某換熱器接管封頭強度分析

摘要：換熱器通過大量的接管與外界相連，以達到熱交換的目的。這其中包括管程的進出口接管和殼程的進出口接管，接管開孔的大小將直接影響換熱器筒體的力學性能，有可能對設備安全性能產生重要影響。接管受到的內外壓力越復雜，越大，將對換熱器筒體產生重要影響。由于接管內通常流動相同溫度的流體，外表面也有保溫措施，所以熱應力在接管開孔處一般可以忽略。本文選取了殼程出口端開孔接管進行力學分析，研究接管對換熱器筒體的影響。

關鍵詞：換熱器；有限元模型

1.接管有限元模型的建立與加載

封頭接管處的材料為16MnR，其幾何尺寸如下：封頭筒體內徑：1000mm，封頭厚度10mm，接管外徑為273mm，接管厚度為8mm，外過渡圓角半徑為20mm，內過渡圓角半徑為10mm。

接管封頭的有限元模型的單元類型實體平面單元采用PLANE42單元，體單元采用SOLID45單元，先建立接管封頭的截面，在截面上畫網格，再通過旋轉拖拉生成體網格，所建立的有限元模型如圖1所示，單元總數為5568，節點總數為7163.

封頭接管不封的載荷類型為管程設計壓力0.3MPa，全部施加在筒體內表面和接管內表面。接管端面施加端部平衡載荷[4]為-2.487MPa，筒體端面施加端面載荷為-7.426MPa。由于宏觀上不存在熱應力的影響，所以不考慮溫度載荷。

2.求解

3.結果分析

從以上的應力強度云圖可以看出：應力強度最大的大方發生在外圓角與封頭相接的地方，最大應力強度值為54.3MPa，這是由于結構不連續產生的應力集中。此應力影響的范圍有限，對封頭和管程筒體的其他地方影響不大，為了便于比較和強度安全評定，在危險區域選取一條路徑path80，其方向為由接管內壁穿過過渡圓角至封頭外表面，其應力強度變化情況如圖5所示。

受結構不連續和機械載荷的影響，封頭接管區域產生了較大的應力集中強度。通過對這些區域分析，我們得出如下結論：

3.1.設備上接管與封頭區域是安全的，其最大應力強度任然在許用應力強度值范圍之內；

3.2.由于接管和封頭邊緣效應尺寸影響的區域范圍十分有限，不會對在此外區域的管板產生明顯的影響；

3.3.由于選取的接管封頭具有代表性，因此能夠反映出整個接管的工作情況。因此，整體模型中對接管的簡化式合理的，符合工程精度的要求。