关于石墨换热圆块的孔间壁厚计算问题

南通山剑石墨设备有限公司 姚 建 姚松年

关于石墨换热圆块的孔间壁厚计算问题

南通山剑石墨设备有限公司 姚 建 姚松年

0 引言

圆块式石墨换热器中常规的圆柱形石墨块上钻有互相垂直的两组圆孔:通常轴向排列的纵向孔流通腐蚀性物料，故俗称料孔；与其垂直排列的由圆块外圆横向钻进的横向孔流通工艺介质（如水蒸汽、冷却水、冷冻盐水），俗称水孔，通过二组孔间残留石墨进行传热。当其成为压力容器时，其中的石墨换热块需要作液（气）压产生应力的强度计算，在一些书刊中已有介绍，但其中关于“孔间壁厚计算”问题，却是一个尚未详细探讨的问题，而因其结构的特殊性，在某些方面有必要作进一步的分析探讨。

（1）其一是壳程（加热蒸汽侧或冷却水侧）即横向孔（或称水孔）的“同相孔间壁厚”计算问题。

如图1常规圆块式石墨换热块的横向孔规律性地成排并列于纵向孔之间，其同相孔间壁厚δ，在一些企业的强度计算书中都采用以下公式计算:设孔径为d、水（汽）压力为P MPa、浸渍石墨许用抗拉强度[σ]MPa时，则δ≥dp/[σ]。此公式在矩形石墨换热块的边缘孔尚可行，但对本例则不适用。因圆块式石墨换热块外圆全面覆盖着与横相孔内流通的工艺介质（水蒸汽或冷却水）相同的液（气）压，而其作用面积则大于一排横向孔内流体的截面积，即此时横向孔间的石墨“壁厚”不承受液（气）压造成的拉力，只承受液（气）压造成的压力，因此上述公式不适用。而石墨材料的抗压强度≥27MPa，即使安全系数取7～9（老标准为9，新标准已降低），也远高于常规石墨设备的设计压力，不存在被液（气）压力压坏的条件，更不存在被张应力拉坏的情况，因此无需对石墨圆块横向孔孔间壁厚作强度计算；

事实上当对石墨圆块作横向孔水压试验时，用远大于现行设计压力作水压试验都不会把横向孔压裂。更典型的实例是，国内外都有对石墨圆块外圆上壳程流道不采用钻孔进行流通的措施，而采用铣成长条形圆弧槽以流通工艺介质（水蒸汽或冷却水），即相当于水孔“孔间壁厚”等于0，也安全无损（见图2）。

（2）其次是“异相孔间壁厚”计算问题。

（3）关于纵向孔间壁厚计算按上述8≥dp/[0]公式计算是合理的。对纵向及横向边缘孔的边缘壁厚如需计算，则仍按常规的拉美公式计算会留有一定的裕度。实用中因纵向孔边缘常需留有密封宽度，横向孔边缘要考虑防冲蚀，因此其边缘厚度普遍大于计算厚度，因而有更大安全裕度。

图3 开向孔间“壁厚”