1、不同标准中对于板换压板的规定
(1) NB/T 47004.1-2017《板式热交换器 第1部分:可拆卸板式热交换器》6.3压紧板6.3.3条“压紧板应有足够的刚性,以保证板式热交换器在正常操作状态不发生泄漏”。
(2) NB/T 47004-2009《板式热交换器》5.3紧板5.3.3条“压紧板要有足够的刚性,以保证板式热交换器在正常操作状态不发生泄漏”。
(3) CB/T 1036-2008《船用板式冷却器》4.5.3压紧板描述为:冷却器压紧板的厚度值按下表规定。
(4) GB 16409-1996《板式换热器》5.3压紧板描述为:“压紧板要有足够的刚性,压紧板厚度的选取按下表”。
(5) JB/T 8701-1998《制冷用板式换热器》6.2.3中与GB/T 150-2011《压力容器》 5.9平盖的计算公式相同;
(6) API662《炼油厂通用板式换热器》、ISO 15547《石油天然气用板式换热器》中均无关于压紧板厚度的计算方法及规定。
2、目前的习惯做法
目前业内都是参考GB/T 150.3-2011《压力容器》5.9平盖计算方法来计算压板厚度。
3、目前的习惯做法存在问题
通过多年使用及试验情况来看,按GB/T150.3-2011《压力容器》平盖计算方法得到的压板厚度过于保守,浪费材料。
4、改进的计算方法
GB/T 150-2011《压力容器》是以第一强度理论为依据,第一强度理论即最大主应力理论,最先由上世纪30年代ASME规范所采用,用于容器设计,它主要考虑材料的脆性断裂,对于塑性、韧性较好的材料存在工程上的不合理因素。在平盖计算中考虑平盖的受力为一次薄膜应力+弯曲应力。同时针对压力容器的行业特性规定了各种材料的安全系数,通过安全系数来得到材料的许用应力,最终控制平盖的应力值不大于其许用应力。
如上所示,在GB/T 150-2011《压力容器》中对于板换压板常用材料碳钢板、高合金钢板取安全系数n=2.7。
对于板换而言,其使用场合、失效机理、安全等级均没有压力容器苛刻,失效模式也不尽相同,随着我国冶炼技术的不断提高,材料的性能也在不断提高,因此GB/T 150-2011中规定的2.7的安全系数对于板换而言偏高。我们可以通过降低安全系数来提高材料的许用应力,从而达到降低压板厚度的目的。
以某公司某大型板换(单板面积>2.5m2),设计压力2.5MPa,设计温度150℃为例。
对于固定压板120mm,活动压板厚度100mm,用ANSYS17.0依据ASME第Ⅷ-2卷有限元分析法进行分析,结果如下: