列管式换热器作为承担热交换任务的关键设备,在石油化工行业中占据着重要的地位。由于列管式换热器在运行时承受着机械载荷和温度载荷的共同作用,致使其内部应力状况十分复杂,因此进行列管式换热器热场与应力分析对提升设计制造质量具有重要的意义。本文概括性地阐述了列管式换热器应力与热场分析的相关重要理论,给出了应力分析和热场分析的求解方法。建立了列管式换热器的三维参数化有限元模型并在此基础上对换热器进行了稳态温度场分析。结果表明:换热器管板两侧存在着较大的温度差且管板的大部分区域内温度与管程流体温度相接近,只有靠近壳程侧表面的温度接近于壳程流体温度,验证了“表皮效应”理论。之后,本文对换热器在七种实际操作工况下进行了应力分析,得到了各操作工况下换热器的应力场分布情况,并按照国家标准进行了强度校核。结果表明:列管式换热器的危险工况出现在停工时管程先关闭的瞬间;危险路径则位于管板管程侧的过渡圆角处;在管板与壳体的焊接部位,由于不同材料之间存在热物性的差异,导致了此处的应力比较大;在管板靠近壳程侧很薄的一层厚度上,温度梯度在这个区域的变化较大,存在着很高的热应力;温度载荷是决定列管式换热器内部应力大小的重要因素,而壳程压力对换热器的应力有加强作用,管程压力则相反。此外,本文还深入研究了管板过渡圆角尺寸的变化对该处应力的影响。研究表明:通过增大过渡圆角半径尺寸,可以明显地降低应力,缓解换热器系统的应力集中现象,提高设备的可靠性。