原料气过滤器管板的优化设计

一、工艺原理

原料气由设备入口进入过滤器, 由外而内通过滤芯, >50μm的固体颗粒被拦截, 干净的介质通过上部出口流出, 分离下来的杂质通过重力沉降作用经排污口排出。当滤芯前后压差达到0.2MPa时, 将设备切出系统, 打开氮气进行反吹, 杂质通过排污阀排出。

二、设备技术参数

原料气过滤器主要技术参数见表1:

三、设备结构特点

根据《固容程》附件A, 原料气过滤器的介质为中毒且易爆介质, 属于第一组介质, 容积12.93m3, 为三类压力容器。按照GB150—2011《压力容器》设计, 原料气过滤器由外壳、过滤元件、伴热管三部分组成, 结构如图1所示, 外壳的材质为Q345R+S32168;过滤元件由滤芯和管板组成, 管板材质为S32168;管板与壳体的连接采用双面焊接结构。

四、过滤器管板的优化设计

1. 管板厚度计算

原料气过滤器的管板按照HG/T20582-2011标准中径向筋板加强的圆形平板盖结构设计, 如图2所示, 壳体直径Di=2000mm, 管板承受的最大压差0.2MPa, 100根滤芯对管板产生的压力约0.16MPa, 管板所承受压力p=0.36MPa;管板中部设置加强环 (D1=680mm) , 周边均布6块筋板, 加强筋与管板之间采用双面间断角焊缝。

筋板间分割的扇形区域中的当量圆直径:

管板计算厚度:

2. 筋板厚度估算

假设作用于管板上的载荷由筋板来承受其一半, 筋板的截面模数按照HG/T20582-2011中式 (20.4.3-1) 计算:0.0653

设筋板的厚度δ1与高度h之比为1/5, 筋板厚度δ1按照HG/T20582-2011中式 (20.4.3-2) 计算:

3. 管板有效宽度b与筋板组合截面之抗弯截面模数W的计算

管板与筋板组合时, 管板能承受载荷的有效宽度按照HG/T20582-2011中式 (20.4.4-1) 计算:

管板有效宽度b和筋板组合后截面中立面距管板壁面之间距离y按照HG/T20582-2011中式 (20.4.4-2) 计算:

平盖有效宽度b和筋板组合截面之抗弯截面模数W按照HG/T20582-2011中式 (20.4.4-3) 计算:

4.径向筋板加强管板操作时的计算弯曲应力按照HG/T20582-2011中式 (20.4.4-5) 计算

5.应力校核

应力校核按照HG/T20582-2011中式 (20.5.1-1) 进行应力校核:

6. 结论:校核合格。

管板总体结构由直径1996mm, 厚20mm的圆平板、外径680mm×40mm, 高200mm的加强环及6块40mm×200mm×630mm的筋板焊接而成, 总重870kg。

5、管板的普通设计计算

管板按照普通的平盖厚度计算公式GB150.3-2011式 (5-33) 计算:

管板厚度为75mm, 重1877kg。

结束语

通过两种设计方法对过滤器管板进行计算, 经过优化设计的管板整体重量870kg, 普通设计的管板重量1877kg, 表明管板的优化设计结构比普通结构节约材料1007kg, 大大降低了材料成本, 提高了设备的性价比, 对今后的过滤器设计具有重要意义。

符号说明

摘要：原料气过滤器适用于煤化工项目装置中的原料进行气液/气固/液固的分离。过滤器结构设计的合理性决定了设备成本, 本文对原料气过滤器的管板结构进行优化, 不仅使设备成本显著降低, 而且使介质流动更均匀, 提升了分离效果。

关键词：原料气过滤器,管板,优化设计

参考文献

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