静设备
石油化工设备技术，2016，37（5）·6， Petro-Chemical Equipment Technology
基于一次结构法的挠性管板
强度计算新方法
陈孙艺
（茂名重力石化机械制造有限公司，广东茂名525024）
摘要：为了对蒸汽发生器的挑性管板等关键结构进行安全评定，根据一次结构法原理应用GB150.3、 GB/T151等标准公式和SW6软件对各元件的一次应力及其连接结构的二次应力进行了应力解析计算和安全评估。结采表明，管板与壳体内壁连接处的径向弯曲应力往往是最大应力的所在，是校核设计的关键；一次结构法可用于本案例的管板设计，降低设备成本。文章应用SW6一2011软件，根据一次结构法原理对蒸汽发生器这类带新边挠性薄管板提出一种简便易行、安全可靠的强度设计新方法，可便捷地得到比通常应力分析方法更经济合理的设计结果。
关键词：挑性管板一次结构法强度计算应力分析换热器
石化公司硫磺回收装置反应炉蒸汽发生器、
或转化器蒸汽发生器的基本结构是卧置固定管板式换热器，其挠性薄管板的折边与壳体采用对接焊接形式与周边固支连接。这类换热器的工作原理是低压高温烟气或合成气从一端管箱进人，通过炉管与壳程的锅炉水换热后从另一端管箱流出，降温幅度显著，可达450℃，有的管程进口侧过程气温度高达1450℃，该管板的管程侧设置了锚固钉锚固的耐磨隔热层，对管头进行保护[1-3]。长期工程实践中，类似管板的关联结构较容易发生失效，成为设计和制造的技术关键。文献【3]对性管板建立了包括管箱、壳体和换热管等元件的模型进行有限元应力分析，对管板强度和管头拉脱力进行了强度评定。文献【4-7】通过有限元技术对挠性管板模型进行应力分析，但是其只侧重于管板厚度特别是周边转角过渡段的应力分析。文献【7】认为SH/T3158、AD规范及 EN12953等标准公式无法考虑挠性薄管板周边转角处受力的复杂性，代表性地表达了该结构之所以需要进行有限元分析的缘由。而文献【8-9】在指出该结构进行有限元分析设计中存在较大保守性的同时，介绍了一次结构法和有限元分析法结合一起在类似结构应力分析设计中的典型应用，从而取得科学合理的分析结果。但是，一次结构法只解决结构静强度问题，对非力学专业的普通设计者，如果采用GB/T151中管板应力分析
的不连续分析方法进行解析求解，其过程较为困难：对产大尚未掌握有限元应力分析技术的设计者、未取得应力分析资格的设计者或者不具备应力分析条件的设计单位，尤其是对压力容器制造企业的设计部门而言，还是无法方便地对该类换热器进行设计。
带折边薄管板是锅炉、废热锅炉的经典管板结构，其受力肯定好于一般的平管板，否则不会采用折边。该结构有长期成功的使用经验，被证实在一定的参数范围内是安全可靠的，但是其管板厚度计算方法从管板的受力分析来讲是极不完善和不合理。这种管板的准确受力分析和应力计算可利用两类方法进行。一类是解析法，比如GB 151一2014中将换热器分解为若干部件，对此类管板应分解为筒体、管板布管区（弹性基础圆平板）、管板周边的折边部分一环壳、管束（弹性基础)等，计算在载荷（。、力t、△T）作用下各部件的应力，当然主要是管板和折边环壳的应力，但是这种模型的分析法至今尚未问世，原因是分析过程
收稿日期：2016-02-21。
作者简介：陈孙艺，男，2006年毕业于华东理工大学化工过程机械专业，工学博士，长期从事承压设备及管件的设计开发、制造工艺、失效分析及技术管理工作，现任公司副总经理
兼总工程师，教授级高级工程师。 Email: sunyi_chensohu.com