某换热器管板的有限元分析设计_季维英
中间加热器管板有限元数值计算分析设计
中间加热器管板有限元数值计算分析设计李洁;傅建楠;柴飞;高建文;宋晞明【摘要】针对GB 151-1999《管壳式换热器》没有相关计算方法的中间加热器管板特殊结构,探讨了使用基于有限元数值计算的分析设计方法对管板进行结构强度计算的思路、基本步骤及应力强度评定方法.【期刊名称】《煤气与热力》【年(卷),期】2014(034)006【总页数】6页(P37-42)【关键词】加热器;管板;有限元;分析设计;数值计算【作者】李洁;傅建楠;柴飞;高建文;宋晞明【作者单位】中国市政工程华北设计研究总院第四设计研究院,天津300074;中国市政工程华北设计研究总院第四设计研究院,天津300074;中国市政工程华北设计研究总院第四设计研究院,天津300074;中国市政工程华北设计研究总院第四设计研究院,天津300074;中国市政工程华北设计研究总院第四设计研究院,天津300074【正文语种】中文【中图分类】TK1721 问题描述中间加热器是天然气液化前净化阶段中的一个重要设备，为脱水、脱碳吸附塔提供热源，使吸附饱和的填料再生。
脱碳和脱水工艺操作过程为:加热、吹冷、吸附和切换四个步骤。
加热热源来自中间加热器(以下简称加热器)中U形换热管内的电加热芯，电加热芯是由防爆加热电阻丝和绝缘导热填充物组成。
加热器与脱碳吸附塔、脱水吸附塔串联布置。
加热过程:常压(0～0.005 MPa)、5℃的干燥纯氮气送入加热器壳体内，经过电加热芯加热到300℃，加热后的氮气送到脱碳吸附塔和脱水吸附塔中，将塔内饱和的填料再生，带走填料吸附的物质。
吹冷过程:此时电加热芯停止加热，继续输入氮气，加热器、脱碳吸附塔和脱水吸附塔内温度由300℃下降至20℃。
吸附过程:停止氮气输入，经过加热器(此过程中电加热芯处于停止加热状态)输入5.5 MPa、5℃的天然气，进入脱碳吸附塔和脱水吸附塔中，填料发挥吸附作用，天然气得到净化。
切换过程:停止天然气输入，加热器内余留天然气经由管道减压排出，加热器中天然气压力由5.5 MPa降至常压，此时加热器中工作温度为5℃。
基于ANSYS的管板有限元分析及其优化设计
基于ANSYS的管板有限元分析及其优化设计作者：王战辉马向荣范晓勇来源：《当代化工》2019年第03期摘 ;;;;;要：换热器中的管板除了承受管程压力和壳程压力之外，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，对管板进行结构的优化分析，所得结论对于换热器中管板的优化具有一定的指导意义。
关 ;键 ;词：管板;ANSYS;应力;优化中图分类号：TQ 657.5 ;;;;;文献标识码： A ;;;;;;文章编号： 1671-0460（2018）03-0602-04Abstract： In addition to tube pressure and shell pressure， tube plate in the heat exchanger also bears temperature difference stress caused by thermal fluid and cold fluid due to temperature gradient. The force of tube plate is complex and changeable， which seriously affects economy and safety of heat exchanger. Therefore， ANSYS finite element analysis software was used to analyze the stress and thermal stress coupling of tube plate， distribution characteristics of stress cloud map were compared， and then the stresses in seven working conditions were evaluated. Finally， tube plate mass was used as objective function， tube plate thickness was used as the design variable and tube plate maximum stress was used as the state variable， optimization analysis of tube plate structure was carried out.Key words： Tube plate ; ANSYS; Stress; Optimization换热器也称换交热器，是一种能在热流体和冷流体之间交换热量的装置。
双管程换热器管板的有限元分析计算
双管程换热器管板的有限元分析计算
门伟
【期刊名称】《科技与企业》
【年(卷),期】2016(000)001
【摘要】本文采用了建出与管板接触的管箱法兰,在管箱法兰端部施加固定约束,并在管箱法兰与管板法兰接触的密封面处设置接触的方法进行管板有限元分析.这样所得结果与实际贴近,不会因约束管板局部位置而造成不合实际的应力集中现象,且克服了传统管板计算理论的局限性.计算完成后发现温度产生的应力很大,于是对管板结构进行了改进优化,优化后的管板应力降低,各路径的应力均满足JB4732-95的规定.
【总页数】3页(P223-225)
【作者】门伟
【作者单位】山东豪迈机械制造有限公司潍坊 266045
【正文语种】中文
【相关文献】
1.换热器管板布管程序的开发与应用 [J], 黄之军;王静;刘鸿彦
2.多管程管壳式换热器管板隔板槽面积计算 [J], 范勇波
3.单管程浮头换热器浮动端的法兰和环形板的合理计算方法 [J], 李英;杨良瑾
4.单管程浮头换热器中夹持环形板的校核计算 [J], 李英
5.单管程浮头换热器的管板强度计算 [J], 王伟
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内压简体周向开设矩形排孔的三维有限元分析
3-D FEM Analysis for Circumferential Rectangular Ligaments on Cylindrical Shell of an Internal
Pressure Vessel
作者： 季维英[1] 杨小军[2]
作者机构： [1]南通职业大学机械工程学院,江苏南通226007 [2]南通精华制药股份有限公司,江苏南通226001
出版物刊名： 南通职业大学学报
页码： 81-83页
年卷期： 2011年 第4期
主题词： 内压筒体 矩形排孔 周向分布 强度评定 有限元分析
摘要：利用有限元分析软件ANSYS Workbench对某内压筒体沿周向开设矩形排孔的结构进行有限元分析，得到该结构的应力分布状况和最高应力水平，并据标准对此结构进行了强度评定。
分析结果表明，沿筒体轴向因开孔致应力集中的影响范围较小，而周向各接管开孔应力集中的影响互相叠加，其范围遍布筒体的整个周向，最大应力分布在各接管拐角和各接管与筒体的角焊缝处，故矩形接管的焊缝应全焊透且需进行表面渗透检测，以满足JB4730I级合格标准，并避免安排在拐角处。
U型管式换热器设计软件开发及关键部件有限元分析
U型管式换热器设计软件开发及关键部件有限元分析摘要此次设计的内容是基于U型管式换热器设计的Visual Basic程序软件开发及关键部件有限元分析。
本次设计的主要内容包括U型管式换热器设计前提和设计方案的确定、对工艺结构的尺寸的计算和选择、核算热流量和壁温、计算换热器内流体的压降，再对计算结果进行校核。
工艺结构计算主要有对换热管束的型号选择和设计选择确认换热管的排列布置形式；对封头、管板、管箱、壳体内径、拉杆和折流板的计算及法兰和支座选取和其它附件的计算选取等。
然后再以此工艺结构计算的设计为基础，利用Visual Basic结构清晰明白的结构化程序设计理念，从而设计出一种改变初始条件即可以一键列出所需U型管式换热器的设计计算结果的软件。
再利用ANSYS10.0软件对本次设计的管式换热器中的关键部件的受力范围分析和校核，使得设计更加的准确和合理。
总之，该软件利用了VB可以创建多个窗口，每个窗口利用各自所编写的代码既保证自身的独立性但又可以相互联系的特点，让数据能够自行输入，并在软件中添加了相关的信息提示，从而使本次设计更加准确。
