特殊结构柔性薄管板的工程计算方法
薄管板换热器应用分析与设计计算
薄管板换热器应用分析与设计计算张平亮Ξ(江苏省无锡市造漆厂)摘要 在分析国外薄管板换热器应用情况和国内薄管板换热器的应力测定、爆破试验以及制造可行性的基础上,给出了薄管板厚度系列数据。
探讨了原西德AD《压力容器规范B5》薄管板厚度计算公式,指出20g、16MnR和0Cr18Ni9T i等管板材料在各种壳程下不布管区最大外接圆直径d2的取值范围。
参考G B151—89《钢制管壳式换热器》的计算,提出了适合我国应用的薄管板设计计算的简化方法。
主题词 薄管板 厚度 计算方法 换热器 对于圆平板形薄管板的强度计算及设计方法,目前我国尚未颁布有关标准。
国际上常用的管板计算方法有原西德AD《压力容器规范B5》和美国TE M A等,笔者通过对国外引进薄管板换热器的应用分析、比较,推出更为实用简化的薄管板计算及设计方法。
薄管板的应用分析[1～3]北京化工厂曾从原西德引进40台薄管板换热器,通过分析得出管板厚度系列见表1,其材料为0Cr18Ni9T i。
表1 原西德薄管板厚度换热器壳体内径D i(mm)508～1600273～508<273管 板 厚 度δmin(mm)151210据应力测定、爆破试验以及使用情况分析,提出国内管板厚度系列见表2。
表2 我国薄管板厚度系列D i(mm)≤400500～600700～800900～10001400～16001600～2000δ(mm)81012141618500mm,δ=10mm的换热器经爆破试验,安全系数达到5～6。
400mm(δ=8mm)、 700mm(δ=12mm)和 1400mm(δ=16mm)的换热器国内已经使用过,证明上述管板安全可靠,使用压力高达40MPa。
因此,对于薄管板的厚度设计可以参照表2提出的经爆破试验得出的结论,可避免大量的繁琐计算。
同时,根据原西德AD规范计算,管板厚度较小,除考虑制造、安装及运输的要求外,还必须依据以上国内外薄管板系列换热器的应用情况来设计,这为推导薄管板的实用简化设计方法提供了可靠的实践依据。
结构力学柔度计算公式
结构力学柔度计算公式结构力学柔度计算公式是对结构体系中的柔度进行计算的公式。
柔度是指结构在外力作用下发生变形的能力，是结构体系的一项重要性能指标。
通过计算柔度可以了解结构的变形情况，评估结构的稳定性和抗风、抗震能力，为结构设计和分析提供依据。
柔度的计算公式与结构的类型、边界条件、受力形式等因素有关。
下面将分别介绍几种常见的结构类型的柔度计算公式。
杆系结构的柔度计算公式杆系结构是指由杆件组成的结构，例如悬臂梁、桁架等。
对于杆系结构，柔度可以通过弹性力学的方法进行计算。
根据弹性力学理论，杆件的柔度与杆件的材料力学性质、截面形状、长度等因素有关。
常见的杆系结构柔度计算公式如下：F = k * δ其中，F表示结构受力，k表示柔度系数，δ表示结构的变形量。
柔度系数k可以通过杆件的材料力学性质和几何参数计算得到。
板系结构的柔度计算公式板系结构是指由薄板组成的结构，例如平板、薄壳等。
对于板系结构，柔度可以通过板的弯曲理论进行计算。
根据板的弯曲理论，板的柔度与板的材料力学性质、尺寸、支撑条件等因素有关。
常见的板系结构柔度计算公式如下：F = k * δ其中，F表示结构受力，k表示柔度系数，δ表示结构的变形量。
柔度系数k可以通过板的材料力学性质和几何参数计算得到。
梁系结构的柔度计算公式梁系结构是指由梁组成的结构，例如悬臂梁、梁柱系统等。
对于梁系结构，柔度可以通过梁的弯曲理论进行计算。
根据梁的弯曲理论，梁的柔度与梁的材料力学性质、截面形状、长度、支撑条件等因素有关。
