氣化裝置鎖斗人孔優(yōu)化設計論文
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本設備筒體較為危險的開孔分別為DN400mm的沖洗水入口DN500mm和人孔。
1．1氣化裝置人孔應力分析
鎖斗人孔的設計為鍛件與筒體內(nèi)壁齊平結(jié)構(gòu)，筒體壁厚130mm，人孔鍛件尺寸為752mm×145mm。Sv(局部薄膜應力+一次彎曲應力+二次應力+峰值應力)為204．59MPa。
1．2氣化裝置沖洗水入口應力分析
鎖斗沖洗水入口的設計為鍛件與筒體內(nèi)壁齊平結(jié)構(gòu)，筒體壁厚130mm，沖洗水入口鍛件尺寸602mm×120mm。Sv(局部薄膜應力+一次彎曲應力+二次應力+峰值應力)為198．62MPa。
1．3分析設計結(jié)果評定
從分析設計評定結(jié)果可以看出，筒體上開孔的最大應力點在筒體上的最大開孔人孔鍛件內(nèi)側(cè)。此處的應力分析結(jié)果是控制整個筒體壁厚設計結(jié)果的關(guān)鍵因素。如果通過人孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和改進達到降低最危險處的應力值，從而降低筒體壁厚的目的，將是一種經(jīng)濟合理的措施。
2設計優(yōu)化
根據(jù)傳統(tǒng)氣化裝置開孔補強公式，筆者想到，如果接管內(nèi)伸一定的數(shù)值，其可以增加開孔補強面積，進而改善筒體開孔處的補強效果，那么這種內(nèi)伸結(jié)構(gòu)在承受交變載荷的疲勞設備上是否也能起到同樣的效果呢?根據(jù)這個構(gòu)想，筆者進行了一系列的不同人孔結(jié)構(gòu)的應力分析:
①在鎖斗筒體壁厚為130mm、人孔鍛件尺寸為752mm×145mm的情況下，應力分析結(jié)果云圖，內(nèi)伸170mm的應力分析結(jié)果;
②在筒體壁厚90mm、人孔鍛件尺寸為652mm×95mm的情況下，應力分析結(jié)果云圖，取不同內(nèi)伸量的應力分析
3筒體壁厚及人孔鍛件厚度設計結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析與結(jié)論
3．1分析
在操作壓力為0～6．6MPa的交變載荷下，鎖斗上的最大開孔———人孔處的鍛件采用內(nèi)伸結(jié)構(gòu)可以有效的大幅降低總應力Sv，筒體壁厚和鍛件尺寸有了進一步優(yōu)化的可能性。人孔鍛件最大應力值隨內(nèi)伸量的增大而減小，但是總體應力值變化不大。考慮到實際制造和設備使用情況，可以適當選擇一個比較合適的人孔鍛件內(nèi)伸量數(shù)值。以不同人孔設計結(jié)構(gòu)，其鋼材耗用量見，可看出人孔設計結(jié)構(gòu)優(yōu)化的效果。
3．2結(jié)論
(1)人孔內(nèi)伸結(jié)構(gòu)的內(nèi)伸量增加很大的情況下，應力水平降低并不明顯，而人孔鍛件內(nèi)伸過多會造成材料的浪費和設備制造難度的加大。故在控制合理應力水平的情況下，盡量減少鍛件內(nèi)伸量是較為合理的。
(2)以筒體壁厚90mm、人孔鍛件95mm、內(nèi)伸150mm為例，相同應力水平下，人孔鍛件采用內(nèi)伸結(jié)構(gòu)與人孔鍛件不內(nèi)伸結(jié)構(gòu)相比減少了約31．87%的鋼材用量，大大節(jié)約了設備的制造成本。
(3)鎖斗筒體壁厚90mm、人孔鍛件尺寸652mm×95mm、內(nèi)伸150mm的設計結(jié)構(gòu)，經(jīng)過在我公司某工程60萬t/a甲醇項目上的驗證使用，其安全性和經(jīng)濟性都取得了很大的成功，設備連續(xù)幾年運行穩(wěn)定，業(yè)主反映使用效果良好。
作者：周岳琦 單位：東華工程科技股份有限公司
