浮头式换热器浮头法兰的优化设计方法_二_.pdf

,石油化工设计
设枚术,一
备右民抽面。目巧解

浮头式换热器浮头法兰的优化
设计方法二

桑务苞林上禽

中国石化工程建设公司,北京

摘要浮头法兰是浮头式换热器中重要的受压元件,对它的设计国内外长期以来首存在困感。为此
不少文献对其进行了研究,〕,国外设计对此无所适从地采取消极方法,均未取得良好效果。丈故【」以

数学方法一步求解最佳,成功地实现了此类法兰的最优化设计,从而使浮头法兰设计摇脱了困境。笔
者对文蔽【〕的原理及对其“数学上的分析相当复杂”问题的求解思路作分析说明。

关健词浮头法兰偏心力胃厚度

不存在舀。石血时的的合理,的确定即取、时的法兰计算厚度,‘凡。其时
由于法兰厚度取决于弯曲应力和薄膜应卜愁外呈。

,,
力两方面其中薄膜应力虽与无关但与成以上原理同样适用于、中一侧压力

,。。、,
线性关系直接影响法兰计算厚度当相为零的情况,此时也不存在求交点的间题。法兰

,
差较大时如可使法兰的薄膜应力厚度可直接取有压侧法兰的最小计算厚度,即取
较大,造成人无论,为何值均较大,从而使图该程法兰操作力矩等于零时的法兰计算厚度。
中的占‘分布曲线“上移”如人上移至占‘但人对于尸,沪的情况
最小厚度时的不会改变,以使与占。曲线如乙急乙一乙尸导乙一乙里,

,。,
占相脱离即两线不存在交点此时在利用文占‘

、
献【〕解方程求得,后,代人占‘几计算式所得法对于尸。,尸尹的情况

,,。
兰厚度不等且人占。即表明属于这种情况卜毛片,占。。

,,
此时在上述范围中不存在有效的根故应弃去该在不存在兔二队的情况下,按文献【〕解

。,“”,
在此情况下由于阮曲线随全程高于队方程所得的根,代人占‘、几厚度计算式式中法

。
则无论取何值,该法兰厚度始终为作用工兰力矩均取绝对值,所得厚度是不等的,但就是
况起强度控制作用,为此无需求解交点,此时法兰取其大值作为法兰计算厚度,其强度也是有保障
厚度可直接取尸。作用工况下的最小法兰计算厚的,只不过不是最经济的厚度,根本不存在文献
度,即取、时的法兰计算厚度,占。,其【所指的“甚至是错误的设计结果”的问题。
时乙尸息乙一乙。省乙一乙。尸于。

二一一。二一一。
反之,当。时,则有相反情况。按收稿日期万刃以修改稿收翔日期么】万工佣

一,,。。
、,作者简介桑如苞男浙江绍兴人商级工程师
文献【〕解方程所得代人侃队计算式后人
长期参与国内压力容器设计标准制订工作,为国家标准等
占。,则表示无有效根存在,应弃去该。法兰厚度
十余项标准主要编制人。从事压力容界强度设计与应力分析工

,
尸,,。
直接取始终起强度控制作用的饭的最小厚度作发表论文约余篇合作专著部

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第卷桑如苞等浮头式换热器浮头法兰的优化设计方法二

以往,设计中发生困惑情况的分析说明及工程设计经验,应不小于封头名义厚度氏
以往浮头法兰厚度设计中困惑情况必发生在,由此焊接要求的法兰最小厚度鱿

一
存在占、二几解的状态。对不存在九九解的情占卢占。,其中乙即为前述求得的最
况,因某程压力工况始终起控制作用,则按此控制佳。
工况计算的法兰厚度代人另一工况时,法兰厚度由占、计算式可知,母、随的增大而增大。
肯定足够。发生此类问题时,可有图的情形。

、、占

尸

沐,,,旬
称
图浮头盖与法兰环的焊接结构要求示意

图以往浮头法兰设计发生困惑情况分析图满足管程流体横跨流通面积的要求
按一规定,多管程浮头盖的最小
首先按尸,计算得到占‘,此时对应的为
内侧深度应使相邻管程之间的横跨流通面积至少
、。尸。占,
尔后按计算得到其时对应的为,
等于每程换热管流通面积的倍单管程的浮
。,占,。
由于占则法兰厚度取但由,。
头盖其中心处最小内侧深度为接管内径的
,,
原、足强,
此使变成则其时应取才满对于大多数多管程的浮头式换热器为满足以
,。,。
度要由于占占故出现强度不足的结果,,
求上要求根据几何关系可推得应确保
,。
发生上述情况的症结是由于在计算占和几时没,一。
其中符号按男兮相关规定
有将取为同值所致。文献「〕正是针对存在
此结构要求确定的法兰最小厚度如可表示为
二占。的情况下的最佳设计。事实上最佳的确
占。二,一刀占月,一」
定仅是浮头法兰合理设计的第一步。
其中为由前述求解的最佳。
上述最佳的求解仅为保证法兰在尸,、
二二子月,一刀·尺子一」
作用下由法兰操作力矩作用所需的法兰计算厚度
一
。,其余符号按巧
趋于最小由算例表明由此计算的厚度可为
占,。
。由计算式可知如随的增大而减小
软件计算厚度的由于上述法兰计算厚
。
,满足法兰