田 震

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

硫磺回收及尾氣處理裝置反應(yīng)器采用帶折流板的分腔儲罐的結(jié)構(gòu)，分腔儲罐內(nèi)部分別進行氧化還原反應(yīng)，實現(xiàn)尾氣處理并回收硫磺[1]。該結(jié)構(gòu)形式既簡化了工藝流程，又節(jié)省了占地空間降低了造價成本，但設(shè)備規(guī)格大、結(jié)構(gòu)特殊為國內(nèi)首次工程應(yīng)用。本文利用PV Desktop軟件進行整體結(jié)構(gòu)計算，利用有限元方法對超出PV Desktop軟件計算范圍的分腔結(jié)構(gòu)進行分析，解決了實際工程難題。

1 結(jié)構(gòu)簡介

結(jié)構(gòu)主要特點：外形為拱頂罐，罐體內(nèi)部設(shè)置中心立柱、折流板和溢流板。折流板把氣相空間分為互不連通的脫氣區(qū)及反應(yīng)區(qū)獨立兩腔，且兩個氣相空間存在一定壓差。結(jié)構(gòu)詳見圖1、圖2。

圖1 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 反應(yīng)器氣相空間分腔示意圖

2 整體計算

首先利用PV Desktop軟件建立整體模型，按照GB50341-2014對罐底、罐壁、罐頂、錨固結(jié)構(gòu)進行常規(guī)計算，確定各結(jié)構(gòu)尺寸。利用PV Desktop軟件計算后，因中心立柱與折流板造成設(shè)備整體結(jié)構(gòu)不連續(xù)，反應(yīng)器內(nèi)件超出PV Desktop軟件計算范圍。因此，利用ANSYS軟件對分腔儲罐進行整體應(yīng)力分析，重點考慮中心立柱、罐頂連接處及折流板的強度。

3 有限元分析

3.1 有限元模型建立[3]

有限元模型建立過程選用殼單元和梁單元，模型反應(yīng)器包含底板、壁板、頂板、折流板、中心立柱、折流板加強筋和頂板加強筋,模型結(jié)果如圖3所示。

圖3 內(nèi)部折流板及中心立柱模型

考慮強度問題時，正壓工況為危險工況，折流板兩側(cè)壓差3 kPa，計算過程中考慮以下載荷：通過施加重力加速度考慮反應(yīng)器自重；設(shè)計壓力；風(fēng)壓；罐壁施加最大設(shè)計液位下的液柱靜壓力；罐頂工藝載荷。

3.2 應(yīng)力計算結(jié)果輸出

經(jīng)有限元計算，提取正壓工況下反應(yīng)器整體受力云圖，如圖4所示。

圖4 反應(yīng)器整體受力云圖

殼單元中面輸出的應(yīng)力為截面上一次薄膜應(yīng)力，根據(jù)計算結(jié)果可知，反應(yīng)器最大薄膜應(yīng)力位于罐頂與中心立柱連接處，最大應(yīng)力為90.2 MPa，此處因中心立柱限制了罐頂?shù)淖冃?，?yīng)力較大。另外，折流板與罐頂連接處、罐頂與罐壁連接處應(yīng)力也較大。

3.3 評定應(yīng)力強度值及評定結(jié)果

提取罐頂、中心立柱、折流板及加強筋應(yīng)力計算結(jié)果，應(yīng)力強度評定如表1所示。

表1 應(yīng)力強度評定結(jié)果表

4 結(jié)語

經(jīng)計算及分析可知分腔儲罐雖然有簡化工藝流程、便于操作、節(jié)省占地面積、降低造價成本的優(yōu)點，但是考慮折流板造成罐體結(jié)構(gòu)不連續(xù)，計算過程需重點考慮中心立柱、折流板與罐頂連接處應(yīng)力。目前對于規(guī)格較大的分腔式反應(yīng)器國內(nèi)鮮有工業(yè)化先例，在實際工程中若條件允許建議優(yōu)先分為兩臺罐進行設(shè)計。