常见的梁系结构柔度计算公式如下：F = k * δ其中，F表示结构受力，k表示柔度系数，δ表示结构的变形量。
柔度系数k可以通过梁的材料力学性质和几何参数计算得到。
上述三种结构类型的柔度计算公式都遵循相同的基本原理，即柔度与受力和变形量之间的关系。
通过合理选择柔度计算公式，可以准确计算出结构的柔度，进而评估结构的性能和稳定性。
需要注意的是，结构力学柔度计算公式只是结构分析的一部分，结构的实际变形情况还需要考虑材料的非线性特性、接触约束、温度变化等因素的影响。
高压挠性薄管板的计算
高压挠性薄管板的计算张贤福【摘要】Methods of tubesheets calculation in SH/T 3158,AD Code and EN 12953 were used to calcu-late the thin-tubesheet under high pressure,and ANSYS software was also used to check the thickness calculated before,the conclusion is that the standard formula in calculating the thickness of tube layout ar-ea and close outside area is applicable,but at the corner of the thin-tubesheet,due to the complex load-ing and the flexiblesupport,standard formula can′t consider these factors,so stress ana lysis software shall be used for these parts′design.%利用SH/T 3158，AD 规范及EN 12953中的计算方法对高压薄管板进行了计算，并应用ANSYS软件对计算厚度进行了分析校核，得出的结论是这些标准公式在计算管板布管区及布管区外的厚度是适用的，但在薄管板的转角处因受力复杂，且属于挠性支撑，标准公式无法考虑这些因素，需要使用应力分析软件对这些部位进行设计计算。
【期刊名称】《压力容器》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】5页(P49-53)【关键词】换热器;薄管板;高压;挠性;ANSYS;网格【作者】张贤福【作者单位】江苏中圣高科技产业有限公司，江苏南京 211112【正文语种】中文【中图分类】TH123;TQ051.5;T-650 引言乙烯、丙烯等不饱和烯烃是生产各种重要有机化工产品的原材料，目前以管式炉裂解技术最为成熟，其原理是让石油系的烃类和蒸汽的混合物通过裂解炉管，在通过炉管这段很短的时间内，将混合物料加热至高温，一般为800～900℃左右，在高温下，石油系烃类会发生裂解，生成乙烯、丙烯等不饱和烯烃。
薄板弯曲挠度计算公式
薄板弯曲挠度计算公式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：薄板弯曲挠度计算公式是工程力学课程中的重要内容，也是工程设计和结构分析中不可或缺的一部分。
薄板在受力作用下会发生弯曲变形，挠度是描述薄板弯曲程度的重要参数。
通过合理的挠度计算公式，我们可以准确地评估薄板的变形情况，为工程设计提供可靠的依据。
薄板弯曲挠度计算公式的推导过程比较复杂，需要借助数学和力学知识。
一般而言，薄板的挠度计算公式可分为静力法、弹性力学法和有限元法等多种方法。
静力法是最为常用的一种计算薄板挠度的方法，下面我们将对其进行详细介绍。
