CB1502绕管式换热器管板应力分析与强度评定有限元分析报告
换热器管板的应力分析和安全评定
换热器管板的应力分析和安全评定换热器是化工、石油、能源、冶金等重要工业领域中不可或缺的设备之一。
在其使用过程中，管板作为换热器的关键部件之一，承担着重要的传热任务。
但是，在一些恶劣的使用环境下，管板也面临着应力集中、热膨胀、疲劳等问题，从而引发安全风险。
因此，本文将对换热器管板的应力分析和安全评定进行讨论。
1. 换热器管板的应力分析换热器的应力分析，是为了确定其在使用过程中是否会发生变形、裂纹等影响其使用寿命和安全性的问题。
一般而言，应力分析会采用有限元分析方法进行，其基本流程如下：1.确定模型：确定模型的几何尺寸、材料性质、载荷边界条件等信息。
2.离散化：将模型离散化为有限个单元，并建立单元之间的边界。
3.利用有限元法求解模型的位移、应变、应力等物理量。
4.分析结果：根据计算结果，对模型的应力状况进行评估和处理。
在上述流程中，模型的几何尺寸、材料特性等是影响计算精度的重要因素。
换热器管板在实际使用过程中具有复杂的几何形状，以及不同材料特性的组合，因此要对其进行有效的模型构建和材料特性的确定。
在管板的应力分析中，以下因素需要考虑：•管板几何形状：管板的边长、板厚、支撑方式等。
•材料特性：材料的弹性模量、泊松比、屈服强度等。
•成型工艺：成形工艺对管板宏观形状的影响。
•热载荷边界条件：在换热器使用过程中，热载荷对管板加剧的影响。
2. 换热器管板的安全评定在换热器的实际使用过程中，需要对管板的安全进行评定，以保证其可以在可接受的应力和变形范围内长期稳定的运行。
安全评定通常需要考虑以下两个方面：1.应力状况评估：通过对管板的应力分析，评估其在实际使用过程中的应力状况是否在可接受的范围内，以及是否产生了裂纹等问题。
2.失效分析：对管板的失效问题进行评估和分析，以避免发生失效事故。
失效分析通常包括以下内容：•疲劳分析：对管板的疲劳寿命进行评估和分析。
•腐蚀分析：对管板的腐蚀状况进行评估和分析。
•裂纹分析：对管板的裂纹状况进行评估和分析。
管壳式换热器部件的应力分析及强度校核
管壳式换热器部件的应力分析及强度校核盖超会;高兴;刘俊;刘慧【摘要】本文对某换热器的前管板在机械载荷和热载荷下利用有限元分析软件ANSYS进行强度分析。
在分析时，首先进行热分析得出温度分布，得出温度最大值出现在换热管与管板接触区，且最大值为150.408℃。
然后在热分析的基础上进行应力分析，得出最大应力出现在螺栓连接处，且为174 MPa。
最后参照JB4732-1995《钢制压力容器分析设计标准》采用线分析法选取7处危险区域进行应力评定，得出3处应力（为机械载荷和热载荷的总应力）最大为174 MPa小于安全值438 MPa。
所以该换热器在运行过程中是安全的。
%The strength analysis of tube plate of a heat exchanger based on finite element analysis software ANSYS was carried out. Firstly, the thermal analysis was carried out in the process, the highest temperature portion was the part that the plate contacted with tubes ,and the highest temperature was150.408 ℃.Secondly, the stress analysis was carried out based on the thermal analysis, the maximum stress part was in the connecting part of bolts. Thirdly, the stress assessment was carried out according to JB4732-1995 Steel Pressure Vessels-Design by Analysis, seven parts were selected for stress assessment. The maximum stress was 174 MPa,it was less than the safe stress of 438 MPa. Therefore, the heat exchanger during operation was safe.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】4页(P429-431,473)【关键词】机械载荷;热载荷;强度分析;应力评定【作者】盖超会;高兴;刘俊;刘慧【作者单位】武汉软件工程职业学院，湖北武汉 430205;武汉工程大学，湖北武汉 430074;武汉工程大学，湖北武汉 430074;武汉工程大学，湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TQ051热交换器（即换热器）是一种转换冷热流体之间热量的设备。
固定管板式换热器管板的应力分析和强度评定
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石 油 化 工 设 备 技 术
２０１８ 年
如图２所示.
