U型管式废热锅炉大开孔结构的应力分析设计
U形管换热器的设计解读
U形管换热器的设计解读摘要本文依据国家相关规范、标准，严格遵循GB151-99和GB150-98，着重介绍了U型管式换热器的传热工艺的计算，及物料与结构因素对换热能力的影响和换热器的机械设计，包括工艺结构与机械结构设计和换热器受力元件如管板的受力计算和强度校核，以保证蒸汽过热器安全运行，其中，前者主要是确定有关部件的结构形式，结构尺寸和零件之间的连接，如封头、接管、管板、折流板等的结构形式和尺寸，管板与换热管、壳体、管箱的连接等。
还介绍了U 型管式换热器的制造、检验、安装和维修时应注意的事项。
关键词：蒸汽过热器传热计算结构设计强度校核AbstractThis thesis is based on relevant national, standards, and strictly follows the GB151-99 and GB150-98, emphatically introduces the calculation of heat technologic process of U-tube heat exchangers, the effect with the fluids and structure of heat exchanger, and design of kinds of mechanical structure, including structure of technologic process and mechanical structure and the loading conditions of objects of heat exchanger and strength check ,such as, tube sheet, aimed to make the heat exchangers work safely, the former is mostly related to component structural form and dimension, such as Vessel Head, nozzle, tube sheet, and baffle plate, and so on. And it also involves connection between tube sheet and accessories, shell and channel. Besides it also introduces some events to taking into account when manufacturing, inspecting, installing and maintaining.Key words: Steam superheater; Calculation of heat transfer; Design of structure; Strength check目录摘要........................................................................................................................... (I)Abstract .............................................................................................................. ........... II 第1章绪论 (1)1.1概述 (1)1.2换热器在工业中的应用 (1)1.3换热器研究现状及发展方向 (2)1.3.1研究现状 (2)1.3.2发展趋势 (3)1.4设计任务及思想 (4)1.4.1设计任务 (4)1.4.2设计思想 (4)第2章工艺计算及结构设计 (5)2.1确定物性参数 (5)2.2确定热流量 (7)2.2.1平均传热温差 (7)2.2.2热流量 (7)2.3工艺结构尺寸 (8)2.3.1管径和管内流速 (8)2.3.2管程数和传热管数 (8)2.3.3平均传热温差校正 (9)2.3.4传热管排列 (9)2.3.5筒体 (9)2.3.6折流板 (10)2.3.7其他附件 (11)2.3.8接管 (11)2.3.9鞍座设计 (12)2.4校核传热系数及换热面积 (12)2.4.1壳程表面传热系数 (12)2.4.2管内表面传热系数 (12)2.4.3污垢热阻和管壁热阻 (13)2.5换热器主要参数 (14)第3章结构及强度计算 (15)3.1 U型管换热器基本参数 (15)3.1.1原始数据 (15)3.1.2布管限定圆 (15)3.2壳体设计及检验 (15)3.2.1壳程筒体壁厚 (15)3.2.2筒体壁厚检验 (16)3.2.3壳程筒体封头厚度的计算 (17)3.2.4折流板设计及检验 (17)3.2.5验证U型管的尾部支撑 (17)3.3管箱设计 (18)3.3.1管箱短节设计 (18)3.3.2管箱短节壁厚检验 (18)3.3.3管箱封头设计 (19)3.3.4管箱法兰设计 (19)3.4管板设计计算 (20)3.5分程隔板的设计 (22)3.6拉杆与定距管的设计 (22)3.7开孔和开孔补强设计 (23)3.7.1壳程进出口接管补强计算 (23)3.7.2管箱短节进出口接管补强计算 (26)第4章安装使用及维修 (28)4.1安装 (28)4.2维护和检修 (29)4.3设备施工中常见错误的一些解决方案 (30) 4.3.1设备施工中管口错误的解决方案 (30) 4.3.2材料选择与代用 (30)4.3.3试压 (31)4.3.4容器加工 (31)结论 (32)参考文献 (33)致谢 (34)第1章绪论1.1概述蒸汽过热器是管壳式换热器的一种，是以煤为原料的合成氨氮肥装置中的主要设备。
U形管换热器毕业设计
U形管换热器毕业设计
摘要
随着工业化的发展，各种换热器需求量越来越大，一种重要的换热器
是U形管换热器。
U形管换热器在很多行业占据着重要的地位，在石油、
化工、精细化学等领域，U形管换热器有着举足轻重的作用。
U形管换热
器比较性能，结构，使用寿命等方面拥有很多优点，因此成为现代换热器
的一种重要设备。
为了满足工业发展的要求，本文针对U形管换热器的工
作原理，作用，结构特点，性能特点，设计方法，制造过程，优化计算，
安装，检测，维修等方面，进行了详细的阐述和研究。
本文首先介绍了U形管换热器的工作原理、作用和结构特点。
然后介
绍了性能特点，主要包括换热效率、压力损失和外形尺寸等。
接下来分析
了U形管换热器的设计方法，以及U形管换热器的制造过程。
本文还介绍
了U形管换热器安装，检测，维修等细节要点，并且提出了一些优化建议，以提高U形管换热器的性能。
通过对U形管换热器的系统和全面的研究，本文旨在为U形管换热器
的发展提供理论支持和实际参考，以及为用户提供可靠的保障。
关键词：U形管换热器，工作原理，性能特点。
封头大开孔接管应力分析研究与问题避免
AN SYS 有限元软件可将此类单元退化为五面体和 四面体单元, 因而这类单元具有良好的适应能力。图 1 表示了空间计算方案的约束设置、 载荷分布及在 对称面上的网格划分情况。 计算时按 3 mm 的腐蚀 裕量来确定实际计算尺寸, 如厚度取 67 mm。
图 1 接管结构及空间力学模型示意
Ξ 收稿日期: 1999201225 作者简介: 刘俊明 (19562) , 男 (汉族) , 山西临县人, 1982 年毕业于北京化工学院化机专业, 获学士学位, 1987 年毕业于 大连理工大学化机研究班, 现为太原理工大学副教授, 从事化工设备及压力容器的教学与科研工作。
要是限制了周向变形。由于该接管厚度相对较大, 有
效地限制了接管处的周向变形, 因而使实际接管处
的最大主应力 (Ρ1max = 10917 M Pa) 大大小于无接管 开孔的应力峰值 (Ρ1max= 29618 M Pa)。 3 结语
对封头大开孔偏置接管区的应力状况, 可采用
笔者所述方法进行 2 种轴对称结构尺寸的应力计
面绕设备轴线旋转而成, 这就是说接管部分的径向
尺寸扩大了 200 mm , 即图 2 中的 r= 710 mm。由于 扩大了接管尺寸, 螺栓力 F 要按式 (1) 作相应的增
加, 垫片压力 q 则应根据环面的增大相应减小, 以保
持载荷作用与接管偏置时等效。
图 2 表示了轴对称方案的网格划分和约束设置 情况。 实施轴对称方案的目的是试图确定实际结构
isymm etrica l fin ite elem en t m ethod, the influence facto rs fo r stresses in nozzle’s reg ion a re resea rched1T he ca lcu la2 tion resu lts show tha t the sp ecia l p rob lem fo r non2cen tra l loca ted la rge d iam eter nozzle can be p rop erly changed in2 to ax isymm etrica l p rob lem , and then the stress ana lysis w ill be ca rryed on ea sily1 Key words: head; fin ite elem en t; nozzle; stress analysis
U型管式换热器毕业设计说明书
摘要换热器是化工生产过程中的重要设备，它能够实现介质之间热量交换。
广泛应用于石油、化工、制药、食品、轻工、机械等领域。
U型管式换热器是换热器的一种，它只有一个管板，结构简单，密封面少，且U形换热管可自由伸缩，不会产生温差应力，因此可用于高温高压的场合。
一般高压、高温、有腐蚀介质走管程，这样可以减少高压空间，并能减少热量损失，节约材料，降低成本。
