固定管板式换热器管板的有限元分析.pdf

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1、第43卷第7期当代化工VO]．43．N0．72014年7月ContemporaryChemicalIndustryJuly，2014固定管板式换热器管板的有限元分析陈慕天，谢禹钧，张芳瑶(辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺I13001)摘要：应用ANSYS软件对固定管板式换热器管板进行应力分析，得到管程压力，壳程压力和热载荷三个不同工况组合下管板的应力，并根据JB4732—95《钢制压力容器一分析设计标准》对危险截面进行应力强度评定。分析结果表明，管板的强度满足要求，此文的研究方法为同类型换热器安全评估提供了参考。关键词：换热器；ANSYS；管板；强度评定中图分类号：TQ05

2、0文献标识码：A文章编号：1671-0460(2014)O7—1227-03FiniteElementAnalysisoftheTubeSheetinaFixedTubeSheetHeatExchangerCHENMu—Tian，XIEYu-jun，ZHANGfang-yao(LiaoningShihuaUniversity,LiaoningFushun113001，China)Abstract：Thestressoftube—sheetheatexchangerwasanalyzedbyusingtheANASYSsoftware，thestressesoftube．sheet

3、underthreedifierentloadconditionsoftubesidepressure，shellpressureandthermalloadwereobtained，respectively．AccordingtotheJB4732-95Steelpressurevessels—thestandardofanalysisdesign．thestrengthofthedangeroussectionswasassessed．Theanalysisresultsindicatedmattheintensityrequirementofthetube．sheetwas

4、satisfied．ThePapercanprovidethereferenceforthesafetyassessmentoftheheatexchangerinservice．Keywords：Heatexchanger；ANSYS：Tube—sheet；Strengthassessment换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流个部分。换热器壳程筒体内直径为806mm，计算体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量壁厚为17mm；管箱筒体内直径803mm，计算壁由较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度厚l8．5mm；换热管呈三角形布置，管间距38mm，达到流程规定的指

5、标，以满足工艺条件的需要，同外直径25mm，厚度为2．5mm，长度5000mm；管时也提高能源利用率的主要设备。换热器是化工、板为带凸肩的整锻件，结构如图1所示。石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。我国换热器的设计标准采用GB151，但随着设备的大型化及操作的参数化，不断出现超标的换热器。对于这些设备可参照JB4732—1995利用有限元法进行分析计算并评定。由于壳层流体与管内流体有温度差，所以换热图1管板凸肩结构简图器中必定存在温差应力，这种温差应力会与换热器Fig．1Thestructuraldiagramofthetube-sheetshou

6、lder流体压力造成的机械应力相叠加。当叠加应力较高1．2材料的特性时会在换热器的高危部位造成不同形式的失效，例假设换热器结构中各个元件的材料均为线弹性如管子的稳定性或强度破坏、壳体稳定性或强度破材料，其材料属性参数参见表1。坏、、拉脱等。温差太大时还要考虑使用膨胀节。因表1各部分材料属性Table1Materialpropertiesofeachcomponent此换热器应力分析应包括不同危险工况并对不同部位进行分析与评定才能保证其安全可靠的运行⋯。1换热器的尺寸与参数1．1换热器的结构与尺寸换热器模型只考虑管板，壳体、管束和管箱四收稿日期：2013—1l一19作者简介：陈慕天

7、(1989一)，男，湖南娄底人，硕士研究生，研究方向：设备安全。E-mail：cmtupup@l63．com。通讯作者：谢禹钧(1960-)，男，教授，博士研究生，研究方向：压力容器与管道失效风险分析及剩余寿命评估。第43卷第7期陈慕天，等：固定管板式换热器管板的有限元分析1229且安全系数大于1．23，所以本次评估的换热器安全可靠，为同类型换热器安全评估提供了参考。表2应力评定结果Path2—2Table2StressevaluationresultsP{th1一l图5应力评定