管殼式換熱器中常被忽視的重要部分:分程隔板
分程隔板失效的不利因素有:
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受隔板兩側(cè)壓差作用,在隔板內(nèi)產(chǎn)生較大的彎曲應(yīng)力。
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管箱受內(nèi)壓,徑向膨脹,使得隔板受拉,在板內(nèi)以及與筒體焊縫處產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。
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管程入口與隔板程直角,介質(zhì)進(jìn)入管箱后直沖隔板,然后轉(zhuǎn)90度改變方向進(jìn)入換熱管。
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隔板與筒體之間的焊縫缺陷、裂紋、咬邊等,焊縫焊腳高度太小,介質(zhì)流動引起隔板振動及焊縫的間隙腐蝕,造成焊縫斷裂。
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隔板與筒體熱膨脹導(dǎo)致的溫差應(yīng)力,特別是復(fù)合板設(shè)備,隔板一般選用不銹鋼與復(fù)層焊接。
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管箱進(jìn)出口溫差比較大時(shí),產(chǎn)生不均勻的熱應(yīng)力易導(dǎo)致隔板泄露。
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隔板墊片密封力不夠,操作時(shí)溫度上升,受熱,螺栓松弛等不利因素,導(dǎo)致密封失效。
相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于分程隔板的規(guī)定隔板的受力是比較復(fù)雜,要精確的分析,需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和成本。
為了便于工程應(yīng)用,針對上述的不利因素,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對分程隔板進(jìn)行了如下的規(guī)定:
1.規(guī)定了最小厚度和計(jì)算公式 GB/T151中對分程隔板規(guī)定了最小厚度,隔板應(yīng)該在此厚度的基礎(chǔ)上,考慮按照兩側(cè)壓差問題,不得小于按照公式計(jì)算的厚度加上雙面的腐蝕裕量。
SW6-2011版也已經(jīng)考慮到了分程隔板的厚度問題,增加了隔板厚度的校核計(jì)算程序。
在API660標(biāo)準(zhǔn)中,隔板的計(jì)算壓差是按照2倍的隔板槽兩側(cè)壓差。且隔板最小厚度不小于2倍的腐蝕裕量+3mm,要求更更加嚴(yán)格。
2.焊接規(guī)定
分程隔板與管箱之間的焊縫受力復(fù)雜,有彎曲有拉應(yīng)力,還有溫差應(yīng)力。所以此道焊縫應(yīng)該嚴(yán)肅對待。GB151-1999,沒有具體規(guī)定分程隔板與筒體的焊縫要求。GB/T151-2014中對于隔板與筒體焊縫提高了要求,必須雙面連續(xù)焊且最小焊腳高度為3/4倍的隔板厚度,必要時(shí)隔板邊緣應(yīng)開坡口,允許采用與焊接連接等強(qiáng)度的其他連接方式。
TEMA 標(biāo)準(zhǔn)也是要求連續(xù)焊,焊腳高為3/4的隔板計(jì)算厚度。(新版GB/T151應(yīng)該是借鑒了這個(gè)規(guī)定)3.預(yù)防間隙腐蝕
為了防止間隙腐蝕,API660標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,在墊片密封面處往里50mm處,應(yīng)該采用全焊透。(GB/T151中無此規(guī)定)
4.加大螺栓預(yù)緊力
設(shè)備法蘭的計(jì)算一般采用Waters法,它是結(jié)構(gòu)軸對稱,載荷軸對稱,材料軸對稱的計(jì)算模型。帶隔板后,結(jié)構(gòu)為非對稱,載荷材料因?yàn)楦鞒虊毫囟炔煌蔀榉禽S對稱。為了工程應(yīng)用方便,規(guī)范采用了簡便的算法。將隔板處的被隔板所壓住的墊片壓緊力,計(jì)入了法蘭的計(jì)算。
在TEMA-2007中,RCB-11.7,將隔板槽墊片的面積的壓緊力計(jì)入法蘭彎矩用來校核管箱法蘭。
在ASME VIII I-2017中,對于分程隔板墊片應(yīng)當(dāng)考慮計(jì)入螺栓載荷,也是相同的考慮。
GB/T151標(biāo)準(zhǔn)中目前尚沒有增加這種計(jì)算,但是SW6-2011版在管箱法蘭計(jì)算時(shí)考慮了隔板的影響,彌補(bǔ)了GB/T151標(biāo)準(zhǔn)的遺漏。
5.管箱整體熱處理
碳鋼,低合金管箱焊有分程隔板時(shí)需要熱處理。能夠消除焊接的殘余應(yīng)力,此處在運(yùn)行過程中,各種應(yīng)力疊加,且應(yīng)力集中比較嚴(yán)重,采用焊后熱處理能夠降低焊縫開裂的風(fēng)險(xiǎn)。
6.其他有利措施
流體脈動場合,隔板厚度可適當(dāng)增加,或改變隔板的結(jié)構(gòu)等。
管殼式換熱器的分程隔板受力比較復(fù)雜,難以進(jìn)行精確的分析,但是,在設(shè)計(jì)時(shí),有必要考慮隔板兩側(cè)壓差進(jìn)行校核計(jì)算,結(jié)合上述內(nèi)容確定厚度。
另外更應(yīng)重視隔板與管箱之間的焊接,不能認(rèn)為此焊縫為內(nèi)件不受壓而忽視,務(wù)必保證焊接質(zhì)量和焊腳高度。