板壳理论在压力容器强度设计中的经典应用之四(下)——管壳式热交换器管板变通计算的原理与应用(下)

通过分析浮头式和填函式热交换器管板布管区周边的横剪力和弯矩,提出利用固定管板式热交换器管板计算方法变通应用于浮头管板和填函管板的应力计算,并具体给出变通计算时管板周边弯矩的处理方法。结合管板与壳体、管箱的连接方式中典型的夹持结构和埋焊结构,分析指出各种情况下哪块管板受力更苛刻,以及此时如何构建对称管板,然后使用变通处理方法中相应模型进行计算。最后得到结论:对于埋焊结构,按照JB 4732中提供的浮头和填函管板计算方法存在缺陷,并阐述了原因。     

浮头式换热器管板法兰系统的分析计算结果

本文叙述了JB1168—77“浮头式换热器、冷凝器型式与基本参数”标准的浮头式换热器管板法兰系统和钩圈、管板、球盖系统的密封性能及强度校核结果与分析。     

GB/T 151浮头式热交换器管板厚度计算不需选代求解释疑

GB/T 151确定浮头式热交换器管板计算厚度时没有试算求解过程,引起了其与弹性基础圆平板理论不符的疑问。文章从系数C的力学意义、影响参数入手,分析及解释了GB/T 151浮头式热交换器管板设计方法,揭示了试算法和穷举法求解管板计算厚度的力学涵义,证明它们的本质是一致的,并由此阐明穷举法是符合弹性基础圆平板理论的、科学合理的设计方法。     

一种高效便捷的换热器管板有限元分析新方法

采用实体建模的有限元分析是工程设计中对换热器管板进行应力分析的常用方法。但该方法建模繁琐、加载复杂、计算量大、耗时久,不便于工程应用。采用当量管板、当量管束、轴对称模型的方法进行简化,不仅建模便捷,加载方便,还能大大节省计算时间,而且不失精度。文章通过对某固定管板式换热器的六种工况使用该有限元分析方法进行计算,并与SW6软件按JB 4732标准计算的结果进行比较。采用Pearson乘积矩相关系数进行检验,结果显示该有限元分析方法和JB 4732标准计算结果相符,证实了该方法的可靠性。     

大直径N型固定管板换热器设计

文章从设计方法、材料选择、应力分析和结构设计等方面,对大直径N型固定管板换热器的设计进行了分析和论述,重点通过采用有限元应力分析和JB 4732管板分析两种方法,对多种工况下N型固定管板处应力和换热管应力进行了详细的对比,验证了JB 4732分析方法不受换热器直径的限制,这为大型化换热器的设计提供了参考。     

T型浮头管板强度计算方法的分析与比较

讨论了T型后端结构型式浮头式换热器浮动管板的强度计算。详细地分析了此类型管板的受力,充分利用现有的其他型式管板计算模型,通过忽略假想壳程筒体对管板的作用,提出一种新的T型浮动管板的计算方法;并通过实际算例,对这种计算方法与TEMA的计算方法及现有标准提供的设计方法得到的结果进行了分析和比较。计算结果表明,这种计算方法可应用于工程设计,为T型后端结构型式浮头式换热器浮动管板的设计提供了一种有效地参考。     

固定管板釜式再沸器换热管轴向应力分析

建立了某固定管板釜式再沸器的有限元分析模型,计算了其操作工况下换热管的轴向应力,并对换热管各项应力进行了评定,同时应用JB 4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》所述方法对该再沸器换热管轴向应力进行简化计算。结果表明,2种方法计算所得的最大轴向压应力均位于管束中心,其值仅相差4.5%;有限元法求得的换热管最大拉应力位于管束上部,其值约为JB 4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》简化方法计算结果的1.8倍,说明不宜采用简化方法对固定管板釜式再沸器换热管轴向应力进行计算。     