关键词：换热器，U型管，工艺计算，Visual Basic，ANSYS10.0U-TUBE HEAT EXCHANGER DESIGN SOFTWARE DEVELOPMENT AND FINITE ELEMENT ANALYSIS OFKEY COMPONENTSABSTRACTThe content of this design is based on the Visual type tube heat exchanger design Basic U program software development and key components of the finite element analysis.In short, the software is using VB can create multiple windows, and each window has its own design part of the calculation, the written code to make each form between independent and there is a link, let the data to their own input, and in software add relevant information tips, so as to make the design more accurThe main content of this design includes U type tube heat exchanger; the size of the initial conditions, process of determining structure calculation, heat flows from the accounting and wall temperature calculation, calculation for heat exchanger fluid pressure drop, parts of the selection and calculation of check. The calculation process is mainly including the calculation results of heat exchanger selection, calculate and determine the design of the heat exchanger heat area; structure calculation process are selection of heat transfer tube type and heat transfer tube arrangement, the shell diameter calculation and selection, calculation of the calculations of flow plate selection, takeover and other accessories selection. Then to calculate the structure for this process as a basis for the design, the use of visual basic structure is clear and clear structured program design concept, to design a kind of changing the initial conditions that can be a key list of U type tube for heat exchanger design and calculation results of software. Using ANSYS10.0 software to analyze and check the force range of the key components of the design of the tube type heat exchange.KEY WORDS: heat exchanger，U-tube，Process calculation，Visual Basic，ANSYS10.0目录前言 (1)第1章U型管式换热器的工艺计算 (2)1.1 换热器设计任务和设计前提 (2)1.1.1 设计任务 (2)1.1.2 设计前提 (2)1.2 设计步骤 (2)1.2.1 设计方案的确定 (2)1.2.2 流体基本参数的确定 (3)1.3 U型管式换热器的设计计算过程 (3)1.3.1 热流量的计算 (3)1.3.2 平均温度差的计算 (4)1.3.3 根据热流量估算换热面积 (4)1.3.4 工艺结构尺寸的确定 (4)1.3.5 换热器的校核 (6)1.3.6 壁温核算 (8)1.3.7 各部分流体阻力的计算 (8)第2章结构设计与选取 (10)2.1 换热管束 (10)2.2 封头的计算 (11)2.3 管板的计算 (11)2.4 管箱的计算 (14)2.5 壳体的计算 (15)2.6 拉杆的计算 (15)2.6.1 拉杆结构形式 (15)2.6.2 拉杆的直径和数量 (15)2.7 折流板的计算 (17)2.8 法兰的选择 (17)2.9 支座的选择 (18)第3章Visual Basic软件编程 (19)3.1 主要设计模块及流程 (19)3.1.1 流程图 (19)3.2编辑程序 (19)3.2.1 进入VB的基本界面 (19)3.2.2 初始参数窗体的编辑 (20)3.2.3 计算换热器工艺结构尺寸的窗体 (21)3.2.4 换热器面积裕度的校核的窗体 (23)3.2.5 壁温核算和各部分压降的窗体 (25)3.3 换热器基本结构的软件设计 (26)3.4 换热器的汇总窗体设计 (30)第4章关键部件的有限元分析 (33)4.1 U型换热管的有限元分析 (33)4.1.1 单元类型和材料属性的建立 (33)4.1.2 换热管模型的建立 (33)4.1.3 网格划分 (34)4.1.4 载荷的施加 (35)4.1.5 查看结果 (35)4.2 管板的有限元分析 (37)4.2.1 设定单元类型和材料属性 (38)4.2.2 创建管板模型 (38)4.2.3 网格的划分 (39)4.2.4 载荷的施加 (39)4.2.5 查看结果 (40)结论 (42)谢辞 (43)参考文献 (44)外文资料翻译 (46)前言换热器是将不同温度流体进行热量的交换，从而可以使某些流体升温或者降温，来达到设计所需要的工艺流程的温度的装置[1]。
加氢裂化装置新型换热器管板的有限元分析
和反应 流 出物／ 低分 油换 热器 ， 装置 的能耗 影 响 对
很 大 。传 统 的高压 加氢换 热 器一般 采 用螺纹 锁 紧
为 了控制 整 个 炼 油装 置 的能 耗 ， 油 加 工 的 炼 规模 呈 现上升 趋 势 。加 氢 裂化 是主 要 的原油 炼 制 环 换热 器 、 环 换 热 器 以 及 隔 膜 密 封 式 换 热 器 。 Ｑ 由于原 油 品种 的 复杂 性 ， 置 中 的腐 蚀 环境 经 常 装
ｈ ｓ ｂ ｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｉ ｈ ｓｐａ ｅ ．Ｆｉ ｉｅ Ｅｌ ｍｅ ｔ ａｙ ｉ ｎ ｔｅ ｓ ａ ｓ ｓ ｍｅ ｔｉ ａ ｏ ｓｌ ａ ｏ ｉ ａ ｅ ｎ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｎ ｔ ｉ ｐ ｒ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓ Ａｎ ｌ ｓｓａ ｄ ｓｒ ｓ ｓ ｅ ｓ ｎ ｎ ｖ ｒ ｕ ｏ ｄ ｃ ｎｄ— ｉ ｔｏ ｓ ｈ ｖ ｅ ｎ ｃ ｒｉ ｄ ｏ ｔｏ ｕ ｅ—ｓ ｅ ｔｏ ｈ ｓｎ ｗ ｙ ｅ ｔｅ ｃ ａ ｇ ｒ ａｅ ｙａ ｄ ｅ ｅ ｇ ｃ ｎ ｍｉａ ｉ ｎ ａ ｅ ｂ ｅ ａ ｒｅ ｕ ｎ ｔ ｂ ｈ ｅ ｆｔ ｉ ｅ ｔｐｅ ｈ ａ ｘ ｈ ｎ ｅ ．Ｓ ｆ ｔ ｎ ｎ ｒｙ ｅ ｏ ｏ ｚ — ｔｏ ｆｔ ｉ ｒ ｄ ｔｈ ｖ ｅ ｎ ｐ ｏ ｅ ｎ ｐ ａ ｔｃ ｌａ ｐ ｉ ａｉｎ． ｉ ｎ ｏ ｈｓ ｐ ｏ ｕｃ ａ ｅ ｂ ｅ ｒ ｖ ｄ ｉ ｒ ｃ ｉａ ｐ ｌｃ ｔｏ
Байду номын сангаас
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基于有限元方法对换热器设计方案的改进
基于有限元方法对换热器设计方案的改进
季维英;陈荣
【期刊名称】《化工装备技术》
【年(卷),期】2007(028)001
【摘要】采用三维有限元方法,对某固定管板式换热器在温度载荷作用下进行热应力分析.根据热应力分布特点,分析温度载荷对管板、壳体等产生的影响,提出设计方案的改进,并作同样的有限元分析.经比较发现,改进后热应力大大减小.
