基于ANSYS的固定管板换热器有限元分析

建立了固定管板式换热器的有限元分析模型,按标准方法计算六种工况下管板应力、壳程筒体的轴向应力以及换热管的轴向应力。同时采用JB4732-1995的方法对管板与筒体的应力进行评定,采用GB/T151-2014的方法对换热管的轴向应力、拉脱力进行评定。结果表明,管板及换热管满足结构的强度要求。     

2016年第5期导读

<正>本期论文广场栏目中,基于ANSYS的固定管板换热器有限元分析一文,通过建立固定管板式换热器的有限元分析模型,按标准方法计算六种工况下管板应力、壳程筒体的轴向应力及换热管的轴向应力。同时采用JB4732的方法对管板与筒体的应力进行评定,采用GB/T151的方法对换热管的轴向应力、拉脱力进行评定。结果表明,管板及换热管满     

釜式固定管板换热器的新颖设计计算方法探析

通过分析和实际算例,说明釜式固定管板换热器的常规计算办法存在盲目性,分析了壳程各壳体组合刚度的变化规律,提出了用当量壳体筒体来代替原筒体进行管板计算的方法。     

乙烯装置第二急冷锅炉的管板应力分析

对乙烯装置第二急冷锅炉的管板进行了有限元分析。在分析中,采用有效弹性常数的概念将管板、换热管、过滤管和壳程筒体的应力分析简化为对称问题,然后根据“钢制压力容器－分析设计”标准JB4732－95的评定方法,确定出了安全、经济的管板厚度。     

轴向导热对换热管及壳程圆筒壁温影响的理论分析与数值模拟

通过理论分析和数值计算,分析了换热管和壳程圆筒内轴向导热的影响因素、影响大小和影响范围,得到了换热管横截面上平均轴向温度梯度的估值公式、换热管和筒体轴向导热对主体传热影响的公式,为严格的传热实验研究和工程设计提供了依据。     

分离式双管板热交换器的设计及制造要点

管壳式热交换器管箱侧多为单管板结构,管板两侧分别与管、壳程介质接触,一旦管板与换热管接头连接失效,则管、壳程介质会发生窜漏.双管板热交换器因其在内、外管板之间设置了隔离腔,可有效解决这类问题.文章以工程设计为实例,从双管板的应用场合,分离式双管板的结构设计,内、外管板厚度的计算,确定隔离腔长度需考虑的因素,以及制造中管板加工、管板与换热管的连接、耐压试验等关键点进行了分析,并提出了优化改进措施,以提高双管板热交换器设计和制造质量.     

特殊双壳程结构的换热器制造工艺

采用折流板与纵向隔板、壳程筒体焊接密封的特殊结构双壳程换热器,其结构特点决定了换热管装配过程只能按折流板组装焊接位置逐根逐段穿管,为此在制造中对管束零部件的加工制造质量进行有效控制并合理编排管束各零部件的组装焊接工艺,保证了换热管装配的顺利及设备整体制造质量满足图纸技术要求。     

固定管板换热器膨胀节设计应注意的几个问题

介绍了固定管板换热器设计中与膨胀节的设置相关的几个问题,包括膨胀节设置原理:因管程与壳程的膨胀系数不同致使两者的膨胀差过大,导致壳程筒体拉伸应力、换热管拉伸或压缩应力、换热管拉脱力中出现的不合格项,需要设置膨胀节。介绍了膨胀节与筒体对焊连接时,允许筒体削薄的限制条件,包括膨胀节设置位置的确定:对于立式换热器,膨胀节宜设置于耳式支座的下方;而卧式换热器应设置于管道约束小的一侧等等。     

大型反应器管束组装方法

阐述了固定管板式板式热交换器穿管方法的分类定义及其利弊关系,针对大型反应器壳程主要元件的特点,考虑格栅、管板等元件尺寸精度控制,管束组装同轴度控制等制造难点,从管板与壳程筒体组焊、基准线标注、导向器安装、格栅组装、平台高度调整以及米字型穿管等方面介绍了盲穿换热管的组装方法。     

中压低温大直径换热器的设计

某化工装置中一台壳体直径?4 000 mm的固定管板型式的换热器,具有较高压力、较高温度和低温要求、直径较大、事故工况温差较大等特点,选材、管板结构和制造方案都具有一定的难度。文章从管、壳程筒体选材、强度计算、管板锻造方案、材料和制造技术要求、无损检测等设计环节对换热器的设计过程进行了详细介绍,为满足较高压力和低温要求,管箱材料选用了09MnNiD锻件+堆焊材料,管板选用管、壳程端分别带肩的09MnNiD锻件,制造方案选择了整体锻造;同时,对整个制造过程提出了详细的试验和检测技术要求。     

开大孔的换热器管板厚度的近似计算方法

运用GB151—1999《管壳式换热器》中管板布管区面积相等的原则,将开大孔的环形管板转化为普通圆形管板进行近似计算,通过对开大孔的环形管板进行定性分析和定量计算以及应力校核,验证了开大孔的环形管板设计的可靠性、合理性与安全性。     