图 １ 管 板 结 构 示 意
表 ２ 材 料 特 性
部件 管板 壳体 换热管
部件
管板 壳体 换热管
材质 Q３４５R Q３４５R ００Cr１７Ni１４Mo２ 弹 性 模 量/
MPa １．８３×１０５ １．８３×１０５ １．７８×１０５
目前,对换热 器 管 板 结 构 进 行 应 力 分 析 的 研 究已有较多成果.李子林等 应 【６】 用 ANSYS 软 件 对固定管板式换热器在机械载荷和温度载荷共同 作用下的应力强 度 进 行 分 析,并 对 危 险 截 面 进 行 强 度 校 核 ,得 出 应 在 不 同 危 险 工 况 下 ,对 换 热 器 不 同部位进行分析和评定才能保证其安全可靠运行 的结论;杨宏 悦 分 【７】 析 了 不 同 操 作 工 况 下 管 板 模 型的应力场,得出 除 了 筒 体 上 的 一 次 薄 膜 应 力 起 控制作用外,管板 的 强 度 控 制 因 素 是 位 于 管 板 与 筒体连接圆角过 渡 处 的 一 次 应 力 加 二 次 应 力,且 最大值发生在热载荷和壳程压力同时作用的操作 工况下的结论;季维英 通 【８】 过建立包括壳体、管 束 在内的管板三维 实 体 有 限 元 模 型,将 法 兰 垫 片 用 等 效 的 均 布 比 压 来 代 替 ,分 析 了 管 板 在 包 括 开 工 、 正常工作和停车等过程中可能出现的七种瞬态和 稳态操作工 况 下 的 强 度 状 况.强 度 分 析 表 明,在 温度载荷及压力 载 荷 共 同 作 用 的 工 况 下,热 应 力 决定了整个管板系统的应力分布.根据分析结果
收 稿 日 期 :２０１８Ｇ０４Ｇ１８. 作者简介:陈一鸣,女,２０１７ 年 毕 业 于 青 岛 科 技 大 学 过 程 装 备与控制工 程 专 业,现 为 该 校 动 力 工 程 专 业 在 读 硕 士 研 究 生 ,主 要 从 事 化 工 机 械 设 备 方 面 的 研 究 工 作 . Email:qdcym０９＠１６３．com. 基金项目:山 东 省 自 然 科 学 基 金 项 目 (NO．ZR２０１８LE０１５): 错位桨搅拌假塑性流体流场混沌特性及其表征.
固定管板式换热器管板的应力分析和强度评定
固定管板式换热器管板的应力分析和强度评定作者：杨翠娟来源：《名城绘》2019年第04期摘要：换热器设备在化工、石油、食品等多种工业生产中应用广泛。
在换热器制造过程中，管板与换热管之间的连接结构和连接质量一定程度上决定了换热器的质量优劣和使用寿命。
由于管板与换热管连接区域结构不连续，从而易产生各种连接质量问题，因此在危险工况下对管板与换热管连接部位进行应力分析和强度校核是十分必要的。
关键词：固定管板式换热器；管板；应力分析；强度评定目前，对换热器管板结构进行应力分析的研究已有较多成果。
应用ANSYS软件对固定管板式换热器在机械载荷和温度载荷共同作用下的应力强度进行分析，并对危险截面进行强度校核，得出应在不同危险工况下，对换热器不同部位进行分析和评定才能保证其安全可靠运行的结论；分析了不同操作工况下管板模型的应力场，得出除了筒体上的一次薄膜应力起控制作用外，管板的强度控制因素是位于管板与筒体连接圆角过渡处的一次应力加二次应力，且最大值发生在热载荷和壳程压力同时作用的操作工况下的结论；通过建立包括壳体、管束在内的管板三维实体有限元模型，将法兰垫片用等效的均布比压来代替，分析了管板在包括开工、正常工作和停车等过程中可能出现的七种瞬态和稳态操作工况下的强度状况。
1管板结构的静力分析在反映结构力学特性的前提下，模拟时进行以下简化：1）不考虑管板与换热管焊接热应力影响；2）不考虑管板与壳体的连接焊缝；3）不考虑管板兼做法兰螺栓对其的受力。
选择管板一侧面与所有换热管孔面施加450℃的温度载荷，并在该侧面施加2MPa的压力载荷；在管板另一侧面施加147℃的温度载荷和0.6MPa的压力载荷；沿半径方向，对换热器管板最外边缘施加全约束。
分析应力发现，该工况下管板结构的最大应力为46.9MPa，管板最大应力发生外侧管孔局部区域，其他区域应力值并不大。
采用管板材料为Q345R，450℃板厚为80mm的钢板许用应力为66MPa。
固定管板式换热器应力分析和疲劳分析
固定管板式换热器应力分析和疲劳分析摘要：建立固定管板式换热器的三维模型，根据模型材料情况，尺寸大小，以设计工况为例，使用有限元分析法对其进行应力分析和疲劳分析。
关键词：固定管板式换热器；应力分析；疲劳分析一、概述固定管板式换热器主要是由的管束、管板和壳体三部分构成，组装时将管束焊接在管板上，管板焊接在壳体上，工艺接管焊接在壳体上[1]。
在换热过程中，不同部位接触的液体不同，导致各构造温度不同，变形程度也不同，温差热应力由此产生。
不同型号的固定管板式换热器考虑和关注点不同，产生的温差热应力也会不同，如GB151主要考虑管束和壳体之间的压力和温差，但未考虑构件自身的温度和管束管板之间的温差。
JB4732以管板为对称轴，保持管板弹性系数不变，在管板的弹性范围内，计算它的热应力，但JB4732换热器无法计算管板的温度场，薛明德和吴强生[2]根据JB4732换热器的特性，以管板温度场和热应力为基础，提出一种新式的计算和分析管板温度场的方法，并进行了实验。
分析结果表明：管板区的内壳表面、管板区与非管板区的交汇处、管板与壳体过渡处，存在较大的温差，如果管板和管板孔相接触会使其温差加大，却会较少管板的表面热效应使管板出现一个相对均匀的温度梯度。
本文研究的换热器因为容易受压力和温度的影响，因此需要进行应力分析和疲劳分析。
本文固定管板式换热器基本设计参数如图1，基本结构如图2。
