基于有限元模拟技术的加热炉二级盘管评定雒(luò)小明1，胡国栋2，尹俊2，白嘉伟2（1.艾默生电气中国投资有限公司，上海邮编2002332.甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司,甘肃兰州730070）摘要：利用ANSYS对两种加热炉二级盘管进行应力分析及评定，判定两种二级盘管壁厚设计是否满足实际要求。理论校核两种二级盘管的壁厚，计算壁厚是否满足设计要求。根据国内外两种不同标准的要求，按照有限元计算，判定两种二级盘管是否满足使用要求。关键词有限元ANSYS应力分析评定中图分类号:TP391.7文献标识码:AEvaluateSecondaryCoilersofHeatingFurnacebyANSYSAbstract:implementingStressAnalysisandevaluating2SecondarycoilersbyANSYS,tojudgeifthethicknessofthe2Secondarycoilerscouldmeetactualneeded.Toverified2Secondarycoilers’thicknesstomeetthedesignrequirementbycalculation.AccordingtoANSYS,basedon2differentspecificationsfromdomesticandoversea,tojudgeifthese2Secondarycoilerscouldmeetoperatingrequirement1.概述天然气在远程输送过程中常常需要增加内压以利于输运，目前最常用的增压方法是将天然气加热到一定的温度，利用其体积的膨胀进而达到增压的目的。水浴式加热炉就是这样一种天然气加热设备，它主要由炉体、烟囱、燃烧器、二级盘管、仪表控制系统等部分组成。图1为水浴式加热炉结构简图。热源由接管进入加热炉后，经燃烧室在火管中燃烧，火管浸没在液体介质的下部，火焰在盘绕状的火管中来回窜动，通过烘烤火管内壁达到对液体介质的加热。不完全燃烧物由火管经烟囱管道排出。二级盘管浸没在液体介质的上部，待加热的天然气由管道系统进入加热炉的二级盘管，天然气因吸收热液体介质的热量而被间接加热。图1水浴式加热炉结构简图1由于二级盘管内所通介质为易燃、易爆天然气，稍有不慎都会造成财产的损失甚至人员的伤害，因而对二级盘管的设计、制造乃至操作必须按相关标准及法规严格执行。本文所评定的二级盘管为某公司的一批进口产品，闲置多年。为了节约资源以修旧利新、变废为宝，该公司打算将其利用在其它气田。后经过设计人员的初步计算，发现该二级盘管套用ASME标准时其腐蚀裕量不足，因而需对此二级盘管进行安全评估。该加热炉的基本技术参数如下：设计压力12.5MPa，工作压力10.7MPa，设计温度80℃，工作温度60℃，腐蚀裕量3.2mm(ASME标准，而套用我们中国标准时为2.30mm)、材质SA—333Gr6，设计规范ASMEB31.3及B16.5。本文应用有限元分析软件ANSYS作为仿真分析工具，通过对工作状态下的加热炉二级盘管应力的计算，得出其应力的大小及分布状况，从而确定并判断出两种二级盘管的失效模式。常规设计很难从加热炉二级盘管的实际使用情况下，根据不同的时间及应力变化进行动态分析，而采用有限元计算，应用分析设计法不但可以校核加热炉二级盘管的强度，而且可以为加热炉二级盘管的可靠性设计提供理论依据。2.材料的力学性能数据计算表1是由《ASME锅炉及压力容器规范国际性规范Ⅱ材料A篇—铁基材料》所查得到的SA—333Gr6材料化学成分表，表2是由《ASME锅炉及压力容器规范国际性规范Ⅱ材料D篇—性能》所查得到的SA—333Gr6力学性能数据表。表1SA—333Gr6材料化学成分化学元素CMnPSSi化学成分（℅）≤0.30.29～1.06≤0.025≤0.025≥0.10表2SA—333Gr6力学性能数据表测试温度（℃）-30～4065100屈服强度ReL（MPa）241227220抗拉强度Rm（MPa）414414414根据文献[3]经计算SA—333Gr6在65℃时的设计应力强度Sm＝151.0MPa。根据文献[4]经经计算SA—333Gr6在65℃时的许用应力MPa。3.有限元分析为了预测二级盘管在设计寿命内的强度状况，此次有限元分析首先根据不同的腐蚀裕量分别建模。利用我国标准所建模型为第一壁厚，利用ASME标准所建模型为第二壁厚。经现场实测盘管壁厚为10.97mm，盘管壁厚为8.60mm，因而盘管的第一壁厚为10.97-2.30=8.67(mm)，第二壁厚10.97-3.20=7.77(mm)，盘管的第一壁厚为8.60-2.30=6.30(mm)，第二壁厚8.60-3.20=5.40(mm)，其次此次有限元分析所采用压力为12.5MPa的设计压力。3.1结构分析和几何模型二级盘管的形状为S型的盘绕结构，为了使...