殼程由不同材料組成的換熱器
起源
一臺(tái)固定管板換熱器，殼程材料為SA-516 60， 管程（管板和換熱管）材料為304L，管殼程沿程金屬平均溫度分別為146.6和147.4°C，相差很小。
由于設(shè)備是致死工況，所以管板按照UW-2，采用UW-13.3對(duì)接接頭，留了~20mm的小凸肩。
小凸肩為管板的一部分，材料為304L。
設(shè)計(jì)人員將筒節(jié)由三節(jié)組成304L（20mm）+ SA-516 60+304L（20mm）。
經(jīng)計(jì)算，合格。
為什么單獨(dú)拿出這么一小段短節(jié)來(lái)計(jì)算呢？
主要是校核一下小凸肩厚度是否足夠。
封頭，法蘭直邊的計(jì)算
真的合格嗎？
將筒體三節(jié)材料全部改為SA-516 60（20mm）+ SA-516 60+SA-516 60（20mm），其余不變。
建模全部按照殼程筒體為SA-516 60計(jì)算。
經(jīng)過(guò)計(jì)算，由于管程殼程材料不同，盡管管殼程沿程金屬平均溫度相差很小，但是膨脹系數(shù)不同，需要加膨脹節(jié)才行。
為什么按照實(shí)際建模，計(jì)算不需要膨脹節(jié)。
按照殼程為碳鋼建模，計(jì)算需要膨脹節(jié)呢？
計(jì)算對(duì)比
我們將殼程都為碳鋼稱作方法A，將殼程為304L+SA-516 60+304L稱作方法B。
方法A的熱膨脹系數(shù)：
方法B的熱膨脹系數(shù)：
兩者不同的地方在于：
殼程的熱膨脹系數(shù)不一樣。
方法A殼程用的是碳鋼的熱膨脹系數(shù)，
方法B殼程用的是不銹鋼的熱膨脹系數(shù)。
由于B法的管殼程熱膨脹系數(shù)相同，所以算出來(lái)熱應(yīng)力會(huì)很小，所以不需要加膨脹節(jié)。
推測(cè)
對(duì)于這個(gè)模型，筒節(jié)304L的部分只是占一小部分，相對(duì)于整個(gè)筒節(jié)是可以忽略不計(jì)，程序理論上應(yīng)該按照占主體部分的碳鋼計(jì)算熱膨脹量，但是實(shí)際上卻用的是304L的膨脹系數(shù)。
那可以合理推測(cè)：
程序是按照離管板最近的一節(jié)材料的熱膨脹系數(shù)來(lái)計(jì)算熱膨脹量。
為了證實(shí)這個(gè)推測(cè)，將設(shè)備的筒節(jié)材料改為：
SA-516 60+304L+304L
如果推測(cè)正確，預(yù)期程序算的結(jié)果是：
熱膨脹系數(shù)按照SA-516 60，需要加膨脹節(jié)
經(jīng)過(guò)運(yùn)行：
完全證實(shí)了猜測(cè)。
推測(cè)證實(shí)了，但是開心不起來(lái)：
一般來(lái)說(shuō)，如果用戶按照實(shí)際的情況建模，那么計(jì)算應(yīng)該會(huì)精確。
但是軟件編制如果沒(méi)有考慮這種情況，導(dǎo)致有時(shí)按照實(shí)際情況建模，結(jié)果卻可能更不準(zhǔn)確。
解決方案
按照ASME VIII I -2017,對(duì)于固定管板，殼體可以采用不同材料和不同的厚度。其厚度，熱膨脹系數(shù)和彈性模量都可以不一樣。
專門UHX-13.6講這類固定管板換熱器的計(jì)算：
其熱膨脹的計(jì)算，用的是兩段材料各自的熱膨脹系數(shù)合并得到總熱膨脹量。
PVElite中的實(shí)現(xiàn)
既然規(guī)范中有，那么PVElite是有這種結(jié)構(gòu)的：
在換熱器的 Tubesheet Properties中，勾選IsThere a shellBand.
然后在Load Cases 中選擇 Shell Band的材料：
即可獲得既符合圖紙，又符合實(shí)際和規(guī)范的計(jì)算書。
總結(jié)
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軟件允許建模，不代表軟件會(huì)自動(dòng)按照所建模型考慮，遇到特殊模型，應(yīng)當(dāng)檢查一下計(jì)算結(jié)果是否符合實(shí)際情況。
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對(duì)于殼體由不同材料組成，軟件是否可以增加這類提示，或者提醒設(shè)計(jì)者按照Shell Band計(jì)算，或者可以自動(dòng)按照不同材料來(lái)計(jì)算。
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