【总页数】4页(P50-53)
【作者】季维英;陈荣
【作者单位】南通职业大学,南通市,226007;南通迪爱生色料有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ0
【相关文献】
1.基于有限元方法的立式加工中心主轴箱结构分析与改进 [J], 潘石群;茅亮亮;陈攀
2.基于有限元方法的发动机悬置强度改进设计 [J], 姜莞;史文库;滕腾;王清国
3.基于有限元方法的翼开式厢体结构分析及改进 [J], 徐道雷;杜子学;张庆夫
4.基于有限元方法的轨道吊轨临时支护的改进 [J], 石修灯
5.基于H型翅片管的烟气余热换热器设计方案 [J], 李权
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换热器热应力耦合分析有限元分析
第一章 课题相关知识介绍2.1散热片知识散热片是一种给电器中的易发热电子元件散热的装置，多由铝合金，黄铜或青铜做成板状，片状，多片状等，如电脑中CPU 中央处理器要使用相当大的散热片，电视机中电源管，行管，功放器中的功放管都要使用散热片。
一般散热片在使用中要在电子元件与散热片接触面涂上一层导热硅脂，使元器件发出的热量更有效的传导到散热片上，在经散热片散发到周围空气中去。
2.1.1散热片的材质比较就散热片材质来说，每种材料其导热性能是不同的，按导热性能从高到低排列，分别是银，铜，铝，钢。
不过如果用银来作散热片会太昂贵，故最好的方案为采用铜质。
虽然铝便宜得多，但显然导热性就不如铜好（大约只有铜的50%左右）。
目前常用的散热片材质是铜和铝合金，二者各有其优缺点。
铜的导热性好，但价格较贵，加工难度较高，重量过大（很多纯铜散热器都超过了CPU 对重量的限制），热容量较小，而且容易氧化。
而纯铝太软，不能直接使用，都是使用的铝合金才能提供足够的硬度，铝合金的优点是价格低廉，重量轻，但导热性比铜就要差很多。
有些散热器就各取所长，在铝合金散热器底座上嵌入一片铜板。
对于普通用户而言，用铝材散热片已经足以达到散热需求了。
北方冬季取暖的暖气片也叫散热片。
散热片在散热器的构成中占有重要的角色，除风扇的主动散热以外，评定一个散热器的好坏，很大程度上取决于散热片本身的吸热能力和热传导能力 2.1.2散热片结构的设计 1. 肋片的散热量肋基导入的热量向肋端传递，经肋片传给流体，因此肋片得热平衡方程为： 肋基导入的热量Φ=Φ流体带走的热量λ所以肋片向流体的传热量恒等于肋基截面上导入的热量，根据傅立叶定律得 每片等截面直肋散热量的计算式为：)(1)(0mH th m h m h mH th m A H Hλλθλ++=Φ （2—1）式中：Φ ——散热量，W ；λ ——肋片导热率，W/（m.K ）；A ——肋片的横截面积，2m ；0θ——肋基过余温度，C 0；m —— 肋片组合参数，Azm λα=H h ——肋端处的对流换热系数，W/（2m ·K ）；H ——肋高，m 。
换热器管板有限元分析模型研究
换热器管板有限元分析模型研究陈楠;贺小华;邵虎跃;周林【摘要】The numerical analysis study on tube sheet structure of heat exchange has been an active domain of academics and engineering. In this paper, three kinds of simplified model for finite element analysis of tube sheet were founded: The non-porous equivalent solid sheet with bar element model (model A), the solid tube sheet with bar element model (model B) and the solid tube sheet with shell element model (model C). The results of three simplified models were compared with those of entire entity model (model D), It shows that model C is relatively close to model D in terms of stress intensity, axial displacement of tube sheet and tube axial force, the conservative solution is also obtained. The accuracy and efficiency of model C were satisfactory. The results in the paper provide the basis for the discussion of comparatively accurate FEA model for tubesheet.%建立3种换热器管板有限元分析的简化模型:当量实心板与杆单元模型(模型A)；实体管板与杆单元模型(模型B)；实体管板与壳单元模型(模型C),通过典型算例,将3种简化模型的计算结果与全实体模型(模型D)进行对比分析.结果表明,模型C管板的应力强度、轴向位移及管束轴向力均与实体模型D较为接近,且得到保守结果,计算精度及效率优势较为明显.【期刊名称】《食品与机械》【年(卷),期】2012(028)002【总页数】4页(P90-93)【关键词】换热器;管板;有限元模型;管束轴向力【作者】陈楠;贺小华;邵虎跃;周林【作者单位】南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京210009;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京210009;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京210009;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京210009【正文语种】中文换热器作为热交换设备广泛应用于食品与化工等行业。
