焦炭塔法蘭應(yīng)力分析計(jì)算.pdf

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1、170化工機(jī)械2013年焦炭塔法蘭應(yīng)力分析計(jì)算史雨竹4王偉(遼寧石油化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院)摘要采用有限元分析軟件ANSYS，對(duì)焦炭塔法蘭在設(shè)計(jì)條件下的應(yīng)力進(jìn)行分析計(jì)算，依據(jù)JB4732．95對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。分析計(jì)算結(jié)果可知，該法蘭強(qiáng)度符合要求。設(shè)計(jì)合理。關(guān)鍵詞焦炭塔法蘭強(qiáng)度校核常規(guī)設(shè)計(jì)分析設(shè)計(jì)中圖分類(lèi)號(hào)TQ053．5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0254-6094(2013)02-0170-03作為加工渣油和高硫重油的一種重要工藝技術(shù)，延遲焦化越來(lái)越受到人們的關(guān)注。焦炭塔是延遲焦化裝置的核心設(shè)備，操作條件較為苛刻，其安全性也倍受重視。筆者針

2、對(duì)焦炭塔的法蘭裝置，采用有限元分析軟件，對(duì)其在工況下的應(yīng)力進(jìn)行分析計(jì)算，并依據(jù)分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)校核了強(qiáng)度，以保證結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)的合理性。1焦炭塔設(shè)計(jì)條件焦炭塔的設(shè)計(jì)壓力0．35MPa，設(shè)計(jì)溫度495℃，筒體內(nèi)徑8400mm，法蘭內(nèi)徑1800mm，腐蝕余量6ram，焊縫系數(shù)1，簡(jiǎn)體及法蘭材料15CrMoR，設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力92．4MPa，彈性模量170GPa，泊松比0．3。對(duì)于焦炭塔而言，其底蓋的拆卸是一項(xiàng)繁重的體力工作，一種新型的底蓋機(jī)設(shè)計(jì)可以解決這個(gè)問(wèn)題，其中底蓋機(jī)與焦炭塔依靠法蘭進(jìn)行連接，法蘭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。焦炭塔法蘭底蓋機(jī)性

3、對(duì)稱(chēng)的特點(diǎn)，因此，建立周期性對(duì)稱(chēng)模型，這樣可以大幅度簡(jiǎn)化計(jì)算，分析模型圖如圖2所示。采用ANSYS10．0軟件提供的SOLID95(20節(jié)點(diǎn)3D單元)‘1川，對(duì)分析模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分(圖3)，單元數(shù)14790，節(jié)點(diǎn)數(shù)27729。圖2分析模型圖3網(wǎng)格劃分圖1法蘭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2．2邊界條件2應(yīng)力分析計(jì)算所施加的邊界條件包括：約束邊界條件、載荷2．1模型建立及網(wǎng)格劃分邊界條件和接觸邊界條件。由于焦炭塔的結(jié)構(gòu)、載荷及約束均滿(mǎn)足周期約束邊界條件(圖4)：在分析模型頂部，即上+史雨竹，女，1991年4月生，碩士研究生。遼寧省撫順市，113001。第4

4、0卷第2期化工機(jī)械17l端面施加△z=0邊界條件，兩側(cè)面施加對(duì)稱(chēng)約束；載荷邊界條件(圖5)：筒體內(nèi)表面受力為0．350MPa，上法蘭表面壓緊力為69．967MPa，下法蘭表面壓緊力為48．432MPa，下端面拉力為3．852MPa；接觸邊界條件(圖6)：上、下法蘭接觸部分設(shè)為接觸對(duì)。圖4約束邊界條件IlI-fi：MPa載荷邊界條件“’：；、囂圖6接觸邊界條件2．3應(yīng)力分析計(jì)算采用ANSYS軟件提供的求解器進(jìn)行分析求解，應(yīng)力分布如圖7所示。卜?l啦位：MP。圖7應(yīng)力分布3強(qiáng)度校核在分析模型的關(guān)鍵部位定義路徑，上、下法蘭路徑圖如圖8所示

5、。，。E亍二二2=ii‘二；j手—己，a．上法蘭b．F法蘭圖8法蘭路徑按JB4732-95分析設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度校核舊1，一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度的許用極限為1倍的設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力強(qiáng)度；一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度的許用極限為1．5倍的設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力強(qiáng)度。即，一次薄膜應(yīng)力S．≤S?！?2．4MPa，一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力sⅢ≤1．5S?！?138．6MPa。從ANSYS的后處理中提取出各分析路徑上的一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度和一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度列于表1。表1應(yīng)力分析結(jié)果(下轉(zhuǎn)第241頁(yè))第40卷第2期化工機(jī)械241中要充分

6、考慮制造的可行性。筆者根據(jù)國(guó)內(nèi)制造廠(chǎng)的實(shí)際情況制定設(shè)備制造技術(shù)要求，其中包含了零部件的熱處理要求、各零部件的加工精度要求、無(wú)損檢測(cè)方法和范圍、內(nèi)件組裝要求及裝配程序、耐壓試驗(yàn)步驟以及指標(biāo)等技術(shù)要求。通過(guò)每一個(gè)步驟的質(zhì)量控制來(lái)保證最終的產(chǎn)品質(zhì)量。與制造單位共同解決的技術(shù)難題包括：鎳一鐵一鉻合金的焊接和鎳一鐵一鉻合金與奧氏體不銹鋼異種鋼焊接技術(shù)，以及鎳一鐵一鉻合金材料的焊后熱處理技術(shù)；主體材料立足國(guó)內(nèi)，加強(qiáng)國(guó)內(nèi)材料制造監(jiān)督檢驗(yàn)，使國(guó)內(nèi)材料達(dá)到設(shè)計(jì)要求；設(shè)計(jì)使用特殊的工裝，解決大型反應(yīng)器制造精度和保證工藝參數(shù)運(yùn)行要求；按照設(shè)計(jì)要求，成功實(shí)

7、施了管子與管板采用深孔搭接焊技術(shù)。7結(jié)束語(yǔ)在苯乙烯脫氫反應(yīng)器國(guó)產(chǎn)化研發(fā)過(guò)程中，筆者勇于創(chuàng)新，攻克了多項(xiàng)技術(shù)難題。從20世紀(jì)90年代末至今，已有十幾套國(guó)產(chǎn)苯乙烯脫氫反應(yīng)器在生產(chǎn)裝置中運(yùn)行。第一、二脫氫反應(yīng)器經(jīng)歷了十幾年的運(yùn)行考核，證實(shí)安全可靠。為苯乙烯成套技術(shù)國(guó)產(chǎn)化及裝置的大型化奠定了基礎(chǔ)，為國(guó)家和石化企業(yè)節(jié)省了大量投資，同時(shí)也為我國(guó)自行設(shè)計(jì)、制造高溫壓力容器提供了一些經(jīng)驗(yàn)。參考文獻(xiàn)[1]中國(guó)石油化工集團(tuán)上海工程有限公司．可調(diào)式多點(diǎn)接觸徑向支撐結(jié)構(gòu)[P]．中國(guó)：ZL200520044984，2006-09-06．[2]GB150-19

8、98，鋼制壓力容器[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998．[3]中國(guó)石油化工股份有限公司中石化集團(tuán)上海工程有限公司．一種管殼式換熱器的環(huán)形擋板隔熱結(jié)構(gòu)[P]．中國(guó)：ZL200920209573，2009-09·11．(收稿日期：201