在石油石化生产过程中,管壳式换热器是最常用的设备,也是发生失效最多的设备之一,尤其在管板与换热管的连接和多孔管板等效实心板仍存在问题。为此,本文采用弹塑性有限元法,根据管板与换热管的实际结构,建立三维非线性有限元模型,考虑工作介质对管板与换热管接触区的影响,综合胀接加工和卸载过程,建立了管板与换热管残余接触压力的计算方法。通过数值模拟得到:最大残余接触压力随着管程压力升高逐渐减小,随着壳程压力升高先保持不变,当壳程压力达到临界值后呈快速下降;残余接触压力区沿轴向分布随管程压力变化不大,随壳程压力变化较大,当壳程压力大于临界值时,接触区逐步缩小;拉脱力随管程压力的升高而逐渐增大,随壳程压力的升高先略有降低,当壳程压力大于临界值后迅速下降;胀接压力160MPa~200MPa加工的管板与换热管,壳程压力的临界值由5MPa增加到25MPa。在壳程压力低于5MPa时,推荐管板与换热管采用强胀接连接。考虑多孔管板和换热管支撑作用,建立了换热器多孔管板的三维有限元模型,研究了管板与换热管胀接、焊接连接时的数值模拟方法。建立换热器等效实心管板的三维有限元模型,通过比较换热管与管板连接的两种等效方法得出,采用主从节点绑定法的实心管板变形与多孔管板相比差3.4%~20.5%,优于采用共用节点法。通过多孔管板模型和等效实心管板模型的数值模拟结果比较,出入口管板的变形相对误差在0~20.5%,应力相差1.69~3.26倍,通过引入应力集中系数,采用主从节点绑定法模拟管板与换热管连接,提出了适用于多孔管板有限元分析的等效实心板改进方法。