某换热器管板的有限元分析设计
某换热器管板的有限元分析设计
季维英;陆荣钧
【期刊名称】《南通职业大学学报》
【年(卷),期】2007(21)3
【摘要】应用ANSYS通用有限元分析软件,对某换热器管板建立了三维实体模型,并进行温度场分析,得出管板上温度场的分布规律;同时,按照JB4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》分析了管板在开工、正常操作和停工过程中可能出现的7种瞬态和稳态操作工况的应力强度,并进行应力评定,找出危险工况和该管板强度的控制因素;据此,提出了对设计方案的改进,结果表明,改进后热应力将大大减小.【总页数】5页(P69-73)
【作者】季维英;陆荣钧
【作者单位】南通职业大学,机械工程系,江苏,南通,226007;南通职业大学,机械工程系,江苏,南通,226007
【正文语种】中文
【中图分类】TK223.5
【相关文献】
1.基于有限元分析的固定管板换热器优化设计 [J], 李媛
2.基于ANSYS Workbench的换热器管板有限元分析 [J], 孙志刚;杨湖;杨建良
3.废热锅炉换热器偏心管板的有限元分析 [J], FANG Xiao-li;LI Yu-wei;GAO Jia-nan
4.基于Workbench的换热器管板有限元分析 [J], 马兆泰;李春朋;滑小彤;王在良
5.基于子模型法的大型固定管板换热器有限元分析 [J], 刘斌;刘宪平;董俊华;高炳军
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
某固定管板式换热器的温度场与热应力分析
最大值主要由第一主应力在这个区域的急剧增大引 起的 。厚度方向上的第一主应力 ,在温度变化不大 的区域波动小 ,受到的拉力也很小 ;在温度急剧变化 的薄层区域 ,受到的拉应力也急剧增大 ,成为应力强 度值的主要决定因素 。
路径 2 是进口端在堆焊层处沿筒体厚度方向上 截取的路径 ,方向是由内到外 , 包括 3 mm 的堆焊 层 。应力强度在此出现了较大的变化 ,在堆焊层上 应力强度值达到了最大 ,为 604 MPa ;过了堆焊层区 域后 ,应力强度值急剧减小 。以上的变化趋势是由 于堆焊层部分与筒体温度相差很大 ,导致产生较大 的应力强度变化 。温度的变化和材料属性的变化成 为这个趋势的主要因素 。图 7 是路径 2 上应力与应 力强度变化图 。
465 - 343
41613 - 282
1216
第 2 期 冷纪桐等 :某固定管板式换热器的温度场与热应力分析
·105 ·
112 热分析加载和边界条件 耦合分析的方法是采用间接耦合 ,即先进行热
分析 ,再进行结构分析 。 热分析时仅考虑稳态热传导的情况 。边界条件
为设计方提供 :进口端管程侧附着在管板上的堆焊 层表面施加的温度为 405 ℃,包括胀接在管板上的 管子管程部分的横截面 ;进口端管程上附着在筒体 部分的堆焊层表面施加的温度为 405 ℃;胀接在管 板中的管子大部分单元上的边界节点施加 405 ℃温 度边界 。其余单元的边界为绝热 。壳程侧管板面施 加温度边界为 249 ℃,壳程筒体内表面施加温度为 249 ℃;实体部分的管子伸出部分按照工艺给定温 度为 31014 ℃;出口端管板施加温度为 249 ℃,出口 端筒体施加温度为 265 ℃。 113 结构模型约束与加载
表 1 换热器工艺参数表 Table 1 Technological parameters of heat exchanger
板式换热器框架的有限元分析及应变试验研究
第 57 卷第 1 期2020 年 2 月化 工 设 备 与 管 道PROCESS EQUIPMENT & PIPINGV ol. 57 No. 1Feb. 2020板式换热器框架的有限元分析及应变试验研究薛子萱（天津百利机械装备集团有限公司中央研究院，天津 300350）摘 要：为了研究板式换热器固定压紧板、活动压紧板应力规律和夹紧螺柱载荷大小，在ANSYS 软件中建立板式换热器框架有限元模型，分别得到框架在单侧液压试验工况的分析结果。
实施了框架的应变实验，直接测出了固定压紧板和活动压紧板的应变数据，间接测出了夹紧螺柱的载荷数据，对比分析了有限元分析结果和应变试验结果，分析和试验研究表明：固定压紧板和活动压紧板的最大应力位于板的中心位置，应力幅值从板中心向四周逐渐减小，主应力方向与水平方向基本一致；夹紧螺柱的最大载荷位于中间螺柱。
研究结论对板式换热器框架的设计和优化提供一定参考价值。
关键词：板式换热器；有限元分析；应变实验；ANSYS中图分类号：TQ 050.2；TH 123 文献标识码：A 文章编号：1009-3281（2020）01-0041-006收稿日期：2019-07-19作者简介： 薛子萱（1987—），男，高级工程师。
从事机械设备的设计、仿真与验证工作。
板式换热器作为一种传热效率高、安装简单的换热设备，广泛应用于石油化工、冶金环保、轻工食品等行业，板片和垫片安装在固定压紧板和活动压紧板之间，通过夹紧螺柱夹紧，板片和垫片按照一定数量排列组合后，形成不同的换热面积。
某板式换热器框架的结构示意如图1所示，由固定压紧板、活动压紧板、上导杆、下导杆、支柱等零件组成。
NB/T 47004—2009《板式热交换器》规定了夹紧螺柱的载荷、面积及最小直径的计算公式，指出了“压紧板的刚度计算至今没有成熟可采纳的计算公式”现状 [1]。
标准中关于夹紧螺柱的理论计算，以所有螺柱均匀受力的假设为前提，但是数值模拟 [2]和试验验证 [3]等案例证明，板式换热器的夹紧螺柱受力存在明显的不均匀性，因此，经验公式计算结果存在一定误差。
绕管式换热器管板的有限元应力分析与结构优化
