酸水分离器多孔板有限元分析

占龙杨

(江苏省特种设备安全监督检验研究院，江苏 南京 210041)

酸水分离器多孔板有限元分析

占龙杨

(江苏省特种设备安全监督检验研究院，江苏 南京 210041)

一台酸水分离器多孔板应力无法GB151设计，需进行有限元分析，得到结构的应力分布和位移分析，经过评定结构设计均符合要求。

多孔板；有限元；应力强度；轴向位移

一台酸水分离器上用来安装陶瓷滤芯的多孔板如图1所示，孔板上开孔密集，孔间距较小，相邻2孔中心间距小于1.5倍孔径，危险径向截面开孔宽度总和也超过了筒体内径的1/2，无法按照GB150.3平盖开多孔补强方法设计；孔的布置规律不符合GB151的要求，无法按照管板的设计方法进行设计，因此本文采用有限元法对多孔板进行应力分析，并按照JB4732的要求进行强度评价。

分离器设计压力为1.7MPa，孔板两侧设计温度110℃，筒体和多孔板材料为SA-516 Gr.70，腐蚀裕量为3.2 mm，壳体规格为I.D500×12，多孔板厚度为36 mm。设计温度下的材料许用应力强度Sm为138 MPa，材料的弹性模量E为1.974×105 MPa，泊松比μ为0.3。

图1 多孔板简图

1 建立3D模型

由于分析的对象为多孔板，这里忽略接管与支座的影响，选取筒体与多孔板建立有限元模型，考虑边缘应力衰减长度壳体长取400 mm；建模时考虑腐蚀裕量与板材厚度负偏差。

2 单元选取与网格划分

图2 有限元模型网格划分

有限元分析采用大型通用有限元软件ASNYS 16.0。有限元分析采用20节点单元SOLID186，网格划分如图2所示，经过网格加密计算比较确认网格密度满足计算精度要求。

3 力和位移边界条件

多孔板左侧为气体进口侧，在多孔板左侧壁面与筒体壁面施加压力1.7MPa，右侧壁面施加1.2MPa压力，将压差在滤芯截面上产生的轴向推力施加在孔的环面上，总计758576N，筒体左端面施加封头封闭效应产生的轴向力，这里施加当量压力-27.4MPa。筒体右端面施加轴向位移约束。

图3 力和位移边界条件施加

4 有限元分析结果与评定

图4 有限元分析结果

有限元分析结果如图4(a)所示，最大应力强度出现多孔板左侧版面与筒体连接焊接焊脚处，应力强度最大值为192.39MPa。孔板轴向变形最大值为0.020 mm，最小值为-0.635 mm，中心相对边缘为0.650 mm，满足用户要求。

根据JB4732要求，一次薄膜应力强度SⅠ许用极限为1.0KS m =138 MPa，一次局部薄膜应力强度SⅡ许用极限为1.5KS m= 207 MPa，一次薄膜加一次弯曲应力强度SⅢ许用极限为1.5KS m= 207 MPa，一次加二次应力强度SⅣ许用极限为 3.0KS m =414 MPa。在危险部位通过最大应力值点建立路径进行应力线性化，得到薄膜应力和薄膜+弯曲应力，孔板中心区域的应力按照一次应力评定，孔板边缘与筒体连接处按照一次局部薄膜和一次+二次应力评定，经过评定强度均满足标准

要求。

[1] 国家标准化管理委员会.GB150-2011 压力容器分析[S].北京:中国标准出版社，2011.

[2] 国家标准化管理委员会.GB 151-2014 热交换器[S].北京:中国标准出版社，2014.

[3] 全国压力容器标准化技术委员会.JB/T 4732-1995 钢制压力容器分析设计标准[S].北京:中国机械工业出版社,1995.

(本文文献格式：占龙杨.酸水分离器多孔板有限元分析[J].山东化工,2017,46(15):116,119.)

2016-12-22

占龙杨(1986—)，男，安徽滁州人，助理工程师，从事特种设备风险评估工作。

TQ015.9

A

1008-021X(2017)15-0116-01