废热锅炉温度场与应力场的有限元分析

废热锅炉换热管分布的不对称性, 使得管板和筒体等部件的温度场与应力场分析十分困难。为此, 运用有限元法对稳态温度场作了计算, 求得管板、筒体等部件的平均温度、内外壁温差, 并将这些参数作为应力场分析的热载荷; 将废热锅炉离散为由板壳元和杆单元组成的空间结构, 对自重、压力、温度组合的４ 种工况进行计算, 得到管板、筒体等部件的应力场分布规律。根据最大当量应力值对各部件做了强度校核, 为废热锅炉各部件的合理设计和安全评定提供了可靠的理论依据。     

螺旋肋片自支撑换热器壳程性能数值分析

为了分析螺旋肋片强化换热器壳程传热机理，用FLUENT软件分别建立了套管换热器和管束换热器的三维模型，模拟得到了壳程的传热和压降性能。数值结果表明，螺旋肋片强化传热的主要机理是螺旋肋片引起的螺旋流动使流体流速提高并产生二次流，减薄了速度边界层，促进了主流流体和边界层流体的掺混；换热管之间螺旋流动的相互影响进一步提高了换热器的传热系数；螺旋肋片的螺旋角和流体雷诺数对壳程努塞尔数和压降产生显著影响，应将螺旋角和雷诺数限制在一定的范围内。数值模拟结果与试验数据吻合较好。     

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在常规设计中，长期以来一直沿用等安全系数法，只考虑到构件足够的强度，无法解决可靠性问题。文章根据输气管道的环向应力和轴向应力，在米赛斯屈服准则的基础上，结合可靠性设计，得到了选择输气管壁厚的一种新方法，称其为输气管道可靠性因子设计法。该法概念清晰，计算简便，结果正确，还适用于圆筒形压力容器的计算。文中最后引用实例说明。     

波节换热管热补偿性能的研究

通过轴向刚度与应力的测试 ,对波节换热管的轴向热补偿性能进行了试验研究。研究结果表明 ,波节换热管单管的刚度为相应光管的 2 3 4% ;在最大应力相同的条件下 ,波节换热管的轴向热补偿量为相应光管的 2 2 7倍 ;在光管管束与壳体等刚度条件下 ,用波节管管束代替光管管束 ,轴向热补偿量可提高 40 4% ,相应的拉脱力为光管管束的 53 2 %。这一结论为波纹管换热器的应用提供了有效的设计依据     

对浮头法兰厚度设计计算的一些看法

针对GB150—1998《钢制压力容器》和GB151—1999《管壳式换热器》两标准给出的管壳式换热器浮头法兰厚度计算公式,阐述了计算时应注意的一些问题。     

管壳式换热器壳程流动分析与部分结构设计

管壳式换热器壳程流体的流动分析对壳程的结构设计至关重要,根据Tinker发表的壳程流体流动模型及其它相关资料,提出了在壳程折流板、管孔与换热管间隙、挡板以及挡管等结构设计中应注意的问题。     

压力容器强度设计技术分析（一）

本文对压力容器强度设计中较深入的内容:椭圆封头的应力与计算、圆筒与封头连接的边界效应、容器开孔补强计算、法兰与管板的受力及合理设计方法进行了深入细致的技术分析。     

乙苯蒸汽过热器壳程流场模拟与换热性能分析

基于几何和雷诺数Res相似理论建立管壳式乙苯蒸汽过热器计算模型，利用FLUENT 17.2软件模拟过热器流场，分析壳程质量流量对壳程换热系数、壳程压降、综合评价因子Nu×Pr-1/3的影响规律，研究壳程附件对流场及换热的影响。结果表明：过热器壳程流场分布不均，折流板背风面存在流动死区；随着流量增大，壳程换热系数和压降增加，在对数坐标下拟合Res与Nu×Pr-1/3有良好的线性关系，数值模拟结果与经验方法Bell-Delaware得到的结果吻合较好；增加折流板数，单位压降下的传热系数减小，流动死区减小，壳程压降和换热系数增大；旁路挡板能有效地减弱旁流流量并提高换热效果，防冲管有助于提高壳程进口端流场均匀性；支持板会造成壳程流量分配严重不均，壳程换热系数和压降降低，严重影响了过热器的整体换热效果。通过流场模拟与换热性能分析，发现支持板的设置是工业乙苯过热器换热性能变差的一个重要原因。     

再论不均壁厚圆管的弹性失稳问题

评述了在非均匀壁厚圆管的弹性失稳计算中应用"几何平均处理"方法及偏心水力活塞泵筒现场挤毁事例后,认为"几何平均处理"方法的有些做法需要给出证明,并用变截面压杆弹性失稳的临界压力计算说明该方法误差很大;偏心泵筒挤毁是在非弹性范围内发生的。还对原苏联学者耶内敏柯试验的技术背景,小挠度线弹性理论与非均匀壁厚薄壁圆管变形曲线的选择,以及影响近似解精度的几个因素进行了对比分析。最后指出,非均匀壁厚圆管的弹性失稳应在理论上进一步探索不同的近似解,同时也要积极筹备由于内外圆不同心引起的非均匀壁厚薄壁管的弹性失稳的试验工作。