图1基本设计参数图2结构简图二、有限元模型建立1.材料参数本文使用不锈钢S31803材料建立模型，S31803材料具备良好的柔韧性和耐腐蚀性，能很好地防止固定管板式换热器腐蚀，同时，S31803材料导热性能良好，换热速度快，因此本文选择使用S31803材料建立模型。
S31803材料具体性能如下：温度/K弹性模量/GPa泊松比热膨胀系数/[10-6mm/( mm·K)]导热系数/(W/(m·K)设计应力强度/MPa423 .151900.313.416.1246.73831930.13.1515.5156.2.153343 .15196.40.31314.9258.3303 .152000.312.614.2258.7（二）材料尺寸本文以《钢制压力容器一分析设计标准》[3]为标准依据设计并制作了固定管板式换热器，为了更加精准进行换热器反应分析和疲劳分析，我们需要确定换热器各个部位的元件尺寸，本文因条件有限，同时为了计算方便，忽略设备自身的重量和介质的静压。
大型管壳式反应器管板有限元应力分析
大连 １ １ ６ ６ ０ ０
２ ０ １ ３年 第 ５期 （ 总 １ ５ ５期
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温 、高 压 ，在 进行 应力 分析 时必 须 考虑 温度应 力 对 其结 构 的 影 响 ，即要 开 展压 应 力 一 热应 力 分 析 。然 而 ，对 承受高 温 、高压 的 大型换 热器 ，其 管板 的热 应力 情 况 十分 复 杂 ，只有 准确 求 出管 板 的温 度 场 ， 才能 得 到真实 的管 板热 应力 结果 ，从 而精 确地 进行 管板设 计 ，为 此采 用一个 合 适 的分析 模 型来模 拟实 际管 板 的热应 力场 是十 分必 要 的。本 文采 用有 限元
ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｖ ｅ ｒ ｙ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｉ ｆ ｘ ｅ ｄ ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ － ａ ｎ ｄ — ｔ ｕ ｂ ｅ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ．
Ｋ ｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ ｌ － ａ ｎ ｄ － ｔ ｕ ｂ ｅ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ；ｔ ｕ ｂ ｅ ｓ ｈ ｅ ｅ ｔ ；ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ（ Ｆ Ｅ Ａ ） ；ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
表 １ 设 计 基 本 参 数
表 ２ 工况类型及载荷数据
类 型 （ Ｍ 压 Ｐ 譬 ａ 程 ） （ Ｍ 压 Ｐ ａ （ ） ℃ ） （ ｑ ｃ ） 备 注 类 型 壳 程 （ Ｍ Ｐ 力 ａ ） 管 程 （ Ｍ 压 Ｐ ａ 力 ） 壳 程 温 （ ℃ 度 ） 管 程 温 （ ℃ 度 ） 备 … 注
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 。
换热器管板应力应变分析
2019年第17期广东化工第46卷总第403期·155·换热器管板应力应变分析魏欣，姜方圆(青岛市特种设备检验检测研究院，山东青岛266000)Stress and Strain Analysis of Heat Exchanger Tube and PlateWei Xin,Jiang Fangyuan(Qingdao special equipment inspection and testing institute,Qingdao 266000,China)Abstract:In this paper,the finite element software ANSYS Workbench 17.0is used to analyze the stress and strain of the tube-plate of u-tube heat exchanger under the condition of pipe pressure and shell-side interaction.The results show that the maximum strain of the tube sheet appears in the center of the tube sheet and decreases successively to the outer edge of the tube sheet.The maximum stress appears at the bolt hole where the tube plate is connected with the flange,and the other positions are more uniform,and the maximum value is 15.61Mpa.Keywords:Heat exchanger tube plate ；ANSYS ；Stress strain analysis在化工、石油和食品等多种工业生产中，换热设备担任着重要角色。
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。
