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變壓吸附塔結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)及風(fēng)險(xiǎn)控制

文檔作者：錢(qián)佳寧文檔來(lái)源：中石化寧波工程有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2023年02月22日
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2016年6月
第39卷第3期
史缸儆
Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry
Jun．2016
V01．39 No．3
變壓吸附塔結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)及風(fēng)險(xiǎn)控制
錢(qián)佳寧
(中石化寧波工程有限公司，浙江寧波315103)
摘要：變壓吸附塔長(zhǎng)期承受交變載荷，疲勞失效是主要的失效模式。介紹變壓吸附塔的工作原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
中應(yīng)注意事項(xiàng)，闡述疲勞載荷工況下許用交變應(yīng)力強(qiáng)度幅計(jì)算、應(yīng)力分析結(jié)果，提出變壓吸附塔在設(shè)計(jì)、選材制
造、焊接和檢驗(yàn)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。
關(guān)鍵詞：變壓吸附塔分析設(shè)計(jì)疲勞分析風(fēng)險(xiǎn)控制
某裝置中變壓吸附塔(簡(jiǎn)稱(chēng)吸附塔)為Ⅲ類(lèi)容
器，主要受壓元件材料為Q345R，工作介質(zhì)為N2、
H：、CH4和CO，設(shè)計(jì)壽命為20a。其公稱(chēng)直徑2000
m／n，設(shè)計(jì)壓力(表壓)3．2MPa，設(shè)計(jì)溫度60℃；工作
壓力2．9MPa，工作溫度40℃；腐蝕裕量3．0mill，焊
接接頭系數(shù)1．0。該吸附塔承受循環(huán)載荷，壓力波
動(dòng)范圍0～2．9MPa．設(shè)計(jì)壽命內(nèi)壓力循環(huán)640000
次．
1吸附塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于吸附塔工作過(guò)程是周期性的壓力波動(dòng)過(guò)
程．壓力波動(dòng)幅度和次數(shù)不能滿(mǎn)足JB／T 4732—
1995(鋼制壓力容器一分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[-]有關(guān)疲勞
分析免除的相關(guān)條件．因此需要對(duì)吸附塔結(jié)構(gòu)進(jìn)
行疲勞分析設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)備工藝參數(shù)及介質(zhì)特性，
變壓吸附塔所用板材選Q345R，鍛件選材16Mn 111。
1．1吸附塔主體厚度計(jì)算
吸附塔封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭．其計(jì)算厚
度按JB／T 4732--1995中r／Di=O．17曲線(xiàn)進(jìn)行確定。
由PJ(KS。)=0．017查圖(JB／T 4732--1995標(biāo)準(zhǔn)中
圖7一1)得：8／Ri=0．012、Ri=O．9Di=1 800 mm，則橢
圓封頭計(jì)算厚度6=21．6mm．橢圓封頭設(shè)計(jì)厚度8d=
8+C：24．9mm?？紤]疲勞要求，取橢圓封頭名義厚度
3n=30 mm。
式中：r／Di一封頭過(guò)渡區(qū)內(nèi)半徑與封頭內(nèi)徑的比
值：
Pc／(KS。)一計(jì)算壓力與許用設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度的
比值：
8／R；一封頭計(jì)算厚度與封頭球冠部分內(nèi)半徑
的比值：
C一厚度附加量。
因Pc=3．2 MPa<0．4(KS。)=75．2 MPa，故簡(jiǎn)體的
計(jì)算厚度6按JB／T 4732--1995中7—1式6=尸刀／
(2KS。--Pc)計(jì)算，有8=17．2mm，筒體的設(shè)計(jì)厚度8d=
6+c=20．5 mm?？紤]疲勞要求，取筒體的名義厚度
6．=306 mm。
式中：肋i一計(jì)算壓力與筒體內(nèi)徑的乘積；
2船廠(chǎng)2倍許用設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度的值；
P一計(jì)算壓力，MPa。
1．2分析設(shè)計(jì)過(guò)程
根據(jù)JB／I’4732--1995確定吸附塔筒體、封頭
的厚度結(jié)構(gòu)尺寸．再利用有限元進(jìn)行各工況下的
應(yīng)力分析計(jì)算：對(duì)筒體與封頭連接的局部部位、封
頭過(guò)渡小圓角處等進(jìn)行應(yīng)力分析分類(lèi)與評(píng)定：對(duì)
封頭過(guò)渡小圓角處進(jìn)行失穩(wěn)分析：最終確定筒體、
封頭的厚度等結(jié)構(gòu)尺寸是否合適。
對(duì)接管厚度、接管圓角半徑以及接管結(jié)構(gòu)等，
可以采用等面積補(bǔ)強(qiáng)、工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行初步
設(shè)計(jì)．同樣再采用有限元進(jìn)行各工況下的應(yīng)力分
析計(jì)算，根據(jù)JB／I’4732--1995進(jìn)行應(yīng)力分類(lèi)與評(píng)
定，最終確定其結(jié)構(gòu)尺寸是否合適。
收稿日期：2016—03—14；收到修改稿日期：2016—05—05。
作者簡(jiǎn)介：錢(qián)佳寧，男，1984年出生，本科學(xué)歷，工程師，2006
年畢業(yè)于大連理工大學(xué)工程力學(xué)專(zhuān)業(yè)．現(xiàn)在中石化寧波工程有限
公司設(shè)備室工作。聯(lián)系電話(huà)：0574—87975271；E—mail：qianjn．
snec@sinopec．tom。

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