Два поставщика предлагают одинаковый теплообменник с неподвижной трубной решеткой, одинаковой тепловой нагрузкой и материалом, но с толщинами, различающимися на 15-20%. Ни один из них не ошибается: модель отличается, и в расчете трубной решетки модель находится в стандарте, а не в тепловой нагрузке. Следовательно, предложения должны сравниваться по коду, а не по числам.
ASME UHX не дает прямой минимальной толщины трубной решетки. Он начинается с заданной пользователем начальной толщины (программы для U-образных труб предлагают начальную формулу, не всегда подходящую), рассчитывает компоненты напряжения для каждого типа трубной решетки (просто опирающаяся, неподвижная) и оценивает наихудший возможный случай нагрузки. Результатом являются осевое, изгибающее и сдвиговое напряжение на трех интерфейсах: трубка-трубная решетка, трубная решетка-корпус канала, трубная решетка-корпус. Там, где напряжение превышает допустимое, дается итерационный шаг: толщина увеличивается до тех пор, пока критическое напряжение не достигнет допустимого. Эта толщина является теоретическим минимумом.
Для неподвижных трубных решеток TEMA следует той же основе с большими упрощениями:
Расчет неподвижной трубной решетки определяется соотношением жесткости Xa: осевая жесткость пучка труб к изгибной жесткости трубной решетки.
Для плавающих трубных решеток ASME упрощает эквивалентное напряжение до Pe(Xa) = Ps − Pt; TEMA снова пренебрегает вкладом пучка труб.
Оба определяют коэффициент ослабления перфорированной пластины по-разному, что является основной причиной расхождений.
| Пункт | TEMA | ASME UHX |
|---|---|---|
| Основа ширины лигамента | Средняя ширина между трубами | Минимальная ширина между трубами |
| Влияние стенки трубы | Применяется единая средняя ширина η независимо от того, является ли соединение развальцованным или только сварным; вклад стенки трубы не дифференцируется | Стенка трубы учитывается как часть эффективного лигамента, где труба развальцована; для только сварных соединений используется более низкий μ* (приближающийся к геометрическому μ) |
| Эффективный диаметр отверстия | Нет коррекции d*; фактический диаметр просверленного отверстия используется напрямую со средней шириной лигамента η | Эффективный диаметр отверстия d* определяется, включая стенку трубы, соотношение модулей упругости, соотношение допустимых напряжений и глубину развальцовки |
| Несоответствие материалов | Формула толщины трубной решетки использует единое допустимое напряжение для трубной решетки; свойства трубы и трубной решетки не рассматриваются как отдельные переменные | Свойства материала трубы и трубной решетки (Et, E, St, S) рассматриваются отдельно в расчете лигамента и напряжений |
| Символ | Значение | Кодовая система |
|---|---|---|
| d* | Эффективный диаметр отверстия | ASME UHX |
| η | Эффективность лигамента по средней ширине лигамента | TEMA |
| μ | Геометрическая эффективность лигамента по минимальной ширине, без учета стенки трубы или материала | ASME UHX |
| μ* | Эффективная эффективность лигамента: μ с коррекцией на стенку трубы, соотношение модулей упругости, соотношение напряжений, глубину развальцовки | ASME UHX |
μ против μ*: μ — это геометрическая эффективность лигамента, определяемая расположением труб (диаметр отверстия, шаг, схема) по минимальной ширине лигамента. μ* добавляет развальцованную стенку трубы как несущую нагрузку область, плюс соотношение модулей упругости, соотношение напряжений и глубину развальцовки, поэтому μ* ≥ μ — выше него только при развальцованном соединении, близко к нему при только сварном.
Меньший эффективный лигамент дает более высокое напряжение: UHX использует минимальный, TEMA средний, поэтому TEMA дает более низкое напряжение при идентичной геометрии, разрыв увеличивается при только сварных соединениях.
ASME требует, чтобы нагрузка соединения труба-трубная решетка рассчитывалась для каждого возможного случая против его допустимого значения. TEMA рассчитывает ее только для случая только давления, предполагая, что остальные следуют. В циклическом режиме эксплуатации проверяйте, а не наследуйте.
Китайский стандарт идет другим путем: четыре комбинации рабочего давления корпуса и трубы, с дифференциальным расширением и без него, и наоборот. Собственный вес обрабатывается отдельно в двумерной осесимметричной модели, трубная решетка как эквивалентная пластина, пучок труб как многослойный эквивалентный цилиндр, гравитация накладывается на все четыре. Окончательная оценка следует классификации JB 4732 для трубной решетки, труб, корпуса и соединения корпуса с трубной решеткой.
Это процедура проверки напряжений, а не формула: начиная с начальной толщины, она вычисляет напряжения на интерфейсе для наихудшего случая и итерирует до тех пор, пока критическое напряжение не станет допустимым.
В основном из-за коэффициента лигамента: TEMA использует среднюю ширину η; UHX использует минимальную ширину лигамента с d* и μ*.
ASME проверяет каждый возможный случай против его допустимого значения; TEMA проверяет только случай только давления, который должен быть проверен в циклическом режиме эксплуатации.
Четыре комбинации рабочего давления корпуса/трубы, с дифференциальным расширением и без него, плюс отдельный случай собственного веса для всех четырех, оцененный по JB 4732.
