減壓塔變徑段結構的外壓屈曲模擬研究

(南京金凌石化工程設計有限公司，南京 210042)

0 引言

減壓塔是煉油廠常減壓裝置的重要設備，其塔體通常由上下直徑不等的塔段組成，不同直徑的塔段間需要采用球殼或錐殼變徑段連接。為提高減壓塔的外壓穩定性，通常需要在塔段及變徑段處設置加強圈。目前，現行標準體系中沒有明確給出變徑段設置加強圈的最佳位置及有效加強范圍等的相關規定，對減壓塔變徑段結構的外壓失穩特性也研究甚少[1-3]。本文通過對某減壓塔的球殼變徑段結構進行外壓屈曲模擬計算，研究減壓塔球殼變徑段的外壓失穩特性以及加強圈的設置對減壓塔變徑段外壓穩定性的影響。

1 建立有限元模型

1.1 減壓塔設計參數

某減壓塔的設計參數見表1。減壓塔的上部塔體直徑6 400 mm，高度9 600 mm；下部塔體直徑8 000 mm，高度14 800 mm；球殼變徑段高度2 400 mm，上下塔段及球殼變徑段厚度均為(3+18) mm。

表1 某減壓塔的設計參數

1.2 有限元模型

(1)單元類型采用殼單元Shell 181，沿周向160個單元和沿軸向90個單元(根據程序循環實現網格精度控制，前后兩次結果相差不超過1%認為精度合適)。

(2)外壓屈曲模擬時不計入3 mm的復層厚度，殼體壁厚取基層厚度18 mm。

(3)邊界條件：模型的大端筒體端部保持圓形，即周向位移為0，軸向位移為0，對應約束的數學表達式Ur=cp,Uθ=0,Uz=0；模型的小端筒體端部也保持圓形，即周向位移為0，軸向位移沿軸向平動，對應約束的數學表達式Ur=cp,Uθ=0,Uz=cp。

2 無加強圈時的屈曲模擬結果

2.1 基準筒體模型

為研究減壓塔變徑段模型的外壓失穩特性，取模型中的大端筒體部分單獨建立基準筒體模型。……