复合板固定管板热交换器设计中的几点探讨

复合板固定管板热交换器兼具高强度和耐腐蚀优点,在诸多行业中得到广泛应用。对复合板固定管板热交换器设计中的若干问题,如涉及复合管板相关事项、计算输入的简化及管孔结构的选择等进行了分析和探讨,论证了换热管承受轴向压应力时爆炸复合管板应用的可行性,点明了复合管板与换热管焊接连接拉脱应力计算中材料许用应力的取值误区,给出了SW6软件中壳程复层厚度的简化输入方式,阐明了复合管板与换热管连接方式的选择细节。可为复合板固定管板热交换器的设计提供有益参考。

换热器管子与管板焊接接头残余应力数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,对换热器管子与管板焊接残余应力进行数值模拟,获得了焊接接头残余应力的分布规律,比较了伸出角接头和内角接头的优劣。计算结果表明,内角接头残余应力比伸出角接头小。最大径向应力出现在管板表面的热影响区,对管板表面裂纹有主要影响。最大环向应力出现在焊缝根部,对管子与管板连接失效影响较大。相邻两换热管之间,由于后面换热管的焊接加热作用,使前面管子焊缝局部应力值下降,有利于降低应力腐蚀开裂的敏感性。研究结果为优化换热器管子与管板的焊接工艺、控制残余应力提供了理论依据。

影响胀接结构可靠性的几个因素

运用弹塑性理论对换热器 (锅炉 )管子与管板胀接接头的胀接机理进行了较深入的探讨 ,对影响胀接接头连接可靠性的几个因素 ,从理论上作了分析并进行了实验验证 ,对目前的现行规范提出了修改意见 ,建议胀接连接方式可以扩大使用范围 ,并可改善换热设备的设计条件。

苯乙烯装置过热器组支座受力分析

分析总结了乙苯过热器的失效原因,并对扩容改造后的乙苯过热器组支座进行了受力分析,认为筒体的严重变形可影响过热器的正常运行。提出了支座的位置是导致变形的原因,并应用ANSYS 8.0对过热器筒体支座的位置进行了优化设计,为减小筒体的变形及过热器的改造提供了一定的理论依据。

奥氏体不锈钢管子-管板焊接熔敷顺序的研究

分析了奥氏体不锈钢换热管与管板焊接的熔敷顺序,采用相同的母材材质和规格、相同的焊接参数,分别采用先自熔后填丝、先填丝后自熔以及单层焊(填丝)三种熔敷顺序进行了焊接试验。并通过对三种焊缝接头的角测量实验、宏微观试验、铁素体试验以及拉脱力试验等对比试验发现,如果采用先自熔后填丝的熔敷顺序,第一层电弧直接对坡口根部加热,有利用根部熔合和增加熔深,保证密封性能,第二层填丝方式可以保证接头的强度;而先填丝后自熔熔敷顺序的优点是第一层保证接头性能和密封性,第二层电弧可以优化第一层焊缝,同时修饰焊缝,焊缝成形美观。无论哪一种熔敷顺序,都可以满足管子-管板焊接的标准要求。

换热器管子与管板接头拉脱力的研究

通过试验和三维有限元分析研究了换热器中管子与管板连接的液压胀接、焊接以及胀焊结合接头(包括先焊后胀以及先胀后焊两种情况)的拉脱力大小和失效形式。有限元分析考虑了接头的几何非线性、材料非线性、接触非线性以及热固耦合,从而能模拟接头材料的弹塑性变形、热塑性以及先胀后焊过程中焊接热对胀接的影响。研究结果表明,焊接接头的拉脱力远大于液压胀接接头的拉脱力,并且略大于胀焊结合接头的拉脱力;对于先胀后焊或者先焊后胀接头,拉脱力并没有明显的变化;在拉力作用下,胀接接头的破坏主要是管子与管板接触面间的拉脱破坏,而焊接接头的破坏主要为焊缝的剪切破坏。

先胀后焊连接中焊接对胀接连接强度的影响

以常见的低碳钢换热管与低合金钢管板胀焊连接接头为研究对象,采用有限元法进行了换热器管子与管板焊接过程的模拟,研究了焊接温度场作用下,不胀区长度Lx对先胀后焊接头胀接区残余接触压力的影响。计算结果表明焊接对胀接区的影响主要表现为胀接区接触范围及接触压力数值的减小,采用接头接触压力减小系数fpr和接触面积减小系数far来定量描述焊接对先胀后焊接头胀接区的影响,给出了焊接对先胀后焊接头中胀接区影响的定量数值。同时,研究结果表明,当增加不胀区长度Lx时,焊接对胀接区的影响有所减小。先胀后焊连接接头设计应考虑焊接对胀接的削弱作用,对于中等厚度的管板、胀接连接性能要求较高的胀焊接头,不推荐采用先胀后焊。

液压胀管数值模拟

对液压胀管的计算方法进行了回顾 ,介绍了 ANSYS在胀管分析中的应用 。

Inconel690管子胀接工艺试验

介绍了Inconel 690管子与SA-508Ⅲ管板液压胀接试验,包括试验的内容以及为满足要求而采用的工艺参数及方法。

波纹管换热器管板强度计算方法

在波纹管换热器管板的设计中,一般都是将波纹管简化为相应规格的光管来进行设计计算的。然而波纹管不同于光管,波纹管的轴向刚度比光管的轴向刚度小得多,造成其对管板的支撑与光管有明显不同,最终波纹管换热器管板的设计计算结果存在着很大的不确定性。本文通过等刚度当量折算,获得将波纹管转化为虚拟直管的方法,最终将虚拟直管的几何参数输入到过程设备设计计算软件SW6-1998中进行管板的强度计算,较好地奠定了一套针对波纹管换热器管板强度计算的工程方法。

