应力分析在加氢反应器设计上的应用

1，常规设计

炼油装置中的厚壁加氢反应器因压力高，温度高，温差大，材料一般都是CrMo钢堆焊不锈钢、设备直径和壁厚都比较大，下封头与裙座之间的连接，需要采用特殊结构，如图4所示。塔器的下封头与裙座连接结构的计算往往采用NB/T 47041-2014《塔式容器》进行校核。标准中的计算公式，未考虑热应力的影响，而且该结构的突变与标准中给出的计算模型是不同的。加氢反应器的设计需要在这个位置设置隔气圈，形成一个封闭的空间，避免温度梯度的急剧变化，减少热应力的不利影响，在结构上对突变的位置采用圆滑过渡的形式，减少应力集中，见图1所示。

图1：

2，分析设计

因加氢反应器壳体壁厚较大，温度梯度分布不均，存在约束的位置热应力得不到释放，容易产生较高的热应力，这就需要对该结构进行热应力分析，查看温度分布情况，并进行热结构耦合分析，避免热应力的破坏。加氢反应器一般存在硫化和再生工况，压力和温度同时循环波动，需要对该结构进行疲劳分析校核，以确定该结构承受循环载荷而不发生疲劳破坏的能力，热结构耦合应力分析见图2所示。

图2：

其实，每一标准规范都有其适用范围，并不能包含所有工况，每种计算方法都有其自身的优点和不足，对常规设计不能确定的问题，对特殊部位或者不确定的因素，还需进行详细的应力分析计算，可以采用应力分析方法进行计算来解决，如果通过应力分析的线性化路径分析不能确定，可以采用塑性分析方法，包括极限载荷分析和弹塑性分析。一台设备整体属于常规设计，对于超范围的局部结构或者局部应力的校核，可以采用应力分析方法进行校核。常规设计和分析设计相互补充，相互结合，不断对标准进行完善，为工程设计进行指导。