焦炭塔法兰应力分析计算.pdf

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1、170化工机械2013年焦炭塔法兰应力分析计算史雨竹4王伟(辽宁石油化工大学机械工程学院)摘要采用有限元分析软件ANSYS，对焦炭塔法兰在设计条件下的应力进行分析计算，依据JB4732．95对其进行强度校核。分析计算结果可知，该法兰强度符合要求。设计合理。关键词焦炭塔法兰强度校核常规设计分析设计中图分类号TQ053．5文献标识码A文章编号0254-6094(2013)02-0170-03作为加工渣油和高硫重油的一种重要工艺技术，延迟焦化越来越受到人们的关注。焦炭塔是延迟焦化装置的核心设备，操作条件较为苛刻，其安全性也倍受重视。笔者针

2、对焦炭塔的法兰装置，采用有限元分析软件，对其在工况下的应力进行分析计算，并依据分析设计标准校核了强度，以保证结构尺寸设计的合理性。1焦炭塔设计条件焦炭塔的设计压力0．35MPa，设计温度495℃，筒体内径8400mm，法兰内径1800mm，腐蚀余量6ram，焊缝系数1，简体及法兰材料15CrMoR，设计温度下的许用应力92．4MPa，弹性模量170GPa，泊松比0．3。对于焦炭塔而言，其底盖的拆卸是一项繁重的体力工作，一种新型的底盖机设计可以解决这个问题，其中底盖机与焦炭塔依靠法兰进行连接，法兰结构简图如图1所示。焦炭塔法兰底盖机性

3、对称的特点，因此，建立周期性对称模型，这样可以大幅度简化计算，分析模型图如图2所示。采用ANSYS10．0软件提供的SOLID95(20节点3D单元)‘1川，对分析模型进行网格划分(图3)，单元数14790，节点数27729。图2分析模型图3网格划分图1法兰结构简图2．2边界条件2应力分析计算所施加的边界条件包括：约束边界条件、载荷2．1模型建立及网格划分边界条件和接触边界条件。由于焦炭塔的结构、载荷及约束均满足周期约束边界条件(图4)：在分析模型顶部，即上+史雨竹，女，1991年4月生，硕士研究生。辽宁省抚顺市，113001。第4

4、0卷第2期化工机械17l端面施加△z=0边界条件，两侧面施加对称约束；载荷边界条件(图5)：筒体内表面受力为0．350MPa，上法兰表面压紧力为69．967MPa，下法兰表面压紧力为48．432MPa，下端面拉力为3．852MPa；接触边界条件(图6)：上、下法兰接触部分设为接触对。图4约束边界条件IlI-fi：MPa载荷边界条件“’：；、嚣图6接触边界条件2．3应力分析计算采用ANSYS软件提供的求解器进行分析求解，应力分布如图7所示。卜⋯l啦位：MP。图7应力分布3强度校核在分析模型的关键部位定义路径，上、下法兰路径图如图8所示

5、。，。E亍二二2=ii‘二；j手—己，a．上法兰b．F法兰图8法兰路径按JB4732-95分析设计准则进行应力强度校核旧1，一次薄膜应力强度的许用极限为1倍的设计温度下材料的许用应力强度；一次薄膜加一次弯曲应力强度的许用极限为1．5倍的设计温度下材料的许用应力强度。即，一次薄膜应力S．≤S。‘：92．4MPa，一次薄膜加一次弯曲应力sⅢ≤1．5S。‘=138．6MPa。从ANSYS的后处理中提取出各分析路径上的一次薄膜应力强度和一次薄膜加一次弯曲应力强度列于表1。表1应力分析结果(下转第241页)第40卷第2期化工机械241中要充分

6、考虑制造的可行性。笔者根据国内制造厂的实际情况制定设备制造技术要求，其中包含了零部件的热处理要求、各零部件的加工精度要求、无损检测方法和范围、内件组装要求及装配程序、耐压试验步骤以及指标等技术要求。通过每一个步骤的质量控制来保证最终的产品质量。与制造单位共同解决的技术难题包括：镍一铁一铬合金的焊接和镍一铁一铬合金与奥氏体不锈钢异种钢焊接技术，以及镍一铁一铬合金材料的焊后热处理技术；主体材料立足国内，加强国内材料制造监督检验，使国内材料达到设计要求；设计使用特殊的工装，解决大型反应器制造精度和保证工艺参数运行要求；按照设计要求，成功实

7、施了管子与管板采用深孔搭接焊技术。7结束语在苯乙烯脱氢反应器国产化研发过程中，笔者勇于创新，攻克了多项技术难题。从20世纪90年代末至今，已有十几套国产苯乙烯脱氢反应器在生产装置中运行。第一、二脱氢反应器经历了十几年的运行考核，证实安全可靠。为苯乙烯成套技术国产化及装置的大型化奠定了基础，为国家和石化企业节省了大量投资，同时也为我国自行设计、制造高温压力容器提供了一些经验。参考文献[1]中国石油化工集团上海工程有限公司．可调式多点接触径向支撑结构[P]．中国：ZL200520044984，2006-09-06．[2]GB150-19

8、98，钢制压力容器[S]．北京：中国标准出版社，1998．[3]中国石油化工股份有限公司中石化集团上海工程有限公司．一种管壳式换热器的环形挡板隔热结构[P]．中国：ZL200920209573，2009-09·11．(收稿日期：201