刘艳

摘要：文中以大庆石化炼油厂减压转油线改造项目特殊制作的Y型三通为例，分析了压力管道和压力容器应力分类及校核准则的不同之处，介绍用ANSYS WORKBENCH有限元分析软件模拟计算Y型三通局部应力的方法，讨论了Y型的三通局部应力以及改进方法。

关键词：Y型三通； 有限元； 数值模拟； 局部应力

引言

随着炼油装置逐渐大型化以及工艺条件要求的提高，目前转油线通常采用Y型三通或者裤型三通逐级扩径，使流线顺畅，以减小压力降和温度降。但是Y型三通、裤型三通的局部会造成应力高度集中，给设备造成很大隐患。在以往的设计中，受到技术因素的限制，很难对这种应力集中程度进行分析，所以局部应力集中程度一直尚不清楚，因此有必要对其进行应力分析[1]。

1 有限元模型的建立

1.1 几何模型的建立

减压转油线设计采用的是Y型三通，设计温度为410 ℃，管道为复合管，材料为20R和内复合层316L（复合层316L强度计算不考虑），Y型三通与管道的连接形式为焊接。Y型三通结构尺寸图见图1。

1.2 单元类型的选择

根据Y型三通部件的结构特点，在Y型三通的焊缝处会产生应力集中[3]。采用梁单元模型（CaesarII）无法得到较精确的结果，采用壳单元也不能得到沿薄厚方向应力场，因此必须采用实体单元模拟。该模型主体部分选用的单元均为ANSYS的SOLID187实体单元。

1.3 材料的力学性能

该模型所采用的材料是20R和316L，材料力学性能及许用应力见表1。

1.4 边界条件与载荷

Y型三通在承受内压的同时各管口同时承受外部的管道载荷作用[4]，保守起见承受的内压为其设计压力，边界条件分为3种情况。……