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催化蒸馏塔重沸器是一个能够交换热量,同时具有汽化空间的一种特殊换热器,无论是在石油化工,还是在轻工食品等生产过程中都具有极为重要的作用和广泛的实用价值。随着生产的发展,换热器的使用日益广泛,数量不断增加。为了适应石油化工工业发展的需要,换热器逐渐趋向大型化和结构复杂化发展,同时,为了改善换热器的性能,适应生产的需要,在换热器的设计制造中不断的采用新材料、新工艺和新技术,这样,换热器的安全可靠性问题就显得更加突出,引起了人们的密切关注。为此本文以延长石油化工厂的H2162-1号重沸器为研究对象,利用ANSYS有限元分析软件对其进行了可靠性研究。
首先,对该催化蒸馏塔重沸器整体结构进行结构应力分析,计算该设备在机械载荷作用下的应力分布,由应力强度云图可得最大应力强度发生在管板锻件的管程侧过渡圆角处,其最大应力强度Smax=92.7Mpa。其他可能出现较大应力的位置是管板锻件的壳程侧过渡圆角处和管板的主体位置上。
其次,对该催化蒸馏塔重沸器进行热应力分析。由于所要分析的催化蒸馏塔重沸器是在高温下工作的设备,管程和壳程的温度相差较大,温差应力的影响不容忽视。因此有必要对其温度场及机械载荷和热载荷共同作用下产生的应力进行详细的分析。本文采用的是间接法,首先进行热分析,然后将求得的单元节点温度作为体载荷施加在模型结构上进行应力分析。最后在出现较大应力的位置设定3条应力评定路径,进行线性化处理,在内压与热载荷作用下,对各路径上的一次加二次应力进行评定,由应力评定结果可得评定通过。
最后是可靠性分析。在化工生产过程中,许多设备由于特定工作环境的限制,需要考虑高温、高压、腐蚀、污染、冲蚀等恶劣的工况条件,因此对产品的安全性提出了更高的要求。本文通过可靠性分析,确定了在最大应力大于屈服强度,置信度为95%的情形下,其概率失效率为1.43%,可见催化蒸馏塔重沸器的可靠度为98.57%,基本满足强度、刚度及可靠性要求。