固定管板式换热器管板的应力分析和强度评定

利用有限元软件ANSYS Workbench 17.0对固定管板式换热器的管板在管程单独作用、壳程单独作用、管程和温差同时作用、壳程和温差同时作用、管程和壳程同时作用以及管程、壳程和温差同时作用的多种工况下进行应力分析和强度评定。结果表明:在管程和温差同时作用的工况下,管板的等效应力最大值出现在管板与筒体相连接的部位;管板最大变形量出现在管板外边缘。采用线处理法对应力进行当量线性化处理,验证管板结构强度合格。     

U形管式釜式重沸器的有限元分析

对某U形管式釜式重沸器建立有限元模型进行温度场及应力场分析。结果表明:管板温度场分布存在明显的"表皮效应"现象,使得管板靠近壳程侧布管区表面的较薄一层区域内存在较大的热应力。此应力属峰值应力,为此在疲劳分析时必须计及。此外还分析了管板温度载荷和压力载荷对U形管板产生一次应力与二次应力的机理及应力分布规律,诠释了压力载荷与温度载荷对U形管板应力的叠加状况,指出在U形管板应力分析中对管箱筒体局部应力校核是必要的,且应以一次应力进行控制。     

甲醇合成塔管板的有限元轻量化分析

本文应用有限元分析技术,对多种载荷工况下的甲醇合成塔管板进行应力分析,同时按照JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》进行强度校核。比较了两种管板结构,一是原设计结构,另一是参照有限元分析结果提出的改进结构。分析结果表明,两种结构均满足强度要求,但改进后的结构更能节约材料、降低制造成本。同时还说明,应用有限元分析技术并依据压力容器分析设计标准可以达到对管板结构进行轻量化设计的目的。     

中压低温大直径换热器的设计

某化工装置中一台壳体直径?4 000 mm的固定管板型式的换热器,具有较高压力、较高温度和低温要求、直径较大、事故工况温差较大等特点,选材、管板结构和制造方案都具有一定的难度。文章从管、壳程筒体选材、强度计算、管板锻造方案、材料和制造技术要求、无损检测等设计环节对换热器的设计过程进行了详细介绍,为满足较高压力和低温要求,管箱材料选用了09MnNiD锻件+堆焊材料,管板选用管、壳程端分别带肩的09MnNiD锻件,制造方案选择了整体锻造;同时,对整个制造过程提出了详细的试验和检测技术要求。     

废热锅炉温度场与应力场的有限元分析

废热锅炉换热管分布的不对称性, 使得管板和筒体等部件的温度场与应力场分析十分困难。为此, 运用有限元法对稳态温度场作了计算, 求得管板、筒体等部件的平均温度、内外壁温差, 并将这些参数作为应力场分析的热载荷; 将废热锅炉离散为由板壳元和杆单元组成的空间结构, 对自重、压力、温度组合的４ 种工况进行计算, 得到管板、筒体等部件的应力场分布规律。根据最大当量应力值对各部件做了强度校核, 为废热锅炉各部件的合理设计和安全评定提供了可靠的理论依据。     

管板厚度对挠性薄管板温度场及应力场影响的有限元分析

针对某余热锅炉的挠性薄管板，分别建立不同管板厚度的有限元模型进行温度场分析和应力分析。温度场分析结果表明，管板厚度变化主要影响管板布管区的温度分布。随着管板厚度的增加，管板布管区在管程侧表面的金属壁温将持续升高，管板布管区两侧的金属壁温差也将不断增大，从而引起管板布管区的金属表面可能出现超温现象。此外，Ps工况和Ps+ΔT工况下的应力分析结果表明：管板厚度的增加主要影响管板非布管区内的弯曲应力值，对管板其他部位(包括管板周边圆弧过渡段处)的应力水平影响则较小；Ps工况下，管板厚度的增加使管板非布管区内的弯曲应力显著降低；而Ps+ΔT工况下，管板厚度的增加则将使管板非布管区内的一次加二次应力明显减小，但其影响程度随着管板厚度的增加而不断减弱。     

采用实体模型的厚管板的有限元分析

应用ANSYS通用有限元分析软件,对某换热器建立了考虑管箱、部分壳体和换热管影响的管板有限元实体模型,进行了温度场分析,得出了管板上温度场的分布规律。同时按照JB4732—1995《钢制压力容器———分析设计标准》分析了管板在开工、正常操作和停工过程中可能出现的共计7种瞬态和稳态操作工况中的应力和变形状况,并进行了应力评定,找出了危险工况和该管板强度的控制因素。分析表明,有限元分析法是分析管板的有效方法,适用于各种管板特别是多管程或多壳程换热器管板的设计和结构优化。     

