对GB 151—1999中管壳式换热器管板计算方法的修改说明

对正在修订的GB 151—1999版中5.7节"管板计算"一节的主要修订内容进行了介绍。其中包括:改进了带膨胀节的固定式换热器管板计算方法,改进了固定管板中最大应力的计算方法,增加了壳程分段圆筒的计算方法,增加了管程压力p t与壳程压力p s同时作用的两种校核工况,换热管许用压缩应力的安全系数降低为1.5。     

U型管束釜式换热器设计浅析

介绍了釜式换热器的结构和设计原则.以U型管束釜式换热器设计为例,在换热器材料的选择、管程及壳程试验压力值的确定、换热管与管板连接形式、壳程过渡锥体的设计、管壳程连接结构设计及管束稳定结构设计等方面进行了探讨,指出了设计中需注意的关键点,在考虑安全性的同时兼顾经济性.     

低温低应力工况下釜式蒸发器的设计

釜式蒸发器属于制冷工业用换热设备。根据蒸发器的使用状况和设计参数,通过对壳程筒体进行设计温度和设计压力、最低使用温度和相应的饱和压力下的强度计算和应力校核,确定了其处于低温低应力工况,进而明确了蒸发器的设计、制造、检验和验收均不必遵守关于低温容器的规定,能够达到降低成本和缩短工期的目的。从管板、滑板和换热管与管板连接结构等方面对釜式蒸发器进行了合理的结构设计。通过安全泄放装置的设计计算,进行了安全阀的正确选型。给出了釜式蒸发器的耐压试验及无损检测方法。研究结果为低温低应力工况压力容器的设计提供了可供借鉴的经验。     

甲醇合成塔的失效分析

对在役管壳式甲醇合成塔壳程筒体与管板之间焊缝开裂进行了失效分析,对甲醇合成塔的壳程结构设计和选材进行了优化;同时,应用有限元软件ANSYS Workbench14.5对于大直径(DN4 200mm)甲醇合成塔的管束、管板及与其连接的壳体进行了稳态热分析与结构分析间接耦合的线弹性应力分析,并对计算结果进行了安全评定,保证了设备的本质安全性和运行的可靠性。     

固定管板釜式再沸器壳程斜锥应力分析

以某固定管板釜式再沸器为例,忽略局部结构,建立整体应力分析模型,利用ANSYS软件对各工况下的应力进行了计算;同时,仅取设备壳程筒体建立局部应力分析模型,对比分析了斜锥最大倾角路径上的轴向应力和薄膜应力.结果显示：前者的最大应力强度位于斜锥大端内壁处,而后者的最大应力强度位于斜锥小端外壁处;对比同时表明采用整体模型分析所得斜锥各项应力强度水平均远低于局部模型分析结果,以此为基础进行设计可大大降低斜锥壁厚.     

基于ANSYS的管板有限元分析及其优化设计

换热器中的管板除了承受管程压力和壳程压力乊外,还要承受热流体和冷流体由于温度梯度所带来的温差应力,管板的受力情况复杂多变,严重影响换热设备的经济性和安全性。利用ANSYS有限元分析软件对管板进行了应力和热-应力耦合分析,比较了其应力云图的分布特点,再对7种工况下的应力进行评定,最后以管板质量为目标函数,以管板厚度为设计变量,以管板最大应力为状态变量,对管板进行结极的优化分析,所得结论对于换热器中管板的优化具有一定的指导意义。     

固定式列管换热器管壁与壳壁温差对管板变形的影响

固定式列管换热器管板的变形受到多种因素的影响，其中有管程压力与壳程压力作用，管束支承效应，列管与壳体之间不同的热膨胀以及管板与壳体／管箱之间连接的相互作用等。本文通过数值计算分析了管壁与壳壁之间的温差热膨胀对管板变形的影响。     

釜式重沸器的设计

本文讨论了釜式重沸器主要受压元件的强度计算及结构设计,对我国釜式重沸器设计及规范中的有关问题提出了建议。     

极限载荷条件下的管壳式换热器强度特性分析

为了确保管壳式换热器在极限载荷条件下的安全性和可靠性,基于有限元方法对管程和壳程压力单独作用下的静强度特性进行仿真分析。建立1/4换热器模型,通过ANSYS Workbench软件得出不同工况下的应力分布规律。在管板与筒体连接处定义路径,并对应力进行线性化和评定。结果表明,管程压力对结构强度的影响更显著,最大应力点位于管板与筒体连接处。     

乙二醇再沸器管束振动破坏机理分析

通过一台立式固定管板再沸器管子与管板连接处泄漏问题的分析 ,发现再沸器管口泄漏的主要原因是在壳程蒸汽的横向流作用下 ,管束产生小振幅的振动 ,给管子 管板连接处施加了一周期性的交变应力 ,导致管口疲劳破坏。为此 ,对带有换热管及焊缝的管口做了有限元应力分析 ,对管子 管板焊接结构疲劳强度进行了试验研究     

Transient Thermal Stress Calculation of a Shell and Tube Condenser with Fixed Tubesheet

The present article deals with transient thermal stress calculation on a safety horizontal shell and tube condenser. This condenser is used in a power plant for cooling of hot steam diverted from the turbine in the case of its emergency shutdown. The standard stress calculation was provided according to the EN 13445 standard in steady regime. As consistent with this calculation, an expansion joint must be used on the shell. The main aim of this article is to describe a detailed calculation of the transient temperature field on the shell and tubes, using finite element method analysis, and longitudinal thermal stresses on the shell and tubes during the start-up process. Transient analyses are useable for more accurate EN 13445 calculation and, furthermore, for fatigue calculation.     

