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    關(guān)于石墨換熱圓塊的孔間壁厚計算問題

    2016-02-14 06:29:29南通山劍石墨設(shè)備有限公司姚松年
    全面腐蝕控制 2016年11期
    關(guān)鍵詞:水孔水蒸汽冷卻水

    南通山劍石墨設(shè)備有限公司 姚 建 姚松年

    關(guān)于石墨換熱圓塊的孔間壁厚計算問題

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    0 引言

    圓塊式石墨換熱器中常規(guī)的圓柱形石墨塊上鉆有互相垂直的兩組圓孔:通常軸向排列的縱向孔流通腐蝕性物料,故俗稱料孔;與其垂直排列的由圓塊外圓橫向鉆進的橫向孔流通工藝介質(zhì)(如水蒸汽、冷卻水、冷凍鹽水),俗稱水孔,通過二組孔間殘留石墨進行傳熱。當其成為壓力容器時,其中的石墨換熱塊需要作液(氣)壓產(chǎn)生應(yīng)力的強度計算,在一些書刊中已有介紹,但其中關(guān)于“孔間壁厚計算”問題,卻是一個尚未詳細探討的問題,而因其結(jié)構(gòu)的特殊性,在某些方面有必要作進一步的分析探討。

    (1)其一是殼程(加熱蒸汽側(cè)或冷卻水側(cè))即橫向孔(或稱水孔)的“同相孔間壁厚”計算問題。

    如圖1常規(guī)圓塊式石墨換熱塊的橫向孔規(guī)律性地成排并列于縱向孔之間,其同相孔間壁厚δ,在一些企業(yè)的強度計算書中都采用以下公式計算:設(shè)孔徑為d、水(汽)壓力為P MPa、浸漬石墨許用抗拉強度[σ]MPa時,則δ≥dp/[σ]。此公式在矩形石墨換熱塊的邊緣孔尚可行,但對本例則不適用。因圓塊式石墨換熱塊外圓全面覆蓋著與橫相孔內(nèi)流通的工藝介質(zhì)(水蒸汽或冷卻水)相同的液(氣)壓,而其作用面積則大于一排橫向孔內(nèi)流體的截面積,即此時橫向孔間的石墨“壁厚”不承受液(氣)壓造成的拉力,只承受液(氣)壓造成的壓力,因此上述公式不適用。而石墨材料的抗壓強度≥27MPa,即使安全系數(shù)取7~9(老標準為9,新標準已降低),也遠高于常規(guī)石墨設(shè)備的設(shè)計壓力,不存在被液(氣)壓力壓壞的條件,更不存在被張應(yīng)力拉壞的情況,因此無需對石墨圓塊橫向孔孔間壁厚作強度計算;

    事實上當對石墨圓塊作橫向孔水壓試驗時,用遠大于現(xiàn)行設(shè)計壓力作水壓試驗都不會把橫向孔壓裂。更典型的實例是,國內(nèi)外都有對石墨圓塊外圓上殼程流道不采用鉆孔進行流通的措施,而采用銑成長條形圓弧槽以流通工藝介質(zhì)(水蒸汽或冷卻水),即相當于水孔“孔間壁厚”等于0,也安全無損(見圖2)。

    (2)其次是“異相孔間壁厚”計算問題。

    (3)關(guān)于縱向孔間壁厚計算按上述8≥dp/[0]公式計算是合理的。對縱向及橫向邊緣孔的邊緣壁厚如需計算,則仍按常規(guī)的拉美公式計算會留有一定的裕度。實用中因縱向孔邊緣常需留有密封寬度,橫向孔邊緣要考慮防沖蝕,因此其邊緣厚度普遍大于計算厚度,因而有更大安全裕度。

    圖3 開向孔間“壁厚”

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