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［１］ 。 ＡＳＭＥ 標(biāo)準(zhǔn)［２］ 可對法蘭各個部位的應(yīng)力分布 作詳細(xì)分析，再根據(jù)應(yīng)力分類法對應(yīng)力按危險程度 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， 其有效性和實用性獲得了國家容 標(biāo)委的認(rèn)可，在分析法設(shè)計和評定中獲得了廣大設(shè) 計者的青睞。 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 定的方法進(jìn)行了安全評定，為異形法蘭的設(shè)計和安 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)計壓力 和設(shè)計溫度分別為 ２．０ ＭＰａ 和 １６０ ℃；管程介質(zhì)為 水，其設(shè)計壓力和設(shè)計溫度分別為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 幾何和載荷具有對稱性，分 析時采用 １／２ 模型。 由于該 異形法蘭結(jié)構(gòu)不規(guī)則，有限 元建模時采用三維實體單元 ＳＯＬＩＤ９５，而熱分析單元采用 ＳＯＬＩＤ９０，共 ９ ５４８ 個實 體單元。 

除溫度場外，換熱器異形法蘭在工作時還受到 管程壓力和殼程壓力的影響。 根據(jù)工作條件，應(yīng)力 分析時僅考慮穩(wěn)態(tài)工況，即殼程設(shè)計壓力、管程設(shè) 計壓力、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)力評定過程中需重點校核這些部位。

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)計和 強(qiáng)度評定提供了一定的理論依據(jù)。

以某型號換熱器的異形法蘭為研究對象，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)范對異形法蘭的危險受力部位進(jìn) 行了強(qiáng)度評定， 結(jié)果表明，換熱器異形法蘭的強(qiáng)度滿足安全要求。