管壳式余热锅炉折边挠性管板计算方法探讨

本文通过管壳式余热锅炉挠性管板几种设计方法的介绍、分析、比较,认为当其结构满足GB／T16508—1996《锅壳锅炉受压元件强度计算》要求时,其管板计算公式适用于管壳式余热锅炉挠性管板。     

基于一次结构法的余热锅炉挠性管板有限元分析设计

对某大直径管壳式余热锅炉建立有限元模型进行7种不同工况下的应力分析。选取其中两种最危险工况进行了挠性管板的强度评定,并对不同工况下换热管的轴向应力也进行了核算。结果表明在壳程压力作用下,挠性管板周边无支撑的非布管区存在较大的弯曲应力并成为挠性管板的主要控制应力。在挠性管板计算中采用基于一次结构法的有限元应力分析可有效地解决挠性管板的强度问题。     

一种薄管板简化有限元模型

分析了锅壳锅炉薄管板受力情况,认为扳边是设备应力最大部位。针对薄管板受力特点,提出了一种对薄管板扳边部位应力进行数值分析计算的简化模型。在两种工况下对简化模型与3D结构离散化模型进行了有限元应力分析对比,结果表明两种模型对扳边部位应力的计算精度基本相当,满足工程实践的需求。薄管板应力计算简化模型结构简单,易于建模,而且模型规模远小于无简化模型,可以大幅减少计算时间,在直径大、换热管数量多的设备分析中优势更为明显。     

锅壳式燃油燃气真空锅炉平直炉胆的温差热应力分析

采用不扳边炉胆，可简化制造工艺，降低生产成本。本文通过锅壳式真空锅炉炉胆热应力分析，论证了锅壳式真空锅炉具有等温特性，炉体各部位不会因温差应力造成破坏，从理论上阐述了锅壳式真空锅炉采用不扳边平直炉胆的可能性，为真空锅炉采用不扳边平直炉胆胆结构提供了理论依据。     

基于一次结构法的挠性管板强度计算新方法

为了对蒸汽发生器的挠性管板等关键结构进行安全评定,根据一次结构法原理应用GB 150.3、GB/T 151等标准公式和SW6软件对各元件的一次应力及其连接结构的二次应力进行了应力解析计算和安全评估。结果表明,管板与壳体内壁连接处的径向弯曲应力往往是最大应力的所在,是校核设计的关键;一次结构法可用于本案例的管板设计,降低设备成本。文章应用SW6-2011软件,根据一次结构法原理对蒸汽发生器这类带折边挠性薄管板提出一种简便易行、安全可靠的强度设计新方法,可便捷地得到比通常应力分析方法更经济合理的设计结果。     

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。     

甲烷化废热锅炉管板温度场与应力分析

甲烷化废热锅炉入口温度高达620℃,管壳程温差较大,管板承受内压与温差载荷双重作用.设计中管程选用内部衬里的冷壁结构,管板选用带折边的柔性薄管板结构.由于柔性管板应力状态复杂且各工况不同,难以用常规方法进行设计.基于有限元分析软件ANSYS,以入口端管板及其相连部件为研究对象,并取1/4整体结构及1/2壳程长度进行建模,对其进行温度场分析,得出管板各部分的温度分布,然后综合考虑压力与温度载荷的作用,分4种工况对管板进行详细的应力分析.温度场分析结果表明,各部位的实际温度均低于设计温度,绝热系统布置符合设计要求;应力分析结果表明,管板结构尺寸合理,各载荷工况下管板危险截面的应力强度均满足JB 4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》（2005年确认）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。     

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。     

风载与内压联合作用对圆柱壳支管应力影响的探讨

塔器是石化装置中常见的高耸设备,此类设备除压力、重力等载荷外,设计时还须考虑风载荷和地震载荷。风载荷除产生诱导振动外,对塔器横截面产生的风弯曲对设备壳体和接管根部应力也会造成影响。当前设备设计的常用软件,在计算圆柱壳支管应力时,通常是按内压载荷进行开孔补强计算,计算中只计入压力载荷而没有计入风载荷。对于何时需要计入风载荷的影响规范中没有给出判断条件,须由设计人员自行考虑确定。为此,本文以某塔器的圆柱壳径向接管为例,结合力学基本理论,对风载荷与内压联合作用下接管根部应力进行探讨,给出一个便于工程实际应用的判断方法,供工程技术人员参考。     

基于ANSYS的固定管板换热器有限元分析

建立了固定管板式换热器的有限元分析模型,按标准方法计算六种工况下管板应力、壳程筒体的轴向应力以及换热管的轴向应力。同时采用JB4732-1995的方法对管板与筒体的应力进行评定,采用GB/T151-2014的方法对换热管的轴向应力、拉脱力进行评定。结果表明,管板及换热管满足结构的强度要求。     