双套管双管板换热器流动及传热性能数值模拟

采用CFD软件方法,研究双套管双管板换热器传热及流动特性。对隔绝腔连同内外套管的环形间隙内分别充入空气、水、甲苯气体和氩气4种介质进行模拟。结果表明:不同介质对传热有不同影响,充入水时的换热效果最好,甲苯气体的最差;壳程介质在流体接管进、出口附近存在回流和绕流且速度较小,管程介质流动较为均匀,受壁面边界层影响,速度在管中心处较高,在管壁处较低;采用模拟和传统计算方法分别得到不同雷诺数下的总传热系数,模拟得到的值比用常规设计计算结果好15%—30%,因此传统计算公式不能很好地解决此类换热器在实际中应用问题,通过模拟实验等手段优化传统计算方法是今后研究重点。

钛制热交换器管板自动焊工装改进

针对现有热交换器管板自动TIG焊接工装不适合钛及钛合金热交换器管板与换热管焊接的问题,对其进行了改进。应用改进后的焊接工装施焊,不仅提高了焊接质量,而且提高了焊接效率。

扭曲管换热器管板的有限元分析

采用有限元分析软件ANSYS,对扭曲管换热器的管板在三种工况下的应力进行计算,分析了扭曲管轴向刚度削弱系数对管板应力强度及扭曲管轴向应力的影响。结果表明,扭曲管的轴向变形补偿能力优于普通直管,可以降低在温差载荷作用下管板中的应力,但会提高压力作用下的管板应力。在压力载荷作用下,扭曲管上的平均应力大小与普通直管差别不大,但扭曲管的轴向应力在管子横截面上的分布不均匀,局部的轴向应力远远高于平均应力水平,因此扭曲管抗疲劳和应力腐蚀开裂的能力不如直管。不同厚度的管板受扭曲管管束轴向刚度的影响不同,当管板厚度较小时,扭曲管管束轴向刚度的影响较大。

镍基690合金管子与管板焊接技术

用试验方法研究了AP1000核电站蒸汽发生器镍基690合金管子与管板焊缝焊接工艺.采用全位置自动钨极惰性气体保护焊方法焊接,以95%Ar+5%H2作为焊接保护气体,对每条焊缝的焊接参数分区段设置并采用单层单道自熔焊接工艺,获得了满意的焊接接头质量.对使用不同焊接保护气体、不同焊接热输入焊接的管子管板焊缝截面进行宏观和微观检验.结果表明:焊接电参数相同,焊接保护气体不同,获得的有效焊喉尺寸不同;增大焊接热输入,会使管子管板焊缝根部发生裂纹的概率明显增大.

管子-管板角焊缝自动超声波检测系统的研制

针对化工生产设备和核电站中列管式热交换器中的管子—管板角焊缝 ,研制了自动超声波检测系统。介绍了该系统的控制原理、总体结构、扫描图像获取、扫描机械手设计和系统软件开发等方面的关键技术。该系统采用计算机控制扫描机械手扫描管子—管板角焊缝 ,并采集相应的超声回波信号 ,经过一定的处理后 ,显示和打印图形化结果。扫描结果中显示了焊缝所存在的焊接缺陷及缺陷的准确位置。系统可以检测到直径为 0 .5 m m的缺陷 ,检测一个点的时间小于 0 .0 2秒。经实际应用表明该系统完全可以满足工业现场要求。

胀紧度对管子与管板胀接强度影响的试验研究

采用按三角形排列的7管孔试件,进行了胀紧程度对换热器液压胀接和机械胀接接头连接强度影响的试验研究。分别以胀接压力,管子内径增大率表征液压胀接和机械胀接的胀接程度,考虑了管板开槽数目的影响,给出了胀接程度和开槽尺寸及数目选取的参考数据。

固定管板分析设计软件的开发

以JB4732标准附录I为基本依据,开发了管板延长部分法兰、管板与壳体法兰贴面焊、平齐焊(或浅嵌入焊)和不带法兰四种结构固定管板设计的计算软件,许用应力可按GB150选取(常规设计),也可JB4732选取(分析设计),并给出计算实例。

锆循环冷却器的研制

介绍了国内首台锆循环冷却器的制造技术难点,并对解决上述难点的技术措施进行了详细阐述。通过试验和实际生产对相关技术参数进行了验证,对以后的制造提供了重要的指导。

操作条件对胀接接头密封性能的影响

通过有限元分析研究了操作条件对液压胀接接头密封性能的影响,即压力和温度对密封环带上最小残余接触压力的影响。研究发现,如果管程压力或温度高于壳程压力或温度,接头密封性能加强。但是在一定的管程壳程温差下,不论增加管程还是壳程的温度,接头的密封性能都可能变差。

换热器管接头胀接的三维有限元分析

采用3D19管孔管板模型分析换热管与管板的连接接头胀接残余接触应力沿轴向和环向的变化规律,以及周围管接头胀接时对中心管接头胀接的影响。发现胀接残余接触应力在胀接区两侧各有一个较窄的高水平残余接触应力的区域,胀接残余接触应力沿轴向分布不均;首次应用极坐标绘制了管接头沿环向的残余接触应力曲线,从曲线的星齿状变化来看,残余接触应力分布沿环向也是明显不均匀的。管接头胀接时将对相邻管接头残余接触应力产生较大影响,与其最接近位置处残余接触应力增大,其他位置的残余接触应力减小,不相邻管接头残余接触应力影响较小可以忽略。