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。

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。

我国标准管板设计方法与ASME规范的比较及换热器管板应力分析应考虑的问题

简要地介绍了我国GB 151,JB 4732附录Ⅰ与ASME规范换热器管板应力分析计算的一些异同,并提出在换热器管板应力分析方面要做的工作,以及解决问题的方法和途径。

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。

刚性管板与挠性管板数值分析及比较

以管壳式热交换器刚性管板和挠性管板作为研究对象分别建立数值模型,针对壳程高压、管程高温的操作条件,采用有限元数值分析方法,分别施加不同的边界条件,研究了两种形式的管板在不同操作工况下管板及结构不连续部位的应力水平,表明在文中设计工况下,挠性管板受力较均匀,经济性更好。

带中心管的固定式换热器管板分析设计方法

对带中心管 (尺寸大于其它换热管 )的固定式换热器建立了力学模型 ,提出了该类型换热器管板的一种分析设计方法与相应的计算公式 ,并对三个不同参数的该类型换热器进行了算例分析 ,分析表明 :中心管存在只对其附近的管板应力有较大影响 ,且影响范围较小。

中美标准中三种NEN型固定管板设计方法的比较

分析比较了我国工程界广泛应用的三种NEN型管壳式热交换器管板的设计方法:GB/T 151,JB 4732(2005年确认)和ASME BPVCⅧ-1。三者基本原理相同、力学模型相似,相对于JB 4732,为便于工程应用,GB/T 151和ASMEⅧ-1又做了不同程度的简化。近年来,随着工业装置大型化,NEN型固定管板热交换器的结构参数已经大大超过GB/T 151的标准适用范围,笔者给出了三种设计方法的理论对比和7台不同大小NEN型热交换器管板算例以该三种设计方法计算了管板应力,对其中3个实例通过有限元应力分析与设计结果进行对比,并指出在工程设计实践中不同规范方法各自的适用参数范围,对于今后管板设计标准规范的修订工作具有借鉴意义。

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。

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。

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。

胀接对管板强度的加强效应

由于胀接使列管与管板紧密连接 ,管壁厚度的部分或全部可以考虑在管桥宽度中 .本文通过数值计算分析了胀接对管板强度的加强效应 .

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。

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。

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。

管板设计统一理论(1)--理论基础简介

基于轴对称弹性薄壁板壳理论,介绍了管板设计的统一理论。与现有各种简化理论不同,统一理论建立了一个能够将各种换热器联系起来的模型,且兼顾不同结构形式的管板及其组合,同时也考虑:两管板厚度、直径及周边约束不同的情况,以及换热管弯曲刚度、流体压降、管壳程流体自重、换热管自重及管内催化剂重量、管板厚度方向温度梯度、管孔内压力等重要因素的影响。因采用的假设极少,所以统一理论的适用范围及理论精度显著优于现有各种理论。

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.