有关管板厚度的取值问题

赵宏伟

（太原锅炉集团有限公司，山西 太原 0 3 0 0 2 1）

引言

换热器是在工业生产中实现物料之间热量传递过程的节能设备，它是石油、化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备，是保证工艺流程和条件，利用二次能源实现余热回收和节约能源的主要设备。据统计，在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的4 0%左右，占总投资的3 0%～4 0%。由此可见，换热器的合理设计和良好运行对企业节约资金、能源和空间都十分重要。

管壳式换热器是工业部门中大量使用的设备，而管板又是管壳式换热器最重要的受压元件之一。管板的合理设计对换热器的正确选用和节约金属材料、减少加工制造困难、降低设备费用和保证设备安全运行是至关重要的。因此，必须对管板强度进行正确分析，以合理确定管板厚度。

在管板的强度计算过程中涉及管板最小厚度、管板有效厚度和管板名义厚度三种关于管板厚度的取值问题，其具体的取值如下：

符号说明：δmin为管板最小厚度，mm；δe为管板有效厚度，mm；δn为管板名义厚度，mm；K为管程隔板槽深，mm；C2为管程管板的腐蚀裕量，mm；K′为壳程结构开槽深，mm；C′2为壳程管板的腐蚀裕量，mm。

1 管板最小厚度的取值问题

管板的最小厚度是指管板厚度的最小值，G B 1 5 1－1 9 9 9《管壳式换热器》是按照换热管与管板连接方式规定了对管板最小厚度的要求［1］。

1．1当管板与换热管采用胀接连接时

1）用于易燃、易爆及有毒介质等严格场合时，管板的最小厚度应不小于换热管的外径 （d0）。

2）用于一般场合时，管板的最小厚度，应符合如表1的要求：

表1 一般场合管板厚度的取值 mm

1．2当管板与换热管采用焊接连接时

管板的最小厚度应满足结构设计和制造的要求，且不小于1 2mm。

2 管板有效厚度的取值问题

管板的有效厚度是指管板中能够有效用作强度计算的部分，见下页图1。管板的有效厚度由下列几种情况确定。

2．1管板上无分程隔板槽时

1）当壳程腐蚀裕量大于管板在壳程侧的结构开槽深度时，管板有效厚度为管板名义厚度减去管程腐蚀裕量与壳程腐蚀余量之和，即δe＝δn－ （C2＋C′2），见下页图2。

图1 管板厚度的定义

图2 腐蚀裕量大于结构开槽深度时，管板有效厚度的取值

2）当壳程腐蚀裕量小于管板在壳程侧的结构开槽深度时，管板有效厚度为管板名义厚度减去管程腐蚀裕量与壳程侧的结构开槽深度之和，即δe＝δn－ （C2＋K′），见图3。

图3 腐蚀裕量小于结构开槽深度时，管板有效厚度的取值

2．2管板上有分程隔板槽时

1）当壳程腐蚀裕量大于管板在壳程侧的结构开槽深度时，管板有效厚度为管程分程隔板槽底部管板厚度减去管程腐蚀裕量超出分程隔板槽深度的部分与壳程腐蚀裕量之和，即δe＝ （δn－K）－ （C2－K＋C′2），见图4。

图4 腐蚀裕量大于结构开槽深度时，管板有效厚度的取值

2）当壳程腐蚀裕量小于管板在壳程侧的结构开槽深度时，管板有效厚度为管程分程隔板槽底部管板厚度减去管程腐蚀裕量超出分程隔板槽深度的部分与管板在壳程侧的结构开槽深度之和，即δe＝ （δn－K）－ （C2－K＋K′），见图5。

图5 腐蚀裕量小于结构开槽深度时，管板有效厚度的取值

2．3管板有效厚度还应不小于下列三者之和

1）管板的计算厚度或管板的最小厚度，取大者。

2）壳程腐蚀裕量或结构开槽深度，取大者。

3）管程腐蚀裕量或分程隔板槽深度，取大者。

3 管板名义厚度的取值问题

管板的名义厚度是指管板中心部位的最大厚度，即标注在设计图样上的厚度，见图1。

管板名义厚度为管板有效厚度加管板两侧的开槽深度或腐蚀裕量中的大值之和［2］。

4 结语

从以上论述可知，在管板强度计算过程中，正确选取管板最小厚度、管板有效厚度和管板名义厚度至关重要。因为在设计中有时会出现仅以强度计算的厚度来确定管板的厚度，而忽视了标准对管板厚度的要求，这会直接导致所确定的管板厚度是错误的。为了确保换热器正确的设计，应对管板厚度的取值问题引起重视。

［1］ 国家质量技术监督局．G B 1 5 1－1 9 9 9管壳式换热器［S］．北京：中国标准出版社，1 9 9 9．

［2］ 李世玉．压力容器设计工程师培训教程［M］．北京：新华出版社，2 0 0 5．