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固定管板换热器优化设计分析论文

时间：2024年07月08日

来源：kevinsong

编辑：本站小编

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以下是小编整理的固定管板换热器优化设计分析论文，本文共3篇，欢迎阅读与收藏。本文原稿由网友“kevinsong”提供。

篇1：固定管板换热器优化设计分析论文

固定管板换热器优化设计分析论文

一、引言

换热设备是核电、化工、石油及其他许多工业部门广泛使用的设备，其中管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适用性，至今仍占据主导地位。在固定管板换热器中，壳体，管板和换热管之间为刚性连接，在各种载荷作用下的变形必须互相协调。本文采用有限元分析的方法，计算固定管板换热器在内压和温度载荷耦合场的作用下，其管板所受的应力，并分别计算了不同厚度的管板所受的应力，以获得管板厚度与应力的关系。

二、工作条件与结构

本文以核电厂的某冷却器为例，该换热器为固定管板式换热器，壳体为Ф219.1×4mm，换热管为Ф19×2mm，正三角形排列，管板上共布了26根管子，管板厚度为30mm，壳体厚度为4mm，壳侧材料为022Cr19Ni10，管侧材料为022Cr17Ni12Mo2。换热器的设计参数如下:设计压力:管程pt=0.66MPa，壳程ps=0.5MPa;设计温度:管程进出口温度为20℃～70℃，壳程流体发生相变，进出口温度均为138.8℃。材料的弹性模量为E=2.1×105MPa，泊松比为ν=0.3。换热管与管板的连接采用胀焊并用的方法，焊接后进行胀接。在之前的工程中出现过该换热器由于工厂工艺限制，无法满足换热器的管子和管板之间拉脱力的要求，为此工厂不断提高胀接压力试图达到所需的拉脱力。随着胀接力的增加，残余接触应力的峰值也会增加，使换热管在胀管区和非胀管区的应力都不断增加，令管板内的换热管发生开裂，并且制造厂在提高胀接压力后发现换热管的壁厚减薄率超出适用范围，无法满足设计需求，最后只能通过增加胀接距离的方法来提高拉脱力，但在非胀管区进行胀接需要工厂操作控制得当，否则容易损坏焊缝，因此不推荐该做法。通过经验反馈，吸取以往的工程经验，将本换热器重新进行优化设计，考虑将管板的厚度增加，以满足拉脱力的要求。理论上增加管板的厚度相当于加强其刚度，是降低应力的一个措施，到底是不是这样还需要计算所得，通过有限元分析来获取一个合适的管板厚度。因此接下来利用ANSYS热结构耦合场分析方法对管板进行分析。

三、有限元建模

以厚度为45mm的管板为模型，利用热工计算出的换热参数，对换热器进行温度场分析，完成热分析后，再施加结构载荷再通过耦合场分析，获得管板的应力，分别计算不同厚度的管板其应力的大小来获得管板厚度与应力的关系，来选择最合适的管板厚度。(一)载荷与边界条件。为了提高计算的精度，真实模拟换热管与管板连接处各个部件的应力状态，管箱、管板、换热管和壳体均采用实体单元，为减少计算量，利用对称功能将其简化为1/4的实体分析模型，在壳侧只保留一部分的外伸换热管和壳体，外伸长度，设置材料参数属性，并对其进行网格划分，(二)热分析施加载荷与边界条件。热分析过程中，只为模型添加热载荷，不需添加力边界条件。首先为模型添加对流传热方式，设置换热器内部流体与换热器壁面为对流边界，根据热工计算结果，分别输入壳程和管程的对流传热系数11432.1W/m2℃与2407.1W/m2℃，对换热管的外表面、壳程筒体内表面和管板壳侧表面施加138.8℃的温度载荷，并对换热管的内表面、管箱内表面和管板管程表面施加20℃的温度载荷。(三)结构分析模型载荷与边界条件。在热分析后进行结构分析，此时在换热器的壳侧和管侧施加相应的压力载荷;压力载荷施加完成后再将热分析得到的温度分析结果作为载荷加载到模型上。力边界条件为，在换热器的对称面上施加位移约束。

