大口径不锈钢管板

固定管板式换热器是指管束两端管板采用焊接方法与壳体固定连接的管壳式换热器。管板与壳体焊接后也可兼作法兰，与管箱法兰用螺栓连接。优点是结构简单，在保证相等传热面的条件下所需的壳体内径最小。缺点是壳程与管程介质之间温差大时会产生较大的热应力，造成管子与管板结合处拉脱破裂而发生泄漏或管子失稳等，同时检修、壳程清洗也不方便，在一般场合应用广泛，但也受到温差的限制。

一、基本假设

世界各国的管板的计算公式尽管形式各异，但其大体上是分别在以下三种基本假设的前提下得出的。

1.将管板看成为周边简支条件下承受均布载荷的圆平板，应用平板理论得出计算公式。考虑到管孔的削弱，再引人经验性的修正系数。如在力学模型上作了适当简化的美国TEMA方法。

2.将管子当作管板的固定支撑而管板是受管子支撑着的平板。管板的厚度取决于管板上不布管区的范围。如西德AD规范采用的计算公式。实践证明，这种公式适用于各种薄管的计算。

3.将管板视为在广义弹性基础上承受均布载荷的多孔圆平板，即把实际的管板简化为受到规则排列的管孔削弱、同时又被管子加强的等效弹性基础上的均质等效圆平板。这种简化假定既考虑到管子的加强作用，又考虑了管孔的削弱作用，分析比较全面，现今已为大多数的管板规范所采用。

我国石油、化工、机械三部在1983年公布的《换热器设计规定》中所列入的管板计算公式基本上也是根据第三种假设经过比较严密的推导得出的，在国内获得了广泛的应用。接下来的强度校核也是基于第三种假设。

二、管板设计的基本考虑

GB151《管壳式换热器》所列人的管板公式基于的基本考虑是:把实际的管板简化为;承受均布载荷、放置在弹性基础上且受管孔均匀削弱的当量圆平板。同时在此基础上还考虑了以下几方面对管板应力的影响因素。

1.管束对管板的支承作用：在流体压力作用下管板将产生挠度与转角。因管束与管板连接在一起，管束

也将沿轴线方向产生压缩或伸长，管子端部产生弯曲变形。管束对管板会起到约束的作用，具有减少管板中应力的作用。考虑管束对管板挠度的约束作用，但忽略管束对管板转角的约束作用。

2.管孔对管板的削弱作用：管孔对管板的削弱作用有两个方面：

(1)减小了管板整体的刚度与强度。

(2)在管孔边缘产生局部的应力集中,在计算公式中是忽略不计。

因此在计算时把管板近似地当作一块均匀连续受管孔削弱的当量圆平板。

3.管板周边不布管区的折算方法

管板周边不布管区对管板应力的影响，将管板划分为两个区，即靠近中央部分的布管区和靠近周边处较窄的不布管区。通常管板周边部分较窄的不布管区按其面积简化为圆环形实心板。由于不布管区的存在，管板边缘的应力下降。、除上述以外，在对管板分析时，还注意到以下几项实际因素

(1)由壳程压力p、管程压力加以及热膨胀引起的壳璧轴向位移与管板管束系统的轴向位移应在管板周边处协调一致。

(2)管板边缘的转角应受壳体、法兰、封头、螺栓、垫片系统的约束。其转角应在连接部位处协调一致。

(3)管板兼作法兰时，考虑了法兰力矩对管板应力的影响。

4.设计准则与许用应力

应用弹性理论计算出管板中的应力，然后应用塑性力学的观点将此应力分为两类:

①压力Ps、Pt与法兰力矩引起的管板中的应力为一次弯曲应力，将其限制在1.5倍许用应力以下

②壳体与管子受热后的膨胀差引起的管板中的应力为二次应力，将一次应力与二次应力之和限制在3倍许用应力以下。