基于ANSYS仿真的天然气过滤分离器管板的研究

孙捷飞 刘洪涛 康小丹

摘 要：天然气过滤分离器，其滤芯过滤效率为：粉尘达到99%以上，液滴达到98%以上。滤芯材质为聚酯纤维，由于滤芯的过滤作用，导致滤芯两侧产生压降，而建议更换滤芯的压降不大于0.12MPa，由此滤芯内外两侧的设计压差为0.12MPa，由于本设备为多腔容器，作为支撑滤芯的管板则承受着相应的压差，作为主要受压元件的管板，由于無法采用常规方法计算，因此我们采用ANSYS仿真模拟几种管板厚度，通过主要部位的应力值分布对管板的强度进行研究。用于仿真模型的参数，参考乌兰察布市察右前旗天然气综合利用一期项目中乌兰察布首站用天然气过滤分离器。

关键词：天然气过滤分离器;管板;仿真分析

天然气过滤分离器，作为天然气管道中重要的分离设备，用于分离天然气中的粉尘及水滴。基本结构如图1。天然气由左侧腔体中天然气进口进入，沿着滤芯的外表面进入内表面，最后到达右侧腔体，由天然气出口输出。

1.天然气过滤分离器管板的设计误区

由于滤芯直径为φ114mm，因此，与滤芯连接的支撑管通常为φ108mm，滤芯中心距为125mm，由于没有直接的计算方法，因此大家通常采用以下办法来考虑管板的厚度

A.按照无开孔的平封头厚度。

B.参照GB/T151-2014计算厚度

C.与筒体等厚

2.管板厚度的理论分析

采用无开孔的平封头计算，得到计算厚度，根据实际情况元整至13mm。

按照无开孔的平封头的设计厚度作为管板的厚度，确实有不妥，由于管板实际开了很多孔，这些管孔对管板的强度有一个削弱作用，而管子又对管板进行了补强。这样确定的厚度，可能会偏与冒进，导致容器发生损坏。

而参考GB/151-2014《热交换器》来设计时，热交换器管板的计算通常取其强度削弱系数μ=0.4即管板的有效厚度=管板的名义厚度X（1 - 0.4）作为其初始的管板厚度，用该厚度进行强度校核，如果校核不合格，则适当微调管板厚度，直至管板中心、管板布管周边、管板的边缘三个位置的径向应力评定合格为止。但是《热交换器》适用于孔间带效率Λ=0.2～0.35，即孔间小桥宽度与管间距之比，本案例Λ=0.056，远低于标准值，因此，强度削弱系数μ也需要进行大量试验和理论的研究

采用与筒体等厚的情况通常适用于容器设计压力较低的工况，采用与筒体相同的壁厚可以减少采用难度，提高材料的综合利用率。但本设备的设计压力为12.6MPa，属于高压设备，筒体的设计壁厚相对较厚，如果采用等厚的管板，务必增大了焊接量，管板的取值特别保守。

3基于ANSYS的应力分析

3.1三维模型如图2

3.2管板厚度分别采用以上三种情况分别计算：

工况1：管板厚度13mm

工况2：管板厚度22mm

工况3：管板厚度34mm

根据云图可知

根据以上云图对比结果显示，在管板厚度从22mm增加到34mm后，管板顶端附近筒体应力值几乎不改变，管子内壁应力值降低6%，这个影响非常小，因此，可以判定工况3的管板的厚度相比工况2的厚度增加并没有带来实际的经济效益，而重量上却增加180%

4结语

通过以上分析得知，高压天然气过滤分离器的管板厚度应采用仿真软件进行模拟计算后确定，由于管板为该设备的主要受压元件，虽然其承受的压差很小，但是与管板连接的筒体，承受的弯曲应力也会影响管板的厚度，因此通过以上的研究得出结论。应重视并采用仿真软件进行天然气过滤分离器的管板强度校核。避免由于其强度破坏而出现重大危险事故。

（铁岭中油机械设备制造有限公司，辽宁 铁岭 112000）