绕管式换热器管板的有限元应力分析与结构优化陈杰;纪博文;庄大伟;鹿来运;张晓慧;丁国良【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2018(069)0z2【摘要】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.【总页数】7页(P128-134)【作者】陈杰;纪博文;庄大伟;鹿来运;张晓慧;丁国良【作者单位】中海油气电集团技术研发中心,北京 100027;上海交通大学机械与动力工程学院,上海 200240;上海交通大学机械与动力工程学院,上海 200240;中海油气电集团技术研发中心,北京 100027;中海油气电集团技术研发中心,北京 100027;上海交通大学机械与动力工程学院,上海 200240【正文语种】中文【中图分类】TQ051【相关文献】1.绕管式换热器管板有限元应力分析 [J], 占双林;冯义浩;李肖蔚2.绕管式换热器管板应力的实验研究 [J], 赵挺;杨仲民;丛敬同3.横摇工况下FLNG绕管式换热器降膜流动换热数值模拟研究 [J], 李玉星;刘亮;王少炜;朱建鲁;韩辉;孙崇正4.垂荡工况绕管式换热器壳侧流动沸腾换热特性实验研究 [J], 陈杰;李剑锐;密晓光;丁国良;胡海涛;丁超5.绕管式换热器局部结构强度数值模拟计算 [J], 张晓慧;密晓光;鹿来运;苏清博因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
非对称薄管板换热器的有限元分析
非对称薄管板换热器的有限元分析叶增荣【摘要】对某非对称薄管板换热器建立了有限元模型进行温度场和应力场分析,结果表明管束布置的非对称性未对薄管板的温度场造成明显影响,薄管板各部位沿管板厚度方向的温度变化均呈线性分布,未出现较大的温度梯度.然而该非对称性对薄管板的应力分布却存在显著影响:薄管板非布管区的应力和变形明显高于布管区,两者对比存在显著差异.此外在温度载荷与压力载荷共同作用时,薄管板高应力区位于薄管板与壳体连接的圆弧过渡区内表面,该处的应力分布具有典型的非轴对称特性.%The finite element model of thin tube-sheet heat exchangers is established for the temperature field analysis and the stress field analysis,which has asymmetrical tube layout.The result shows that the asymmetrical tube layout has not obvious influence on the temperature field of the thin tube sheet.The temperature variation of the thin tube-sheet shows a linear distribution along the thickness and there is not large temperature gradient.However,the asymmetry has a significant influence on the stress field of the thin tube sheet.The stress and deformation in non perforated region are obviously higher than them in perforatedregion.There exists significant difference between them.Otherwise under the combined effect of temperature load and pressure load,the high stress of the thin tube-sheet is mainly located in the inner surface of the circular arc zone,which is connected with the thin tube-sheet and the shell.The stress intensity value has the asymmetrical characteristic.【期刊名称】《压力容器》【年(卷),期】2016(033)012【总页数】9页(P28-36)【关键词】非对称性;薄管板;有限元;应力分析【作者】叶增荣【作者单位】南京金凌石化工程设计有限公司,江苏南京210042【正文语种】中文【中图分类】TH49;TQ051.5;O241.82硫磺回收装置中的硫冷凝器是一种将经反应炉处理后的酸性气冷却，分离出液态硫的、同时产生低压蒸汽的非对称薄管板换热器。
基于ASME管壳式换热器管板有限元分析技术研究
基于ASME管壳式换热器管板有限元分析技术研究邓海军;于勇【摘要】应用ANSYS有限元软件建立三维实体模型对换热器管板进行了热固耦合分析,并依据ASME[1]规范进行了评定.对管板进行了7种载荷组合工况的分析,并进行了全面的研究,保证了管板的安全.通过研究管板壁厚的变化对应力分布的影响,掌握了管板壁厚对应力分布的影响规律,并提出了优化意见.【期刊名称】《有色设备》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】4页(P7-10)【关键词】管板;有限元;组合工况;强度评定【作者】邓海军;于勇【作者单位】中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司,北京100000;中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司,北京100000【正文语种】中文【中图分类】TQ051.5管壳式换热器是石化行业中最常见的设备。
而管板是连接壳体、管束和管箱，并承受压力和热膨胀的主要部件，是管壳式换热器不可缺少的重要元件，对换热器的安全性和经济性有重要的影响。
对于封头、管箱、壳体、管子等部件而言，管板的受力情况更加复杂且苛刻。
因此，管壳式换热器管板的应力分析和计算非常重要。
本文以某项目的管板兼作法兰的固定管板换热器为例，应用ANSYS有限元分析软件进行分析研究。
管板及其附属结构采用Solid45实体单元。
传热分析采用Solid70热分析单元。
三维有限元模型见图1[2-3]。
先对管板进行稳态传热分析，得出温度场分布。
(1)热分析边界条件换热器筒体及法兰外表面处于自然对流的空气中，空气温度为20 ℃，空气自然对流传热系数约为1～10 W/(m2℃)。
该换热器筒体及法兰外表面对流传热系数设定为6 W/(m2℃)。
