[发明专利]基于ANSYS的双管双管板换热器管板设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种换热器管板的设计计算方法，尤其涉及一种双管双管板换热器管板的设计计算方法。

背景技术

管壳式换热器广泛应用于过程工业冷热介质之间的热交换过程，泄漏是换热设备常见的故障之一，对普通的换热器来说，一旦发生泄漏，会使得参与换热的两介质相互接触。在一般的化工工艺中，换热器发生少量泄漏通常是允许的，但在多晶硅、有机硅和氟化工等许多特殊场合中要求参与换热的两种介质绝对不能出现混合接触，否则将危害设备安全，甚至引发灾难性事故。因此相关领域技术人员研发了一种双管双管板的安全型换热器，该换热器的每个换热管是由两根管子套在一起组成，且内管和外管之间存有间隙；换热器前后两端各有两块管板，换热器的内换热管两端分别和两块外管板连接，外换热管两端分别与两块内管板连接；换热器两端的内、外管板之间分别存有间隙，该间隙通过内、外换热管之间的间隙相互贯通，构成了一个密闭的腔体。这样，当换热器内发生泄漏时，泄漏的介质会首先进入该密闭腔体，引起该密闭腔体的压力变化。通过监测密闭腔体的压力变化便可及时发现换热器发生泄漏并采取有效措施，可以有效避免换热器内冷热介质因泄漏而相互接触，保证设备安全。

目前国内外对双管双管板换热器的研究主要集中在结构选择、双套管型式、传热分析以及泄漏监测等方面，在管板强度设计方面的研究还比较欠缺。目前，对双管双管板的强度设计目前还没有相关的标准，也没有相关的研究机构提出可靠的设计方法，很多设计主要依靠工程经验或实验方法，而这些设计方法或对设计部门要求较高，或经济投入较大，且设计周期长。设计出的换热器管板也常出现强度不足有安全隐患，或是材料选择太厚浪费现象非常严重等问题。

ANSYS是目前最为通用和有效的商用有限元软件之一，为提高我国压力容器的分析设计水平作出了巨大的贡献，成为第一个通过中国压力容器标准化技术委员会认证并在国务院十七个部委推广使用的分析软件。利用ANSYS分析软件可以高质量高效率的完成很多复杂结构的分析计算。

发明内容

本发明的目的是：提出一种基于ANSYS的双管双管板换热器管板的设计方法，为该类型换热器的设计提供一种可靠的设计方法。

本发明采取的技术方案是：基于ANSYS的双管双管板换热器管板的设计方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，将双管双管板换热器拆解成两个普通固定管板式换热器：外换热器和内换热器，所述外换热器由内换热管和两块外管板组成，所述内换热器由外换热管和两块内管板组成；

步骤2，按照相关国家标准规定的方法，将拆解得到的两个换热器当做普通固定管板式换热器分别完成内、外管板的设计计算；

步骤3，利用ANSYS分析软件，对双管双管板换热器进行应力分析，并按相关标准规定的方法对管板应力进行分析与校核；

步骤4，校核通过后完成设计，获取计算书，若校核不通过则增加管板厚度或改变换热器结构或材料并重复步骤2-3，直至校核通过。

本发明的有益效果是为提出了一种双管双管板换热器管板的设计方法，解决了长期困扰相关领域技术人员的该类型换热器设计的关键技术难题。

具体实施方式

双管双管板换热器主体结构包括两个外管板，两个内管板，其换热管每组均有两个套在一起的管子组成，分别是内换热管和外换热管，其中内换热管两端分别和两块外管板连接，外换热管两端分别和两块内管板连接。内换热管和外换热管之间存在间隙，两者之间没有约束。

在对双管双管板换热器管板进行设计计算时，首先应将该换热器进行拆解，可以得到一个由内换热管和外管板组成的外换热器，以及一个由外换热管和内管板组成的内换热器。然后按照相关国家标准规定的方法，将拆解得到的两个换热器当做普通固定管板式换热器分别完成内、外管板的设计计算；再利用有限元分析软件ANSYS，对双管双管板换热器进行应力分析，并按相关标准规定的方法对管板应力进行分析与校核；若校核通过后完成设计，获取计算书，若校核不通过则增加管板厚度或改变换热器结构或材料并重复步骤2-3，直至校核通过。