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。     

浅谈双管板换热器的设计

由于换热器设计标准GBl51-1999《管壳式换热器》^[1]中未给出双管板换热器的强度设计方法,所以在设计计算中的方法也不尽相同。在实际工程设计中,主要参考TEMA标准,认为管程管板和壳程管板都能单独满足相应的设计工况的前提下,运用SW6强度计算软件,确定换热器管板厚度。简要介绍了该种双管板换热器的结构设计及其材产选用、积液程长度和管板的计算,换热管与管板的连接,压力试验要求等,并提出了几个在实际设计过程中需要注意的问题。     

加速换热器设计法

计算两管程或两管程以上的管-壳式换热器,由于换热的两种流体不是纯逆向流动,求出的对数平均温差LMTD要用校正因素F进行校正,即:ΔT=F(LMTD).纯逆流场合,如管-壳式换热器单管程、单壳程逆流换热、一般逆流或并流的套管式换热器,LMTD不需校正,即F=1. 概述了各种管-壳式热交换器F值的计算方法.这些换热器是:E型(单壳程两管程)、G型(壳程分散流两管程)、J型(壳程分流一管程和两管程). 根据热平衡方程式计算得出F的一般关系式:     

换热器板管间隙对流动与传热的影响研究

折流板换热器中,由板壳间隙引起的漏流和由板管间隙引起的漏流均不利于壳程侧的传热。为此,通过数值模拟,以GB151—1999推荐尺寸为基准,对管壳式折流板换热器壳程内板管间隙对压降、传热系数以及综合性能的影响进行了研究与分析。计算中采用标准κ-ε方程,SIMPLE算法,压力方程为标准格式。分析结果表明,当换热器壳程流体流量较小,板管间隙在小于等于国家一级管束基准间隙时,可以取得较好的传热效果,但较小的间隙使得压降增大,综合性能指标较差;当换热器壳程流体流量较大时,可以在充分考虑制造安装精度的前提下,适当减小板管间隙,以取得较好的传热效果。     

扁管管束结构优化实验研究

对 4种不同结构的扁管管束与圆管管束作了传热与流阻性能对比实验研究 ,得到了综合性能最佳的扁管管束结构形式。结果表明 ,在进口体积流量相同的条件下 ,相对于设有折流板圆管管束换热器 ,综合性能最佳的扁管换热器管程传热系数提高约 5 0 % ,传热与流阻综合性能指标提高约 2 0 % ;壳程传热系数提高 6 8%～ 10 0 % ,压降降低 70 %～ 12 0 % ,传热与流阻综合性能指标提高至少 2 0 0 %。     

双管板换热器和单管板换热器的比较

从结构、用途、制造等方面比较了双管板换热器和单管板换热器。同单管板换热器相比，双管板换热器管程壳程间泄漏概率低得多；受力状况更好。从结构看，双管板换热器采用固定管板式结构，管束不能抽出清洗。实际使用表明，采用机械胀管法制造的双管板换热器，可以满足使用要求。     

板壳式换热器的特点及其应用

板壳式换热器(PSHE)主要由板片组和壳体组成,吸取了管壳式换热器和板式换热器的优点,换热效率高、结构紧凑、污垢系数小、密封性能好,可以用于高温、高压的工况。其结构还可做成可拆式,便于清洗维护,壳程和板程可以设计为多程,其使用范围非常广泛。     

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。     

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。     

单弓形和新型折流板换热器壳程流场的数值模拟及性能对比分析

提出了一种新型的折流板,并建立了单弓折流板和新型折流板换热器壳程的三维模型,利用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件,采用k-ε湍流模型,比较了相同设计参数下,单弓折流板与新型折流板换热器的性能。结果表明,相同壳程流量条件下,新型折流板换热器具有传热效率高,基本无传热死区,不易结垢等优点。以α/Δp作为衡量标准,新型折流板优于传统的单弓形折流板,该折流板已申请了实用新型专利。且其加工简易,安装方便,具有十分广阔的市场前景。     

管壳式换热器传热效率影响因素及数值模拟分析

多数管壳式换热器基于传统的经验设计方法,换热器质量大且能耗高。鉴于此,采用Fluent仿真模拟的方法,研究了换热管类型、折流板间距、折流板切率变化与换热器对流传热系数的关系,并用HTFS工程软件进行了模型验证。研究结果表明,采用特型管(如波节管和波纹管等)代替光管,可以增强管内流体扰动,提高湍流程度,增大管程对流传热系数,但同时也增大了压降;折流板间距越大,壳程对流传热系数越小,压降也越小,当折流板间距为330 mm时,换热器最高效,此时换热器在较小的压降下可以获得较大的对流传热系数;折流板切率越大,压降越小,当管束错流流速与折流窗口流速相等时,壳程对流传热系数最大,折流板切率35%为最优值,换热器效率最高。最后提出了管壳式换热器优化设计方法,将优化设计的换热器用于某化肥厂氮氢气压缩机级间冷却,同等热负荷条件下换热面积减小了21.37%。研究结果为换热器的结构参数优化提供了依据。     

