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。

GB151固定式换热器管板应力计算与校核方法的改进

介绍了修订现行国家标准GB 151—1999《管壳式换热器》时,对固定式换热器管板设计中的应力计算与校核方法的改进意见。管板应力计算方法的改进提高了计算精度并更便于使用。针对带膨胀节换热器固定管板的设计增加了两种校核工况。

基于COMOSWORKS软件的固定管板式换热器应力分析方法

固定管板式换热器的应力分析具有相当的复杂性。本文将COMOSWORKS有限元分析模块和So1idworks三维建模软件结合,提出了一种进行换热器的应力分析的新方法,并给出了其在固定管板式换热器应力分析中的应用实例,且给出了实现应力分析所涉及的主要技术方法和详细步骤。

GB 151中带膨胀节固定式换热器管板计算方法的改进

介绍了修订现行国家标准GB 151—1999《管壳式换热器》时,对带膨胀节的固定式换热器管板设计中应力计算方法的改进意见。文中指出现有计算忽略了膨胀节圆环内部压力引起轴向位移影响,会对某些高参数换热器固定管板的应力分析带来较大误差,并基于板壳理论得到膨胀节圆环内部压力与其两端受轴拉力引起轴向位移之间的相互关系,并结合现行GB 151管板计算模型,提出修订原则和方法。通过有限元计算,证明该方法是可靠的。

对GB 151—1999中管壳式换热器管板计算方法的修改说明

对正在修订的GB 151—1999版中5.7节"管板计算"一节的主要修订内容进行了介绍。其中包括:改进了带膨胀节的固定式换热器管板计算方法,改进了固定管板中最大应力的计算方法,增加了壳程分段圆筒的计算方法,增加了管程压力p t与壳程压力p s同时作用的两种校核工况,换热管许用压缩应力的安全系数降低为1.5。

对GB/T151—2014《热交换器》有关内容的商榷——浮头式热交换器管板设计

浮头式热交换器设计原理除管、壳间不存在约束外和固定管板式换热器相同,都按弹性基础圆平板理论设计,为此而应先假定管板厚度并按迭代法实施。GB 151—1999和GB/T 151—2014对其a型结构的规定则可以不假设管板厚度,直接由所规定管板计算厚度公式和系数C、Gwe的线算图简单求得,而系数C、Gwe和管板厚度δ无关,显然和弹性基础圆平板理论不符,对此提出商榷,并对阐述GB151中浮头式换热器管板设计方法理论依据和应用的专文提出商榷。

对GB/T 151《热交换器》有关内容的再商榷——并联系JB 4732(2005)附录Ⅰ的相关内容

浮头式热交换器设计原理除管、壳间不存在约束外和固定管板式换热器相同,都按弹性基础圆平板理论设计,为此而应先假定管板厚度并按迭代法实施。对GB/T 151和JB 4732换热管加强系数K值中直径D的表述,对其a型结构的规定可以不假设管板厚度,直接由所规定管板计算厚度公式和系数C简单求得的根据等再次提出商榷。

带膨胀节固定管板换热器的强度计算

国家标准GB 151《管壳式换热器》的管板计算方法不能适应带膨胀节的固定管板换热器的计算。文献[1]指出,对这种换热器直接按GB 151方法设计管板,有可能造成大的设计失误。其原因是计算中未考虑壳程压力p_s在膨胀节波谷中作用引起的轴向伸长。笔者分析了此"伸长"对换热器管板应力的重要影响,提出一种将"伸长"化为"当量管壳温差"以解决此类换热器管板设计问题的方法,该计算具有精确性。

基于子模型法的大型固定管板换热器有限元分析

大型固定管板换热器由于管子数量大,无法在有限元模型中建出所有换热管与管板的详细连接结构,得不到相关区域的真实应力分布,无法有效地进行应力强度评定。对某大型固定管板换热器,利用粗模型确定了管板布管区换热管与管板连接区的最大应力强度位置,进而建立了该位置换热管与管板详细连接结构的子模型。子模型中考虑了换热管与管板的焊接结构及其相互接触,分别对此区域进行基于应力分类法和极限载荷法的分析计算。结果表明:虽然基于应力分类法的焊缝及换热管应力强度评定不合格,但考虑到应力分布的非轴对称特性,基于极限载荷分析的直接法评定应更为合理。对子模型结构进行了极限分析并利用零曲率法确定了极限载荷,按相关标准进行了评定,表明结构满足强度要求。

复杂载荷作用下管壳式换热器管板的应力和疲劳分析

以某项目中承受压力及温度双循环载荷的换热器为例,应用有限元分析技术,对管壳式换热器管板在交变的压力和温度载荷共同作用下进行应力及疲劳分析。根据其应力分布特点,分析交变的压力与温度载荷对管板产生的影响。

