列管式石墨换热器中固定管板的三种计算方法比较

摘要：从强度计算的角度，对同一列管式石墨换热器中固定管板的厚度用三种计算方法作比较，为石墨设备制 造厂家提供良好的计算参考。

0 前言

列管式石墨换热器是石油化工、制药等行业的重要设备之一。很多国家的专家和学者在列管式石墨换热器中的管板计算上做了大量工作，从而形成了各国相应的标准。典型的有美国TEMA规范和德国AD2000规范，我国在2008年出版了《石墨制压力容器》。不同国家的标准对相同设备中固定管板厚度计算的数值相差很大，下面对一台列管式石墨换热器的固定管板厚度进行计算比较。

1.技术特性指标

（1）设计压力：管程0.22 MPa、壳程0.33 MPa；

（2）设计温度：管程75℃，壳程40℃；

（3）物料名称：管程、酸、壳程、冷却水；

（4）设备内直径：1 160 mm；

（5）固定管板外径：1 220 mm；

（6）换热管规格：φ22/φ32。

选材为B级石墨，其强度分级及安全系数如表1所示：

2 强度设计计算

2.1按照GB/T 21432-2008《石墨制压力容器》 计算

计算过程：

相比两计算厚度，应该取大值，最终管板厚度取243.45 mm。

2.3采用德国AD2000压力容器规范

浮头管板用填料函密封的换热器中固定管板

针对目前三种计算管板强度的方法作比较：

（1）GB/T 21432-2008《石墨制压力容器》中管 板计算，采用的方法是视管板为受均布载荷的圆平 板，并同时计管孔对强度的削弱，再根据受载、周边 支承条件及管束支承情况来计算管板的最大弯曲应力，据此来校核管板的强度，通过具体的系数修正来 制定公式。计算该管板厚度为372.64 mm。

（2）采用美国TEMA规范中管板厚度计算公式 进行计算，把管板简化为弹性基础上一块均匀连续 削弱的当量实心圆平板，在此基础上得出的管板厚 度计算方法，主要考虑总体弯曲应力。计算该管板厚 度为243.45 mm。

（3）采用德国AD2000压力容器规范，利用的 是平板的经验公式，主要考虑局部应力。计算该管板 厚度为271.11 mm。

3 结束语

国内的计算公式比较保守，在结合美国TEMA规范中管板厚度计算公式和德国AD20 00压力容器规范，最终确定使用管板厚度是280 mm，在山东金虹热交换器的设计、制造、应用上取得了成功，为在设计大、中型列管式石墨换热器方面积累了经验，并为今后开发该领域产品奠定了基础。 在列管式石墨换热器中管板的受力情况可以说最为复杂，几种标准中的方法不可能考虑所有的结构及载荷，在日常设计列管式石墨换热器工作中不知道要套用什么标准，只能通过初步计算，再凭经验来确定管板厚度。管板应力分析的工作在我国刚刚起步，途径尚需不断摸索，但应根据设计者的能力和经验选择简单实用的途径，忽略次要因素，抓住关键环节。

参考文献：

[1]国家标准GB/T 21432-2008《石墨制压力容器》.中国 标准出版社，2008（1）：3-6.

[2]《化工设备设计全书》编辑委员会，秦叔经编.《换热器》 [M].北京：化学工业出版社，2003（1）：144-161.

[3]《化工设备设计全书》，许志远编.《石墨制化工设备》 [M].北京：化学工业出版社，2003（1）：220-222.

[4]李永泰，吴晓红，陈永东，等.换热器管板应力分析计算 论文.第二届全国换热器学术会议论文集,2005.