非对称布管的管板分析

GB/T151的管板适用范围是2R范围内具有均匀厚度的圆平板， 在其布管区范围内，除分程隔板处局部外，具有均匀密集开孔。 管板的计算方法，不适用于结构特殊（如与法兰搭焊连接的固定管板及圆环形管板等）以及布管或载荷条件特殊的管板（如具有不同管径的换热管，部分布管或其他不能视为轴对称结构的管板）。

但是在设计中，由于一些工艺要求，布管必须要做成非对称的，而且布管的数量非常少。管板周边布管区无量纲宽度k>1，常规计算无法进行。

非对称布管管板采用采用ANSYS软件进行数值计算是一个比较好的选择。首先建立其三维有限元模型，对其在热载荷与机械载荷共同作用下的6种工况进行了详细的应力分析（如果是有腐蚀，那么还需要计算腐蚀前的6种工况），按照JB4732和GB151标准分别进行强度评定与换热管稳定性和拉脱力评定，最终确定换热器各结构参数。

将图纸转化为3D的模型

管板、换热管、壳体1/2三维模型

管板、换热管、壳体全模型网格划分

管板、换热管、壳体1/2模型网格划分

其中一个工况的边界条件

其中一个工况的应力云图分布

建立了非对称管壳式换热器的三维有限元模型，对结构在不同工况下面进行了热-结构耦合分析，获得了结构温度场分布以及结构应力分布。

管程与壳程的温差对管板应力值影响较大，同时也会使换热管产生较大的轴向拉应力或压应力，可以通过调整折流板间距、增加换热管壁厚、增加换热管与管板焊角高度等措施来保证结构应力评定通过。