UHX-12/13/14管板、膨胀节的设计及PV的运用

      最近一些朋友问我一些关于PV Elite软件计算换热器中勾选的问题，见下图。为此我整理了膨胀节的设计和计算方法及UHX-12/13/14 管板的设计规则，方便大家对PV软件的运用的同时知其然并知其所以然。

  针对上面PV Elite关于膨胀节的选择见下文

  波纹管：UHX-16(强制性附录26)；厚壁膨胀节：UHX-17(强制性附录5)

设计方法：

 ①Analyze：有限元分析

 ②Existing：输入膨胀节刚度特性，不分析膨胀节，波纹厂提供刚度值

计算方法：

 ①TEMA:Flexible Shell Elements（RCB-8）

 ②Kopp&Sayer板壳理论:筒体与环板之间的直角连接，并计入组件间的转角影响，在计算中加入修正值。

③FEA（RCB-12 Finite Elment Analysis Guildelines）

在运行PV Elite 之前，必须安装NOZZLE PRO软件，膨胀节计算方法就会有FEA选项。

UHX-12 U形管换热器

压差法设计（设计工况3）：

管程侧是较高压力侧，Pt=管程，Ps=Pt-设计压差

壳程侧是较高压力侧，Ps=壳程，Pt=Ps-设计压差

管板壳体连接处的应力：

①管板周边处以及中心处的弯曲应力  σ≤2S

②布管区域周边剪切应力            τ≤2S

③管板整体连接的壳体、管板与壳体、管箱焊缝总轴向应力    σs≤1.5Ss,σc≤1.5Sc

 最小长度要求L≥1.8 D_st_s开根号

 应力超标解决方案：

⑴增加管板厚度

⑵增加整体连接的壳体和或管箱厚度  σs≤1.5Ss,σc≤1.5Sc

⑶简化的弹塑性分析                σs≤Sps

⑷简支管板分析   不需要满足最小长度要求    

  σs≤Sps，s且σc≤Sps，c

 应用范围：不适用于夹持式管板两侧垫片连接的结构

UHX-13 固定管板换热器压差法设计

压差法设计（设计工况3，操作工况3、4）：

管程侧是较高压力侧，Pt=管程，Ps=Pt-设计压差

壳程侧是较高压力侧，Ps=壳程，Pt=Ps-设计压差

对于操作工况，压力差和单个操作压力差应不超过设计工况使用的值

计算工况：腐蚀前、腐蚀后

管板壳体连接处的应力：

①管板周边处以及中心处的弯曲应力   

 设计工况σ≤1.5S；操作工况σ≤Sps

②布管区域周边剪切应力 τ≤0.8S

③换热管轴向应力   设计工况σt≤St；操作工况σ≤2St

④换热管与管板的连接设计        最大许用载荷按UW-20或附录A

⑤换热管的稳定性                最大无支撑跨距

⑥壳体轴向薄膜应力     

设计工况σs,m≤SsEs,w；操作工况σs,m≤Sps,s          

⑦壳体轴向压缩应力  (壳体轴向薄膜应力为负值，需要校核稳定性)     σs,m≤Ss,b

⑧管板整体连接的壳体、管板与壳体、管箱焊缝总轴向应力     

设计工况σs≤1.5Ss,σc≤1.5Sc ；操作工况σs≤Sps,s σc≤Sps,c

最小长度要求L≥1.8 D_st_s开根号

应力超标解决方案：

⑴增加管板厚度

⑵增加整体连接的壳体和或管箱厚度   σs≤1.5Ss , σc≤1.5Sc

⑶邻近管板处筒体不同材料和厚度影响的计算程序                  

⑸邻近管板处径向热膨胀差影响的规则

应用范围：不适用于夹持式管板两侧垫片连接的结构

⑷管板与管箱或壳体连接处塑性影响的计算程序 

σs≤Sps，s；σc≤Sps，c

应用范围：不适用材料发生高温蠕变 

⑹简支管板分析   不需要满足最小长度要求 

 σs≤Sps，s；σc≤Sps，c

应用范围：不适用于夹持式管板两侧垫片连接的结构

UHX-14 浮头式换热器

操作工况：当考虑径向热膨胀差影响是，才要考虑操作载荷工况，考虑管板为简直管板

压差法设计（设计工况3，操作工况3、4）：

管程侧是较高压力侧，Pt=管程，Ps=Pt-设计压差

壳程侧是较高压力侧，Ps=壳程，Pt=Ps-设计压差

管板壳体连接处的应力：

①管板周边处以及中心处的弯曲应力    

设计工况σ≤1.5S；操作工况σ≤Sps

②布管区域周边剪切应力     τ≤0.8S

③换热管轴向应力           设计工况σt≤St；操作工况σ≤2St

④换热管与管板的连接设计    最大许用载荷按UW-20或附录A

⑤换热管的稳定性            最大无支撑跨距

⑥壳体轴向薄膜应力 

 设计工况σs,m≤SsEs,w；操作工况σs,m≤Sps,s          

⑦壳体轴向压缩应力  (壳体轴向薄膜应力为负值，需要校核稳定性)     σs,m≤Ss,b

⑧管板整体连接的壳体、管板与壳体、管箱焊缝总轴向应力     

设计工况σs≤1.5Ss,σc≤1.5Sc ；

操作工况σs≤Sps,s σc≤Sps,c

长度要求L≥1.8 D_st_s开根号

应力超标解决方案：

⑴增加管板厚度

⑵增加整体连接的壳体和或管箱厚度         

设计工况σs≤1.5Ss , σc≤1.5Sc ；

操作工况σs≤Sps,c,s , σc≤Sps,c   

⑶邻近管板处径向热膨胀差影响的规则

应用范围：不适用于夹持式管板两侧垫片连接的结构、浮动端垫片连接或密封的结构

⑷管板与管箱或壳体连接处塑性影响的计算程序    

  σs≤Sps，s；σc≤Sps，c

应用范围：不适用材料发生高温蠕变    

⑸简支管板分析   不需要满足最小长度要求  

σs≤Sps，s；σc≤Sps，c

应用范围：不适用于夹持式管板两侧垫片连接的结构、浮动端垫片连接或密封的结构

下图是弹塑性分析和简支撑分析的简图：

  经过PV软件分别对4种方法进行模拟计算，可以归纳出以下结论

管板与壳体连接处应力的分析方法的选择：

⒈增加管板厚度的方法不可用

⒉增加与相连的筒体的方法可用，并且有效

⒊同时增加管板和与相连的筒体的方法可用

⒋对焊接接头进行简化的弹塑性分析可用（不能过材料蠕变范围）

⒌管板当做简支的管板分析可用（不适用垫片连接的结构，计算偏厚）

PV Elite软件使用入门教程