換熱器管板應力分析

管殼式換熱器在石油化工、輕工、制藥等行業的重要設備之一。上一世紀很多國家的學者，在換熱器管板應力分析方面做了大量工作,形成了各國相關的換熱器管板設計標準，有代表的是美國TEMA標準和德閏AD規范。我國清華大學黃克智院士等學者,從h世紀七十年代開始進行管板應力分析的研究并做了大量的工作，形成了我國GEU51等相關換熱器管板設計的標準。換熱器管板結構的多樣化及受力情況的復雜化，標準中無法涵蓋一些特殊結構的管板設計，使工程技術人員在換熱器管板設計方面經常遇到難以解決的問題。不同國家的標準規范設計的管扳厚度相差甚遠，說明有必要對管板應力作更進一步的深人研究。

在石化設備中換熱器管板的結構和受力情況可以說最為復雜，規范標準中的工程方法不可能考慮 所有的結構及載荷，很多特殊結構的換熱器規范標 準沒有包括，I：程技術人員或憑經驗或套用相近標 準，導致冇些換熱器管板設計不夠合理，在使用中發生了問題。有些復雜結構換熱器管板設計，即便采 用計算機和有限元計算管板的應力也不是一件容易 的事情。為了滿足工程的需要,換熱器管板應力分 析方面應在以下幾方面進行更進一步的研究工作， 并開發相關的設計計算軟件。

換熱器管板結構型式多種多樣，各國標準基本是針對固定式(帶法蘭和不帶法蘭）、浮頭式、填料函 式、u形管式幾種結構。很多特殊結構的換熱器管 板沒有適用的工程方法，如：雙管板結構、平封頭型 管板、環形管板、波紋管換熱器管板、前后端非對稱結構，非對稱布管結構管板等等_D應針對這些特殊結構的換熱器管板建立力學分析模型、對管板應力進行精確的分析計算。

換熱器管板應力分析計算中，大多數國家只考慮了管、殼程壓力及，換熱管和殼程筒體的溫差(我國 GBJ51和美國TEMA標準考慮了管、殼程壓力及換熱管和殼程筒體的溫差，德國ad規范只考慮r管、 殼程壓力），而管板自身表面溫差，及管板與管箱筒體、殼程筒體之間的溫差均沒有考慮，這些溫差載荷對高參數(特別是高溫差不銹鋼換熱設備)換熱器管板砬力影響很大，且這些溫差在兩塊管板是不同的。

當溫度較高時，隨溫度的升高，材料的許用砬力 (設n庇力強度）急劇下降，應采用有限元精確計算管板溫度，合理確定管板材料的設計應力強度。管板汗孔與換熱管連接，管板拉伸和彎曲剛度和未開 孔的平板不同，與管板的開孔率及管板與換熱管連 接結構(換熱管壁厚，換熱管與管扳的焊縫高度）有 關采用有限元或其它方法分析計算管扳拉伸和 彎曲剛度（當量彈性模量和泊桑比管板的應力由兩部分組成，一部分由換熱管與殼程筒體軸向變形不協調(壓力和溫差引起），管板、 管程筒體、殼程筒體徑向位移不協調和轉角變形不 協調(壓力和溫差引起），在管板上引起的總體彎曲 應力和總體薄膜應力。另一部分是由壓力和局部溫差在管板管橋及管板與換熱管連接部位引起的局部應力（我閏GB151和美國TEMA標準主要考慮總體彎曲應力，德國AD規范主要考慮局部應力）。對于 厚管板結構，總體彎曲應力是主要部分;而薄管板結構，在管板中部總體薄膜應力和局部應力是主要部分，在管板邊緣總體彎曲應力是主要部分(邊緣內力 對厚管板影響區域寬，對薄管板影響區域窄）。正確地分析計算各部分應力,合理地迭加，并進行綜合評定。

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