悬挂式集液器结构优化设计.pdf

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1、第6期一27一悬挂式集液器结构优化设计王巍，梁庆海(中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院，吉林吉林132002)[摘要]本文应用有限元分析法对某供货商提供的集液器设计方案进行了优化设计，优化后的结构可保证安全承载，做到了既安全可靠又经济合理。本设计可为其它压力容器设计提供一定参考。[关键词]集液器；优化设计；有限元分析；压力容器设计1结构分析德国某公司为丙烯酸项目溶剂分离塔提供内置板式换热器技术，该塔内径为5000mm，塔筒体材料为不锈钢复合板，3台内置板式换热器安装在塔顶内部支持梁上，板式换热器底部与集液器连接，集液器完成内置换热器换热液体的

2、收集和排净。该公司在以往项目关于集液器的设计中，塔内板式换热器规格都比较小，相应集液器尺寸也不大，承受液柱静压力不高，本项目该公司只给出了集液器结构示意简图(见附图1，2所示)，图2集液器结构示意简图(侧视图)集液器高约4000mm，横向宽度约3500mm，纵向宽度约1800mm，上部敞口形式与板式换热器底经过技术专家小组研究讨论，对此集液器提部壁板焊接相连，焊接密封保证换热器液体流进出许多关键问题：集液器而不泄漏，集液器下部为矩形箱体结构，(1)在液柱静压力作用下，集液器结构示意壁板和底板均与外加强型钢焊接，整个集液器只简图中外加强型钢能否满

3、足刚度要求，如果不能设置了竖向外加强型钢与塔顶内部支撑梁连接，满足要求，应选择何种形式型钢，加强型钢如何型钢大小和型号均未给出。集液器的合理设计在布置才能满足壁板和底板变形要求。整个塔传热过程中起到重要的作用，对于节省资(2)集液器底板能否承受如此高的液柱静金、材料、能源和空间意义重大。压力，底板与壁板连接位置的局部高应力如何消除。(3)集液器壁板外加强型钢与支撑梁连接，加强型钢能否满足强度要求，连接焊缝能否承受22吨集液器的重力载荷。2技术分析根据该公司提供的简图，运用有限元分析软件ANSYS12．1进行计算，发现该公司提供的集液器示意图在结

4、构设计上存在以下不足：作者简介：王巍(1968一)，女，吉林吉林市人，本科学历，现任中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院设备室主任工程图1集液器结构示意简图(正视图)师，从事压力容器设计22年。28一■论文广场石20油12和年化第工设备一15卷(1)由于集液器是悬挂在顶部支撑梁上，结的同时，使该结构设计更加安全可靠。构尺寸较大，在液柱静压力作用下，其壁板和底本优化设计由集液器壁板壳体、集液器底板板变形很大，特别是与内置板式换热器连接接口壳体以及外加强型钢组成。设计主要内容如下：处，容易出现明显焊缝开裂，造成板式换热器液(1)集液器壁板及型钢梁的

5、优化设计，主要体泄漏，并从塔顶流经所有塔盘，不但影响塔的根据液柱静压力实际分布情况以及对壁板作用的换热效果，且工艺性能也不能满足要求。应力分布，对外加强型钢进行合理选择和布置，(2)因集液器底部形状类似矩形容器，受力控制型钢及壁板的应力和变形。状态特别不好，在承载两米多高液柱静压力的情(2)集液器底板及型钢梁的优化设计，主要况下，壁板与壁板直角连接位置明显应力集中，根据底板在承受最大液柱静压力的作用以及壁板应力值已远远超过不锈钢材料的屈服极限，不能弯曲变形对底板的影响产生的变形，对外加强型满足强度要求，焊缝容易开裂，造成集液器内液钢进行选择和合

6、理布置。控制型钢及底板的应力体外漏，一旦出现泄漏，维修工作特别繁琐，造和变形。成很大的麻烦。常规矩形容器计算方法已不能满(3)与内置板式换热器支撑梁连接型钢的优足该集液器的设计计算。化设计，连接型钢不仅承受集液器壁板在盛满液(3)该公司设计的集液器壁板和底板外加体外凸变形产生的弯矩，而且承受整个集液器盛强型钢采用扁钢，在计算过程中发现加强扁钢刚满液体时的总重量，整个集液器通过连接型钢悬性不足，抗弯惯性矩不够，特别在距集液器底部挂在板式换热器支撑梁上。800mm处，扁钢和扁钢中间的壁板出现外凸变(4)集液器壁板和底板与外加强型钢连接的形，变形很大

7、。优化设计，在满足上述型钢优化设计的情况下，(4)集液器悬挂结构是由加强扁钢与板式换对壁板和底板与型钢的焊接进行合理设计，以降热器支撑梁之间进行焊接连接组合而成，焊接面低应力集中，满足强度和变形要求。积非常少，扁钢与支撑梁之间的焊接角焊缝远远不能满足整个集液器在盛满液体工况下的承载能4优化设计的效果力，如果角焊缝开裂，容易造成重达22吨的整个(1)该集液器优化设计开放性强，能够适集液器脱落，集液器悬挂在塔顶内部位置，若发用各种内置板式换热器及大型矩形容器在不同工生脱落，就会造成所有塔盘被砸坏，后果十分严况下的特殊要求，能够得到用于设计计算的准确

8、重。数据。针对不同部位应力和变形的大小，可对不经过上述计算分析，该公司提供的简图存同部位进行加强处理，使材料的性能得到充分利在很多不合理的之处，存在很