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    管束偏心分布热交换器管板应力分析.pdf

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    管束偏心分布热交换器管板应力分析.pdf

    第43卷第2期 2014年3月 石油化工设备 PETR_CHEMICAL EQUIPMENT V01.43 No.2 Mar.2014 文章编号10007466201402004804 管束偏心分布热交换器管板应力分析 何 伟 陕西煤业化工集团上海胜帮化工技术有限公司,上海 201203 摘要以某管束偏心分布的热交换器管板为研究对象,应用ANSYS分析了热一机械条件下该异形 管板的温度场及应力场,并根据ASME规范第Ⅷ卷第二册对结构的关键部位进行了应力分类及强 度评定,为异形管板的设计和安全评定提供了可靠的依据。 关键词热交换器;异形管板;有限元;应力分析;强度评定 中图分类号TE965;TQos1.501 文献标志码A doi10.3969/j.issn.10007466.2014.02.012 Stress Analysis of Tube Plate with Eccentric Tube Bundle of Heat Exchanger HE Wei SHCCIGShanghaiSpang Chemical Technology Co.Ltd.,Shanghai 201203,China AbstractThe tube plate with eccentric tube bundle of a particular heat exchanger was studied. The temperature field and the stress field of the shaped tube plate under the steady under thermo mechanical loadings were investigated by general finite element analysis software ANSYS.Stress classification and strength uation of key parts of the structure according to sectionⅧof ASME was further addressed,which provides a reliable basis for engineering design and safety assessment of shaped tube plate. Key wordsheat exchanger;shaped tube plate;finite element analysis;stress analysis;strength eva1l】atjon 热交换器是石油化工、电力等行业的重要设备 之一,据统计其投资成本约占整个生产装置设备总 成本的30 。因此,热交换器结构的安全是保障整 个工艺系统长周期连续运行的关键[1]。管板作为热 交换器的主要部件之一,由于承受温度载荷、螺栓载 荷、内压等组合载荷的作用,其温度场和应力场往往 十分复杂,特别是许多特殊结构的管板很难用现有 [9]刘宏臣,胡泽康,王泽军.椭圆度对外压圆筒体屈曲临 界载荷影响的初步分析[J].压力容器,2006,236 2729. LIU Hongchen,HU Ze-kang,WANG Ze-j un.Prelim inary Analysis on the Effect of Ellipticity on Buckling Load of Cylinders under External Pressure[J].Pres一 规范进行设计 ]。 常规的管板设计方法是用等效无孔实心板来代 替多孔管板,并采用简化公式或图解法进行设计。 由于该方法不仅无法准确描述温差引起的热应 力{3],而且其简化力学模型无法真实反映管板强度。 因此,在数值计算方法中寻求解决方案成为有效途 径 ]。文献[6]提出的分析设计方法可对复杂结构 sure Vessel Technology,2006,2362729. [1O]王泽军.锅炉结构有限元分析[M].北京化学工业出 版社,2005. WANG Ze- kln.Finite Element Analysis of Boiler [M].BeijingChemical Industry Press,2005. 杜编 收稿日期20131017 作者简介何伟1981一,湖北黄冈人,工程师,学士,主要从事石油煤化工设备设计工作。 第2期 何伟管束偏心分布热交换器管板应力分析 51 l67.497 156.351 l45.205 134.059 兰 1 22.913 警-767 l00.621 89.475 78.329 67.183 56.047 一一 . 0 6 12 l8 24 30 36 42 48 54 6O 管板厚度/mm 图11路径6应力线性化结果 2l9.748 200.628 l81.508 l62.488 主143.368 鬈l24.248 1051 28 86.008 66.888 47.768 26.648 . 一 0 6 12 l8 24 3O 36 42 48 54 6O 管板厚度/mm 图12路径7应力线性化结果 4 结语 采用ANSYS软件分析了温度及外在机械载荷 耦合作用下带偏心管束管板的温度场和应力场,并 依据ASMEⅧ一2规范进行了强度校核。结果表 明,该管板强度满足要求。文中方法可为类似复杂 管板的应力评定提供参考。 参考文献 [13 钱颂文.管壳式换热器强化传热技术[M].北京化学 工业出版社,2003. [2] [3] QIAN Songwen.Technologies of HeatTransfer En hancement for Shellandtube Heat Exchanger[M].Be jingChemical Industry Press,2003. 章姚辉,赵军,徐鸿.热交换器管板的应力分析及安全 评定[J].化工设备与防腐蚀,2003,12126~28. ZHANG Yaohui,ZHAO Jun,XU Hong.Stress A nalysis and Safty uation of Heat Exchanger Tube Plate[J].Chemical Equipment&Anticorrosion, 2003,1212628. 谭蔚,杨星,杨向涛.高参数热交换器管板热应力分析 模型的研究[J].压力容器,2011,2824450. TAN Wei,YANG Xing,YANG Xiangtao.Study of Model of Thermal Stress Analysis of Highparameter Heat Exchanger Tube Plate[J].Pressure Vessel Tech nology,2011,2824450. [4]杨国义,寿比南.异形管板热交换器应力分析与评定 [J].石油化工设备技术,2006,2736-8. YANG Guo-yi,SHOU Bi-nan.Stress Analysis and uation of Shaped Tube Plate Heat Exchanger[J].Petro- chemical Equipment Technology,2006,2736-8. E5]刘俊明,陈绪.高压厚管板的有限元分析计算[J].压力 容器,1997,14225-29. LIU Jun-ming,CHEN Xu.The Finite Element Analy sis and Calculation about Tube Sheet of High Pressure and Thichken[J].Pressure Vessels Technology,1997, 14225-29. [6]ASME锅炉及压力容器规范国际性规范2007II材 料[s]. ASME Boiler 8L Pressure Vessel Code2007.Sec tion 2Materials[S]. [7] 李永泰,刘长虹,何录武.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[J].压力容器,2012,2724249. LI Yongtai,LIU Changhong,HE I wu.Compari son of Tubesheet’s Code Design s between China and ASME and Some Considerati0ns for Tubesheet Stress Analysis[J].Pressure Vessel Thech nology,2012,2724249. [8]宋贵良.锅炉计算手册上册[M].沈阳辽宁科学技术 出版社,1995. SONG Guiliang.Boiler Reckoner Volume 1[M].She nyangScience and Technology Press,1995. [9]栾春远.压力容器ANSYS分析与强度计算[M].北 京科学出版社,2008. LUAN Chunyuan.ANSYS Analysis and Strength Calculation of Pressure Vessel[M].BeijingScience Press,2008. [10-]穆晓东,吴玲.ANSYS软件在锅炉管板应力分析中的 应用[J].炼油与化工,201013941. MU Xiaodong。WU Ling.Application of ANSYS Software in Stress Analysis of Boiler Tube Sheet[J]. Refining and Chemical Industry,201013941. [111龚曙光,谢桂兰.压力容器分析设计中的应力分类方 法[J].化工装备技术,2000,1032728. GONG Shuguang。XIE Guilan.Stress Classification of Pressure Vessel Analysis Design[J].Chemi cal Equipment Technology,2000,1032728. [12]李承锡,段新群.乙稀装置第二急冷锅炉的管板应力 分析[J].石化技术与应用,1999,1732527,47. LI Chengxi,DUAN Xin-qun.Tube Sheet Stress A nalysis of Secondary Quench Exchanger for Ethylene Plant[J].PetrochemicalTechnology of Application, 1999,1732527,47. 杜编

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