Thread Content
El contenido proviene de la cuenta oficial “ANSYS Analysis Designer”. 1. ¿Qué es una placa delgada flexible? La placa tubular flexible es un componente utilizado en los intercambiadores de calor para conectar el cuerpo del tanque con el cuerpo del lado de la carcasa. Su función principal es reducir las tensiones debidas a las grandes diferencias de temperatura. En la práctica, existen cuatro tipos principales de estructuras de conexión entre la placa tubular flexible y los cuerpos del tanque y de la carcasa. Como se puede ver en la imagen, una característica especial de la placa tubular flexible es la presencia de bordes redondeados que permiten una transición suave. La función de estos bordes es reducir las grandes tensiones de flexión que se generan en los puntos de conexión entre la placa tubular y los cuerpos del tanque y de la carcasa, así como las fuerzas de separación en los puntos de conexión entre la placa tubular y los tubos de intercambio de calor. Sin embargo, el radio de los bordes redondeados tiene un efecto doble sobre estas tensiones: [1] Si el radio de curvatura de los bordes es demasiado grande, la capacidad de compensar las tensiones debidas a las diferencias de temperatura aumenta, pero también aumenta el diámetro del cuerpo del tanque, lo que a su vez hace que aumente la tensión de flexión en el centro de la placa tubular. Por lo tanto, también aumenta el espesor necesario para la placa tubular ； 【2】Si el radio de curvatura de los bordes doblados, R, es demasiado pequeño, aunque el diámetro de la placa tubular sea pequeño y, por lo tanto, el espesor necesario para el cálculo también sea menor, las tensiones de flexión secundaria en la zona de unión con la carcasa aumentarán. En ese caso, la capacidad para compensar las tensiones causadas por las diferencias de temperatura será insuficiente ； 【3】Cambio en la fuerza de extracción: Si el espesor calculado de la placa de tuberías es grande, la fuerza de discontinuidad estructural que se genera en el punto de conexión entre la placa de tuberías y las tuberías de intercambio térmico aumentará. Pero al mismo tiempo, el área de corte en ese punto también aumenta; por lo tanto, la magnitud de la fuerza de extracción puede aumentar o disminuir ； 【4】Radio de dobladillo establecido en las normas: Según la norma SH/T3158, el radio de las esquinas de la placa de tuberías R no debe ser menor que 2 veces el espesor de dicha placa; además, debe ser de al menos 38 mm ； En la norma GB/T 151, se especifica el rango de valores para el radio de curvatura R, en función del tipo de estructura de la placa de tuberías; dicho valor no debe ser menor a 38 mm ； Por su parte, la norma GB/T150 establece que el radio de curvatura R de las tapas planas circulares debe ser igual o mayor a 3 veces el espesor de dichas tapas ； Debido a las diferencias en la forma de la estructura, también existen grandes diferencias en las condiciones de carga que experimenta. Además, el tamaño del radio de doblado determina directamente la magnitud de la tensión de flexión en el centro de la placa de tuberías, así como la tensión de flexión secundaria en el punto de conexión entre la placa de tuberías y la carcasa. Por lo tanto, los diseñadores pueden realizar análisis de simulación siguiendo los requisitos estándar y teniendo en cuenta los resultados de los cálculos por elementos finitos, a fin de diseñar la estructura de manera adecuada. De este modo, se puede controlar la tensión de flexión en el centro de la placa de tuberías y la tensión de flexión secundaria en el punto de conexión a valores razonables, lo que permite determinar el espesor óptimo de la placa de tuberías. 2. ¿Por qué se debe elegir una estructura de placa delgada flexible? Los intercambiadores de calor con placas tubulares flexibles se utilizan ampliamente para enfriar los materiales a altas temperaturas que provienen de los reactores, con el fin de recuperar y utilizar eficazmente el calor. La placa tubular es uno de los componentes clave del intercambiador de calor que soportan presiones, y también es un componente que se daña fácilmente durante su uso. 【Placa de tuberías tradicional】: (1) Debido al excesivo espesor de la placa de tuberías, la transferencia de calor en esa dirección es lenta. Esto provoca que las temperaturas de los tubos de intercambio térmico y de la placa de tuberías sean demasiado altas, lo que disminuye su capacidad para soportar presiones. Por lo tanto, se convierte en el punto débil del intercambiador de calor, siendo muy propenso a agrietarse ； (2) Si la placa de tuberías es demasiado gruesa, se genera un espacio axial excesivo entre dicha placa y las tuberías de intercambio térmico. Esto provoca que las sustancias salinas se concentren en ese espacio, formando incrustaciones, lo que a su vez causa corrosión por cloruros ； (3) Bajo condiciones de alta temperatura, es difícil garantizar un funcionamiento a largo plazo para los intercambiadores de calor con placas gruesas. 