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减压填料塔内部结构失效分析研究

王玉博  
【摘要】:本文对减压填料塔的内流场及内部结构诱发振动进行了分析,研究了减压填料塔内部流体的流动特点,以及流体诱发填料振动对结构破坏的影响。结合减压填料塔的内部结构及其工作原理,对填料结构和用于支撑规整填料的栅板进行简化,得到进行减压填料塔内部流场分析的结构模型,通过数学模型的选择以及边界条件的设置,求得减压填料塔内的流场分布情况。通过理论推导,得到流体诱发填料振动产生的结构位移均方根响应函数。结合该函数的特点以及对比分析,得到了影响该函数的因素。在材料应力腐蚀疲劳研究的基础之上,通过经验公式的推导和求解,得出影响填料结构应力腐蚀疲劳寿命的因素,从而为延长填料结构的使用寿命提出了建议和改进方向。 研究表明:由于液相流体在填料表面形成一层很薄的液膜,使得气相流体在填料表面的分布几乎为零;规整填料导致气相流体在填料内的体积分布和速度分布具有一定的规律性,但是由于填料结构比较复杂,这种规律性没有显示出对称性。气相流体由于入口效应的存在,气相流体在进入填料底部或栅板底部时具有较高的湍动能损失。 由于减压填料塔内部的工作介质在常温下即具有一定的腐蚀性,同时减压填料塔内部的工作温度在一个很高的范围内进行较小的波动,这就导致介质对填料塔内部结构的腐蚀性能得到了显著的提升。由于填料塔内气相流体的流动诱发填料内部结构发生一定频率的振动,同时结构上还存在一定数值的应力,致使在填料内部结构上形成循环应力的作用。在腐蚀和循环应力载荷的双重作用下,填料塔内部结构发生应力腐蚀疲劳,在结构表面形成的裂纹逐渐扩散,最终导致填料塔内部结构的失效、破坏。同时,根据理论研究及公式推导,得到了影响这种破坏的因素,其中包括气相流体的流速以及规整填料的高度等。文章从规整填料的高度出发,研究其对规整填料发生应力腐蚀疲劳的影响。结果表明,通过优化规整填料的高度,能够有效地延缓规整填料发生应力腐蚀疲劳的时间,从而提高其使用寿命。


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