問題提出

在2014年，一臺固定管板換熱器，殼程側(cè)低壓蒸汽，進出口溫度為 200/195，材料為Q345R；管程側(cè)為乙烯，進出口溫度為-70/5，材料為S30408。

由于靠近 管程出入口處的溫度較低，所以靠近管程的殼程筒體（長度600）采用S30408的材料。

殼程采用了兩種材料S30408和Q345R。而當時的換熱器筒體計算只能采用一種材料。那么應(yīng)該如何解決這個問題呢？

問題分析及解決

設(shè)計人員認為，這種結(jié)構(gòu)沒法計算，需要有限元分析。

固定管板的有限元分析，當工況比較多，要出來合適的結(jié)果，時非常麻煩的，因為它不像常規(guī)計算，一次將一種工況下的多種情況同時考慮，它需要人工考慮7種工況。如果有腐蝕前和腐蝕后的計算，那么分析的工況又多了一倍。屬于設(shè)計效率非常低下的方法。

技術(shù)總監(jiān)給了個方法，設(shè)備按照殼程全部為Q345R計算一遍，然后再按照S30408計算一遍。兩者計算的管板取大值。

由于設(shè)備工況較多，管殼程正負壓，殼程材料不同，以及開停車工況，所以計算比較繁瑣，需要建立18個SW6的計算文件。

經(jīng)過計算，管板最終取80厚。

相對于純的Q345R筒體，管板并未加厚，成本未造成太多上升。

極限思維

殼程有兩種材料組合，當時并無配套軟件可以計算。那么設(shè)計時采用兩種純材料單獨計算，然后取大值，是一種非常科學的做法。

管板計算模型本質(zhì)上是受均布載荷的圓平板。筒體的兩種不同材料，其膨脹系數(shù)不一樣，彈性模量不一樣，會影響管板的邊界條件。采用兩種同樣的材料來計算2次，使得膨脹量產(chǎn)生的推力是偏大的，產(chǎn)生偏保守的結(jié)果，所以精確值肯定在兩者之間。將其取大值，是工程上可以接受的。

采用這種方法，屬于一種極限思維。

在無法獲得精確的結(jié)果時，使用極限思維能夠大大簡化工作量，并獲得工程上可以接受的結(jié)果。

這種思維我們在生活中經(jīng)常使用：

比如：“大不了”之類的句式，“頭掉了碗大個疤”，“二十年后又是一條好漢”

比如：去吃沙縣小吃，出門之前不知道吃什么，要多少錢。然后順手拿了1000就出門了。

比如：上個廁所，帶兩包紙，誰知道萬一發(fā)生什么。

工程中這種思維也經(jīng)常用到：

比如薄管板的計算，思路是，管板計算太復(fù)雜了，但是我知道被管子撐住的地方是不會壞的，而未布管區(qū)是應(yīng)力最大的，那么我只要求出未布管區(qū)的厚度就行了，這個厚度我用未布管區(qū)內(nèi)接的最大圓平板厚度就行了。

只要內(nèi)接圓平板應(yīng)力不超，那么整個管板就是安全的。

所以計算公式非常簡單，但是既省材料，又非?？茖W。屬于極限思維在壓力容器中的應(yīng)用的典范。

后續(xù)

在GB/T 151-2014的7.4.6.5節(jié)，對于這種換熱器，給出了更詳細的算法。其計算原理是將筒體剛度按照各分段的串聯(lián)關(guān)系，得到殼體等效總剛度，然后計算管束和殼體的等效剛度比，再代入正常的計算。

換熱器的軸向力是由殼體和管束共同承擔的，各自分擔的量由各自的剛度決定。

能力越大，責任越大，剛度越大，承擔越多。

在ASME VIII I中，對于此類設(shè)備的處理也類似（當然計算方法是出在GB151之前）。

另外，PVElite中可以直接計算。