[發明專利]一種大型復雜工況換熱器管板的設計方法

有效

• 申請號: 201810204080.0
• 申請日: 2018-03-13
• 公開（公告）號: CN108319798B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 陳永東;姚志燕;張中清;李志
• 申請（專利權）人: 合肥通用機械研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

1.一種大型復雜工況換熱器管板的設計方法，其特征在于，包括以下操作步驟：

建立有限元全實體計算模型；

改變換熱器管板的厚度，并分別對各個厚度管板的換熱器施加最苛刻的單一載荷，比較在最苛刻的單一載荷的作用下，隨著換熱器管板的厚度的變化，換熱器的各個關鍵部位應力的變化；

在不同換熱器管板的厚度下，分別疊加換熱器的每一個關鍵部位在不同類型的單一載荷下的應力，并選出在不同換熱器管板的厚度下的最大的一次應力值以及一次加二次應力值；

結合換熱器的結構材料在設計溫度下的限制應力值，對所述最大的一次應力值以及一次加二次應力值進行比較分析，確定換熱器管板的初步設計厚度；

將所述換熱器管板的初步設計厚度建立在有限元全實體計算模型中，在設計工況以及多個特殊工況載荷的作用下對換熱器的結構進行校核，確定換熱器管板的最終厚度；

多個所述特殊工況載荷包括換熱器中的介質化學反應非正常放熱、換熱器中的催化劑發生氧化還原反應、換熱器處于開停車狀態。

2.如權利要求1所述的一種大型復雜工況換熱器管板的設計方法，其特征在于：所述最苛刻的單一載荷包括換熱器管程壓力最大值、換熱器殼程壓力最大值以及換熱器管殼程最大溫差。

3.如權利要求2所述的一種大型復雜工況換熱器管板的設計方法，其特征在于：所述有限元全實體計算模型包括換熱器管板(1)、鍛環(2)、換熱管束(3)、殼程筒體(4)、管程筒體(5)；所述換熱器管板(1)與鍛環(2)之間連接，換熱器管板(1)與換熱管束(3)之間連接，鍛環(2)與殼程筒體(4)之間連接，鍛環(2)與管程筒體(5)之間連接。

4.如權利要求3所述的一種大型復雜工況換熱器管板的設計方法，其特征在于：所述改變換熱器管板的厚度即為逐步減小換熱器管板的厚度。

5.如權利要求4所述的一種大型復雜工況換熱器管板的設計方法，其特征在于：所述換熱器的各個關鍵部位包括所述鍛環(2)與殼程筒體(4)連接處、鍛環(2)與管程筒體(5)連接處、鍛環(2)與換熱器管板(1)連接處、換熱器管板(1)的過渡圓弧中部、換熱器管板(1)的布管區、換熱管束(3)。

6.如權利要求5所述的一種大型復雜工況換熱器管板的設計方法，其特征在于，對所述最大的一次應力值以及一次加二次應力值進行比較分析，確定換熱器管板的初步設計厚度的具體操作步驟包括：在不同換熱器管板的厚度下，將最大的一次應力值與一次應力限制值進行比較，將一次加二次應力值與一次加二次應力限制值進行比較，將最接近且小于一次應力限制值、一次加二次應力限制值的最大的一次應力值、一次加二次應力值所對應的管板厚度作為換熱器管板的初步設計厚度。

7.如權利要求1～6任意一項所述的一種大型復雜工況換熱器管板的設計方法，其特征在于：一次應力限制值為195.6MPa，所述一次加二次應力值為391.2MPa。