四、计算结果

(一)热分析结果。为换热器的温度场分布云图，通过热分析可清楚看出换热器在正常工况下各处的温度分布情况。可见壳体和管侧筒体的温度分布较为均匀，管板与壳侧筒体连接区域的温度梯度较大。最大应力发生在管板与壳体连接的地方，靠近底部;分析原因，一是管板与壳体连接处温度变化剧烈，从高温急剧变化到低温，该区域存在较大的温差，于是受到的应力急剧增大;二是壳体与管板的厚度相差较大，造成了连接处的`不连续性，形成了局部的应力集中;三是管板材料为022Cr17Ni12Mo2，壳体材料为022Cr19Ni10，两种不同的材料性能存在差异。(二)结构分析结果。结构分析时，将热分析的结果导入到结构分析模块中，温度场分析所得的节点温度作为载荷施加到模型上，同时施加力边界条件，可见最大应力值发生在管板与管程筒体的连接处，其他较大应力的位置是壳程筒体与管板连接处和管板开孔的位置，这三个位置均为结构不连续位置，因为得到的应力较大。对其进行应力线性化，对应力进行评定，换热器满足工作要求，结构安全可靠。(三)管板厚度对比分析。以上的分析是以管板厚度45mm为例，获得换热器所受的应力，为了获得不同管板厚度下换热器的应力分布，本节分别选择管板厚度为30mm，45mm和60mm对其进行热分析与结构分析应力计算，可见当管板的厚度达到一定值后，增加管板的厚度并未降低所受应力，原因在于壳体壁厚较小(4mm)，两者的刚度相差较大，换热器结构的变形和应力主要由管板和壳体之间的温度载荷及内压引起，由于增加了管板的厚度，管板抵抗变形的刚度变大，对与之连接的壳体有较强的约束，形成局部的应力集中。因此选择管板厚度45mm是比较合适的。经工厂验证，在该胀接距离下胀接压力不超过200MPa就可以达到所需的拉脱力，管子的壁厚减薄率也满足要求。

五、结语

第一，壳侧与管侧的温差较大，由于温差的存在会形成较大的温差应力，因为温度载荷对管板会造成较大的热应力，因此对温差较大的换热器进行结构热耦合分析非常必要。第二，在施加了热载荷和力边界条件后，发现最危险的区域没有发生在管板上，而是发生管板与壳体的连接处，因该处结构不连续，容易形成较大的应力。第三，管板厚度的增加并不一定能降低应力，管板的厚度需与壳体的厚度相匹配，以免造成局部的应力集中。采用有限元分析的方法将温度场和结构分析相耦合，通过计算管板在压力载荷和温度载荷联合作用下的应力，优化了管板的厚度，使其既满足了拉脱力的要求又满足了经济性要求，为管板强度的设计提供了借鉴。

【参考文献】

［1］付磊，唐克伦，文华斌，王维慧，付玲．管壳式换热器流体流动与耦合传热的数值模拟［J］．化工进展，，31(11):2384～2389

［2］张智，刘江伟，王思文，郑卫刚．管壳式换热器的热力计算和数值仿真［J］．金属材料与冶金工程，2012，2(1):33～37

［3］杨明，孟晓风，张卫军．管壳式换热器的一种优化设计［J］．北京航空航天大学学报，，5(35):615～618

［4］张亚新，唐丽，别超．固定管板是换热器管板热－力耦合场有限元分析［J］．机械设计与研究，2012，3(28):124～126.

篇2：市政供水管线设计优化分析建筑工程论文

市政供水管线设计优化分析建筑工程论文

摘要：随着我国现代化建设事业的不断发展，越来越多的市政给排水建设项目投入施工，如何对市政供水管线进行科学合理的设计已经成为有关研究人员十分重要的研究课题之一，西方对市政供水管线的设计优化方法进行了详细的阐述与分析，希望可以起到参考作用。

关键词：设计优化；供水管线；市政工程

当前我国已经进入城化建设的关键时期，城市居民对于生活用水、工业企业对于工业用水的需求量不断增加，为了能够为居民用户以及企业用户提供更加优势的供水服务，需要对供水管线进行科学合理的设计，采用先进的优化设计手段一方面能够为用户提供更加合适的水压以及更加清洁的生活用水，避免对生活用水造成污染，另一方面也能够降低供水企业的供水成本，提供居民生活用水的生产效率。由此，可知市政工程下的供水管线建设有着十分重要的公益性作用，供水管理设计的意义十分重大。

