1、 1 目录 前言前言 . 1 1 1 有限元法有限元法 . 3 1.1 有限元法概述 . 3 1.2 有限元法与其他分析法的区别 . 3 1.3 有限元法解题步骤 . 6 2 2 有限元分析软件有限元分析软件 ANSYSANSYS . 8 2.1 ANSYS 软件简介 8 2.2 ANSYS 软件的功能. 10 2.3 ANSYS 软件的分析过程. 11 2.3.1 前处理 11 2.3.2 加载求解 12 2.3.3 后处理 12 3 3 高压分离罐高压分离罐 13 3.1 加氢精制简介 13 3.2 高压分离罐的总体结构 14 3.2.1 材料 15 3.2.2 筒体 15 3.2.3 封
2、头 15 3.3.4 裙座 16 4 4 高压分离罐应力分析及强度校核高压分离罐应力分析及强度校核 17 4.1 分析设计简介 17 4.2 应力分类 18 4.2.1 一次应力 P. 19 4.2.2 二次应力 Q. 19 4.2.3 峰值应力 F. 20 4.3 应力强度评定方法 20 4.4 设计条件 21 2 4.5 高压分离罐应力分析 22 4.5.1 上封头 22 4.5.1 油气入口开孔 28 4.5.3 裙座 34 结论结论 41 参考文献参考文献 42 谢辞谢辞 43 附录附录 1 1. 44 附录附录 2 2. 49 附录附录 3 3. 53 1 前言 石化工业是国民经济的
3、重要支柱产业之一，是提供交通运输燃料和石油化工原料的工 业，在国民经济、国防和社会发展中具有极其重要的地位和作用。随着人类对石油产品的需 求量不断增加，人类对油品质量的要求也也来越高。为了获取高质量的石油加工产品或增产 石油化工原料和中馏份油，以及适应高含硫原油、劣质原油深加工的需要与改善环境条件等 目的，在现代石油加工工业中出现了加氢工艺装置。 加氢工艺于 1927 年在工业上得到应用，但由于高压设备制造困难，合金钢材耗用量大， 投资大等原因，因此在石油炼制工业中一直未得到迅速发展。加氢工艺过程具有工艺流程简 单、生产灵活性大，产品收率高，质量好等优点，现在它已作为现代炼油技术在各国炼油行
4、业广泛应用。 20 世纪 90 年代以来，世界炼油企业加工的原油重质化趋势加大，原油中硫和重金属含 量明显上升，以及各国的环保法规对石油加工产品清洁性要求日趋严格，炼油企业不得不采 用清洁生产工艺来生产清洁燃料。与此同时，人们发现柴油机具有明显的节能优势，而且在 减少其尾气污染物排放和污染物治理方面也取得了显著成效。 成品油市场中柴油需求增长速 度远高于汽油。芳烃和乙烯等原料的需求也不断增长，仅仅依靠原油加工量的增长已不能满 足需要。因此，加氢工艺和技术受到世界各大石油公司的普遍重视，加氢装置建设和技术开 发明显加快。 高压分离罐作为加氢工艺装置的关键设备，长期处于高温、高压、临氢、高温硫和硫
5、化 氢环境，使用条件苛刻，其设计和制造难度较大。长期以来，国内外对其设计、材料和制造 技术进行了大量的理论研究和工程实践，特别是近年来，随着加氢装置的大型化，高压分离 罐的制造周期加长、生产成本不断提高。为了缩短制造周期、降低生产成本，保证加氢反应 器的安全可靠运行，开发了新材料，应用了许多新工艺、新技术。 安全性是设计高压分离罐遵循的重要准则，随着大型化高参数化工容器的广泛使用，在 设计观点和方法上，以往所采用的基于弹性失效准则的按“常规设计”方法已不能完全适应 2 工程设计的要求，基于塑性失效准则的“分析设计”越来越多的应用到现代容器的设计中。 分析设计的基础首先是对容器关键部位进行应力分
6、析，对载荷和应力进行分类。应用流体分 析模型和应力分析技术进行流体场和温度场的模拟， 解决了分离器高应力区和高温度区的应 力计算，大大提高了计算的准确性和使用的安全性。ANSYS 作为最通用有效的有限元软件之 一，在压力容器的应力分析设计中得到了广泛应用。 本文就高压分离罐进行了分析设计说明， 其中简要的说明了高压分离罐的结构及结构特 点，并结合 JB4732-95钢制压力容器分析设计标准着重对加氢反应器局部的应力分布 集中状态和应力校核进行了详细的论述。同时，还对所使用的有限元方法和 ANSYS 14.0 做 了简要的说明。 3 1 有限元法 1.1 有限元法概述 有限元法(FEM，Finite Element Method)起源于到 20 世纪 40 年代。Courant 第一次应 用定义在三角区域上的分片连续函数和最小位能原理来求解 St.Venant 扭转问题。 现代有限 单元法的第一个成功的尝试是在 1956 年，Turner、Clough 等人在分析飞机结构时，将钢架 位移法推广应用于弹性力学平面问题，给出了用三角形单元求得平面应力问题的正确答案。 1960 年，Cl