膨胀节的设计要点

主要论述了固定管板式换热器中设置膨胀节的因素、膨胀节的设计计算以及如何避免设置膨胀节。

双金属复合换热管与固定管板换热器整体热处理工艺

为研究双金属复合换热管与固定管板产品管束整体热处理工艺及其技术难点。首先,通过计算壳体与换热管在50℃和100℃温差下的温差应力,得出结果,升温阶段在500℃以下时,换热管与壳体的温差应≤100℃;降温阶段在400~500℃时,换热管与壳体的温差应≤50℃,在400℃以下时,换热管与壳体的温差应≤100℃。根据试验数据、相关标准及前期产品热处理经验制定了合适的热处理工艺参数。通过沿产品管束圆周方向及其中心位置换热管内部2.5 m深度处布置热电偶,同时在两侧管板外侧及沿壳体长度方向中间位置布置热电偶进行实时测控温度,使产品管束在整个热处理过程中各测温点的温度得到有效的控制,最终成功对该产品管束进行了炉内整体热处理。

含温度载荷的管板变形的解析解

根据换热器结构形式建立了用于计算管板变形的力学模型,参考ASMEⅧ⁃1计算管板的有效弹性常数,并将外筒和换热管束分别等效为会因温度和压力载荷产生轴向变形的弹簧和弹性基础.应用Ritz法建立了管板挠度的解析解,将该解析解与三个不同规模换热器的有限元分析结果进行对比.结果表明,建立的解析解与有限元分析结果吻合良好,验证了推导的管板变形解析解的正确性.研究结果对固定管板式换热器的设计有较大的指导意义.

催化裂化装置分馏塔顶换热器选用方案的比较分析

催化裂化装置分馏塔顶换热器选型对于分馏塔顶油气低温热量的回收以及气压机动力消耗的降低起到关键作用。以某2. 2 Mt/a重油催化裂化装置为例,采用PROII、HTRI等计算软件,对比了分馏塔顶油气-热水换热器采用固定管板式和折流杆式、BJ_(21)S型的传热效率、有效平均温差、压降等。结果表明:固定管板式换热器的压降更低,传热效果更优。针对固定管板式换热器的某些特殊部位,采用PVDesktop软件对其进行了热应力分析,结论是分馏塔顶油气-热水换热器采用固定管板式结构受力情况良好,制造难度更小,设备金属消耗量更低。为石油炼制企业延迟焦化装置、加氢装置等分馏塔顶油气冷凝冷却系统设备选型提供了参考。

获取固定管板换热器管板一次弯曲应力的一种方法及其应用

利用载荷分解施加,提出一种构建固定管板换热器管板一次结构、获取一次弯曲应力的方法,一次结构中可保留筒体对管板转动的有利多余约束。以一台甲醇合成塔为例,结合非一次结构法设计存在的问题,利用所提出的方法进行了有限元设计计算。计算表明,该方法给出的许用载荷与极限载荷分析法给出的许用载荷相当,方法可行。值得注意的是,如果应力评定线位于管板的换热管管孔,应充分考虑换热管与管板孔共节点简化对计算结果的影响,一般可乘以一个合适的应力强度增大系数。

固定管板式换热器的疲劳分析

利用有限元软件ANSYS11.0对固定管板式换热器主体(包括管板、壳程筒体与换热管及接管)的疲劳分析提出了改进的算法。同时,通过具体算例对改进算法与未改进算法的计算结果进行了对比,证实提出的改进算法计算结果简便可靠,为此类换热器的疲劳设计提供了简便可靠的计算方法。

解析GB151不带法兰固定管板计算公式和图表

GB 151中对固定式热交换器管板设计计算方法是在JB 4732附录I的基础上进行简化而得到,为了设计人员手工计算方便,大部分计算公式以计算图表的形式给出,随着计算机发展和普及,以计算公式表示更精确实用(ASME规范中给出计算图表和计算公式),到目前为止没有看到公开资料给出管板计算方法图表的公式;通过对固定式热交换器管板模型简化和理论推导,给出管板计算方法图表的计算公式,通过特例计算验证了推导的公式的正确性。未说明的符号和单位与GB 151和JB 4732附录I相同,并提出一些部分的修改意见。

换热管与管板间的O形圈密封结构设计

介绍了一种特殊工况下某管壳式热交换器管板与换热管之间的新型O形圈密封结构,对该密封结构的设计、管板强度计算、换热管的应力以及O形密封圈的选择分别进行技术分析,并对其进行验证性耐压试验。应用结果显示,该O形圈密封结构安全合理。

固定管板换热器壳体与管子的受力分析及其危险工况的考证（一）

根据ＧＢ１５１《钢制管壳式换热器》中管板计算所采用的结构分析原理，分析换热器壳体与管束在机械载荷及温差载荷作用下应力的产生机理，得出壳体、管子的应力与载荷的相应关系。进一步分析壳体、管子应力形成危险工况的可能性，指出＂真正危险工况＂的危险应力及形成条件。阐明ＧＢ１５１管板计算方法，对整个换热器的强度是有保障的。根据弹性分析原理，提出了危险工况的简单判别方法。

压力作用下膨胀节对固定管板热交换器各元件的受力影响分析

针对固定管板热交换器分别在管程正压和壳程正压的作用下,对管板、换热管及壳程筒体进行受力分析,并研究设置膨胀节后上述受压元件应力的变化趋势,阐明其变化趋势受管板和壳体、管箱的连接方式以及管板不布管区范围所制约。同时,也分析了膨胀节刚度对上述各元件应力的影响。根据分析研究结果,总结出特定条件下管板、换热管及壳程筒体的应力性质和设置膨胀节后的应力变化趋势。