管殼式換熱器（鏈接）一直是在化工、石油、輕工、能源等領域使用最廣泛的換熱設施之一，管換器用選材范圍較廣，換熱管表面容易清洗，能適用于各種環境，工作處理能力較強，可以承受較高溫度和壓力等優勢。管換器的工作結構就是根據gb151［1］來進行設計的，而gb151

里面有關換熱器管板強度校核則是依據彈性基礎上的薄板理論，也就是在相同的軸對稱結構的要求之下，把薄板的三維變形簡潔成二維梁式變形，并且用這個來計算它的強度。一般在換熱器殼體厚度的選購上，一般都是依據殼體受到多少殼程壓力來進行選擇的。

由于管殼式換熱器的運行特點，所以不但要受到管程壓力和殼程壓力的載荷作用，而且還會承受到工作流體給予的溫度載荷。在gb151 當中對于這么多壓力載荷，都給出了外部管殼和換熱管板的適用大小體積，還有換熱板管和包括法蘭的管板與外部殼體的連接方式，但是，換熱器在溫度載荷的情況下，這些數據都沒有很嚴格的標準和要求。

而本文就是依據一個管殼式換熱器的強度校核得出的數據，把載荷劃分為壓力載荷和溫度載荷的目的，就是用來講解管換器工作物理結構在這倆種載荷的壓力下的響應特點，并且會進一步說明該結構應該怎么樣去改進。本篇文章使用三維有限元的講解方式，來探尋其內部的規律。

換熱器結構大小和載荷情況

bem型換熱器結構，管板上共有500 支管子，均勻的分布在換熱管板的上半部分。結構大小和材料的選擇：管板厚度：80mm；管板內徑：1300 mm；法蘭外徑：1460 mm；管板材料：00cr19ni10；殼體厚度：24mm。

為了計算簡單，在設置有限元模型的時候，只研究換熱器的管板、殼體、管束和膨脹節等重要部件，其他的都使用相同效果的均布比壓來替換。

因為一般換熱器結構都是對稱的，所以不需要選擇全部及其只選它整個體積的四分之一就可以了，然后換熱管的大小取平均值。因為管是細長的，可以使用桿單元來代替。這樣的辦法對換熱管周圍的換熱管板受到的應力的作用計算不準，不過，實際情況下要顧及換熱管和換熱管板之間的脹焊連接，導致這個部位的真實應力不容易計算準確。依據圣維南原理，可以知道這里的應力計算數值對其他地方的非布管區管板的計算沒有影響。

要是按照正常操作工況為校核的情況下，那么它的數值是：殼程壓力：ps .= -0.1 mpa；殼程溫度：ts=230℃；管程壓力：pt =0.2mpa；管程溫度：tt=50℃；管板溫度：t=140℃；法蘭墊片壓力：pc=69mpa；法蘭螺栓預緊力：116.5kn。

因為換熱板管上的角孔面積占換熱管板總面積5％，因此我們可以不去考慮當量壓力與管程壓力之間的區別。 然后依據管殼式換熱器（鏈接）正常使用下其載荷溫度的具體數據，可以得出它的主要位置在，在整個換熱器的下半部分，我們知道換熱管板中截面位置的溫度是40 ℃，管板與換熱管的膨脹節部位溫度是230 ℃，而結構的上半部分，同一部位的溫度分別是120℃

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