利用ANSYS对高压给水加热器管板进行有限元分析.pdf

第 5期 2 0 1 3年 9月 锅炉制造 B0I L ER MANUF ACTURI NG No ． 5 S e p ． 2 01 3 ” 文章 编号 ： C N 2 3—1 2 4 9 ( 2 0 1 3 ) 0 5—0 0 4 5— 0 4 利用 A N S Y S对高压给水加热器管板进行有限元分析 唐卉 ， 张旭 ， 王志坚 ( 哈尔滨锅炉厂有限责任公司， 黑龙江 哈 尔滨 1 5 0 0 4 6 ) 摘要： 高压给水加热器是火电和核电厂热循环中必需的重要设备， 随着电站技术的更新换代 ， 高压加热器的 压力和温度不断提高， 设计参数和结构形式超出常规设计标准的适用范围。本文利用 A N S Y S 建立管板 、 换热 管、 壳体的模型， 对仅受管程设计压力的工况对管板结构进行有限元分析， 校核管板强度。 关键词： 管板； 有限元分析； 高压给水加热器 中图分 类号 ： T K 2 2 3 ． 5 文献标识码 ： A Fi n i t e El e m e n t An a l y s i s f o r Tu b e s h e e t o f Hi g h Pr e s s ur e Fe e d W a t e r He a t e r wi t h ANS YS n g H u i ， Z h a n g X u ， W a n g Z h ij i a n ( Ha r b i n B o i l e r C o ． ， L t d ． ， Ha r b i n 1 5 0 0 4 6 ， C h i n a ) Abs t r a c t： Hi g h p r e s s u r e f e e d wa t e r h e a t e r i s a n e c e s s a r y a n d i mp o r t a n t c o mp o n e n t i n fi r e p o we r p l a n t s a n d nu c l e a r p o we r p l a n t s ．De s i g n pr e s s u r e a n d t e mpe r a t u r e o f HP He a t e r i s g e t t i n g h i g he r a n d h i g h e r b e c a u s e o f t e c h n i c a l a d v a n c e o f p o we r pl a n t ．S o me o f t he d e s i g n d a t a a n d c o n fig u r a t i o n i s n o t s u i t a b l e f o r S t a nd a r d s o f De s i g n by Ru l e ．Th i s p a pe r fou n d a mo de l ， wh i c h i s c o mp o s e d o f t ub e s h e - e t ， t ub e， a nd s he l l s ， wi t h ANS YS p r o g r a m． T o c h e c k t h e i nt e n s i t y o f t h e t u b e s h e e t ， Fi n i t e e l e me n t a — n a l y s i s i s u s e d for t h e c o n d i t i o n o f p e r f o r mi n g i n t e r n al p r e s s u r e o n t h e t u b e s i d e o n l y ． Ke y wor ds： t u b e s h e e t ；fin i t e e l e me n t a naly s i s；h i g h p r e s s u r e f e e d wa t e r h e a t e r 0 引 言 高压给水加热器 ( 以下简称 “ 高加” ) 是火 电 和核电厂 回热系统 中的重要设备 ， 通常采用 u形 管作为换热管 ， 是一种汽——液换热的 u形管式 换热器 。