我们需要了解一些基本概念。
在工程力学中，对于一根长为L、宽为b、厚度为h的矩形薄板，在受到外力作用后呈弯曲状态，其挠度δ可以通过以下公式计算：\[ \delta = \frac{PL^3}{3EI} \]P为受力大小，E为杨氏模量，I为横截面惯性矩。
这是薄板挠度计算公式的一般形式，具体的计算过程需要根据实际情况进行适当的调整和修正。
静力法是一种比较简单但实用的计算挠度的方法。
该方法主要基于等效荷载原理，即将复杂的荷载系统转化为简化的等效荷载，将薄板弯曲问题转化为梁的弯曲问题。
下面我们以一种常见的简支边界条件情况为例，介绍具体的计算步骤。
假设我们有一根长为L、宽为b、厚度为h的矩形薄板，受到长度方向均布载荷q的作用，两端为简支边界。
我们需要计算该薄板的等效弯矩M，其计算公式如下：根据薄板挠度计算公式，我们可以得到该薄板的挠度表达式为：通过这个计算公式，我们可以快速准确地计算出简支边界条件下薄板的挠度。
如果有其他不同的受力情况或边界条件，需要进行相应调整。
除了静力法，弹性力学法和有限元法也是常用的计算薄板挠度的方法。
弹性力学法是以弹性理论为基础，考虑了薄板材料的应力应变关系，可以更精确地描述薄板的弯曲情况。
有限元法则是一种数字计算方法，通过将薄板离散成有限个单元，利用计算机进行大规模计算，可以处理更加复杂的挠度计算问题。
管道柔性分析与应力计算.概要
今天借这个机会和大家共同学习和探讨一下管道柔性分析与应力计算以及应力计算软件CAESARⅡ。
我们作为管道工程师，配管是我们的主要工作，占据了我们大部分工作时间。
一般情况下，管道工程师在配管完成后，应将临界管系提给管道机械工程师进行管道柔性分析与应力计算，通常也简称为应力分析。
我们在配管完成后，为什么要进行管道应力分析呢？主要有以下几个原因：第一个原因是为了使管道应力在规范的许用范围内，保证所设计的管系及其连接部分的安全性。
第二个原因是为了使管口荷载符合标准规范的要求。
第三个原因是为了计算支撑和约束的设计荷载。
第四个原因是为了计算管道位移，从而选择合适的管架。
第五个原因是为了解决管道动力学问题，比如说：机械振动，声频振动，流体锤，压力脉动，安全阀的排放等等。
最后一个原因是为了帮助配管优化设计。
这些原因呢也构成了管机工程师需要完成的工作任务，对这些内容呢后面我们会作进一步学习。
今天我们学习的内容包括以下五个部分:1.管道应力分析的相关理论和基础知识。
我们简单的学习一下与管道应力分析相关的一些理论和基础知识。
2.管道应力分析的理解和工作任务。
3.实际工作中的管道应力分析的工作过程。
4.管道的柔性设计。
5. CAESARⅡ管道应力计算程序。
我们首先一起学习一下应力分析的理论基础一管道应力分析的相关理论和基础知识。
应力分析的相关理论和基础知识涉及的内容是非常广泛的，象是材料力学，结构力学，有限元，弹塑性力学等等。
今天我们只学习和它关系最为密切的一些内容。
如果有兴趣的话，大家可以在以后时间里进一步学习其他相关知识。
我们学习的第一点是强度理论在管系上的任一受力点，往往受到多方向应力的作用，例如：轴向应力，环向应力，剪切应力的作用。
这些应力会对管道材料的力学性能产生影响，严重时将使管道材料失效或产生破坏。
这种影响程度通常用“当量应力强度”来衡量，而定量求解应力强度则要依据相应的强度理论。
涉及的强度理论主要有四种：第一种是最大主应力理论。
结构力学柔度计算公式
结构力学柔度计算公式结构力学柔度计算公式是结构力学领域的重要公式之一。
它可以用来计算结构的柔度，也就是结构的变形能力。
在结构设计和分析中，柔度是一个非常重要的参数，它可以帮助工程师评估结构的稳定性和安全性。