1 市政供水管线设计工作需要注意的重点问题

1.1 优化管网

在设计供水管线的具体工作中，设计人员需要综合运用各种计算方法，重点优化管线流量分配情况，使管线直径与水力参数指标相适应。另一方面，为以能够对供水管理费用进行有效的控制，设计人员所制定的设计方案要依照实际供水需求情况来有针对性地划分供水区域，根据不同区域内的供水压力需求划分供水范围，达到节省供水费用的目的。同时，预测工业用水量的过程中，设计人员需要对现代化工业生产技术的变化情况进行持续的跟踪，或者与工业企业的相关技术人员取得长期的联系与合作，了解工业企业新的工业用水需求，对以往的设计方案进行有针对性的调整，通过万元工业产值法对各项预测指导进行严格的计算。根据当前我国供水发展的实际情况来看，对供水区域进行划分能够有效提高居民用户的供水质量，同时也能够有效地控制地下水资源的开发量，采用这种设计方法能够更加有效地对区域内的水体质量起到保护作用，方便对于供水管线的优化设计，使集约用水在生产成本以及服务质量方面的优势最大程度上发挥出来。

1.2 设计管线

在设计管线的具体工作过程中，设计人员需要重点了解区域内的水资源配置要求，对以往的设计线中进行优化处理，尽量提高水资源分配预测的精确性。同时也要对生活用水、城市用水、村镇用水以及市政用水进行明确的区分，尽量不要出现不同用户需求类型在供水服务方面的重叠问题。

设计人员需要通过图纸标注的方式将标高、预埋预留、管道基础以及管径等方面的要求明确表述出来，所制定出来的设计图纸要心可能做好详细。在设计竖向管道的过程中，需要能够使所设计出来的线路能够承受一定量的荷载，避免出现供水线路被压坏的问题。

在对居民住宅小区进行供水路线设计时，需要严格依照小区内部物业管理的具体需求，结束当场施工人员实际施工水平，对供水线路进行有针对性的优化。同时，设计人员也需要对管线产品的使用原理以及材质性能有一个全面且深入的了解，提高水管材料使用的科学性与合理性。

在纵向工程管线之间存在矛盾的情况下，需要采用相关手段与主管线避开，尽量不要纵向管线进行弯曲处理，重力管与压力管要分开设置，对于直径比较小的管道，也要于直径较大的管线保持一定的距离。在具体的施工过程中，要依照具体情况对管线设置位置进行有严格的区分。

由于水资源自身在空间与时间两个维度方面有具有比较大的流动性，可能会引发阶段性缺水的问题，这就需要设计人员在对管线进行设计的过程中考虑到水资源平衡的问题，为接下来水资源分配工作奠定良好的基础。这就需要设计人员深入分析不同区域水资源的平衡状态。在设计平衡管线的`过程中，需要事先区域内的水资源现在体量。同时也要考虑到农业用水、工业用水以及居民住户用户之间的分配关系。在预测用水量的过程中，需要通过万元工业产值与设计用地指标法两种手段来预测工业用水量。

2 市政排水管线系统优化设计要点分析

2.1 排涝防洪的优化设计

在优化设计城市排水管线的具体工作中，需要重点考虑到防洪以及排涝等方面的要求。由于外部河流一定程度上也会影响到管线的安全性与运行稳定性。因此，在具体的设计工作，中设计人员要综合考虑各方面因素的影响，比如防控外洪以及排蓄内洪等，最大程度上保护人民群众的财产安全与生命安全。在城市排洪方面，需要设计相关的地面全抬高方案与雨水泵配合滞洪区方案。对于部分山区地点来说，可能会出现内洪灾害，这种灾害来去迅速，可以通过抬高方案来应用对内洪灾害。同时，也需要重点注意排洪标准与排水标准的衔接。城市排水工作的根本目的在于解决短时间暴雨问题，在具体的设计工作中，可以将所需要应对的暴雨时间设置在5min～120min之间，结合年超大值法来选择暴雨数据样本。

