浅析尿塔结构断裂中段的形态

浅析尿塔结构断裂中段的形态尿素塔是一种典型的耐高压、高温和强烈腐蚀的反应器，且尿素塔的腐蚀是绝对的[1][2]。由于尿素塔操作环境苛刻，介质腐蚀严重以及制作上的一些缺陷，已导致多起爆炸事故发生。2005年3月21日，山东某化肥厂尿素合成塔发生爆炸[3]；1977年12月8日，哥伦比亚尿塔爆炸；1995年10月7日，河北某化肥厂尿素合成塔发生爆炸；2004年7月30日，缅甸某化肥厂尿素塔发生爆炸[4-7]；据相关资料证实，早期使用的尿素塔，现在已有约0.04%的设备发生爆炸[8]。为了降低事故发生率，很多国家已经开始改变尿素塔的结构及制造技术，如采用安全性能高的多层包扎结构等[9-12]。为降低爆炸损失，对尿塔结构断裂展开分析是探讨尿塔爆炸机理的一项重要步骤。文中采用内径1400mm，壁厚110mm的尿塔作为分析对象。1分析软件的选定有限元法是求解数值方程的一种计算方法，在解决实际工程问题中是一种有力的数值计算工具，，它将弹性理论、计算数学与计算软件有机结合进行问题分析计算。目前在工程中应用比较广泛，几乎所有的弹塑性结构静力学与动力学问题都可利用它获得满意的数值近似结果[13-14]。与其它大型有限元程序相比，ANSYS在对工程结构静力学和动力学分析中优势明显，其在土木、机械和化工等工业领域应用比较广泛，发展前景比较好。尤其是在结构分析中的强大功能，如线性、非线性的结构静力学分析；非线性分析：主要包括几何非线性，如大变形、大应变、应力强化旋转软化等对处理尿塔的结构断裂变形有很好的分析作用。2创建模型尿素塔断裂时，形成冲击压力对塔体产生反作用，导致了结构形变及抛离现象。裂口形成后促使塔体变形加速，使得塔体断裂成为一个逐渐张开趋势，如图1所示，为中段筒体张开截面图。随着载荷变化，中段继续变形，具体形变情况在下文中分析。3模型分析3.1起始开裂模型分析裂口形成初始阶段，出口物料由裂口处塔体内部提供，因此，此时塔体内部压力不会增大，但塔体外部压力却得到增大。随着裂口加大，撕裂段内部物料减少，物料开始由塔体上半部筒体提供，此时高压蒸汽团会在撕裂段内部形成。因此，作用在断裂段上的载荷是由19.6MPa逐渐增大到40MPa的过程。在初始状态下，压力载荷为19.6MPa，利用ANSYS中的几何非线性模块进行分析。载荷沿开裂口平面对称分布，从开裂口出开始沿环向剪切筒体，因此与开口对称分布的筒体沿纵向会形成类似旋转轴的中心体。建立有限元分析模型。材料属性中的杨氏模量、泊松比及密度按16MnR设置。选择相应的体单元，设置网格尺寸大小为0.1，然后对体进行自由划分，将显示项设置为单元项得到如图2所示的网格划分图样。由于筒体的纵向结构相同，也可以对面网格划分后进行拉伸处理得到相应的图样。文中分析步骤采用轴对称原理，选取A面为对称中心，即施加限制各向自由度约束。B面受均布内压作用，定义载荷为Pressure，大小19.6MPa。C、D两面在开裂前受筒体轴向应力、径向应力及周向应力作用，当结构沿纵向开裂时，由于轴向应力不变化，但由于开裂会使周向处于自由状态，在径向应力作用下筒体形成一种纯剪切模式。根据Mises准则，筒体在弹塑性状态下，弹塑性交界区域径向应力为中可以看出，在外力作用下，筒体中间段变形量较大，最大偏移量可达228mm。由于两端在断裂前会受到牵引力限制作用，形成的位移偏移量相对比较小，但也远超出了材质的最大允许形变量，所以最终会形成撕裂状态，但并不会导致筒节完全脱落。在筒节加载后，C、D面在开裂位置脱离了原限制载荷，而在分析时，载荷一直固定在C、D整个面上，加大了限制载荷，即降低了端部的位移偏移量。所以，筒体的实际偏移量会偏大一点，且中间段的偏移量相对两端也会有所降低。fyipo229.com/ozsdbcgs/fyipo229.com/tybc/fyipo229.com/wlbcgs/fyipo229.com/wldb/fyipo229.com/wlqpyxdb/fyipo229.com/wsnndb/fyipo229.com/wsxjdb/fyipo229.com/xjbc/fyipo229.com/xjdb/fyipo229.com/xjdbqpyx/fyipo229.com/xjqpdbwz/fylz227.cn/ambczx/fylz227.cn/zrbjl/fylz310.cn/ddhylc/fylz310.cn/hmylc/fylz310.cn/mngylc/fylz310.cn/nygjylc/fylz310.cn/qplylc/fylz310.cn/sxylc/fylz417.cn/wsxjdb/fylz417.cn/wsxjdbwz/fywz286.cn/8hylc/fywz286.cn/yhyl/gbjdlz158.cn/amdc1/gbjdlz158.cn/bjbxsbcylc/gbjdlz158.cn/djlylc/gbjdlz158.cn/djylc/gbjdlz158.cn/dsylc/gbjdlz158.cn/fbsylc/gbjdlz158.cn/gjdc/gbjdlz158.cn/hnylc/gbjdlz158.cn/mngylc/gbjdlz158.cn/nygjylc/gbjdlz158.cn/wxylc/gbjdlz158.cn/wybylc/gbjdlz158.cn/ydylc/gbjdwz150.cn/bc/gblz190.cn/bcw/gblz190.cn/db/gblz190.cn/hptx/gblz190.cn/jgddylc/gblz190.cn/jmgj/gblz190.cn/ldgjylc/gblz190.cn/lks/gblz190.cn/mtylc/gblz190.cn/sjbylc/gblz190.cn/slylc/gblz190.cn/wsgjylc/gblz190.cn/ylb/gblz190.cn/ymxxsyl/