過濾分離器管板設計與有限元分析

孫卓瑞

（中油管道機械制造有限責任公司，河北 廊坊 065000）

過濾分離器是天然氣輸氣管道站場、天然氣集輸站場、天然氣凈化處理廠中用于氣體凈化的關鍵設備，其管板組件由管板、過渡管等組成，起隔離腔室、承受壓差、支撐濾芯及阻擋氣體沖刷的作用。管板與筒體相連接，工作中受力狀況復雜，必須對其進行強度校核、變形評定以保證安全可靠。目前國內外尚未形成完整的過濾分離器管板設計計算規則，結構設計多參考相關平蓋封頭和熱交換器管板。但實際上過濾分離器管板受力狀況與上述二者存在一定差距，計算得出的結構尺寸往往偏保守，造成材料浪費、焊接工作量大以及薄筒體變形不協調局部應力過大等問題。而采用已有的工程生產經驗進行減薄優化，又缺少必要的有限元分析，存在一定的安全隱患。文中以某工程用DN1 300 mm過濾分離器管板設計為例，采用正常工況下參照規范設計和極限工況下有限元數值模擬分析驗證相結合的方法，對其進行設計與分析［1-8］，提供了一種解決過濾分離器管板設計難題的方法，驗證了設計的安全性和合理性。

1 過濾分離器管板結構常規設計

1.1 結構形式

DN1 300 mm過濾分離器管板操作介質為凈化天然氣，設計溫度80℃，設計壓力10 MPa，濾芯正常壓差0.1 MPa、極限壓差0.65 MPa，筒體腐蝕裕量2 mm。圓形管板材質16MnDR、過渡管材質16Mn，16MnDR的許用應力為170 MPa、彈性模量203 000 MPa，16Mn許用應力181 MPa、彈性模量203 000 MPa［9-12］。

管板組件由布滿圓孔的圓形管板和多個插入圓孔的過渡管焊接而成，圓形管板焊接至筒體內壁，形成氣體過濾前后的2個腔室。……