丁醛转化器的国产化研制

丁醛转化器是重要化工原料丁辛醇生产装置的核心设备,长期以来一直依赖于进口。介绍了某化学公司大型丁醛转化器的工艺原理、基本参数和设计工况,指出了丁醛转化器的结构特点。从丁醛转化器的温度场分析、挠性管板结构、大直径薄壁换热管的技术要求、管与管板连接接头的设计、锻环-管板-筒体的焊接结构、壳程支撑结构等方面阐明了丁醛转化器结构设计的关键技术;从管板的反变形技术、管孔加工、管与管板连接接头的质量控制、管束支撑格栅的精度控制、锻环焊接的无损检测等方面阐述了丁醛转化器制造的关键技术。由合肥通用机械研究院自主设计、中国一重制造的丁醛转化器已有9台,并在丁辛醇装置上成功应用,表明我国已掌握了该类设备国产化的成套技术。     

浮头换热器管板热应力分析

浮头换热器是工程上应用极广的管壳式换热器,由于浮头端管板与壳体不相连,一般浮头换热器管板设计不考虑温差应力作用。建立了某循环油浆蒸汽发生器管板有限元分析模型,分别计算了在管程压力、壳程压力和温差3种载荷作用下管板中的应力,并考察了管板厚度的影响,结果发现,对于厚管板,由温度载荷引起的管板中的应力甚至大于由压力载荷所引起的应力。因此,虽然是浮头换热器,当管板厚度较厚时,不能忽略温度载荷的作用。     

大直径挠性薄管板合成反应器的有限元分析

采用GB 150、SH/T 3158、西德AD以及GB/T 151标准中的方法对大直径挠性薄管板进行了计算,确定了管板的初始名义厚度。基于ANSYS软件中的APDL语言建立了不同管板厚度的热分析与结构分析的有限元模型,分别对其在6种不同工况下的应力进行了热-结构耦合分析,采用JB 4732,GB/T 151标准分别对结构应力与换热管稳定性和拉脱力进行了强度评定,同时也分析了管板的位移量,最终确定了管板合适的名义厚度。计算结果表明,管板边缘区应力值较大,从边缘到布管区中心呈波动衰减趋势;管板过渡段起着协调管束与管板的变形作用,该区域的弯曲应力值较大。模拟结果可为该类挠性薄管板的设计提供一定参考依据。     

扭曲管换热器管板的有限元分析

采用有限元分析软件ANSYS,对扭曲管换热器的管板在三种工况下的应力进行计算,分析了扭曲管轴向刚度削弱系数对管板应力强度及扭曲管轴向应力的影响。结果表明,扭曲管的轴向变形补偿能力优于普通直管,可以降低在温差载荷作用下管板中的应力,但会提高压力作用下的管板应力。在压力载荷作用下,扭曲管上的平均应力大小与普通直管差别不大,但扭曲管的轴向应力在管子横截面上的分布不均匀,局部的轴向应力远远高于平均应力水平,因此扭曲管抗疲劳和应力腐蚀开裂的能力不如直管。不同厚度的管板受扭曲管管束轴向刚度的影响不同,当管板厚度较小时,扭曲管管束轴向刚度的影响较大。     

基于有限元分析方法对换热器结构的改进设计

采用三维有限元分析方法对BEM型管壳式换热器进行强度分析,发现原设计不符合要求。根据正常操作工况下温度载荷高,液压试验工况下压力载荷高的特点,先提出采用减少管板厚度的方案,随后,在此基础上提出法兰与壳体连接处加筋板的设计方案。该方案通过三种工况的强度校核,从而可对该换热器进行合理的改进。     

一种复杂板壳厚度的优化设计方法

针对工程中复杂板壳结构由于复杂性而无法采用板壳理论进行厚度设计的问题,提出一种基于有限元理论的板壳厚度优化设计方法。结合板壳理论和有限元理论建立了复杂板壳厚度优化设计的数学模型,并提出基于ANSYS的板壳厚度快速优化设计实现方法;分析了载荷、约束和复杂性对设计精度的影响。结果表明,此方法能够适用于复杂载荷、不同约束类型、不同载荷类型和复杂结构模型。最后,利用优化设计实例进行了验证,结果验证了该设计方法的有效性和可行性。     

丁醛转化器应力分析计算

介绍了DN5200／4900mm丁醛转化器有限元应力分析计算方法，该反应换热设备直径大，远超出GB151中的DN2600mm，设计压力较小，结构重力、介质重力和管、壳程流阻压力降等影响不可忽略。Φ88．9mm×3．20mm的换热管，弯曲刚度较大，对按梁和杆模拟换热管分析结果进行比较。为超大型换热设备的设计计算提供参考。     

基于ANSYS的双管板换热器管板厚度设计探讨

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。针对某U型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软件对管板结构进行热应力分析和优化设计,进一步讨论了聚液壳结构的影响。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。     

EA-304非对称换热器管板应力分析计算

介绍了一端管板与管箱和壳体焊接的固定结构、另一端管板可滑动的非对称换热器在压力和温差载荷作用下的分析计算方法,分析计算了原进口、第一、第二次国产化3台换热器管板应力,管板厚度由117mm减薄为50mm,换热器的各项性能均超过原进口设备。     

