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董經(jīng)理(先生)
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董經(jīng)理 (先生)
管殼式換熱器(鏈接)一直是在化工、石油、輕工、能源等領域使用最廣泛的換熱設施之一,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,可以承受較高溫度和壓力等優(yōu)勢。管換器的工作結(jié)構(gòu)就是根據(jù)gb151[1]來進行設計的,而gb151
里面有關換熱器管板強度校核則是依據(jù)彈性基礎上的薄板理論,也就是在相同的軸對稱結(jié)構(gòu)的要求之下,把薄板的三維變形簡潔成二維梁式變形,并且用這個來計算它的強度。一般在換熱器殼體厚度的選購上,一般都是依據(jù)殼體受到多少殼程壓力來進行選擇的。
由于管殼式換熱器的運行特點,所以不但要受到管程壓力和殼程壓力的載荷作用,而且還會承受到工作流體給予的溫度載荷。在gb151 當中對于這么多壓力載荷,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)都沒有很嚴格的標準和要求。
而本文就是依據(jù)一個管殼式換熱器的強度校核得出的數(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特點,并且會進一步說明該結(jié)構(gòu)應該怎么樣去改進。本篇文章使用三維有限元的講解方式,來探尋其內(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。
為了計算簡單,在設置有限元模型的時候,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替換。
因為一般換熱器結(jié)構(gòu)都是對稱的,所以不需要選擇全部及其只選它整個體積的四分之一就可以了,然后換熱管的大小取平均值。因為管是細長的,可以使用桿單元來代替。這樣的辦法對換熱管周圍的換熱管板受到的應力的作用計算不準,不過,實際情況下要顧及換熱管和換熱管板之間的脹焊連接,導致這個部位的真實應力不容易計算準確。依據(jù)圣維南原理,可以知道這里的應力計算數(shù)值對其他地方的非布管區(qū)管板的計算沒有影響。
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;法蘭螺栓預緊力:116.5kn。
因為換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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