氣化裝置鎖斗人孔優(yōu)化設(shè)計(jì)論文
1氣化裝置鎖斗筒體及開孔的分析設(shè)計(jì)
本設(shè)備筒體較為危險(xiǎn)的開孔分別為DN400mm的沖洗水入口DN500mm和人孔。
1．1氣化裝置人孔應(yīng)力分析
鎖斗人孔的設(shè)計(jì)為鍛件與筒體內(nèi)壁齊平結(jié)構(gòu)，筒體壁厚130mm，人孔鍛件尺寸為752mm×145mm。Sv(局部薄膜應(yīng)力+一次彎曲應(yīng)力+二次應(yīng)力+峰值應(yīng)力)為204．59MPa。
1．2氣化裝置沖洗水入口應(yīng)力分析
鎖斗沖洗水入口的設(shè)計(jì)為鍛件與筒體內(nèi)壁齊平結(jié)構(gòu)，筒體壁厚130mm，沖洗水入口鍛件尺寸602mm×120mm。Sv(局部薄膜應(yīng)力+一次彎曲應(yīng)力+二次應(yīng)力+峰值應(yīng)力)為198．62MPa。
1．3分析設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)定
從分析設(shè)計(jì)評(píng)定結(jié)果可以看出，筒體上開孔的最大應(yīng)力點(diǎn)在筒體上的最大開孔人孔鍛件內(nèi)側(cè)。此處的應(yīng)力分析結(jié)果是控制整個(gè)筒體壁厚設(shè)計(jì)結(jié)果的關(guān)鍵因素。如果通過人孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和改進(jìn)達(dá)到降低最危險(xiǎn)處的應(yīng)力值，從而降低筒體壁厚的目的，將是一種經(jīng)濟(jì)合理的措施。
2設(shè)計(jì)優(yōu)化
根據(jù)傳統(tǒng)氣化裝置開孔補(bǔ)強(qiáng)公式，筆者想到，如果接管內(nèi)伸一定的數(shù)值，其可以增加開孔補(bǔ)強(qiáng)面積，進(jìn)而改善筒體開孔處的補(bǔ)強(qiáng)效果，那么這種內(nèi)伸結(jié)構(gòu)在承受交變載荷的疲勞設(shè)備上是否也能起到同樣的效果呢?根據(jù)這個(gè)構(gòu)想，筆者進(jìn)行了一系列的不同人孔結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析:
①在鎖斗筒體壁厚為130mm、人孔鍛件尺寸為752mm×145mm的情況下，應(yīng)力分析結(jié)果云圖，內(nèi)伸170mm的應(yīng)力分析結(jié)果;
②在筒體壁厚90mm、人孔鍛件尺寸為652mm×95mm的情況下，應(yīng)力分析結(jié)果云圖，取不同內(nèi)伸量的應(yīng)力分析
3筒體壁厚及人孔鍛件厚度設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析與結(jié)論
3．1分析
在操作壓力為0～6．6MPa的交變載荷下，鎖斗上的最大開孔———人孔處的鍛件采用內(nèi)伸結(jié)構(gòu)可以有效的大幅降低總應(yīng)力Sv，筒體壁厚和鍛件尺寸有了進(jìn)一步優(yōu)化的可能性。人孔鍛件最大應(yīng)力值隨內(nèi)伸量的增大而減小，但是總體應(yīng)力值變化不大。考慮到實(shí)際制造和設(shè)備使用情況，可以適當(dāng)選擇一個(gè)比較合適的.人孔鍛件內(nèi)伸量數(shù)值。以不同人孔設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其鋼材耗用量見，可看出人孔設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的效果。
3．2結(jié)論
(1)人孔內(nèi)伸結(jié)構(gòu)的內(nèi)伸量增加很大的情況下，應(yīng)力水平降低并不明顯，而人孔鍛件內(nèi)伸過多會(huì)造成材料的浪費(fèi)和設(shè)備制造難度的加大。故在控制合理應(yīng)力水平的情況下，盡量減少鍛件內(nèi)伸量是較為合理的。
(2)以筒體壁厚90mm、人孔鍛件95mm、內(nèi)伸150mm為例，相同應(yīng)力水平下，人孔鍛件采用內(nèi)伸結(jié)構(gòu)與人孔鍛件不內(nèi)伸結(jié)構(gòu)相比減少了約31．87%的鋼材用量，大大節(jié)約了設(shè)備的制造成本。
(3)鎖斗筒體壁厚90mm、人孔鍛件尺寸652mm×95mm、內(nèi)伸150mm的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過在我公司某工程60萬t/a甲醇項(xiàng)目上的驗(yàn)證使用，其安全性和經(jīng)濟(jì)性都取得了很大的成功，設(shè)備連續(xù)幾年運(yùn)行穩(wěn)定，業(yè)主反映使用效果良好。
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