管程平均温度为20 ℃，在管箱内表面、管板管箱侧表面以及换热管内表面施加该温度边界条件。
壳程平均温度为190 ℃，在筒体内表面、管板壳程侧表面及换热管外表面施加该温度边界条件。
(2)温度分布管板温度分布图见图2。
管程设计压力为2.5 MPa，壳程设计压力为0.5 MPa。
基于有限元方法对换热器设计方案的改进
５ ２
基于有限元方法对换热器设计方案的改进
部， 其次是在管板与换热管连接处。最大热应 力值达 ４ ７Ｍ ａ ０ Ｐ ，如图５所示 。将该应力分布
云图放大并避开换热管，如图 ６ 所示 ，可见最 大热应力 发生在 图中的 Ａ点 。其原 因为 ：壳
（ 中 Ｐ 为一次局部薄膜应力 ，Ｐ 为一次 弯 表 Ｌ
下的热应力分布特点 ，并提出了考虑温度载荷
的介质 ，其厚度主要根据壳体所受到的壳程压 力来确定 。管板的结构设计主要依据 Ｇ ＩＩ Ｂ５ 一
１９ ，Ｇ １ １ １９ ９９ Ｂ ５ — ９ ９中关于换热器管板 的强度 校核所依据的是弹性力学的薄板理论 ，即在轴
作用 的换热器设计方案的改进 。
（ ） 由裂纹的宏观以及微观形貌 特征分 ２ 析可知 ，裂纹呈脆性开裂特征 ， 且断 口上没有
腐蚀 产物 。 （ ） 焊缝 材料 金 相组 织 分 析 和 裂纹 在 金 ３
说明该裂纹与焊接冷裂纹的特征是一致的，且 发生的部位也是一致的。 综 上所 述 ，本次 出现 管板焊 缝 的开 裂是焊 接冷裂纹。根据金相组织判断，产生冷裂纹的
原因主要是焊前预热温度不足和焊后冷却速度
过大。建议在焊接厚管板与管子角焊缝时，要 采 用 正确 的焊接 工艺 。
（ 收稿 日期 ：２０ －５０ ） ０ ６０ －８
相 中的形貌特征分析表明，焊缝材料的组织主 要是共析的铁素体和粒状贝氏体 ，裂纹呈主杆
单条且两侧有 “ 发芽状” 小裂纹。这些 特征
计方案的改进 ，并作 同样的有限元分析 。经比较发现，改进后热应力大大减 小。 关键词 换热器 管板 挨热器 温度载荷 设计方案 有限元
按常规设计 方法…，换热器 壳体 的选材 需综合考虑壳程所承受的压力 、温度以及壳程
基于有限元模拟的板式换热器结构分析
基于有限元模拟的板式换热器结构分析作者：林伟杰武全萍马竞男来源：《科技风》2019年第30期摘;要：板式换热器作为一种压力容器，其结构强度的优劣对换热器性能有较大的影响。
本位利用SolidWorks软件建立了板式换热器的三维模型，并结合ANSYS软件对板式换热器的结构进行有限元分析，得出了板式换热器结构应力的分布情况。
通过结果分析，可以为板式换热器的结构优化提供依据。
关键词：板式换热器;结构应力;ANSYS分析中图分类号：TQ 051.5板式换热器具有传热系数高，适应性强，易于清洗和相对于管式换热器来说金属耗材小等优点，在能源、食品、化工、纺织等各行各业中都有着广泛的应用。
但板式换热器在设计时，其流程与管程依照所选取介质的流动状态计算而定，所以选取范围比较广泛。
因此在换热器的设计中往往存在着较大的不确定性。
在设计计算完成之后，通常需要通过有限元分析的方式，来模拟换热器在实际工作状况下的受力情况。
通过对板式换热器的有限元分析来模拟其结构应力，并根据此计算模拟结果对其进行总结分析，[1]根据此分析结果，可以为板式换热器的正常使用和故障检测提供支持，也可为提高换热器性能提供理论依据。
本文通过ANSYS软件对某板式换热器的结构应力进行了有限元模拟分析，并根据模拟结果分析了板式换热器在运行过程中可能存在的问题。
1 换热器数值模拟分析所选取的板式换热器板片的几何参数如表1所示，换热器的材料属性如表2所示。
用ANSYS软件，对换热器进行模拟，模拟结果如图1所示。
因为该换热器为对称结构，根据它的结构特点和载和性质，只对该换热器的其中一半进行三维建模并做有限元分析，[2]所有部位均采用非結构化网格进行网格划分。
为简化建模和计算，本文采用8根弹簧来代替板片做应力分析。
1.1 应力加载根据对换热器的计算，换热器管程压力为1.6MPa，选取当地的重力加速度为9.8m/s2，经计算可得螺栓预紧力为64550N，温差压力可以忽略不计。
固定管板式换热器管板的有限元分析
固定管板式换热器管板的有限元分析陈慕天;谢禹钧;张芳瑶【摘要】The stress of tube-sheet heat exchanger was analyzed by using the ANASYS software, the stresses of tube-sheet under three different load conditions of tube side pressure, shell pressure and thermal load were obtained, respectively. According to the JB4732-95 Steel pressure vessels-the standard of analysis design, the strength of the dangerous sections was assessed. The analysis results indicated that the intensity requirement of the tube-sheet was satisfied. The paper can provide the reference for the safety assessment of the heat exchanger in service.%应用 ANSYS 软件对固定管板式换热器管板进行应力分析，得到管程压力，壳程压力和热载荷三个不同工况组合下管板的应力，并根据 JB4732-95《钢制压力容器-分析设计标准》对危险截面进行应力强度评定。
分析结果表明，管板的强度满足要求，此文的研究方法为同类型换热器安全评估提供了参考。
【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2014(000)007【总页数】3页(P1227-1229)【关键词】换热器;ANSYS;管板;强度评定【作者】陈慕天;谢禹钧;张芳瑶【作者单位】辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺 113001【正文语种】中文【中图分类】TQ050换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也提高能源利用率的主要设备。
