换热器为什么要计算腐蚀前腐蚀后

yuun · 发表于 2018-10-15 09:30:19

在答辩过程中，有一些经常问到的问题，试题的总结可以见下面的链接：
2017年压力容器设计审批人员培训考核班图纸答辩试题

其中一题为：
换热器腐蚀前，腐蚀后对计算的影响。为什么要进行计算腐蚀前的计算。
这题有个标准的回答，就是秦老师在SW6的培训中提到的：

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腐蚀前，位移载荷（温差等）可能产生较大应力。
通俗理解：腐蚀前厚度大，厚度越大，筒体的截面积越大，同样的温差产生的相同的伸长量（应变），应力*截面积等于轴力，截面积越大，温差产生的轴力就越大。

腐蚀后，力载荷（压力等）可能产生较大的应力。
通俗理解：腐蚀后，厚度薄。筒体周向应力=PD/2t，厚度t越薄，部件的应力会越大。

很多人会怀疑：
以前没有计算腐蚀前，换热器也好好运行的，是不是多虑了。是不是腐蚀前真的比腐蚀后安全？

首先要明白一个问题：
设备安全运行，不等于设备计算合格了。
按照规范，计算不合格，但是使用起来不一定会有问题。原因在哪里？
原因有很多：比如设备材料的是有安全系数的，设备制造质量比较好，焊缝系数0.85而实际质量能够达到1，设备实际操作工况远低于设计压力温度等等。
对于碳钢，安全系数一般是抗拉强度决定的，达到2.7. 所以稍微有点计算不合格，设备不一定会损坏。但是设备依然是计算不合格，因为计算的安全裕量没有达到许用的安全系数。

那么会不会有腐蚀前比腐蚀后危险的案例呢？
案例是很多的，比如在新GB/T 151-2014颁布后，SW6更新了换热器计算模块，很多换热器在重新计算后，发现换热器计算不合格了。

某项目中一台卧式固定管板式换热器，其壳程介质需要选用不锈钢，即管板、换热管材质为S30403/022Cr19Ni10，壳程壳体材料选用（12+3）mm不锈钢复合板Q345R+S30403，管板厚度68mm；以此进行设计校核。
按常规通行的计算程式SW-6中输入壳程圆筒δs=12，计算结果通过。此次反映在计算页中的壳体法兰应力值σf 不大，为许用值61%。
为全面考量复合板的厚度效应（腐蚀前），以（12+3）即15毫米的截面量输入壳程圆筒δs=15，此时壳体法兰应力值达到许用值得90%；
另以（14+3）壳程圆筒δs=17进行计算，壳体法兰应力值达到许用值得110%，计算结果未通过。对比图见下图：

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从计算结果分析，筒体取12mm，15mm，17mm，越厚计算的裕量越小。到17mm计算不通过。
可见，不考虑腐蚀前、腐蚀后、复合前、复合后的影响是不对的。腐蚀前可能比腐蚀后更危险和苛刻。

一般对于有腐蚀裕量的设备SW6会自动考虑腐蚀前腐蚀后的管板计算。
而对于复合板，如果不输入腐蚀裕量，那么不会考虑复合前的厚度影响。
所以设计过程中，建议设计人退出常规计算中不计入覆层厚度的复合板强度计算输入模式，追加换热器壳程圆筒名义厚度为实体尺寸（计入覆层厚度）的校核过程。

一般的涉及到刚度、弯矩、温差膨胀理念的设备计算，应考虑复合板复层厚度的影响，非一般的“以薄代厚”是保守的。

按照ASME VIII I卷，除了按照考虑温差、不考虑温差等8种工况外，还需腐蚀前腐蚀后分别进行核算。共计16种工况。
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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文章来源:https://mp.weixin.qq.com/s/KGLQlnLySLF6rB6ypEhjgQ