固定管板式换热器有限元分析及应力评定
第３ ４卷 第 １ 期
２ ０ １ ３ 年 ２月
应用研究
固定 管板式换热器有 限元分析及应 力评定
李 子林 盛 斌 臧 国强
（ 江苏双 良锅炉有限公司）
摘
要
利 用有 限元分 析软 件 Ａ ＮＳ ＹＳ ， 对某 固定 管板 式换 热 器在机 械 载荷 和 温度栽 荷 共 同作
李 子林 ，男 ，１ ９ ８ １ 年生 ，工程师。江 阴市 ，２ １ ４ ４ ４ ４ 。
某工程应用中的卧式 固定管板换热器 ，管程简 体 、管板和换热管的材料 均为 ０ Ｃ ｒ ｌ ７ Ｎ ｉ ｌ ２ Ｍ ｏ ２ ，壳
程筒体材料为 １ ６ Ｍ ｎ Ｒ，保温层材料为岩棉 。管板
直径为 ８ ４ ０ ｍ ｍ，换热管长度为 ５ ０ ０ ０ ｍ ｍ 。壳程设
１ 机 械应 力分 析
固定管 板式换 热 器是应 用非 常广 泛 的管壳 式换
热器 ，管板是其最主要的承压元件之一。管板 与换
热管 、管箱 、筒体等连在一起 ，构成复杂 的弹性体 系。管板对整台换热器的安全性和经济性有着非常 重要 的影 响。常规 的计算方法是 根据弹性 薄壳理
论 Ｉ ｌ Ｊ ，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 。但没有 考虑管板上各点的温度差引起的应力 ，同时还受到 换热器规模 的限制。 近年来 ，随着有限元技术的进步 ，特别是一些
ｈ ｅ ａ ｔ ｅ ｘ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｒ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｌ ｏ ａ ｄ ｓ ，ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ｈ ｅ ｃ ｋ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｉ ｔ ｓ
绕管式换热器管板有限元应力分析
绕管式换热器管板有限元应力分析占双林;冯义浩;李肖蔚【摘要】由于绕管式换热器管板计算尚无成熟的方法和标准，本文采用有限元应力分析法对绕管式换热器管板进行了分析计算，得到了其受力特性和应力分布规律，并对该管板进行了应力强度评定。
【期刊名称】《石油和化工设备》【年(卷),期】2016(019)008【总页数】4页(P10-13)【关键词】绕管式换热器;管板;有限元;应力分析【作者】占双林;冯义浩;李肖蔚【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 100085;中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京 100085;中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京 100085【正文语种】中文绕管式换热器即缠绕管式换热器，是管壳式换热器中的一种，主要由壳程筒体和管束组成。
缠绕管式换热器的结构特点是将多层螺旋状的换热管缠绕在管板中部的芯筒上而形成。
对于一般管壳式换热器中的固定管板换热器，通常管板计算时需考虑换热管对管板的支承作用和热膨胀引起的管壳膨胀差；对于U形管换热器，由于换热管一端固定，另一端可自由膨胀，其管板计算不考虑换热管对管板的支承作用和管壳膨胀差。
绕管式换热器的管板受力状态介于二者之间，由于绕管束具有一定的弹性，即能在壳体内伸缩吸收一定的热膨胀和约束力。
目前这种结构管板计算尚无成熟方法和标准，近似等效为U形管式换热器管板的计算模型，既不能反映实际受力情况，也无确定这种结构最大应力产生部位及其应力值，因此导致管板计算厚度过厚而造成锻件成本增加。
本文采用有限元方法对某项目绕管式换热器管板建立了合适的有限元模型，并进行了详细的应力分析。
某项目绕管式换热器基本设计参数及几何参数见表1和表2。
本换热器基本几何参数见表2。
2.1 模型简化方法根据绕管换热器管板结构的特点，有限元模型作如下简化：（1）根据结构的对称性及支撑特性，有限元模型取该换热器轴向长度的一半建立模型，换热器轴线的中垂面为对称面；（2）缠绕的换热管实际对中垂面不具有对称性，由于其对管板的支撑作用主要为轴向刚度，因此可认为换热管具有中垂面对称性。
换热器的应力分析报告
换热器的应力分析报告表二各种材料性能参数表2工具和技术●JB4732-95《钢制压力容器-分析设计标准》●GB151-1999《管壳式换热器》●GB150-1998《钢制压力容器》●ANSYS有限元分析软件3 几何模型本结构由壳程筒体、管程筒体、管板、换热管组成。
在建立三维几何模型时，利用对称性，沿圆周向截取90度的扇形区域，管程筒体沿轴向取50mm，壳程筒体沿轴向取L=2.5Rt （R是与筒体的平均半径，t是该筒体的厚度），算得小于400mm，在那个地点取400mm，依照圣维南原理就能够排除筒体边缘处轴向应力分布对管板处应力分布的阻碍。
图1 换热器整体模型图2 换热器管板模型在ANSYS有限元模型中，为了同时表达换热管对管板的支撑作用和管孔对管板的削弱作用，在ANSYS建立模型中，换热管也进行网格划分，单元用SOLID45，同时全部模型都采纳的是SOLID45单元。
在进行ANSYS运算时，已考虑了腐蚀裕量的阻碍，具体做法是，因为只有壳程有腐蚀裕量，将壳程筒体的壁厚加2mm，筒体的内直径加4mm，而管板和换热管都采纳的是00Cr22Ni5Mo3N材料，因此不用考虑腐蚀裕量。
结构整体的几何模型见图1和图2，其中，图1是换热器整体模型，图2是换热器管板模型。
关于管板的四分之一模型见图3，其中有壳程筒体-管板-管程筒体连接处的细部和九十度布管区布管详图。