甲烷化换热器，是合成氨生产中的重要设备之一, 它能将27℃的H2N2混合气升温至274℃，同时将339℃的H2N2精制气降温至90℃。
甲烷化换热器一般选用U型管换热器，它由一台Ⅰ型甲烷化换热器与一台Ⅱ型甲烷化换热器连接组成。
其中Ⅰ型甲烷化换热器将27℃的H2N2混合气升温至150℃，同时将215℃的H2N2精制气降温至90℃；Ⅱ型甲烷化换热器能将150℃的H2N2混合气升温至274℃，同时将339℃的H2N2精制气降温至215℃。
本次设计主要根据GB150《钢制压力容器》及GB151《管壳式换热器》对设备的主要受压元件进行了设计及强度计算，又结合HG/T20615《钢制管法兰》、JB/T 4712《容器支座》等其它压力容器相关标准，对其它各部件进行设计，最终完成了Ⅱ型甲烷化换热器的设计。
关键词：换热器；甲烷化换热器AbstractHeat exchanger is important in the process of chemical production equipment, which can be achieved between the heat exchange media. Widely used in petroleum, chemical, pharmaceutical, food, light industry, machinery and other fields. U-tube heat exchanger is a heat exchanger, it has only one tube plate, simple structure, less sealing surface, and the U-shaped tubes are free to stretch, no thermal stress, it can be used for high temperature and pressure of the occasion . General high-pressure, high temperature, corrosive media, take control process, thus reducing the pressure of space, and can reduce heat loss and saving materials and reduce costs.Methanation heat exchanger, ammonia production is one of the important equipment, it will be 27 ℃of H2N2 mixture heated to 274 ℃, 339 ℃while the H2N2 refined gas cooled to 90 ℃. Methanation heat exchanger is generally used in U-tube heat exchanger, which consists of Type Ⅰand type Ⅱmethanation methanation Heat exchanger connected to form a methanation type. Heat exchanger type Ⅰmethanation of H2N2 to 27 ℃heating the mixture to 150 ℃, 215 ℃while the H2N2 refined gas cooled to 90 ℃; Ⅱ-type heat exchanger can methanation 150 ℃, heating the mixture to the H2N2 274 ℃, 339 ℃while the H2N2 refined gas cooled to 215 ℃.This design mainly based on GB150 "steel pressure vessels"and GB151 "shell and tube heat exchangers, " the main pressure parts of the equipment was designed and strength calculation, but also with HG/T20615 "steel pipe flange", JB / T 4712 "containers bearing" pressure vessels and other relevant standards, the design of other components, he finally completed the methanation Ⅱtype heat exchanger design.Keywords: Heat exchanger;Methanation heat exchanger目录图表清单 (1)符号说明 (3)引言 (8)第一章换热器件简介 (9)1.1U型管换热器简介 (9)1.2甲烷化换热器简介 (9)1.2.1.