预水解硫酸盐法制浆用蒸煮锅设计小结

李 清，陈吉圣

［1.大连市化工设计院有限公司，辽宁大连 116023；2.林德工程（大连）有限公司，辽宁大连 116100］

0 引 言

在化工、化纤、医药、造纸等行业中，蒸煮锅的使用已极为普遍，而且其型式也是纷繁复杂、多种多样的，尽管如此，这些蒸煮锅设备又有许多共性之处，比如：需要经常地开车、停车，需要频繁的升压、降压等。前一个时期，大连市化工设计院有限公司为南方某化纤企业设计了一台110m3蒸煮锅（如图1所示），该设备所要求的操作工况较为复杂，可谓是蒸煮锅系列设备中的一个典型例子。现从这台110m3蒸煮锅的生产操作过程，设计过程中需要着重考虑的问题及解决办法等方面作一阐述，期望对压力容器设计人员在有关蒸煮锅的设计过程中遇到类似问题时，能有所借鉴和帮助。

1 预水解硫酸盐法制浆用110m3蒸煮锅的生产过程

（1）原料 竹片、木片、芦苇片等

（2）加水量 一般是所装原料量（绝干状态）的4倍左右

（3）酸性蒸煮升温情况见表1，pH值＝3～4

（4）碱性蒸煮升温情况 见表2，pH值＝12～14

（5）最高工作压力 1.0MPa，最高工作温度 184℃

（6）总周期 自装料至喷放浆结束，＜16h

（7）使用寿命 15a

图1 蒸煮锅结构示意

表2 碱性蒸煮升温情况

2 设计过程中需要着重考虑的问题及解决办法

（1）选材

一方面，从介质方面来考虑，本设备内的介质，除了竹片、木片等物料之外，浆液中还含有一定量的强酸或强碱，这就要求在设计过程中要考虑材料的耐腐蚀性的问题；另一方面，从经济性方面考虑，如果整个壳体材料均选择奥氏体不锈钢，则该设备的整体造价就会高很多，从而加重了企业的负担。经过综合考量，同时也考虑到在用材料的成熟的使用经验，本蒸煮锅的主体材质选用复合材料S31603＋Q345R，基材为Q345R，复层材料为S31603；其他与设备内介质接触的部位，如各种接管、法兰等材料，均选用022Cr17Ni11Mo2；支腿等选用碳素钢。

（2）疲劳分析

①本设备的设计压力P＝1.1MPa，设计温度T＝200℃。据表1、表2的操作工况，加卸载循环压力范围为0～0.7MPa，包括启动、停车在内的预计循环次数为43 800次（按15a寿命）。由于本设备在运行中需要频繁的开车、停车，并且还要经受较大的温度和压力波动，壳体材料在这种交变载荷的作用下，可能没有明显的塑性形变就会发生脆性断裂。据JB4732－95《钢制压力容器——分析设计标准》中第3.10.2条进行判定，由于本设备所承受的压力波动范围超过设计压力20%的工作压力预计循环次数与包括启动与停车在内的全范围压力循环的预计循环次数总和超过1 000次，不满足可免做疲劳分析的条件，因此要对本设备进行疲劳分析。

②应用ANSYS应力分析软件进行有限元应力分析，按JB4732－95《钢制压力容器——分析设计标准》中的规定进行疲劳分析校核。考虑到本设备载荷分布及结构的对称性，对设备中出现最高压力的部位进行有限元分析。通过建模，即建立二维轴对称结构静力分析模型，对模型进行网格划分，找出应力强度最大值发生的几个部位（点），再对这些点的应力强度值进行计算分析，得知整个设备的应力强度最大值发生在进料口的接管与锥筒连接部位的外表面上；对该点进行疲劳分析，得出累积使用系数（0.002 19）＜1.0，所以本蒸煮锅疲劳校核是合格的。

3 设备支腿型式的选择

本设备的支腿选用了支撑式支腿型式，由上部支腿、下部支座两部分组成。考虑设备在开车、停车或者升、降压的过程中，可能会产生较大的振动和可能产生一定的位移，所以在设计支腿时，采取了滚动连接的形式，四个支腿中有一个与下部的支座采用固定连接，另外三个支腿与下部支座，通过支腿与支座之间的二个相连的并且是可移动的滚子连接起来，从而改善了下部支座的受力状态。

4 进料口的型式

蒸煮锅的进料口考虑到加料方便，一般都是设置在蒸煮锅的上部。同时考虑到人工操作简单、省力、快捷等因素，本设备在进料口的设计中，采用了涨环式快开盲板的结构形式，不但具有密封安全可靠，结构简单，操作方便、快捷等优点，而且经济实用，可以广泛地适用于石油、化工、化纤、造纸等行业的大口径、高压设备的工况。

5 结 语

针对蒸煮锅设备的结构特点和复杂的操作工况，要求设计人员在设计此类设备时，除了要进行一些必要的常规设计之外，还要着重考虑合理的选材，选择合理的支撑方式和进料口的开启方式，尤其是应对设备进行必要的疲劳分析等。