基于ANSYS的壓力容器壁厚優(yōu)化設(shè)計

陳加齊

（浙江華科化工設(shè)備有限公司，浙江杭州 310000）

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基于ANSYS的壓力容器壁厚優(yōu)化設(shè)計

陳加齊

（浙江華科化工設(shè)備有限公司，浙江杭州 310000）

摘 要：利用大型有限元分析軟件ANSY對壓力容器進(jìn)行壁厚分析設(shè)計，優(yōu)化容器壁厚合理控制材料的使用成本，提高壓力容器整體結(jié)構(gòu)的載荷能力，可以實現(xiàn)最佳的優(yōu)化設(shè)計目的，將從ANSYS這種有限元分析的軟件入手，對于壓力容器的壁厚的優(yōu)化方案進(jìn)行一定的探討，以供廣大同僚參考交流使用。

關(guān)鍵詞：ANSYS；壓力容器；優(yōu)化設(shè)計

隨著我國工業(yè)水平的不斷發(fā)展，壓力容器的使用逐漸在越來越多的機(jī)械，石油化工的行業(yè)推廣開來，并且趨于更加大型化、承壓要求更高、結(jié)構(gòu)滿足更加復(fù)雜的工業(yè)需要，其設(shè)計合理性直接關(guān)系到制造企業(yè)的效益。傳統(tǒng)的設(shè)計方法，設(shè)計人員主要考慮加強(qiáng)壁厚而承壓能力，未能達(dá)到在具體復(fù)雜的承壓環(huán)境下進(jìn)行綜合的優(yōu)化設(shè)計，在安全使用的情況下充分發(fā)揮材料的性能，從另外一個方面說，做好壓力容器的優(yōu)化設(shè)計可以最大限度地增強(qiáng)容器在使用中的安全性。

1 概述ANSYS有限元分析

利用有限元分析實際上是對壓力容器所受的應(yīng)力進(jìn)行分析，其主要的目的是為了驗證壓力容器承受的應(yīng)力水平在材料所能夠承受許用應(yīng)力范圍。簡歷壓力容器模型，考慮所有的載荷情況并將適當(dāng)?shù)妮d荷施加到容器上，最大限度的模擬真實的應(yīng)力水平，是有限元分析的最為重要的一步，因此需要壓力容器的參數(shù)以及其模型建立的方法進(jìn)行探討。

工業(yè)的蓬勃發(fā)展盡管給我國的國民經(jīng)濟(jì)帶來了許多好處，但是從某種程度上來說，也加深了我國的壓力容器制造的難度。在新的工業(yè)形勢下，傳統(tǒng)的壓力加工制造的方案不再滿足于當(dāng)今時代的發(fā)展需要，需要研究新的工業(yè)設(shè)計和加工的方案。

壓力容器的存在，消除了我國傳統(tǒng)工業(yè)系統(tǒng)上存在的壓力不穩(wěn)定，壓力資源浪費的現(xiàn)象，并且增大了壓力資源的利用率。鑒于壓力容器的在工業(yè)事業(yè)上的優(yōu)越性，因此壓力容器被廣泛應(yīng)用到我國的各個地區(qū)的工業(yè)事業(yè)中。壓力容器的應(yīng)用，在一定程度上保證了我國工業(yè)設(shè)計的穩(wěn)定性。并且，最為關(guān)鍵的是，壓力容器降低了工業(yè)線路斷裂和掉落的可能性，降低了發(fā)生壓力事故的可能性。

2 壓力容器壁厚優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容也在不斷地完善著，以適應(yīng)我國日益嚴(yán)峻的用壓形勢。以下筆者將從壓力容器設(shè)計的各個方面出發(fā)，探討壓力容器涉及的一般內(nèi)容。

2.1 保護(hù)設(shè)置

由于壓力容器輸送的壓力往往很大，因此在傳輸過程中存在著一定的安全隱患。并且，壓力容器上為了保證一定的壓力輸出，壓力工程師經(jīng)常會在壓力容器上安裝較多的放壓設(shè)施，這就更加使得壓力容器的工業(yè)的安全性面臨著很大的問題，因此做好壓力容器的保護(hù)設(shè)施是十分必要的。傳統(tǒng)上的保護(hù)指的就是對壓力容器上的放壓設(shè)施進(jìn)行的保護(hù)。壓力容器在正常工業(yè)時，經(jīng)常會出現(xiàn)雷雨的天氣，這種天氣極易導(dǎo)致壓力容器出現(xiàn)各種安全的故障。并且由于種種的原因，壓力容器經(jīng)常需要在超負(fù)荷的情況下進(jìn)行工作，這就更加為壓力容器的保護(hù)帶來不便。

壓力容器的結(jié)構(gòu)在一般來說采用的是多回工業(yè)線路的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有著一個很大的特點，那就是工業(yè)線路的絕緣子數(shù)量繁多，增大了工業(yè)線路進(jìn)行檢修的難度，并且壓力容器架設(shè)的高度也給故障的檢修工作帶來極大的難度。雖然如此，這種同塔多回路的工業(yè)結(jié)構(gòu)雖然存在著一定的弊端，但是又有著極大的優(yōu)越性。首先，同塔多回路的工業(yè)結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)壓力容器應(yīng)對大風(fēng)，陣雨等惡劣的工作環(huán)境的能力。由于工業(yè)線路較為密集，因此其承受壓壓的極限也比傳統(tǒng)的工業(yè)結(jié)構(gòu)多了30%左右。為了降低這種工業(yè)結(jié)構(gòu)存在的弊端，需要對于導(dǎo)線的水平間距進(jìn)行一定的延長，以有利于壓力容器保護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)置。