图4为主体结构三维几何模型，图5为主体结构有限元模型，图6和图7为主体结构有限元模型的细部。
图3 壳程筒体-管板-管程筒体连接处细部和九十度布管区布管详图图4 主体结构三维几何模型图5 主体结构有限元模型图6 主体结构有限元模型细部-管板图7 主体结构有限元模型细部-锻件4 力学模型本结构在所考虑的各种工况下能够构建统一的力学模型。
4.1约束结构给定以下约束：1.在沿壳程筒体400mm处的截面上，壳程筒体端部和换热器端部的轴向位移为0；2.在沿换热器周向的两个分割面上，即位于0度和90度角处，在0度截面上，所有y方向的位移为0，在90度截面上，所有x方向的位移为0。
基于ANSYS的双换热管双管板换热器应力分析与评定
基于ANSYS的双换热管双管板换热器应力分析与评定刘莺歌【摘要】采用有限元分析方法,利用ANSYS软件对某带膨胀节双换热管双管板换热器工作应力进行了分析,并以最危险工况为例给出了相关计算结果,并根据计算结果对换热器各原件进行了应力强度校核与评定,为该类型换热器的设计与优化提供了一种新思路,并给出了具体的实施方法,对相关领域的研究人员具有一定的指导意义.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2018(000)011【总页数】4页(P97-99,101)【关键词】双换热管双管板换热器;ANSYS应力分析强度校核【作者】刘莺歌【作者单位】风凯换热器制造(常州)有限公司,常州 213164【正文语种】中文管壳式换热器广泛应用于工业冷热介质热交换作业中，泄漏是换热设备常见的故障之一，一旦发生泄漏，会造成参与换热的两种介质相互接触[1]。
在一般的化工工艺中，换热器发生少量泄漏通常是允许的，但在多晶硅、有机硅和氟化工等特殊场合中，要求参与换热的两种介质绝对不能接触，否则不仅会对设备造成算还，严重时还会引发灾难性事故。
因此，近年来相关领域技术人员开发了一种新型的双换热管双管板换热器，该换热器两端分别布置有两块管板，另外每根换热管均是由套在一起的两根管子组成，这种特殊的结构可以有效阻止换热器冷、热介质因各种泄露而发生的接触，保证设备的安全[2]。
目前国内外对热换器的研究主要集中在结构选择、双套管型式、传热分析以及泄漏监测等方面，在管板强度设计等方面研究还比较欠缺，尚未形成严格的设计体系与标准，这导致很多热换器设计主要依靠工程经验或者实验验证来完成[3-5]。
本文对该新型换热器的结构进行研究，采用有限元分析方法，利用ANSYS技术对某带膨胀节的双换热管双管板换热器进行应力分析与评定，旨在为换热器设计寻找一种可靠的强度计算方法。
1 双换热管双管板换热器结构介绍双换热管双管板换热器结构如图1所示。
该换热器的两端分别布置两块管板，即外管板和内管板，两块管板之间存在间隙并安装膨胀节。
换热器管板的应力分析和安全评定
换热器管板的应力分析和安全评定换热器是工业生产中广泛应用的一种设备，通常用于将两种介质在不混合的情况下进行热量传递。
它由很多管子和管板构成，介质在管子内流动，通过管板上的孔洞进行热量交换。
在使用换热器时，其安全性是至关紧要的，由于任何故障都可能导致物质泄漏和人身损害。
因此，在生产过程中应对换热器进行应力分析和安全评定来保证其安全性。
一、换热器管板的应力分析为了进行换热器管板的应力分析，我们首先需要确定造成管板应力的因素。
换热器管板中存在的重要应力因素包括内压、重量和温差。
其中，内压是最重要的应力因素之一，它是由介质在管子内流动时所产生的。
介质内部的压力会渐渐加添，等于介质流入管子与流出管子时产生的总阻力，因此内压对管板的应力会产生显著的影响。
在确定了产生应力的重要因素后，我们需要使用Mises应力理论推导出管板上所承受的应力。
Mises应力理论是一种用于求解材料在三维状态下的最大直应力与剪应力的理论，它可以用于推测并掌控材料的破坏情况。
依据Mises应力理论和力学原理，我们可以得出换热器管板上所承受的应力公式如下：σ = (1/2) * [ (p*D^2)/4t - WgH/(2bh) + (ΔT*α*E) ]其中，σ表示管板受到的应力，p表示介质内压力，D表示管子直径，t表示管壁厚度，Wg表示介质所产生的重力，H表示管子长度，b和h分别是孔洞的宽度和高度，ΔT表示介质的温差，α表示材料的热膨胀系数，E表示杨氏模量。
依据上述公式，我们可以分析出导致管板应力变化的各个参数之间的关系。
例如，当p增大或D减小时，σ也会加添；当t增大或Wg减小时，σ会减小。
此外，ΔT也会对管板应力产生重点影响，当ΔT加添时，σ也会加添。
二、换热器管板的安全评定在进行换热器管板的安全评定时，我们需要首先了解管板的材质和强度特性。
一般来说，管板的材质通常是不锈钢、碳钢或者铜等。
我们需要通过对材料的强度测试来确认材质的耐用程度以及对于承当应力的峰值本领。
换热器管板上开口的应力分析
管板壳程侧堆焊层厚度12mm ，管程侧堆焊层厚度6mm ，堆焊层过渡圆角半径R6，换热管规格：Φ25×2，U 型管根数：746，正方形排列，排放管设置在管板半径R760处，排放管规格：Φ34×5，排放管与管板间隙1mm 。
元件材料性能见表2。
表1 中温换热器设计参数筒体，封头14Cr1MoR+堆焊14Cr1MoR+堆焊操作温度/℃395～370239～263设计温度/℃450380操作压力/MPa 6.3 6.4设计压力/MPa 7.47.4试验压力/MPa 13.712.1工作介质变换气水煤气换热面积/m 2313元件材料壳体：14Cr1MoR+堆焊；管板：14Cr1Mo+堆焊；换热管：S32168表2 元件材料性能(试验温度20℃)许用应力强度Sm 193181.0137弹性模量 E204000204000195000屈服强度3102902102 管板、换热管、排放管应力分析2.1 建立管板、换热管、排放管有限元模型根据管板、换热管、排放管的几何和受力特点，取四分之一几何图形，建立有限元分析模型近似模拟此结构应力分布，模型几何参数见表3，管板、换热管、排放管有限元模型见图2，管板排与放管模型见图3。
