管式加热炉炉管壁厚的设计计算

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1、第3期一3一管式加热炉炉管壁厚的设计计算李瑞秋，姜国平(1．宁夏宝塔石化集团设计院，宁夏银川750001)(2．北方民族大学化工学院，宁夏银川750021)[摘要]介绍了石油化工管式加热炉炉管壁厚的设计计算方法，举4~,I-／．L8)]了该壁厚设计的程序和步骤，简化了复杂的强度设计计算过程，提高了设计效率。[关键词]管式加热炉；炉管壁厚；设计计算管式加热炉是化学工业、石油化工、石油炼S——最小计算厚度，Inn'li制及化纤工业中普遍使用的工艺加热炉。管式加P。——弹性设计压力，Mpa；热炉一般都在高温、高压和腐蚀性介质中长期工D。——炉管外径，mnll作，这就需要对管式加

2、热炉的主要承压部件进行Di——炉管内径，1TUTI；科学合理的设计。根据其工作条件，在设计时除了应选择适宜的材质外，炉管壁厚的确定显得尤[o]。——弹性许用应力，Mpa；为重要。C——腐蚀裕量，rnrn。1炉管壁厚的计算方法1．1．22变．断裂设计：设计基础是在设计寿命期间，石油化工管式炉的操作条件各不相同，炉管防止由于蠕变一断裂而破坏。Ss~1]Sm按下面两式计；壁温也有很大差别，在较低温度下操作的炉管，算：蠕变效果不存在或很弱可以忽略，管壁金属亦在S。=pfDo／(2[o]r+pr)或S=pDi／(2[0]一弹性范围内工作；而在较高温度下操作的炉管，P)管壁金属温度达

3、到足以产生显著蠕变时，炉管会S=S。+fC在腐蚀或氧化并不严重时由于蠕变一断裂而失效。因此，炉管壁厚计算应按下列三种情况进行：式中：P——蠕变一断裂设计压力，Mpa；a．设计温度低于材料蠕变断裂温度下限时采用[o]——蠕变一断裂许用应力，Mpa；弹性设计；f——腐蚀分数。b．设计温度高于材料蠕变断裂温度下限时采用1．2平均壁厚和最小工程壁厚断裂设计；炉管平均壁厚S按下式计算并按有关管材标准c．设计温度处于材料蠕变断裂温度下限附近时的壁厚系列向上圆整：应分别按上述两种方法设计，取其较大值作为计Sa=Sm／(1—0．125)算壁厚。无论计算和圆整后的壁厚是多少，新设计材料的蠕

4、变断裂温度下限是指弹性许用应力的炉管壁厚采用值不得小于规定的最小工程壁厚和断裂许用应力曲线交点下的温度。(经验值，可在相关资料中查取)。1．1应力厚度和最小计算厚度1．1．1弹性设计：设计基础是当腐蚀裕量已经耗尽，表1最小工程壁厚汇总表接近设计寿命末期时，防止在最高压力下(接近P)由于破裂而损坏。应力厚度ss和最小计算厚度S按以下两式计算：S。=19。DJ(2[o]。+p)或S。=p。D／(2[o]。一P。)Sm=S。+C作者简介：李瑞秋(1967一)，女，蒙古族，内蒙赤峰人，大学本科，高级工程师，宁夏宝塔石化集团设计院副院长，从事石油式中：S——应力厚度，mm；化工设备

5、设计工作。456789U14一■论文广场蔡河生热力管道的柔性与热应力判断石20油10与年化第工13设卷备一2U47M12893炉管材质为碳钢时，取C=3mm；炉管材料为铬钼合金钢时，取腐蚀裕量C=2mm；55556678炉管材料为不锈钢时取C=lmm。O357O22l’1．6．2腐蚀分数：对于管式加热炉壁厚设计而言，为了安全起见，腐蚀分数取1，即l。1．7热应力校核按弹性设计确定的壁厚，应做热应力校核。22333333770O0037校核包括两个方面：1_3设计压力管壁最高热应力o不应高于一次应力加二次1．3．1弹性设计压力：用安全系数的方法计算弹性设应力强度限制值[o]

6、即o≤[othl计压力，即管壁最高热应力oth不应高于热应力棘齿限制po=JP[o]m2，即ofh≤[Oth2式中：P——炉管在短期内可能出现的最高管壁最高热应力O可按下式计算：压力，Mpa；oh=X[2Y×InY／(Y一1)一1]；式中：J——安全系数，被加热介质为液相时，X=AeqD0／(4入一入wO；Y=Do／DIJ=l；为汽相时J=1．1～1．25。对于铁素体钢[Othl=20一YoP；[0th21．3．2断裂设计压力：断裂设计压力一般取正常操作Os—OP；时炉管所承受的最高压力。对于奥氏体钢[othl：2．70一YOP；[o]【h2：41．4许用应力(1．350

7、一oP)；OP=P。(Y+1)／[2(Y一1)]1．4．1弹性许用应力：对于铁素体钢取设计温度下屈2某加氢炉炉管壁厚设计应用举例服强度的三分之二，对奥氏体钢取设计温度下屈服已知条件：加氢炉最高操作压力15Mpa，最强度的90％。高管壁金属温度520~C，炉管外表面积平均热强度1．4．2断裂许用应力：石油化工管式炉炉管材料的q=35500W／m，炉管材质为ASTMTP347，炉管外许用应力曲线(拉申．米勒尔曲线)可在API530和径=152mm，设计寿命为100000h，进行该加热SHJ37中查取。炉炉管壁厚设计。1．5最高管壁