蒸汽冷凝罐的設計與強度校核

趙昊 張樂

一、引言

隨著我國經濟的高速發展，各個產業規模連年壯大，相應的工業廢水量也在逐年增長。電力、化工、冶金和食品等行業產生的工業廢水大多是高鹽廢水，被污水處理行業認為是高處理難度廢水。高鹽廢水的直接排放行為已經被環境保護部門明令禁止，可見其危害之大。先進的MVR蒸發結晶技術可以高效地實現鹽分從水中分離，具有很好的實用性和經濟性。蒸汽冷凝罐是蒸發系統中使用量很大的必需設備，以此為例進行有限元強度分析，探索有限元分析工具在MVR蒸發系統中的應用價值。

二、罐體概述

蒸汽冷凝罐是整個蒸發系統中的工作設備之一，罐體內的壓力由罐頂的泄壓閥調節，始終保持與蒸發系統的其他設備壓力一致。由于主蒸發器為真空負壓，蒸汽冷凝罐體內工作壓力也相應為負壓。因此，蒸汽冷凝罐屬于真空容器，須采用GB150的外壓容器設計原則。罐體的設計是穩定性計算，對罐體壁厚的計算是為了防止罐體在負壓作用下發生殼體失穩。罐體的工作尺寸如表1所列。

1、壁厚計算

2、壓力試驗計算

試驗壓力值P=1.25Pc =0.125MPa。壓力試驗允許通過對應力水平[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三維設計軟件繪制，模型尺寸采用SI（mm）國際單位制，根據生產工藝圖紙1：1實現，如圖1所示。依據GB150的要求，罐身材料選用具備耐腐蝕和高強度的2205標準雙相不銹鋼材質。

2、建立有限元模型

有限元分析依據強度理論，將三維模型導入到ABAQUS有限元分析工具中，對表現宏觀應力不起關鍵作用的零部件進行簡化處理，以突出主體工作部位工況條件下的力學響應，同時提高計算速度。……