Ⅱ型甲烷化换热器的作用 (9)1.2.2甲烷化换热器工作原理 (10)第二章设计方案的确定 (11)2.1设计参数的确定 (11)2.2换热器主要零部件结构形式的确定 (12)第三章强度计算 (13)3.1圆筒的设计 (13)3.2封头设计 (13)3.2.1下封头设计 (13)3.2.2管箱封头设计 (14)3.3管箱圆筒短节设计 (15)3.4压力试验 (15)3.4.1压力试验条件确定 (15)3.4.2水压试验时强度校核 (15)3.5换热管设计 (16)3.5.1换热管选取 (16)3.5.2布管形式 (16)3.5.3布管限定圆 (17)3.5.4 U形管长度选取 (18)3.5.5换热管与管板的连接 (18)3.6管板设计 (19)第四章换热器其他各部件设计 (23)4.1进出口接管设计 (23)4.1.1精制气入口接管 (23)4.1.2精制气出口接管 (25)4.1.3混合气入口接管 (26)4.1.4混合气出口接管 (26)4.1.5 管板排气口接管设计 (27)4.1.6加强管设计 (28)4.2接管开孔补强的设计计算 (28)4.2.1精制气进口处补强设计 (28)4.2.2精制气出口处补强设计 (31)4.2.3混合气入口处补强设计 (33)4.2.4混合气出口处补强设计 (36)4.2.5上排气口处补强设计 (38)4.2.6下排净口处补强设计 (40)4.3管法兰设计 (42)4.4折流板、支撑板设计 (48)4.5防冲板设计 (49)4.6分程隔板 (49)4.7纵向隔板设计 (49)4.8接管最小位置 (50)4.8.1壳程接管最小位置 (50)4.8.2管箱上接管最小位置 (50)4.9管箱的最小内测深度 (51)4.10管箱筒节长度确定 (51)4.11拉杆定距管 (51)4.12支座选取 (51)参考文献 (60)谢辞 ................................................................................................. 错误！未定义书签。
U形管换热器机械设计说明书
摘要使热量从热流体传递到冷流体的设备成为换热设备。
它是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其他许多工业部门广泛使用的一种通用设备。
在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%—20%；在炼油厂中，约占总投资的35%—40%。
在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺要求规定的指标,以满足工艺过程上的需要。
此外，换热设备也是回收余热、废热特别是低位热能的有效装置。
在本设计中，我所设计的是U型管换热器。
U型管换热器的结构特点是，只有一块管板，管束由多根U型管组成，管的两端固定在同一块管板上，管子可以自由伸缩。
当壳体与U形换热管有温差时，不会产生热应力。
U型管式换热器结构比较简单、价格便宜，承压能力强，适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要清洗，又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合。
特别适用于管内走清洁而不宜结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。
关键词：换热设备，U型管换热器，结构特点AbstractThe equipment that transfer heat from hot liquid to the cool one is called heat exchanger.It is a general equipment that widely used in chemical industry,oil refining,motive power,atomic energy,pharmacy,mechanism and many other department of industry.In chemical industry,the investment of heat exchanger is 10% to 20% percent of total investment;In oil refining factory,the one is 35% to 40%.In the industrial producing,transfer heat from higher temperature liquid to the lower one is the main function of the heat exchanger,it make the temperature of liquid reached the stipulate target of