换热器折流板间距和换热管排布形式对管板热应力影响分析.docxVIP

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换热器折流板间距和换热管排布形式对管板热应力影响分析

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于春柳任金平廖武平

摘???要：管板作为固定管板式换热器的关键部件，其热应力是影响换热器的换热性能和使用寿命的主要因素。本文通过数值模拟方法，采用AnsysWorkbench软件对某型号换热器管板进行有限元分析，研究不同折流板间距和换热管排布形式对应的管板的位移场、温度场和应力场分布。结果表明：折流板间距180mm时管板上的最大热应力大于折流板间距108mm和77mm時管板上的最大热应力;3种管板排布形式的最大等效应力从小到大依次为正方形（67.273MPa）、转正三角形（74.359MPa）和转正方形（78.136MPa），在实际的换热器设计中可考虑选择正方形布管方式。通过分析，揭示了折流板间距和换热管排布形式对管板热应力的影响规律，为换热器结构优化设计提供一定理论基础。

关?键?词：换热器;管板;折流板间距;换热管排布形式;热应力

：TQ051.5????：A????：1671-0460（2020）11-2574-05

AnalysisontheInfluenceofBaffleSpacingand

TubeArrangementonThermalStressofTubeSheetinHeatExchangers

YUChun-liu，RENJin-ping，LIAOWu-ping

（CollegeofChemistryandChemicalEngineering，LongdongUniversity，Qingyang745000，China）

Abstract：Asoneofkeypartsoffixedtubesheetheatexchanger，thermalstressoftubesheetisthemainfactoraffectingtheheattransferperformanceandservicelifeoftheheatexchanger.Inthispaper，thefiniteelementanalysisofaheatexchangerstubesheetwascarriedoutbymeansofnumericalsimulation，sothedisplacementfield，temperaturefieldandstressfielddistributionsofthetubesheetcorrespondingtodifferentbafflespacingandheatexchangetubearrangementwerestudiedbyAnsysWorkbenchsoftware.Theresultsshowedthatthemaximumthermalstressonthetubesheetwasgreaterwhenbafflespacingwas180mmthanthosewhenbafflespacingwas108mmor77mm.Theorderofthemaximumequivalentstressofthethreetypesoftubesheetarrangementwassquare（67.273MPa）p

Keywords：Heatexchanger;Tubesheet;Bafflespacing;Heatexchangetubearrangement;Thermalstress

?固定管板式换热器作为过程工业中常见的热交换设备，主要由管箱、壳体、管板、换热管等零部件组成[1]。其中管板是固定管板式换热器的关键部件，与壳体、换热管及管箱连接，一方面起排布换热管的作用，另一方面起分隔流体的作用，将管程和壳程流体分隔开，避免冷、热流体混合。因此，在工作过程中，管板受力情况较为复杂，须满足换热管和壳体的压力作用要求，换热管外壁与壳体内壁温差引起变形不协调产生的作用力要求，同时也要满足自身温度分布不均匀引起的作用力要求[2-3]。在这3种作用力中，换热管外壁与壳体内壁温差引起变形不协调产生的作用力和自身温度分布不均匀引起的作用力情况较为复杂，但从本质上可统一看作是管板的热应力，该热应力会使换热管与管板的接口脱开，发生介质泄露，很大程度上成为影响换热器使用寿命的关键因素[4-5]。

固定管板式换