GB 151中浮头式换热器管板设计方法的理论依据及其应用

阐述了国家标准GB 151中浮头式换热器设计方法的理论依据。在此基础上,进一步给出了如何应用GB 151中浮头式换热器对应于最小管板设计厚度的公式与曲线,计算实际管板厚度下的管板应力和换热管应力的方法。通过一个实际算例,说明当管板的实际厚度与其最小设计厚度相差较多时,换热管中的应力可以大大降低。     

换热管中心距增大后对管板计算厚度的修正

比照GB 150标准中有关开孔削弱系数的计算公式,分析论证了换热器管板强度削弱系数与换热管中心距之间的相互关系,推导得出了管板计算厚度修正式和修正系数的计算方法,通过实例说明了对管板计算厚度进行修正的意义。提出了GB 151换热器标准中增加"当换热管中心距增大后,允许对管板计算厚度进行修正"的建议。     

换热器管板厚度的快速计算

在化工生产中，换热器设备是应用最广泛的一种设备，且占主导地位。而在换热器设计过程中，管板厚度设计计算比较复杂。本文的特点是在满足GB151—1999《管壳式换热器》标准要求的前提下，介绍一种快速简便估算管板厚度的计算公式，从而达到快速确定管板厚度的目的。     

中心少量开孔管板的应力分析

中心少量开孔的管板是一种依靠GB/T 151无法计算的"非标管板",其合理的厚度设计一直是工程应用的难点。根据JB 4732中的解析式,使用maple计算软件求得某循环丙烷冷却器管板的周向应力和径向应力。并应用ANSYS软件的workbench建立该换热器管板-管束的有限元分析模型,对其在机械载荷作用下的三种工况进行详细的应力分析,按照JB 4732标准进行强度评定。研究结果为以后此类中心少量开孔管板的结构设计和计算提供了一定的参考依据。     

对GB/T151—2014《热交换器》有关内容的商榷——浮头式热交换器管板设计

浮头式热交换器设计原理除管、壳间不存在约束外和固定管板式换热器相同,都按弹性基础圆平板理论设计,为此而应先假定管板厚度并按迭代法实施。GB 151—1999和GB/T 151—2014对其a型结构的规定则可以不假设管板厚度,直接由所规定管板计算厚度公式和系数C、Gwe的线算图简单求得,而系数C、Gwe和管板厚度δ无关,显然和弹性基础圆平板理论不符,对此提出商榷,并对阐述GB151中浮头式换热器管板设计方法理论依据和应用的专文提出商榷。     

GB/T 151与ASME B&PVC固定管板计算方法对比

对比了GB/T 151—2014与ASME BPVC标准中固定管板计算方法的差异,在假设条件下分别用两种标准对管板最小厚度进行了计算。在进一步分析中通过有限元方法研究了压力作用下实体管板弯曲应力的变化情况并与公式计算的结果进行了比较。     

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。     

陶瓷滤芯飞灰过滤器管板有限元分析

陶瓷滤芯飞灰过滤器管板结构特殊,现有标准中没有设计方法。按照GB/T 151对管板进行近似设计得到初步厚度,然后采用ANSYS WORKBENCH进行了有限元应力分析设计,验算近似设计的安全性,对有限元模型进行了讨论,并对管板滤芯连接的特殊性进行了考虑。     

固定管板式换热器管板强度的有限元分析

某公司根据GB 151按照常规设计方法设计了一台冷凝器,结果发现由于管板厚度（200mm）过大造成工艺条件无法满足。为了对管板进行合理的设计,使其既满足强度要求也满足工艺条件,利用有限元计算软件对管板进行了详尽的计算与分析,调整管板厚度为150mm,并依据JB 4732《钢制压力容器——分析设计标准》对其安全性进行了评价。     

KHK技术标准中管板设计方法浅析

通过对GB151—1999，JIS B8274-1993及日本KHK技术标推中管板设计计算方法的比较分析，确定了对引进设备管板较为合理的校核方法。     

兼做试验压环的U型管换热器的管板设计

从国外引进的U型管换热器管板兼做法兰的结构转变成按GB151-1999进行设计这种兼做法兰的U型管换热器管板,既经济又方便使用很有参考价值.     

