GB151中带膨胀节固定式换热器管板计算方法的改进

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1、GB151中带膨胀节固定式换热器管板计算方法的改进薛明德，黄克智，李世玉，朱国栋。徐锋(1．清华大学工程力学系，北京100084；2．中国石化工程建设公司，北京100101；3．中国特种设备检测研究院，北京100013)摘要：介绍了修订现行国家标准GB151一l999《管壳式换热器》时，对带膨胀节的固定式换热器管板设计中应力计算方法的改进意见。文中指出现有计算忽略了膨胀节圆环内部压力引起轴向位移影响，会对某些高参数换热器固定管板的应力分析带来较大误差，并基于板壳理论得到膨胀节圆环内部压力与其两端受轴拉力引起轴向位移之间的相互关系，并结合现行GB151管板计算模型，提出修订原则和方法。

2、通过有限元计算，证明该方法是可靠的。关键词：管壳式换热器；固定管板；膨胀节；设计规范；应力分析中图分类号：T一652．1；TQ051．5文献标识码：B文章编号：1001—4837(2012)04—0057—05doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2012．04．0O9AnImprovedMethodofStressAnalysisforFixedTubesheetsofHeat—exchangerwithExpansionJointinGB151XUElVnng—de，HUANGKe—zhi，LIShi—yu2，ZHUGuo—dong，XUFeng(1．Depa

3、rtmentofEngineeringMechanics，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China；2．SINOPECEngi—neeringIncorporation，Beijing100101，China；3．ChinaSpeeiMEquipmentInspection&ResearchInstitu—te，Beijing100013，China)Abstract：Animprovedmethodofstressanalysisforfixedtubesheetsofheat—exchangerwithexpansionjointispropo

4、sedinordertomodifytheChinaNationalStandardGB151—1999“Tubularheatexchang-ers”．Itispointedoutthattheefectofaxialforcebypressureinexpansionjointshouldntbeignoredinfixedtubesheetanalysis，arevisedmethodfromthetheoryofplatesandshellsisputforwardforengineer-ingapplicationinthispaperbasedonrelationsofa

5、xialdisplacementsbypressureinringandendforceofexpansionjoint．Thecompareamongthenewmethod．finiteelementanalysisandGBl51—1999isgivenfinallythatprovesthenewmethodisaccurateandreliable．Keywords：tubularheatexchanger；fixedtubesheet；expansionjoint；designcode；stressanalysis言在现行国家标准GB151-1999(管壳式换热向伸长变形

6、按现行膨胀节标所给方法计GB151中带膨胀节固定式换热器管板计算方法的改进Vo129．No42012算，该方法给出了膨胀节两端受图1(a)所示轴向p,rrR引起的位移加，以及膨胀节圆环内部的局拉力F引起的变形，但没有给出图1(b)所示壳程部自平衡压力引起的轴向位移；现行GB压力p作用于膨胀节内部引起的膨胀节伸长变151⋯中，轴力，。(对于管壳式换热器的壳程圆形。当膨胀节较宽、波数较多时，在某些工况下不筒：F。=，见图2(b))引起的壳体轴向位移考虑壳程压力造成的壳体轴向伸长会对固定管板已经按文献[2]所给方法计入固定管板边缘轴向的应力分析带来较大误差。ASMEⅧ一1在2003位移协调

7、方程中了。若按照板壳理论所给(1)年的增补中给出了固定式换热器管板应力的式，可知：计算方法，该方法计及了带膨胀节时其圆环内压力轴向作用对管板应力的影响，此后，国内某商业居，(3)计算软件也推出了据称是带膨胀节时考虑了其圆环内压力作用的计算程序。近年来，随着管壳式换热器的高参数、大型化发展，此问题日显突出。本文基于板壳理论、并且考虑到与现行膨胀节标准相衔接，给出对于此类固定管板的改进计算方法，建议以本文和笔者所著文献[6]提出的改进计算方法作为GB151《管