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O conteúdo vem da conta pública "ANSYS Analysis Designer" 1. O que é uma folha de tubo fino e flexível? A placa de tubo fino e flexível é um tipo de trocador de calor que conecta o cilindro da caixa do tubo e o cilindro lateral do casco. É usado principalmente para reduzir o estresse secundário da diferença de temperatura causado pela diferença excessiva de temperatura. Atualmente, as estruturas de conexão entre a placa de tubo fino flexível e o cilindro da caixa do tubo e o cilindro lateral do casco comumente usados na prática de engenharia incluem principalmente os quatro tipos a seguir:: Como pode ser visto na figura acima, uma estrutura especial da chapa tubular fina e flexível é um flange com uma transição suave. A função deste flange é principalmente aliviar a grande tensão de flexão na conexão entre a placa do tubo e o cilindro da caixa do tubo, a conexão entre a placa do tubo e o cilindro lateral da carcaça causada pela diferença excessiva de temperatura entre a carcaça do tubo e a força de tração na conexão entre a placa do tubo e o tubo de troca de calor. No entanto, o impacto do raio do flange na tensão de flexão e na força de tração na conexão tem, na verdade, um efeito duplo.: [1] Se o raio do canto de curvatura R for muito grande, a capacidade de compensar a tensão da diferença de temperatura será melhorada, mas o diâmetro do invólucro também aumentará, ou seja, o diâmetro da placa do tubo também aumentará, o que fará com que a tensão de flexão primária no centro da placa do tubo aumente de acordo, e a espessura calculada da placa do tubo necessária aumentará de acordo. ； [2] Se o raio do canto de curvatura R for muito pequeno, embora o diâmetro da placa do tubo seja menor e a espessura calculada seja menor, a tensão de flexão secundária na conexão entre a seção de transição e o casco será * * Se aumentar, a capacidade de compensar o estresse da diferença de temperatura será insuficiente. ； 【3】Mudanças na força de tração: Se a espessura calculada da placa do tubo for grande, a força de descontinuidade estrutural gerada na conexão entre a placa do tubo e o tubo de troca de calor aumentará, mas ao mesmo tempo a área de cisalhamento da conexão também aumentará, então a força de tração pode aumentar ou diminuir. ； 【4】O raio de dobramento especificado no padrão: A norma SH/T3158 estipula que o raio do canto da chapa do tubo R não deve ser inferior a 2 vezes a espessura da chapa do tubo e deve ser de pelo menos 38 mm. ； Na norma GB/T 151, a faixa de valores correspondente do raio do canto R é dada de acordo com a forma da estrutura da placa tubular e não é inferior a 38 mm. ； GB/T150 estipula que o raio do canto R de uma cobertura plana circular deve ser maior ou igual a 3 vezes a espessura da cobertura plana. ； Devido às diferenças nas formas estruturais, as condições de tensão da estrutura também são muito diferentes, e o tamanho do raio do flange determinará diretamente a tensão de flexão primária no centro da placa do tubo e a tensão de flexão secundária na conexão entre a placa do tubo e o casco. Portanto, o projetista pode realizar análises de simulação de acordo com os requisitos da norma e combinadas com os resultados do cálculo de elementos finitos para projetar a estrutura de maneira razoável. Controle a tensão de flexão primária no centro da placa do tubo e a tensão de flexão secundária na conexão para um valor razoável para determinar a espessura ideal da placa do tubo. 2. Por que escolher uma estrutura de folha de tubo fino e flexível? Os trocadores de calor flexíveis de tubos finos são amplamente utilizados para resfriar materiais de alta temperatura que saem dos reatores para obter uma utilização abrangente da recuperação de calor. A placa do tubo é um dos componentes importantes que suportam pressão do trocador de calor e também é um componente importante que é facilmente danificado durante o uso. 【Folha de tubo tradicional】: (1) Como a placa do tubo é muito espessa, a transferência de calor é lenta na direção da espessura, fazendo com que a temperatura do tubo de troca de calor e da placa do tubo seja muito alta, o que reduz a capacidade de suporte de pressão. * * Declina e se torna a parte fraca do trocador de calor, que pode rachar. ； (2) A placa do tubo é muito espessa, o que faz com que a folga anular axial entre a placa do tubo e o tubo de troca de calor seja muito grande. Os sais serão concentrados e incrustados na lacuna anular, resultando na corrosão da raiz do cloro. ； (3) Sob condições de alta temperatura, é difícil para trocadores de calor de placas de tubos grossos garantir a operação do equipamento a longo prazo. 