分子筛吸附器结构应力分析及疲劳评定

摘要

分子筛吸附器主要用于控制天然气中的水露点，在工作过程中分为脱水和再生两部分，因此受到温度和压力交变载荷的作用而产生疲劳。作为油田天然气脱水装置中的重要设备，其疲劳特性直接影响到整个装置的安全性及可靠程度。在设计阶段对分子筛吸附器进行疲劳分析及其结构应力分析设计，而替代从国外进口，对整个工程来说是至关重要的。
　　本文阐述了国内外吸附器的发展过程、研究现状和结构特点，概述了钢制压力容器—分析设计标准、数值模拟技术基础理论。以中海油重点工程“渤南油气田开发项目陆上终端”中的分子筛吸附器为研究对象，采用有限元法对整个设备进行了结构应力分析及疲劳评定，给出了吸附器各部分的力学模型及网格划分图；通过分析各部分变形图、应力分布图及分析点温度分布图，得出相应的结论。
　　设计工况下设备的强度评定包括总体薄膜应力强度、局部薄膜应力强度以及局部薄膜加局部弯曲应力强度。由于评定结果受设备局部结构影响较大，峰值应力均出现在结构不连续处，所以要求在满足计算厚度同时，封头接管、筒体接管处过渡圆弧半径至少为5mm，所有对接焊缝需打磨至与母材平齐，并需按图纸提出的探伤要求进行评定。
　　本设备在操作工况下操作温度由28～260℃不断变化，由于温差的存在，使设备产生疲劳载荷。研究表明，当设备在壁厚方向存在60℃的温差时，所产生的应力强度评定合格。通过控制工艺操作参数，可大大降低分子筛吸附器的疲劳失效的可能性，提高设备的使用寿命。
　　通过分析设计方法进行分子筛吸附器的结构设计，使最大应力满足强度条件的同时，节省了材料，质量最轻，取得了令人满意的效果，充分保证了设备运行的安全性能。