DN2800mm氨塔平盖厚度的计算.pdf

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1、762化工机械2013年DN2800ram氨塔平盖厚度的计算张少坤+薛庆祥(航天晨光化工机械分公司)摘要GB150-2011对开孔平盖厚度计算公式进行了较大的修改和补充，但最新版的SW6软件却未进行相关的修改，以至于目前的大盖厚度的计算存在材料浪费的情况。以DN2800ram氨塔平盖为例，运用新的修正公式计算后，使大盖计算厚度由680．7mm减少到614．9ram，重量减轻约4．6t。进一步利用Ansys软件对厚度减少后的大盖进行全面的应力强度评定，以探究是否有进一步优化的可能。关键词塔开孔平盖计算厚度A

2、nsys中图分类号TQ053．5文献标识码A文章编号0254-6094(2013)06-0762-03氨塔是合成氨工艺中的重要设备，其特点是压力大、温度高、结构复杂⋯。平盖作为主要受压原件，由于结构形式、开孔原因和受力情况比较复杂，为了保证设备的安全运行，在常规设计中计算的平盖厚度比较保守，以至于造成材料的浪费。准确地计算平盖的厚度并合理地设计平盖开孔补强，不但可以满足强度要求，还可以降低设备制造成本。1平盖结构笔者以湖北三宁DN2800mm氨塔平盖为例进行分析，平盖几何形状如图I所示。其中h为电加热器口

3、(DN415)，g为热电偶口(DN53)，平盖与端部采用双锥环密封。设计温度200℃，设计压力22MPa，腐蚀余量3ram，平盖材料为20MnMolV，在设计温度下的许用应力为181MPa。2平盖厚度计算2．1GB150-98计算平盖厚度6，=Dc√彘，双锥环密封面直径DG=D】+2日一竿tanct=2820．517mm，平盖操作状态下的结构系数‘21K：0．3+—1．_78—WL—c：P。上，。0．3676。为了满足工艺要求，氨塔平盖上设有一个电图1氨塔平盖几何形状加热器口和4个热电偶口，且在一条直线上

4、。平盖开孔消弱了其强度，造成结构不连续处应力集中，应该采用增加平盖厚度进行补强。平盖消弱系数矽=竽-0．767Ⅲ=53×4+415+6×5=657mm，∑6为平盖危险径向截面上各开孔直径之和，且考虑了腐蚀余量的影响，平盖厚度6p=DG√吾等丢=68o．7mm。2．2GB150—2011计算文献[3]对大盖厚度计算公式的修改，主要体现在结构系数K值的选取上，引入了如下判断标准：昏∽嚣；由K=0．3676>0．3，得出K。=0．3。K：J／y>x2Kl／v,K1【K，K．／v≤K}张少坤，男，1986年7月生

5、，助理工程师。江苏省南京市，211200。第40卷第6期化工机械763由于K．／v=0．3911>K=0．3676，因此K2=0．39llo平盖厚度6，=D。√芒畿=614．9mm。对比文献[2]计算的平盖厚度，可以看出6。值由原先的680．7mm减少到614．9mm，使平盖重量约减轻4．6t。为了进一步分析∑6对平盖厚度的影响，以这台DN2800mm氨塔平盖为例，计算了不同∑6值下的平盖计算厚度(图2)。量E、co魁j坠斓斗图2不同∑6下平盖的计算厚度从图2可以看出，文献[2]计算的平盖厚度随着∑6值的

6、增大而增厚，近似呈线性关系。而文献[3]得到的平盖厚度曲线，呈现两个不同的阶段：0≤Xb≤519mm时，平盖厚度6。不随∑6的增加而改变，为一定值596．2mm，说明在此范围内开孔对平盖强度几乎没有影响，无需再增加厚度进行补强；Xb>519mm以后，艿。又开始随∑6的增大而增厚，说明随着开孔宽度的进一步增大，平盖强度被削弱，需进行加厚补强。同时可以发现，在相同条件下按文献[3]得到的平盖厚度均比按文献[2]得到的值小，提高了材料的利用率，在节省资金的同时降低了制造难度。3平盖的有限元计算常规的设计方法以某

7、一危险断面为分析对象，有一定的局限性。对厚盖多开孔的复杂结构来说，有必要用有限元法进行分析校核，全面评定平盖的应力状态H1。笔者利用有限元软件Ansys对DN2800mm平盖进行应力分析。3．1有限元模型由于平盖结构和所受载荷是轴对称的，因此取1／4平盖进行分析，为方便建模和求解，忽略了平盖上未贯通的螺钉孔的影响。采用合理的网格划分技术所得的平盖有限元网格如图3所示，单元数55882，节点数46032。隧渊燎!图3平盖有限元网格3．2边界条件及载荷在XOY和YOZ截面施加对称约束，在密封面处施加全位移约束

8、；平盖下表面与介质接触，施加内压22MPa；在球面垫圈与平盖接触的环形面上，施加操作状态下的螺栓载荷W，=F+，，+F。=143．4MN。3．3有限元分析结果图4为设计压力22MPa下平盖的应力云图，最大应力在平盖密封面处，最大位移在平盖中心位置，约为1．57mm。对平盖危险截面进行应力路径线性化分析，笔者选用图4所示的两条路径。Pathl一1为中心开孔沿轴向路径，Path2-2为平盖密封处口．a截面路径。图4平盖Tresca