酸水分離器多孔板有限元分析

占龍楊

(江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院，江蘇 南京 210041)

酸水分離器多孔板有限元分析

占龍楊

(江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院，江蘇 南京 210041)

一臺酸水分離器多孔板應力無法GB151設計，需進行有限元分析，得到結構的應力分布和位移分析，經過評定結構設計均符合要求。

多孔板；有限元；應力強度；軸向位移

一臺酸水分離器上用來安裝陶瓷濾芯的多孔板如圖1所示，孔板上開孔密集，孔間距較小，相鄰2孔中心間距小于1.5倍孔徑，危險徑向截面開孔寬度總和也超過了筒體內徑的1/2，無法按照GB150.3平蓋開多孔補強方法設計；孔的布置規律不符合GB151的要求，無法按照管板的設計方法進行設計，因此本文采用有限元法對多孔板進行應力分析，并按照JB4732的要求進行強度評價。

分離器設計壓力為1.7MPa，孔板兩側設計溫度110℃，筒體和多孔板材料為SA-516 Gr.70，腐蝕裕量為3.2 mm，殼體規格為I.D500×12，多孔板厚度為36 mm。設計溫度下的材料許用應力強度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 多孔板簡圖

1 建立3D模型

由于分析的對象為多孔板，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，考慮邊緣應力衰減長度殼體長取400 mm；建模時考慮腐蝕裕量與板材厚度負偏差。

2 單元選取與網格劃分

圖2 有限元模型網格劃分

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節點單元SOLID186，網格劃分如圖2所示，經過網格加密計算比較確認網格密度滿足計算精度要求。

3 力和位移邊界條件

多孔板左側為氣體進口側，在多孔板左側壁面與筒體壁面施加壓力1.7MPa，右側壁面施加1.2MPa壓力，將壓差在濾芯截面上產生的軸向推力施加在孔的環面上，總計758576N，筒體左端面施加封頭封閉效應產生的軸向力，這里施加當量壓力-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 有限元分析結果與評定

圖4 有限元分析結果

有限元分析結果如圖4(a)所示，最大應力強度出現多孔板左側版面與筒體連接焊接焊腳處，應力強度最大值為192.39MPa。孔板軸向變形最大值為0.020 mm，最小值為-0.635 mm，中心相對邊緣為0.650 mm，滿足用戶要求。

根據JB4732要求，一次薄膜應力強度SⅠ許用極限為1.0KS m =138 MPa，一次局部薄膜應力強度SⅡ許用極限為1.5KS m= 207 MPa，一次薄膜加一次彎曲應力強度SⅢ許用極限為1.5KS m= 207 MPa，一次加二次應力強度SⅣ許用極限為 3.0KS m =414 MPa。在危險部位通過最大應力值點建立路徑進行應力線性化，得到薄膜應力和薄膜+彎曲應力，孔板中心區域的應力按照一次應力評定，孔板邊緣與筒體連接處按照一次局部薄膜和一次+二次應力評定，經過評定強度均滿足標準

要求。

[1] 國家標準化管理委員會.GB150-2011 壓力容器分析[S].北京:中國標準出版社，2011.

[2] 國家標準化管理委員會.GB 151-2014 熱交換器[S].北京:中國標準出版社，2014.

[3] 全國壓力容器標準化技術委員會.JB/T 4732-1995 鋼制壓力容器分析設計標準[S].北京:中國機械工業出版社,1995.

(本文文獻格式：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，從事特種設備風險評估工作。

TQ015.9

A

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