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變壓吸附塔結構的分析設計及風險控制

文檔作者：錢佳寧文檔來源：中石化寧波工程有限公司		點擊數：	更新時間： 2023年02月22日
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2016年6月
第39卷第3期
史缸儆
Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry
Jun．2016
V01．39 No．3
變壓吸附塔結構的分析設計及風險控制
錢佳寧
(中石化寧波工程有限公司，浙江寧波315103)
摘要：變壓吸附塔長期承受交變載荷，疲勞失效是主要的失效模式。介紹變壓吸附塔的工作原理及結構設計
中應注意事項，闡述疲勞載荷工況下許用交變應力強度幅計算、應力分析結果，提出變壓吸附塔在設計、選材制
造、焊接和檢驗過程中的風險控制措施。
關鍵詞：變壓吸附塔分析設計疲勞分析風險控制
某裝置中變壓吸附塔(簡稱吸附塔)為Ⅲ類容
器，主要受壓元件材料為Q345R，工作介質為N2、
H：、CH4和CO，設計壽命為20a。其公稱直徑2000
m／n，設計壓力(表壓)3．2MPa，設計溫度60℃；工作
壓力2．9MPa，工作溫度40℃；腐蝕裕量3．0mill，焊
接接頭系數1．0。該吸附塔承受循環(huán)載荷，壓力波
動范圍0～2．9MPa．設計壽命內壓力循環(huán)640000
次．
1吸附塔結構設計
由于吸附塔工作過程是周期性的壓力波動過
程．壓力波動幅度和次數不能滿足JB／T 4732—
1995(鋼制壓力容器一分析設計標準》[-]有關疲勞
分析免除的相關條件．因此需要對吸附塔結構進
行疲勞分析設計。根據設備工藝參數及介質特性，
變壓吸附塔所用板材選Q345R，鍛件選材16Mn 111。
1．1吸附塔主體厚度計算
吸附塔封頭選用標準橢圓形封頭．其計算厚
度按JB／T 4732--1995中r／Di=O．17曲線進行確定。
由PJ(KS。)=0．017查圖(JB／T 4732--1995標準中
圖7一1)得：8／Ri=0．012、Ri=O．9Di=1 800 mm，則橢
圓封頭計算厚度6=21．6mm．橢圓封頭設計厚度8d=
8+C：24．9mm?？紤]疲勞要求，取橢圓封頭名義厚度
3n=30 mm。
式中：r／Di一封頭過渡區(qū)內半徑與封頭內徑的比
值：
Pc／(KS。)一計算壓力與許用設計應力強度的
比值：
8／R；一封頭計算厚度與封頭球冠部分內半徑
的比值：
C一厚度附加量。
因Pc=3．2 MPa<0．4(KS。)=75．2 MPa，故簡體的
計算厚度6按JB／T 4732--1995中7—1式6=尸刀／
(2KS。--Pc)計算，有8=17．2mm，筒體的設計厚度8d=
6+c=20．5 mm?？紤]疲勞要求，取筒體的名義厚度
6．=306 mm。
式中：肋i一計算壓力與筒體內徑的乘積；
2船廠2倍許用設計應力強度的值；
P一計算壓力，MPa。
1．2分析設計過程
根據JB／I’4732--1995確定吸附塔筒體、封頭
的厚度結構尺寸．再利用有限元進行各工況下的
應力分析計算：對筒體與封頭連接的局部部位、封
頭過渡小圓角處等進行應力分析分類與評定：對
封頭過渡小圓角處進行失穩(wěn)分析：最終確定筒體、
封頭的厚度等結構尺寸是否合適。
對接管厚度、接管圓角半徑以及接管結構等，
可以采用等面積補強、工程設計經驗等進行初步
設計．同樣再采用有限元進行各工況下的應力分
析計算，根據JB／I’4732--1995進行應力分類與評
定，最終確定其結構尺寸是否合適。
收稿日期：2016—03—14；收到修改稿日期：2016—05—05。
作者簡介：錢佳寧，男，1984年出生，本科學歷，工程師，2006
年畢業(yè)于大連理工大學工程力學專業(yè)．現在中石化寧波工程有限
公司設備室工作。聯系電話：0574—87975271；E—mail：qianjn．
snec@sinopec．tom。

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