2.2 管道连接设计与流速设计

以设计污水管线的过程中，通常情况下需要结合小区规划建设设计方案，所设置的排水点位置在选择以及确定方面存在着比较大的困难，在对管线设置方案进行优化设计时，每一工段的都需要按照规定接出连接管，使碰水支管与干管衔接的更加紧密，在庙宇间隔距离的过程中需要依照重点注意其他管线与短距离管线的冲突问题，在管线排水不受到影响的前提下，也可以利用倒吸虹管。

2.3 污水管线的优化设计方法

由于城市中的工业及生活污水较多，在进行市政排水管线设计时，尤其要注重相关的污水处理管线的优化设计，具体可采用分散与集中相结合的方式进行设计。长久以来，由污水处理厂的运营成本不高，且相对应的污水处理效果却很好，因此城市的污水处理通常都是采用集中处理的方式进行，即高效，又能保证质量。

3 结语

根据以往的工作实践经验可知，市政供水管线优化设计对于管线安装施工以排水系统的设计有着十分重要的影响，高质量的设计方案能够提升居民用户用水的便利性。在设计工作当中，设计人员一方面要对区域内长期的发展规划有一个全面的了解，另一方面也要对最新的设计技术与设计观念进行持续不断的学习，将最先进的设计技术与设计理念应用到市政供水管理的设计中，为我国的现代化建设贡献力量。

篇3：企业优化绩效管理体系设计方法分析论文

企业优化绩效管理体系设计方法分析论文

随着企业发展规模的不断扩张，人员冗杂，人力资源管理混乱的问题日益明显，企业管理人员为自身进行的绩效管理体系设计煞费苦心。那么企业该如何从自身优化工作流程到优化绩效管理体系设计，进而能够达到企业管理的目的呢？人力资源专家——华恒智信认为，作为绩效管理的一方面，企业可以从优化工作流程方面入手。要保证绩效管理体系设计能够发挥作用，就要将组织管理过程中的“脉络”梳理清楚，找到各部分之间的内在联系。本文为你提供了从工作流程优化到绩效管理体系设计优化的几方面的分析。

搭建完善的绩效管理体系的三个基本要求：第一：企业绩效考核能够达到企业管理的目的，甚至能够直接为企业战略提供支持与帮助。第二：企业内部各部门间的绩效考核具有相关性，能够起到相互促进、相互监督的作用。第三：绩效管理的基本规则具有普遍适用性与公平性，企业内员工能够接受并且愿意按照要求去完成工作。即解决绩效管理体系中的目的性、内部相关性和规则适用性问题。

绩效管理体系的根基就是将企业的战略目标进行分解，转化为各级部门与岗位可测量的绩效指标。但是将战略目标分解之后，又该如何保证部门之间、各岗位之间的'绩效指标能够起到相互促进、相互协调的作用呢？这里就需要对组织管理和业务流程进行梳理和优化，并且找到各岗位产生工作绩效的关键点所在。

一、流程优化对绩效管理的重要意义

如果说战略目标分解是搭建绩效管理体系的“骨架”、绩效指标制定是“肌肉”的话，那么保证各级绩效相互促进协调就是保证整个体系的“血液循环”。“骨架”搭建的不管多大多精细，“血液循环”不畅时，任何体系都起不到它预想的效果。因此为保证绩效管理体系能够发挥作用，就要将组织管理过程中的“脉络”梳理清楚，找到各部分之间的内在联系。

因此，做好企业各部门、各岗位之间的流程梳理和优化是保证绩效管理体系发挥作用的基础工作和必要环节。与岗位绩效和部门绩效侧重点有所不同的是，流程绩效管理的作用更多是倾向于考察组织工作流程中哪里出现了问题或什么地方需要改进，通过优化工作来满足企业的战略要求。

二、如何保证各部门以及各岗位之间的绩效管理有机结合？

在企业既有的组织结构中，各级单位都承担着自己的工作内容，如果从各级微观的角度去看，某些工作看似相互独立，没有内在联系，但是从公司整体的层面去看，原本两个部门两项毫不相干的工作内容，会用如此之大的联系。

