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     

板壳理论在压力容器强度设计中的经典应用之五——JB 4732浮头式热交换器管板应力分析方法的考证

我国JB 4732标准中的固定管板应力分析方法是精确合理的弹性分析方法,对其进行变通后可应用于浮头式热交换器管板的强度计算。通过该变通方法与JB 4732浮头式热交换器管板强度计算方法的对比计算发现,JB 4732浮头管板分析方法存在欠缺。比较两种方法的计算模型并对其管板受力状况进行分析,找出到了造成问题的根本原因。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

乙烯装置第二急冷锅炉的管板应力分析

对乙烯装置第二急冷锅炉的管板进行了有限元分析。在分析中,采用有效弹性常数的概念将管板、换热管、过滤管和壳程筒体的应力分析简化为对称问题,然后根据“钢制压力容器－分析设计”标准JB4732－95的评定方法,确定出了安全、经济的管板厚度。     

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。     

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。     

非对称布管的挠性管板应力分析及结构优化

基于某公司的挠性管板预热器,以非对称布管的挠性管板为研究对象,运用有限元软件ANSYS对非对称布管的挠性管板进行多工况模拟,得出管板的各类应力水平及应力分布规律。根据JB 4732-1995《钢制压力容器--分析设计标准(2005年确认)》对挠性管板进行应力校核,发现部分工况下管板应力评定不合格。对非对称布管的挠性管板提出了增加管板厚度和增设支撑筋板2种优化方案并进行了数值模拟。分析结果表明,增加支撑筋板可以有效降低管板各类应力,且安全裕度较大,对挠性管板的工程设计具有一定的指导意义。     

压力容器强度设计技术分析（五）

管壳式换热器的应力以固定管板式最为复杂,为此以固定换热器为例进行分析。1 管板计算方法的发展历程 管壳式换热器在压力容器中占有重要地位。管板的合理设计,对提高整体设备的安全性、降低加工制造成本至关重要。为此近20年来,世界各国都极     

特殊结构填函式换热器的管板设计

在分析固定管板换热器管板应力的计算原理基础上,指出了该特殊结构的填函换热器,由于其管板周边的剪力和弯矩为零,不会引起管板的整体弯曲应力,故可视为极端状态的固定管板换热器。在进行管板厚度设计时可免除整体弯曲应力的计算,仅按小圆板模型进行计算,且在结构上满足制造要求的最小厚度即可。     

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。     

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.     

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。     

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.     

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。     

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。