格爾木煉油廠加氫PSA裝置程控閥結(jié)構(gòu)分析
格爾木煉油廠加氫PSA裝置程控閥閥芯底部受氣源壓力為2.4MPa。上部受氣源壓力0.6MPa，在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常需要更換密封片，影響氫氣的產(chǎn)量，同時(shí)增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。本文通過(guò)使用PRO/E建立實(shí)體模型，依據(jù)軸對(duì)稱原則將其1/4導(dǎo)入ANSYS軟件中，分析閥體各部分的受力，以求找到有效的解決辦法。
隨著石油天然氣事業(yè)的發(fā)展，程控閥的應(yīng)用日益廣泛。在格爾木煉油廠所使用的加氫PSA裝置程控閥由于平均每20min就要?jiǎng)幼饕淮危业撞渴軌毫Ρ容^大，所以要經(jīng)常更換密封墊，工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大。而且底部容易發(fā)生內(nèi)漏，降低了生產(chǎn)的安全性，影響了煉油廠的生產(chǎn)。本文通過(guò)實(shí)體建模和有限元分析，來(lái)推理閥體哪個(gè)部分受力最大，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況和計(jì)算分析來(lái)得到有效的解決辦法。
1、PSA裝置調(diào)節(jié)閥特點(diǎn)
PSA裝置的切斷閥是四川天一科技股份有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的QGJ4.0型切斷閥。閥門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為活塞式，閥門內(nèi)部形式為套筒型平板密封，流量特性為快開(kāi)，軟密封，關(guān)閉時(shí)的密封等級(jí)達(dá)到Ⅵ級(jí)。圖1是其沒(méi)有閥座部分的照片。
圖1 切斷閥結(jié)構(gòu)圖
2、實(shí)體模型的建立
在PRO/E中建立閥體的三維模型，本文采用DN200的切斷閥進(jìn)行建模，零件模型使用的單位制是mm、N、s，根據(jù)實(shí)際情況建立與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中相符合的實(shí)體模型。
2.1、閥體的有限元模型
2.1.1、閥體模型的導(dǎo)入
通過(guò)ANSYS和PRO/E軟件的無(wú)縫接口，將閥體模型導(dǎo)入ANSYS當(dāng)中，整個(gè)過(guò)程在不脫離兩個(gè)軟件的情況下進(jìn)行，以確保信息的完整。
2.1.2、劃分單元格并設(shè)置材料屬性
閥芯采用的是廣泛應(yīng)用的45號(hào)鋼，具有足夠的硬度。泊松比為0.3;彈性模量為2.7×109Pa。分析中采用的是剛體模型，由有限元自動(dòng)生成單元格并劃分網(wǎng)絡(luò)。劃分網(wǎng)絡(luò)后的模型見(jiàn)圖2。
圖2 模型
2.1.3、施加約束載荷并得出云圖
在分析時(shí)，約束閥芯底部的自由度，即閥芯底部不動(dòng)。閥芯上部受氣源壓力0.6MPa，閥芯底部受管道內(nèi)介質(zhì)壓力為2.4MPa。閥芯上部直徑為200mm，閥芯底部直徑為240mm。在施加載荷并且進(jìn)行有限元處理后，所得的云圖如圖3所示。由圖3可見(jiàn)：在底部不動(dòng)的情況下，閥芯中間部分所受載荷和變形最大。
圖3 云圖
3、解決方法
在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，程控閥的工作方式可按介質(zhì)的流向分為流開(kāi)型和流閉型兩種，具體見(jiàn)圖4、圖5。
當(dāng)使用流開(kāi)型時(shí)，通過(guò)計(jì)算可得出：
式中：F為執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力;f1為介質(zhì)對(duì)閥芯底部的壓力;f2為介質(zhì)對(duì)閥芯頂部的壓力。
圖4 流閉型
圖5 流開(kāi)型
可見(jiàn)：底部受壓最大，在所做的軟件分析當(dāng)中，當(dāng)頂部被約束時(shí)，就相當(dāng)于流開(kāi)型的情況，分析結(jié)果為底部受壓過(guò)大，出現(xiàn)了幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的許用應(yīng)力過(guò)大的情況，可以推出，使用流開(kāi)型時(shí)，容易發(fā)生內(nèi)漏。
當(dāng)使用流閉型時(shí)，所做的ANSYS分析就相當(dāng)于底部被約束的情況，從上文的分析可以知道，中間的部分受壓最大，也就是填料函和活塞運(yùn)動(dòng)的部分，目前閥門用的柔性石墨不銹鋼絲編制填料來(lái)說(shuō)是沒(méi)有任何問(wèn)題，足夠承受這樣的壓力。這樣既保護(hù)了密封面和閥芯根部，同時(shí)也延長(zhǎng)了閥門壽命。
4、結(jié)束語(yǔ)
利用三維建模軟件和有限元分析軟件來(lái)建立合理的模型，進(jìn)行客觀的分析。能夠有效地解決生產(chǎn)中所遇到的問(wèn)題，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，使生產(chǎn)效率得以提高。