基于子模型法的大型固定管板换热器有限元分析

大型固定管板换热器由于管子数量大,无法在有限元模型中建出所有换热管与管板的详细连接结构,得不到相关区域的真实应力分布,无法有效地进行应力强度评定。对某大型固定管板换热器,利用粗模型确定了管板布管区换热管与管板连接区的最大应力强度位置,进而建立了该位置换热管与管板详细连接结构的子模型。子模型中考虑了换热管与管板的焊接结构及其相互接触,分别对此区域进行基于应力分类法和极限载荷法的分析计算。结果表明:虽然基于应力分类法的焊缝及换热管应力强度评定不合格,但考虑到应力分布的非轴对称特性,基于极限载荷分析的直接法评定应更为合理。对子模型结构进行了极限分析并利用零曲率法确定了极限载荷,按相关标准进行了评定,表明结构满足强度要求。     

固定管板换热器强度设计方法分析(二)

三、固定管板换热器强度设计新思路 1.换热器总体强度——极限设计设有固定管板换热器如图4所示。在压力载荷P_5、P_t,温差载荷和法兰力矩作用下工作。     

管壳式换热器管板的有限元分析

应用有限元分析技术 ,在操作工况下 ,对管壳式换热器在压力和温度载荷共同作用下进行强度分析。根据其应力分布特点 ,分析压力与温度载荷对管板产生的影响 ,并考虑温度载荷单独作用下对管板产生的影响。     

基于ANSYS的甲烷化废热锅炉柔性管板有限元分析

废热锅炉是甲烷化工艺中合成工段的关键设备之一,柔性管板作为废热锅炉的关键部件,对废热锅炉的经济性和安全性具有重要作用,是废热锅炉设计的关键。采用有限元软件ANSYS对在压力载荷和温度载荷作用下的废热锅炉柔性管板进行了应力分析,评定校核结果表明,该柔性管板结构安全合理且满足强度要求。     

换热器的液压胀管研究（四）———胀接接头的拉脱力和压脱力

本文应用弹塑性理论,研究了轴向载荷对液压胀接接头残余接触压力分布的影响,提出了液压胀接管板的最佳开槽位置应根据轴向载荷的性质来确定的建议,导出了接头最大理论拉脱或压脱强度的表达式。分析表明,当管板厚度较大时,工程拉脱力的计算公式与理论值存在较大的误差,在胀接接头的管子受拉时,工程计算公式偏于冒验。     

高压预冷器管板变形原因分析

针对水压试验后管板产生明显变形的高压预冷器,将换热管简化为非线性弹簧单元,通过基于大变形的几何非线性分析方法进行数值模拟,计算出换热管在含接触约束下的非线性失稳载荷,计算结果与水压实测变形数据吻合良好,从而得出换热管在管程试压阶段出现失稳是管板变形的主要原因的结论;并对管板已变形的高压预冷器,在设计工况下进行安全性评估,满足规范要求。研究成果对于优化高压薄管板预冷器设计,具有较好的指导和借鉴作用。     

有关管板厚度的取值问题

管板是管壳式换热器最重要的受压元件之一,管板的合理设计对降低设备费用和保证设备安全运行是至关重要的,管板的强度计算又是管板合理设计中很关键的一步。为此,应正确理解管板名义厚度、管板有效厚度和管板最小厚度的取值问题。     

加筋平托盘均布载荷作用下的变形研究

根据板的小变形理论,对平托盘次要结构进行简化,将加筋平托盘面板看成厚度变化的加筋平板,利用在均布载荷条件下板的变形公式,解出了此时的加筋板变形挠度解,并通过改变加筋板各几何参数,得到了加筋板不同的刚度分布,进而分析对最大变形的影响。研究表明,加筋板各几何参数在不同的取值范围对板的最大变形贡献有差异。为筋的厚度与面板厚度之间尺寸的协调设计提供了依据,对平托盘在结构尺寸的初期设计,如何分布配置材料具有一定的实际指导意义。     

高参数换热器管板热应力分析模型的研究

常规的管板设计方法是用等效无孔实心板来代替多孔管板,采用比较简单的公式、曲线、图表进行设计计算,但是这些计算无法准确考虑管板温度差引起的热应力。目前常用有限元方法,通过施加温度载荷和对流载荷计算得到管板的温度场,进而求出管板的温差应力,但计算结果的准确性一直是许多研究者关注的问题。采用有限元方法,以U型管式换热器管板为例,分别按给定管板表面温度、给定流体温度和管板表面传热膜系数、包含温度场在内的流固耦合三种分析模型计算得到管板的温度场,进而对比分析了不同模型对管板热应力计算结果的影响。研究结果为管板强度的精确设计提供了借鉴。     

获取固定管板换热器管板一次弯曲应力的一种方法及其应用

利用载荷分解施加,提出一种构建固定管板换热器管板一次结构、获取一次弯曲应力的方法,一次结构中可保留简体对管板转动的有利多余约束.以一台甲醇合成塔为例,结合非一次结构法设计存在的问题,利用所提出的方法进行了有限元设计计算.计算表明,该方法给出的许用载荷与极限载荷分析法给出的许用载荷相当,方法可行.值得注意的是,如果应力评...     

脉动载荷下换热器管板接头塑性失效研究

管板接头是换热器常见失效部位,其中交替塑性失效模式缺乏研究。基于材料的多线性等向强化(MISO)本构模型,对U型管式换热器角焊缝管板接头和新型内孔焊管板接头进行了弹塑性数值模拟。通过提取管板管桥中心及管板管孔附近区域的节点的应力及应变数据,得到了在脉动递增载荷下的双向应力和应变规律。结果表明,在脉动载荷的递增加载与卸载过程中,两管板接头的残余应力与残余应变存在差异;随着脉动幅值的递增,塑性应变不断累积,为防止结构最终发生塑性失效,需对应变进行合理控制。通过分析发现管接头内缘处是较容易发生交替塑性失效的部位,在对换热器管板接头失效分析时,应重视载荷历程和焊接接头形式对管板的影响。