(应力分析工况为壳程侧水压试验，有限元模型中所有元件厚度均包含堆焊层厚度。
)0 引言在立式换热器设计时，常常在管板上设置一个排放孔，其主要目的是排出壳程介质易产生的沉淀聚集和蒸流液聚集，避免加重管板与换热管焊缝的腐蚀，影响换热效果；某公司制造的一台中温换热器，设置了一个Φ36的排放孔。
设备制造过程中，进行水压试验时，排放管焊缝附近出现泄漏。
为分析泄漏原因，我们发现运用常规的内压剪切力方法进行应力校核计算不能反应排放管焊缝附近真实的应力装态，所以用ANSYS 软件对管板及排放孔做有限元应力分析，发现原设计给出的排放孔焊接强度不够；制造厂需要对此部位进行返修，因该U 型换热器的管板采用管、壳程固定式结构(焊接结构)，返修需切开折流板后，对已焊接的排污管泄漏部位修磨，按照分析计算要求的焊脚尺寸重新焊接后，最终试压合格。
CB1502绕管式换热器管板应力分析与强度评定有限元分析报告文案
CB1502绕管式换热器管板应力分析与强度评定有限元分析报告目录1 概述 (1)2 结构及其应力分析计算参数 (1)2.1 结构设计 (1)2.2 应力计算参数 (1)2.3 材料性能参数 (2)2.4 应力分析工况 (2)3 有限元分析 (3)3.1 第二级管板有限元分析 (3)3.1.1 上管板有限元分析 (3)3.1.2 第二级中间管板有限元分析 (11)3.2 第一级管板有限元分析 (18)3.2.1 第一级中间管板有限元分析 (18)3.2.2 下管板有限元分析 (33)4 结论 (50)附录一 (51)附录二 (52)1 概述针对换热器CB1502管板结构，利用有限元分析软件ANSYS13.0对局部结构进行应力分析，并按照JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》（2005确认）的要求进行应力强度评定。
报告中所有材料参数参照GB150-2011《压力容器》。
上管板、第一、二级中间管板厚度均为150mm，下管板厚度为200mm，分别建立第二级管板与第一级管板有限元模型。
其中，第二级管板包括上管板和第二级中间管板，第一级管板包括第一级中间管板和下管板。
2 结构及其应力分析计算参数2.1 结构设计换热器总体结构见附录一。
2.2 应力计算参数该换热器的设计参数如表1所示：表1 换热器设计参数2.3 材料性能参数主要材料在设计温度下的力学性能参数见表3：2.4 应力分析工况鉴于该换热器的结构和工况较为复杂，本报告按表4所示的七种工况对设备的第二级管板进行应力分析，并作相应的强度评估；按表5所示的十五种工况对第一级管板进行应力分析与强度评定，从理论上确定此设计方法的安全性和可靠性。
表4 第二级管板分析工况表5 第一级管板分析工况3 有限元分析3.1 第二级管板有限元分析3.1.1 上管板有限元分析3.1.1.1 实体模型由于上管板结构和载荷的对称性，创建1/4实体模型，包括壳程圆筒、锥壳、上管板、中心筒和换热管，壳程圆筒长度应远大于其边缘应力衰减长度，可取圆筒长度为1200mm，同时取伸出管板的换热管长度为100mm，中心筒长度为400mm。
固定管板式换热器管板的应力分析和强度评定
固定管板式换热器管板的应力分析和强度评定摘要:换热器通俗来讲是同种流体间能够通过热能传递的一个机器装备。
不管是多种流体亦或者是固定粒子，相遇时将能够产生热接触。
换热器之所以在工业生产中受到重视，原因在于工业领域所需要的食品、能源等行业都有换热器存在，换热器在工业生产中占据重要地位，由于它的特点之一是能够对能源进行存储转换，因此在新能源利用中收到相当好的效果。
随着全球经济飞速发展，在能源利用上经常出现浪费资源等问题，工业生产带来的不仅是发展，也产生能源紧张的弊端。
因此，为了节约能源及寻求循环利用的办法，全球目前都致力于此项活动。
换热器之所以被广泛应用，很大一部分原因则是因为在化工生产中能通过合能源来进行转换回收。
换热器是由管板和换热管综连接而成的，因此若是结构不连续，局部产生应力集中或应力过大会造成换热管出现破败现象，导致产生各种质量问题。
综上所述，本文将详细讲述关于固定管板式换热器管板的应力分析和强度评定的必要性及出现问题后相关解决措施。
关键词:固定管板式；换热器管板；应力分析和强度引言:关于工业企业生产过程中的机器设备换热器，它分为四种种类，有接触式，蓄热式，间壁式和中间载体式几种，但厂里最常用的乃是表面式换热器，而固定管壳式换热器则是间壁式分类而来，它的结构特点是十分坚固，且适用范围广，能够承受住企业较大的操作压力，之所以如此受企业青睐，其中的原因是生产成本低，清洗操作方便。
尽管在科技高速发展的时代有各类新型换热器出现在市场，但固定管板式换热器依然占据主导地位，则是因为它的优点多。
一、关于固定管板式换热器管板的应力分析和强度必要性固定管板式换热器之所以站在主导地位，则是因为它造价成本低，受众范围广，且能承受压力大。
且它损坏之后可以进行更换，简单快捷。
尽管固定管板式换热器拥有众多优点，但也存在一定硬伤，它由于结构原因容易导致管束与壳体之间的壁温过大而泄露，或者封口被腐蚀等，当它产生较大热应力，将会致使换热管失效或运行停止。
