换热设备第2讲-管板计算

管壳式换热器简图
1-管子；2-封头；3-壳体；4-接管；5-管板；6-折流板
管板的设计
管板基本情况
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管板基本情况
管板基本情况
管板强度分析的三种基本假设•
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管板结构
简化模型1
管板结构
简化模型2
管板结构
简化模型3
荷、放置在弹性基础上的受
管孔均匀削弱的当量圆平板
GB151《管壳式换热器》中
管板设计的基本考虑
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黄克智院士和管板设计规范
黄克智院士和管板设计规范
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黄克智院士和管板设计规范
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黄克智院士和管板设计规范
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“全国科学大会奖”
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黄克智院士和管板设计规范
黄克智院士和管板设计规范
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管板的设计思路-1
• 1 管板的弹性分析
变形协调条件
管板内力与变形分析
管板的设计思路-2
• 2 危险工况的确定
由于换热器运行时，不能保证管程与壳程压力同时作用，在计算管板应力或厚度时，要考虑以下四种危险工况：
a) 只有壳程压力Pt,管程压力Pt=0,不考虑温差b) 只有壳程压力Ps,管程压力Pt=0,考虑温差，正温差比负温差危险，分别为管子与壳体的线膨胀系数分别为管子与壳体的平均壁温
为换热器装配时的温度
()()00θθαθθα−>−s s t t t αs αt θs θ0θ
管板的设计思路-2
• 2 危险工况的确定
c) 只有管程压力Pt,壳程压力Ps=0,不考虑温差d) 只有管程压力Pt,壳程压力Ps=0,考虑温差，负温差比正温差危险，()()
00θθαθθα−<−s s t t
管板的设计思路-3 3 管板应力的校核
径向应力随半径变化曲线
管板的设计思路-4 3 管板应力的调整
工程中实际做法-1借助压力容器设计软件
管板设计的辅助软件
管板的计算十分繁杂，尽管GB151提供了便于工程应用的计算式和图表，但手算工作量很大，为此，我国已开发了包括管壳式换热器在内的化工设备强度计算软件，SW6,包括了管板的设计与校核。

SW6-1998 V2.0 《过程设备强度计算软件包》及PVCAD《计算机辅助设计软件包》
压力容器设计计算软件包•SW6《过程设备强度计算软件包》，以下简称SW6-98。

该软件包是以国标GB150《钢制压力容器》；
GB151《钢制管壳式换热器》；GB12333《钢制球形储罐》；JB4710《钢制塔式容器》；JBxxxx《钢制卧式容器》及HG20582《钢制化工容器强度计算规定》为编制依据。

它的运行环境为WINDOWS系统，此软件在运行过程中直观、方便、灵活。

•该软件包含了10个设备计算程序，每个设备计算程序既可进行设备的整体计算，也可进行该设备中某一个零部件的单独计算。

SW6-98软件内容
•SW6-98软件有10个设备级计算程序，一个零部件计算程序和一个用户材料数据库管理程序。

每个计算程序有对应的一组图标，只要点击图标就能使某个程序运行。

•SW6-98对一种设备的输入数据文件都规定了一个后缀名。

工程中实际做法-2借助有限元方法
传热分析计算结果
应力分析计算结果
应力分析计算结果
危险点及危险截面
管板参考文章及书目
薄管板的设计
薄管板的设计
16
1412108管板厚度
（mm ）1400-1800900-1200700-800500-600300-400公称直径
（mm ）
浮头式换热器管板的设计
浮头式换热器中因管束可以自由伸长，不存在温差应力，管板的边界条件按简支考虑。

浮头式换热器管板的设计
U 形管换热器管板的设计[]t
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t s i p p D t σμ5.1556.0−=
U型膨胀节的计算
膨胀节实物图膨胀节是一种挠性元件，能有效地补偿轴向变形，所以能有效降低管子与壳体的轴向力。