案例分析—裙座与封头热箱的热结构耦合分析

关于裙座与下封头热箱的热结构耦合分析以及疲劳分析，很多朋友一直感到困惑，有的问塔釜内的传热怎么计算，热箱怎么计算，其它的边界条件该怎么设置，今天老梁花了几个小时的时间，把这个曾经的案例弄出来分享给大家。

一：隔气圈的设置

根据SH/T3098-2011石油化工塔器设计规范，7.3.8的规定，当塔器或塔釜的设计温度等于或大于350摄氏度时，应在裙座筒体上部，靠近封头处设置隔气圈，隔气圈的位置和形式详细见标准7.3.8.2。

隔气圈的设置，与裙座和封头组合成热箱，对缓冲热应力的分布，避免热应力梯度过大有很大的帮助，特别是存在热应力疲劳的工况，更应该增加隔气圈。本例以直径2000mm的塔器为例，封头壁厚10mm,内部介质操作温度400摄氏度，隔气圈的设置按照SH/T3098-2011标准来进行，保温层厚度80mm,材料为硅酸铝。环境温度20摄氏度，内部介质对流传热系数1000W/m²℃，空气对流传热系数12W/m2℃，不同温度下的弹性模量，导热系数，热膨胀系数，本文程序默认，真正计算时请查找材料真实的数据。

保温和隔气圈

二：热箱的热结构耦合分析

边界条件：塔釜内进行对流传热，保温外空气对流传热，裙座裸 露金属与空气对流传热，裙座内与裙座外的环境温度等同，不进行细分。其它边界绝热。在操作压力和边界条件完全相同的情况下，查看有辐射和无辐射的计算结果：

1.不考虑热辐射的工况：热结构耦合分析结果：

热应力分析：

热结构耦合分析：

2.考虑热辐射的工况：热结构耦合分析结果：

热应力分析：

热结构耦合分析：

三.结果比较：

通过计算发现，热结构耦合分析，最大应力值在裙座与封头连接处，在裙座筒体内侧，如果采用H型过渡锻件，这个位置的应力值会很明显。以往的计算，仅考虑对流和传导传热，而实际上热箱里存在热辐射，对热应力的降低有一定的缓解作用。所以我们进行吸附塔等分析设计的时候，特别是存在温度波动的工况，更应该对裙座与封头连接处的热箱进行详细的应力分析，对疲劳工况进行校核。疲劳工况校核之前，一定要先对裙座的最大应力位置进行安全评定哦！