静设备
石油化工设备技术，2017，38（3）·9， Petro-Chemical Equipment Technology
基于一次结构法的余热锅炉性，
管板有限元分析设计
叶增荣
（南京金凌石化工程设计有限公司，江苏南京210042）
摘要：对某大直径管壳式余热锅炉建立有限元模型进行7种不同工况下的应力分析。选取其中两种最危险工况进行了挑性管板的强度评定，并对不同工况下换热管的轴向应力也进行了核算。结果表明在壳程压力作用下，挑性管板周边无支撑的非布管区存在较大的弯曲应力并成为挑性管板的主要控制应力。在挠性管板计算中采用基于一次结构法的有限元应力分析可有效地解决挑性管板的强度问题。
关键词：管壳式余热锅炉挑性管板有限元分析一次结构法 doi:10.3969/j.issn.1006—8805.2017.03.003
管壳式余热锅炉的管板普追采用带折边的挠性管板1-11。其受力远好于一般的平管板，然而管板周边圆弧过渡连接的折边环壳结构使得管板存在较大的不布管区（即>1），无法直接参照GB T151一2014（热交换器》中的b型管板进行设计计算。现行JB4732分析设计标准的附录I中管板应力分析（适用于>1情况)虽然考虑了非布管的环形区域对管板的影响，但是值与布管区的大小及管板厚度均有关，在布管区一定的情况下，如应用SW6一2011软件采用JB4732标准的附录1的应力分析法进行管板计算，压力工况下按一次应力进行强度校核，则势必极大地增加管板厚度，此时挠性管板已不再是薄管板结构了。
GB/T151一2014《热交换器》附录M以资料性附录形式给出了挠性管板厚度的计算公式，与 SH/T3518一2009《石油化工管壳式余热锅炉》中的计算方法基本一致，均为基于带拉撑平板计算，仅考虑压力作用下管板周边最大无支撑区的平板强度，在公式中引入了与管板支撑型式有关的结构特征系数K值[5-61。对于管板周边圆弧过渡连接的折边环壳结构，标准并未给出相应的计算公式。由于目前相关计算方法仍不完善，使得带折边的挠性管板的工程应用受到很大的限制。例如 GB/T151一2014《热交换器》的附录M对挠性管板的适用范围就做了更为严格的限制。对超出标准适用范属握管板采用基于一次结构法的有
限元应力分析是解决该问题的有效途径。
某管壳式余热锅炉基本设计条件
现以一台大直径的管壳式余热锅炉为例，其结构如图1所示，挠性管板的结构尺寸如图2所示。基本设计参数见表1，设备主要几何尺寸及
主要受压元件材质见表2。中
博
产
山产山山
7910 8600
图1管壳式余热锅炉结构示意
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中3700 Φ3860
图2挠性管板的结构尺寸示意
收稿日期：2016-09-08
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作者简介：叶增荣，男，2003年毕业于华东理工大学化工过程机械专业，硕士，长期从事压力容器设计工作，高级工程师。
Email: zengrongye@163.com.