氨合成塔非径向接管有限元分析与强度评定.docx

氨合成塔非径向接管有限元分析与强度评定邹军，江楠，毛苗(华南理工大学广东广州510640)摘要运用有限元分析方法对大型氨合成塔塔底球形封头非径向接管区进行了应力分析，得到了非径向接管部位详细的应力分布。按照分析设计法进行了强度评定，针对原设计中的不足，提出了在接管外面加套管以增加接管壁厚的补强方案，并进行了该方案的应力计算与强度评定。结果表明:补强后接管内侧的最大应力下降了23．2%，完全满足强度评定要求。关键词非径向接管有限元分析应力计算强度评定FiniteElementAnalysisandStrengthAppraisalofNon-RadialAdaptorofAmmoniaConverterZouJun，JiangNan，MaoMiao(SouthChinaUniversityofTechnologyGuangdongGuangzhou510640)AbstractThefiniteelementanalyticalmethodisusedtoanalyzethestressinthenon-radialadaptorzoneofthesphericalcoveratthebottomofthelargeammoniaconverter，anddetailedstressdistributiondataareobtainedatthepositionofthenon-radialadaptor．Thestrengthisappraisedaccordingtotheanalyticaldesignmethod，inviewofinsufficiencyintheoriginaldesign，itisproposedtochoosethereinforcementschemeforincreasingtheadaptorthicknessbyaddingasleeveoutsidetheadaptor，andacalculationisdoneofthestressinthescheme，withastrengthappraisal．Theresultsshowthatafterthereinforcementthemaximumstressinsidetheadaptordecreasesby23．2%，fullymeetingtherequirementforstrengthappraisal．Keywordsnon-radialadaptorfiniteelementanalysisstresscalculationstrengthappraisal开孔接管是压力容器中一种最常见的结构，而非径向接管在压力容器设计中也经常遇见。由于非径向接管结构破坏了径向接管结构具有的对称性，其非径向开孔不仅会在壳体上造成局部高应力，从而严重影响壳体的承载能力，而且使分析容器非径向接管区域的应力状态变得更为困难。某企业1台内径为Φ2500mm的氨合成塔，其塔底封头上设置有一内径为Φ245mm的非径向平齐式接管，为检验该处设计的安全可靠性，运用有限元分析方法［1～3］对结构进行了应力分析，得到了氨合成塔塔底封头非径向接管部位详尽的应力场和最大应力的发生部位，并运用分析设计法［4～5］进行了结构的强度评定，结果发现该设计的结构强度不足。在此基础上，对结构进行了补强分析，提出了简单可靠的补强方案。1有限元计算模型1．1设计参数该氨合成塔工作压力≤20MPa，设计压力为22MPa，筒体与底封头的材质为Q345R，非径向接管的材质为20MnMo;在设计温度下，2种材料的弹性模量E=2×105MPa，材料的泊松比μ=0．3，许用应力Sm分别为138MPa和177MPa;氨合成塔容积为108m3，合成塔塔底封头内径为Φ2500mm，壁厚为150mm;非径向接管为平齐式结构，内径为Φ245mm，壁厚为48mm。本文作者的联系方式:525227503@qq．com邹军等:氨合成塔非径向接管有限元分析与强度评定2012年2月351．2有限元模型的建立在建立实体模型时，仅考虑内压作用下的应力状况，故可利用结构和载荷的对称性，取球形封头的1/4和接管的1/2部分建主分析模型。选用三维实体单元(Solid95)进行网格划分，网格数为8876个，节点数为22521个。建立的有限元分析模型内表面单元网格和外表面单元网格见图1和图2。(1)为防止整个结构的轴向位移，约束封头端面的所有节点的轴向位移为零。(2)模型对称截面的周向位移为零。2有限元分析结果2．1应力分布与最大值带有非径向接管的球形封头结构在内压作用下的第三强度理论内表面和外表面应力强度分布云图分别见图3和图4。1．3边界条件1．3．1力边界条件(1)在容器内表面，包括封头的内表面和接管的内表面，加载