【Folha de tubo fino flexível】: (1) Pode efetivamente reduzir a diferença de temperatura entre o lado do gás e o lado da água e evitar falhas do equipamento causadas por rachaduras na placa do tubo. ； (2) Possui maior flexibilidade, o que reduz a tensão nos cantos da placa do tubo e também coordena bastante a tensão da diferença de temperatura existente entre a placa do tubo, os tubos de troca de calor e o casco. ； (3) A capacidade de compensar a expansão térmica foi melhorada e a utilização de juntas de dilatação ou estruturas de cabeça flutuante pode ser evitada. ； Ele também tem as vantagens de economizar materiais, processamento conveniente, aumentar o comprimento de troca de calor do tubo de troca de calor e melhorar a eficiência da troca de calor. No entanto, devido à fina espessura das chapas de tubos finos flexíveis, é necessário controlar a deformação causada pela soldagem e expansão durante o processo de fabricação de chapas de tubos trocadores de calor de grande diâmetro. 3. Como calcular folhas de tubos finos e flexíveis? [1. Lei do Código AD da Alemanha Ocidental] Para aproveitar ao máximo o efeito de reforço dos tubos de troca de calor na placa do tubo, o código AD considera apenas a resistência da área não suportada e a junção entre a área não suportada e a área suportada. A base teórica deste método é que o tubo é um suporte fixo para a placa do tubo, e a placa do tubo é uma placa plana sob o suporte fixo do tubo. Sua fórmula de cálculo é uma fórmula empírica para cálculo da espessura da placa plana.: A fórmula de cálculo da especificação AD não considera a tensão da diferença de temperatura e não especifica a diferença de temperatura permitida na parede e o método de cálculo. Quando a especificação AD calcula a espessura da placa do tubo, ela está relacionada apenas ao diâmetro máximo d2 da área tubeless e não tem nada a ver com o diâmetro do trocador de calor. Portanto * * A espessura da folha do tubo é reduzida. [Método de cálculo 2.EN 12953] [Método de cálculo 3.SH/T 3158-2009] A estrutura flexível de folha de tubo fino tem uma experiência muito madura no exterior. Devido às suas vantagens óbvias, meu país também introduziu uma estrutura flexível de folha de tubo fino no padrão SH/T3158 "Caldeira de calor de resíduos petroquímicos e tubulares". A espessura mínima necessária da chapa tubular dentro e fora da área do feixe tubular é calculada pela seguinte fórmula: [4.Método de cálculo GB / T150-2011] Em GB / T150-2011, o conteúdo de cálculo da espessura da placa da estrutura da cinta de tensão é adicionado recentemente, que é dividido em cintas de tensão regulares e cintas de tensão irregulares, que são refletidas principalmente no espaçamento da cinta de tensão L e na forma típica da estrutura da cinta de tensão e no parâmetro K. A fórmula de cálculo da espessura da placa da cinta de tensão é: Ao usar esta fórmula para calcular a espessura de placas de tubo fino, a área de roteamento do tubo pode ser organizada de acordo para os contraventamentos regulares para tomar L, K Os valores de L e K podem ser calculados de acordo com o arranjo de contraventamento irregular na área fora da tubulação. A norma não fornece um diagrama esquemático das posições correspondentes aos diferentes tipos de pontos de apoio, mas como requisito da norma, precisa ser esclarecido. Este método também não especifica a faixa de pressão e temperatura aplicável da estrutura tensionada. Sob condições de alta temperatura, a tensão da diferença de temperatura determinará em grande parte o modo de falha da estrutura tensionada. [Método de cálculo 5.GB/T151-2014] Na norma GB/T 151-2014, o método de cálculo para chapas de tubos finos flexíveis é fornecido no apêndice informativo M. A fórmula de cálculo da espessura da chapa de tubos é a seguinte: Esta norma é basicamente consistente com o método de cálculo do SH/T 3158, e seu escopo de aplicação é: A pressão de projeto no lado do tubo não deve ser superior a 1,0 MPa, e a pressão de projeto no lado do casco não deve ser superior a 5,0 MPa, e a pressão no lado do casco deve ser maior que a pressão no lado do tubo. ； O diâmetro da casca não é maior que 2500 mm ； O comprimento do tubo de troca de calor não excede 7.000 mm ； SH/T 3518 tem um escopo de aplicação mais amplo.: A pressão de projeto não é superior a 6,4 MPa. Ao comparar as fórmulas de cálculo das normas, verifica-se que a norma GB/T150 combina as características das normas ASME e JIS e complementa o conteúdo de estruturas de tração dispostas irregularmente que não são especificadas pela ASME. SH/T3158, especificação AD e GB/T 151 são muito semelhantes. A principal diferença é que o coeficiente k obtido por SH/T3158 e GB/T151 está relacionado à forma de suporte, e a tensão admissível também é multiplicada pelo fator de correção correspondente, enquanto a especificação AD assume um valor fixo de 0,4.