基于ANSYS的压力容器壁厚优化设计

陈加齐

（浙江华科化工设备有限公司，浙江杭州 310000）



基于ANSYS的压力容器壁厚优化设计

陈加齐

（浙江华科化工设备有限公司，浙江杭州 310000）

摘 要：利用大型有限元分析软件ANSY对压力容器进行壁厚分析设计，优化容器壁厚合理控制材料的使用成本，提高压力容器整体结构的载荷能力，可以实现最佳的优化设计目的，将从ANSYS这种有限元分析的软件入手，对于压力容器的壁厚的优化方案进行一定的探讨，以供广大同僚参考交流使用。

关键词：ANSYS；压力容器；优化设计

随着我国工业水平的不断发展，压力容器的使用逐渐在越来越多的机械，石油化工的行业推广开来，并且趋于更加大型化、承压要求更高、结构满足更加复杂的工业需要，其设计合理性直接关系到制造企业的效益。传统的设计方法，设计人员主要考虑加强壁厚而承压能力，未能达到在具体复杂的承压环境下进行综合的优化设计，在安全使用的情况下充分发挥材料的性能，从另外一个方面说，做好压力容器的优化设计可以最大限度地增强容器在使用中的安全性。

1 概述ANSYS有限元分析

利用有限元分析实际上是对压力容器所受的应力进行分析，其主要的目的是为了验证压力容器承受的应力水平在材料所能够承受许用应力范围。简历压力容器模型，考虑所有的载荷情况并将适当的载荷施加到容器上，最大限度的模拟真实的应力水平，是有限元分析的最为重要的一步，因此需要压力容器的参数以及其模型建立的方法进行探讨。

工业的蓬勃发展尽管给我国的国民经济带来了许多好处，但是从某种程度上来说，也加深了我国的压力容器制造的难度。在新的工业形势下，传统的压力加工制造的方案不再满足于当今时代的发展需要，需要研究新的工业设计和加工的方案。

压力容器的存在，消除了我国传统工业系统上存在的压力不稳定，压力资源浪费的现象，并且增大了压力资源的利用率。鉴于压力容器的在工业事业上的优越性，因此压力容器被广泛应用到我国的各个地区的工业事业中。压力容器的应用，在一定程度上保证了我国工业设计的稳定性。并且，最为关键的是，压力容器降低了工业线路断裂和掉落的可能性，降低了发生压力事故的可能性。

2 压力容器壁厚优化设计的内容

随着工业的快速发展，压力容器的结构设计的内容也在不断地完善着，以适应我国日益严峻的用压形势。以下笔者将从压力容器设计的各个方面出发，探讨压力容器涉及的一般内容。

2.1 保护设置

由于压力容器输送的压力往往很大，因此在传输过程中存在着一定的安全隐患。并且，压力容器上为了保证一定的压力输出，压力工程师经常会在压力容器上安装较多的放压设施，这就更加使得压力容器的工业的安全性面临着很大的问题，因此做好压力容器的保护设施是十分必要的。传统上的保护指的就是对压力容器上的放压设施进行的保护。压力容器在正常工业时，经常会出现雷雨的天气，这种天气极易导致压力容器出现各种安全的故障。并且由于种种的原因，压力容器经常需要在超负荷的情况下进行工作，这就更加为压力容器的保护带来不便。

压力容器的结构在一般来说采用的是多回工业线路的结构，这种结构有着一个很大的特点，那就是工业线路的绝缘子数量繁多，增大了工业线路进行检修的难度，并且压力容器架设的高度也给故障的检修工作带来极大的难度。虽然如此，这种同塔多回路的工业结构虽然存在着一定的弊端，但是又有着极大的优越性。首先，同塔多回路的工业结构可以增强压力容器应对大风，阵雨等恶劣的工作环境的能力。由于工业线路较为密集，因此其承受压压的极限也比传统的工业结构多了30%左右。为了降低这种工业结构存在的弊端，需要对于导线的水平间距进行一定的延长，以有利于压力容器保护结构的设置。