technological process,so that to satisfy the requirement in technological process.In addition,the heat exchanger is effective install that can retrieve surplus heat and waste heat.The structure characteristics of U-tube heat exchanger is what there is only one tube plate,the tube bundle is make up of many U-tube,both ends of the tube are fixed on the same tube plate,the tube can stretch out and draw back freely.When there is a temperature difference between the shell and the U-tube,there would not be thermal stress.The structure of the U-tube heat exchanger is simple,the price is cheap and the ability of bearing pressure is strong,it is adapt to the temperature difference between tube wall and shell wall is relative large or the medium of the shell are easy to scaling and unwell adopt float heat exchanger and fixed tube plate heat exchanger.especially adapt to the materiel and supplies in the tube is high temperature,high pressure and largecorrosive property.Keywords:heat exchanger,U-tube heat exchanger,structure characteristic目录1说明部分 (6)1.1 绪论......................................... 错误！未定义书签。
U形管式高压加热器水室设计
经 验 交 流U形管式高压加热器水室设计杨明勇,蒋光涛(四川锅炉厂,四川成都 610401)摘 要:通过对高压加热器水室种类、结构介绍,对综合考虑使用性能和制造成本合理的情况下提供了一种可靠的设计方法。
关键词:高压加热器;水室;大开口;封头中图分类号:TQ052 文献标识码:B 文章编号:1001-4837(2006)06-0052-03Design of Water Box of U-tubes High Pressure HeatersYA NG Ming-yong,JIA NG Guang-tao(Sichuan Boiler Works,Chengdu610401,China)Abstract:Water box kinds and structure of high pressure heaters has been presented in the paper,it offers a reliable and reasonable design way roundly by taking into account of use function and manufacture costing.Key words:high pressure heater;water box;big uncork;formed heads高压加热器(以下简称 高压)是一种表面式给水加热器,它能提高锅炉给水温度,对降低煤耗、增加出力、提高机组热效率起着重大作用。
高加分 U 型管-管板式和 螺旋管-集箱式,近年来各电厂较多使用前者。
U形管式高加水室,也即列管式换热器的管箱,其主要作用是分配和汇集换热前后的高压给水。
水室承压高,材质基本为低合金高强度钢,如水室封头或筒体采用德国材料B HW35(正火加回火),价格昂贵,制造中需100%射线检测和超声波检测、磁粉检测、热处理等,工序多。
高加运行参数主要与机组有关,一般说来机组愈大,参数也愈高,所需换热面积也愈大,设备尺寸愈大;相应的结构、材质也愈复杂。
开题报告--U形管式换热器设计
毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目：U形管式换热器设计院系：化工装备学院专业班级：过程装备与控制工程学生姓名：指导教师：指导教师评阅意见1、选题的目的及意义1.1、选题的目的毕业设计的选题要按照所学专业培养目标确定，要围绕本专业、学科选择有一定理论与实用价值且具有运用课程知识、能力训练的题目。