本文将详细介绍结构力学柔度计算公式的含义、应用和计算方法。
一、什么是柔度？柔度是指结构在受到外部载荷作用时所产生的变形量与外部载荷之间的比值。
柔度是结构力学中的一个重要概念，它可以帮助工程师评估结构的变形能力和稳定性。
柔度越大，结构的变形能力就越强，但是结构的稳定性也越差。
相反，柔度越小，结构的变形能力就越小，但是结构的稳定性也越好。
二、柔度计算公式的含义在结构力学中，柔度计算公式可以用来计算结构的柔度。
结构的柔度可以表示为：F = kx其中，F表示结构所受到的外部载荷，k表示结构的柔度系数，x表示结构的变形量。
柔度系数k是一个常数，它与结构的材料、几何形状和截面尺寸等因素有关。
柔度计算公式的含义可以理解为：当结构所受到的外部载荷为F时，结构的变形量x与载荷F之间的关系可以用柔度系数k来表示。
柔度系数k越小，结构的变形量x就越小，结构的稳定性就越好，但是结构的变形能力也越小。
三、柔度计算公式的应用柔度计算公式在结构设计和分析中有着广泛的应用。
它可以用来评估结构的稳定性、变形能力和安全性。
在结构设计中，工程师需要根据结构的使用要求和设计条件来确定柔度系数k的取值。
柔度系数k的取值对于结构的稳定性和变形能力有着重要的影响。
在结构分析中，柔度计算公式可以用来计算结构的变形量和应力分布。
工程师可以根据结构的柔度系数k和外部载荷F来计算结构的变形量x。
然后，根据结构的变形量x和结构的几何形状、材料等因素来计算结构的应力分布。
这些分析结果可以帮助工程师评估结构的安全性和稳定性，从而确定结构的设计方案。
四、柔度计算公式的计算方法柔度计算公式的计算方法比较简单。
首先，需要确定结构的柔度系数k。
柔度系数k可以根据结构的材料、几何形状和截面尺寸等因素来确定。
换热器管板厚度的快速计算
结论
要求 在计算厚度的基础上加上腐蚀裕度 调整到钢
换热器管板厚度的确定 是换热器设计的一个
板规格厚度∀
重要内容 在实际设计过程中 经常需要快速确定其
不适应性
厚度 以便节省时间 提高工作效率 从而达到设计 制造的目的∀本计算方法在实际工作中已多次应用∀
本计算方法不适用于结构特殊 如与法兰搭焊 连接的固定管板及圆环形管板等 以及布管或载荷
关键词 换热器 管板 厚度计算
中图分类号 × ±
文献标识码
文章编号
2
22
在换热器管板设计中 按照
5管
壳式换热器6进行管板厚度设计计算时 计算过程比
较复杂∀本文通过对计算公式进行推导 得出一种快
速简捷的计算方法∀
公式推演
单管程 延长部分兼作法兰与不兼作法兰的 固
定管板式换热器管板 管板周边布管区较窄 管板周
Δτ
Ατ Π
式中 Δ τ) ) 管板布管区当量直径
收稿日期
22
作者简介 李广民 男
年出生 毕业于太原理工大学 学士学
位 工程师 现从事技术开发与管理工作∀
Α τ) ) 管板布管区面积
Θτ
Δτ Δι
式中 Θτ) ) 管板布管区的当量直径与壳程圆筒内 径之比∀
对单管程换热器 三角形排列时
Ατ
νΣ
ν νΠΔτ δ Δτ
换热器为 5 Ε 单管程 换热面积
管
间距为
管!壳程材料为
∀
解 查文献≈ Ù×
表 换热管数量
ν
根 有效长度 Λ
∀
查文献≈ 表 ƒ 求得 Ε τ
° Επ
°∀
把上述已知条件代入 ! 式得
Θτ
挠性薄管板换热器的计算方法及问题探讨
