换热器管板胀接接头开槽结构的模拟与试验研究

为增强换热器管板胀接接头在常温下的抗拉强度,通过有限元分析和试验验证,开发一种具有阶梯型开槽结构的管板接头。建立不开槽、标准开槽和阶梯开槽的三种胀接接头的理论分析模型,利用弹塑性理论进行胀接过程和接头拉脱过程的有限元模拟,探究不同开槽形式的胀接接头处的拉脱破坏形式,并且对三种胀接接头开展常温下的拉脱试验,得出不同开槽形式的胀接接头的拉脱力。结果表明:开槽结构的胀接接头的拉脱力明显高于不开槽结构的胀接接头,并且阶梯槽胀接接头的拉脱力最大。阶梯槽胀接接头在拉脱过程中会出现“驼峰形”的陡坡,拉脱难度更大。胀接接头在开槽位置形成多条较宽的高应力残存环带,这些高应力残存环带是保证开槽接头密封性和抗拉脱力的关键因素。

液压胀接残余接触压力计算及相关参数影响分析

胀接压力适宜控制范围的确定,关键在于准确计算胀接后换热管与管板间的残余接触压力。现有残余接触压力理论计算方法忽视换热管反向屈服问题,导致残余接触压力计算值与实际不符。文中基于材料理想弹塑性和平面应变假设,给出了Mises屈服准则下胀接残余接触压力理论计算方法详细推导过程,讨论分析了换热管弹性模量、屈服强度、壁厚等变化对残余接触压力的影响,该方法可适用于先焊后胀胀接工艺下胀接残余接触压力预测。

碳钢空冷器管子管板焊接接头湿硫化氢应力腐蚀开裂研究

针对炼油厂高压碳钢丝堵式空冷器管束的换热管与管板焊接接头在湿硫化氢环境运行过程中发生开裂泄漏的问题,文章结合丝堵式空冷器管束管箱的结构特点,从材料、管接头硬度、焊接工艺、焊后消除应力热处理等方面进行研究分析。分析认为,焊接接头的硬度超标是引起开裂的主要原因。针对上述原因,提出了较为实际可靠的防止管接头湿硫化氢应力腐蚀开裂的推荐要求并在企业实施,取得了很好的效果。

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。

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。

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。

换热器管板与换热管胀接密封性能影响因素分析

以换热器管板与换热管胀接区域为研究对象,分别采用实体单元和接触单元对管板与换热管结构以及二者胀接区域的接触状态进行了模拟,并建立了三维数值模型。通过有限元计算方法分别对不同胀接压力、开槽参数和操作温度下的胀接区域的残余接触压力进行了计算,得到了在不同影响因素下胀接区域形成密封环数量的变化情况,并对胀接区域的密封性能进行了研究。最后对室内高温拉脱实验结果与模拟计算结果进行了对比分析,得到二者最大相对误差为10.6%,证明了所建数值计算模型的正确性。

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。

特材换热器胀接工艺评定研究

以锆材换热器管子-管板接头的胀接试验研究为基础,分析了特材换热器管子-管板接头的特点和胀接工艺方面的特殊要求,提出了特材换热器胀接工艺评定的项目、要求和方法。

动态效应对管子与管板液压胀接接头接触压力的影响

常见的低碳钢换热管与低合金钢管板胀接为例,采用有限元法进行了管子与管板液压胀接的动态和静态分析,研究了材料应变率等动态效应对胀接接头接触压力的影响。计算结果表明将液压胀管过程简化为静态过程处理,能够节省大量计算时间,而且对结果影响甚微,因此,在换热器管子与管板液压胀接过程中,材料加工的动态效应不显著,将其简化为静态过程是合理的。计算结果为换热器管子与管板液压胀接的理论分析和数值模拟提供了参考。

