U型管式换热器的设计与校核

经过工艺结构尺寸的计算、热流量的核算、壁温的核算、计算换热器的内流体的流动阻力、零件的计算及换热器的检验和验收几大步完成了换热器的设计。该设计换热器具有一般换热器都有的效率且只有一个管板,换热管为U型,管子两端固定在同一管板上,管束可以自由伸缩,当壳体与U型换热器有温差时,不会产生温差应力;其次该设计采用计算机编程进行辅助计算,优化了换热器的结构尺寸。     

非对称管壳式换热器结构分析及改进中的问题研究

换热器主要是用于热交换的通用设备。在这里主要针对非对称管壳式换热器结构分析及改进中的问题研究进行具体的分析。对于管板上管柬非对称布置的换热器，无法采用通用的计算方法进行强度校核，只能采用数值求解的方法进行计算。本文即对这种带有异型管板的管壳式换热器．采用有限元数值求解的方法，进行了结构应力分析和设计改进方面的研究，另外，还对相关的强度计算公式进行了理论推导。介绍了结构温度场有限元分析的基本理论，合理地建立了固定管板式换热器温度场分析有限元模型，计算得到温度场，总结其分布规律，发现结构的各部分之间存在着较大的温差，可能产生较高的温差应力，同时还将该结果同其它边界条件下的计算结果进行了比较。     

用折流杆换热器代替折流板换热器的应用分析

根据GB 151—1999《管壳式换热器》中的附录E,利用案例通过定量计算分析了换热器在壳程大流量作用下引起换热管与管板连接处发生泄漏的原因。结合实际情况重新合理选择换热器结构形式,用折流杆换热器代替普通的折流板换热器以减小换热管的振动,验证了折流杆换热器在实际生产中发挥的巨大作用。     

基于流固耦合的管壳式换热器热力学计算研究

针对管壳式换热器存在的由于管壳程温差过大而在管板等处产生过大应力梯度的问题,建立典型换热器单元,基于流固耦合和传热理论,采用有限元法和有限体积法,分析研究管壳式换热器的传热特点、流体动力学特性以及管壳式换热器筒体、管板、管箱等结构的温度分布特点。并以此作为温度载荷,研究换热器金属结构的热应力分布情况,取不同路径观察换热器应力集中区域的应力变化,得出换热管、管板以及筒体连接区域的应力分布特性,实现了换热器流体流动、耦合传热以及应力计算的综合分析。     

绕管式换热器管板的有限元应力分析与结构优化

绕管式换热器广泛应用于大型天然气液化装置,而管板是绕管式换热器的重要组成部件。由于管板处于管程、壳程交界处且布有密集的孔洞,降低了结构强度,使其成为LNG绕管式换热器的相对薄弱部位。利用Ansys有限元计算软件,对LNG绕管式换热器管板及其相连的管箱、换热器壳体进行整体建模和多工况下的有限元应力分析,并根据JB4732-1995进行强度校核。计算结果显示,换热器壳体对管箱短节部分的应力有较大影响;实例中换热器外壳的拉伸作用导致短节内侧局部薄膜应力过大,超出许用强度。增加短节厚度可以有效提高管箱强度;通过将原短节厚度由45 mm增加到57.5 mm,解决了局部薄膜应力过大的问题。     

浮头式换热器管板应力的直接计算方法

依据GB/T 151浮头式换热器管板计算模型,绘制了全新的计算参数曲线,给出了根据管子加强系数K和布管区当量直径参数ρ_t直接求解管板应力和换热管应力的直接计算方法。在工程实践中,可以通过此计算方法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。     

半球形管箱高压U形管换热器管板的强度计算

对一台半球形管箱的高压U形管换热器的管板进行强度计算,该管板与管箱、壳程筒体之间的连接方式不属于GB/T 151-2014标准中列出的结构,不能直接选用该标准中的连接方式计算管板的厚度。根据管板所承受的载荷和受力情况,提出了两种计算方法计算了管板的厚度,并根据换热管中心距对管板计算厚度进行修正。因为两种计算结果比较接近,故认为所采用的计算方法是可行的。鉴于该换热器的管箱是半球形封头,而在第2种方法中将管板当作平盖计算时,现有的设计标准中均没有给出与半球形封头连接的平盖的计算方法,于是先按与圆筒连接的平盖的计算方法进行计算,然后采用ANSYS软件进行有限元应力分析,对计算结果加以验证,验证结果表明所采用的计算方法基本正确的,可用于工程设计。     

压力载荷作用对预应力换热器应力特性的影响

采用有限元数值模拟分析法对固定管板式换热器应力数值计算,考虑温度对材料参数的影响以及压力载荷的作用,探讨预应力换热器的应力特性。在正常操作工况下,讨论管程压力载荷、壳程压力载荷对管板应力的影响,并依据大量的模拟仿真数据总结得到压力载荷对管板的应力变化规律。对比美国ASME规范Ⅷ-2中的管板应力计算公式发现,压力载荷对管板应力的影响结果与管板应力计算公式中压力载荷的影响一致。     