本次设计的题目是U形管式换热器设计。
它属静设备中一种比较常见的管壳式换热器。
节约能源是当今世界的一种重要社会意识，是指尽可能的减少能源的消耗、增加能源利用率的一系列行为。
加强能源利用，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费，有效、合理地利用能源。
目前，在我国石油化工产业换热器受到普遍的重视，而换热器的广泛应用，决定了换热器换热性能的改善设计理论的不断创新，对企业经济的收益和工业的飞速发展都具有一定的积极作用必将为节约能源和保护环境有显著的贡献。
1.2、选题的意义近年来，随着我国石化、钢铁等行业的快速发展，换热器的需求水平大幅上涨，但国内企业的供给能力有限，导致换热器行业呈现供不应求的市场状态，巨大的供给缺口需要进口来弥补。
未来，国内市场需求将呈现以下特点：对产品质量水平提出了更高的要求，如环保、节能型产品将是今后发展的重点；要求产品性价比提高；对产品的个性化、多样化的需求趋势强烈。
因此，作为过程装备与控制工程专业的毕业生，在今后的工作中接触最多的就应该是各种压力容器。
在化工厂的各种压力容器中，最常见的就是换热器。
因此，在毕业设计时，通过自己的努力设计出一台换热器，可以巩固以前学过的专业知识，更为将来到化工厂中的工作打下良好基础。
设计这样一台换热器，无论是对以往知识的总结，还是对将来的工作都有着很重要的意义。
2、国内外的现状和发展趋势国内方面，各研究机构和高等院校研究成果不断推陈出新，在强化传热元件方面华南理工大学相继开发出表面多孔管、波纹管、纵横管等；天津大学在流路分析法、振动方面研究成果显著；清华大学在板片传热方面有深入研究；西安大学在板翅式换热器研究方面已取得初步成果]1[。
管道应力分析与管道设计技术技术手册
管道应力分析与管道设计技术技术手册管道应力分析与管道设计技术技术手册1.管道应力分析1.1 管道应力的概述①管道应力的定义②管道应力的分类1.2 管道应力分析的方法①静态分析方法②动态分析方法③应力分析软件的使用1.3 管道应力分析的参数①温度应力②压力应力③几何应力1.4 管道应力分析的结果①管道的应力分布②弯曲应力③拉伸应力④压缩应力1.5 管道应力分析的应用①管道设计中的应力分析②管道材料的选择③管道的优化设计2.管道设计技术2.1 管道设计基础①管道设计的基本原则②管道设计的工作流程③管道设计的规范和标准2.2 管道材料的选择与特性①金属材料的选择与特性②非金属材料的选择与特性2.3 管道布置与尺寸设计①管道布局设计②管道尺寸设计③管道支架设计2.4 管道的弯曲与接头设计①管道的弯曲设计②管道的接头设计2.5 管道的耐久性与维护①管道的耐久性分析②管道的防腐与防腐保护③管道的维护与保养附件：附件1：管道应力分析实例数据附件2：管道设计软件使用手册法律名词及注释：1.合同法：规定了合同的成立、内容、履行、变更和解除等基本事项。
2.著作权法：规定了对于创作的作品的著作权保护的范围和方式。
3.知识产权法: 包括了专利法、商标法、版权法等涉及知识产权的法律法规。
4.《建筑法》：对建筑工程的规划、设计、施工、验收等各个环节进行了详细规定。
5.环保法：对于环境保护和环境污染治理等方面进行了详细的法律规定。
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目前 压 力 容 器 及 其 部 件 的 设 计 可 分 为 基 于 弹 性 失 效 准 则 的 “ 则 设 计 （ ｓｇ ｙ Ｒ ｌ） 规 Ｄｅ ｉ ｎｂ ｕ ｅ ” 和 基 于 塑 性 失 效 准 则 的 “ 析 设 计 （ ｓｇ ｙ 分 Ｄｅ ｉｎ ｂ
对 图２ 示 的分 析 模 型 ，采 用 ＡＮＳ 软 件 中 所 ＹＳ Ｓ ＬＤ ０ Ｏ Ｉ ７ 单元，编写了Ａ Ｄ 命令流程序 ，利用扫 ＰＬ 掠与 映射 方式 划分 的 网格如 图３ 示 。 所
过 程 为 ： 先 分 析 图３ 示 模 型 的温 度 场 ， 并 保 存 所 节 点 温 度 文件 ，然 后 将 Ｓ Ｉ ０ 元转 换 成 结 构 ＯＬＤ７ 单 单 元 Ｓ Ｉ ８ 单 元 ，输 入 材 料 的相 关 性 能 参 数 ＯＬ Ｄ１ ７ 如 弹 性 模 量 、 泊 松 比、热 膨 胀 系 数 ，施 加 压 力 载 荷 的 同时 读 入 节 点温 度 文 件 ，即 将节 点温 度 施 加 到 每 个 节 点 上 ， 再进 行 分 析 求 解 ，该求 解 方 式 在 Ａ ＹＳ ＮＳ 软件 中称 为间接 耦合求 解【。 ６ 】 通 过 采 用 上 述 求 解 过 程 ，可得 到废 热 锅 炉 合 成 气进 出 口结构 的温 度场 和 热应 力 如 图４ 示 ，蒸 所 汽 出 口的组合 应 力和 位 移如 图５ 所示 ，限于 篇幅 ， 这 里没有 显 示所有 的分 析结 果 。 在 应 力 分 析 设 计 中 ，应 当对 不连 续 区域 进 行 应 力 评 判 ，图６ 图７ 、 显示 了两 个 分 析模 型 中 的应 力 评 判 位 置 。通 过对 分 析 结 果 进 行 线性 化 处 理 ， 得 到 的评 判 结果如 表 １ 表２ 和 所示 。
