奥氏体不锈钢波纹管换热器设计标准案例.pdf

锅炉压力容器标准案例
案例编号
CC-003-1
材料牌号
氏体不锈钢
案例名称
奥氏体不锈钢波纹管换热器设计
适川标准
GB151-1999《管壳式换热器》
批准日期
2004年3月10日
失效日期
2009年3月10日
咨询:
当采用奥氏体不锈钢波纹管(简称波纹管)作为换热管时,换热器应如何设计?
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本案例提供了波纹管换热器的设计方法。给出了有关波纹换热管设计参数的确定方法,供设计
参考,其余部分仍按GB151-1999《管売式换热器》的有关规定执行。
案例
适用范围
1.1本案例适用于换热管为哭氏体不锈钢波纹管的管売式换热器(以下简称为波纹管换热器)的设
1.2对本案例未作规定者,还应符合GB151-1999各有关章节的要求
1.3本案例适川换热器的公称压力PN≤4.0MPa:波纹换热管的公称直径(波峰/波谷的外径)の
32/25mm、の42/33mm;折流板最大间距为波纹管管还(波谷)外径的25倍
1.4计算换热面积,以波纹换热管外表面积为基础,扣除伸入管板内的換热管长度,计算得到的管
束外表面积(m)。表1给出了一个波距波纹管的外表面积。(第二章附件4给出了波纹管外表面积计
算方法)
5未经固溶化处理的管坯制成的波纹管,不得川于有应力腐蚀的场合。
2换热管材料
换热管材料应符合下列标准中较高级(或高级)冷轧管或普通级冷轧管的技术要求。
GB13296-1991钠炉、热交換器用不锈钢无缝钢管
GB/T149706-1994流体输送川不锈钢无缝钢管
3波纹换热管设计
本设计规定了波纹换热管的结构形式、许用内压力、许用外压力、轴向刚度及稳定许用压应力
的设计计算。波纹换热管是由波纹管和接头两部分组成,其结构尺寸如图1所示
3.1符号
A—单根管管壁金属橫截面积,mm2
S(d1-8
B一系数,按GB150中第6章方法确定
一许川内压系数,(=0.25
Cr-系数
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Cr=1[2 her Kbl/(a 5)
波谷外直径.(管坯外直径),mm;
d2-波峰外直径,mm;
E一波纹管材料蝉性模量,MP
f一波纹圆弧半弦长(半波宽),mm
F一波距(波纹管波宽与波节直边之和),mm
一波纹换热管的回转半径
m
7=0.25d12+(d1-261)
K1一波纹管轴向单波刚度,N/mm
K长度为a的波纹管刚度,Nlmm
-b1
a一波纹换热管轴向受床失稳计算长度,按GB151-1999图32确定,mm
D一波纹管换热器的设计压力(管程设计压力为P,壳程设计压力为P2),MPa
p」波纹换热管许用内压力,MPa
l。一波纹换热管许用外压力,MPa;
6一波纹管厚,mm;
(万
波纹管材料屈服强度
a
b波纹管材料抗拉强度,MPa;
Lのl一波纹管稳定许用力,MPa
F
Fl
图1波纹换热管结构尺寸
3.2U型波纹換热管
U型波纹換热管具体要求除满足GB151-1999中5.5.3的规定外,尚应满足以下要求
弯曲段不允许制造波纹,并且波纹部分与弯曲部分之间应保留直管过渡段,过渡段长度/满足
507k10omm的要求
3.3波纹换热管的许川压力
波纹换热管许用内压力按式(1)计算:
p]l=Cb6r/(h1ー6-)
波纹换热管许用外压力按式(2)计算
「pl。=B6r/d1
其中B值按GB150中第6章方法确定,其中计算长度L取单根波纹管中最大波距F或管端直
边计算长度F71(见图2),取大值
在波纹管换热器设计中其设计压力应满足下列条件
管程设计床力P不得人于波纹换热管的许用内力,即:P≤pl
売程设计压力の、不得大于波纹换热管的许用外压力,即:≤[mpl
3.4波纹换热管轴向刚度
波纹换热管単波刚度应通过拉仲试验来确定,部分规格波纹换热管的单波刚度可按表3-1查取
表1波纹换热管单波刚度值K1(kN/mm)
波纹管管坯厚度,mm
波纹管波峰波谷公
个波距波纹管的外
称外径,mn
夜面积,mm
0).5
0).8
4
2106.0
42133
40.0
3321.5
注:表1适用的范围是波宽与波距之比为:2/ド0.65~0.85
3.5波纹换热管秾定许用压应力
本条适用丁浮头式、填料函式和固定管板式波纹管换热器的换热管受压失稳的校核。
计算公式:
当r/i≥Cr时按式(3)计算:
「1lr=r2K1/(2aa)…
(3
当i「oler
(l-r/i) /(2 Cr
(4)
[o]la取用值不应大于设计温度时的换热管材料许用应力ln。
管板设计计算
波纹管换热器的管板计算方法与GB151-1999中5.7相同,但其中对于与管子刚度有关的参数
本条规定了相应的计算方法。
符号
7一単根管管壁金属横截面积
6:(d1-65-)
A一壳程圆筒内直径横截面积,mm2;
A=D12/4
A1一管板开孔后的面积,mm
A=A-N nd27/4
圆筒壳壁金属横截面积,mm2
(Di+ 6
dh1波谷外直径(管还外直径),mm;
dl2一波峰外直径,mm
D2一壳体圆筒和管箱圆筒内白径,mm
Fー一波纹管材料殚性模量,MPa
E、一壳体圆筒材料弹性模暈,MPa
Fp一管板材料弹性模量,MPea
K1一波纹管轴向单波刚度,N
Kb2长度为的単根波纹换热管刚度,Nim
Kh= FK1/1