气化装置锁斗人孔优化设计论文

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1气化装置锁斗筒体及开孔的分析设计

本设备筒体较为危险的开孔分别为DN400mm的冲洗水入口DN500mm和人孔。

1．1气化装置人孔应力分析

锁斗人孔的设计为锻件与筒体内壁齐平结构，筒体壁厚130mm，人孔锻件尺寸为752mm×145mm。Sv(局部薄膜应力+一次弯曲应力+二次应力+峰值应力)为204．59MPa。

1．2气化装置冲洗水入口应力分析

锁斗冲洗水入口的设计为锻件与筒体内壁齐平结构，筒体壁厚130mm，冲洗水入口锻件尺寸602mm×120mm。Sv(局部薄膜应力+一次弯曲应力+二次应力+峰值应力)为198．62MPa。

1．3分析设计结果评定

从分析设计评定结果可以看出，筒体上开孔的最大应力点在筒体上的最大开孔人孔锻件内侧。此处的应力分析结果是控制整个筒体壁厚设计结果的关键因素。如果通过人孔结构的优化和改进达到降低最危险处的应力值，从而降低筒体壁厚的目的，将是一种经济合理的措施。

2设计优化

根据传统气化装置开孔补强公式，笔者想到，如果接管内伸一定的数值，其可以增加开孔补强面积，进而改善筒体开孔处的补强效果，那么这种内伸结构在承受交变载荷的疲劳设备上是否也能起到同样的效果呢?根据这个构想，笔者进行了一系列的不同人孔结构的应力分析:

①在锁斗筒体壁厚为130mm、人孔锻件尺寸为752mm×145mm的情况下，应力分析结果云图，内伸170mm的应力分析结果;

②在筒体壁厚90mm、人孔锻件尺寸为652mm×95mm的情况下，应力分析结果云图，取不同内伸量的应力分析

3筒体壁厚及人孔锻件厚度设计结构优化分析与结论

3．1分析

在操作压力为0～6．6MPa的交变载荷下，锁斗上的最大开孔———人孔处的锻件采用内伸结构可以有效的大幅降低总应力Sv，筒体壁厚和锻件尺寸有了进一步优化的可能性。人孔锻件最大应力值随内伸量的增大而减小，但是总体应力值变化不大。考虑到实际制造和设备使用情况，可以适当选择一个比较合适的人孔锻件内伸量数值。以不同人孔设计结构，其钢材耗用量见，可看出人孔设计结构优化的效果。

3．2结论

(1)人孔内伸结构的内伸量增加很大的情况下，应力水平降低并不明显，而人孔锻件内伸过多会造成材料的浪费和设备制造难度的加大。故在控制合理应力水平的情况下，尽量减少锻件内伸量是较为合理的。

(2)以筒体壁厚90mm、人孔锻件95mm、内伸150mm为例，相同应力水平下，人孔锻件采用内伸结构与人孔锻件不内伸结构相比减少了约31．87%的钢材用量，大大节约了设备的制造成本。

(3)锁斗筒体壁厚90mm、人孔锻件尺寸652mm×95mm、内伸150mm的设计结构，经过在我公司某工程60万t/a甲醇项目上的验证使用，其安全性和经济性都取得了很大的成功，设备连续几年运行稳定，业主反映使用效果良好。

作者：周岳琦 单位：东华工程科技股份有限公司