对ASME_管壳式换热器设计的介绍.docVIP

------------------------------------------------------------------------------------------------ —————————————————————————————————————— 对ASME_1管壳式换热器设计的介绍 2004年第6期#5# 压力容器 对ASME?-1管壳式换热器设计的介绍 丁伯民 (华东理工大学,上海200237) 摘要关键词 根据ASME?-1(2003A)的UHX篇,对管壳式换热器的设计规则作出简单介绍,以及对管板结构类型、危险工况、计算模型和方 法作出分析,并和GB151作出简单比较。 换热器管板 ASME?-1设计 1沿革 简单,而对各类换热器、特别是固定管板式换热器有效压力P的确定却甚为繁复,所列出的有关公式也较难分析各相关元件对管板、管束和壳体应力的影响,而且各类换热器管板的结构类型也不如现行 ASME?-1所列的齐全。 和国内外各有关管板设计的标准相比,ASME?-1对管板设计也采用开孔圆平板(如U形管式)或弹性基础上开孔圆平板(如固定管板式和浮动管板式)理论,即不计或计及管束对管板变形的弹性支承作用。与之相对应,并根据管板和壳体或管箱的具体连接方式,计及壳体或管箱对管板弯曲变形的支承作用;再根据管板是否有延伸部分兼作法兰,计及法兰附加弯矩对管板弯曲变形的影响。除计算并校核管板的弯曲应力外,还应计算并校核管板周边的剪切应力。 2.1对各类管板的不同结构类型所引起影响的简单分析 (1)U形管式换热器管板 由于只有一块管板,所以采用受均布压力的开孔圆平板理论,并据各不同结构类型,计及周边的不同约束和螺栓的附加力矩,见图1。 (2)固定管板式换热器管板 由于管板、管束和壳体三者组成静不定结构,故采用弹性基础上开孔的圆平板理论,再根据不同的结构类型,计及周边的不同的约束作用和螺栓力引起的附加力矩,见图2。 (3)浮动管板式换热器管板 和固定管板式管板相似,只是仅由管板、管束二者构成静不定结构,故也采用弹性基础上开孔的圆平板理论,再根据不同结构类型,分别计及周边的不 关于管壳式换热器管板、管子和壳体的设计,美 国在过去一直以TEMA(TubulerExchangerManu-facturer#39;sAssociation)标准为主要依据。ASME?-11983年版,首次以附??AA的方式列入了U形管式换热器2种比较简单结构类型的管板设计;1992年版又增加了固定管板式换热器3种结构类型的管板设计;并在以后的各版中对此二者陆续增添类型并修改、完善,还补充了计算实例。在2002年的增补(2002A)又增加了浮动式换热器6种类型静止端管板、4种类型固定端管板的管板设计。至2003年增补(2003A),则把以前各版列在附录AA的管板设计规则和列在UW-20的管子对管板焊缝统一列入新编的UHX篇,并重新命名为对管壳式换热器的规则。这些规则,基本上都按照ASME?-2的应力分析设计概念,对由不同载荷在不同结构处引起的应力进行分类,分别采用不同的限制条件。至今,ASME?-1的UHX篇对U形管式换热器的管板已列入6种结构类型(见图1),对固定管板式换热器的管板已列入4种结构类型(见图2),对浮动式换热器的静止端管板已列入6种(见图1)、对浮动端管板已列入4种管板结构类型(见图3),连同管子对管板的焊缝结构和计算,以及计算实例等,构成了完整的管壳式换热器管板、管子和壳体设计体系。 2简单介绍和分析 虽然TEMA标准也采用弹性基础圆平板理论, 但是它把影响管板、管束、壳体(必要时包括膨胀节)变形的各项复杂因素都归纳在有效设计压力P中,所列出的管板、管束和壳体的设计公式形式上甚为 #6#化工设备与管道第41卷 a管板对壳体、管箱为整体连接b管板对壳体为整体连接,对管箱用法兰垫片 连接,管板延伸部分兼作法兰 c管板对壳体为整体连接,对管箱用 法兰垫片连接,管板并未延伸为法兰d管板对壳体和管箱都用法兰垫片连接 e管板对壳体用法兰垫片连接,对管箱为整体 连接,管板延伸部分兼作法兰f管板对壳体用法兰垫片连接,对管箱为整体连接,管板未延伸为法兰 图1U 形管式管板结构 结构a 结构b计及管箱、壳体二者对管板周边的支承约束。计及壳体对管板周边的支承约束,并计及管箱法兰螺栓 力对管板引起的附加弯矩。 结构c同结构b。 结构d管板周边