换热器在工业生产中广泛应用,管板是该设备的关键部件,对设备的安全运行、节能降耗以及降低成本等方面起着非常重要的作用。随着国内外经济的不断发展,工业生产规模不断增加,换热器越来越大型化,对管板合理的设计也越来越重要。由于计算精度高,有限元数值分析方法在工程结构设计中的应用越来越多,应用有限元分析手段并结合分析设计方法对管板进行设计是管板轻量化设计的方向,优点主要体现在两方面,一是改进管板结构,二是降低管板厚。本论文结合两实际应用的大型管板结构进行这方面的分析。建立了甲醇合成塔下管板有限元分析模型,对水压试验工况、初始设计工况、末期操作工况等三种工况下的原管板结构进行了应力分析和强度评定,结果发现在水压试验工况下的管板局部强度不满足JB4732—1995《钢制压力容器—分析设计标准》的要求,增加管板厚度虽然能通过强度校核,但成本提高,且应力分布不合理。根据管板应力分布,提出了管板结构改进措施,包括管板中心结构和管板与壳体连接结构,再次应用有限元分析表明,改进后的结构在三种工况下都能够通过强度校核。而且改进后的下管板厚度比原始结构减少了40mm,达到节约材料、减少制造成本的目的。就循环油蒸汽发生器管板开裂问题,建立了该发生器有限元分析模型,并进行了七种组合工况(管程水压试验压力、壳程水压试验压力、单独温度载荷、管程工作压力、壳程工作压力、管程工作压力+温度载荷、壳程工作压力+温度载荷)的应力分析。结果表明,换热管对管板的实际支撑作用远大于常规设计管板模型中的所考虑的大小,和常规设计相比,按照有限元计算并结合分析设计方法可以显著的降低管板厚度,而管板厚度的降低能有效减小管板中的热应力,从而降低管板开裂的可能性。