挠性薄管板换热器的计算方法及问题探讨徐君臣【摘要】The calculation of the thickness of the flexible and thin tube sheet is the key to the design of the thin tube sheet heat exchanger. Thus the calculation methods and the research results at home and abroad are summarized and compared with the practical engineering cases followed by the discussion of the existing problems. When both the formula calculation and the finite element method are used, the existing problems are solved and it represents the development trend of the calculation of the thin tube sheet.%挠性薄管板厚度的计算是薄管板换热器设计的关键。
总结了国内外标准关于挠性薄管板的计算方法以及有关研究成果，并结合工程实际案例对薄管板计算方法进行了对比分析，对存在的问题进行了探讨。
采用公式计算并采用有限元方法进行验证，两者相结合可以弥补薄管板计算存在的问题，这也是薄管板计算方法的发展趋势。
【期刊名称】《化工装备技术》【年(卷),期】2016(037)003【总页数】5页(P44-48)【关键词】薄管板;换热器;挠性;分析设计;有限元【作者】徐君臣【作者单位】惠生工程中国有限公司【正文语种】中文【中图分类】TQ050.2挠性薄管板换热器广泛应用于反应器高温出料的冷却，达到热量回收综合利用的目的。
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艾形 校Ｊ
一
１
【 ４ ｝ 一 ． ｒ ＿—呻■Ｉ＿— ■—・瞄 Ｉ ．． ｊ ７ ｌ Ｉ 一
便 的计算方 法具 有 很 大 的实 际 意 义 和应 用 价 值 。
以下具体讨 论此 方法 的计算 依据及 过程 。
力 容器 设 计 单 位 资 格 审 查 和评 定 工 作 。教 授 级 高级 工 程 师 。
Ｅｍａ ｌ ｚ ｏ ￣ Ｉａ ｋｅ ｃ ｒ ｉ ： ｈ ｕ ｒ ｉｎ ． ｏ ＠ ｎ
板计 算 的力 学模 型过 于简化 ， 且并 未考 虑壳体 、 换
热 管 问 的 温差 影 响 ， 一种 很 粗 略 的计 算 方 作 者 简 介 ： 耀 （ ９ １ ） 女 ，１ ８ 周 １６一 ， ２年 毕 业 于成 都 科 技 大 学 ９
原 理 控 制 强度 ， 到 与 有 限 元 分 析极 为接 近 的 设 计 结 果 。文 中还 讨 论 了影 响 柔 性 薄 管 板 强 度 的诸 因素 的 合 得
理设计。
关键词 ： 柔性 薄 管板 ； 程 计 算 方 法 工
目前 在石化 行业 广泛使 用 的余热 回收设 备多 为柔性 薄管板 结构 。而对 于柔性 薄管 板 的强度计
．
图 ２中 （ ） 构 与 柔 性 薄 管 板 结 构 有 相 似 之 ｄ结
处 （ 图 ３ ， 图 ３ 图 ２可 看 出 ， 性 薄 管 板 结 构 见 ）从 、 柔
与图 ２ ｄ 结 构 的 区别 在 于柔 性 管 板 周 边 的 非 布 （） 管 区 由带折 边 的环 形板 和 叉形 结构 件组 成 。 以下
通过 对各 种参数 的余热 回收设 备进 行 了大量 的分 析、 比较 、 算及 用 有 限元 分 析对 比， 发 出一种 计 开 对此类 设 备
法。
器～ 分析设 计标 准 》 ２ ０ （ ０ ５年 确认 ） 附 录 工管 壳 … 式换 热器 的应力 分析计 算适用 的结构 型式有 以下
