固定管板高温换热器，仅仅是外压超限的问题吗？
同事一台高温换热器，换热器管程为S30409，设计温度为600°C，也遇到外压无法计算的问题。当然，他是看过我的文章的，照着修改了一下：外压应力系数B值曲线温度超界的终极解决方法外压应力系数B值曲线温度超界的解决方法（续）
然后计算，还是不能计算。然后他叫我道：“你这终极方法一点也不终极啊，我这台换热器用了你的方法后，还是没法计算啊？”我回答道：“终极只是个噱头，和包治百病一样，别当真。不过你这个问题，我原先遇到过的，换热器无效。”他疑惑道：“为什么换热器无效，换热器不就换热管需要计算外压吗？现在换热管外压能算了，怎么还不可以算呢？”https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/DVnwQibl2L2lcEfAL4j8fiaqrictEZDA3PHiaHibcrXsX3tFTpZksG0wp6qqCHOZx2kQXx34QRmuAKmic31putYXEBGQ/640?wx_fmt=png
的确，换热器外压可以算了，但是这个问题不是外压问题，而是高温屈服强度数值缺失！
计算换热管的稳定性，需要用到换热管材料的高温屈服强度https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/DVnwQibl2L2lcEfAL4j8fiaqrictEZDA3PHS7loicD18mC5ciarQBiaR6xC5LZ2QKELzHcHugeLPgnFAYs9Co0eBtwFg/640?wx_fmt=png材料虽然外压问题解决了，但是高温屈服强度没有数值，SW6还是没办法生成计算书。比如600°C的S30409换热管，外压可以用上文方法解决。但是因为高温屈服强度查不到，GB150.2-2011表B.4，S30409的高温屈服强度最高温度为550°C，没有600°C，所以计算还是没法进行。
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/DVnwQibl2L2lcEfAL4j8fiaqrictEZDA3PH8g1TO2vT0Oiblf0sRpZJY45rVibwHFRziccxJLaDiaicReEXRMDfrOIYianA/640?wx_fmt=png实际上材料的屈服强度是存在的，最少也是许用应力，只是程序没办法用。
如果换热管的稳定性余量比较大，此时换热器并非不安全，而只是不能计算。
这个问题如何解决呢？
真没有特别好的方法，只希望软件能够升级，或者GB150.2-2011能够增加600度的数值。
其实新规范，对于板材和锻件都增加了S30409的600度下的高温屈服强度。
比如NB/T 47010-2017的附录表C.1，其高温屈服强度为101MPa。
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/DVnwQibl2L2lcEfAL4j8fiaqrictEZDA3PHQw0XbXLtQOO8Z2Pur6PwSicfylYDt55hjicvpuNyRASEAfaLgicdxAV3A/640?wx_fmt=pngGB/T24511-2017附录表D.1，其S30409高温屈服强度为101MPa。
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/DVnwQibl2L2lcEfAL4j8fiaqrictEZDA3PHMPNMqRcyesPQfTbWU5ekISN8xraNibX9kArQEAHI9lvsKNVTjNvCgtg/640?wx_fmt=png
所以有理由相信，换热管的材料的修改也快了。在此之前，板材和锻件的高温屈服值可供参考，进行手动计算。
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/DVnwQibl2L2lgrxQ9ywn9tj0kyUTlVArZOquq7PRQrTWuz6u4bGwaTJzM6ufYrEybQqXXibeFsg6ljYpLNLmvCHw/640?wx_fmt=jpeg
文章来源:https://mp.weixin.qq.com/s/L7nRCel_-7u8uK8I8CuGdQ
