酸水分離器多孔板有限元分析

占龍楊

(江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇 南京 210041)

酸水分離器多孔板有限元分析

占龍楊

(江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇 南京 210041)

一臺(tái)酸水分離器多孔板應(yīng)力無(wú)法GB151設(shè)計(jì)，需進(jìn)行有限元分析，得到結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布和位移分析，經(jīng)過(guò)評(píng)定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均符合要求。

多孔板；有限元；應(yīng)力強(qiáng)度；軸向位移

一臺(tái)酸水分離器上用來(lái)安裝陶瓷濾芯的多孔板如圖1所示，孔板上開(kāi)孔密集，孔間距較小，相鄰2孔中心間距小于1.5倍孔徑，危險(xiǎn)徑向截面開(kāi)孔寬度總和也超過(guò)了筒體內(nèi)徑的1/2，無(wú)法按照GB150.3平蓋開(kāi)多孔補(bǔ)強(qiáng)方法設(shè)計(jì)；孔的布置規(guī)律不符合GB151的要求，無(wú)法按照管板的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此本文采用有限元法對(duì)多孔板進(jìn)行應(yīng)力分析，并按照J(rèn)B4732的要求進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)價(jià)。

分離器設(shè)計(jì)壓力為1.7MPa，孔板兩側(cè)設(shè)計(jì)溫度110℃，筒體和多孔板材料為SA-516 Gr.70，腐蝕裕量為3.2 mm，殼體規(guī)格為I.D500×12，多孔板厚度為36 mm。設(shè)計(jì)溫度下的材料許用應(yīng)力強(qiáng)度Sm為138 MPa，材料的彈性模量E為1.974×105 MPa，泊松比μ為0.3。

圖1 多孔板簡(jiǎn)圖

1 建立3D模型

由于分析的對(duì)象為多孔板，這里忽略接管與支座的影響，選取筒體與多孔板建立有限元模型，考慮邊緣應(yīng)力衰減長(zhǎng)度殼體長(zhǎng)取400 mm；建模時(shí)考慮腐蝕裕量與板材厚度負(fù)偏差。

2 單元選取與網(wǎng)格劃分

圖2 有限元模型網(wǎng)格劃分

有限元分析采用大型通用有限元軟件ASNYS 16.0。有限元分析采用20節(jié)點(diǎn)單元SOLID186，網(wǎng)格劃分如圖2所示，經(jīng)過(guò)網(wǎng)格加密計(jì)算比較確認(rèn)網(wǎng)格密度滿(mǎn)足計(jì)算精度要求。

3 力和位移邊界條件

多孔板左側(cè)為氣體進(jìn)口側(cè)，在多孔板左側(cè)壁面與筒體壁面施加壓力1.7MPa，右側(cè)壁面施加1.2MPa壓力，將壓差在濾芯截面上產(chǎn)生的軸向推力施加在孔的環(huán)面上，總計(jì)758576N，筒體左端面施加封頭封閉效應(yīng)產(chǎn)生的軸向力，這里施加當(dāng)量壓力-27.4MPa。筒體右端面施加軸向位移約束。

圖3 力和位移邊界條件施加

4 有限元分析結(jié)果與評(píng)定

圖4 有限元分析結(jié)果

有限元分析結(jié)果如圖4(a)所示，最大應(yīng)力強(qiáng)度出現(xiàn)多孔板左側(cè)版面與筒體連接焊接焊腳處，應(yīng)力強(qiáng)度最大值為192.39MPa。孔板軸向變形最大值為0.020 mm，最小值為-0.635 mm，中心相對(duì)邊緣為0.650 mm，滿(mǎn)足用戶(hù)要求。

根據(jù)JB4732要求，一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度SⅠ許用極限為1.0KS m =138 MPa，一次局部薄膜應(yīng)力強(qiáng)度SⅡ許用極限為1.5KS m= 207 MPa，一次薄膜加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度SⅢ許用極限為1.5KS m= 207 MPa，一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度SⅣ許用極限為 3.0KS m =414 MPa。在危險(xiǎn)部位通過(guò)最大應(yīng)力值點(diǎn)建立路徑進(jìn)行應(yīng)力線(xiàn)性化，得到薄膜應(yīng)力和薄膜+彎曲應(yīng)力，孔板中心區(qū)域的應(yīng)力按照一次應(yīng)力評(píng)定，孔板邊緣與筒體連接處按照一次局部薄膜和一次+二次應(yīng)力評(píng)定，經(jīng)過(guò)評(píng)定強(qiáng)度均滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)

要求。

[1] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB150-2011 壓力容器分析[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[2] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 151-2014 熱交換器[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[3] 全國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).JB/T 4732-1995 鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)機(jī)械工業(yè)出版社,1995.

(本文文獻(xiàn)格式：占龍楊.酸水分離器多孔板有限元分析[J].山東化工,2017,46(15):116,119.)

2016-12-22

占龍楊(1986—)，男，安徽滁州人，助理工程師，從事特種設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作。

TQ015.9

A

1008-021X(2017)15-0116-01