【原】专业：板式热交换器强度计算

      随着我国工业化水平的不断发展，国家对能源的利用率提出了更高的要求，未来我国板式热交换器的使用会越来越多。板换的行业标准NB/T 47004.1-2017中没有明确规定板换压板计算方法，目前业内都是参考GB/T 150.3-2011平盖计算方法来计算压板厚度。经过多年的现场使用表明，通过GB/T 150.3-2011平盖计算的方法得到的结果过于保守。本文通过调整安全系数的方法来降低压板的厚度，同时利用ANSYS分析及试验验证计算结果。

1、不同标准中对于板换压板的规定

   

(1) NB/T 47004.1-2017《板式热交换器 第1部分：可拆卸板式热交换器》6.3压紧板6.3.3条“压紧板应有足够的刚性，以保证板式热交换器在正常操作状态不发生泄漏”。

(2) NB/T 47004-2009《板式热交换器》5.3紧板5.3.3条“压紧板要有足够的刚性，以保证板式热交换器在正常操作状态不发生泄漏”。

(3) CB/T 1036-2008《船用板式冷却器》4.5.3压紧板描述为：冷却器压紧板的厚度值按下表规定。

(4) GB 16409-1996《板式换热器》5.3压紧板描述为：“压紧板要有足够的刚性，压紧板厚度的选取按下表”。

(5) JB/T 8701-1998《制冷用板式换热器》6.2.3中与GB/T 150-2011《压力容器》 5.9平盖的计算公式相同；

(6) API662《炼油厂通用板式换热器》、ISO 15547《石油天然气用板式换热器》中均无关于压紧板厚度的计算方法及规定。

2、目前的习惯做法

   

目前业内都是参考GB/T 150.3-2011《压力容器》5.9平盖计算方法来计算压板厚度。

3、目前的习惯做法存在问题

   

通过多年使用及试验情况来看，按GB/T150.3-2011《压力容器》平盖计算方法得到的压板厚度过于保守，浪费材料。

4、改进的计算方法

   

GB/T 150-2011《压力容器》是以第一强度理论为依据，第一强度理论即最大主应力理论，最先由上世纪30年代ASME规范所采用，用于容器设计，它主要考虑材料的脆性断裂，对于塑性、韧性较好的材料存在工程上的不合理因素。在平盖计算中考虑平盖的受力为一次薄膜应力+弯曲应力。同时针对压力容器的行业特性规定了各种材料的安全系数，通过安全系数来得到材料的许用应力，最终控制平盖的应力值不大于其许用应力。

如上所示，在GB/T 150-2011《压力容器》中对于板换压板常用材料碳钢板、高合金钢板取安全系数n=2.7。

对于板换而言，其使用场合、失效机理、安全等级均没有压力容器苛刻，失效模式也不尽相同，随着我国冶炼技术的不断提高，材料的性能也在不断提高，因此GB/T 150-2011中规定的2.7的安全系数对于板换而言偏高。我们可以通过降低安全系数来提高材料的许用应力，从而达到降低压板厚度的目的。

以某公司某大型板换（单板面积＞2.5m²），设计压力2.5MPa,设计温度150℃为例。

对于固定压板120mm，活动压板厚度100mm，用ANSYS17.0依据ASME第Ⅷ-2卷有限元分析法进行分析，结果如下：

5、试验验证

   

对于该产品进行了1.3倍的耐压试验，试验压力为3.25MPa，未发生泄露，试验合格。

在计算过程中将材料的安全系数调整为2.2，同时对于存在开孔的压板增加开孔补强，补强系数为1.13。这样可以有效的降低压板厚度10%以上，基于我国目前板换的产能，每年可节约钢材约3万吨。

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