UHX13.6~UHX13.9的理解&PV计算注意事项

ASME规范在计算管板时是将开孔的管板当量成实体板,然后将压力载荷,热胀差载荷,螺栓载荷当量成压力,最后用当量的压力和当量的实体板厚度来计算的管板弯曲应力和剪切应力,以及管箱和/或壳体的应力,从而实现了对管板及连接处元件的强度评定。当固定管板换热器壳程的几何结构发生变化,或者计算的假设边界条件变化时,管板及其焊接连接的筒体和/或管箱厚度也会受到影响。因此,本文来讨论一下UHX-13.6(壳程局部加厚),UHX-13.7(弹塑性计算),UHX-13.8(径向热胀差计算),UHX-13.9(间支撑管板)对管板计算的影响。

  1. UHX-13.6壳程筒体不是均一的厚度

筒体局部加厚会引起壳程刚度的增加,具体算法为:

规范要求按照新的筒体刚度重新计算相应的参数。因此在PVElite中计算壳体局部加厚的结构是,有两点一定要注意:一是要用Shell Band的方式去输入局部筒体的加厚结构,而不能人为地将壳程筒体分为三段,给成不同的壁厚,这样会导致管板计算时壳程的刚度就变成了第一段壳程筒体的刚度,而不是Shell Band+壳体的刚度;二是要注意Shell Band必须要有最小的长度,即:

2.UHX-13.7 管板-壳体/管箱的弹塑性分析

当管板的厚度满足要求,但是与管板焊接的壳体或者管箱应力超了,此是可以考虑用弹塑性方法,修正弹性模量,重新计算一次,如果满足要求则计算通过,否则需要调整壁厚重新计算。

对于壳体/管箱的弹性模量的修正如下,且不能小于1,运用修正后的弹性模量重新计算相应参数,该方法是参考Soler发表的多篇关于管板计算的文章来的。

运用弹塑性分析方法是应注意一下几个限制条件:

  1. 材料必须处于弹性范围内,如果材料进入蠕变范围是不允许使用该方法计算的;
  2. 弹塑性分析仅适用于设计工况的评定,不适用于操作工况;
  3. 管箱,壳体的计算应力在Sps范围内;
  4. 此方法仅能运用一次,如果还是应力超范围,需要重新调整相应的壁厚

在大多数情况下,弹塑性分析会导致管板的需要厚度增加,但是也不绝对,少数情况也会导致管板的需要厚度降低。

 

3.UHX-13.8 管板连接处的径向热胀差计算(仅针对操作工况)

该章节主要用于考虑管板-壳体-管箱连接处的温度梯度问题,主要通过热胀差的分析,修正管板的当量计算参数来实现的。规范规定:当换热器有压力疲劳或温度疲劳;或者用户方要求计算时才应考虑该章节的计算。从我接触过的换热器设计条件来看,极少有客户会提供管板边缘的平均金属壁温。另外,如果是疲劳换热器更多地是执行ASME的常规计算,同时增加一个FEA的疲劳评定。当然也有算温度梯度应力的,但更多地是通过ANSYS算传热,然后再进行强度计算的。

4.UHX-13.9 间支撑管板的计算

该章节是不考虑管箱/壳体对管板的支撑刚度,由于忽略了管箱/壳程的支撑作用,因此就不用考虑连接处弯矩的衰减范围,所以管箱/壳程筒体就没有uniform thickness的最小长度限制了。

间支撑计算在绝大多数情况下是会导致管板的计算厚度增加,当然也不绝对,也有极少数情况下会出现相反的结论。

针对上面提到的规范的章节,在PV Elite中都有相应的输入选项,压力容器工程师在强度计算和设计工程中务必遵循规范的限制条件和正确运用PV Elite的计算功能。

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