螺紋鎖緊環換熱器接管過渡短節的應用分析
2020-06-12 09:46:20張昆
化工設備與管道
2020年2期
張昆
（蘭州蘭石重型裝備股份有限公司設計部（青島），山東青島 266520）
隨著近幾年國內外煉油企業的加氫裂化和加氫脫硫裝置趨于大型化，螺紋鎖緊環式高壓換熱器的應用也越來越廣泛。螺紋環式換熱器接管與外部管道的連接主要分為法蘭連接、接管與對接管道直接焊接、接管通過過渡短節與對接管道焊接三種方式。為了降低換熱器與管道連接處的泄漏風險，又便于接管與對接管道焊接，采用過渡短節連接換熱器接管和對接管道的方式越來越常見，如圖1 所示。本文分析了換熱器接管采用過渡短節與對接管道連接時的受力變化，并且總結了制造過程中的不同之處，為以后的設計和應用提供依據。
圖1 接管通過過渡短節與對接管道連接Fig.1 Detail of nozzle and external pipeline connection using transitional short section
1 采用過渡短節與不采用過渡短節的受力分析對比
現以一臺高壓螺紋環換熱器管程設計條件進行具體分析：設計壓力Pi=16.5 MPa，設計溫度250℃，鍛管材料14Cr1Mo 鍛件，接管端部受力如圖2 所示，L=200 mm， Fx=24 510 N，Fy=24 510 N，Fz= 24 510 N，Mx=22 760 000 N·mm，My=22 760 000 N·mm， Mz=22 760 000 N·mm，鍛管設計溫度下許用應力[σ]t=153 MPa，接管端部外徑D=242 mm，接管內徑d=202 mm。
圖2 帶短節接管受力Fig.2 Diagram of force on nozzle with transitional short section
1.1 采用過渡短節時，接管端部即圖2中B-B截面受力分析
1.1.1 軸向拉應力
（1）由彎矩引起的軸向拉應力σω：
∑My= My-Fz×L
∑Mz= Mz-Fy×L
總彎矩：
彎矩引起的軸向拉應力：
（2）Fx作用的軸向拉應力
（3）由內壓對B-B 截面產生的軸向拉應力
（4）組合軸向拉應力
1.1.2 由內壓引起的環向拉應力
σI= Pi× ( d +δ ) / 2δ = 91.575 MPa ≤[σ]t
1.1.3 剪應力
（1）扭矩引起的剪應力τπ
（2）外力Fy，Fz引起的剪應力
（3）組合剪應力
τ = τn+ τF= 18.38 MPa ≤0.6 [σ]t
1.1.4 組合應力
操作時最大主應力：
停工時最大主應力：
