖3。

圖3 腐蝕裕量小于結(jié)構(gòu)開槽深度時，管板有效厚度的取值

2．2管板上有分程隔板槽時

1）當殼程腐蝕裕量大于管板在殼程側(cè)的結(jié)構(gòu)開槽深度時，管板有效厚度為管程分程隔板槽底部管板厚度減去管程腐蝕裕量超出分程隔板槽深度的部分與殼程腐蝕裕量之和，即δe＝ （δn－K）－ （C2－K＋C′2），見圖4。

圖4 腐蝕裕量大于結(jié)構(gòu)開槽深度時，管板有效厚度的取值

2）當殼程腐蝕裕量小于管板在殼程側(cè)的結(jié)構(gòu)開槽深度時，管板有效厚度為管程分程隔板槽底部管板厚度減去管程腐蝕裕量超出分程隔板槽深度的部分與管板在殼程側(cè)的結(jié)構(gòu)開槽深度之和，即δe＝ （δn－K）－ （C2－K＋K′），見圖5。

圖5 腐蝕裕量小于結(jié)構(gòu)開槽深度時，管板有效厚度的取值

2．3管板有效厚度還應(yīng)不小于下列三者之和

1）管板的計算厚度或管板的最小厚度，取大者。

2）殼程腐蝕裕量或結(jié)構(gòu)開槽深度，取大者。

3）管程腐蝕裕量或分程隔板槽深度，取大者。

3 管板名義厚度的取值問題

管板的名義厚度是指管板中心部位的最大厚度，即標注在設(shè)計圖樣上的厚度，見圖1。

管板名義厚度為管板有效厚度加管板兩側(cè)的開槽深度或腐蝕裕量中的大值之和［2］。

4 結(jié)語

從以上論述可知，在管板強度計算過程中，正確選取管板最小厚度、管板有效厚度和管板名義厚度至關(guān)重要。因為在設(shè)計中有時會出現(xiàn)僅以強度計算的厚度來確定管板的厚度，而忽視了標準對管板厚度的要求，這會直接導(dǎo)致所確定的管板厚度是錯誤的。為了確保換熱器正確的設(shè)計，應(yīng)對管板厚度的取值問題引起重視。

［1］ 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局．G B 1 5 1－1 9 9 9管殼式換熱器［S］．北京：中國標準出版社，1 9 9 9．

［2］ 李世玉．壓力容器設(shè)計工程師培訓(xùn)教程［M］．北京：新華出版社，2 0 0 5．