《我们》—换热器篇

  每年我们都要做一些换热器整体分析设计，学习国内外标准规范，学习GB/T151标准、ASME标准以及JB4732标准，多年来我们积累了一些换热器整体分析设计的经验，比如余热回收薄管板换热器，拉撑管板换热器，柔性管板换热器，固定管板换热器，U形管换热器，高压换热器，内孔焊接换热器等等，我们做到了以下几点：

1.换热管与管板的焊接接头（管接头），在用软件建模时，都是按照实际的焊缝建模，而不是与管板固定成为一体，真正查看管接头的应力分布，标准中对管接头拉脱力评定仅仅考虑了轴向载荷的剪切应力，但实际结构会因管板变形产生弯曲应力，导致部分管接头应力超标，曾经做过一台换热管长度9米的换热器分析计算，按照实际的焊缝建模，根据最大应力值找到焊缝开裂的位置，与实际非常吻合。管板的变形对管接头的应力有很大的影响，当时很年轻，只是找到泄漏的位置，没有提出改进的措施，现在完全可以根据应力情况完善设计。

2.换热管不采用杆单元进行模拟，有很多设计者为了简化处理换热器庞大的计算工作量，对换热管进行了简化，如果采用杆单元，那么管孔和管桥在压力作用下的状态无法体现，ASME标准里面要求考虑压力对管孔和管桥的作用，这也是要求管板最小厚度的原因之一，特别是高压的时候，更不能忽略，即使采用子模型精确处理，但原来的边界条件也是和实际不符。

3.模型的简化，有很多设计者对换热器采用特别简化的处理，比如八分之一模型，从来不考虑支撑位置，但支撑位置对力的传递有很大的影响，特别是温差应力，轴向应变的大小是和长度有直接关系的。比如固定管板换热器，假如在一端管板施加约束，那么管壳程的膨胀差就最大化的作用在另一侧的管接头上，但实际上应该由两侧共同承担的。再比如卧式换热器，因鞍座有固定端和滑动端，两端的管板应力也是不同的，管板顶部和底部的应力分布也不同，不是完全均匀分布的。再比如立式换热器，上下管板应力分布也都是不同的，比如液柱静压力对管板的影响，上下管板截然不同，这些都是简化模型无法体现的。

4.对于法兰螺栓垫片的处理，我们考虑螺栓的预紧力和垫片的有效压紧力，需要考虑疲劳时我们还需要对螺栓进行疲劳分析。最近收集了大量的关于螺栓疲劳的计算案例，做的计算真是五花八门，比如螺栓的评定，有的报告完全不按照标准进行，关于螺栓疲劳分析我们也从中学到了很多，我们还需要不断的努力。

5. U形管换热器夹持的两侧垫片，当管壳程的压力不同时，发现两侧垫片的压紧力也不一样。以前都是理论分析，现在我们通过软件提取数据进行判断，判断是否满足密封要求，这些都是我们成长的收获。

6. 关于温度场的分析，我们不盲目施加温度载荷，深知温差对应力计算会有很大的影响，我们严格按照介质特性施加，得出真正的温度场分布，最终会发现约束对温差应力的影响有多大。

换热器结构复杂，带有膨胀节的换热器更复杂，工况烦多，整体分析设计不容易，我们将不断的努力前行，不断的超越自我，做成更多的精品。