yuun 发表于 2018-10-8 16:17
固定管板高温换热器，仅仅是外压超限的问题吗？同事一台高温换热器，换热器管程为S30409，设计温度为600°C ...老弟，你这问题问到点子上了。咱们搞化工设备设计的都清楚，SW6这软件就是个认死理的家伙，数据表里没给它喂够参数，它宁可不算也不会给你含糊过去。你同事那台S30409管子设计温度600°C的换热器，外压B值曲线的问题解决了只是过了第一关，真正的硬骨头是材料高温屈服强度数据断档。
这事儿得从外压失稳计算的底层逻辑说起。GB150.3-2011第4.3节讲得很清楚，管子受外压时算的是稳定性，不是单纯强度问题。软件算换热管许用外压力的时候，得先算临界失稳压力，这里面要用到材料在设计温度下的屈服强度（Rp0.2）来修正弹性模量衰减的影响。600°C下S30409的弹性模量已经掉得厉害了，没有准确的屈服强度值，软件没法按标准公式4-3、4-4去算应变A对应的B值，更没法用4-5式校核许用外压。它不像手算，工程师还能根据经验估个保守值，软件缺参数就直接撂挑子。
标准滞后这个问题确实头疼。GB150.2-2011表B.4只给到550°C，是因为当年制定时国内高温性能数据积累不足。但你提到的新规范确实已经补上了，NB/T 47010-2017《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》附录C表C.1和GB/T 24511-2017《承压设备用不锈钢和耐热钢钢板和钢带》附录D表D.1都明确给了S30409在600°C下的Rp0.2为101MPa。这说明材料基础数据已经就位，就差GB150这个大本营统一收编了。
眼下要出计算书，有这么几条路可以走。1）最直接的是联系SW6技术支持，看他们有没有内部补丁或临时数据库可以导入600°C的管材性能数据，有些版本其实预留了自定义材料接口，只是藏得比较深。2）如果软件这条路走不通，就得回归手工计算，用你提到的板材数据101MPa作为管材的保守估计值，按GB150.3公式手算外压校核，再把计算过程作为附件附在SW6计算书后面，说明数据引用来源和保守性依据。3）最稳妥的办法是找有资质的第三方做有限元分析，用ANSYS或ABAQUS做屈曲分析（Buckling Analysis），直接模拟600°C下管子的失稳模态，这个报告监管部门认可度最高。4）如果项目进度紧，还可以考虑设计变更，把管程设计温度降到550°C以内，或者改用GB150.2表B.4有完整数据的材料比如S31608（316H），虽然材料成本会上去点，但能省掉一大堆论证麻烦。
安全底线必须守住。手工用板材数据代用管材数据时，得注意两个关键点。一是板材的101MPa是纵向取样值，管材通常是横向性能，要打个0.9的系数折减。二是得确认你同事那台换热器管子的实际工况，外压到底是真空还是壳程高压，如果是真空工况，失稳风险本就低，用板材数据偏保守问题不大；但要是壳程压力高，就得慎重，最好做个敏感性分析，看看把屈服强度再降20%还能不能过。
跟特检院或业主沟通时，别光强调"算不出来"，要转化成"已采取超额安全裕度措施"。把手工计算书、有限元分析报告、材料代用说明打包成专项评估文件，重点讲清楚三点：实际工况外压远低于临界值、采用板材数据已额外保守、新国标数据佐证材料性能支撑。这样监管部门更容易接受。另外记得在图纸技术要求里加一条："材料高温性能按NB/T 47010-2017附录C执行，待GB150修订后统一更新"，把依据先立住。
长期来看，这事也提醒咱们做设计不能只依赖软件。标准体系更新慢半拍是常态，特别是涉及到材料高温长时性能，从实验室数据到标准发布得走好几年。平时得多关注行业动态，像ASMEBPVC II-D篇、EN 13445这些国外标准，还有国内材料生产企业的技术协议，他们往往有第一手数据。下次做高温设备选材评审时，提前把材料性能数据完整性作为一个专门审查项，免得后期卡壳。
你同事那台换热器现在卡在设计阶段总比制造完了再返工强。按我说的路子，先评估外压裕度，裕度大就用手工代算加说明，裕度小就上有限元分析，实在没把握就改材料或降温度。安全第一，计算书合规第二，别为了赶进度留隐患。这行当里，终极方法永远是"实事求是"四个字，包治百病的方子从来不存在。
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