单管程浮头式热交换器浮动端的设计与计算

多年来,在石化装置中出现了多种型式的单管程浮头式热交换器,文章针对单管程浮头式热交换器所特有的浮头端出口管与外头盖的连接结构,归纳出工程中常见的3种结构型式。对于一种常用单管程浮头式热交换器浮动端采用外置垫片法兰和夹持环形板结构,通过分析外置垫片法兰和夹持环形板的相互作用关系,进一步详尽地对二元件进行了力学分析,给出了二元件的设计公式,从而实现了单管程浮头式热交换器更为准确地工程设计计算。     

板壳理论在压力容器强度设计中的经典应用之六——我国换热器管板计算方法在工程设计中拓展运用的回顾与展望

我国国家标准GB/T 151中的管板设计方法是国际上先进的计算方法,近40年的工程实践充分证明了其合理性和可靠性。文章回顾了如何推翻西德、前苏联方法,确立我国GB/T 151管板计算方法的过程,进而总结了如何以GB/T 151法为基础,经巧妙变通解决各种管板的计算难题的途径,同时指出了JB4732管板计算方法的一个欠缺,并展望了采用一次结构法对管板设计进行优化的良好前景。     

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。     

特殊结构柔性薄管板的工程计算方法

柔性薄管板是一种特殊结构的薄管板,国内外均采用有限元法进行设计计算。文章在论证一种安全替代计算模型的基础上,应用JB 4732附录Ⅰ"管壳式换热器管板的应力分析"方法,并运用一次结构法原理控制强度,得到与有限元分析极为接近的设计结果。文中还讨论了影响柔性薄管板强度的诸因素的合理设计。     

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。     

浮头式换热器管板法兰系统的分析计算

本文介绍了浮头式换热器管板、法兰、螺栓、垫片及封头、筒体、管子的固定管板部份的应力应变分析,并导出一套新的计算方法。此法能确定管板法兰部份的密封性能,并能校核管板、法兰及螺栓的强度。     

废热锅炉管板水槽结构有限元分析及强度评定

根据废热锅炉管板水槽平盖既要满足静力强度要求,又要有利于传热的特点,对管板水槽平盖连接区域进行了三维有限元分析.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》的规定进行了强度评定,为进行详细工程设计提供了依据.     

特殊结构浮头式换热器的管板强度计算

分析比较了三种基于弹性基础圆平板理论的管板受力情况,指出了管板应力计算的差异,提出了用一种变通的固定管板计算方法来解决特殊结构浮头式换热器管板的应力计算.开发出一种将固定管板应力计算方法应用于其他结构换热器管板应力计算的新途径,使GB 151管板计算方法有更广泛的适应性.     

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。     

盲板盖优化设计

依据JB 4732-1995<钢制压力容器---分析设计标准>,选取三条路径对卡箍型快开盲板盖进行强度校核,结果表明强度满足要求.利用ANSYS优化分析模块,对盲板盖结构尺寸进行优化设计.计算过程中,分别设定设计变量、状态变量及目标函数,迭代12次后得到最优解,使盲板盖质量比优化前减少了15.31%.     

浮头式热交换器浮头管板螺栓断裂原因分析及改进

通过扫描电镜观察、硬度测试、化学成分分析及金相检验等方法分析了浮头式热交换器浮头管板连接螺栓的断裂失效原因。结果表明,硫化物应力腐蚀开裂、氢致开裂和螺纹加工产生应力集中、材料硬度不满足湿硫化氢介质中的使用要求是螺栓断裂的主要原因。     

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。     

基于ABAQUS的热交换器管板热-机耦合场分析

以某石化公司1台U形管式热交换器为评估对象,利用UG软件建立三维模型,采用HYPERMESH软件划分网格、ABAQUS软件编制适合于U形管式热交换器分析的程序,通过数值模拟的方法对其管板进行热-机耦合场分析,得到了压力载荷、温度载荷及其同时作用下热交换器管板应力强度分布云图及计算数据。对结果进行了分析,可为其他形式热交换器的安全评估提供理论参考。