固定管板式换热器管板的有限元分析.pdf

第43卷第7期
当代化
Vo1.43,No.7
4年7月
Contemporary Chemical industry
July, 2014
固定管板式换热器管板的有限元分析
陈慕天,谢禹钩,张芳瑶
(辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺113001)
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,壳程歴力和热载荷
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:TQ050文献标识码:A文章编号:1671-0460(2014)07-1227-03
Finite Element Analysis of the Tube Sheet in a Fixed
Tube Sheet Heat Exchanger
CHEN Mu-tian, XIE Yi-jun, ZHANG fang-ya0
(Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China)
Abstract: The stress of tube-sheet heat exchanger was analyzed by using the ANASYS software, the stresses of
tube-sheet under three different load conditions of tube side pressure, shell pressure and thermal load were obtained
respectively According to the JB4732-95 Steel ressure vesselsthe standard of analysis design, the strength of the
dangerous sections was assessed. The analysis results indicated that the intensity requirement of the tube-sheet was
satisfied. The paper can provide the reference for the safety assessment of the heat exchanger in service
Key words: Heat exchanger; ANSYS; Tube-sheet; Strength assessment
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18.5m;换热管呈三角形布置,管间距38mm,
达到流程规定的指标,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
B4732-1995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. 1 The structural diagram of the tube-sheet shoulder
流体压力造成的机械应力相叠加。当叠加应力较高12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
此换热器应力分析应包括不同危险工况并对不同部
Table I Material properties of each component
位进行分析与评定才能保证其安全可靠的运行。
项目
材料
弹性模量泊松许用应力
O /MP
1换热器的尺寸与参数
壳程筒体
16MNR
102.8
管程筒体
Q235-B
2.0x10
102.8
1.1换热器的结构与尺寸
管板锻件oCr17Vi12Mo21.83x103
0.3
97.8
换热器模型只考虑管板,壳体、管柬和管箱四
换热管
CrI7Ni12Mo29.37x10°
0.3
97.8
收稿日期:2013-11-1
作着简介:陈慕天(1989-),男,湖南娄底人,硕土研究生,研究方向:设备安全。E-mail:cmtupupo@163.com
通讯作者:谢禹钩(1960-),男,教授,博士研究生,研究方向:压カ容器与管道失效风险分析及剩余寿命评估。