預水解硫酸鹽法制漿用蒸煮鍋設計小結

李 清，陳吉圣

［1.大連市化工設計院有限公司，遼寧大連 116023；2.林德工程（大連）有限公司，遼寧大連 116100］

0 引 言

在化工、化纖、醫藥、造紙等行業中，蒸煮鍋的使用已極為普遍，而且其型式也是紛繁復雜、多種多樣的，盡管如此，這些蒸煮鍋設備又有許多共性之處，比如：需要經常地開車、停車，需要頻繁的升壓、降壓等。前一個時期，大連市化工設計院有限公司為南方某化纖企業設計了一臺110m3蒸煮鍋（如圖1所示），該設備所要求的操作工況較為復雜，可謂是蒸煮鍋系列設備中的一個典型例子。現從這臺110m3蒸煮鍋的生產操作過程，設計過程中需要著重考慮的問題及解決辦法等方面作一闡述，期望對壓力容器設計人員在有關蒸煮鍋的設計過程中遇到類似問題時，能有所借鑒和幫助。

1 預水解硫酸鹽法制漿用110m3蒸煮鍋的生產過程

（1）原料 竹片、木片、蘆葦片等

（2）加水量 一般是所裝原料量（絕干狀態）的4倍左右

（3）酸性蒸煮升溫情況見表1，pH值＝3～4

（4）堿性蒸煮升溫情況 見表2，pH值＝12～14

（5）最高工作壓力 1.0MPa，最高工作溫度 184℃

（6）總周期 自裝料至噴放漿結束，＜16h

（7）使用壽命 15a

圖1 蒸煮鍋結構示意

表2 堿性蒸煮升溫情況

2 設計過程中需要著重考慮的問題及解決辦法

（1）選材

一方面，從介質方面來考慮，本設備內的介質，除了竹片、木片等物料之外，漿液中還含有一定量的強酸或強堿，這就要求在設計過程中要考慮材料的耐腐蝕性的問題；另一方面，從經濟性方面考慮，如果整個殼體材料均選擇奧氏體不銹鋼，則該設備的整體造價就會高很多，從而加重了企業的負擔。經過綜合考量，同時也考慮到在用材料的成熟的使用經驗，本蒸煮鍋的主體材質選用復合材料S31603＋Q345R，基材為Q345R，復層材料為S31603；其他與設備內介質接觸的部位，如各種接管、法蘭等材料，均選用022Cr17Ni11Mo2；支腿等選用碳素鋼。

（2）疲勞分析

①本設備的設計壓力P＝1.1MPa，設計溫度T＝200℃。據表1、表2的操作工況，加卸載循環壓力范圍為0～0.7MPa，包括啟動、停車在內的預計循環次數為43 800次（按15a壽命）。由于本設備在運行中需要頻繁的開車、停車，并且還要經受較大的溫度和壓力波動，殼體材料在這種交變載荷的作用下，可能沒有明顯的塑性形變就會發生脆性斷裂。據JB4732－95《鋼制壓力容器——分析設計標準》中第3.10.2條進行判定，由于本設備所承受的壓力波動范圍超過設計壓力20%的工作壓力預計循環次數與包括啟動與停車在內的全范圍壓力循環的預計循環次數總和超過1 000次，不滿足可免做疲勞分析的條件，因此要對本設備進行疲勞分析。

②應用ANSYS應力分析軟件進行有限元應力分析，按JB4732－95《鋼制壓力容器——分析設計標準》中的規定進行疲勞分析校核。考慮到本設備載荷分布及結構的對稱性，對設備中出現最高壓力的部位進行有限元分析。通過建模，即建立二維軸對稱結構靜力分析模型，對模型進行網格劃分，找出應力強度最大值發生的幾個部位（點），再對這些點的應力強度值進行計算分析，得知整個設備的應力強度最大值發生在進料口的接管與錐筒連接部位的外表面上；對該點進行疲勞分析，得出累積使用系數（0.002 19）＜1.0，所以本蒸煮鍋疲勞校核是合格的。

3 設備支腿型式的選擇

本設備的支腿選用了支撐式支腿型式，由上部支腿、下部支座兩部分組成。考慮設備在開車、停車或者升、降壓的過程中，可能會產生較大的振動和可能產生一定的位移，所以在設計支腿時，采取了滾動連接的形式，四個支腿中有一個與下部的支座采用固定連接，另外三個支腿與下部支座，通過支腿與支座之間的二個相連的并且是可移動的滾子連接起來，從而改善了下部支座的受力狀態。

4 進料口的型式

蒸煮鍋的進料口考慮到加料方便，一般都是設置在蒸煮鍋的上部。同時考慮到人工操作簡單、省力、快捷等因素，本設備在進料口的設計中，采用了漲環式快開盲板的結構形式，不但具有密封安全可靠，結構簡單，操作方便、快捷等優點，而且經濟實用，可以廣泛地適用于石油、化工、化纖、造紙等行業的大口徑、高壓設備的工況。

5 結 語

針對蒸煮鍋設備的結構特點和復雜的操作工況，要求設計人員在設計此類設備時，除了要進行一些必要的常規設計之外，還要著重考慮合理的選材，選擇合理的支撐方式和進料口的開啟方式，尤其是應對設備進行必要的疲勞分析等。