蒸汽冷凝罐的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核

趙昊 張樂

一、引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各個(gè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模連年壯大，相應(yīng)的工業(yè)廢水量也在逐年增長(zhǎng)。電力、化工、冶金和食品等行業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)廢水大多是高鹽廢水，被污水處理行業(yè)認(rèn)為是高處理難度廢水。高鹽廢水的直接排放行為已經(jīng)被環(huán)境保護(hù)部門明令禁止，可見其危害之大。先進(jìn)的MVR蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)可以高效地實(shí)現(xiàn)鹽分從水中分離，具有很好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。蒸汽冷凝罐是蒸發(fā)系統(tǒng)中使用量很大的必需設(shè)備，以此為例進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析，探索有限元分析工具在MVR蒸發(fā)系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值。

二、罐體概述

蒸汽冷凝罐是整個(gè)蒸發(fā)系統(tǒng)中的工作設(shè)備之一，罐體內(nèi)的壓力由罐頂?shù)男箟洪y調(diào)節(jié)，始終保持與蒸發(fā)系統(tǒng)的其他設(shè)備壓力一致。由于主蒸發(fā)器為真空負(fù)壓，蒸汽冷凝罐體內(nèi)工作壓力也相應(yīng)為負(fù)壓。因此，蒸汽冷凝罐屬于真空容器，須采用GB150的外壓容器設(shè)計(jì)原則。罐體的設(shè)計(jì)是穩(wěn)定性計(jì)算，對(duì)罐體壁厚的計(jì)算是為了防止罐體在負(fù)壓作用下發(fā)生殼體失穩(wěn)。罐體的工作尺寸如表1所列。

1、壁厚計(jì)算

2、壓力試驗(yàn)計(jì)算

試驗(yàn)壓力值P=1.25Pc =0.125MPa。壓力試驗(yàn)允許通過對(duì)應(yīng)力水平[σ]≤0.9σs =405MPa。

三、有限元建模

1、建立三維模型

蒸汽冷凝罐的三維模型由專業(yè)三維設(shè)計(jì)軟件繪制，模型尺寸采用SI（mm）國(guó)際單位制，根據(jù)生產(chǎn)工藝圖紙1：1實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。依據(jù)GB150的要求，罐身材料選用具備耐腐蝕和高強(qiáng)度的2205標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼材質(zhì)。

2、建立有限元模型

有限元分析依據(jù)強(qiáng)度理論，將三維模型導(dǎo)入到ABAQUS有限元分析工具中，對(duì)表現(xiàn)宏觀應(yīng)力不起關(guān)鍵作用的零部件進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，以突出主體工作部位工況條件下的力學(xué)響應(yīng)，同時(shí)提高計(jì)算速度。……