内容源自“ANSYS分析设计人”公众号
1. 什么是挠性薄管板？
挠性薄管板是一种在换热器中连接管箱筒体和壳程筒体主要用以减小温差过大造成的二次温差应力，目前工程实际中常用的挠性薄管板与管箱筒体、壳程筒体的连接结构主要有下图四种型式：
由上图可见，挠性薄管板的一个特殊结构是带有圆滑过渡的折边，此折边的作用主要是用以缓解管壳程温差过大造成管板与管箱筒体连接处、管板与壳程筒体连接处产生的较大的弯曲应力以及管板与换热管连接处的拉脱力，但折边半径的大小对连接处弯曲应力及拉脱力的影响其实是存在双重作用的：
【1】若折边转角半径R太大，补偿温差应力的能力提高，但壳体直径也要增加，亦即管板直径也增加，进而造成管板中心处一次弯曲应力相应增大，所需管板计算厚度随之增加；
【2】若折边转角半径R太小，虽管板直径较小所需计算厚度亦较小，但在过渡段与壳体连接处二次弯曲应力就会**增加，则补偿温差应力的能力不足；
【3】拉脱力的变化：若管板计算厚度较大，则管板与换热管连接处产生的结构不连续力会增大，但同时连接处剪切面积也增大，所以拉脱力的大小有可能增大或减小；
【4】标准中规定的折边半径：SH/T3158 标准中规定管板转角半径R不应小于2 倍管板厚度，且至少应为38 mm；在GB/T 151标准中根据管板结构形式给出了相应的转角半径R的取值范围，且不小于38 mm；而GB/T150 给出圆形平盖转角半径 R需大于或等于3倍平盖厚度；
由于结构形式的差异，结构的受力情况也有很大的差异，且折边半径的大小会直接决定管板中心处一次弯曲应力及管板与壳体连接处二次弯曲应力的大小，因而设计者可以按照标准要求并结合有限元计算结果进行模拟分析，合理进行结构的设计，将管板中心处的一次弯曲应力及连接处的二次弯曲应力均控制在一个合理的值进而确定出最佳管板厚度。
2. 为什么要选用挠性薄管板结构？
挠性薄管板换热器广泛应用于对反应器出来的高温物料进行冷却，达到热量回收综合利用的目的，管板是换热器重要的承压元件之一，也是在使用过程中容易损坏的重要元件。
【传统管板】：
（1）由于管板过厚，在厚度方向上热量传递慢，造成换热管与管板温度过高，使其承压能力**下降，成为换热器的薄弱部分，极易开裂；
（2）管板过厚，使管板与换热管之间轴向环隙过大，会发生盐类物质在环隙中浓缩、结垢，而产生氯根腐蚀；
（3）在高温条件下，厚管板换热器很难保证设备的长周期运行。
【挠性薄管板】：
（1）能有效降低气侧和水侧的温差，避免了管板开裂引起的设备失效；
（2）具有较大的挠性，降低了管板转角处的应力，同时也极大协调了管板、换热管与壳体之间存在的温差应力；
（3）对热膨胀的补偿能力得到了加强，可避免使用膨胀节或浮头式结构；还具有节省材料、加工方便、增加换热管换热长度，提高换热效率等优点。
然而，由于挠性薄管板厚度较薄，对于大直径换热器管板制造过程中需要控制由于焊接与胀接而产生的变形。
3. 挠性薄管板的计算方法？
【1.西德AD规范法】
为了充分发挥换热管对管板的加强作用，AD规范只考虑无支撑区、无支撑区与支撑区交界处的强度。该方法的理论基础是认为管子对管板是固定支撑，管板是在管子固定支撑下的平板，其计算公式是平板厚度计算的经验公式：
AD规范计算公式未考虑温差应力，没有规定允许壁温差和计算方法。AD规范计算管板厚度时，只与无管区最大直径d2有关，而与换热器直径无关，因此**减薄了管板厚度。
【2.EN 12953计算方法】
【3.SH/T 3158-2009计算方法】
挠性薄管板结构在国外已经有非常成熟的使用经验，由于其优势明显，我国在标准SH/T3158《石油化工管壳式余热锅炉》也引进了挠性薄管板结构。管束区以内、以外管板最小需要厚度按下式计算：
【4.GB/T150-2011计算方法】
在GB/T150-2011中新增加了受拉撑结构的板厚计算内容，分为规则拉撑和不规则拉撑，主要体现在拉撑间距L和典型拉撑结构形式及参数K上，受拉撑的板厚计算公式为:
在采用此公式对薄管板厚度进行计算时，布管区可以按照规则拉撑布置取L，K 值进行计算，而非布管区可以按照不规则拉撑布置取L，K 值进行计算。该标准未能给出不同支撑点类型对应的位置示意图，但作为标准规定，需要进行明确。该方法也没有规定拉撑结构适用的压力温度范围，在高温条件下，温差应力会在很大程度上决定拉撑结构的失效形式。
【5.GB/T151-2014计算方法】
在GB/T 151-2014标准中以资料性附录M给出了挠性薄管板计算方法，管板厚度计算公式如下：
该标准与SH/T 3158计算方法基本一致，其适用范围为：管程设计压力不大于 1.0 MPa，壳程设计压力不大于5.0 MPa，且壳程压力应大于管程压力；壳体直径不大于2500 mm；换热管长度不超过7000 mm；而SH/T 3518适用范围更加广泛，适用范围为：设计压力不大于6.4 MPa。
通过对比标准的计算公式可知，GB/T150标准结合了ASME和JIS标准的特点，补充了ASME没有规定的不规则布置的拉撑结构的内容。SH/T3158、AD规范以及GB/T 151非常相似，主要区别在于SH/T3158和GB/T151取的系数k与支撑形式有关，其许用应力也乘以了相应的修正系数，而AD规范取系数0.4定值。
