【正文】 ...................................................... 1 32MPa 高壓容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)力分析 ...................................... 2 1 選題背景 ............................................................. 2 研究目的和意義 ................................................. 2 高壓容器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) ............................. 3 高壓容器應(yīng)用及發(fā)展 ....................................... 3 高壓容器的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) ........................... 4 高壓容器的 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 ............................................. 5 研究的主攻方向 ................................................. 5 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求 ......................................... 5 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 ....................................................... 6 2 材料選用原則 ......................................................... 7 3 高壓容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................................... 8 高壓容器內(nèi)容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ........................................ 8 內(nèi)容器筒體的設(shè)計(jì) ......................................... 8 內(nèi)容器封頭的設(shè)計(jì) ......................................... 9 高壓容器外容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ....................................... 11 保溫層厚度及質(zhì)量計(jì)算 .......................................... 13 4 開(kāi)孔接管和開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng) ................................................... 14 各接管設(shè)計(jì) ..................................................... 14 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) ................................................... 15 5 附件設(shè)計(jì) ............................................................. 18 法蘭設(shè)計(jì) ....................................................... 18 對(duì)法蘭聯(lián)接的基本要求 ..................................... 18 工作原理 ................................................. 19 影響密封的主要因素 ....................................... 20 法蘭結(jié)構(gòu)及材料的選用 ..................................... 20 墊片的選擇 ..................................................... 22 連接螺栓設(shè)計(jì) ................................................... 23 螺栓載荷計(jì)算 ............................................ 23 螺栓強(qiáng)度校核 ............................................. 24 爆破片的設(shè)計(jì) ................................................... 24 爆破片裝置的特點(diǎn) ......................................... 25 爆破片和夾持器的結(jié)構(gòu)型式 ................................. 26 預(yù)冷夾套設(shè)計(jì) ................................................... 27 支撐拉桿設(shè)計(jì) ................................................... 28 拉桿的尺寸計(jì)算 ........................................... 28 拉桿穩(wěn)定性校核 ........................................... 28 6 支撐裙座設(shè)計(jì) ......................................................... 29 裙座的選材 ..................................................... 29 第 IV頁(yè)（共 41 頁(yè)） 裙座各尺寸確定 ................................................. 30 塔體上各項(xiàng)載荷計(jì)算 ....................................... 30 塔體的強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算 ............................... 30 裙座的強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算 ................................... 31 裙座基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì) ........................................... 32 地腳螺栓設(shè)計(jì) ............................................. 35 裙座與塔體的連接 ............................................... 35 7 高壓容器強(qiáng)度與安全特性分析 .......................................... 35 高壓容器的理想應(yīng)力狀態(tài) ......................................... 35 對(duì) 高壓深冷容器的 焊接加工性分析 ................................ 36 焊接性分析 .............................................. 36 焊接方法和焊材選擇 ...................................... 37 坡口形式 ................................................ 38 奧氏體不銹鋼焊接工藝要點(diǎn) ................................ 38 結(jié)束語(yǔ) ................................................................ 39 參考文獻(xiàn) .............................................................. 