换热器矩形管板的计算

胡建军

（西安航天华威化工生物工程有限公司）

换热器矩形管板的计算

胡建军*

（西安航天华威化工生物工程有限公司）

介绍了换热器矩形管板的几种计算方法。 通过比较，为矩形管板的计算提供了一种简洁、有效的方法，对同类型设备设计计算具有一定的参考价值。

换热器 矩形管板 平盖 压力容器

0 前言

2006年我公司为某化工厂设计、制造了一台空气预热器，其管程的管板为矩形。目前我国换热器的矩形管板计算方法通常采用GB 151—1998附录D（非圆形截面容器）所推荐的方法。计算时首先假定管板的厚度，然后按规定进行应力校核，直至满足要求为止。此种方法不但繁琐，数值不精确，而且没有考虑管板的开孔削弱和管子的加强作用。当然矩形管板的计算方法很多，其中 《西德AD压力容器规范》 （以下简称 《AD规范》）中关于换热器的矩形管板计算方法相对来说简单、经济得多。

该空气预热器主要设计参数如表1所示。

管程的主要参数：管板外形尺寸1 950 mm×390 mm × 50 mm， 换热管规格 Ø25×2.5×3 000 （翅片外径52 mm），换热管中心距55 mm，管板孔直径25.25 mm。

表1 空气预热器主要设计参数

以下对几种计算方法作一比较。

1 按《AD规范》（B5篇6.2.1节）计算

《AD规范》中管板的计算式为

式中C——参数，取C=0.45；

CE——矩形管板的计算系数；

矩形管板的几何尺寸如图1所示。

图1 矩形管板的几何尺寸

这里已考虑开孔削弱，但是没有考虑管子的支承作用。

2 按非圆形平盖（GB 150—1998）计算

GB 150—1998中第7.4.2.2款关于平盖计算厚度的公式如下：式中 δp——平盖计算厚度，mm；

pc——设计压力，MPa；

K——结构特征系数 （查表7-7）；

a——矩形管板的短边，mm；

b——矩形管板的长边，mm；

[σ]t——设计温度下材料的许用应力 （按照

3 按带底板半圆筒形容器计算

将底板当做边缘支持承受均布载荷的矩形平板加以计算，其截面图如图2所示。计算公式如下：

图2 带底板半圆筒形容器截面图

4 结论

（1） 按 《AD规范》 计算， 管板壁厚 s=48.98 mm；

（2）按非圆形平盖计算，管板壁厚δp=74.9 mm；

（3）按带底板半圆筒形容器计算，管板壁厚t1=74.8 mm。

比较以上三种计算方法， 《AD规范》计算的结果比较接近管板的厚度 （50 mm）。我公司2006年按此厚度（50 mm）设计、制造的这台空气预热器使用至今仍然完好，这也进一步说明 《AD规范》这种设计方法具有良好的有效性、简洁性和安全性。采用此种方法可以缩短设计时间，节省加工材料。该方法对同类设备设计也有一定的参考价值。

[1] 薛大年，等译.西德AD压力容器规范[S].上海：化工部设备设计技术中心站，1981.

[2]GB 151—1999.管壳式换热器[S].

[3]GB 150—1998.钢制压力容器[S].

[4] 丁伯民，黄正林，等.化工容器[M].北京：化学工业出版社，2003.

The Calculation of Rectangular Tube Plate of the Heat Exchanger

Hu Jianjun

Several calculation methods of rectangular tube plate were introduced.The results of the comparision provided a simple， effective way to calculate the rectangular tube plate and supplied certain valuable references for the same type of equipments.

Heat exchanger； Rectangular tube plate； Flat cover； Pressure vessel

TQ 051.5

*胡建军，男，1975年7月生，助理工程师 。西安市，710100。

2011-04-19）