基于ANSYS制氫吸附器的安全評(píng)定和結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、制氫吸附器是一種比較典型的壓力容器，是石油煉化、化工、冶金等行業(yè)中常見的重要設(shè)備。由于其操作工況復(fù)雜苛刻，操作工況為高壓和低壓周期性地交替作用，吸附介質(zhì)性質(zhì)大多為易燃易爆物質(zhì)，故制氫吸附器危險(xiǎn)性較高，屬于易疲勞壓力容器。而現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對(duì)吸附器的安全性和可靠性提出越來越高的要求。本課題所研究的勝利石化總廠制氫工藝中的制氫吸附裝置，于1998年開始投入使用，至今已經(jīng)連續(xù)使用了13年，處于超期服役狀態(tài)。要提高生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，防止安全事故的發(fā)生

2、，對(duì)該吸附器進(jìn)行準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析、安全性評(píng)定、疲勞壽命預(yù)測(cè)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文在查閱大量國內(nèi)外文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，采用彈性分析和彈塑性分析相結(jié)合的方法，利用大型有限元分析軟件ANSYS對(duì)吸附器進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)吸附器的整體和局部進(jìn)行了較為詳細(xì)的應(yīng)力分析、安全評(píng)定和壽命預(yù)估。并且經(jīng)過計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)吸附器的危險(xiǎn)截面位于筒體手孔鍛件拐角處，人孔開孔補(bǔ)強(qiáng)元件的內(nèi)壁，進(jìn)口接管補(bǔ)強(qiáng)元件處，下封頭與裙座相交拐

3、角處。其中，筒體手孔鍛件拐角處的應(yīng)力水平最高，嚴(yán)重制約著吸附器的疲勞壽命。通過計(jì)算，估算出該吸附器的疲勞壽命為17年。除此之外，本文還分析了內(nèi)表面裂紋對(duì)吸附器疲勞壽命的影響。針對(duì)制約吸附器疲勞壽命的手孔鍛件拐角部位，利用ANSYS軟件提供的參數(shù)化設(shè)計(jì)語言APDL及優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊OPT，重新建立有限元分析模型，對(duì)手孔鍛件的內(nèi)外倒角進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，得出了可以使手孔鍛件部位最高應(yīng)力降低吸附器壽命提高的最佳方案。并將此方案得出的參數(shù)還原到筒體手孔