氨塔和废锅应力分析报告

氨塔和废锅应力分析报告内容摘要：

计算。 经上述分析后，所需计算的 1个工况见表 8。 表 8 塔器的所需 的 计算工况及载荷 载荷项 温度 ℃ 压力载荷 MPa 重力载荷 t 地载 mm/s2 工况 设备 设计工况 氨合成塔 300 820 见表 5 废 锅 11 2 有限元分析模型 几何模型 有限元法是一种借助于计算机求解有关场问题的近似计算方法，运用离散的概念，使整个问题由整体连续到分段连续，由整体解析到分段解析，从而使数值法与解析法相互结合、相互渗透。 有限元法的分析计算精度受网格密度（离散程度）和网格形状的影响，划分的网格越密、网格形状越 规则，计算精度就越高，但计算机计算能力计算效率又会限制网格的数目。 在 本分 析 中，我们所建立的模型比较大，所以 对模型进行了规则网格划分 的同时， 又 考虑了网格的数目 ，此模型中，我们所划分的网格数目为 34200 个，其中实体单元为 27472 个，壳单元为 6728 个。 有限元模型 单元类型 单元是有限元分析的基本元素，有限元法就是将一个连续的结构，用有限个单元，将其离散成一个分段连续的结果进行分析。 根据单元插值函数幂次的不同，单元可分为一次单元、二次单元等，幂次越高，分析精度越高。 一次单元和二次单元在组成上体现为组成单元的节点数量。 对 于六面体实体单元，一次单元只在八个顶点上 存在节点，即八节点单元； 二次单元除顶点存在节点外，还在各边的中 点设置一个节点，这样每个二次六面体实体单元分别由二十个节点组成。 对于壳单元，一次单元只在四个顶点上存在节点即四节点单元； 二次单元除顶点存在节点外，还在各边的中 点设置一个节点，这样每个二次壳单元由八个节点组成。 本模型中，为了使计算的精度高一些， 我们所选用的 壳单元和实体单元均采用了二次单元， 得到如图 1所 示 的计算有限元模型。 12 图 1 氨合成塔 和 废热锅炉有限元模型 边界条件 本模型 所施加的边界条件如下： 1) 在托环支撑面施加了全约束； 2) 在废锅炉 安放鞍座的位置 只 施加了 Y 方向的约束。 施加载荷 根据用户提供的塔器运行条件和实际运行环境，所施加的载荷如下 : 1) 在 氨合成塔内部及废 热 锅 炉 管程施加 的内压；废 热 锅 炉 壳程施加 的内压。 2) 在 氨合成塔及废热锅炉 的不同 塔段 处分别施加了不同的地震载荷，具体见表 5； 3) 重力载荷，根据质量等效原则，采用 等效密度 的方法在 塔及废热锅炉 的不同 位置处 给定不同的密度。 a. 氨合成塔 13 顶盖与端部法兰密度为 ，共重 69t。 将塔附件的质量等效到筒体和托环 上，其等效密度为 = = V—— 筒体和托环的总体积； 热 锅 炉 将废热锅炉壳程内件的重量等效到壳程的下半部分，其等效密度为 = = V—— 废热锅炉壳程下半部分的总体积； 废热锅 炉 其余密度均取为。 14 3 分析计算结果 通过对第 2 节 所述的有限元模型的分析计算，可得到 设计 载荷工况 下的应力计 算结果。 托环的 强度校核 (1)托环 上 部 托环上部的应力强度分布云图如图 2所示，最大值位于托环上部与支撑面附近的位置。 在该位置取如图 2所示的路径，应力强度线性化结果如图 3所示， 评定结果详见表9。 图 2 托环 应力强度分布 云图 图 3 托环 上部 应力最大 位置处的路径 线性化应力强度分布结果 表 9 托环上部 截面应力及应力评定 路径 15 评定部位 及材料 路径：见图 2（节点 10733至 10779） 材料： 14Cr1Mo 温度： 300℃ 应力分类 一次局部薄膜应力 PL， MPa 最 危险工况下引起的应力 X Y Z XY YZ ZX 主应力 1 2 3 计算应力强度 许用应力强度 ＝ ＝ 结论 本强度条件满足 应力分类 一次应力加二次应力（ PL＋ Pb＋ Q）， MPa 最危险工况下引起的应力 X Y Z XY YZ ZX 主应力 1 2 3 计算应力强度 许用应力强度 3Sm＝ 3 ＝ 结论 本强度条件满足 本截面的强度结论 本截面强度合格 托环远离开孔及不连续处的部位的一次总体薄膜应力强度小于工作温度下的设计应力强度，一次薄膜加一次弯曲应力强度必然小于局部的薄膜、弯曲加峰值应力强度，而局部应 力强度校验合格，故托环整体强度合格。 (2)托环接管处 托环接管处 的应力强度分布云图如图 4所示，局部放大如图 5所示，最大值位于接管最内侧，。 在该位置取如图 5所示的路径，应力强度线性化结果如图 6所示， 评定结果详见表 10。 16 图 4 托环及侧接管受力云图 图 5 托环侧接管局部放大应力云图 图 6 托环侧接管 应力最大路径的线性化应力强度分布结果 路径 17 表 10 托环侧接管 截面应力及应力评定 评定部位 及材料 路径：见图 5（节点 440072 至440174） 材料： 15CrMo 温度： 300℃ 应力分类 一次局部薄膜应力 PL， MPa 最危险工况下引起的应力 X Y Z XY YZ ZX 主应力 1 2 3 18 计算应力强度 许用应力强度 ＝ 131＝ 结论 本强度条件满足 应力分类 一次应力加二次应力（ PL＋ Pb＋ Q）， MPa 最危险工况下引起的应力 X Y Z XY YZ ZX 主应力 1 2 3。