雙管程換熱器管板的有限元分析計算

門偉

【摘要】本文采用了建出與管板接觸的管箱法蘭，在管箱法蘭端部施加固定約束，并在管箱法蘭與管板法蘭接觸的密封面處設置接觸的方法進行管板有限元分析。這樣所得結果與實際貼近，不會因約束管板局部位置而造成不合實際的應力集中現象，且克服了傳統管板計算理論的局限性。計算完成后發現溫度產生的應力很大，于是對管板結構進行了改進優化，優化后的管板應力降低，各路徑的應力均滿足JB4732-95的規定。

【關鍵詞】管板；有限元；應力分析

引言

本文分析的主要對象是某雙管程螺旋纏繞管式換熱器上延長部分兼做法蘭的管板，采用大型通用有限元軟件ANSYS建立了真實的有限元模型，對管板在正常操作工況下進行應力強度分析，并根據所得結果對管板結構進行了改進，最終經評定各路徑的應力均滿足B4732-95的規定。

1、雙管程螺旋纏繞管式換熱器主要參數

該雙管程螺旋纏繞管式換熱器的外徑為φ273mm，筒體壁厚為6.5mm，換熱器總長度約為1910mm。管板厚度為55mm，管板最大外徑為φ510mm，管板材料為16Mn，其在操作溫度下的應力強度Sm=186.6MPa。該換熱器的主要工藝參數如表1所示。

表1主要設計參數

Tabel 1 main design parameter

2、管板有限元分析

2.1 模型簡化

本文只對管板強度進行校核評定，故只建出管板及與管板連接件的局部模型，簡化后的有限元模型如圖1所示。

圖1 管板有限元分析模型

Fig.1 The FEA model of the tubesheet

2.2 網格劃分

因管板結構不規則，故采用四面體網格進行劃分，單元尺寸設為3mm。

2.3 載荷與約束施加

在ANSYS/Workbench中，先用steady-state thermal 模塊進行穩態熱分析，得到溫度分布結果。……