管式加熱爐爐管壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算

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1、第3期一3一管式加熱爐爐管壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算李瑞秋，姜國平(1．寧夏寶塔石化集團(tuán)設(shè)計(jì)院，寧夏銀川750001)(2．北方民族大學(xué)化工學(xué)院，寧夏銀川750021)[摘要]介紹了石油化工管式加熱爐爐管壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，舉4~,I-／．L8)]了該壁厚設(shè)計(jì)的程序和步驟，簡化了復(fù)雜的強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算過程，提高了設(shè)計(jì)效率。[關(guān)鍵詞]管式加熱爐；爐管壁厚；設(shè)計(jì)計(jì)算管式加熱爐是化學(xué)工業(yè)、石油化工、石油煉S——最小計(jì)算厚度，Inn'li制及化纖工業(yè)中普遍使用的工藝加熱爐。管式加P?！獜椥栽O(shè)計(jì)壓力，Mpa；熱爐一般都在高溫、高壓和腐蝕性介質(zhì)中長期工D?！獱t管外徑，mnll作，這就需要對管式加

2、熱爐的主要承壓部件進(jìn)行Di——爐管內(nèi)徑，1TUTI；科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。根據(jù)其工作條件，在設(shè)計(jì)時除了應(yīng)選擇適宜的材質(zhì)外，爐管壁厚的確定顯得尤[o]?！獜椥栽S用應(yīng)力，Mpa；為重要。C——腐蝕裕量，rnrn。1爐管壁厚的計(jì)算方法1．1．22變．?dāng)嗔言O(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是在設(shè)計(jì)壽命期間，石油化工管式爐的操作條件各不相同，爐管防止由于蠕變一斷裂而破壞。Ss~1]Sm按下面兩式計(jì)；壁溫也有很大差別，在較低溫度下操作的爐管，算：蠕變效果不存在或很弱可以忽略，管壁金屬亦在S。=pfDo／(2[o]r+pr)或S=pDi／(2[0]一彈性范圍內(nèi)工作；而在較高溫度下操作的爐管，P)管壁金屬溫度達(dá)

3、到足以產(chǎn)生顯著蠕變時，爐管會S=S。+fC在腐蝕或氧化并不嚴(yán)重時由于蠕變一斷裂而失效。因此，爐管壁厚計(jì)算應(yīng)按下列三種情況進(jìn)行：式中：P——蠕變一斷裂設(shè)計(jì)壓力，Mpa；a．設(shè)計(jì)溫度低于材料蠕變斷裂溫度下限時采用[o]——蠕變一斷裂許用應(yīng)力，Mpa；彈性設(shè)計(jì)；f——腐蝕分?jǐn)?shù)。b．設(shè)計(jì)溫度高于材料蠕變斷裂溫度下限時采用1．2平均壁厚和最小工程壁厚斷裂設(shè)計(jì)；爐管平均壁厚S按下式計(jì)算并按有關(guān)管材標(biāo)準(zhǔn)c．設(shè)計(jì)溫度處于材料蠕變斷裂溫度下限附近時的壁厚系列向上圓整：應(yīng)分別按上述兩種方法設(shè)計(jì)，取其較大值作為計(jì)Sa=Sm／(1—0．125)算壁厚。無論計(jì)算和圓整后的壁厚是多少，新設(shè)計(jì)材料的蠕

4、變斷裂溫度下限是指彈性許用應(yīng)力的爐管壁厚采用值不得小于規(guī)定的最小工程壁厚和斷裂許用應(yīng)力曲線交點(diǎn)下的溫度。(經(jīng)驗(yàn)值，可在相關(guān)資料中查取)。1．1應(yīng)力厚度和最小計(jì)算厚度1．1．1彈性設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是當(dāng)腐蝕裕量已經(jīng)耗盡，表1最小工程壁厚匯總表接近設(shè)計(jì)壽命末期時，防止在最高壓力下(接近P)由于破裂而損壞。應(yīng)力厚度ss和最小計(jì)算厚度S按以下兩式計(jì)算：S。=19。DJ(2[o]。+p)或S。=p。D／(2[o]。一P。)Sm=S。+C作者簡介：李瑞秋(1967一)，女，蒙古族，內(nèi)蒙赤峰人，大學(xué)本科，高級工程師，寧夏寶塔石化集團(tuán)設(shè)計(jì)院副院長，從事石油式中：S——應(yīng)力厚度，mm；化工設(shè)備

5、設(shè)計(jì)工作。456789U14一■論文廣場蔡河生熱力管道的柔性與熱應(yīng)力判斷石20油10與年化第工13設(shè)卷備一2U47M12893爐管材質(zhì)為碳鋼時，取C=3mm；爐管材料為鉻鉬合金鋼時，取腐蝕裕量C=2mm；55556678爐管材料為不銹鋼時取C=lmm。O357O22l’1．6．2腐蝕分?jǐn)?shù)：對于管式加熱爐壁厚設(shè)計(jì)而言，為了安全起見，腐蝕分?jǐn)?shù)取1，即l。1．7熱應(yīng)力校核按彈性設(shè)計(jì)確定的壁厚，應(yīng)做熱應(yīng)力校核。22333333770O0037校核包括兩個方面：1_3設(shè)計(jì)壓力管壁最高熱應(yīng)力o不應(yīng)高于一次應(yīng)力加二次1．3．1彈性設(shè)計(jì)壓力：用安全系數(shù)的方法計(jì)算彈性設(shè)應(yīng)力強(qiáng)度限制值[o]

6、即o≤[othl計(jì)壓力，即管壁最高熱應(yīng)力oth不應(yīng)高于熱應(yīng)力棘齒限制po=JP[o]m2，即ofh≤[Oth2式中：P——爐管在短期內(nèi)可能出現(xiàn)的最高管壁最高熱應(yīng)力O可按下式計(jì)算：壓力，Mpa；oh=X[2Y×InY／(Y一1)一1]；式中：J——安全系數(shù)，被加熱介質(zhì)為液相時，X=AeqD0／(4入一入wO；Y=Do／DIJ=l；為汽相時J=1．1～1．25。對于鐵素體鋼[Othl=20一YoP；[0th21．3．2斷裂設(shè)計(jì)壓力：斷裂設(shè)計(jì)壓力一般取正常操作Os—OP；時爐管所承受的最高壓力。對于奧氏體鋼[othl：2．70一YOP；[o]【h2：41．4許用應(yīng)力(1．350

7、一oP)；OP=P。(Y+1)／[2(Y一1)]1．4．1彈性許用應(yīng)力：對于鐵素體鋼取設(shè)計(jì)溫度下屈2某加氫爐爐管壁厚設(shè)計(jì)應(yīng)用舉例服強(qiáng)度的三分之二，對奧氏體鋼取設(shè)計(jì)溫度下屈服已知條件：加氫爐最高操作壓力15Mpa，最強(qiáng)度的90％。高管壁金屬溫度520~C，爐管外表面積平均熱強(qiáng)度1．4．2斷裂許用應(yīng)力：石油化工管式爐爐管材料的q=35500W／m，爐管材質(zhì)為ASTMTP347，爐管外許用應(yīng)力曲線(拉申．米勒爾曲線)可在API530和徑=152mm，設(shè)計(jì)壽命為100000h，進(jìn)行該加熱SHJ37中查取。爐爐管壁厚設(shè)計(jì)。1．5最高管壁