一种管板厚度设计方法及立式换热器技术

本发明专利技术提供了一种管板厚度设计方法及立式换热器，涉及换热器技术领域，管板厚度设计方法包括：S1、根据立式换热器的设计条件确定上管箱筒体、下管箱筒体、换热管和壳程筒体的厚度；S2、根据设计条件确定上管板的厚度δ1；S3、设定上管板与下管板的厚度差为d；S4、确定下管板的厚度δ2，δ2＝δ1+d；S5、根据设计条件、步骤S1确定的上管箱筒体的厚度、步骤S1确定的下管箱筒体的厚度、步骤S1确定的换热管的厚度、步骤S1确定的壳程筒体的厚度、步骤S2确定的上管板的厚度δ1、步骤S4确定的下管板的厚度δ2对立式换热器进行有限元分析；S6、根据许用应力评定指标对有限元分析的结果进行评定。本管板厚度设计方法可以节省管板材料，降低用料成本。低用料成本。低用料成本。

【技术实现步骤摘要】
一种管板厚度设计方法及立式换热器


[0001]本专利技术涉及换热器
，具体而言，涉及一种管板厚度设计方法及立式换热器。

技术介绍

[0002]上管板和下管板是立式换热器中的重要部件，其主要起到支撑各换热管的作用，因此，上管板和下管板的设计尤为重要。
[0003]目前，在对立式换热器设计时，设计出的上管板和下管板往往具有相同的厚度，这样一来，会导致两个管板的其中一个的厚度超出实际要求，该管板的厚度过大，使得用料较多，容易造成用料成本浪费。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是：如何降低用料成本。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种管板厚度设计方法，应用于立式换热器，所述立式换热器包括上管箱筒体、下管箱筒体、换热管、壳程筒体、上管板和下管板，所述管板厚度设计方法包括：
[0006]S1、根据所述立式换热器的设计条件确定所述上管箱筒体、所述下管箱筒体、所述换热管和所述壳程筒体的厚度；
[0007]S2、根据所述设计条件确定所述上管板的厚度δ1；
[0008]S3、设定所述上管板与所述下管板的厚度差为d；
[0009]S4、确定所述下管板的厚度δ2，δ2＝δ1+d；
[0010]S5、根据所述设计条件、步骤S1确定的所述上管箱筒体的厚度、步骤S1确定的下管箱筒体的厚度、步骤S1确定的所述换热管的厚度、步骤S1确定的所述壳程筒体的厚度、步骤S2确定的所述上管板的厚度δ1、步骤S4确定的所述下管板的厚度δ2对所述立式换热器进行有限元分析；
[0011]S6、根据许用应力评定指标对所述有限元分析的结果进行评定，评定通过时，将步骤S3中设定的所述上管板与所述下管板的厚度差d确定为所述上管板与所述下管板的厚度差值，评定不通过时，返回步骤S3重新设定所述上管板与所述下管板的厚度差d。
[0012]可选地，步骤S3中设定的所述上管板与所述下管板的厚度差d满足以下条件：
[0013]d＝uδ1，其中，u大于等于0.2且小于等于0.3。
[0014]可选地，u为0.25。
[0015]可选地，步骤S2包括：
[0016]判断所述立式换热器的设备内直径是否大于4000mm；
[0017]当所述立式换热器的设备内直径小于等于4000mm时，按照GB/T151
‑
2014标准确定所述上管板的厚度δ1；
[0018]当所述立式换热器的设备内直径大于4000mm时，按照以下公式确定所述上管板的
厚度δ1：δ1＝ηδ3，其中，η大于等于1且小于等于2，δ3为步骤S1中确定的所述壳程筒体的厚度值。
[0019]可选地，η为1.5。
[0020]可选地，有限元分析过程中按照非均匀载荷设定边界条件，所述非均匀载荷包括压差载荷、质量载荷、压降载荷。
[0021]可选地，所述非均匀载荷按照所述立式换热器处于管程壳程同时加压工况时所受的载荷进行设定。
[0022]可选地，有限元分析过程中采用GUI方法或APDL方法建立所述立式换热器的有限元仿真模型。
[0023]可选地，所述许用应力评定指标包括一次总体薄膜应力强度许用极限、一次局部薄膜应力强度许用极限、一次薄膜加一次弯曲应力强度许用极限、一次加二次应力强度许用极限、峰值应力强度许用极限。
[0024]本专利技术还提供一种立式换热器，包括上管箱筒体、下管箱筒体、换热管、壳程筒体、上管板和下管板，所述上管板和所述下管板的厚度由如上所述的管板厚度设计方法得到。
[0025]与现有技术相比，本专利技术提供的一种管板厚度设计方法，具有但不局限于以下技术效果：
