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    不同鞍式支座包角和宽度下卧式容器筒体应力分布.pdf

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    不同鞍式支座包角和宽度下卧式容器筒体应力分布.pdf

    第43卷增刊1 2O14年8月 石油化工设备 PETR-CHEMICAI EQUIPMENT Vo1.43 Supplement 1 Aug.2014 文章编号100074662014增刊1000804 不同鞍式支座包角和宽度下卧式容器简体应力分布 李玉玲 ,周月辉 ,郝建树 ,韩 旭 1.海洋石油工程股份有限公司,天津300451;2.中海石油环保服务天津有限公司,天津300451 摘要基于有限元软件ANSYS,建立双鞍式支座卧式容器有限元模型,计算了不同鞍式支座包角 和宽度条件下鞍式支座附近的简体应力,得出了不同鞍式支座包角和宽度下筒体应力分布的变化 曲线和规律,结果可为双鞍式支座卧式容器支座的选择提供参考。 关键词卧式容器;鞍式支座;包角;宽度;应力分布 中图分类号TQ050.1 文献标志码B doi10.3969/j.issn.10007466.2014.s1.003 Stress Distribution under Different Saddle Angle and Width of Horizontal Vessel Cylinder LI Yuling ,ZHOU Yuehui ,HAO Jianshu ,HAN Xu 1.Offshore Oil Engineering Co.Ltd.,Tianjin 30045 1,China; 2.COOECTianjinEnvironmental Protection Service Co.I td.,Tianjin 300451,China AbstractBased on the software ANSYS,the finite element model of horizontal vessel double saddles was built.The different conditions,the saddle angle and width of the cylinder near the saddle stress were calculated and obtained under different angle of the saddle,and the width of the cylinder change curve and the law of stress distribution,for double bearing horizontal vessel as reference for the selection of the saddle. Key wordshorizontal vessel;saddle;angle;width;stress distribution 卧式容器由于储存量大、制造简单且使用方便 等特点,在石油化学工业、能源工业、科研和军工等 E7] E8] 国民经济的各个部门都有着广泛的应用。只要场地 允许,卧式容器常用于储存易燃易爆的介质。 WANG Yunxia.Design and Application of Pressure Vessel Inspection Ination System based on Web [D].LanzhouLanzhou University,2012. 陈雁,高俊峰,王文灿,等.压力容器及压力管道安全管 理系统的应用EJf1.石油化工设备,2011,4o584 87. CHEN Yan,GAO Jun-feng,WANG Wencan,et a1. Adopting Safety Management System for Pressure Vessels and Piping[J].Petrochemical Equipment, 2Ol1,4058487. 唐春容,赵立凡,徐国良,等.企业压力管道安全管理系 统的开发及应用[J].石油化工设计,2006,2342627. TANG Chunrong,ZHA0 Lifan,XU Guoliang,et [9] Elo] a1.Development and Application of Safety Management System for Pressure Piping Enterp“ses[J].Petrochem ical Design,2006,23426 27. 李刚,王茜.基于Web访问数据库的实现方案[J].计 算机工程与应用,2000,222112一l15. I I Gang.WANG Qian.Implementation of Database Access based on web[J].Computer Engi neering and Applications,2000,222112-115. TSG D0001 2009,压力管道安全技术监察规程Is]. TSG D0001--2009,Technical Specification for Safety Supervision Over Pressure Pipelines[S]. 张编 收稿日期20140309 作者简介李玉玲1987一,女,宁夏吴忠人,工程师,学士,从事海洋石油平台机械设计工作。 增『1J l 拿玉玲,等小 鞍式支鹰包角和宽度下卧式容器简体 力分m 卧式容器般m简体、封头、法 、密封元件、开 孔f接管、支 等6大部分构成容器本体。鞍式支 鹰作为卧式容器的一种支撑形式,其安全性和承载 力极其重要【 。。为此,笔者基于有限元软件AN SYS建 舣鞍式支鹰卧式容器的有限元模型。通过 改变鞍式支鹰包角和宽度,考察其对舣鞍式支座卧 式 器简体廊力分布的影响。 l 卧式容器和鞍式支座的三维有限元模型 1.1 模型 卧式容器的最大应力一般位于鞍式支鹰处及其 附近,鞍式支 的刚度将对此处局部成力产乍极大 的影响,故为r对卧式容器的受力情况做一个接近 真实的分析,儿何模型采用实际的鞍式支座结 构 。