《奥氏体不锈钢波纹管换热器设计标准案例》.pdfVIP

锅炉压力容器标准案例 案例编号 CC-003-1 材料牌号 奥氏体不锈钢 案例名称 奥氏体不锈钢波纹管换热器设计 适用标准 GB151-1999 《管壳式换热器》 批准日期 2004 年3 月10 日 失效日期 2009 年3 月10 日 咨询： 当采用奥氏体不锈钢波纹管 （简称波纹管）作为换热管时，换热器应如何设计？ 回复： 本案例提供了波纹管换热器的设计方法。给出了有关波纹换热管设计参数的确定方法，供设计 参考，其余部分仍按GB 151—1999 《管壳式换热器》的有关规定执行。 一、 案例 1 适用范围 1.1 本 例适用于换热管为奥氏体不锈钢波纹管的管壳式换热器 （以下简称为波纹管换热器）的设 计。 1.2 对本 例未作规定者，还应符合GB 151—1999 各有关章节的要求。 1.3 本 例适用换热器的公称压力 PN ≤4.0MPa 波纹换热管的公称直径 （波峰/波谷的外径） 32/25mm、 42/33mm；折流板最大间距为波纹管管坯 （波谷）外径的25 倍。 1.4 计算换热面积，以波纹换热管外表面积为基础，扣除伸入管板内的换热管长度，计算得到的管 2 束外表面积 m 。表 1 给出了一个波距波纹管的外表面积。 第三章附件4 给出了波纹管外表面积计 算方法 。 1.5 未经固溶化处理的管坯制成的波纹管，不得用于有应力腐蚀的场合。 2 换热管材料 换热管材料应符合下列标准中较高级 或高级 冷轧管或普通级冷轧管的技术要求。 GB 13296—1991 锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管 GB/T 14976—1994 流体输送用不锈钢无缝钢管 3 波纹换热管设计 本设计规定了波纹换热管的结构形式、许用内压力、许用外压力、轴向刚度及稳定许用压应力 的设计计算。波纹换热管是由波纹管和接头两部分组成，其结构尺寸如图1 所示。 3.1 符号 A——单根管管壁金属横截面积，mm 2 ; d A πδ δ t 1 t B——系数，按GB 150 中第6 章方法确定 C——许用内压系数，C 0.25 Cr——系数 ; 1 标准分享网 免费下载 /2 Cr π[2 l K ／ a σ ]1 cr b1 s d ——波谷外直径 （管坯外直径），mm ; 1 d ——波峰外直径，mm ; 2 E ——波纹管材料弹性模量，MPa ; t f ——波纹圆弧半弦长 （半波宽），mm ; F——波距 （波纹管波宽与波节直边之和），mm ; I——波纹换热管的回转半径 ，mm ; I 0.25[d 2+ （d 2 2 1/2 1 1 δ）] t K ——波纹管轴向单波刚度，N/mm ; 1 Kb1——长度为lcr 的波纹管刚度，N/mm ; Kb 1 FK 1 ／lcr l ——波纹换热管轴向受压失稳计算长度，按GB 151—1999 图32 确定，mm ; cr p ——波纹管换热器的设计压力 管程设计压力为p ，壳程设计压力为p ，MPa ; t s [p ] ——波纹换热管许用内压力，MPa ; i [p ] ——波纹换热管许用外压力，MPa ; o δ——波纹管壁厚，mm ; t σ——波纹管材料屈服强度，MPa; s σ——波纹管材料抗拉强度，MPa ; b [ σ] ——波纹管稳定许用压应力，MPa 。 cr 图1 波纹换热管结构尺寸 3.2 U 型波纹换热管 U 型波纹换热管具体要求除满足GB 151—1999 中5.5.3 的规定外，尚应满足以下要求： 弯曲段不允许制造波纹，并且波纹部分与弯曲部分之间应保留直管过渡段，过渡段长度 l 满足 50 l 100mm 的要求。 3.3 波纹换热管的许用压力 波纹换热管许用内压力按式（1）计算： [p ] C σ δ／ d δ ………………………………………… 1 i b t 1 t 波纹换热管许用外压力按式（2 ）计算： [p ] B δ／d …………………………………………… 2 o t 1 其中B 值按GB 150 中第6 章方法确定，其中计算长度L 取单根波纹管中最大波距F 或管端直 边计算长度F1 （见图2 ），取大值。 2 在波纹管换热器设计中其设计压力应满足下列条件： 管程设计压力p t 不得大于波纹换热管的许用内压力，即：p t ≤[p ]i 壳程设计压力p 不得大于波纹换热管的许用外压力，即：p ≤[p ] s s o 3.4 波纹换热管轴向刚度 波纹换热管单波刚度应通过拉伸试验来确定，部分规格波纹换热管的单波刚度可按表3-1 查取。 表1 波纹换热管单波刚度值K 1 （kN/mm ） 波纹管管坯厚度，mm