單管程的浮頭接管結構由球冠形封頭、波紋膨 脹節、筒節、平蓋、法蘭A、法蘭B、法蘭C、緊固件 AB、緊固件BC、錐體及管程出口法蘭所組成,見圖1。在球冠形封頭上開孔并設一短節,通過該短節與 波紋膨脹節連接,波紋膨脹節通過另一短節與法蘭 A連為一體,法蘭A與法蘭B通過緊固件AB聯 接。法蘭C由緊固件BC壓緊法蘭B的前后密封面 與平蓋連成整體結構,這種結構不僅便于安裝和拆 卸,而且能很好地解決管、殼程之間的溫差應力。
由于原料氣預熱器的管、殼程壓力和溫度都較 高,設計時將管板、浮頭及浮頭接管(包括膨脹節部 分)按照管、殼程最大壓差1.0MPa進行設計,這樣 既可保證設備安全又可最大程度節省成本。 波紋管膨脹節設計參數為,設計壓力1.0MPa, 設計溫度400℃,材質0Cr18Ni9。波紋管膨脹節結 構尺寸為,波根外徑510mm,波高50mm,波數6, 層數2,單層厚度2.5mm。
膨脹節位移量按下式確定:e=[αt-(tt-to)-αs(ts-to)]L
式中,αt為換熱管材料在設計溫度與20℃之間的平 均線膨脹系數,αs為殼體材料在設計溫度與20℃之間的平均線膨脹系數,10mm/(mm·℃);tt為 換熱管設計溫度,ts為殼體設計溫度,to為制造環境 溫度,℃;L為膨脹節兩側固定端長度,mm。
將本例數值代入上式可得e=3.2mm。
本例中波紋管的材質為0Cr18Ni9,其[σ]t= 111MPa。根據文獻[2]中式(6-1)~式(6-7),可 得出內壓引起的波紋管直邊段的周向薄膜應力σz< 3·9MPa<[σ]t=111MPa,內壓引起的直邊段加強 圈周向薄膜應力σc<13·7MPa<[σ]t=111MPa, 內壓引起的波紋管周向薄膜應力σ2=40·3MPa< [σ]t=111MPa,內壓引起的波紋管經向薄膜應力 σ2=8·47MPa<[σ]t=111MPa,內壓引起的波紋 管彎曲應力σ3=111MPa,軸向位移引起的波紋管 經向薄膜應力σ4=1·53MPa,軸向位移引起的波紋 管經向彎曲應力σ5=85·6MPa。組合應力σp= σ2+σ3=119·47MPa<1·5σts=184·5MPa,σR= 0·7σp+σ4+σ5=129MPa<2σts=246MPa。
按照上述計算結果,該膨脹節滿足強度要求,能 夠承擔管、殼程產生的溫差應力。經計算選取的原料氣預熱器膨脹節為ZXW(B)500-1.6-2×2.5× 6(T)。
也可以通過SW6、Lansys等壓力容器強度計算 軟件進行設計校核計算。