容器的结构简 见图1,鞍式支摩与简体采 川t“接焊接结构,两者之间兀相对滑动。 I 缸; _ 上 ● l 1 ●一 1 舣微式支 卧式窬器结构简 舣鞍式支J 卧式容器结构参数简体内径D,一 3 200 ID.Ill、公称厚度 一l2 mm、长度L一 8,920 In131,左端鞍式支鹰中心处距左封头切线处的 距离A一760 mm,封头深度H一840 i21In、封头壁厚 l 10 ID.ITI。材料弹性模量2.11O MPa,泊松比 0.3,钢材密度7 850 kg/m。 。 文中基于有限元软件ANSYS 11.0经典界面 进行建模。 简体使用壳 元,鞍式支座使用实体单元 ,取 鞍式支座包角 一150。、宽度b一700 rnrfl为例,整合 以卜数据,建 双鞍式支座卧式容器有限元模型图 2。网格划分时,对简体和封头采刚映射划分网格. 没定 元格的大小为100;鞍式支座部分采用自由 划分网格 ’”。 划分网格后的双鞍式支座卧式奔器有限元模型 见 3。 I冬1 2 舣鞍式史 卧式容器有限兀模型 3 双鞍式支座卧』 窬器宵l5艮儿模型网格划分 1.2 边界条件和载荷 计算条件考虑到容器在充满液体状态、兀内压 条件下最危险 ’J,故以此一 况为计算条件。 边界条件与鞍式支座接触的简体部分外 面 尤位移、尤转角。 载荷简体自身以及内部T质的质量。 1.3 结果分析 设定重力加速度 一9.8 m/s,将鞍式支 底 部2个面全方位约束。对简体施加载荷n 、 1 0009.81 600{Z} 1 000l0 。 施加载荷后得到双鞍式支座卧式容器简体和鞍 式支座处的应力分布见图4、图5。从图4和图5中 可以看出。简体的最大应力主要集中在鞍式支座边 角处。 l 一l ” l_ 。 j 双鞍式支鹰卧式容器简体的应力分 I 5 舣鞍式支 边ffJ处产生的应力 2 不同鞍式支座包角和宽度下的简体应力 分布 2.1 设定参数 将鞍式支座的包角和宽度设置为可以变化的 量,以考察鞍式支座包角与宽度对双鞍式支座卧式 容器简体应力分布的影响。模型参数见表l。 石油化工设备 2014年第43卷 表1鞍式支座的包角和宽度 2.2 计算结果及分析 将表1的参数输入ANSYS中计算,得到不同 鞍式支座包角和宽度下筒体的最大应力,见表2。 表2不同鞍式支座包角和宽度下简体最大应力 MPa 将表2的数据绘制成曲线,得到不同鞍式支座 宽度下鞍式支座包角一定筒体的最大应力变化曲 线图6和不同鞍式支座包角下鞍式支座宽度一 定筒体的最大应力变化曲线图7。 宝 斗 嘣 基 垃 图6 090。 100。 p1 l0。一 120‘ 一日l30。口140。一日150。一日160‘ ’_-_~. - - . ● j j 500 600 700 800 900 1 000 鞍式支座宽度/ram 不同鞍式支座宽度下鞍式支座包角一定 简体最大应力变化曲线 400 三300 200 嗌100 瞧0 90 l00 ll0 12O l30 l40 15O l60 鞍式支座包角 图7不同鞍式支座包角下鞍式支座宽度一定 筒体最大应力变化曲线 从表2可以看出,在鞍式支座包角一定的情况 下,筒体的应力随着鞍式支座宽度的增加而减小;在 鞍式支座宽度一定的条件下,随着鞍式支座包角的 增大,筒体的应力逐渐减小。而根据图6和图7的 曲线分布,简体的最大应力变化在鞍式支座宽度一 定的情况下随着鞍式支座包角的变化更显著,说明 相对鞍式支座宽度,鞍式支座包角对简体应力分布 的影响更大。 3鞍式支座包角的优化选型 根据JB/T 4731 2。05钢制卧式容器中关于 容器支座的规定口],鞍式支座包角一般选择120。~ 150。。钢制鞍式支座的宽度一般为6≥8/R ,其中 R 一R /2 mm,R 为圆筒内半径ram, 为圆 筒名义厚度ram。 从工程实际考虑,探讨相同的鞍式支座宽度下 选择哪种鞍式支座包角更为经济合理有现实意义。 取鞍式支座宽度b 一b 一700 mm,包角分别为 01120。、 2150。,基于ANSYS有限元分析,2种 工况下筒体的应力分布分别见图8和图9。 图8 一120。、b 700 mm时简体的最大应力分布 图9目 一150。、6700 mm时筒体的最大应力分布 根据图8、图9,同一简体在鞍座宽度为700 mm、 包角分别为120。、150。时的简体最大应力见表3。 表3相同鞍座宽度、不同鞍式支座包角下的简体最大应力 增刊l 李玉玲,等不同鞍式支座包角和宽度下卧式容器简体应力分布 根据表3,在相同鞍式支座宽度下,鞍式支座包 角为120。时,简体在鞍式支座处会产生较大周向压 应力,不满足校核条件。若要使用120。的包角,则 需要增加筒体的壁厚导致设备设计不经济。而在鞍 式支座包角为150。时,筒体的最大周向压应力要小 于包角等于120。时的应力,且只需增大鞍式支座包 角,不必增加简体的壁厚,既能满足较核条件,更加 经济合理。 由上述实例可知,对DN 1 500 rnm4 000 mIn 直径范围的大直径薄壁卧式容器,在其载荷相对较 大而壁厚相对较薄的情况下,使用120。包角的鞍式 支座,会在鞍式支座边角处产生较高的应力。如增 加容器壁厚将会导致设备的成本增加。但增加包角 可以降低该处应力而不增加筒体壁厚,使得设备造 价相对经济合理。 在工程实际应用中,对于DN%1 500 mm的卧 式容器仍然存在上述问题。特别是对于L/D较大 而且介质密度也比较大的薄壁容器以及由于特殊结 构而造成鞍式支座的支撑反力特别大的薄壁容器, 也需要采用增大鞍式支座包角的方法来降低鞍式支 座处的应力。 4 结论 1在鞍式支座包角和鞍式支座宽度分别发生 变化时,鞍式支座包角的变化对筒体最大应力的影 响更为明显,鞍式支座包角是影响筒体应力分布的 主要因素。 2对于筒体壁厚一定的钢制卧式容器而言,鞍 式支座处简体的周向压应力随鞍式支座包角和鞍式 支座宽度的增加而减小。 3对采用鞍式支座的钢制卧式容器,当周向压 应力不满足校核条件时,一般不考虑增加简体壁厚, 而首先考虑在鞍式支座及筒体之间增设垫板以对筒 体进行局部加强。若加垫板不能满足要求,可适当 增加鞍式支座包角和鞍式支座宽度,或二者同时增 加,可有效地降低简体周向压应力。 参考文献 [1]JB/T 4712.1~47l2.4 2oo7,容器支座[s]. 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