基于ANSYS对氨合成塔支座的应力分析.pdf

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1、746化工机械2011年基于ANSYS对氨合成塔支座的应力分析温静8张铱纷宋强(太原理工大学化学化工学院)摘要运用ANSYSl0．0软件对氨合成塔支座进行应力校核，给出整体应力分布图和焊缝处的应力图，根据Mises准则判定满足材料的许用强度。关键词氨合成塔支座应力分析ANSYS中图分类号TQ052．5文献标识码A文章编号0254-6094(2011)06．0746-03随着现代合成氨工业的迅速发展，合成氨装置大型化已成为主流发展趋势，这必然导致装置结构庞大⋯，再者此类设备始终处于危险的高温和高压工况，一旦发生破

2、坏，容器内储存的巨大能量瞬间释放，并伴随有毒介质扩散将会导致灾难性事故发生。因此，这类装置的放置的稳定性十分重要口-。我国《压力容器安全监察规程》中根据工作压力、介质危害性及其在生产中的作用将压力容器分为3类"’，而本文中的氨合成塔为多层包扎式结构，属于三类压力容器。笔者使用ANSYS软件对氨合成塔的支座进行应力分析，从而判断支座安装的安全性和稳定性。1支座结构氨合成塔支座是合成氨装置中的关键部件，主要对合成塔起支承和固定作用。图1为氨合成塔支座的零件图，所示的是底座支架，按照从上到图1氨合成塔支座零件支承圈板

3、支承罔下的顺序分别是支架筒体(厚度为60mm)、上支承圈、筋板(共有24块)、下支承圈、环板、筋板(共有24块)和螺栓螺母，其中上下支承圈与中问的筋板支承固定支座的作用，下部的环板与筋板用来支承封头以及塔体等。笔者主要对支座的应力进行校核以及对焊接筋板、环板和支架筒体的焊缝强度进行校核，如图2所示。焊缝的承载力大小直接影响氨合成塔的稳定，因此利用ANSYS对焊缝的应力进行校核也是十分必要的。焊缝图2焊缝放大示意图2有限元分析2．1有限元模型利用ANSYS软件建立模型，整个模型采用SOLID45单元类型，SOLI

4、D45是八节点实体单元，具有较好的结构精度，可以适应不规则形状而较少损失精度H’51。支座立体模型如图3所示。支座具有对称性，焊缝位于筒体内侧，为了便于观察}温静，女，1984年7月生，硕士研究生。山西省太原市，030024。第38卷第6期化，工机械：747以及在后续处理当中减少计算时间，因此运算时采用四分之一模型(图4)，共划分10372个单兀。依Mises准则∥。’。口。，最大应力为40．5MPa，远远低于Q345R的屈取点or．=325MPa。图3支座模型图4支座网格划分2．2设计条件支座主要材料的力学性

5、能见表l。袁1支座主要材料的力学性能载荷条件——设备重量313t、内件重量85t、触媒重量156t和其它载重100t，合计654t。把其等效均匀作用在环板与焊缝处，大小为5．4MPa。约束条件——由于是四分之一模型，因此在模型两侧的所有剖面上施加对称约束，使得“z方向的位移为零；固定上、下支承板，使支承板全部节点在Y方向的位移为零；环板上有螺栓孔，对孔内表面约束x、z方向的自由度，使得环板在水平方向的位移为零。2．3结果与分析图5显示了支座在载荷作用下的应力强度云图。校核使用的是Mises失效准则，其VonMi

6、sesstress数学表达式为：1，．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．—．------．．．．．．．．．．．---------------．------------------一盯。q=—≥√(矿，一矿，)2+(矿，一盯，)7+(盯；一O-，)。图5应力云图进行应力校核时应在最大应力强度点所处的危险截面将应力线性化，焊缝处极易受到剪切力的作用，因此选取了焊缝的环向与纵向路径进行应力校核。图6a中A—A表示了焊缝的环向路径，图6b为这条路径上剪应力的变化曲线，可以看出环向焊缝处的最大剪切力为1．9MPa

7、；图7a中B-B表示了焊缝的纵向路径，图7b为这条路径上剪应力的变化曲线，纵向焊缝处的最大剪切力为2．2MPa。因J507的屈服点为400MPa，故焊缝也满足强度要求。B焊缝环向A-A路径b环向应力图6焊缝环向应力748化工机械2011正a．焊缝纵向B—B路径b纵向应力图7焊缝纵向应力3结束语根据模拟的结果可以看出，在支架筒体壁厚为60ram时，最大应力远远低于Q345R材料的许用应力，焊缝处环向与纵向的应力最大值也没有超过焊缝材料的许用应力。因此可知该支架简体厚度与焊缝可以满足材料的强度要求。参考文献杨松柏，

8、孙卫国。刘宗胜．化肥厂合成氨装置水碳比的优化改进[J]．化工自动化及仪表，2009，36(1)：92—93李晓红，大型氨合成塔简体设计对比分析[J]．青海大学学报，2004，22(5)：11—14国家质量技术监督局压力容器安全技术监察规程[J]北京：中国社会劳动保障出版社，1999伍星，淡勇，李会强等．基于ANSYS参数化计算的塔器变径段结构设计[J]化工机械，2010，37(6)：7