固定管板式换热器管板的有限元分析
文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １ － ０ ４ ６ ０（ ２ ０ １ ４）Ｏ ７ — １ ２ ２ ７ － ０ ３ 中 图分 类 号 ：Ｔ Ｑ ０ ５ ０
Ｆｉ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｅｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ Ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｔｕｂｅ Ｓ ｈｅ ｅ ｔ ｉ ｎ ａ Ｆｉ ｘ ｅ ｄ Ｔｕ ｂｅ Ｓｈｅ ｅ ｔ Ｈｅ ａ ｔ Ｅｘ ｃ ｈａ ｎｇ ｅ ｒ Ｃ ＨＥ ＮＭｕ — Ｔ ｉ ａ ｎ ，Ｘ Ｉ Ｅ Ｙ ｕ － ｊ ｕ ｎ ，Ｚ ＨＡ ＮＧｆ ａ ｎ ｇ － ｙ ａ ｏ
由较高的流体传递给温度较低的流体 ，使流体温度
达到 流程 规定 的指标 ，以满 足工艺 条件 的需 要 ，同
时也提高能源利用率的主要设备。换热器是化工 、 石油 、 动力 、 食品及其它许多工业部 门的通用设备 ， 在生 产 中 占有 重 要地 位 。我 国换热 器 的设计 标 准采
（ Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｈ ｉ ｈ ｕ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｆ ｕ ｓ ｈ ｕ ｎ １ １ ３ ０ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｕ ｂ ｅ — ｓ ｈ ｅ ｅ ｔ ｈ ｅ ａ ｔ ｅ ｘ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｒ ｗａ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ＡＮＡＳ ＹＳ ｓ ｏ ｔ ｆ ｗａ ｒ ｅ ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｕ ｂ ｅ ． ｓ ｈ ｅ ｅ ｔ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｄ ｉ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｕ ｂ ｅ ｓ ｉ ｄ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ， ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌｌ ｏ ａ ｄ ｗｅ ｒ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ，
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力进行详细分析。 ３．１ 温度场分析
分析的重点在于换热器稳定工况下的温度分 布情况， 因此， 可仅进行稳态热传导分析。通过求 解得到模型温度场分布云图如图 ４。该结果直观 地验证了管板温度分布的“表皮效应”［ ３ ］。
ＮＯＤＡＬ ＳＯＬＵＴＴＯＮ ＳＵＢ＝１ ＴＩＭＥ＝１ ＴＥＭＰ （ ＡＶＧ） ＲＳＹＳ＝０ ＳＭＩＶ＝１５０ ＳＭＸ＝２２０
ＮＯＤＡＬ ＳＯＬＵＴＴＯＮ ＳＴＥＰ＝１ ＳＵＢ＝１ ＴＩＭＥ＝１ ＳＩＮＴ （ ＡＶＧ） ＤＭＸ＝１．２２９ ＳＭＩＶ＝２３６００８ ＳＭＸ＝．４０７Ｅ４＋０９
ＭＡＲ ２２ ２００６ ２１∶２１∶０１
２３６００８ ．４５５Ｅ＋０８ ．９０７Ｅ＋０８．１３６Ｅ＋０９ ．１８１Ｅ＋０９ ．２２６Ｅ＋０９ ．２７２Ｅ＋０９ ．３１７Ｅ＋０９．３６２Ｅ＋０９．４０７Ｅ＋０９
Ｐａｔｈ２ 为 穿 过 与 换 热 管 相 连 处 管 板 厚 度 的 路 径 ， 而 Ｐａｔｈ３ 为穿过布管区管板厚度的路径。管板路 径均为从壳程到管程方向， 壳体路径为内侧到外 侧方向［ ５ ］。
通过分析发现， 所有工况下路径 ２ 及路径 ３ 上的应力强度值均合格， 而在工况 ５、工况 ６ 及工 况 ７ 下， 路径 １ 上最大应力强度值均超出许可值， 评定不合格。因此， 这三种工况为危险工况， 且工 况 ５ 为管程压力与温度载荷同时作用， 是最危险 工况。图 ７ 所示为工况 ５ 路径 １ 上应力强度分布 曲线。
收稿日期： ２００７－ ０７－ １５ 作者简介： 季维英（ １９６６－ ） ， 女， 江苏南通人， 副教授， 硕士， 主要研究方向为化工设备强度与应力分析。
６９
南通职业大学学报
２００７ 年
１ ＥＬＥＭＥＮＴＳ
ＭＡＲ ８ ２００６ １１∶２７∶４２
图 ２ 有限元计算模型图
２．２ 载荷及边界条件
分析中， 根据设备实际操作时的情况， 考虑了
表 １ ７ 种操作工况
操作工况描述
载荷工 操作工 况组合 况编号
稳态工况 启动 瞬间
正常操作 管程先开 壳程先开 管 程 、壳 程 同 开
Ｐｔ＋Ｐｓ＋Ｔ ７
Ｐｔ
１
Ｐｓ
２
Ｐｔ＋Ｐｓ
４
停止 瞬间
壳程先停 管程先停 管 程 、壳 程 同 停
Ｐｔ＋Ｔ
５
Ｐｓ＋Ｔ
６
Ｔ
３
４．２ 有限元结构分析结果 为在后处理中可按 ＪＢ４７３２ 应力 分析标准进
Ｑ２３５－ Ａ ０Ｃｒ１８Ｎｉ１０Ｔｉ
０Ｃｒ１８Ｎｉ１０Ｔｉ
图 ８ 改进后的换热器结构
ＮＯＤＡＬ ＳＯＬＵＴＴＯＮ ＳＴＥＰ＝１ ＳＵＢ＝１ ＴＩＭＥ＝１ ＳＩＮＴ （ ＡＶＧ） ＤＭＸ＝１．２２５ ＳＭＮ＝１０９５７０ ＳＭＸ＝．２６２Ｅ＋０９
ＭＡＲ １１ ２００６ １０∶０２∶４４
１０９５７０ ．２９２Ｅ＋０８ ．５８３Ｅ＋０８ ．８７４Ｅ＋０８ ．１１７Ｅ＋０９ ．１４６Ｅ＋０９ ．１７５Ｅ＋０９ ．２０４Ｅ＋０９ ．２３３Ｅ＋０９ ．２６２Ｅ＋０９
１ 换热器的载荷工况及初始设计结果