复杂载荷下管板应力分析

本文应用Ansys软件建立了真实的管板模型,对复杂载荷下的管板分别进行了温度场、机械场和耦合分析,通过对五种载荷分析找出其危险截面,得出了复杂载荷下管板各危险截面的应力强度均满足设计要求的结论。     

异形管板换热器应力分析与评定

通过有限元温度场分析及温度场与应力分析的耦合数值计算,实现了异形管板换热器温度载荷与压力载荷同时作用下的有限元应力计算。采用JB4732—1995《钢制压力容器———分析设计标准》的应力分类及强度评定方法对分析结果进行了评定,实现了在构建异形管板换热器真正实际结构有限元模型下的应力分析与评定。     

2014年第4期导读

正本期论文广场栏目中,复杂载荷下管板应力分析一文,对复杂载荷下的管板分别进行了温度场、机械场和耦合分析,通过对五种载荷分析找出其危险截面,得出了复杂载荷下管板各危险截面的应力强度均满足设计要求的结论。增强型抗振热电偶套管的制造、大型低温换热器的设计、海上油田原油     

挠性薄管板废热锅炉管板冲蚀失效分析及修复

介绍了内孔焊挠性薄管板废热锅炉管板冲蚀后管束内漏的故障情况。从结构设计、操作运行等方面分析了管板冲蚀失效的机理,制定了详细的管板堆焊修复方案,通过理论计算验证了修复后管板强度满足要求。修复后废热锅炉高负荷稳定运行超过1 a,工艺气出口温度满足生产要求,可为同类设备的故障修复及维护改进提供参考和借鉴。     

分离式双管板热交换器的设计及制造要点

管壳式热交换器管箱侧多为单管板结构,管板两侧分别与管、壳程介质接触,一旦管板与换热管接头连接失效,则管、壳程介质会发生窜漏.双管板热交换器因其在内、外管板之间设置了隔离腔,可有效解决这类问题.文章以工程设计为实例,从双管板的应用场合,分离式双管板的结构设计,内、外管板厚度的计算,确定隔离腔长度需考虑的因素,以及制造中管...     

壳程偏锥对换热器固定管板设计影响的研究

在固定管板换热器的设计中,壳程带偏锥换热器管板的设计,一般采用与壳程不带偏锥的结构相同的方法,随着装置的不断大型化,换热器的尺寸也逐渐增大,壳程偏锥结构以及锥角给换热器管板的设计所带来的影响值得研究。作者对11种不同结构尺寸的壳程带偏锥的固定管板换热器进行了研究计算和总结对比,给类似结构的换热器的设计提供有效参考。     

局部区域布管固定管板热交换器应力的有限元分析

基于有限元温度场分析及温度场与应力分析的耦合数值计算,实现了温度载荷与压力载荷同时作用下的局部区域布管固定管板热交换器整体有限元应力计算,对有限元应力计算结果进行了相应的应力分析。     

固定管板换热器壳体与管子的受力分析及其危险工况的考证（一）

根据ＧＢ１５１《钢制管壳式换热器》中管板计算所采用的结构分析原理，分析换热器壳体与管束在机械载荷及温差载荷作用下应力的产生机理，得出壳体、管子的应力与载荷的相应关系。进一步分析壳体、管子应力形成危险工况的可能性，指出＂真正危险工况＂的危险应力及形成条件。阐明ＧＢ１５１管板计算方法，对整个换热器的强度是有保障的。根据弹性分析原理，提出了危险工况的简单判别方法。     

双管板换热器管板设计厚度探讨

由于双管板换热器管板结构的多样性,其管板厚度设计方法目前国内没有标准可依,国外TEMA标准也仅给出了3种设计计算模型。针对某U形管及固定管壳式换热器双管板结构,根据SW6软件相应模块进行管板厚度近似计算,在此基础上采用ANSYS软件对管板模型结构进行热应力分析并进行优化设计。分析结果表明,双管板换热器管板厚度采用SW6软件近似计算是安全的,但结果过于保守。有限元优化设计有效地降低了管板厚度,为双管板换热器管板设计提供了有效手段。     

80万t/a甲醇装置高压废热锅炉管板结构有限元分析

80万t/a甲醇装置高压废热锅炉的设计参数超出了国家标准规范,管板连接结构无法按常规设计方法进行计算。通过CFD模拟出管板的温度分布后,采用ANSYS有限元分析程序对管板及其连接结构进行应力分析。根据有限元分析结果,按JB 4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》的规定进行强度评定,可为详细设计提供依据。