基于有限元计算方法的聚乙烯脱气仓动态响应分析.pdf

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1、第４４卷第５期化工机械５６９基于有限元计算方法的聚乙烯①脱气仓动态响应分析丁宇奇吕涛刘巨保董日治杨明戴希明（东北石油大学机械科学与工程学院）摘要以聚乙烯脱气仓为研究对象，采用壳单元、梁单元、螺栓预紧单元和接触单元建立了整个结构的空间有限元模型。通过有限元计算方法对脱气仓结构在风载荷和地震载荷下的动态响应进行了分析，得到了各部件的应力状态和支座螺栓预紧力变化情况。有限元计算结果表明：在地震载荷作用下壳体最大等效应力较风载荷增长了４７．６％；支座位置螺栓最大预紧力需提高３倍以上才可满足支座连接强度要求。关键词脱气仓风

2、载荷地震载荷动态响应有限元中图分类号ＴＱ０５１．８文献标识码Ａ文章编号０２５４-６０９４（２０１７）０５-０５６９-０７［１４］脱气仓是聚乙烯粉末脱活单元的主要组成部响。李爽以２４０ｋｔ／ａ聚丙烯脱气仓为例，通过分，其主要作用是使化学反应物脱气，该设备的安对整个框架结构的地震载荷、风载荷的解析计算［１～３］全运行涉及到整套装置的正常运转。由于脱分析，指出了对于高耸框架结构，对结构动态分析［１５］气仓结构通常通过钢筋混凝土钢架支撑在高位，的重要性。陶祎等针对某聚乙烯脱气塔架建且仓体自身高径比较大，属于典型的高耸结立

3、了模拟设备的整体模型，进行了风荷载的模拟［４，５］构。和风振响应时程分析，得到了塔体和框架的位移［１６］对于高耸结构除了受到生产过程中的工艺载与加速度时程曲线。荷及设备自重外，还受到风载荷、地震载荷的重要由于脱气仓及钢架支撑结构在动载荷作用［６～８］影响。在强动载荷作用下，高耸结构一方面下，易产生大变形和冲击应力，特别是仓体与支架会产生较大的应力，另一方面则会导致支座及其的支座连接螺栓更易发生失效。上述计算方法，［９～１２］并没有对动载荷下结构的应力进行评定，也没有连接螺栓发生强度破坏或预紧失效。潘敏刚和沈之荣将

4、聚乙烯脱气仓简化为等效载荷，通考虑支座螺栓结构的预紧力变化情况。为此，笔过对脱气仓等效载荷的施加，建立了设备的整体者以脱气仓和钢筋混凝土钢架整体结构为研究对模型和等效载荷模型，并通过对两种模型的模态象，建立空间有限元模型，通过结构在风载荷和地和地震响应分析，得到了结构的振动响应和时程震载荷的动态响应，对其动态应力强度进行评定，［１３］并对支座螺栓强度与预紧力变化情况进行分析。曲线。孙胜男和苏志彬针对大型脱气仓结构是否设置脱气仓设备参与结构分析进行了研究，通过笔者的研究，可为高耸脱气仓结构设计提供讨论了脱气仓设备的

5、设置对结构振动模态的影理论计算依据与参考。①基金项目：国家自然科学基金青年基金项目（５１６０４０８０）；中国石油和化学工业联合会科技指导计划项目（２０１６-０１-０１）；东北石油大学青年科学基金项目（ＮＥＰＵＱＮ２０１５-１-０９）。作者简介：丁宇奇（１９８２-），副教授，从事石油石化设备应力分析及测试技术的研究。联系人：刘巨保（１９６３-），教授，从事石油装备力学分析研究，ｊｓｌｘ２００４＠１６３．ｃｏｍ。５７０化工机械２０１７年２1脱气仓整体有限元模型的建立１．００５ｋＮ／ｍ、１００ｍ高度处的基本风压为２1．

6、1脱气仓与支架结构数值模型的建立１．２４８ｋＮ／ｍ；由于钢筋混凝土支架的结构不对称笔者以包含五层壳体结构的脱气仓为例进行性，在风载荷计算过程中选择脱气仓结构最危险计算，脱气仓整体结构如图１所示。其外部结构承载面，即受到东西方向风载为例进行计算。地主要包括接管Ｂ、Ｌ、Ｍ、过滤器、椭圆封头、五层壳震载荷计算中，选取工程场地特性为建、构筑物的体和支座结构，内部主要包括上、中、下３个椎体抗震设防烈度为８度，设计基本加速度值为结构。脱气仓结构材料为１６ＭｎＤＲ和１６ＭｎＲ；钢０．２３g，设计地震分组为第１组，设计特征周期筋

7、支架为Ｑ２３５、混凝土支架主要为强度为Ｃ３５的０．４５ｓ，场地土类型为Ⅲ类场地。对于地震波的选水泥结构。脱气仓整体高度４７．０９５ｍ。考虑到各取，笔者选择以１９８８年发生在云南耿马的Ｎ３地部分结构特点，对脱气仓各部分采用壳单元震波为例进行计算。Ｎ３地震波横波加速度峰值ｓｈｅｌｌ６３、钢筋及混凝土支架采用梁单元ｂｅａｍ１８８发生时间为２．１２ｓ，纵波加速度峰值发生时间为进行离散；支座螺栓采用螺栓预紧单元进行模拟，２．８ｓ，其横波和纵波加速度随时间变化曲线如图对于支座与钢筋之间的接触采用接触单元ｃｏｎ-３、４所示。ｔ

8、ａｃｔ１７４进行模拟，整体及支座框架部分的有限元模型如图２所示。图３地震波横波随时间变化曲线图１脱气仓整体结构图４地震波纵波随时间变化曲线图２脱气仓整体有限元模型2脱气仓在动态载荷下的响应分析1．2边界条件和载荷2．1脱气仓在风载荷下的动态响应分析脱气仓在正常工作中的操作温度为１１０℃，经计算，在风载荷作用下，脱气仓整体结构变操作压力４５７ｋＰａ。其承受的基本风压按５０年