容器設(shè)備壁厚優(yōu)化設(shè)計(jì)

孫主

摘要： 對(duì)于現(xiàn)代工業(yè)來說，壓力容器的作用非常的顯著，發(fā)揮著巨大的作用，為了保障壓力容器高效性與安全，就需要做好容器壁厚的控制。通常來說最直接的解決方法就是增加容器壁厚，改善與增強(qiáng)容器物理性質(zhì)。當(dāng)然這種做法弊端也十分顯著，比如這種方法會(huì)增加設(shè)備體積，占用越來越多的空間，增加生產(chǎn)成本。為了改善這一情況就需要從多個(gè)角度考慮問題，合理設(shè)計(jì)壁厚，突出應(yīng)用價(jià)值，保障實(shí)際效果。

關(guān)鍵詞： 壓力容器;壁厚設(shè)計(jì);優(yōu)化方法

引言

優(yōu)化設(shè)計(jì)壓力容器壁厚的過程中，一定要將保障安全作為出發(fā)點(diǎn)，充分考慮其設(shè)計(jì)要求、優(yōu)化目標(biāo)。該過程使用統(tǒng)一經(jīng)驗(yàn)公式和強(qiáng)度理論，獲得最佳的應(yīng)用效果。要在保障剛度和強(qiáng)度前提下，控制材料使用量，達(dá)成輕量化目標(biāo)。

壓力容器壁厚理論

壓力容器壁厚的優(yōu)化十分復(fù)雜，需要朝著設(shè)計(jì)要求使用特定的方法，該過程需要考慮很多的要素才能夠控制參數(shù)，達(dá)成最優(yōu)的目標(biāo)。首先要確定的是壓力容器實(shí)際狀況，根據(jù)使用需求建立3D模型。在這個(gè)過程中要考慮的問題包括設(shè)備使用要求和環(huán)境因素[1]。以此判定約束條件，根據(jù)這一目標(biāo)要求確認(rèn)優(yōu)化結(jié)果。在實(shí)踐探索中我國化工行業(yè)工作人員已經(jīng)有了很豐富的經(jīng)驗(yàn)。

在計(jì)算中需要用到函數(shù)關(guān)系，確定函數(shù)條件，得到的結(jié)果必須是不同向量組合。隨后用相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)確定設(shè)計(jì)方案和思路[2]。大型壓力容器在優(yōu)化設(shè)備壁厚的時(shí)候應(yīng)當(dāng)用到有限元分析法，這種做法能夠有效控制優(yōu)化難度。在電子結(jié)構(gòu)與電子分析優(yōu)化中有限元價(jià)值巨大。有限元分析的結(jié)果通常能夠很好的滿足具體使用要求。在利用最小二乘法確認(rèn)誤差情況中，要做好權(quán)值設(shè)定工作。此外在面對(duì)重要數(shù)據(jù)的時(shí)候還要加大權(quán)值。數(shù)據(jù)迭代有著很漫長的過程。此時(shí)就需要用有限元處理計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，保障優(yōu)化可靠性與精準(zhǔn)性。從過往的設(shè)計(jì)案例中我們能夠得知壁厚在較小范圍的狀況下壓力容器重量相對(duì)較低，可行性更強(qiáng)。

有限元模型設(shè)計(jì)分析

確定條件

利用有限元方式設(shè)計(jì)時(shí)需要提前確定壓力條件、設(shè)備使用要求、預(yù)期目標(biāo)。通常情況下都會(huì)用到軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，這種做法對(duì)于有限元的分析來說意義重大。有限元分析有著很大的建模工作量。細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)的問題會(huì)影響到整體的設(shè)計(jì)效果。軸對(duì)稱的應(yīng)用需要建立最起碼一半的模型，隨后就可以順利分析與優(yōu)化。

優(yōu)化流程

優(yōu)化中需要先行使用網(wǎng)格劃分方法，用網(wǎng)格劃分模型，獲得坐標(biāo)數(shù)據(jù)。之后使用約束和荷載方式。計(jì)算機(jī)軟件能夠?yàn)橛邢拊獌?yōu)化提供很大的支持。壓力容器壁厚優(yōu)化需要用到預(yù)先優(yōu)化方法，獲得最佳的優(yōu)化效果。使用軟件記錄這個(gè)過程。從實(shí)際結(jié)果可以看出，有限元所得到的優(yōu)化方法就是不斷迭代數(shù)據(jù)。參照相應(yīng)的約束目標(biāo)、約束條件接近目標(biāo)，獲得最佳的優(yōu)化效果。在這里主要就是控制設(shè)備壁厚，減少設(shè)備整體重量。在函數(shù)滿足要求以后或是迭代次數(shù)達(dá)到規(guī)定后終止優(yōu)化。使用制圖軟件呈現(xiàn)優(yōu)化數(shù)據(jù)，直觀展示壓力容器壁厚優(yōu)化結(jié)果。這種做法能夠有效控制工作量，保障優(yōu)化精準(zhǔn)度。

優(yōu)化壓力容器壁厚的思考

有限元方法優(yōu)點(diǎn)

