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对浮头法兰厚度设计计算的一些看法点击：2020 日期：[ 2014-04-26 22:42:49 ] |
| 贺玲 中国石化集团洛阳石油化工工程公司(河南省洛阳市471003) 浮头式换热器、冷凝器；浮头式折流杆换热器、冷凝器；T形翅片管重沸器和浮头式双弓形及三弓形折流板换热器是目前炼油装置大量使用的通用标准换热器。近年来，随着GB150---1998《钢制压力容器》和GB151-1999《管壳式换热器》等标准的不断修改，使得国标换热器(浮头式换热器、冷凝器、u形管式换热器)和洛阳石油化工工程公司(LPEC)的标准换热器(浮头式折流杆换热器、冷凝器，T形翅片管重沸器，浮头式双弓形及三弓形折流板换热器)中各个部件的计算方法也要做相应修改。2OOO年根据“全国容委会”和“换热器分会”的计划，要求LPEC负责对国标换热器JB／T47l4_-92和JB／T4717—92中浮头盖部分的各个参数进行修订，且要求全部出计算书。由于标准中公式的修改，该部件的计算程序也要相应修改，为此作者按GB151-1999中的要求编制了浮头盖部分的计算软件，但在对标准换热器浮头法兰系列重新进行校核计算过程中，发现压力较高、直径较大的换热器在用受外压计算浮头法兰厚度时，计算所需厚度很大，计算结果很不理想。而浮头法兰厚度计算结果对换热器节约材料，减少加工难度，降低成本，确保使用安全，都具有重要意义。困此，针对计算时出现的情况，简要阐述计算时应注意的问题。 l 几个问题的考虑 一般情况下，在计算浮头法兰厚度时，首先必须假设法兰厚度δf，无折边球形封头装入深度h，然后进行计算，要取得法兰的合理计算厚度必须反复试算，直至取得的假设厚度与实际计算厚度相接近。浮头法兰的厚度取决于强度和结构两个方面，强度包括法兰在管程压力和壳程压力单独作用下的厚度计算，并应分别考虑预紧和操作两种情况；结构方面受球冠形封头焊入法兰深度的影响很大。 1．1 压力对厚度的影响 浮头法兰的厚度取决于管程压力和壳程压力单独作用时预紧及操作两种状态的强度要求。 (1)管程压力(Pt)作用时 在Pt作用下(法兰受力状况见图1)，按照GB151~1991中规定的公式，分别计算出预紧螺栓时的力矩和操作情况下法兰的总力矩，从而计算出在管程压力作用下预紧时法兰的计算厚度和操作时法兰的计算厚度，取其大者作为浮头法兰的厚度。 (2)壳程压力(Ps) 作用时 在Ps 作用下，法兰受力状况见图2。不能简单地按照GB151—1991中的公式计算，因为Ps作用下浮头法兰实际上是受外压作用，因此流体压力引起的总轴向力F和操作状态下需要的最小垫片压紧力F。相反，因此，操作状态下需要的最小螺栓载荷Wp=Fp -F；另外在计算预紧状态下螺栓的设计载荷W(W=0．5(Am+Ab)[σ]b，Am，Ab分别表示需要的和实际使用的螺栓总截面积)时，Am应取预紧状态下需要的最小螺栓总截面积，然后分别计算出预紧螺栓时的力矩和操作情况下法兰的总力矩，从而计算出在壳程压力作用下预紧时法兰的计算厚度和操作时法兰的计算厚度，取其大者作为浮头法兰的厚度。 以上两点是在计算壳程压力Ps作用下浮头法兰厚度时所必须注意的，如果按预紧和操作情况下需要的最小螺栓总截面积中的大者计算时，就有可能在个别情况下浮头法兰的厚度会非常大，甚至相邻直径浮头法兰厚度跳跃性很大。这是因为：在外压(即Ps)较小时，预紧起主要作用，Am取预紧状态下需要的最小螺栓总截面积，受力和计算公式不矛盾，计算结果也是正确的；外压较高时，操作载荷作为设计载荷，如果仍按计算公式计算而不考虑实际情况，就会出现在外压作用下需要很大厚度才能满足计算要求的不合理结果。 综上所述，在内压作用下，应分别计算预紧和操作状态下法兰的受力情况，分别计算预紧状态和操作状态下浮头法兰的计算厚度；在外压作用下，只要保证预紧状态下螺栓的计算面积，保证该状态下螺栓的设计载荷W，计算出的浮头法兰厚度即可满足要求。 1．2 球冠形封头焊入法兰的深度(h)对法兰结构的影响 通常情况下，h值对浮头法兰的计算厚度有着不可忽视的影响。在Pt 作用下，浮头法兰受力情况见图l，作用于法兰的力FD，n，FG对法兰产生的力矩方向是逆时针的。为了减少法兰所受力矩，一般应将Fr作用位置设于法兰形心的上方，使力矩FrLr的方向和FD，n，FG产生的力矩抵消一部分，使Ps作用下的法兰静力矩减小，如果Fr作用位置位于形心下方，则会使法兰静力矩因两者叠加而使法兰厚度大增，因此，在Ps作用下，h值越小，Lr距离形心的距离就越大，从而使浮头法兰所承受的静力矩就越小，所计算出来的浮头法兰的厚度就越小。在Ps作用下，浮头法兰受力情况见图2，也应该是h值越小，Lr距离形心的距离就越大。但实际上并非如此，通过大量的计算结果表明：在Ps作用下，Fr产生的力矩FrLr一般大于由FD， 产生的力矩，69份计算结果，只有3份例外；一般情况下，h值越大，Lr距离形心的距离就越小，从而使浮头法兰所承受的静力矩就越小，所计算出来的浮头法兰的厚度也就越小。 2 结束语 浮头法兰厚度的计算是整个浮头法兰设计的关键，大量的计算结果表明，在有些工况，仅考虑强度而忽略结构参数的优化，有可能造成材料的极大浪费。因此，必须从强度方面和结构方面综合考虑。在优化结构的条件下，如果是预紧起作用，就尽量减小预紧时螺栓载荷，即减少预紧时的法兰力矩；如果是操作状态起作用，就应使浮头法兰在内、外压作用下所受的静力矩为最小，这样既保证安全使用又能节约材料，提高经济性。 |
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