2.2 容器壁身設(shè)計

由于壓力容器是一項對于工業(yè)結(jié)構(gòu)要求較高的設(shè)計工程，因此需要對于設(shè)計方案進(jìn)行合理的探究。不同于傳統(tǒng)的只采用單一線路的工業(yè)工程，壓力容器在實際工作中需要承受較高的風(fēng)壓，還有由于工業(yè)線路的交錯復(fù)雜加在壓力容器上的壓場的壓力，然而，壁身的重量也對于工業(yè)線路的工業(yè)效率有著一定的影響。在大型設(shè)施的壓力防護(hù)的設(shè)計中，采用的重要工程與安全系數(shù)結(jié)合起來的做法會有效提升壓力傳輸?shù)男?，因此，壓力容器的壁身設(shè)計也可以仿照此種做法來加強(qiáng)壓力容器工業(yè)的穩(wěn)定性。

為了進(jìn)一步減少壁身的重量對于工業(yè)產(chǎn)生的影響，加強(qiáng)壁身應(yīng)對雷雨天氣的能力。需要將壁身進(jìn)行一定的加固設(shè)計，考慮到這個方面，許多的壓力工程師在壁身的設(shè)計上經(jīng)常采用高強(qiáng)度的鋼材來增加壁身的承載力。另外，對壁身進(jìn)行一定的鋼管結(jié)構(gòu)的改造也可以在較大程度上提高壁身的承重。然而，僅僅確定壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要施工人員在實際施工時仔細(xì)考察相應(yīng)的施工環(huán)境，按照相關(guān)的壓力工程的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一定的施工，以在最大程度上降低安全系數(shù)，提高壓力容器運行的可靠性。

3 壓力容器的壁厚優(yōu)化設(shè)計

由于我國壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計在實際應(yīng)用中存在著諸多的問題，其工業(yè)的質(zhì)量仍需要通過一定的手段加以提高。以下將探討壓力容器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的要點。3.1 增強(qiáng)壓力容器的防雷能力

圖1 優(yōu)化設(shè)計流程

表1 反應(yīng)器優(yōu)化前結(jié)構(gòu)參數(shù)表 mm

考慮到壓力容器是一項大型的工業(yè)設(shè)計工程，如果在其實際運行中出現(xiàn)較強(qiáng)的雷壓很有可能會使壓力容器上的工業(yè)線路造成破壞，極有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故，同時也對工業(yè)事業(yè)的經(jīng)濟(jì)帶來不可估量的損失。為了避免電壓的影響，壓力設(shè)計人員需要通過加設(shè)一定數(shù)量的地線來降低壓力容器的整體壓位，使得壓力容器能夠長時間高效穩(wěn)定地運行。

表2 反應(yīng)器優(yōu)化前后尺寸對比表

3.2 合理選用的容器鋼材

任何一種壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案都要不可避免地考慮到材料對于載荷承載能力，然而選用合適的壓力容器的鋼材需要綜合考慮各項因素。壓力容器對于材料質(zhì)量的要求較高，合理設(shè)計壁厚滿足設(shè)備承載能力，發(fā)揮材料最佳的性能。

3.3 優(yōu)化壓力容器壁厚

優(yōu)化容器壁厚的主要指的是有限元軟件分析容器受力情況，整體應(yīng)力水平和局部高應(yīng)力情況。對所要分析的壓力容器建立模型，通過ansys網(wǎng)格化細(xì)分模型，施加載荷，軟件求解器進(jìn)行數(shù)值運算，分析容器承受的應(yīng)力情況、位移水平和各部位局部應(yīng)力情況，達(dá)到進(jìn)一步合理優(yōu)化容器壁厚。

4 結(jié)束語

綜上所述，深入研究壓力容器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計方案可以在極大程度上提高工業(yè)建設(shè)的穩(wěn)定性，并且從基于ANSYS的有限元的設(shè)計方法，對于壓力容器所能夠承受的載荷進(jìn)行分析優(yōu)化，能夠在一定程度上保證壓力容器的安全使用。

參考文獻(xiàn)

［1］ 朱愛華，柴國鐘.應(yīng)用有限元分析軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計［J］.煤礦機(jī)械，2004，（1）：15-17.

［2］ 柯常忠，索海波.ANSYS優(yōu)化技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用［J］.煤礦機(jī)械，2005，（1）：9-11.

Optimization Design of Wall Thickness of Pressure Vessel Based on ANSYS

Chen Jia-qi

Abstract：By using finite element analysis software ANSY pressure vessel wall thickness analysis and design， optimization of the wall thickness of the container using the reasonable control of material costs， improve load capacity of the overall structure of the pressure vessel can be designed to achieve the best optimization， from ANSYS this finite element analysis software start to explore some of the pressure vessel wall thickness optimization scheme， the majority of my colleagues for reference exchange use.

Key words：ANSYS；pressure vessel；optimization design

中圖分類號：TH49

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1003–6490（2016）02–0076–02

收稿日期：2016–01–22

作者簡介：陳加齊（1987—），男，福建福鼎人，助理工程師，主要研究方向為傳熱設(shè)備。