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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CB1502绕管式换热器管板应力分析与强度评定有限元分析报告目录1 概述 (1)2 结构及其应力分析计算参数 (1)2.1 结构设计 (1)2.2 应力计算参数 (1)2.3 材料性能参数 (2)2.4 应力分析工况 (2)3 有限元分析 (3)3.1 第二级管板有限元分析 (3)3.1.1 上管板有限元分析 (3)3.1.2 第二级中间管板有限元分析 (11)3.2 第一级管板有限元分析 (18)3.2.1 第一级中间管板有限元分析 (18)3.2.2 下管板有限元分析 (33)4 结论 (50)附录一 (51)附录二 (52)1 概述针对换热器CB1502管板结构，利用有限元分析软件ANSYS13.0对局部结构进行应力分析，并按照JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》（2005确认）的要求进行应力强度评定。
报告中所有材料参数参照GB150-2011《压力容器》。
上管板、第一、二级中间管板厚度均为150mm，下管板厚度为200mm，分别建立第二级管板与第一级管板有限元模型。
其中，第二级管板包括上管板和第二级中间管板，第一级管板包括第一级中间管板和下管板。
2 结构及其应力分析计算参数2.1 结构设计换热器总体结构见附录一。
2.2 应力计算参数该换热器的设计参数如表1所示：2.3 材料性能参数主要材料在设计温度下的力学性能参数见表3：表3 材料性能参数2.4 应力分析工况鉴于该换热器的结构和工况较为复杂，本报告按表4所示的七种工况对设备的第二级管板进行应力分析，并作相应的强度评估；按表5所示的十五种工况对第一级管板进行应力分析与强度评定，从理论上确定此设计方法的安全性和可靠性。
表4 第二级管板分析工况表5 第一级管板分析工况3 有限元分析3.1第二级管板有限元分析3.1.1 上管板有限元分析3.1.1.1 实体模型由于上管板结构和载荷的对称性，创建1/4实体模型，包括壳程圆筒、锥壳、上管板、中心筒和换热管，壳程圆筒长度应远大于其边缘应力衰减长度，可取圆筒长度为1200mm，同时取伸出管板的换热管长度为100mm，中心筒长度为400mm。
创建实体模型如图1所示。
图1实体模型3.1.1.2有限元模型采用8节点SOLID185单元对上管板实体模型进行网格划分，其中，锥壳、中心筒及换热管沿轴向靠近管板处网格较密，远离管板处网格较稀疏，且圆筒与锥壳连接处网格划分较密。
划分后的有限元模型如图2所示，有限元模型合计节点数170924，单元数123220。
图2 有限元模型3.1.1.3边界条件在位移边界条件处理上，对上管板结构对称面施加对称约束，并约束圆筒端面轴向位移，七种工况下的位移边界条件保持一致。
根据不同的分析工况，施加相应的载荷，其中包括管程一压力、管程二压力和壳程压力，同时考虑垫片力和螺栓载荷。
在各工况下上管板结构的力学模型如图3所示。
工况一工况二工况三工况四工况五工况六工况七图3 不同工况下上管板结构的力学模型3.1.1.4 计算结果各工况对应的TRESCA应力云图如图4.1至图4.7所示。
图4.1 工况一模型总体TRESCA应力云图图4.2 工况二模型总体TRESCA应力云图图4.3 工况三模型总体TRESCA应力云图图4.4 工况四模型总体TRESCA应力云图图4.5 工况五模型总体TRESCA应力云图图4.6 工况六模型总体TRESCA应力云图图4.7 工况七模型总体TRESCA 应力云图3.1.1.5 强度评定根据JB4732-1995《钢制压力容器——分析设计规范》(2005确认)进行应力强度评定。
主应力差： S 12=σ1-σ2S 23=σ2-σ3S 31=σ3-σ1应力强度：S=Max{|S 12|,|S 23|,|S 31|}一次总体薄膜应力强度极限为m S ，一次局部薄膜应力强度极限为1.5m S ，一次薄膜加一次弯曲应力强度极限为1.5m S ，一次加二次应力强度极限为3.0m S 。
m S 为许用应力强度。
工况一：由图 4.1可知，结构的当量应力最大值约为99.4MPa ，小于M P a S m 5.2055.1=，强度条件m II S S 5.1<，m IV S S 3<自动满足。
工况二：由图 4.2可知，结构的当量应力最大值约为87.0MPa ，小于M P a S m 5.2055.1=，强度条件m II S S 5.1<，m IV S S 3<自动满足。
工况三：由图 4.3可知，结构的当量应力最大值约为65.3MPa ，小于MPa S m 5.2055.1=，强度条件m II S S 5.1<，m IV S S 3<自动满足。
工况四：由图 4.4可知，结构的当量应力最大值约为144.6MPa ，小于MP a S m 5.2055.1=，强度条件m II S S 5.1<，m IV S S 3<自动满足。
工况五：由图 4.5可知，结构的当量应力最大值约为170.4MPa ，小于MP a S m 5.2055.1=，强度条件m II S S 5.1<，m IV S S 3<自动满足。
工况六：由图 4.6可知，结构的当量应力最大值约为156.4MPa ，小于MP a S m 5.2055.1=，强度条件m II S S 5.1<，m IV S S 3<自动满足。
工况七：由图4.7可知，结构的当量应力最大值约为208.7MPa ，位于上管板与锥壳连接处内侧，根据该模型的应力分布特点，选取如下路径进行应力评定，位置如图5所示。
图5 工况七应力评定路径图路径1-1至路径3-3应力线性化结果分析如表6所示，其应力评定数值结果见附录二。