大型轧制焊接板壳式换热器的研制

新研制的大型轧制焊接板壳式换热器集板式换热器和管壳式换热器的优点于一体 ,既保留了前者高效传热的特点 ,又继承了后者压力壳承压能力高和密封性好的长处 ,增强了对炼油工艺的适用性。这种板壳式换热器的结构研究主要针对板程和壳程的结构形式 ,管板的分析计算以及板束与壳体热膨胀差的平衡。较长板片的连续压制成型和薄板片间的焊接是制造该换热器的关键技术。这种换热器比立管式换热器的传热效率高 2～ 4倍 ,占地面积减少 50 %以上 ,每年节省加热炉燃油费、电费等约 35万元 ,操作费约 76万元     

单弓形折流板管桥开孔数量与布局

试验表明,在单弓形折流板适当部位的管桥上开适当数量的孔,可提高管壳式换热器的传热量并降低壳程压降。采用优化开孔方案,换热器传热量可增加3.16%~3.93%,壳程压降降低19.43%~21.65%,壳程综合性能指标0α/Δp提高20.96%~25.00%。     

一种可拆板对式板壳换热器的设计与研究

对板式换热器、板壳式换热器及管壳式换热器的结构特点对比发现,三种换热器传热效果有很大差异。结合三者的优缺点,设计一种可拆板对式板壳换热器,使其具有管壳式换热器折流板结构、板壳式换热器壳体结构和可拆板式换热器可拆性的结构特点,满足了生产需要。     

漏流对折流板换热器影响的数值模拟

通过数值模拟方式研究管壳式换热器内板壳和板管之间的间隙对换热器压降和传热造成的影响,建立与试验相同的物理模型,并用CFD软件对该模型进行数值模拟计算,比较模拟结果与试验结果。结果认为,漏流使换热器的整体压降降低,Re=2 000时压降降低了14.78%,Re=16 950时降低了21.89%;漏流还使换热器的传热系数减小,减小程度从20.63%(Re=2 000)增加到26.72%(Re=16 950);密封折流板与换热器壳体之间的间隙可以有效改善换热器的传热性能。     

甲醇合成塔管板试验工况下有限元分析及强度评定

本文应用有限元软件ANSYS对某甲醇合成塔管板及相关部件在水压试验工况下的应力分布进行了分析。采用了三维参数化建模方法,包括管板及其过渡段、管程封头、壳程筒体及换热管。在得到分析结果后,进行强度评定,判断该部件结构在该工况下是安全的。     

双管板换热器的设计应用

从用途、结构及设计制造等方面论述了双管板换热器需要注意的一些问题,并同单管板换热器进行了简单对比。结果表明,双管板换热器管程、壳程间泄漏量会更少且受力状况也更好。     

固定管板换热器提高壳程试验压力时设计中要考虑的问题

固定管板换热器在管程试验压力高于壳程试验压力时，若采用提高壳程试验压力的办法来检查换热管与管板连接接头的致密性，除了要校核水压试验时圆筒的薄膜应力外，其他受压元件的强度及结构等问题也不容忽视。     

缠绕管式换热器并管壳程换热数值研究

本文通过建立单元几何模型,利用流场模拟软件,结合MATLAB编程软件进行研究分析,研究管径和层间距对缠绕管式换热器并管的壳程换热性能的影响。结果表明：换热器壳程的努塞尔数、摩擦阻力系数和综合换热性能随管径的增大而增大,随层间距的减小而增大;在其他结构参数一定的条件下,壳程流体流速超过一定值时,并管的换热效果要优于非并管的。采用模拟计算和编程计算相结合的方法,为缠绕管式换热器并管壳程换热性能的研究和优化设计提供参考。     

带膨胀节固定管板换热器的强度计算

国家标准GB 151《管壳式换热器》的管板计算方法不能适应带膨胀节的固定管板换热器的计算。文献[1]指出,对这种换热器直接按GB 151方法设计管板,有可能造成大的设计失误。其原因是计算中未考虑壳程压力p_s在膨胀节波谷中作用引起的轴向伸长。笔者分析了此"伸长"对换热器管板应力的重要影响,提出一种将"伸长"化为"当量管壳温差"以解决此类换热器管板设计问题的方法,该计算具有精确性。