在優(yōu)化壓力容器壁厚的過程中，有限元這種方式效果十分突出且有著很好的可行性。從本文的分析和研究中可以看到這種方法可行性十足。在面對(duì)壓力容器設(shè)備較小的空間場合下，通常用不到有限元方法。可是現(xiàn)代工業(yè)體系在優(yōu)化壓力容器壁厚的時(shí)候?qū)ο笸ǔ６际谴笮驮O(shè)備與產(chǎn)品。壁厚優(yōu)化能夠有效控制成本，減少空間浪費(fèi)和占用。大型設(shè)備與產(chǎn)品的壁厚優(yōu)化有助于成本的有效控制，有效提升產(chǎn)品整體優(yōu)勢，拓展更大的市場渠道。有限元方法應(yīng)用中需要重點(diǎn)注意的就是建模過程。要確保建模所用數(shù)據(jù)足夠精準(zhǔn)。假設(shè)出現(xiàn)問題就會(huì)對(duì)后續(xù)的優(yōu)化造成很大干擾。優(yōu)化設(shè)計(jì)中一定要處理好校核要求。從不同角度測算數(shù)據(jù)，綜合評(píng)價(jià)。假設(shè)沒其他要求，一般都會(huì)用降低壁厚的方式控制生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)難度。

其他優(yōu)化方法

除了有限元這種方法以后，其他設(shè)計(jì)方法同樣有著不錯(cuò)的設(shè)計(jì)效果，比如粒子群算法、遺傳算法、神金網(wǎng)絡(luò)算法。以上算法需要用到計(jì)算機(jī)迭代數(shù)據(jù)。根據(jù)預(yù)期優(yōu)化目標(biāo)設(shè)定相應(yīng)函數(shù)，在優(yōu)化中使用對(duì)應(yīng)的法則控制條件。這些智能算法的應(yīng)用會(huì)在滿足要求后自動(dòng)停止，將重要數(shù)據(jù)保存。不同于有限元方法的是，這些智能算法不需要建立模型，有效縮減了工作量，同樣也能夠取得不錯(cuò)的設(shè)計(jì)效果，使壁厚達(dá)到輕量化要求。智能算法難度低能夠在各種各樣的環(huán)境與場所中使用。并且該方法還可以和其他算法結(jié)合到一起，比如使用專家經(jīng)驗(yàn)提高設(shè)計(jì)可靠性與可行性。實(shí)踐中一定會(huì)用到計(jì)算機(jī)處理與整合。龐大的數(shù)據(jù)。要保障設(shè)備數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)與真實(shí)，才能夠有序進(jìn)行后面的優(yōu)化過程。

壓力容器的壁厚優(yōu)化內(nèi)容

保護(hù)

因?yàn)閴毫θ萜饔兄艽蟮妮斔蛪毫Γ蕚鬏敪h(huán)節(jié)潛藏著許多隱患需要考慮。為了控制輸出壓力，工程師通常會(huì)在壓力容器中安裝很多放壓裝置，而這同樣也會(huì)加劇壓力容器安全隱患。基于以上條件考慮，必須做好壓力容器保護(hù)工作。傳統(tǒng)保護(hù)所說的是保護(hù)放壓設(shè)施。正常運(yùn)作中，遇到雨雪天氣很有可能會(huì)引起壓力容器故障。而在特定條件下壓力容器往往要超負(fù)荷運(yùn)作。壓力容器結(jié)構(gòu)通常用到的是多回工業(yè)線路，有著很多的絕緣子。這會(huì)增加線路檢修難度。較高的容器架高度會(huì)增加線路檢修難度。當(dāng)然這種結(jié)構(gòu)優(yōu)勢也十分突出那就是可以很好的應(yīng)對(duì)陣雨、大風(fēng)天氣。因壓力容器本身可能會(huì)遇到雷壓影響，破壞線路，引發(fā)安全事故。所以為減少電壓影響，設(shè)計(jì)人員需要架設(shè)大量地線控制容器壓位，保障容器穩(wěn)定運(yùn)行。

合理選材

所有壓力容器在設(shè)計(jì)中都要考慮材料荷載能力。選用合適的剛才要考慮很多因素。壓力容器對(duì)材料有著很高的要求。只有合理選材才能夠保障質(zhì)量。

壁厚優(yōu)化

在優(yōu)化壁厚的時(shí)候就是用有限元軟件對(duì)容器整體受力情況進(jìn)行分析，對(duì)此需要建立壓力容器模型，使用ansys細(xì)分模型，并添加荷載量，進(jìn)行運(yùn)算，獲知容器的承受能力、位移狀況。隨后展開優(yōu)化。

結(jié)語：優(yōu)化壓力容器壁厚有著很復(fù)雜的條件與要求，對(duì)此需要用多元化方法開展工作。該過程中有限元方法優(yōu)勢突出，經(jīng)驗(yàn)十分豐富。當(dāng)然實(shí)踐中也可以搭配其他智能算法控制設(shè)計(jì)難度，拓展設(shè)計(jì)范圍。要根據(jù)實(shí)際需求和實(shí)際條件確定約束條件與目標(biāo)函數(shù)。

參考文獻(xiàn)

趙學(xué)宏，徐紅.淺談固定式壓力容器改造中設(shè)備利舊的設(shè)計(jì)[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2019，39（13）：27–28.

劉尚飛.淺談?dòng)猩饘俨牧显趬毫θ萜髟O(shè)計(jì)中的影響與應(yīng)用[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2019（06）：157–158.