基于有限元模拟技术的加热炉二级盘管评定

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1、第２８卷第１５期甘肃科技Ｖｏｌ２８Ｎｏ１５２０１２年８月ＧａｎｓｕＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｕｇ２０１２基于有限元模拟技术的加热炉二级盘管评定１２２２雒小明，胡国栋，尹俊，白嘉伟（１艾默生电气中国投资有限公司，上海２００２３３；２甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，甘肃兰州７３００７０）摘要：利用ＡＮＳＹＳ对两种加热炉二级盘管进行了应力分析及评定，判定两种二级盘管壁厚设计是否满足实际要求。理论校核两种二级盘管的壁厚，计算壁厚是否满足设计要求。根据国内外两种不同标准的要求，按照有限元计

2、算，判定两种二级盘管是否满足使用要求。关键词：有限元；ＡＮＳＹＳ；应力分析；评定中图分类号：ＴＰ３９１７而对二级盘管的设计、制造乃至操作必须按相关标１概述准及法规严格执行。本文所评定的二级盘管为某公天然气在远程输送过程中常常需要增加内压以司的一批进口产品，闲置多年。为了节约资源以修利于输运，目前最常用的增压方法是将天然气加热旧利新、变废为宝，该公司打算将其利用在其他气到一定的温度，利用其体积的膨胀进而达到增压的田。后经过设计人员的初步计算，发现该二级盘管目的。水浴式加热炉就是这样一种天然气加热设套用ＡＳＭ

3、Ｅ标准时其腐蚀裕量不足，因而需对此二备，它主要由炉体、烟囱、燃烧器、二级盘管、仪表控级盘管进行安全评估。该加热炉的基本技术参数如制系统等部分组成。图１为水浴式加热炉结构。热下：设计压力１２５ＭＰａ，工作压力１０７ＭＰａ，设计温源由接管进入加热炉后，经燃烧室在火管中燃烧，火度８０℃，工作温度６０℃，腐蚀裕量３２ｍｍ（ＡＳＭＥ标准，而套用中国标准时为２３０ｍｍ）、材质ＳＡ—管浸没在液体介质的下部，火焰在盘绕状的火管中３３３Ｇｒ６，设计规范ＡＳＭＥＢ３１３及Ｂ１６５。来回窜动，通过烘烤火管内壁达到对液

4、体介质的加应用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ作为仿真分析工热。不完全燃烧物由火管经烟囱管道排出。二级盘具，通过对工作状态下的加热炉二级盘管应力的计管浸没在液体介质的上部，待加热的天然气由管道算，得出其应力的大小及分布状况，从而确定并判断系统进入加热炉的二级盘管，天然气因吸收热液体出两种二级盘管的失效模式。常规设计很难从加热介质的热量而被间接加热。炉二级盘管的实际使用情况下，根据不同的时间及应力变化进行动态分析，而采用有限元计算，应用分析设计法不但可以校核加热炉二级盘管的强度，而且可以为加热炉二级盘管的可靠性设计提

5、供理论依据。２材料的力学性能数据计算表１是由《ＡＳＭＥ锅炉及压力容器规范国际性规范Ⅱ材料Ａ篇—铁基材料》所查得到的ＳＡ－图１水浴式加热炉结构３３３Ｇｒ６材料化学成分表，表２是由《ＡＳＭＥ锅炉及由于二级盘管内所通介质为易燃、易爆天然气，压力容器规范国际性规范Ⅱ材料Ｄ篇—性能》所查稍有不慎都会造成财产的损失甚至人员的伤害，因得到的ＳＡ－３３３Ｇｒ６力学性能数据表。表１ＳＡ－３３３Ｇｒ６材料化学成分化学元素ＣＭｎＰＳＳｉ化学成分（％）≤０３０２９～１０６≤００２５≤００２５≥０１０第１５期雒小明等：基

6、于有限元模拟技术的加热炉二级盘管评定５５表２ＳＡ－３３３Ｇｒ６力学性能数据元Ｍｅｓｈ２００，将其定义为具有８节点的面单元。测试温度（℃）－３０～４０６５１００屈服强度ＲｅＬ（ＭＰａ）２４１２２７２２０抗拉强度Ｒｍ（ＭＰａ）４１４４１４４１４经计算ＳＡ—３３３Ｇｒ６在６５℃时的设计应力强度Ｓｍ＝１５１０ＭＰａ；ＳＡ—３３３Ｇｒ６在６５℃时的许用应力［σ］＝１３８．０ＭＰａ。３有限元分析为了预测二级盘管在设计寿命内的强度状况，此次有限元分析首先根据不同的腐蚀裕量分别建模。利用我国标准所建模型为第一壁厚，利用图

7、３Ｓｏｌｉｄ１８６单元结构３３网格划分ＡＳＭＥ标准所建模型为第二壁厚。经现场实测为了使计算结果精确，在划分网格之前，首先将１６８盘管壁厚为１０９７ｍｍ，１１４３盘管壁厚为三维实体分割处理，其次利用Ｍｅｓｈ２００将弯管的端８６０ｍｍ，因而１６８盘管的第一壁厚为１０９７－面用映射方法离散为四边形，然后利用扫掠技术将２３０＝８６７（ｍｍ），第二壁厚１０９７－３２０＝７７７几何模型离散为六面体单元。网格如图４所示。（ｍｍ），１１４３盘管的第一壁厚为８６０－２３０＝６３０（ｍｍ），

8、第二壁厚８６０－３２０＝５４０（ｍｍ），其次此次有限元分析所采用压力为１２５ＭＰａ的设计压力。３１结构分析和几何模型二级盘管的形状为Ｓ型的盘绕结构，为了使有限元分析过程直观明了，此次有限元分析采用三维实体建模。考虑到二级盘管的对称特性，在建模时仅需建立１／４模型即可，由于弯管与直管连接部位图４二级盘管网格存在边缘效应，直管的长度ｌ还需满足ｌ＞５槡Ｒδ（Ｒ３４边界条件及载荷施加为直管内半径、为壁厚），本