光催化反应器中石英管与管板O形密封结构研究

采用ANSYS软件对光催化反应器中管板与石英管之间的O形密封圈进行了有限元分析,得到了压缩率与接触应力之间的关系。通过载荷衰减实验,再现了橡胶材料的粘弹性特性,并以此来验证O形密封圈在压缩很短时间内的接触应力和压缩率的关系基本符合模拟所得结果,证明了模拟计算过程中超弹性材料假设的可行性,得出了衰减量与压缩率之间的关系,并找到了适合该设备的压缩率。     

管板有限元分析模型与对比

利用多孔板的当量实心板理论,建立了3种管板有限元分析的简化模型:分别将管束简化为弹性基础(模型Ⅰ);与实际管子数量相同的杆(模型Ⅱ);与管束具有相同金属横截面积的若干等厚度同心圆柱壳(模型Ⅲ)。通过典型算例,将这3种简化模型的位移及应力强度计算结果与直接将结构离散化模型(模型Ⅳ)进行对比。结果表明,模型Ⅰ和模型Ⅲ在管板布管区内部具有良好的精度,而模型Ⅱ精度较差。所有3个简化模型在管板布管边缘区均会得到保守解;而在管板的布管区之外及扳边区域,这些模型均具有良好的精度。     

Computer-aided design of tube-bundle heat exchangers

Based on a paper by Hein, a dimensioning program for tube-bundle heat exchangers with straight tubes and fixed tube sheets has been developed. The equipment to be dimensioned is tested at 14 critical points, with regard to permissible stresses. The optimum thickness of the tube sheet, the shell and channel are subsequently selected on the basis of economic criteria. Compared to dimensioning according to AD-data sheet, it is possible to save between 10 and 25% of production costs. With the aid of a finite-element (FE) program, complex structures such as heat exchangers can be calculated accurately. Several mesh-generation programs were written for the data input. The structure of a tube-bundle heat exchanger with straight tubes is generated with 3/D elements with only some geometrical data. An FE-calculation of a heat exchanger is explained with the aid of an example and stress analysis is presented.     

带大孔径接管锥壳变径段应力的数值计算和强度分析

针对带有大孔径接管锥壳变径段结构不连续应力和局部应力的计算与强度分析问题,根据其结构特点,选择研究对象,处理边界条件;应用有限元理论和方法,建立数值计算模型;采用ANSYS程序,进行网格划分和数值计算,获得变径段部位详尽的位移场和应力场;在应力分析的基础上,根据分析设计的思想对应力进行分类和强度评定。应力计算结果表明,变径段上多个部位产生了较高的局部应力,强度评价结果表明,锥壳变径段的强度满足要求。     

内压作用下椭圆管道应力及极限载荷数值分析

采用有限元方法分析含椭圆度的管道在内压作用下的应力分布和塑性极限载荷,考察不同椭圆度、壁厚以及管径条件下,管道应力分布和极限载荷值的变化。结果表明,含椭圆度管道的最大应力随椭圆度的增大而迅速增大,管道极限载荷值随椭圆度增大而线性减小,椭圆度、壁厚及管径对管道的安全性有很大影响。     

固定管板式换热器管板与换热管的可靠性分析

主要利用ANSYS有限元软件对固定管板式换热器管板与换热管进行应力分析,获得了该结构的应力强度分布图,可知该结构的最大应力强度发生在筒体与管板的连接处,最大应力强度为160.133 MPa。然后在应力分析的基础上,利用ANSYS有限元软件中的蒙特卡罗法对该结构进行可靠性分析,经过分析获得了其在置信度为95%且初值极限状态Z〈0（Z=σs-σmax）,其中σs为材料的屈服强度,σmax为容器在使用过程中出现的最大应力）的情形下的概率平均值为3.264 8%,即说明容器的可靠度为96.735 2%,并绘制了Z在置信度为95%的情形下的分布图和输出结果参数的灵敏度图,通过此次分析证明了该固定管板式换热器管板与换热管结构是安全可靠的。     

硫磺回收装置之废热锅炉管板结构有限元应力分析

针对废热锅炉拉撑平管板的结构特点,对拉撑平管板与换热管连接部分进行了有限元分析,建立了三维有限元力学分析模型,按照JB4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》的规定进行了应力强度评定。有限元计算结果表明,所分析结构的强度能够满足设计要求。     

焦炭塔堵焦阀接管部位的应力计算及高温应力测定

为算出一座焦炭塔堵焦阀接管处的管端推力（矩）数值及塔体接管部位的应力，特选用等值刚度法ＦＡＯＰ及有限元法ＭＳＣ两个标准程序分别对该塔的高温进油管系及塔体接管部位进行了柔性分析及应力计算。为了验证计算方法的正确性，还在接管部位用电测法进行了高温应力测定试验。结果证明两者数值吻合