内压管道大开孔凸缘区应力集中的有限元分析  

作　　者：王茂辉 

机构地区：[1]英能科能源技术(北京)有限公司,北京100004

出　　处：《中国石油和化工标准与质量》2022年第9期95-101,共7页China Petroleum and Chemical Standard and Quality

摘　　要：聚乙烯装置反应器循环气进气管道是维系整个反应进行的核心管道。在进气管道上设置大人孔,以便于对反应器的检修与维护,但此大开孔却直接破坏了管道内薄膜应力分布的连续性,引起局部区域的应力集中,使开孔-凸缘区成为整套装置安全稳定地运行的薄弱环节。因此,弄清该管道开孔-凸缘区的应力分布及其应力强度的安全性显得十分必要。所考察内压循环气管道的外径为φ1067mm,壁厚为20.62mm,计算长度为2000mm。在垂直于该管道的轴向开大孔,焊接凸缘,开孔直径为φ779mm,壁厚为149.5mm,凸缘外接长度为100mm。针对此特殊大开孔结构,本文利用ANSYS有限元软件分别对循环气进气管道大开孔-凸缘区在操作工况、设计工况及试压工况的应力分布进行研究。通过有限元程序计算表明:在操作、设计、试压工况3种工况下开孔凸缘区的应力集中呈相似分布,不连续结构的高应力区分布于3个区域,即主管外壁与外焊缝相贯线附近节点、内焊缝与凸缘外壁根部相贯线附近节点及凸缘内壁根部倒角过渡截面相交线附近节点;且在凸缘内壁根部倒角过渡节点出现峰值应力;内焊缝与凸缘外壁相贯线节点和凸缘内壁根部倒角过渡截面相交线节点的高应力区最大主应力值与应力强度沿着焊缝先减小后增大,呈对称分布;而主管外壁与外焊缝相贯线节点最大主应力值与应力强度却相反,亦呈对称分布;不连续结构高应力区的最大主应力与应力强度随着内压的增大而增大,且在试压工况下凸缘内壁倒角根部尖角应力集中系数达到了2.37。同时局部高应力区的应力强度皆在应力强度限制以内。采用有限元软件能够较为准确地求解管道大开孔应力集中分析,为设计合理的管道凸缘结构提供重要的参考依据。

关 键 词：管道大开孔 凸缘 应力集中 应力集中系数 有限元分析 

分 类 号：TH49[机械工程—机械制造及自动化]