在实际工作中，我们往往会遇到很多类似的情况：在生产施工阶段，因为设计部门的一张设计图纸的变更，造成物流部门临时与采购部门进行协商，保证材料到位，并且通知生产单位暂停现阶段生产，将已经装配上的错误零件拆卸下来，等待新零件到位之后再重新生产，这就造成了窝工。从一线员工的角度看，衡量工人的绩效指标是生产产量，但是因为窝工，造成今天的产量为零；相比之下，设计人员修改一张图纸属于正常的工作范围，而衡量设计人员的绩效指标又没有包含控制设计变更的发生率的内容，因此两个部门的绩效管理就是脱节的。但是如果单独看待设计变更与生产窝工这两个结果，可能没有办法想到其中存在的内在联系，不过通过梳理工作流程，弄清楚其中的关系，就能明确事情发生的因果联系。

所以要保证绩效管理体系能够发挥相互促进，相互协调的作用，需要在绩效指标设计环节做好两件事：一是对组织内部各部门和各级岗位之间的工作流程进行梳理，明确各部门、各岗位之间的工作联系；二是针对部门工作流程中出现的问题进行原因分析，找到影响本单位工作的因素，并且通过制定相应的量化指标，进行绩效考核，从而起到减少错误发生率、提升组织绩效的作用。

1、选择企业工作流程梳理的重点

工作流程存在于企业日常管理活动之中，有的已经明文规定，有的则还未上升到整体管理的高度，甚至有的流程还没有被企业管理者所意识到。因此企业在进行工作流程梳理时，首先要识别和描述企业现有的流程，继而达到流程绩效管理和流程优化的目的。

这里可能有人会问，一个企业人员这么多，一个员工工作需要走的流程就那么多，那要多久才能梳理清楚？

确实，日常工作中的管理流程多且杂，如果不能找到其中的关键的话，那流程梳理工作就要将员工拖入无尽的烦恼当中。但是话说回来，我们进行流程梳理的目的就是要保证部门间的绩效管理能够产生互相促进、互相监督的作用，并且对整体绩效产生影响。因此这就明确了我们进行流程梳理的方向。换句话说，我们要重点针对涉及企业内部门间的流程环节，选择那些多部门、部门核心工作流程作为我们梳理的重点。

2、绩效流程管理的方法

当我们明确了绩效管理流程的重点之后，就要针对绩效管理的目标去进行后续工作，一般来讲流程绩效都是要落实到岗位绩效指标中，并非独立的一套指标体系。那要如何落实？其实掌握一个关键，后续活动开展就会清晰明了。关键点就是通过对员工与部门的绩效考核指标进行补充，从而达到公司绩效整体的优化完善。这句话的意思就是，通过找到各部门、各级岗位在整体重点流程过程中，找到因某具体岗位工作问题影响到了其他岗位和部门的绩效结果，那么设定相关绩效考核指标，引导具体岗位人员正确履行工作职责，减小对其他部门、岗位的影响，从而提升组织绩效。

从上一个例子看，设计岗位的设计变更明显造成了其余部门的无效工作，影响了他人的绩效和组织绩效，因此对设计变更次数的考核就是对设计岗位绩效指标设计的补充，同时也对企业整体的业务流程进行了评价和把控，起到了流程绩效管理的目的。

3、流程绩效管理实施过程中的注意事项

绩效管理要起到促进管理流程和业务流程优化的作用，不能仅仅局限在对岗位员工的绩效考评的维度之中。企业管理会涉及对人和对事的管理，对人的管理主要是激励约束问题，对事的管理就是流程问题。一个流程如何运作，涉及因何而做、由谁来做、如何去做、做完了传递给谁等问题，各个环节的不同安排都会对结果产生很大的影响，从而影响组织整体的效率。

在绩效管理过程中，各级管理者都应从公司整体利益以及工作效率出发，尽量提高业务处理的效率，应该在上述四个方面（即，因何而做、由谁来做、如何去做、做完了传递给谁）不断进行调整优化，使组织运行效率逐渐提高，在提升组织运行效率的同时，逐步优化公司管理流程和业务流程。

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