2.2 容器壁身设计

由于压力容器是一项对于工业结构要求较高的设计工程，因此需要对于设计方案进行合理的探究。不同于传统的只采用单一线路的工业工程，压力容器在实际工作中需要承受较高的风压，还有由于工业线路的交错复杂加在压力容器上的压场的压力，然而，壁身的重量也对于工业线路的工业效率有着一定的影响。在大型设施的压力防护的设计中，采用的重要工程与安全系数结合起来的做法会有效提升压力传输的效率，因此，压力容器的壁身设计也可以仿照此种做法来加强压力容器工业的稳定性。

为了进一步减少壁身的重量对于工业产生的影响，加强壁身应对雷雨天气的能力。需要将壁身进行一定的加固设计，考虑到这个方面，许多的压力工程师在壁身的设计上经常采用高强度的钢材来增加壁身的承载力。另外，对壁身进行一定的钢管结构的改造也可以在较大程度上提高壁身的承重。然而，仅仅确定压力容器的结构设计方案是远远不够的，还需要施工人员在实际施工时仔细考察相应的施工环境，按照相关的压力工程的标准进行一定的施工，以在最大程度上降低安全系数，提高压力容器运行的可靠性。

3 压力容器的壁厚优化设计

由于我国压力容器的结构设计在实际应用中存在着诸多的问题，其工业的质量仍需要通过一定的手段加以提高。以下将探讨压力容器的结构优化设计的要点。3.1 增强压力容器的防雷能力

图1 优化设计流程

表1 反应器优化前结构参数表 mm

考虑到压力容器是一项大型的工业设计工程，如果在其实际运行中出现较强的雷压很有可能会使压力容器上的工业线路造成破坏，极有可能导致严重的安全事故，同时也对工业事业的经济带来不可估量的损失。为了避免电压的影响，压力设计人员需要通过加设一定数量的地线来降低压力容器的整体压位，使得压力容器能够长时间高效稳定地运行。

表2 反应器优化前后尺寸对比表

3.2 合理选用的容器钢材

任何一种压力容器的结构设计方案都要不可避免地考虑到材料对于载荷承载能力，然而选用合适的压力容器的钢材需要综合考虑各项因素。压力容器对于材料质量的要求较高，合理设计壁厚满足设备承载能力，发挥材料最佳的性能。

3.3 优化压力容器壁厚

优化容器壁厚的主要指的是有限元软件分析容器受力情况，整体应力水平和局部高应力情况。对所要分析的压力容器建立模型，通过ansys网格化细分模型，施加载荷，软件求解器进行数值运算，分析容器承受的应力情况、位移水平和各部位局部应力情况，达到进一步合理优化容器壁厚。

4 结束语

综上所述，深入研究压力容器的结构优化的设计方案可以在极大程度上提高工业建设的稳定性，并且从基于ANSYS的有限元的设计方法，对于压力容器所能够承受的载荷进行分析优化，能够在一定程度上保证压力容器的安全使用。

参考文献

［1］ 朱爱华，柴国钟.应用有限元分析软件进行优化设计［J］.煤矿机械，2004，（1）：15-17.

［2］ 柯常忠，索海波.ANSYS优化技术在结构设计中的应用［J］.煤矿机械，2005，（1）：9-11.

Optimization Design of Wall Thickness of Pressure Vessel Based on ANSYS

Chen Jia-qi

Abstract：By using finite element analysis software ANSY pressure vessel wall thickness analysis and design， optimization of the wall thickness of the container using the reasonable control of material costs， improve load capacity of the overall structure of the pressure vessel can be designed to achieve the best optimization， from ANSYS this finite element analysis software start to explore some of the pressure vessel wall thickness optimization scheme， the majority of my colleagues for reference exchange use.

Key words：ANSYS；pressure vessel；optimization design

中图分类号：TH49

文献标志码：B

文章编号：1003–6490（2016）02–0076–02

收稿日期：2016–01–22

作者简介：陈加齐（1987—），男，福建福鼎人，助理工程师，主要研究方向为传热设备。