换热器管板液压胀接接头高温强度及拉脱性能的数值模拟与试验研究

结合理论分析、有限元模拟和试验验证,系统地对12Cr2Mo1管板与321不锈钢管子组成的换热器管板胀接接头在不同温度载荷下的残余接触压力和拉脱性能进行了研究。利用叠加原理建立了胀接接头在高温下残余接触压力的数学模型,得到了胀接接头残余接触压力分布规律以及在不同环境温度下残余接触压力和拉脱力随温度的变化关系。模拟和试验结果表明,高温下胀接接头的残余接触应力明显高于常温,且下端的残余接触应力高于上端;拉脱强度随着温度的升高而增大;高温下残余接触压力会由常温下的2条高压力接触环带变为3条高压力接触环带,提高了接头的结构强度。

换热器液压胀接管孔槽结构优化设计

采用最优化设计方法,对液压胀接管孔槽结构进行了优化设计,获得了接头连接强度最大的管孔槽几何尺寸,并对工程应用中的有关问题进行了讨论。

管壳式热交换器管板与壳体整体焊接结构

介绍了管壳式热交换器管板与两侧壳体焊接连接的几种结构,分析了这些连接结构的特点和应用场合,对承受高压及使用复合板时的结构提出了设计建议,讨论了此类结构筒体与管板连接处的轴向拉力和来自管板的边缘弯矩作用、筒体端部强度校核、制造过程中对环焊缝的无损检测要求以及焊后整体热处理。

双管板换热器液压胀接接头性能分析

为了研究换热管胀接后接头的密封性能和连接性能,以φ25 mm×2 mm的2块管板7孔模型为对象,在2块管板均为液压强度胀接的条件下,应用ANSYS软件建立了有限元模型,研究了管板间距和初始间隙对双管板换热器胀接接头平均残余接触应力和拉脱力的影响。分析结果表明:管板间距L对胀接接头的性能影响不大,由于换热管不同位置刚度不同,2块管板胀接接头的平均残余接触应力存在差异;胀接压力较低时,初始间隙对开管孔槽的强度胀接影响较大,呈线性减小;胀接压力较高时,由于"剐蹭"的影响,这种趋势不明显。所得结论可为双管板换热器的设计制造提供参考。

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。

钛材换热器浅析

随着石油化工、海水淡化等行业和领域,由于工作条件的特殊性,对换热管的材质有着较高的要求,钛材换热器凭借工业纯钛的各种优良性能,广泛应用于相关领域。本文主要介绍了钛材换热器在设计制造中主要优势及注意事项,为钛材换热器的设计制造提供了借鉴,对未来钛材换热设备更广泛的应用及新产业开发具有非常重要的意义。

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。

BFe30-1-1双管板换热器的液压胀接

国内甲烷氯化物工程项目中广泛使用BFe30-1-1换热器,有些换热器采用双管板结构。由于结构的特殊性,深孔强度胀接技术和检验手段是制造双管板换热器的重点和难点,采用液压胀接技术及可行的装配顺序是解决深孔强度胀接和检验的关键。

钛热交换器胀焊接头胀接残余接触压力模拟计算

通过非线性有限元方法,对TA2换热管与TA2-Q345R复合管板的连接接头进行了胀焊模拟,得到了4种胀焊接头接触面残余接触压力分布。计算结果表明,不开槽接头在接触面两端残余接触压力较高,开槽接头在胀接区域一端及开槽处残余接触压力较高,并且受到周围管孔的影响,残余接触压力的环向分布不均匀。在不开槽的情况下,先焊后胀的残余接触压力要高于先胀后焊的残余接触压力。在开槽情况下,先焊后胀的残余接触压力与先胀后焊的残余接触压力基本近似,且远大于不开槽胀焊接头的残余接触压力。

双管板换热器厚管板强度胀接工艺探讨

对双管板换热器制造过程中,厚管板的胀接采用机械胀接和液压胀接2种方法进行了分析比较。工艺试验表明:2种胀接方法都能够获得合格的胀接接头;与机械胀接相比,液压胀接具有工作效率高、胀接质量好和生产成本低等优点。