氣化裝置鎖斗人孔優化設計論文
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本設備筒體較為危險的開孔分別為DN400mm的沖洗水入口DN500mm和人孔。
1．1氣化裝置人孔應力分析
鎖斗人孔的設計為鍛件與筒體內壁齊平結構，筒體壁厚130mm，人孔鍛件尺寸為752mm×145mm。Sv(局部薄膜應力+一次彎曲應力+二次應力+峰值應力)為204．59MPa。
1．2氣化裝置沖洗水入口應力分析
鎖斗沖洗水入口的設計為鍛件與筒體內壁齊平結構，筒體壁厚130mm，沖洗水入口鍛件尺寸602mm×120mm。Sv(局部薄膜應力+一次彎曲應力+二次應力+峰值應力)為198．62MPa。
1．3分析設計結果評定
從分析設計評定結果可以看出，筒體上開孔的最大應力點在筒體上的最大開孔人孔鍛件內側。此處的應力分析結果是控制整個筒體壁厚設計結果的關鍵因素。如果通過人孔結構的優化和改進達到降低最危險處的應力值，從而降低筒體壁厚的目的，將是一種經濟合理的措施。
2設計優化
根據傳統氣化裝置開孔補強公式，筆者想到，如果接管內伸一定的數值，其可以增加開孔補強面積，進而改善筒體開孔處的補強效果，那么這種內伸結構在承受交變載荷的疲勞設備上是否也能起到同樣的效果呢?根據這個構想，筆者進行了一系列的不同人孔結構的應力分析:
①在鎖斗筒體壁厚為130mm、人孔鍛件尺寸為752mm×145mm的情況下，應力分析結果云圖，內伸170mm的應力分析結果;
②在筒體壁厚90mm、人孔鍛件尺寸為652mm×95mm的情況下，應力分析結果云圖，取不同內伸量的應力分析
3筒體壁厚及人孔鍛件厚度設計結構優化分析與結論
3．1分析
在操作壓力為0～6．6MPa的交變載荷下，鎖斗上的最大開孔———人孔處的鍛件采用內伸結構可以有效的大幅降低總應力Sv，筒體壁厚和鍛件尺寸有了進一步優化的可能性。人孔鍛件最大應力值隨內伸量的增大而減小，但是總體應力值變化不大。考慮到實際制造和設備使用情況，可以適當選擇一個比較合適的人孔鍛件內伸量數值。以不同人孔設計結構，其鋼材耗用量見，可看出人孔設計結構優化的效果。
3．2結論
(1)人孔內伸結構的內伸量增加很大的情況下，應力水平降低并不明顯，而人孔鍛件內伸過多會造成材料的浪費和設備制造難度的加大。故在控制合理應力水平的情況下，盡量減少鍛件內伸量是較為合理的。
(2)以筒體壁厚90mm、人孔鍛件95mm、內伸150mm為例，相同應力水平下，人孔鍛件采用內伸結構與人孔鍛件不內伸結構相比減少了約31．87%的鋼材用量，大大節約了設備的制造成本。
(3)鎖斗筒體壁厚90mm、人孔鍛件尺寸652mm×95mm、內伸150mm的設計結構，經過在我公司某工程60萬t/a甲醇項目上的驗證使用，其安全性和經濟性都取得了很大的成功，設備連續幾年運行穩定，業主反映使用效果良好。
作者：周岳琦 單位：東華工程科技股份有限公司
