转化器中间隔板有限元分析及其优化

赖育挺，郭华军

(中海油石化工程有限公司，山东 青岛 266101)

化工设计

转化器中间隔板有限元分析及其优化

赖育挺，郭华军

(中海油石化工程有限公司，山东青岛266101)

转化器是硫磺装置中的重要设备，转化器中间隔板是保证转化器正常工作的关键部件。本文利用ANSYS有限元分析软件对不同结构的中间隔板进行强度和稳定性有限元分析。依据分析结果，论证了球冠封头隔板结构良好的受力性能及稳定性能。

转化器；隔板；球冠封头；稳定；有限元分析

1 整体描述

转化器是硫磺装置中的重要设备[1]，工程中一二级转化器一般作为一台设备的两部分，即是一二级转化器间设置中间隔板，整台设备产生两个工作空间，左端为一级转化器，右端为二级转化器，由于工作状态会出现变化，所以一二级转化器中间隔板会出现承受设计载荷工况的情况，所以一二级转化器中间隔板需要通过分析计算来确定合理的安全结构，以确保整台设备工作的安全可靠。本文以硫磺实际工程项目为基础对中间隔板进行了分析计算[2]。

图1 一二级转化器示意图(未表示接管)

如图1所示，一二级转化器由一级转化器和二级转化器两部分工作空间组成，一级转化器的设计压力与二级转化器的设计压力都是0.25MPa，所以中间隔板的校核工况为：一级转化器设计压力为0.25MPa，二级转化器设计压力为0；一级转化器设计压力为0，二级转化器设计压力为0.25MPa。

基于校核工况，本文选用两种型式的中间隔板进行校核，第一种隔板型式为平板(厚度24mm，两面腐蚀裕量3mm)，第二种型式为球冠封头(厚度24mm，两面腐蚀裕量3mm)。

2 转化器中间隔板有限元分析

2.1 有限元模型分析参数设置[3-4]

单元选择SOLID186单元，泊松比均取0.3，弹性模量取1.83e11MPa。

2.2 网格划分及荷载施加

平板隔板网格划分结果如图2所示，球冠封头隔板网格划分结果如图3所示。

图2 平板隔板网格

图3 球冠封头隔板网格

平板隔板边界条件及载荷施加结果如图4所示，平板隔板计算结果如图5所示。

图4 平板隔板边界条件

图5 平板隔板应力结果

球冠封头隔板边界条件及载荷施加结果同平板隔板，不同处是球冠封头隔板需要在左右两侧分别单独施加设计压力，所以在右侧施加设计压力时，需要分析封头隔板的非线性屈曲失稳，以保证中间隔板结构的稳定安全，球冠封头隔板强度计算结果如图6和图7所示，球冠封头隔板稳定稳定性施加压力为17MPa，球冠封头隔板稳定性计算结果如图8和图9所示。

图6 球冠封头隔板应力结果

图7 球冠封头隔板应力线性化结果

图8 位移最大处载荷步与应变关系曲线

图9 应力最大处载荷步与应变关系曲线

2.3 结果评定

根据JB 4732-1995《钢制压力容器--分析设计标准》(2005年确认)，平板隔板总应力S=1650MPa，很明显结果不满足隔板使用要求，所以不能选用。球冠封头隔板在正压工况下，总应力S=174MPa，经过应力线性化[5]，局部薄膜应力S1=58MPa<1.5S，局部薄膜加局部弯曲应力S2=131MPa<1.5S。所以同样厚度的球冠封头隔板在正压工况下是安全可靠的[6-7]。如图8与图9所示，球冠封头隔板在负压作用下，失稳的最大压力保守为17MPa×0.1(其实可以取到0.2)=1.7MPa，一二级转化器施加在球冠封头隔板上的最大负压仅为0.25MPa，所以球冠封头隔板在负压工况下是安全可靠的。

3 结语

利用ANSYS有限元分析了一二级转化器中间隔板的平板和球冠封头两种隔板型式，基于分析结果，论证了同样厚度的球冠封头隔板比平板要有好得多的受力结果，保证了转化器中间隔板结构的安全合理性。

本文对球冠封头隔板进行了外压失稳的计算分析，保证了分析结果的全面性。

[1] 王志文.化工容器设计[M].2版.北京:化学工业出版社,1998.

[2] 李建国.压力容器设计的力学基础及其标准应用[M].北京：机械工业出版社，2004.

[3] 王国强.实用数值模拟技术及其在ANSYS上的实践[M].西安:西北工业大学出版社,1999.

[4] 余伟炜,高炳军.ANSYS在机械与化工设备中的应用[M].北京:中国水利水电出版社,2006.

[5] 陆明万.关于应力分类问题的几点认识[J].压力容器,2005,22(08):21- 26.

[6] 全国压力容器标准化技术委员会.JB 4732-1995，钢制压力容器——分析设计标准(2005年确认)[S].北京： 中国机械工业出版社，1995.

[7] 全国压力容器标准化技术委员会.JB4732-1995，钢制压力容器——分析设计标准标准释义[S]. 北京： 中国机械工业出版社，1995.

(本文文献格式：.转化器中间隔板有限元分析及其优化[J].山东化工，2017，46(16)：148-150.)

The Finite Element Analysis and Optimization for Partition Steel Plate of Converter

Lai Yuting，Guo Huajun

(Cnooc Petrochemical Engineering Co.,Ltd.，Qingdao 266101，China)

Converter is an important equipment in sulfurdevice, and partition steel plateis the key to Guarantee the normal work of the converter. Using ANSYS finite-element method，the article has analyzed the different structure of partition steel plate. On the basis of the analysis results，the articlehas demonstrated the spherical cap headwith good mechanical performance and stable performance.

converter; partition steel plate; spherical cap head; stable; finite-element analysis

TQ050.2

：A

：1008-021X(2017)16-0148-03

2017-06-08

赖育挺,工程师，硕士，从事石油化工设计工作。