【正文】 但無原則地提高法蘭剛度，將使法蘭變得笨重，造價提高。另外預緊力應盡可能均勻的作用帶墊片上。 由合適材料制作的墊片，在適當?shù)念A緊力作用下，既能產生必需的變形，而又不致被壓壞或擠出；工作時，法蘭密封面被拉大距離后，墊片的材料又應具有 足夠的回彈能力，以繼續(xù)保持良好的密封性能。 5 附件設計 法蘭設計 考慮到生產工藝上的要求和制造、運輸和安裝檢修時的需要，化工設備和管道、零部件間常采用可拆卸的法蘭聯(lián)接方式，石油化工中法蘭的用量是相當大的。但鍛件供應困難，制造成本較高。 補強圈補強是將補強圈貼焊在殼體與接管連接處，結構簡單，制造方便，但補強圈與殼體金屬之間不能完全貼合，傳熱效果差，在中溫以上使用時，兩者存在熱膨脹差，因而設補強局部區(qū)域產生較大的熱應力；另外，補強圈與殼體采用塔接連接，難以與殼體形成整體，所以抗疲勞性能差。同內壓容器筒體厚度計算方法相同，考慮腐蝕及厚度負偏差，根據(jù)標準選用壁厚為 11 mm 的無縫鋼管，則鋼管內徑為 80 mm。又由于材質和制造缺陷等各種因素的綜合作用，開孔接管附近就成為壓力容器的破壞源 —— 主要疲勞破壞和脆性裂口。 對于無安全控制裝置的真空容器可查得設計壓力 P＝ 簡體外徑 0D ＝ 2400 十 2 16=2432mm 簡體計算厚度 14216 ????? Cd?? mm 簡體計算長度 L=7000+2 200+2 30=7460mm 簡體的臨界長度 32MPa高壓容器的機構設計及應力分析 第 12 頁（共 41 頁） crL = ?00 DD = 2432 lmm ?? 375 0314243 2 故簡體屬短圓筒 ,由于外容器所用的材料 為 16MnR，在設計溫度下材料的E= aMP ，取 m=，則外容器的許用壓力為 [P]=????????????????00DLmDEe? = M P a1 5 2 4 3 27 4 6 2 4 3 2 ????????????????? [P] ＞ P，即容器厚度滿足設計壓力 計算凸形封頭失穩(wěn)時的臨界壓力可按下式計算： ? ?220 2132 ?? ??? R EP ecr 0R 半球形封頭的外半徑； e? 半球形封頭的有效厚度； E 設計溫度下材料的彈性模量； ? 泊松比，取 ? =. 結束語 第 13 頁（共 41 頁） 對于橢圓形封頭， 0R 應取 橢圓 形 封頭 的平 均曲率半徑 iR ，其值可按表查得。有時為了焊接方便，也可以與筒體等厚。 0Cr18Ni9 在固溶態(tài)具有良好的塑性、韌性、冷加工性，在氧化性酸和大氣、水、蒸汽等介質中耐腐蝕性亦佳。 由于容器使用的工作環(huán)境為深冷溫度，隨著 溫度降低，鋼材由韌性狀態(tài)轉變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)， 易發(fā)生低溫脆裂，決定材料需有好的塑性、高韌性和焊接加工性能好，所以低溫韌性是低溫容器選材的重要指標 ；其工作介質是液氨確定材料要有高的抗蝕性能。如低溫液化氣體儲罐等。內外容器之間的管線采用波紋管補償器， 在內筒冷卻收縮時能自由伸縮，以防止液氫 溫度下因內 管冷卻而拉裂焊縫。內容器采用新型的扁平繞帶式結構 ,它兼?zhèn)淅@帶式容器的優(yōu)點；結構安全可靠和制造簡便，成本低。 在進行高壓容器結構設計時，高壓容器必須進行開孔接管，而開孔接管區(qū)的應力狀況非常復雜，勢必在開孔附近造成應力集中；另一方面接管使接管區(qū)成為總體結構不連續(xù)區(qū)而產生邊緣應力；同時接管與殼體是通過焊縫連接在一起，焊縫的結構尺寸如焊縫高度、過渡圓角等會形成局部結構不連續(xù)，形成局部不連續(xù)應力。內容器封頭為球形多層結構 ， 外容器為真空容器 ， 其封頭為橢圓形結構 ， 整體容器支撐在外容器的裙座上。如要設計一臺 10m3的液氫容器 ， 內容器材料應選奧氏體不銹鋼 ,當筒體內徑為 1500 mm 時 ， 要求設計壁厚達 250 mm以上 ， 要采用如此厚的不銹鋼板卷焊技術來制造 ， 不僅制造困難 ， 造價昂貴 ,其使用安全性亦不足。 高壓容 器的設計理論與制造技術起源于軍事工業(yè)中的炮筒。因此，在設計過程中必須正確選定制造檢驗技術條件作為制造檢驗的準繩。因此，一般高壓容器的結構在滿足操作條件的前提下，當容積一定時，希望采用較大的長徑比，并要求有效地利用高壓空間。所以對高壓容器的設計、制造與檢驗應十分重視。高壓容器設計時的材料選擇、強度計算、結構的合理性等要求都比較高。 