基于ANSYS的列管和螺旋繞管水冷壁外壓屈曲分析*

杜常宗 ，張亞寧，白云波

(1 寧夏神耀科技有限責任公司，寧夏 銀川 750011；2 浙江大學，浙江 杭州 310000)

氣流床煤氣化技術因其對原料煤種類有更好的適應性、處理能力大、操作溫度高、碳轉化率和合成氣中有效氣含量高，成為目前運用最廣泛的煤氣化技術。根據(jù)進料方式的不同，分為采用煤漿的濕法進料，如四噴嘴、Texaco、E-Gas等；和采用粉煤的干法進料，如Shell、GSP、神寧爐、HT-L、SE-東方爐等。干煤粉氣流床氣化爐的爐膛結構基本為水冷壁形式[1]，煤粉的熱解和氣化反應在爐膛中進行。爐膛與氣化爐殼體間環(huán)隙在開車和正常運行期間通入N2或CO2作為平衡氣。氣化爐正常運行時，環(huán)隙壓力稍大于爐膛壓力以保證高溫合成氣不會竄氣至環(huán)隙而燒損氣化爐筒壁。在異常工況需要緊急泄壓停車時，如爐膛壓力泄壓速率快于環(huán)隙泄壓速率時，水冷壁爐膛可能因承受的負壓超過結構臨界失穩(wěn)壓力而導致快速的屈曲變形，對氣化爐的穩(wěn)定運行造成安全風險。

目前壓力容器和鍋爐規(guī)范中并未對水冷壁結構的外壓失穩(wěn)做出明確的計算方法。因此本文利用ANSYS有限元軟件對兩種不同形式的水冷壁結構(列管式和螺旋繞管式)進行外壓屈曲分析，對模擬結果進行對比分析以考察相同換熱面積、相同材質、不同形式的水冷壁結構承受外壓能力的區(qū)別，為圓筒形水冷壁的結構設計提供參考。

1 規(guī)范中承受外壓的臨界失穩(wěn)壓力計算

GB150[2]和ASME VIII-1[3]等壓力容器規(guī)范中將外壓圓筒失穩(wěn)分為長圓筒和短圓筒兩種。……