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壳程由不同材料组成的换热器
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[ASME]
壳程由不同材料组成的换热器
1030
2
道祖
Lv.24
发表于 2019-7-22 08:10:30
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起源一台固定管板换热器,壳程材料为SA-516 60, 管程(管板和换热管)材料为304L,管壳程沿程金属平均温度分别为146.6和147.4°C,相差很小。由于设备是致死工况,所以管板按照UW-2,采用UW-13.3对接接头,留了~20mm的小凸肩。
小凸肩为管板的一部分,材料为304L。
设计人员将筒节由三节组成304L(20mm)+ SA-516 60+304L(20mm)。
经计算,合格。
为什么单独拿出这么一小段短节来计算呢?主要是校核一下小凸肩厚度是否足够。
封头,法兰直边的计算
真的合格吗?将筒体三节材料全部改为SA-516 60(20mm)+ SA-516 60+SA-516 60(20mm),其余不变。建模全部按照壳程筒体为SA-516 60计算。
经过计算,由于管程壳程材料不同,尽管管壳程沿程金属平均温度相差很小,但是膨胀系数不同,需要加膨胀节才行。
为什么按照实际建模,计算不需要膨胀节。
按照壳程为碳钢建模,计算需要膨胀节呢?
计算对比我们将壳程都为碳钢称作方法A,将壳程为304L+SA-516 60+304L称作方法B。方法A的热膨胀系数:
方法B的热膨胀系数:
两者不同的地方在于:壳程的热膨胀系数不一样。方法A壳程用的是碳钢的热膨胀系数,方法B壳程用的是不锈钢的热膨胀系数。由于B法的管壳程热膨胀系数相同,所以算出来热应力会很小,所以不需要加膨胀节。
推测对于这个模型,筒节304L的部分只是占一小部分,相对于整个筒节是可以忽略不计,程序理论上应该按照占主体部分的碳钢计算热膨胀量,但是实际上却用的是304L的膨胀系数。
那可以合理推测:程序是按照离管板最近的一节材料的热膨胀系数来计算热膨胀量。
为了证实这个推测,将设备的筒节材料改为:
SA-516 60+304L+304L如果推测正确,预期程序算的结果是:热膨胀系数按照SA-516 60,需要加膨胀节
经过运行:
完全证实了猜测。推测证实了,但是开心不起来:
一般来说,如果用户按照实际的情况建模,那么计算应该会精确。
但是软件编制如果没有考虑这种情况,导致有时按照实际情况建模,结果却可能更不准确。
解决方案
按照ASME VIII I -2017,对于固定管板,壳体可以采用不同材料和不同的厚度。其厚度,热膨胀系数和弹性模量都可以不一样。
专门UHX-13.6讲这类固定管板换热器的计算:
其热膨胀的计算,用的是两段材料各自的热膨胀系数合并得到总热膨胀量。
PVElite中的实现既然规范中有,那么PVElite是有这种结构的:
在换热器的 Tubesheet Properties中,勾选Is There a shell Band.
然后在Load Cases 中选择 Shell Band的材料:
即可获得既符合图纸,又符合实际和规范的计算书。
总结软件允许建模,不代表软件会自动按照所建模型考虑,遇到特殊模型,应当检查一下计算结果是否符合实际情况。对于壳体由不同材料组成,软件是否可以增加这类提示,或者提醒设计者按照Shell Band计算,或者可以自动按照不同材料来计算。
往期精彩极限思维和换热器设计SW6非对称双鞍座的计算
PVElite的管口合并计算后险酿大祸
外压应力系数B值曲线温度超界的终极解决方法
封头,法兰直边的计算
以上内容转载自公众号:VCAD001,
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893455547
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发表于 2019-7-22 09:45
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大米加步枪
发表于 2019-7-28 16:22:01
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壳程由不同材料组成的换热器,学习一下,谢谢了
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