殼體法蘭是絕大多數(shù)管殼式換熱器的主要受 壓部件之一，考慮到殼體法蘭結(jié)構(gòu)和受力情況的多 樣性，其應(yīng)力分布通常是十分復(fù)雜的，特別是結(jié)構(gòu) 不規(guī)則的異形殼體法蘭，很難用現(xiàn)有的規(guī)范進(jìn)行設(shè) 計(jì)［１］ 。 ＡＳＭＥ 標(biāo)準(zhǔn)［２］ 可對(duì)法蘭各個(gè)部位的應(yīng)力分布 作詳細(xì)分析，再根據(jù)應(yīng)力分類法對(duì)應(yīng)力按危險(xiǎn)程度 和應(yīng)力分布范圍等因素進(jìn)行分類，然后按不同的安 全系數(shù)分別進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)定［１］ 。 考慮到異形法蘭的 結(jié)構(gòu)和受力情況較為復(fù)雜， 難以獲得精確的解析 解，有限單元法是計(jì)算復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布大小的有 效途徑［３，４］ 。 ＡＮＳＹＳ 軟件是最為流行和廣泛使用的 有限元軟件之一， 其有效性和實(shí)用性獲得了國家容 標(biāo)委的認(rèn)可，在分析法設(shè)計(jì)和評(píng)定中獲得了廣大設(shè) 計(jì)者的青睞。 筆者利用 ＡＮＳＹＳ 有限元分析了殼體 法蘭在溫度載荷與壓力載荷綜合作用下的溫度場 和應(yīng)力場，并按 ＡＳＭＥⅧ －２ 中應(yīng)力分類及強(qiáng)度評(píng) 定的方法進(jìn)行了安全評(píng)定，為異形法蘭的設(shè)計(jì)和安 全使用提供了技術(shù)參考。



法蘭的材料為 ＳＡ-５１６Ｍ ４８５，其材料具體參數(shù)見 表１。 根據(jù)工藝條件，殼程介質(zhì)為空氣，其設(shè)計(jì)壓力 和設(shè)計(jì)溫度分別為 ２．０ ＭＰａ 和 １６０ ℃；管程介質(zhì)為 水，其設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度分別為１．０ ＭＰａ 和６０ ℃。

為精確分析該異形法蘭 在操作條件下的溫度場和應(yīng) 力場，本文分析過程中充分 考慮殼體對(duì)異形法蘭的加強(qiáng) 作用。 考慮到該法蘭結(jié)構(gòu)的 幾何和載荷具有對(duì)稱性，分 析時(shí)采用 １／２ 模型。 由于該 異形法蘭結(jié)構(gòu)不規(guī)則，有限 元建模時(shí)采用三維實(shí)體單元 ＳＯＬＩＤ９５，而熱分析單元采用 ＳＯＬＩＤ９０，共 ９ ５４８ 個(gè)實(shí) 體單元。 

除溫度場外，換熱器異形法蘭在工作時(shí)還受到 管程壓力和殼程壓力的影響。 根據(jù)工作條件，應(yīng)力 分析時(shí)僅考慮穩(wěn)態(tài)工況，即殼程設(shè)計(jì)壓力、管程設(shè) 計(jì)壓力、穩(wěn)態(tài)溫度載荷，不考慮重力載荷、地震和風(fēng) 載荷等產(chǎn)生的應(yīng)力。 穩(wěn)態(tài)工況下法蘭的應(yīng)力強(qiáng)度等值云圖見圖 ５。 結(jié)果表明，法蘭的最大應(yīng)力強(qiáng)度值為 １９１．７ ＭＰａ，且 最大值的位置分布在殼體與法蘭連接的局部區(qū)域， 在應(yīng)力評(píng)定過程中需重點(diǎn)校核這些部位。

應(yīng)用 ＡＮＳＹＳ 軟件分析了溫度載荷與壓力載荷 綜合作用下受力狀態(tài)，并依據(jù) ＡＳＭＥ 規(guī)范進(jìn)行了強(qiáng) 度評(píng)定。 結(jié)果表明，本換熱器異形法蘭的強(qiáng)度滿足 安全要求。 本文的分析為類似非標(biāo)法蘭的設(shè)計(jì)和 強(qiáng)度評(píng)定提供了一定的理論依據(jù)。

以某型號(hào)換熱器的異形法蘭為研究對(duì)象，應(yīng)用有限元軟件 ＡＮＳＹＳ 分析了穩(wěn)態(tài)條件下異形法蘭的溫度場， 并計(jì)算了該異形法蘭在溫度載荷與壓力載荷作用下的應(yīng)力分布。 根據(jù) ＡＳＭＥ 規(guī)范對(duì)異形法蘭的危險(xiǎn)受力部位進(jìn) 行了強(qiáng)度評(píng)定， 結(jié)果表明，換熱器異形法蘭的強(qiáng)度滿足安全要求。