分腔儲罐結構淺析

田 震

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

硫磺回收及尾氣處理裝置反應器采用帶折流板的分腔儲罐的結構，分腔儲罐內部分別進行氧化還原反應，實現尾氣處理并回收硫磺[1]。該結構形式既簡化了工藝流程，又節省了占地空間降低了造價成本，但設備規格大、結構特殊為國內首次工程應用。本文利用PV Desktop軟件進行整體結構計算，利用有限元方法對超出PV Desktop軟件計算范圍的分腔結構進行分析，解決了實際工程難題。

1 結構簡介

結構主要特點：外形為拱頂罐，罐體內部設置中心立柱、折流板和溢流板。折流板把氣相空間分為互不連通的脫氣區及反應區獨立兩腔，且兩個氣相空間存在一定壓差。結構詳見圖1、圖2。

圖1 反應器結構簡圖

圖2 反應器氣相空間分腔示意圖

2 整體計算

首先利用PV Desktop軟件建立整體模型，按照GB50341-2014對罐底、罐壁、罐頂、錨固結構進行常規計算，確定各結構尺寸。利用PV Desktop軟件計算后，因中心立柱與折流板造成設備整體結構不連續，反應器內件超出PV Desktop軟件計算范圍。因此，利用ANSYS軟件對分腔儲罐進行整體應力分析，重點考慮中心立柱、罐頂連接處及折流板的強度。

3 有限元分析

3.1 有限元模型建立[3]

有限元模型建立過程選用殼單元和梁單元，模型反應器包含底板、壁板、頂板、折流板、中心立柱、折流板加強筋和頂板加強筋,模型結果如圖3所示。

圖3 內部折流板及中心立柱模型

考慮強度問題時，正壓工況為危險工況，折流板兩側壓差3 kPa，計算過程中考慮以下載荷：通過施加重力加速度考慮反應器自重；設計壓力；風壓；罐壁施加最大設計液位下的液柱靜壓力；罐頂工藝載荷。

3.2 應力計算結果輸出

經有限元計算，提取正壓工況下反應器整體受力云圖，如圖4所示。

圖4 反應器整體受力云圖

殼單元中面輸出的應力為截面上一次薄膜應力，根據計算結果可知，反應器最大薄膜應力位于罐頂與中心立柱連接處，最大應力為90.2 MPa，此處因中心立柱限制了罐頂的變形，應力較大。另外，折流板與罐頂連接處、罐頂與罐壁連接處應力也較大。

3.3 評定應力強度值及評定結果

提取罐頂、中心立柱、折流板及加強筋應力計算結果，應力強度評定如表1所示。

表1 應力強度評定結果表

4 結語

經計算及分析可知分腔儲罐雖然有簡化工藝流程、便于操作、節省占地面積、降低造價成本的優點，但是考慮折流板造成罐體結構不連續，計算過程需重點考慮中心立柱、折流板與罐頂連接處應力。目前對于規格較大的分腔式反應器國內鮮有工業化先例，在實際工程中若條件允許建議優先分為兩臺罐進行設計。