[0026]本专利技术提供的管板厚度设计方法中，先根据所述立式换热器的设计条件确定所述上管箱筒体、所述下管箱筒体、所述换热管和所述壳程筒体的厚度，以便于后续有限元分析；然后根据所述设计条件确定所述上管板的厚度δ1，上管板的厚度δ1可作为下管板的厚度δ2确定的基础；而后，设定所述上管板与所述下管板的厚度差为d，以给出一个上管板和下管板厚度差的初始假设值；之后，确定所述下管板的厚度δ2，以得出一个在上述初始假设值下的下管板厚度值；接着，将所述立式换热器进行有限元分析，以得出在上述设计条件、上管箱筒体厚度、下管箱筒体厚度、换热管厚度、壳程筒体厚度、上管板厚度δ1、下管板厚度δ2等参数结合下的有限元分析结果；最后，根据许用应力评定指标对所述有限元分析的结果进行评定，评定不通过则返回步骤S3重新设定d值，直至评定通过，以不断调整优化出一合适的d值，d值确定后可对应得出下管板厚度δ2。上述管板厚度设计方法可同时得出上管板的厚度和下管板的厚度，而下管板的厚度的确定是以最优的厚度差d为基础的，上管板的厚度和下管板的厚度在具备厚度差的同时也满足许用应力评定指标，从而使得上管板和下管板在满足实际需求情况下其中一个较薄些，避免两者厚度均较厚，节省管板材料，降低用料成本。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例管板厚度设计方法的流程示意图；
[0028]图2为本专利技术实施例立式换热器的结构示意图；
[0029]图3为本专利技术实施例管板厚度设计方法中的有限元仿真模型；
[0030]图4为本专利技术实施例管板厚度设计方法中的有限元仿真分析结果。
[0031]附图标记说明：
[0032]1‑
上管箱筒体、2
‑
下管箱筒体、3
‑
换热管、4
‑
壳程筒体、5
‑
上管板、6
‑
下管板。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。
[0034]在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”，则其指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0035]此外，在本专利技术的描述中，附图中Z轴表示竖直方向，也就是上下位置，且Z轴的正向代表上方，相应地，Z轴的反向代表下方，需要说明的是，前述Z轴的表示含义仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0036]传统的立式换热器的设计方法中，往往以如下假设为前提进行设计：上管板和下管板具有相同的载荷条件。因此，按照传统设计方法设计出的上管板和下管板具有相同的厚度。而在立式换热器实际工况下，上管板和下管板的所受载荷是不同的，对于壳程设计压力大于管程设计压力的立式换热器，下管板所受载荷更大，所以，为满足实际工况，最好的设计结果是上管板更薄，下管板更厚。若是按照传统设计方法以保证性能为前提设计出相同厚度的上管板和下管板，这样虽然可以使下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管板厚度设计方法，其特征在于，应用于立式换热器，所述立式换热器包括上管箱筒体(1)、下管箱筒体(2)、换热管(3)、壳程筒体(4)、上管板(5)和下管板(6)，所述管板厚度设计方法包括：S1、根据所述立式换热器的设计条件确定所述上管箱筒体(1)、所述下管箱筒体(2)、所述换热管(3)和所述壳程筒体(4)的厚度；S2、根据所述设计条件确定所述上管板(5)的厚度δ1；S3、设定所述上管板(5)与所述下管板(6)的厚度差为d；S4、确定所述下管板(6)的厚度δ2，δ2＝δ1+d；S5、根据所述设计条件、步骤S1确定的所述上管箱筒体(1)的厚度、步骤S1确定的下管箱筒体(2)的厚度、步骤S1确定的所述换热管(3)的厚度、步骤S1确定的所述壳程筒体(4)的厚度、步骤S2确定的所述上管板(5)的厚度δ1、步骤S4确定的所述下管板(6)的厚度δ2对所述立式换热器进行有限元分析；S6、根据许用应力评定指标对所述有限元分析的结果进行评定，评定通过时，将步骤S3中设定的所述上管板(5)与所述下管板(6)的厚度差d确定为所述上管板(5)与所述下管板(6)的厚度差值，评定不通过时，返回步骤S3重新设定所述上管板(5)与所述下管板(6)的厚度差d。2.根据权利要求1所述的管板厚度设计方法，其特征在于，步骤S3中设定的所述上管板(5)与所述下管板(6)的厚度差d满足以下条件：d＝uδ1，其中，u大于等于0.2且小于等于0.3。3.根据权利要求2所述的管板厚度设计方法，其特征在于，u为0.25。4.根据权利要求1所述的管板厚度设计方法，其特征在于，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：马明奇，卢峰，余胜麟，于志刚，李璎儒，
申请(专利权)人：中国第一重型机械股份公司，
类型：发明
国别省市：