换热管的布管对挠性薄管板应力场影响的有限元分析

换热管的布管是影响挠性薄管板挠性的最重要也是最容易被忽视的因素之一,换热管布管的合理与否直接决定挠性薄管板的使用寿命。文章对某余热锅炉中的挠性薄管板分别建立不同的有限元分析模型进行多工况模拟,得出管板的各类应力水平及应力分布规律。针对换热管布管的主要参数(换热管排列形式、换热管中心距、布管限定圆直径)给出了各因素对挠性薄管板应力强度的影响规律。分析结果表明：合理地优化换热管的布管可以有效改善挠性薄管板的受力状态,对挠性薄管板的工程设计具有一定的指导意义。     

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。     

不同强度分析中各种载荷的叠加原则——压力容器应力分析设计中的六个重要问题(二)

压力容器的各种载荷可分别引起一次应力、二次应力和峰值应力,根据三种应力的失效机理,讨论了压力载荷、重力载荷、风载荷和地震载荷分别引起的三种应力的叠加原则,指出:这些载荷引起的一次应力应同时叠加;压力载荷、重力载荷产生的二次应力和风载荷、地震载荷产生的二次应力应分别满足安定条件,而不是同时叠加;峰值应力应以损伤叠加—累积损伤进行评定。     

2016年第5期导读

<正>本期论文广场栏目中,基于ANSYS的固定管板换热器有限元分析一文,通过建立固定管板式换热器的有限元分析模型,按标准方法计算六种工况下管板应力、壳程筒体的轴向应力及换热管的轴向应力。同时采用JB4732的方法对管板与筒体的应力进行评定,采用GB/T151的方法对换热管的轴向应力、拉脱力进行评定。结果表明,管板及换热管满     

立式尾气加热器挠性管板的有限元分析

常规计算立式换热器的挠性管板,并不能完全真实地反映挠性管板的受力状况。运用有限元方法对采用挠性管板的某立式换热器建立了热分析和结构分析的有限元模型,分析了挠性管板的温度场及应力场,并进行了应力评定,以期探讨挠性管板结构设计方法,为类似产品设计提供参考。     

GB/T 151中浮头式换热器管板应力计算新途径

文章给出了依据GB/T151计算浮头换热器管板有效厚度对应的管板应力和换热管应力的两种途径,途径一:利用GB/T 151的C曲线图通过迭代法求解管板应力,并得到换热管应力;途径二:利用GB/T 151的fri曲线图以及mt曲线图直接求解管板应力,并得到换热管应力。在工程实践中,可以通过文章提出的途径按管板实际有效厚度计算管板和换热管的实际应力,以便于对管板厚度进行工程评价。     

大型NEN型立式换热器计算要点分析

目前大型NEN型立式换热器广泛应用于各生产装置，文章结合此类换热器计算方面的发展情况，阐述了几个计算要点：首先计算载荷问题，应考虑重力、压降等换热器标准中易忽略的载荷；其次总结了几种处理此类设备的Ansys有限元模型，包括实体模型、多点约束(MPC)法模型、管板简化为当量实心板等简化模型；最后论述了各种模型的应用场合。基于目前JB/T 4732标准中针对壳体与管板连接处分析评定保守的问题，除了考虑ASME中简化弹塑性方法和一次结构法外，建议采用塑性极限载荷法，分析时还可结合子模型结构以提高效率。最后以1台NEN型反应器为例，对计算结果进行了总结。     

固体料仓仓壳锥体物料载荷计算

仓壳锥体结构特殊，受力复杂，设计计算难度大，几个主要料仓设计规范的算法也不完全一致。通过NB/T 47003.2—2009 《固体料仓》、 SH 3078—1996 《立式圆筒形钢制和铝制料仓设计规范》、 JIS B 8511—1987 《铝及铝合金制圆筒形筒仓的结构》这3个筒仓标准的对比，重点分析了NB/T 47003.2—2009锥壳物料载荷计算理论，提出了新的计算方法，并结合大量的理论计算和工程经验，给出仓壳筒体底部垂直压力的动载荷修正系数，提高了设计安全性。     

废热锅炉挠性管板的有限元分析

废热锅炉中挠性管板的应力结果关系到整个锅炉的安全性。本文利用ANSYS有限元分析软件对废热锅炉管板进行有限元分析,得出峰值应力较大,废热锅炉实际操作中应避免疲劳工况;还得出应力较大区域为中心管与换热管过渡区域的换热管部位,设计和制造必中应当保证该部位结构的合理。