１５ ５ ６ １５ ５８ ２０ ９ ０
得 结果验证 了废热锅炉开孔结构设计 的可行性 ， 同 时也为类 似压 力容器 的设 计提供 了参考 。 １ 废热锅 炉的结构型式
图 １ 示 为废 热 锅 炉 的 结 构 示 意 图 ， 已知 管 所 箱 的 直 径 为 Ｃ １５ ｍｍ， 合 成 气 进 口开 孔 尺 寸 为 Ｏ ７０ ①９ ０ ９ ｍｍ，合成 气 出 口开孔 尺 寸 为 ７ ０ ７ ｍｍ，蒸 汽 出 口的开 孔尺 寸为 Ｃ１２ｍｍ，而 壳程大 端 的尺 Ｏ ５０ 寸 为 ①２ ０ ｍｍ，其 中合 成气进 出 口和 蒸汽 出 口的 ６０ 开 孔 尺 寸大 于 压 力 容 器规 范 的设 计 要 求 ，采 用 常 规 设计方 法 已不能满 足其 工作要 求 。 该 废 热 锅 炉 的 相 关 工 艺 参 数 为 ： 管 程 的 设 计 压 力 １ ．ＭＰ ，工 作 压 力 ｌ ．ＭＰ ，温 度 载 荷 ６８ ａ ５６ ａ ３ ５ ， 壳 程 的 设 计 压 力 ６０ Ｐ ， 工 作 压 力 为 ８℃ ．Ｍ ａ ４１ ａ ． ＭＰ ，温 度载 荷２ ５ 。 ７℃
图１ 废热锅炉结构 示意 图
２ 建立分析模型
由于废热锅炉在工作中要承受高温、高压，在 对其开展应力分析设计时，必须考虑温度应力对其 结构的影响，即要开展结构—热 耦合分析 。根据废
热 锅炉 结构 的对 称性 与分析 工况 ，建立 的有 限元 分
析模型及其载荷和热边界条件如图２ 所示。
Ａ ＹＳ 件 中的ＡＰ Ｌ ＮＳ 软 Ｄ 命令 流 方式 ，对 大 于 “ １ 容 规 ”设 计 要 求 的 开孔 结 构 进 行 应 力分 析 设 计 ，所
Ａｎ ｌｓ ） 。其 中 分析 设 计 不 仅 能够 解 决 压 力 容 ａｙｉ ” ｓ 器 常 规 设 计 所 不 能 解 决 的 问题 ，而 且 代 表 了 近 代 设 计 的先 进 水 平 ［。 随着 国 家 节 能减 排 战 略 方 １ １ 针 的提 出 ，国家对 化工 企业 的废热 利用 提 出 了 更 高 要 求 。 而 化 工 设 备 的 大 型 化 ， 使 得 废 热 锅 炉 为 达 到 工 艺 要 求 ，在 其 设 计 中 某 些 部 件 的 设 计 可 能 会 超 过ＧＢｌ １１９ 《 壳式 换 热 器 》［或 ５ ．９ ９ 管 ２ ＧＢｌ ０１ ｌ０４２ １ 《 定式 压 力 容 器 （ 求 意 ５ ．～ ５ ．．０ ０ 固 征 见稿 ）》 ［的规 定 ，从 而 必须 要 采用 Ｊ ４ ３ ．９ ５ ３ Ｂ ７ ２１ ９ 《 制压 力容 器一 分析 设计 标准 》 ［ 其进 行 应力 钢 ４ 对 分析 设计 。 为某 公 司生 设计 的一 台Ｕ型管式 废热 锅炉 ， 由 于 工 艺 条件 要 求 ，其 中合成 气 进 出 口及 蒸汽 出 口 的开孔 大 于压 力 容 器 规 范 的设 计 要 求 ，本 文 利用
１ 一 ■ 论文广场 ４
一
２ ２ 第５ 石ｌ 化１ 备 ０ 和 工卷 油年 设
Ｕ 型管式废热锅炉大开孔结构 的应力分析设计
张春娥
（ 湘潭锅炉有限责任公司 ，湖南 湘潭 ４ ０ ） １ ２ ２ １
［ 要］ 本文对 某企业的Ｕ 摘 型管式废 热锅炉中大开孔结构 ，利用Ａ ＳＳ Ｎ Ｙ软件 ｑＡＤ 方式，建立 了结构一热耦合分析的有限元模 ｂ ＰＬ 型，通过分析计算得到 了相应模型的温度场分布和组合应力的分布规律 ，根据结构特点指定 了 力评判路径并进行 了应 力分 应
作者简 介 ：张春娥 （９ ６ １６ 一）， ，湖南湘潭人 ，１８ 年毕 女 ９６
业于湖 南湘 潭大 学 ，工程 师。 长期从 事锅 炉压 力容器 设计 和审 核工作 。
第１ 期
张春娥
Ｕ 型管式废热锅 炉大开孔结构 的应力分析设计
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（） 蒸 汽 出 口 ｂ
图２ 有 限元分析模 型及其载荷 条件
其 中合 成气 进 出 口模 型 为管 箱对 应 位置 的 １ ，蒸汽 出 口模 型取蒸汽接管 的１ 模 型 ，并在 ／ ４ ／ ４ 对 称 面 上 施 加 对 称 约 束 ； 图 ２ 的Ｐ表 示 管 程 压 中 力 ，Ｐ为 壳 程 压 力 。对 于 热 分 析 ， 管箱 内施 加 管 。 程 对 流边 界条 件 ，通 过 计 算 得 到 其 对 流 换 热 系 数 为５８ ×１～Ｗ／ ．３ ０ （ ｍｍ． ；壳 程 与 蒸汽 接 管 内侧 施 ℃） 加 壳 程 对 流 边 界 条 件 ，其 对 流 换 热 系 数 ６０ ０ ．×１ ４ Ｗ／ （ ℃） ｍｍ． ；而 在废 热锅 炉 外侧 施加 自然对 流边 界 条件 ，其对流换热系数６ ×１ （ ｍ． 。 ． ０ Ｗ／ ０ ｍ ℃１