新版标准换热器应力分析设计知识要点浅析

（1）管板布管不均匀，或者管板结构为非标准结构，无法采用GB/T151-2014进行设计；

（2）换热器存在疲劳工况，存在温度、压力的波动。

（1）管板与换热管的连接方式：焊接、胀接或胀焊结合的结构；

（2）管板为圆形；

（3）开孔区布管均匀；

（4）除特别指明外，对于固定管板热交换器，两块管板结构和边界约束条件符合模型对称性； 

管板延长做法兰时，按“预紧条件”和“操作条件”两种状态分别计算；

对于U形管热交换器、浮头热交换器、填函式热交换器，若不能保证壳程压力Ps与管程压力Pt在任何情况下同时作用时，则应分别对Ps与Pt单独作用的两种工况进行校核。若Ps和Pt之一为负压时，则应考虑压差的危险组合；

对于固定管板热交换器。计算工况见表8-1，应按相关要求确定计算工况；

仅当壳体带膨胀节时方需计算⑤⑥工况；

认为有必要时，可以计算工况⑦，通常情况不需计算。 

对换热器各种工况下进行应力分析，然后提取换热管的最大轴向拉伸和压缩应力，进而可以核算换热管的稳定性和换热管与管板连接处拉脱力。

根据GB151-2014第7.3节，换热管轴向应力评定：计算回转半径，根据换热管最大无支撑跨距，可以计算出换热管最大的轴向许用压缩应力。

σ_c=4×F_c/[π×(D²-d²)]

式中：σ_c为换热管最大轴向压缩应力；Fc为有限元计算结果提取的最大轴向压缩力；D为换热管的外径；d为换热管的内径。

换热管与管板连接形式为焊接，按GB151-2014表7-12查得换热管许用拉脱应力。

σ_t=F_t/πDl

式中：σ_t为换热管最大轴向拉应力；Ft为有限元计算结果提取的最大轴向拉力；D为换热管的外径；l为换热管与管板焊接高度。 

整个管板系统在预紧条件和操作条件下承受不同形式的外载荷，其内力大小应按“预紧条件”和“操作条件”两种状态分别求解。 

（1）对U形管式、浮头式和填函式热交换器，计算时一般采用壳体有效厚度进行校核。对于固定管板热交换器，壳程筒体厚度应分别按名义厚度和有效厚度两种情况，分别进行管板系统校核计算；

（2）根据换热器模型和载荷的对称性，可以对模型进行适当简化，建立轴对称模型，减小计算量；

（3）对与非疲劳的换热器，一般不需要建立换热管与管板之间的焊角，这样可以简化模型，但对换热管的轴向拉力和压缩力提取影响较小；

（4）对与疲劳换热器，需要建立换热管与管板之间的焊角，这样可以减小计算出来峰值应力，更加符合实际情况；

（5）换热器分析一般完成管板的校核，包括管板安定性评定，换热管的强度和整体稳定性校核，管板系统整体塑性垮塌等失效模式。当换热器存在疲劳、局部屈曲、棘轮、高温蠕变等失效模式，应按照相关失效标准进行补充评定。