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”