表6 工况七各路径评定结果3.1.2 第二级中间管板有限元分析3.1.2.1 实体模型由于第二级中间管板结构和载荷的对称性，创建1/4实体模型，包括壳程圆筒、第二级中间管板、补强圈、焊缝、换热管和锥壳，壳程圆筒、锥壳长度应远大于其边缘应力衰减长度，可取圆筒长度为1500mm ，锥壳长度为1200 mm ，同时取伸出管板的换热管长度为100mm 。
创建实体模型如图6所示。
图6 实体模型3.1.2.2 有限元模型采用8节点SOLID185单元对第二级中间管板实体模型进行网格划分，管板、补强圈与筒体连接处网格划分较密，划分后的有限元模型如图7所示，有限元模型合计节点数330794，单元数261204。
图7 有限元模型3.1.2.3 边界条件在位移边界条件处理上，对第二级中间管板结构对称面施加对称约束，并约束壳程锥壳端面轴向位移，七种工况下的位移边界条件保持一致。
根据不同的分析工况，施加相应的载荷，其中包括管程一压力、管程二压力、壳程压力和壳程圆筒端面平衡面载荷，同时考虑垫片力和螺栓载荷。
在各工况下第二级中间管板结构的力学模型如图8所示。
工况一工况二工况三工况四工况五工况六工况七图8 不同工况下第二级中间管板结构的力学模型3.1.2.4 计算结果各工况对应的TRESCA应力云图如图9.1至图9.7所示。
图9.1 工况一模型总体TRESCA应力云图图9.2 工况二模型总体TRESCA应力云图图9.3 工况三模型总体TRESCA应力云图图9.4 工况四模型总体TRESCA应力云图图9.5 工况五模型总体TRESCA应力云图图9.6 工况六模型总体TRESCA应力云图图9.7 工况七模型总体TRESCA 应力云图3.1.2.5 强度评定工况一：由图9.1可知，结构的当量应力最大值约为159.4MPa ，小于MP a S m 5.2055.1=，强度条件m II S S 5.1<，m IV S S 3<自动满足。
工况二：由图9.2可知，结构的当量应力最大值约为116.5MPa ，小于MP a S m 5.2055.1=，强度条件m II S S 5.1<，m IV S S 3<自动满足。
工况三：由图9.3可知，结构的当量应力最大值约为87.2MPa ，小于M P a S m 5.2055.1=，强度条件m II S S 5.1<，m IV S S 3<自动满足。
工况四：由图9.4可知，结构的当量应力最大值约为116.2MPa ，小于MP a S m 5.2055.1=，强度条件m II S S 5.1<，m IV S S 3<自动满足。
工况五：由图9.5可知，结构的当量应力最大值约为177.4MPa ，小于MP a S m 5.2055.1=，强度条件m II S S 5.1<，m IV S S 3<自动满足。
工况六：由图9.6可知，结构的当量应力最大值约为157.3MPa ，小于MP a S m 5.2055.1=，强度条件m II S S 5.1<，m IV S S 3<自动满足。
工况七：由图9.7可知，结构的当量应力最大值约为175.2MPa ，小于MPa S m 5.2055.1=，强度条件m II S S 5.1<，m IV S S 3<自动满足。
3.2 第一级管板有限元分析3.2.1 第一级中间管板有限元分析3.2.1.1 实体模型由于第一级中间管板结构和载荷的对称性，创建1/3实体模型，包括锥壳、第一级中间管板、补强圈、焊缝、换热管和壳程圆筒，壳程圆筒、锥壳长度应远大于其边缘应力衰减长度，可取圆筒长度为1500mm ，锥壳长度为1200 mm ，同时取伸出管板的换热管长度为100mm 。
创建实体模型如图10所示。
图10 实体模型3.2.1.2 有限元模型采用8节点SOLID185单元对第一级中间管板实体模型进行网格划分，管板、补强圈与筒体连接处网格划分较密，划分后的有限元模型如图11所示，有限元模型合计节点数775471，单元数591756。
图11 有限元模型3.2.1.3 边界条件在位移边界条件处理上，对第一级中间管板结构对称面施加对称约束，并约束壳程筒体端面轴向位移，在各种工况下约束一致。
根据不同的分析工况，施加相应的载荷，其中包括管程一压力、管程二压力、管程三压力、壳程压力和锥壳端面平衡面载荷，同时考虑垫片力和螺栓载荷。
在各工况下第一级中间管板结构的力学模型如图12所示。
工况一 工况二工况三 工况四工况五工况六工况七工况八工况九工况十工况十一工况十二工况十三工况十四工况十五图12 不同工况下第一级中间管板结构的力学模型3.2.1.4 计算结果各工况对应的TRESCA应力云图如图13.1至图13.15所示。
图13.1 工况一模型总体TRESCA应力云图图13.2 工况二模型总体TRESCA应力云图图13.3 工况三模型总体TRESCA应力云图图13.4 工况四模型总体TRESCA应力云图图13.5 工况五模型总体TRESCA应力云图图13.6 工况六模型总体TRESCA应力云图图13.7 工况七模型总体TRESCA应力云图图13.8 工况八模型总体TRESCA应力云图图13.9 工况九模型总体TRESCA应力云图图13.10 工况十模型总体TRESCA应力云图图13.11 工况十一模型总体TRESCA应力云图图13.12 工况十二模型总体TRESCA应力云图图13.13 工况十三模型总体TRESCA应力云图图13.14 工况十四模型总体TRESCA应力云图图13.15 工况十五模型总体TRESCA 应力云图3.2.1.5 强度评定工况一：由图13.1可知，结构的当量应力最大值约为202.6MPa ，小于MP a S m 5.2055.1=，强度条件m II S S 5.1<，m IV S S 3<自动满足。