40 致謝 .................................................................. 42 I 長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 系： 專(zhuān)業(yè)： 班級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師 /職稱(chēng)： 1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： 32Mpa 高壓容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)力分析 2. 畢業(yè)設(shè)計(jì)起止時(shí)間： 2020 年 11 月 5 日～ 2020 年 6 月 1 日 3．畢業(yè)設(shè)計(jì)所需資料及原始數(shù)據(jù) 1）原始數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)壓力 =32MPa，設(shè)計(jì)溫度 =20K，容積 =10m3 容器類(lèi)型：儲(chǔ)液氨高壓容器 2）主要參考資料 [1] 胡玉忠，徐道榮 .鋼制壓力容器焊接 CAPP 系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn) .合肥工業(yè)大學(xué) ,2020： P812 [2] 修淑英 .1000m3鋼制乙烯球罐設(shè)計(jì)要點(diǎn) .機(jī)械 高壓容器是在核工業(yè)、石油化工、輕工、電廠、化學(xué)化工、制藥等工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的重要設(shè)備。為了保證液化石油氣儲(chǔ)罐的安 全運(yùn)行 , 避免事故發(fā)生 , 必須從各個(gè)方面嚴(yán)格關(guān)。 焊接質(zhì)量直接影響到高壓容器的運(yùn)行安全 ,而焊接的超標(biāo)缺陷又不可避免 , 通過(guò)分析焊縫缺陷產(chǎn)生的原因 , 實(shí)施焊接返修和控制 , 以保證產(chǎn)品質(zhì)量。 這類(lèi)合成反應(yīng)裝置不但壓力高，而且也伴有高溫，例如合成氨就常在 15～ 32MPa壓力和 500℃ 高溫下進(jìn)行合成反應(yīng)。 高壓容器的設(shè)計(jì)理論與制造技術(shù)起源于軍事工業(yè)中的炮筒。五十年代內(nèi)徑增大到 800～ 1000 mm，長(zhǎng) 10m以上，重 80t 左右。清華大學(xué)等單位建立了有自主知 識(shí)產(chǎn)權(quán)的換熱器管板設(shè)計(jì)計(jì)算方法。大連理工大學(xué)在化工流體爆炸超壓災(zāi)害防治方法、超壓敏感功能元件理論及安全裝備技術(shù)研究方面 , 取得了多項(xiàng)國(guó)家級(jí)研究成果。于同 年 12 月 2 日正式交付使用。高壓貯氫容器工況與 CNG 氣瓶有很多相似之處 , 在設(shè)計(jì)、制造和性能測(cè)試中可以借鑒相關(guān)技術(shù) 。在一些部門(mén)中，焊接甚至占有相當(dāng)重要的地位。 目前，我國(guó)焊接材料仍以焊條為主，焊條生產(chǎn)總量約占焊接材料總量的 80％，焊絲只占 19％左右。 承壓設(shè)備的最新發(fā)展趨勢(shì) 大型化在高新技術(shù)中的應(yīng)用越來(lái)越廣，標(biāo)準(zhǔn)全球化，防止突發(fā)爆炸事故對(duì)高壓容器提出更高的要求，安全可靠性要求越來(lái)越高。從 Quantum公司的例子可以看出 , 在壓力只有 35MPa 的情況下 , 單位重量貯氫密度同樣可以達(dá)到 1113Wt %。 現(xiàn)階段 , 高壓容器應(yīng)緊跟國(guó)際發(fā)展 步伐 ,從新材料、新結(jié)構(gòu)入手 , 在吸收國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上 , 結(jié)合我國(guó)實(shí)際 , 開(kāi)發(fā)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)技術(shù)。因該容器工作溫度較低，容器材料的脆性相應(yīng)增大，即使在工作壓力較低的情況下，也極易造成低應(yīng)力脆斷，使容器遭到不同程度的破壞。扁平繞帶式壓力容器是我國(guó)的具有長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展前景的一種高壓容器，扁平繞帶高壓容器，國(guó)內(nèi)自 1965 年研制以來(lái)，己成功地得到應(yīng)用。所以為保證容器安全，需在開(kāi)孔區(qū)進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)處理。還有焊接工藝性的設(shè)計(jì)，高壓容器發(fā)生事故很多的時(shí)候是在焊縫的位置。熟練畫(huà)圖軟件知識(shí)，經(jīng)常向老師請(qǐng)教，多與同學(xué)交流學(xué)習(xí)，多跑圖書(shū)館，多上機(jī)查資料。 進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，對(duì)主要零部件進(jìn)行強(qiáng)度校核。 做畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)，復(fù)習(xí)設(shè)計(jì)過(guò)程準(zhǔn)備答辯。在進(jìn)行附件設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)件，并針對(duì)最大應(yīng)力分布區(qū)域，運(yùn)用開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)對(duì)開(kāi)孔接管處進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。并于 1910 年建立了一個(gè)中間工廠，第一次在 20MPa 操作壓力下得到氨的工業(yè)產(chǎn)品。合成甲醇工業(yè)中的高壓設(shè)備 壓力為 15 30MPa。從各方面的技術(shù)應(yīng)用中表明，高壓容器在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用必不可少 .而且是得到迅速發(fā)展的一個(gè)領(lǐng)域。因該容器工作溫度較低，容器材料的脆性相應(yīng)增大，即使在工作壓力較低的情況下，也極易造成低應(yīng)力脆斷，使 容器遭到不同程度的破壞。 32MPa 高壓容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)力分析 1 選題背景 研究目的和意義 在現(xiàn)代科技高速發(fā)展的今天，隨著石化工業(yè)的迅速發(fā)展 , 高溫、高壓容器得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，這類(lèi)容器要承受較高的壓力、溫度和介質(zhì)的腐蝕 , 操作條件比 較苛刻，在高壓容器應(yīng)用的同時(shí)也暴露出更多的安全隱患。 在設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，對(duì)高壓 容器進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的和意義就是：保證高壓容器的安全性和經(jīng)濟(jì)性。它不僅承受高壓 .而且具有高溫 (如加氫反應(yīng)器的設(shè)計(jì)溫度高達(dá) 500 ℃ )和低溫 (如液氮洗工藝的溫度低至196 ℃ )，同時(shí)還往往伴有介質(zhì) (如氫、氮、一氧化碳與尿素等 )的強(qiáng)烈腐蝕。因此在設(shè)計(jì)高壓容器時(shí) .必須從操作條件出發(fā)，對(duì)安全、選材、制造、檢駿等各方面進(jìn)行全面綜合的比較和分析，以期做出一個(gè)操作安全、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)。由于在一定壓力下容器的壁厚隨直徑的加大而增加，直徑和壁厚的增加又對(duì)選材、密封、制造、檢驗(yàn)、運(yùn)輸?shù)雀鞣矫鎺?lái)許多困難。良好的耐腐蝕性是指材料耐操作介質(zhì)腐蝕的程度，除了不應(yīng)直接影響設(shè)備使用壽命外，同時(shí)還不應(yīng)影響產(chǎn)品質(zhì)量。另一方面可對(duì)容器的承載能力做驗(yàn)證，以確保容器的安全操作。如合成氨工業(yè)中的高壓設(shè)備壓力為 15～ 60MPa；合成甲醇工業(yè)中的高壓設(shè)備壓力為 15～ 30MPa；合成尿素工業(yè)中的高壓設(shè)備壓力為 20MPa；石油加氫工業(yè)中的高壓設(shè)備壓力為 10～ 70MPa等。C，內(nèi)直徑為 3000～ 5000mm，壁厚為200～ 400 mm，重 400～ 2600 噸，對(duì)這類(lèi)容器的工藝要求和運(yùn)行可靠性要求更高，顯然比一般壓力容器又有更高更 嚴(yán)格的安全性要求。 2