關于石墨換熱圓塊的孔間壁厚計算問題

南通山劍石墨設備有限公司 姚 建 姚松年

關于石墨換熱圓塊的孔間壁厚計算問題

南通山劍石墨設備有限公司 姚 建 姚松年

0 引言

圓塊式石墨換熱器中常規的圓柱形石墨塊上鉆有互相垂直的兩組圓孔:通常軸向排列的縱向孔流通腐蝕性物料，故俗稱料孔；與其垂直排列的由圓塊外圓橫向鉆進的橫向孔流通工藝介質（如水蒸汽、冷卻水、冷凍鹽水），俗稱水孔，通過二組孔間殘留石墨進行傳熱。當其成為壓力容器時，其中的石墨換熱塊需要作液（氣）壓產生應力的強度計算，在一些書刊中已有介紹，但其中關于“孔間壁厚計算”問題，卻是一個尚未詳細探討的問題，而因其結構的特殊性，在某些方面有必要作進一步的分析探討。

（1）其一是殼程（加熱蒸汽側或冷卻水側）即橫向孔（或稱水孔）的“同相孔間壁厚”計算問題。

如圖1常規圓塊式石墨換熱塊的橫向孔規律性地成排并列于縱向孔之間，其同相孔間壁厚δ，在一些企業的強度計算書中都采用以下公式計算:設孔徑為d、水（汽）壓力為P MPa、浸漬石墨許用抗拉強度[σ]MPa時，則δ≥dp/[σ]。此公式在矩形石墨換熱塊的邊緣孔尚可行，但對本例則不適用。因圓塊式石墨換熱塊外圓全面覆蓋著與橫相孔內流通的工藝介質（水蒸汽或冷卻水）相同的液（氣）壓，而其作用面積則大于一排橫向孔內流體的截面積，即此時橫向孔間的石墨“壁厚”不承受液（氣）壓造成的拉力，只承受液（氣）壓造成的壓力，因此上述公式不適用。而石墨材料的抗壓強度≥27MPa，即使安全系數取7～9（老標準為9，新標準已降低），也遠高于常規石墨設備的設計壓力，不存在被液（氣）壓力壓壞的條件，更不存在被張應力拉壞的情況，因此無需對石墨圓塊橫向孔孔間壁厚作強度計算；

事實上當對石墨圓塊作橫向孔水壓試驗時，用遠大于現行設計壓力作水壓試驗都不會把橫向孔壓裂。更典型的實例是，國內外都有對石墨圓塊外圓上殼程流道不采用鉆孔進行流通的措施，而采用銑成長條形圓弧槽以流通工藝介質（水蒸汽或冷卻水），即相當于水孔“孔間壁厚”等于0，也安全無損（見圖2）。

（2）其次是“異相孔間壁厚”計算問題。

（3）關于縱向孔間壁厚計算按上述8≥dp/[0]公式計算是合理的。對縱向及橫向邊緣孔的邊緣壁厚如需計算，則仍按常規的拉美公式計算會留有一定的裕度。實用中因縱向孔邊緣常需留有密封寬度，橫向孔邊緣要考慮防沖蝕，因此其邊緣厚度普遍大于計算厚度，因而有更大安全裕度。

圖3 開向孔間“壁厚”