行业标准项目建议书
建议项目名称
(中文)
不锈钢制板翅式热交换器 板翅结构蠕变疲劳强度校核及损伤评定
建议项目名称
(英文)
Stainless steel plate-fin heat exchanger—Creep-fatigue strength assessment and damage verification for the plate-fin structure
制定或修订
■制定 □修订
被修订标准号
采用程度
□IDT □MOD □NEQ
采标号
国际标准名称
(中文)
国际标准名称
(英文)
采用快速程序
□FTP
快速程序代码
□B □C
ICS分类号
71.120.30; 27.060.30
中国标准分类号
G 93
牵头单位
中国石油大学(华东)
体系编号
01-429-02-02
参与单位
华东理工大学、南京工业大学、杭州沈氏节能科技股份有限公司、常州市南国冷却器有限公司、天华化工机械及自动化研究设计院有限公司、中国石化工程建设有限公司、安徽蕴德工程技术咨询有限公司等
完成周期(月)
24
目的、意义
或必要性

在标准体系中的位置:化工机械与设备产品标准反应换热设备及零部件。

石油化工领域节能减排的发展等使得化工装备设计制造技术正面临着挑战。极端条件或极端尺度条件下的化工装备设计与制造成为迫切需要发展的热点问题,而借助现有的设计理论往往难以满足需求。

提高能源利用率对节能减排和环境保护至关重要。以强化传热结构作为基本单元的紧凑高效热交换器,比传统管壳式热交换器换热效率提高10倍左右,而重量降低510倍。典型紧凑高效热交换器如板翅式热交换器,是新一代能源系统进行换热的关键设备,长期在高温环境下服役的不锈钢制板翅式热交换器,对钎焊制造质量和可靠性要求极高。在目前技术条件下,因钎料元素扩散不完全以致接头产生大量脆性化合物以及钎料与母材力学性能的差异,导致翅片和隔板连接形成的钎焊接头强度还不能满足在高温高压苛刻蠕变疲劳环境下长周期运行要求,为了确保不锈钢制板翅式热交换器长周期安全运行,需要对板翅结构的蠕变疲劳强度进行校核和蠕变疲劳损伤评定。而目前高温强度评定理论的不成熟成为制约极端条件下使用的紧凑高效热交换器发展的难点。

不锈钢制板翅式热交换器板翅结构属于周期性多孔结构,是整个热交换器中的薄弱部位,其强度直接影响热交换器的寿命与安全。进行全尺寸板翅式热交换器的校核和蠕变疲劳评定需要进行板翅式结构的全尺寸有限元建模。由于板翅结构的复杂性,直接进行全尺寸板翅式热交换器板翅实体结构的有限元建模,不仅建模困难而且进行网格划分时将会产生大量的节点和单元,给计算带来困难,目前尚未建立相关的强度评定理论和标准,而本项目通过建立了不锈钢制板翅式热交换器板翅结构的全尺寸蠕变疲劳强度校核与蠕变疲劳损伤评定理论可以解决上述问题。

现有的标准均没有涉及恶劣条件服役(高温,循环热应力)紧凑高效板翅式热交换器芯体的全尺寸蠕变疲劳强度校核及损伤评定。板翅式热交换器是复杂性多孔结构,其关键部位尺寸很小且分布复杂,因此不能采用常规评定方法。尺寸大小对板翅式热交换器板翅结构热应力分析影响很大,继而影响不锈钢制板翅式热交换器板翅结构的蠕变疲劳强度校核与蠕变疲劳损伤评定,因而建立全尺寸的蠕变疲劳强度校核与蠕变疲劳损伤评定方法非常重要。

   符合《2021年工业和信息化标准工作要点》—二、扎实做好基础和重点领域标准研制—4.加快传统产业改造升级急需标准制定。...石化通用装备...节能环保装备..等标准制定。


范围和主要
技术内容

本文件规定了不锈钢制板翅式热交换器板翅结构蠕变疲劳强度校核及损伤评定方法。

本文件适用于在交变载荷下,石油化工、化工、航空航天、核电、机械动力装置及空气的分离与液化设备(ASU)等场合使用的设计压力不大于7.0 MPa,设计温度范围为400 ℃~600 ℃的不锈钢制(包括常规不锈钢、耐蚀钢不锈钢)平直型翅片板翅式热交换器。设计压力大于7.0 MPa的不锈钢制板翅式热交换器及其它材料的板翅式热交换器,亦可参考本标准进行设计。对不能采用本标准进行校核评定的热交换器部件,可参考NB/T 47006-2019中规定的方法进行校核评定。

   主要内容:不锈钢板翅结构等效均匀化参数解析模型,不锈钢板翅式热交换器板翅结构的等效均匀化蠕变-疲劳强度校核及损伤评定理论。利用板翅结构等效均匀化参数解析模型计算结果进行全尺寸板翅式热交换器板翅结构的有限元分析获取板翅结构的热应力,应力应变放大系数,预测局部应力应变集中,根据母材蠕变疲劳强度设计曲线,进行不锈钢板翅式热交换器板翅结构的蠕变疲劳损伤评定。


国内外情况
简要说明

1. 国内外对该技术研究情况简要说明:日本三菱重工、名古屋大学、美国加州大学伯克利分校等均开展了紧凑高效热交换器强度研究。日本对板翅式热交换器强度研究最多,主要涉及板翅结构制造工艺,板翅结构胞元与小模型的研究,很少进行板翅结构全尺寸强度研究。名古屋大学提出的均匀化设计方法只能得出板翅结构宏观性能,无法预测局部应力应变集中,不能用于工程设计。三菱重工进行了板翅式热交换器的蠕变疲劳强度设计研究,但提出的应用有限元方法计算板翅结构等效均匀化参数,过程复杂,无法进行工程应用,现阶段国际上还没有针对板翅式热交换器板翅结构成熟的全尺寸蠕变疲劳强度校核及损伤评定标准。

国内对板翅结构强度的研究也已逐步展开,如中国石油大学(华东)、华东理工大学、南京工业大学等科研院所早就开展了紧凑高效热交换器设计理论的相关工作。本标准为板翅式热交换器的高温蠕变疲劳强度校核及损伤评定提供了有效的方法。

2. 项目与国际标准或国外先进标准采用程度的考虑:该标准项目没有对应的国际标准或国外先进标准;

3. 与国内相关标准间的关系:所有申报项目与现有标准、制定中标准是相互协调的。

4. 指出是否发现有知识产权的问题。本标准不涉及知识产权的问题


备注
 
牵头单位
(签字、盖公章)
月 日
标准化技术组织
(签字、盖公章)
月 日
部委托机构
(签字、盖公章)
月 日
[注1] 填写制定或修订项目中,若选择修订必须填写被修订标准号;
[注2] 选择采用国际标准,必须填写采标号及采用程度;
[注3] 选择采用快速程序,必须填写快速程序代码;
[注4] 体系编号是指在各行业(领域)技术标准体系建设方案中的体系编号。
文件说明
附表2:不锈钢制板翅式热交换器 板翅结构蠕变疲劳强度校核及损伤评定项目建议书.doc (51.5KB)任务书(建议书)