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1、第43卷第3期化工机械315MMA萃取塔结构设计与应力分析∗1112张新建姚佐权顾玉钢张雅莉(1.合肥通用机械研究院;2.上海森松化工成套装备有限公司)摘要根据某甲基丙烯酸甲酯(MMA)萃取塔的工艺操作要求,对萃取塔的整体结构进行优化设计,并采用有限元应力分析方法对塔体在设计工况、工作工况和水压试验工况的整体结构与结构不连续部位的应力进行分析,从而确定了萃取塔主体的最终结构尺寸,保证了塔体的结构安全和工艺性能。关键词MMA萃取塔结构设计应力分析中图分类号TQ053.5文献标识码A文章编号0254-6094(2016)03-0315
2、-05甲基丙烯酸甲酯(MMA)萃取塔作为MMA保温层厚度90mm装置中的关键设备之一,具有结构复杂、动静结合2基本风压值550N/m及设计计算难度大等特点,为了确保该设备的安设计地震分组第一组全使用,笔者采用有限元应力分析方法对该设备地震设防烈度7度/0.10g的整体结构进行了详细校核,为类似设备的设计场地土地类别Ⅳ类提供参考。地面粗糙度类别A类1MMA萃取塔结构设计设计准则分析设计1.1设计参数容器类别Ⅰ类萃取塔的关键设计参数如下:1.2材料参数设计压力0.20MPa工作压力0.18MPa萃取塔塔体主体材料为S31608,裙座下
3、方材设计温度100℃料为Q345R。两种材料的物理性能参数见表1、工作温度50℃力学性能指标见表2。水压试验压力0.43MPa(卧置)、0.25MPa表1S31608与Q345R的物理性能参数(立置)材料弹性模量/GPa泊松比密度/kg·m-3主体材料S31608S316081910.37950介质MMA、庚烷、水Q345R2030.37850介质特性易爆、中毒危害焊缝系数1.0腐蚀裕度0mm表2S31608与Q345R的力学性能指标3设备容积77.2m屈服应力强度/MPa应力强度/MPa塔体总高度21400mm材料20℃20℃1
4、00℃设备净重23020kg设备充水重98020kgS31608205137137操作重量81520kgQ345R345213210保温层材料硅酸铝纤维∗张新建,男,1985年3月生,工程师。安徽省合肥市,230031。316化工机械2016年塔顶电机和吊在塔顶的塔内设备总重量使用根据设计条件的要求并按照JB4732-1995等效密度的方法折算到塔顶筒体,使用同样的方《钢制压力容器-分析设计标准》(2005年确认)[1]法将塔内介质的总量折算到塔体上。进行初步计算,确定了萃取塔的主体结构尺寸1.3主体结构尺寸确定(表3)。表3萃取
5、塔的主体结构尺寸主体结构材料结构尺寸/mm有效壁厚/mm结构长度/mm裙座Q345Rϕ2700×1614.03227裙座过渡段S31608ϕ2700×1615.7300由下往上第一段筒体S31608ϕ2700×1211.72000由下往上第二段筒体S31608ϕ2000×109.710590由下往上第三段筒体S31608ϕ3000×109.71570由下往上第四段筒体S31608ϕ2200×1615.7482由下往上第一锥段S31608ϕ2700×ϕ2000×1211.7965由下往上第二锥段S31608ϕ2000×ϕ3000×1
6、09.71207由下往上第三锥段S31608ϕ3000×ϕ2200×109.7966由于塔顶有电机和驱动机构,需考虑各种工况下电机和驱动机构对塔体应力分析的影响,为简化有限元模型,使用ϕ1000mm×30mm、高度为2322mm的筒体模拟电机和驱动机构,萃取塔结构尺寸如图1所示。2应力分析方案的确定根据设计要求,对萃取塔结构进行整体应力计算,分析计算塔体在内压、自重、地震和风载载荷作用下塔体不连续处和裙座局部的应力分布并[2]进行应力评定。由于整个塔体设计温度不高且温度分布较为均匀,因此可不考虑由温差产生的应力。根据JB4732-
7、1995规定,结构在进行应力分析计算时,一般需要设置3种载荷工况进行应力计算、分类与评定,即:设计载荷工况、工作载[3]荷工况和水压试验载荷工况。由于设计载荷工况比工作载荷工况要恶劣,当设备没有疲劳载荷且不考虑温差应力时,可以不考虑工作载荷工况,仅考虑设计载荷工况和水压试验载荷工况。由于萃取塔所受的载荷较多,为了计算分析与应力评定的简便,需要对塔体若干设计载荷工况(内压、自重、地震和风载)进行单独和组合计算。水压试验载荷工况为:常温下,整体结构在水压试验压力下的第三类应力强度计算、分类和评定,水压试验压力按JB4732-1995确
8、定。图1萃取塔结构尺寸第43卷第3期化工机械3173应力计算、分类和评定作用在塔体上的载荷有内压、自重、地震和风3.1结构有限元模型载。为了保证计算分析与应力评定的精确,需要萃取塔塔体结构整体三维实体有限元计算模对塔体在内压、自重、地震和风载单独作