换热器载荷工况具体数据为： 壳程工作压力 ０．８ ＭＰａ， 壳 程 进／出 口 侧 温 度 ２０ ℃／１５０ ℃， 壳 程 材料为 Ｑ２３５－ Ａ； 管程工 作压力 ４．５ ＭＰａ， 管程 进／ 出口侧温度 ２２０ ℃／１００ ℃， 管程材料为不锈钢。先 对图 １ 所示的换热器结构， 参照 ＧＢ１５１ 常规设计 方法［ １ ］， 给出初始设计方案： 管板上共有 １１７ 根换 热管， 管板左右、上下对称； 壳体公称直径 ５００ ｍｍ， 壳体壁厚 ８ ｍｍ；管 板 厚 度 ７４ ｍｍ； 管 板 外 径 同 设 备法兰外径 ６９５ ｍｍ； 换热管规格 Φ３２×３．５。
图 ９ 改进后的热应力分布云图
由图 ９ 可知， 最高热应力强度值由原来的 ４０７ Ｍｐａ 下降到了 ２６２ ＭＰａ， 并且最大应力强度 值发生在管板与换热管的连接处， 其次是管板与 壳体的连接处。管板与壳体连接处沿壳体厚度、 管板与换热管连接处沿管板厚度方向分别作应力 校核线， 路径如图 ６。对应力强度进行线性化处 理， 结果如图 １０、图 １１。
文献标识码： Ａ
文 章 编 号 ： １００８－ ５３２７（２００７）０３－ ００６９－ ０５
０引 言
导热油出口
随着工业的迅速发展， 过程设备越来越向大 型化、复杂化和高参数方向发展， 其结构和形状也 越来越复杂， 使得对零部件的常规设计方法受到 冲击。基于此， 一种以弹性应力分析和塑性失效、 弹塑性失效准则为基础的新设计方法— ——分析设 计法应运而生。应力分析设计属于校核式设计， 如 对换热器管板而言， 先确定设计方案， 假设一个管 板厚度， 然后采用应力分析校核该厚度是否合适， 若厚度选择不合适， 用户则要通过反复选取并运 算才能得到一个既经济又安全的设计结果。本文 以某高效换热器为例， 阐述了换热器分析设计的 过程。
（ ３） 力边界条件。载荷工况的约束是： 在管 壳式换热器的对称面上施加对称位移约束， 换热 管一端约束， 另一端连接在管板上， 即约束换热 管一端的轴向位移， 在预紧面上加螺栓预紧力 ８３．５７ Ｍｐａ， 密封面上加法兰垫片比压力 １５ Ｍｐａ。
３ 换热器管板热应力分析
由于该换热器管程和壳程的温度相差较大， 温差应力的影响不容忽视。为此， 有必要对其温 度场及机械载荷和热载荷共同作用下产生的应
行各处的强度校核， 根据分析得到的应力强度 （ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ） 分布状况， 在 模型上选取 ３ 条 路 径， 如图 ６ 所示。Ｐａｔｈ１ 为穿过壳体厚度的路径，
１ ＥＬＥＭＥＮＴＳ
ＭＡＲ ２５ ２００６ ２１∶３７∶４２
Ｐａｔｈ２
Ｐａｔｈ３
Ｐａｔｈ１
ｔｕｂｅｓｈｅｅｔ＿ｍｅｓｈ
图 ６ 路径分布示意图
了管板在开工、正常操作和停工过程中可能出现的 ７ 种瞬态和稳态操作工况的应力强度， 并进行应
力评定， 找出危险工况和该管板强度的控制因素； 据此， 提出了对设计方案的改进， 结果表明， 改进后
热应力将大大减小。
关键词： 管板； 有限元； 温度场分析； 应力分析； 分析设计
Байду номын сангаас
中 图 分 类 号 ： ＴＫ２２３．５
５ 设计方案的改进
为有效降低管板与壳体连接处的热应力， 首 先， 应严格按 ＧＢ１５１ 选取管板与壳体连接的焊接 节点， 而边缘区的圆弧过渡连接和圆角半径的适
７１
南通职业大学学报
２００７ 年
当增大， 可有效降低过渡区的应力水平。 对于本例中的换热器， 壳体的两端分别用
２００ ｍｍ 长的短节， 短节材料与管板材料相同， 具 体结构如图 ８ 所示。改进后重复以上步骤进行有 限元分析， 得到热应力分布云图， 如图 ９。
力 、壳 程 压 力 和 温 度 载 荷 三 种 载 荷 工 况 以 不 同 方 式组合的作用。因此， 对管板进行强度分析时如 果只分析载荷同时作用的正常操作工况是不充 分的， 因为不能保证这种工况一定是危险工况。 上述三种载荷可以组成 ７ 种不同的瞬态或稳态 操作工况［ ３ ］， 如表 １ 所示。
１
ＰＯＳＴ１
ＳＴＥＰ＝１
ＳＵＢ＝１ ＴＩＭＥ＝１
（ ｘ１０＊＊５）
ＳＥＣＴＩＯＮ ＰＬＯＴ
４０９９．２１０
ＳＥＣＴＩＯＮ ＣＯＯＲＤ
３８７６．２７５
ＮＯＤ１＝１６３３７
３６５３．３３５
ＮＯＤ２＝１３４３０
３４３０．３９５
ＳＩＮＴ
３２０７．４５５
ＭＥＭＢＲＡＮＥ
２９８４．５１５
ＭＥＭ＋ＢＥＮＤ ＳＩＮＴ ２７６１．５７５
为 "Ｌ≥２．５"Ｒｔ 。 为更真实地模拟管板的应力状态， 壳体、管
板、管束全部采用实体单元。结构分析采用 ８ 节 点六面体单元 Ｓｏｌｉｄ ４５； 传热分析采用的单元是 与 Ｓｏｌｉｄ ４５ 对应的热分析单元 Ｓｏｌｉｄ ７０， 管板网格 划分采用扫描剖分， 扫描剖分后的单元具有规则 形状， 是明显成排的单元， 这对载荷的施加和收敛 控制是有利的［ ４ ］。有限元模型如图 ２ 所示。
以下几种不同的载荷， 分别是：
（ １） 温度载荷。本例中， 忽略介质的对流换
热， 只考虑热传导。模型温度载荷的施加形式如
图 ３ 所示。
导热油出口
进料口
Ｔ＝２２０ ℃
Ｔ＝１５０ ℃
图 ３ 温度载荷及边界条件
（ ２） 内压载荷。管程设计压力 ５．０ Ｍｐａ， 壳程 设计压力 ０．８ Ｍｐａ。在分析中， 每种载荷均作为一 个独立的载荷工况来施加， 实际换热器工作过程 中， 将受到多种载荷工况， 根据具体受到的工况建 立相应的模型。
图 ５ 热应力分布云图
７０
第３期
季维英， 等： 某换热器管板的有限元分析设计
续， 尤其管板厚度大， 形成了局部的应力集中； 再 者， 管板与壳体材料的差异， 导致两者膨胀及收 缩的不协调， 这也是导致热应力高的不可忽视的 因素。
４ 不同操作工况下管板的应力分析和强度 校核
４．１ 结构分析的 ７ 种操作工况 一般说来， 换热器在工作时要受到管程压
某换热器管板的有限元分析设计
季维英， 陆荣钧
（ 南通职业大学 机械工程系， 江苏 南通 ２２６００７）
摘 要： 应用 ＡＮＳＹＳ 通用有限元分析软件， 对某换热器管板建立了三维实体模型， 并进行温度场分
析， 得出管板上温度场的分布规律； 同时， 按照 ＪＢ４７３２－ １９９５《钢制压力容器— ——分析设计标准》分析
ＴＯＴＡＬ
２５３８．６３５
２３１５．６９５
２０９２．７５５
１８６９．８１５ ０
Ｐｔ＋Ｔ， ｐａｔｈ１
ＡＰＲ ４ ２００６ ２１∶４６∶３０
１．６ ３．２ ４．８ ６．４ ８ ＤＩＳＴ