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管殼式換熱器（鏈接）一直是在化工、石油、輕工、能源等領(lǐng)域使用最廣泛的換熱設(shè)施之一，管換器用選材范圍較廣，換熱管表面容易清洗，能適用于各種環(huán)境，工作處理能力較強(qiáng)，可以承受較高溫度和壓力等優(yōu)勢(shì)。管換器的工作結(jié)構(gòu)就是根據(jù)gb151［1］來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而gb151

里面有關(guān)換熱器管板強(qiáng)度校核則是依據(jù)彈性基礎(chǔ)上的薄板理論，也就是在相同的軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的要求之下，把薄板的三維變形簡(jiǎn)潔成二維梁式變形，并且用這個(gè)來(lái)計(jì)算它的強(qiáng)度。一般在換熱器殼體厚度的選購(gòu)上，一般都是依據(jù)殼體受到多少殼程壓力來(lái)進(jìn)行選擇的。

由于管殼式換熱器的運(yùn)行特點(diǎn)，所以不但要受到管程壓力和殼程壓力的載荷作用，而且還會(huì)承受到工作流體給予的溫度載荷。在gb151 當(dāng)中對(duì)于這么多壓力載荷，都給出了外部管殼和換熱管板的適用大小體積，還有換熱板管和包括法蘭的管板與外部殼體的連接方式，但是，換熱器在溫度載荷的情況下，這些數(shù)據(jù)都沒(méi)有很?chē)?yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

而本文就是依據(jù)一個(gè)管殼式換熱器的強(qiáng)度校核得出的數(shù)據(jù)，把載荷劃分為壓力載荷和溫度載荷的目的，就是用來(lái)講解管換器工作物理結(jié)構(gòu)在這倆種載荷的壓力下的響應(yīng)特點(diǎn)，并且會(huì)進(jìn)一步說(shuō)明該結(jié)構(gòu)應(yīng)該怎么樣去改進(jìn)。本篇文章使用三維有限元的講解方式，來(lái)探尋其內(nèi)部的規(guī)律。

換熱器結(jié)構(gòu)大小和載荷情況

bem型換熱器結(jié)構(gòu)，管板上共有500 支管子，均勻的分布在換熱管板的上半部分。結(jié)構(gòu)大小和材料的選擇：管板厚度：80mm；管板內(nèi)徑：1300 mm；法蘭外徑：1460 mm；管板材料：00cr19ni10；殼體厚度：24mm。

為了計(jì)算簡(jiǎn)單，在設(shè)置有限元模型的時(shí)候，只研究換熱器的管板、殼體、管束和膨脹節(jié)等重要部件，其他的都使用相同效果的均布比壓來(lái)替換。

因?yàn)橐话銚Q熱器結(jié)構(gòu)都是對(duì)稱(chēng)的，所以不需要選擇全部及其只選它整個(gè)體積的四分之一就可以了，然后換熱管的大小取平均值。因?yàn)楣苁羌?xì)長(zhǎng)的，可以使用桿單元來(lái)代替。這樣的辦法對(duì)換熱管周?chē)�的換熱管板受到的應(yīng)力的作用計(jì)算不準(zhǔn)，不過(guò)，實(shí)際情況下要顧及換熱管和換熱管板之間的脹焊連接，導(dǎo)致這個(gè)部位的真實(shí)應(yīng)力不容易計(jì)算準(zhǔn)確。依據(jù)圣維南原理，可以知道這里的應(yīng)力計(jì)算數(shù)值對(duì)其他地方的非布管區(qū)管板的計(jì)算沒(méi)有影響。

要是按照正常操作工況為校核的情況下，那么它的數(shù)值是：殼程壓力：ps .= -0.1 mpa；殼程溫度：ts=230℃；管程壓力：pt =0.2mpa；管程溫度：tt=50℃；管板溫度：t=140℃；法蘭墊片壓力：pc=69mpa；法蘭螺栓預(yù)緊力：116.5kn。

因?yàn)閾Q熱板管上的角孔面積占換熱管板總面積5％，因此我們可以不去考慮當(dāng)量壓力與管程壓力之間的區(qū)別。 然后依據(jù)管殼式換熱器（鏈接）正常使用下其載荷溫度的具體數(shù)據(jù)，可以得出它的主要位置在，在整個(gè)換熱器的下半部分，我們知道換熱管板中截面位置的溫度是40 ℃，管板與換熱管的膨脹節(jié)部位溫度是230 ℃，而結(jié)構(gòu)的上半部分，同一部位的溫度分別是120℃

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