【Placa delgada flexible】: (1) Puede reducir de manera efectiva la diferencia de temperatura entre el lado gaseoso y el lado acuático, evitando así las averías en el equipo causadas por grietas en la placa ； (2) Posee una gran flexibilidad, lo que reduce las tensiones en las esquinas de la placa de tuberías. Además, ayuda a equilibrar las tensiones térmicas que existen entre la placa de tuberías, los tubos de intercambio de calor y la carcasa ； (3) Se ha mejorado la capacidad de compensación de la expansión térmica, lo que permite evitar el uso de juntas de expansión o estructuras de tipo flotante ； También presenta ventajas como el ahorro de materiales, la facilidad de procesamiento, la posibilidad de aumentar la longitud de los tubos de intercambio térmico y, por lo tanto, una mayor eficiencia en el intercambio de calor. Sin embargo, debido al bajo espesor de las placas tubulares flexibles, en el proceso de fabricación de placas tubulares para intercambiadores de calor de gran diámetro es necesario controlar las deformaciones que se generan debido a la soldadura y al estirado. 3. ¿Cuál es el método de cálculo para las placas delgadas y rígidas? 【1. Norma AD de Alemania Occidental】Con el fin de aprovechar al máximo la función de los tubos de intercambio de calor como refuerzo para la placa de soporte, la norma AD solo tiene en cuenta la resistencia en las zonas sin soporte y en las zonas donde estas se encuentran con las zonas con soporte. La base teórica de este método es la idea de que los tubos sirven como soporte fijo para la placa de tuberías; la placa de tuberías, a su vez, es una placa plana que está sostenida por los tubos. La fórmula de cálculo corresponde a la fórmula empírica para calcular el espesor de las placas planas. Las fórmulas de cálculo establecidas en la norma AD no tienen en cuenta las tensiones debidas a las diferencias de temperatura, ni especifican qué diferencia de temperatura se puede permitir ni el método de cálculo adecuado. Al calcular el espesor de la placa de tuberías según las normas AD, solo se tiene en cuenta el diámetro máximo de la zona sin tuberías, d2; no importa el diámetro del intercambiador de calor. Por lo tanto, **el espesor de la placa de tuberías disminuye**. 【2.Método de cálculo EN 12953】 【3.Método de cálculo SH/T 3158-2009】 La estructura de placas tubulares delgadas y flexibles ya cuenta con una amplia experiencia de uso en el extranjero. Debido a sus claras ventajas, nuestro país también ha adoptado esta estructura en la norma SH/T 3158 «Calderas de recuperación de calor de tipo shell-and-tube para la industria petroquímica». El espesor mínimo de las placas dentro y fuera de la zona de tuberías se calcula según la siguiente fórmula: [Método de cálculo según GB/T150-2011]. En GB/T150-2011 se ha añadido información sobre el cálculo del espesor de las placas en estructuras sometidas a tensiones. Estas estructuras se dividen en estructuras con soportes regulares e irregulares. Los factores clave son la distancia entre los soportes (L) y las características y parámetros de las estructuras de soporte. La fórmula para calcular el espesor de las placas es la siguiente: al utilizar esta fórmula para calcular el espesor de las placas delgadas, en la zona donde están las tuberías se puede utilizar un valor de L y K correspondiente a una disposición de soportes regulares; mientras que en las zonas sin tuberías, se puede utilizar un valor de L y K correspondiente a una disposición de soportes irregulares. Esta norma no proporciona un diagrama que muestre las posiciones correspondientes a los diferentes tipos de puntos de soporte, pero como requisito de la norma, es necesario aclararlo. Tampoco este método establece el rango de presión y temperatura para el cual es adecuada la estructura de soporte. En condiciones de alta temperatura, las tensiones térmicas determinan en gran medida la forma en que fallará dicha estructura. 【5.Método de cálculo GB/T151-2014】 En la norma GB/T 151-2014, el método de cálculo para las placas tubulares flexibles se indica en el apéndice informativo M. La fórmula para calcular el espesor de la placa tubular es la siguiente: Este método es básicamente similar al método de cálculo establecido en SH/T 3158. Su ámbito de aplicación es el siguiente: la presión de diseño del lado de las tuberías no debe superar los 1,0 MPa, mientras que la presión de diseño del lado del recipiente no debe superar los 5,0 MPa. Además, la presión en el lado del recipiente debe ser mayor que la presión en el lado de las tuberías ； El diámetro de la carcasa no debe ser mayor a 2500 mm ； La longitud de los tubos de intercambio de calor no debe superar los 7000 mm ； Por su parte, el SH/T 3518 tiene un rango de aplicación más amplio; su ámbito de uso es aquel en el que la presión de diseño no supera los 6,4 MPa. Al comparar las fórmulas de cálculo estándar, se puede observar que la norma GB/T150 combina las características de las normas ASME y JIS, además de incluir información sobre estructuras de soporte con disposición irregular, algo que no está especificado en la norma ASME. SH/T3158, las normas AD y GB/T 151 son muy similares. La principal diferencia radica en que en SH/T3158 y GB/T151, el coeficiente k depende del tipo de soporte; además, la tensión admisible también se multiplica por un coeficiente de corrección correspondiente. En cambio, las normas AD utilizan un valor fijo de coeficiente de 0,4.