基于UG對(duì)臥式聚丙烯儲(chǔ)罐壁厚設(shè)計(jì)的校核

邱偉平* 姚吉飛 許淳建

（杭州新安江工業(yè)泵有限公司）

1 臥式儲(chǔ)罐及聚丙烯特點(diǎn)

由于化工、醫(yī)藥、冶金、礦山、環(huán)保及新能源等行業(yè)不斷發(fā)展，生產(chǎn)過(guò)程中物料常為酸性或弱酸性鹽等腐蝕性介質(zhì)，對(duì)儲(chǔ)存設(shè)備的材質(zhì)有較高要求，不僅要能防腐蝕，同時(shí)還要具備足夠的機(jī)械強(qiáng)度，并要有較長(zhǎng)的使用年限。

整臺(tái)設(shè)備全部采用塑料聚丙烯（PPH）材料制作，罐體采用整體纏繞成型。聚丙烯材料能耐一般酸堿鹽，具有制作周期短，機(jī)械強(qiáng)度高，耐腐蝕性能強(qiáng)，成本適宜，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

目前罐體整體纏繞的生產(chǎn)方式較為先進(jìn)，材料為中國(guó)石化北京燕山分公司提供的PPH（牌號(hào)PPH-176），由質(zhì)檢單提供的主要性能指標(biāo)可見(jiàn)表1。

2 PPH纏繞臥式儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)

以常用的8 m3臥式儲(chǔ)罐為例，其基本尺寸為DN1 800 mm×3 100 mm，材質(zhì)為PPH，罐體加工方式為整體纏繞，封頭采用整體注塑成型，使用溫度為50 ℃，物料為硫酸鹽，物料比重為1.3 g/cm3，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1 所示。

表1 PPH主要性能指標(biāo)

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

常見(jiàn)臥式儲(chǔ)罐受力彎矩為中間處為M1和支座處的M2，如圖2 所示，從使用情況分析，受力最大的是罐體中間處的應(yīng)力σ1和罐體支座處的應(yīng)力σ2，可見(jiàn)圖1。

圖2 儲(chǔ)罐受力彎矩圖

2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1.1 罐體壁厚計(jì)算

設(shè)備強(qiáng)度的解決方法有很多，比如增加立腳數(shù)量、增加加強(qiáng)圈的數(shù)量和結(jié)構(gòu)、增加罐體壁厚等。在實(shí)際使用中，更換現(xiàn)場(chǎng)罐子情況較多，故本文討論的是在不改變結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加罐體壁厚δ來(lái)解決問(wèn)題的方法。需要重新設(shè)計(jì)筒體厚度δ，按標(biāo)準(zhǔn)材料厚度規(guī)格逐級(jí)核算，再次通過(guò)上述公式重新計(jì)算和校核，直到其滿足許用應(yīng)力要求為止。

2.2 基于UG進(jìn)行的模擬受力分析后的變形位移量S

圖3 為UG 軟件里對(duì)罐子結(jié)構(gòu)的三維模型。圖4為UG 軟件里的罐子分析前的網(wǎng)格化設(shè)置。

圖3 罐體模型

圖4 罐體模型風(fēng)格化

圖5 是壁厚為12 mm 時(shí)，軟件UG 分析的各網(wǎng)格位移量S。

圖5 壁厚為12 mm時(shí)，各網(wǎng)格位移量

從UG 的受力分析后的位移量S來(lái)看，罐體頂部中間段位移量最大，為9.90 mm。根據(jù)GB/T 25197—2010《靜置常壓焊接熱塑性塑料儲(chǔ)罐（槽）》規(guī)定，最大撓度（位移量）應(yīng)不大于相應(yīng)槽壁厚度的1/2，即Smax≤1/2δ，所以該結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度不能滿足設(shè)備使用要求。

圖6 是壁厚為18 mm 時(shí)，UG 分析各網(wǎng)格的實(shí)際位移量。

圖6 壁厚為18 mm時(shí)，各網(wǎng)格位移量

圖圖6 可知，最大位移量Smax=5.67 mm，罐體壁厚δ=18 mm，Smax（5.67 mm）＜9 mm，故該厚度可滿足罐體的使用要求。

3 結(jié)論

通過(guò)核算設(shè)備最大受力點(diǎn)的許用應(yīng)力來(lái)設(shè)計(jì)罐體壁厚，然后經(jīng)UG 軟件對(duì)網(wǎng)格化后罐體各點(diǎn)的位移量進(jìn)行分析，從而校核罐體壁厚對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的符合性和設(shè)備使用的安全性，驗(yàn)證罐體的整體強(qiáng)度。該校核說(shuō)明了設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果和UG 軟件分析得到的結(jié)果是一致的。