基于数值计算方法的换热器管板等效方法研究

换热器管板等效方法影响到管板受力变形计算的准确性。以管壳式换热器为例,分别建立了开孔管板结构、共用节点的实心管板结构和主从节点绑定的实心管板结构有限元模型。采用数值计算方法,对管板的应力和变形进行了分析。有限元计算结果表明:采用主从节点绑定的实心管板结构与开孔管板结构变形最大相对误差为8.4%、孔边应力相对误差超过60%,说明主从节点绑定的实心管板结构仅可准确描述管板的变形。通过对比分析主从节点绑定的实心管板结构与开孔管板结构开孔区域应力分布,得到开孔边缘的应力集中系数为约3,开孔中部的应力集中系数约为2。     

固定管板式换热器应力分析和疲劳分析

介绍了某固定管板式换热器压力温度循环条件,建立热分析和结构分析的有限元模型,计算得出管板的温度场和应力场,进行应力分析和疲劳分析。     

方形管箱应力分析与强度校核

对一台冷却器的方形管箱进行应力分析与计算,并按不同规范进行强度校核.应力分析采用有限元方法,并考虑管板的当量板效应,应力计算采用GB150-1998附录D推荐的方形容器的方法.强度校核结果表明均满足强度条件.     

带蒸发空间的废热锅炉挠性管板设计的探讨

废热锅炉是利用工业生产过程中的余热生产饱和蒸汽的换热器。废热锅炉的结构通常可分为壳程自带蒸发空间和顶部设计汽包两种形式。废热锅炉的设计总体采用常规设计方法,挠性管板采用应力分析设计方法进行局部应力分析。本文依据《石油化工管壳式余热锅炉》(SH/T 3158—2009)对一台带蒸发空间的废热锅炉的挠性管板进行设计计算并采用有限元分析软件ANSYS对该废热锅炉挠性管板进行应力分析,分析中,对三个危险截面划路径,进行应力线性化处理和强度评定,结果表明,当挠性管板厚度取根据SH/T 3158—2009设计厚度圆整值时,挠性管板应力评定不合格。增加管板厚度后,重新对两种工况下的管板进行应力分析,结论合格。通过计算分析对比,建议对带蒸发空间的废热锅炉的挠性管板进行设计时,应采用有限元分析对挠性管板进行设计,以保证废热锅炉的安全稳定运行。     

波形膨胀节对固定管板式换热器管板应力的影响

分析了波形膨胀节对固定管板式换热器管板应力的影响。计算了固定管板式换热器的轴向温差应力 ,说明设置膨胀节的必要性和合理性。提出了设置膨胀节需注意的一些问题。     

双管板换热器的结构设计

双管板换热器为管壳式换热器的一种特殊结构。对一台固定双管板式换热器的结构设计和强度计算进行了阐述,其中包括选材、布管、管板的结构和间距、胀管和开槽尺寸等方面的设计和计算。     

基于ANSYS的换热器管束振动模态分析

根据固定管板式换热器的结构特点,采用有限元法对该结构进行有限元离散,壳体、固定管板、折流板采用空问壳单元模拟、换热管采用空问梁单元模拟,分别建立了精细的有限模型和常规的简化有限元模型,对管束动态特性进行了计算。其结果对于预测换热器的振动具有十分重要的现实意义。     

U形管式换热器整体管板设计的计算方法

本文介绍了U形管式换热器整体管板设计的一种计算方法。该方法是:将管板的钻孔区处理为一块承受均布载荷的当量实心圆板,将管外板侧的非钻孔区处理为一块承受均布载荷的圆环板,考虑了管箱和壳体与管板间的相互作用,采用解析法分析管板的变形和应力,按ASMEⅧ—2的方法对应力进行评定。该方法采用F.Osweiller假想弹性常数,它适用于管孔按正方形排列的整体管板。按其计算的管板厚度比按其它常规设计方法计算的厚度薄。     

换热管压弯刚度分析及对换热器各部件的影响

介绍了换热管弯曲后压缩刚度下降的计算方法,对换热管应力计算和稳定性校核提出新的建议,不同部位的换热管偏转角和应力不同,换热管压缩刚度不同。管板布管区应处理为变基础弹性基础板,进行换热器系统应力分析。     

固定管板式换热器耦合场有限元分析

对一固定管板式换热器采用APDL语言三维整体建模,通过ANSYS有限元法模拟稳态温度场与热应力场,并结合压力载荷分析了在耦合场作用下管板和管板周边结构的应力分布以及换热管拉脱力的大小,最后进行了强度校核,得到几种路径上的应力变化规律。     

固定管板式换热器管板的热结构耦合分析

管壳式换热器是石油化学工业中最常见的设备。而管板的合理设计对提高固定管板式换热器的安全性、节约材料、降低制造成本具有重要意义。文章采用有限元分析软件ANSYS对在内压和热应力共同作用下的某管板结构进行了热结构耦合分析,与仅进行机械应力分析的应力强度分布进行了对比,结果表明:这种温差应力将与管壳程流体压力造成的机械应力叠加且在应力较高时则会在固定管板式换热器的不同部位造成不同形式的失效。     

换热器膨胀节角变形对换热管的影响

带有膨胀节的卧式固定管板换热器,由于膨胀节和管束受到弯矩作用产生角变形,使换热管拉伸或压缩应力进一步增加。对膨胀节产生角变形后使管子受力发生变化进行分析计算,并加上换热器操作时的管子应力,对管子和管板接头的拉脱力和管子的稳定性重新进行校核。