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    基于UG對(duì)臥式聚丙烯儲(chǔ)罐壁厚設(shè)計(jì)的校核

    2020-09-09 07:34:26邱偉平姚吉飛許淳建
    化工裝備技術(shù) 2020年4期
    關(guān)鍵詞:體壁臥式罐體

    邱偉平* 姚吉飛 許淳建

    (杭州新安江工業(yè)泵有限公司)

    1 臥式儲(chǔ)罐及聚丙烯特點(diǎn)

    由于化工、醫(yī)藥、冶金、礦山、環(huán)保及新能源等行業(yè)不斷發(fā)展,生產(chǎn)過(guò)程中物料常為酸性或弱酸性鹽等腐蝕性介質(zhì),對(duì)儲(chǔ)存設(shè)備的材質(zhì)有較高要求,不僅要能防腐蝕,同時(shí)還要具備足夠的機(jī)械強(qiáng)度,并要有較長(zhǎng)的使用年限。

    整臺(tái)設(shè)備全部采用塑料聚丙烯(PPH)材料制作,罐體采用整體纏繞成型。聚丙烯材料能耐一般酸堿鹽,具有制作周期短,機(jī)械強(qiáng)度高,耐腐蝕性能強(qiáng),成本適宜,使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

    目前罐體整體纏繞的生產(chǎn)方式較為先進(jìn),材料為中國(guó)石化北京燕山分公司提供的PPH(牌號(hào)PPH-176),由質(zhì)檢單提供的主要性能指標(biāo)可見(jiàn)表1。

    2 PPH纏繞臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)

    以常用的8 m3臥式儲(chǔ)罐為例,其基本尺寸為DN1 800 mm×3 100 mm,材質(zhì)為PPH,罐體加工方式為整體纏繞,封頭采用整體注塑成型,使用溫度為50 ℃,物料為硫酸鹽,物料比重為1.3 g/cm3,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1 所示。

    表1 PPH主要性能指標(biāo)

    圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖(單位:mm)

    常見(jiàn)臥式儲(chǔ)罐受力彎矩為中間處為M1和支座處的M2,如圖2 所示,從使用情況分析,受力最大的是罐體中間處的應(yīng)力σ1和罐體支座處的應(yīng)力σ2,可見(jiàn)圖1。

    圖2 儲(chǔ)罐受力彎矩圖

    2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算

    2.1.1 罐體壁厚計(jì)算

    設(shè)備強(qiáng)度的解決方法有很多,比如增加立腳數(shù)量、增加加強(qiáng)圈的數(shù)量和結(jié)構(gòu)、增加罐體壁厚等。在實(shí)際使用中,更換現(xiàn)場(chǎng)罐子情況較多,故本文討論的是在不改變結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,增加罐體壁厚δ來(lái)解決問(wèn)題的方法。需要重新設(shè)計(jì)筒體厚度δ,按標(biāo)準(zhǔn)材料厚度規(guī)格逐級(jí)核算,再次通過(guò)上述公式重新計(jì)算和校核,直到其滿足許用應(yīng)力要求為止。

    2.2 基于UG進(jìn)行的模擬受力分析后的變形位移量S

    圖3 為UG 軟件里對(duì)罐子結(jié)構(gòu)的三維模型。圖4為UG 軟件里的罐子分析前的網(wǎng)格化設(shè)置。

    圖3 罐體模型

    圖4 罐體模型風(fēng)格化

    圖5 是壁厚為12 mm 時(shí),軟件UG 分析的各網(wǎng)格位移量S。

    圖5 壁厚為12 mm時(shí),各網(wǎng)格位移量

    從UG 的受力分析后的位移量S來(lái)看,罐體頂部中間段位移量最大,為9.90 mm。根據(jù)GB/T 25197—2010《靜置常壓焊接熱塑性塑料儲(chǔ)罐(槽)》規(guī)定,最大撓度(位移量)應(yīng)不大于相應(yīng)槽壁厚度的1/2,即Smax≤1/2δ,所以該結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度不能滿足設(shè)備使用要求。

    圖6 是壁厚為18 mm 時(shí),UG 分析各網(wǎng)格的實(shí)際位移量。

    圖6 壁厚為18 mm時(shí),各網(wǎng)格位移量

    圖圖6 可知,最大位移量Smax=5.67 mm,罐體壁厚δ=18 mm,Smax(5.67 mm)<9 mm,故該厚度可滿足罐體的使用要求。

    3 結(jié)論

    通過(guò)核算設(shè)備最大受力點(diǎn)的許用應(yīng)力來(lái)設(shè)計(jì)罐體壁厚,然后經(jīng)UG 軟件對(duì)網(wǎng)格化后罐體各點(diǎn)的位移量進(jìn)行分析,從而校核罐體壁厚對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的符合性和設(shè)備使用的安全性,驗(yàn)證罐體的整體強(qiáng)度。該校核說(shuō)明了設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果和UG 軟件分析得到的結(jié)果是一致的。

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