管壳式换热器是广泛应用于石油化工、电力等工业部门中的典型工艺设备。管板是连接水室、管束和壳体,并承受压力和热膨胀以及来自此三部件载荷的主要部件。在大直径的情况下,正确分析管板的受力状况,对保证换热器的安全、经济运行起着十分重要的作用。本论文研究的是国内首次研制的百万千瓦级的单列U型管高压加热器,使用ANSYS10.0有限元分析软件,建立了高加(包括管板、半球形水室及换热管)的三维实体有限元模型。在此基础上,分析了五种典型瞬变工况下高加管板和水室封头的温度场分布和热应力场分布;并按照应力分析设计标准JB4732-1995分析了管板在包括机组启动、变负荷常运行和停机等过程中可能出现的七种瞬态和稳态操作工况下的强度状况。通过应力场分析表明,在各种瞬变态工况中,管板和半球形水室封头的过渡圆弧处始终是热应力最显著的部位。这是由于该局部结构几何形状和特性均发生了骤变,产生了应力集中。温差带来的热应力在水室和换热管管孔内表面高度汇集,“表皮热效应”现象也在此得到了体现。通过强度分析表明,高加管板最危险的工况不是发生在管程载荷、壳程载荷和温度载荷同时作用下的正常操作工况,而是发生在壳程先停的瞬态工况下。通过疲劳分析,得到了高加在不同瞬变态工况及其组合工况下允许的循环次数。