换热器浅球面非标薄管板分析设计

浅球面薄管板是一种非标管板,其合理的壁厚设计一直成为工程应用难点.基于JB 4732-1995分析设计标准及通用有限元软件,对某换热器用浅球面非标管板进行了分析设计,重点对分析设计的应力分类法和极限载荷法计算管板壁厚进行了对比研究.结果表明：相对于平面厚管板,在相当条件下,基于分析设计方法计算得到的浅球面管板厚度降低了约75％;在4 MPa设计压力下,应力分类与极限载荷两种分析设计方法得到的浅球面管板厚度相当.研究成果为该类非标管板工程设计提供了一定的工程参考.     

压力容器设计方法的进步

介绍了力学促进压力容器设计方法进步的两个范例:其一是国标《管壳式换热器》(GB 151)中的管板设计方法,其二是在内压与接管外载作用下的圆柱壳大开孔接管分析设计方法。这两个国际压力容器界曾经公认的难题得以在我国领先解决,得益于力学与工程的密切结合。文章还对我国压力容器设计工作的进一步发展提出了三点看法。指出:提高我国压力容器设计规范的技术水平是提高我国压力容器行业国际竞争力的重要环节,而开展标准的基础技术研究是解决标准水平偏低的治本之策;应当以学习、研究但不迷信的科学态度对待国外标准规范;压力容器设计规范的自主创新必须依靠理论、实验与工程的结合。     

薄管板结构废热锅炉有限元分析

化工生产实践证明薄管板与普通管板在强度方面具有同样的可靠性,甚至更加先进合理,但由于目前国内外有关薄管板计算理论尚不成熟,使其在使用上受到一定限制。介绍了采用先进的ANSYS有限元方法对一台薄管板废热锅炉应力分析的全过程,以期探讨薄管板结构设计方法,为类似产品设计推广提供依据。     

醋酸乙烯合成反应器的制造工艺

研究了超出GB 151—1999《钢制管壳式换热器》规定的大型钢制管壳式换热反应器的制造工艺。通过对设备的技术特性、结构特点和材料选用展开分析,提出了相应的制造工艺和质量控制点,包括筒体制造、管板加工和换热管的处理等几个关键零部件的特殊工艺措施,完善了控制组装精度和焊接变形的设备总装工艺路线。设备制造外观质量检验符合图纸控制要求、射线无损检测评定合格100%,同时也积累了制造大型高精度管壳式换热反应器的宝贵经验。     

复合管板结构在换热器设计中的应用

在硫铵用换热器设计中 ,采用碳钢管板衬一层不锈钢薄板结构。管板设计时 ,碳钢管板的厚度应满足设计厚度 ,管板与换热管的焊缝满足拉脱应力强度 ,碳钢管复层满足防腐要求。给出了管板的设计结构图。因换热管伸出碳钢管板长度大于GB 15 1- 89中的规定长度 ,换热管与管板焊缝的有效截面积大于标准中的规定 ,从而保证了管板与换热管的拉脱应力强度。     

固定管板分析设计软件的开发

以JB4732标准附录Ⅰ为基本依据,开发了管板延长部分法兰、管板与壳体法兰贴面焊、平齐焊(或浅嵌入焊)和不带法兰四种结构固定管板设计的计算软件,许用应力可按GB150选取(常规设计),也可JB4732选取(分析设计),并给出计算实例。     

有关规范对固定管板式换热器设计中管子、壳体应力规定的分析

本文在前二文的基础上分析了TEMA、ASMEⅧ—1、CODAP、GB151—89、JB4732—95等规范对固定管板式换热器设计中管子和壳体应力的计算公式,再次指出的危险工况下管子和壳体应力在固定管板式换热器设计中的重要意义。