随着 电站技术 的更新换 代 ( 常规 、 超临 界 、 超超 临界机组) ， 锅炉产生蒸 汽的参数在不断 提高 ， 高压加热器的压力和温度 等参数也随之不 断提高 ， 如超临界机组高加的管程设计压力常常 会超 过 3 5 MP a ， 且 周边 不 布管 区较 宽 ， 超 出 了 G B 1 5 0的适 用范 围。对此， 高加 整体 可参 照 G B 1 5 0进行相关 的设计 、 制造 ， 并对管程 ， 如管板、 水室球形封头等零件采用分析设计的观点及有 限 元方法进行局部应力分析 。 各 国管板设计规范大多采用等效管板理论 ， 将管板作为承受均布载荷 、 放置在弹性基础上 、 且 受管孔均匀削弱的当量 圆平板来考虑 ， 通过管束 加强系数 K和刚度削弱系数 强度 削弱系数 体现管束对管板的支撑作用和管孔对管板的削弱 作用。为了较真实的体现管束和管孔对管板的支 撑和削弱作用 ， 及水室对管板的作用 ， 对管板一换 热管及与管板相连壳体的结构建立有限元模型， 收稿 日期 ： 2 0 1 3— 0 2— 2 4 作者简介 ： 唐卉( 1 9 7 0一) ， 女 ， 1 9 9 2年毕业于甘肃工业大学化工设备 与机械 专业， 高级工程 师， 从事压力容器、 电站辅机、 核 电产 品的 设计工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 8 锅炉制造 总第2 4 1 期 当量圆平板 ， 管子均匀布置并且开孑 L 区边缘距管 板边缘距离足够小 ， 这样 管板可 以看 作轴对称的 结构 ， 方便计算。根据以上简化 ， 标准中给出了通 过公式 、 表格 、 图表进行管板计算 的方法 。采用 A N S Y S应力分析 的方法可以模拟换热管对管板 的削弱和加强作用 ， 并能解决一些标准中无法计 算的情况 ， 这种方法要求设计者能把握分析设计 的思想 ， 能对模型作适 当的简化并辨别模 型的合 理 陛， 对设计者的要求较高 ， 对于复杂结构和受力 情况的计算有较大优势 。 图7 应力线性化示意图 参考文献 3 结 语 标准中的管板计算方法将管板简化成在弹性 基础上受换热管均匀削弱、 加强的、 周边受支撑 的 [ 1 ] J B 4 7 3 2—1 9 9 5 ， 钢制压力容器 一分析设计标准[ S ] ． [ 2 ] G B 1 5 1— 1 9 9 9， 管壳式换热器[ S ] ． [ 3 ] 余伟炜， 高炳军． A N S Y S在机械与化工装备中的应 用[ M] ． 北京： 中国水利水电出版社， 2 0 0 7 ． [ 上接第 3 8页] 断或焊接作业完成后不 能马上进行 最终热处理 的， 应立即进行后热消氢处理 ， 以防止产生冷裂 纹。消氢处理是在每次焊接间断之后而又不能马 上进行焊后热处理时的一次中间热处理 。 2 ) 消氢处理 的温度为 3 0 0 o C～3 5 0 o C， 保温 时间为 2～ 4／ J 、 时。 3 ) 可以直接用 预热时的加热器对焊 口进行 消氢处理 ， 同时， 必须用保温材料覆盖整个焊口。 6最终热处理 设备最终热处理的目的在于消除或尽可能的 降低焊焊缝的残余应力， 并通过合适的热处理温度 来优化改良焊缝金属的组织和综合力学性能， 一般 为高温回火。最终热处理宜采用电加热方法进行。 7 结 论 1 ) 对焊接接头及时进行焊后热处理 ， 可以降 低接头的残余应力， 改善焊缝金属的组织与性能， 预防延迟裂纹的产生。 2 ) 除有 特殊原 因外 ， 每 只焊 口均应连续 完 成 ， 焊接过程 中， 应有专人负责各方面协调工作 ， 密切注意各施工参数 ， 尤其是层间温度 ， 并作好记 录， 随时掌握施工动态。 3 ) 热处理规范要正确 ， 加热要均匀 ， 升降温 和保温时间要恰当， 确保焊接接头的安全运行。 4 ) 高压管道焊接热处理过程中， 强化过程检查， 加强过程监督， 让焊接热处理质量上 的缺陷和技术 工艺问题， 在过程中及时有效地得到修正和处理。 参考文献 [ 2 ] [ 3 ] “ 火力 发 电厂 焊接 热 处理 技 术 规程 ” ． D L ／ T 8 1 9— 20 02． “ 火力 发 电厂 异种 钢 焊 接 技术 规 程 ” ， D L ／ T 7 5 2— 2 0 1 0． 崔忠圻 “ 金属学与热处理” ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m