算 ， 了采 用 有 限 元 的 应 力 分 析 法 外 ， 前 国 际 、 除 目
１ 将 Ｊ ７ ２附 录 Ｉ应 用 于柔 性 薄 管 板计 算 可 Ｂ４３
行 性 的 讨 论
我 国 行 业 标 准 Ｊ ７ ２ １ ９ 《 制 压 力 容 Ｂ ４ ３ ９ Ｓ 钢
国内还 没有一种 合 理 的工 程 计 算 方法 ． 本文 作 者
Ｊ ７ ２对 以上结 构 管板 建 立 的力 学模 型实 Ｂ４ ３ 际 上是与 ＧＢ １ １ 相 同 ， 不 同之处 在 于考虑 了 ５ 其 非 布管 区环形 板 区域 对管 板 的影 响 。
目前 针对 该结构 的管板 的计 算方法 主要 有两
种 。 一 种 是 德 国 的 Ａ 规 范 ， 由 于 该 规 范 中 管 Ｄ 但
静 设 备
Ｐ油Ｃｈｅ设ａｌＥｑｕ， １ Ｔｅｃｈｎｏｌ４ ＿ｒ 化 ｍ ｉ 技 ｉ２ｅ ，（ ・ － 石 ｏ— 工 备 术ｐｍ ０ １ ）ｏｇｙ ０ ３６ ｅ ｔ ｃ ｎｔ
特 殊 结 构 柔 性 薄 管 板 的 工 程 计 算 方 法
周 耀 ， 少 波 ， 林 万 兴 ， 张 群
几 种 ， 图 ２所 示 。 如
柔 性 薄 管 板 强 度 的 合 理 计 算 方
柔
目前 国 内 外 普 遍 采 用 的 余 热 回 收设 备 一 性 薄 管 板 结 构 见 图 １ 。
蠡 盏
（ ａ ） （ ｈ ）
图 ２ 固定 管 板 换 热 器 结 构 图
图 ｌ 柔 性 薄 管 板 结 构 图
（ 四川 天 一 科 技股 份有 限公 司 四川 成 都 ６ ０ ２ ） １ ２ ５
摘
要： 柔性 薄 管 板 是 一 种 特 殊 结 构 的 薄 管板 ， 内外 均 采 用有 限元 法进 行 设 计 计 算 。文 章 在 论 证 一 种 国
安 全 替代 计算 模 型 的基 础 上 ， 用 Ｊ ７ ２附 录 Ｉ“ 壳 式换 热 器 管板 的应 力分 析 ” 法 ， 运 用 一 次 结 构 法 应 Ｂ４ ３ 管 方 并
区 域 的 大 小 及 管 板 厚 度 有 关 ， 布 管 区 一 定 的 情 在
丫 Ｉ 一
！
ｓ工 况
况下 ， 要使 用 ＧＢ １ １进行 计 算 ， 势 必会 增 加 若 ５ 则
管板 厚 度 ， 么 此 管 板 就 不 是 薄 管 板 结 构 了 。 那
Ｊ ２ 可 用 于 后 ｌ的 情 况 。 Ｂ ４＇ 则 ７ ３ ＞
第 ３ 卷第 ６ １ 期
周 耀 等 ．特 殊结 构 柔 性 薄 管 板 的 工 程 计 算 方 法
通 常余热 回收 设 备 需 要 有 较 大 的 蒸 发 空 间 ， 存 在 较大 的不 布 管 环 形 区域 （ 即一 般 ＞ １ 。而 ） ＧＢ １ １仅适 用 于 是 １的 情 况 ， ５ ＜ 由于 是值 与 布 管
另一 种就是 有 限元 应力 分 析 方法 ， 由于 该 法计 但 算周 期长 ， 本高 ， 成 且其 计算结 果 的准确性 受应 力 分 析人 员 的经 验及 水 平 影 响较 大 ， 以满 足短 周 难
期 设 计 任 务 的 需 要 。 因此 ， 发 一 种 安 全 可 靠 、 开 简
（ 四川 大 学 ） 工 机械 专 业 ， 事 压 力 容 器 设 计 工 作 ２ 现 化 从 ８年 ，
压 力 容 器 设 计 批 准 人 。 现 任 四川 天 一 科 技 股 份 有 限 公 司 工
程 公 司 副 总经 理 和 四川 省 防 腐 保 温协 会 副理 事 长 。 获 省 、 部 级 奖 三 项 ， 家专 利 二 项 ， 著 论 文 ２篇 。近 几 年 来 被 国家 国 独
质 量监 督 检 验 检 疫 总 局 和 中 国 特检 院 聘 为 专 家 ， 加 全 国压 参