管壳式换热器是换热设备中比较常用的大型设备,管板作为设备的主要结构件之一,起着至关重要的作用,管板的受力情况极其复杂,在实际工程中,设备工作环境恶劣,需要承受高温以及高压所带来的不良影响,极易导致设备发生损坏或者失效不能正常工作,甚至发生严重的安全事故。正确分析高温高压下管板的受力状态,对其原始设计方案进行安全检验,对保证换热器安全运行有非常重要作用。本文研究的管板的危险工况是稳态工况、计划停堆工况和热启动工况,利用ANSYS有限元软件,建立三维有限元模型,分析了管板在三种工况下的温度场分布规律以及热-结构耦合场应力变化情况,并进行应力强度评定;稳态工况下,管板的非布管区域的温度梯度变化明显,在管板与管箱连接的凸肩区应力集中现象严重,并存在应力极大值;瞬态运行工况下,不同的温度速率对管板温度分布规律和应力强度值大小产生影响,由于管箱壁厚很厚,导致温度变化时管箱内、外壁的温差很大,温度梯度明显;计划停堆工况中,由于结构不连续性,使得管板凸肩圆角处在不同温降速率下依旧存在应力集中现象,且受温度降低带来的收缩现象使得该处的应力逐渐增加;热启动工况中,温升速率增加,加快了临近端盖处腔室内的应力集中现象且该区域的应力也随之增加。通过强度分析表明,在稳态工况下,在管板的布管区域受一次薄膜应力的控制,管板强度的主要控制因素是位于管板与管箱连接的凸肩圆角处的一次应力加二次应力;计划停堆工况和热启动工况下,管板强度的主要控制因素是位于腔室内的一次薄膜加一次弯曲应力和一次应力加二次应力以及位于凸肩圆角和应力释放槽处的一次应力加二次应力。根据ASME规范中的平均等时应力-应变曲线数据,进行数据拟合得出用于蠕变研究的蠕变本构方程材料参数;在稳态工况中,对管板在高温高压下运行105h后的蠕变应力和蠕变应变进行分析并对不同温度下的蠕变应变进行了应变评定。应力和应变受温度影响发生变化,在运行过程中应力重新分布,随蠕变时间增加而减小,相反,蠕变应变随温度增加而增大。