NEN型立式換熱器重力作用下管板應力分析

薛明德，李世玉2，王震宇，吳 堅

(1.清華大學 工程力學系,北京 100084；2.中國石化工程建設有限公司，北京 100101)

0 引言

不帶法蘭(b型連接方式)立式固定管板換熱器，即NEN型結構換熱器廣泛地應用于石化、化工、輕工行業作為傳熱過程設備或固定床反應器。近年來，技術進步帶來生產規模不斷擴大，單臺設備規格參數隨之逐漸提高[1-2]，例如乙二醇裝置中的環氧乙烷反應器，其直徑已近8 000 mm，設計壓力超過6 MPa。為此，管板、管束、連同管內填料、催化劑等重力載荷對于管板的應力必然會產生不可忽視的影響。目前,國內外管殼式換熱器的設計標準規范[3-4]中都沒有涉及這種重力載荷對于管板產生附加應力的計算方法，文獻[5]曾涉及管子重力作用下的管板應力分析。為給出便于在工程設計中直接應用的計算方法，并進一步考察在何種情況下重力載荷是影響管板設計厚度的必要因素，本文沿用JB 4732—1995(2005年確認)[3]中關于b型連接方式的固定式管板在壓力與溫度載荷作用下的應力分析方法，給出了考慮受重力影響時的管板應力計算方法。同時，應用本文提出的方法，對幾個不同參數的典型NEN型立式換熱器進行了計算，對于重力引起的應力和壓力引起應力作了比較和分析。本文所有未加說明的符號及工況見標準[3]之附錄Ⅰ，壓力和管束與殼體熱膨脹差引起的應力按照文獻[3]進行計算，本文中不再詳述。

1 基本假定與力學模型

(1)結構對稱性假定：換熱器結構關于換熱管束中間截面對稱，即關于中面z=0對稱，見圖1。……