換熱器為什么要計算腐蝕前腐蝕后
在答辯過程中,有一些經(jīng)常問到的問題,試題的總結(jié)可以見下面的鏈接:
2017年壓力容器設(shè)計審批人員培訓(xùn)考核班圖紙答辯試題
其中一題為:
換熱器腐蝕前,腐蝕后對計算的影響。為什么要進(jìn)行計算腐蝕前的計算。
這題有個標(biāo)準(zhǔn)的回答,就是秦老師在SW6的培訓(xùn)中提到的:

腐蝕前,位移載荷(溫差等)可能產(chǎn)生較大應(yīng)力。
通俗理解:腐蝕前厚度大,厚度越大,筒體的截面積越大,同樣的溫差產(chǎn)生的相同的伸長量(應(yīng)變),應(yīng)力*截面積等于軸力,截面積越大,溫差產(chǎn)生的軸力就越大。
腐蝕后,力載荷(壓力等)可能產(chǎn)生較大的應(yīng)力。
通俗理解:腐蝕后,厚度薄。筒體周向應(yīng)力=PD/2t,厚度t越薄,部件的應(yīng)力會越大。
很多人會懷疑:
以前沒有計算腐蝕前,換熱器也好好運(yùn)行的,是不是多慮了。是不是腐蝕前真的比腐蝕后安全?
首先要明白一個問題:
設(shè)備安全運(yùn)行,不等于設(shè)備計算合格了。
按照規(guī)范,計算不合格,但是使用起來不一定會有問題。原因在哪里?
原因有很多:比如設(shè)備材料的是有安全系數(shù)的,設(shè)備制造質(zhì)量比較好,焊縫系數(shù)0.85而實(shí)際質(zhì)量能夠達(dá)到1,設(shè)備實(shí)際操作工況遠(yuǎn)低于設(shè)計壓力溫度等等。
對于碳鋼,安全系數(shù)一般是抗拉強(qiáng)度決定的,達(dá)到2.7. 所以稍微有點(diǎn)計算不合格,設(shè)備不一定會損壞。但是設(shè)備依然是計算不合格,因?yàn)橛嬎愕陌踩A?span>沒有達(dá)到許用的安全系數(shù)。
那么會不會有腐蝕前比腐蝕后危險的案例呢?
案例是很多的,比如在新GB/T 151-2014頒布后,SW6更新了換熱器計算模塊,很多換熱器在重新計算后,發(fā)現(xiàn)換熱器計算不合格了。
某項(xiàng)目中一臺臥式固定管板式換熱器,其殼程介質(zhì)需要選用不銹鋼,即管板、換熱管材質(zhì)為S30403/022Cr19Ni10,殼程殼體材料選用(12+3)mm不銹鋼復(fù)合板Q345R+S30403,管板厚度68mm;以此進(jìn)行設(shè)計校核。
按常規(guī)通行的計算程式SW-6中輸入殼程圓筒δs=12,計算結(jié)果通過。此次反映在計算頁中的殼體法蘭應(yīng)力值σf 不大,為許用值61%。
為全面考量復(fù)合板的厚度效應(yīng)(腐蝕前),以(12+3)即15毫米的截面量輸入殼程圓筒δs=15,此時殼體法蘭應(yīng)力值達(dá)到許用值得90%;
另以(14+3)殼程圓筒δs=17進(jìn)行計算,殼體法蘭應(yīng)力值達(dá)到許用值得110%,計算結(jié)果未通過。對比圖見下圖:

從計算結(jié)果分析,筒體取12mm,15mm,17mm,越厚計算的裕量越小。到17mm計算不通過。
可見,不考慮腐蝕前、腐蝕后、復(fù)合前、復(fù)合后的影響是不對的。腐蝕前可能比腐蝕后更危險和苛刻。
一般對于有腐蝕裕量的設(shè)備SW6會自動考慮腐蝕前腐蝕后的管板計算。
而對于復(fù)合板,如果不輸入腐蝕裕量,那么不會考慮復(fù)合前的厚度影響。
所以設(shè)計過程中,建議設(shè)計人退出常規(guī)計算中不計入覆層厚度的復(fù)合板強(qiáng)度計算輸入模式,追加換熱器殼程圓筒名義厚度為實(shí)體尺寸(計入覆層厚度)的校核過程。
一般的涉及到剛度、彎矩、溫差膨脹理念的設(shè)備計算,應(yīng)考慮復(fù)合板復(fù)層厚度的影響,非一般的“以薄代厚”是保守的。
按照ASME VIII I卷,除了按照考慮溫差、不考慮溫差等8種工況外,還需腐蝕前腐蝕后分別進(jìn)行核算。共計16種工況。
UHX-13.4(c)Because any increase of tubesheet thickness may lead to overstresses in the tubes, shell, channel, or tube-to-tubesheet joint, a final check shall be performed, using in the equations the nominal thickness of tubesheet, tubes, shell and channel, in both corroded and uncorroded conditions.
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