低溫技術在宇航等工業(yè)上的開發(fā)和應用 ， 需要一些深冷低溫高壓貯液設備和單元操作設備 ， 如液氫、液氧高壓容器 ， 其使用壓力已高達 40MPa， 容積亦趨大型化而且 ， 低溫容器所貯存的往往是易燃易爆和極易揮發(fā)的介質 ， 因此 ， 對低溫容器結構的使用安全技術和制造技術的要求亦不斷增加 ， 其矛盾越發(fā)突出。幾乎在同一時代，煤炭的液化亦采用了高壓設備。 時間安排： 2020 年 11 月 8 日～ 12 日：領取任務書，查閱相關資料 2020 年 11 月 12 日～ 18 日：閱讀并翻譯與畢業(yè)設計相關的外文資料 2020 年 11 月 12 日～ 28 日：撰寫開題報告 XI 2020 年 11 月 28 日～ 30 日：設計計算，繪草圖， 寫設計說明書草稿。 7 工作的主要階段、進程與時間安排 工作的主要階段、進度： 根據(jù)設計題目查閱相關資料，以了解設計過程、計算方法以及注意事項。 5 主要研究內容、重點研究的關鍵問題及解決思路 主要研究內容 高壓容器結構設計 由老師提供的資料數(shù)據(jù) 圖書館查閱的資料及網(wǎng)上下載的資料 壓力容器的計算 計算機繪制工程圖與零件圖 壓力容器的受力分析 重點研究的關鍵問題 高壓容器的結 構設計。因此，這種破壞是一種很難預測而危害性又很大的破壞。提高容器工作壓力只是為滿足容器單位重量貯氫密度指標要求。從美國、日本等工業(yè)發(fā)達國家焊接材料構成來看，美國焊條產量占焊接材料的 20%，焊絲占 79％左右。 其中材料的 選擇是高壓容器設計很重要的部分，下表為不同國家的選材標準。其它方面 , 如高壓輕質儲氫容器、超高壓容器、高效換熱容器、大型儲罐、鍛焊結構重型容器等方面的研究 , 也都取得較大進展 。六十年代發(fā)展到直徑為1600～ 1700mm。當前壓力容器向大容量、高參數(shù)發(fā)展，如核電站一個 1500MW 壓水堆壓力殼，工作壓力為 14～ 16MPa，工作溫度為 250～ 330186。 3 主要參考文獻及資料名稱 [1] 陳平，朱國輝， 黃載生 . 壓力容器在低溫工程中的應用和設計 [J]. 低溫工程，1994 年第 1 期 . 第 IV頁（共 41 頁） [2] 魯衛(wèi)彥，劉鳳俠 . 高壓深冷容器的焊接加工分析 [M]. 機電工程技術 , 2020 年第 33 卷第 7 期 . [3] 蔣家羚，黃海軍，駱曉玲 .新型低溫高壓容器設計研究 [J]. 低溫工程 ,2020 年第 3 期 . [4] 艾合買提江近年來 , 隨著我國石油化工行業(yè)的迅速發(fā)展 ,液化石油氣作為一種污染小、價格低、資源豐富的能源越來越受到重視 , 其應用日益廣泛。 指導教師審查意見 ...................................................... XI 評閱教師評語 ...........................................錯誤 !未定義書簽。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 具體要求（按長江大學畢業(yè)設計工作條例要求）： 查閱資料：近 3～ 5 年參考文獻不少于 15 種（篇）；其中要有 1 篇外文文獻 外文翻譯：原文不少于 2 萬字符，譯文不少于 3 千漢字； 撰寫開題報告：不少于 3 千漢字； 繪制高壓容器的裝配圖： 1 張（計算機 圖）； 繪制主要零部件圖： 1～ 2 張，計算機圖； 撰寫畢業(yè)設計論文：字數(shù)不少于 萬漢字，計算機打印。 焊接是制造高壓容器的重要工藝，焊接質量在很大程度上決定了制造質量。 4 國內外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 我國高壓容器研究現(xiàn)狀及與國外先進水平的差距 高壓容器在化工與石油化學工業(yè)中有著愈來愈廣泛的應用。隨著化工及石油化工工業(yè)的 發(fā)展，高壓容器的直徑、厚度、噸位都在不斷地增加。浙江大學發(fā)明的扁平鋼帶傾角錯繞式高壓容器、螺旋板蜂窩夾套啤酒發(fā)酵罐、帶加強箍半球形封頭高壓容器等 , 具有結構合理、制造簡便、使用安全、易于實現(xiàn)在線安全狀態(tài)監(jiān)控等優(yōu)點 , 為我國化肥、輕工等行業(yè)的發(fā)展做出了突出貢獻。如成都市絕大部分出租車均采用汽油和天然氣雙燃料技術 , 其金屬內襯纖維纏繞 CNG 儲罐最大工作壓力在 20MPa 左右 , 續(xù)航能力為 100～ 150km。從某種意義上講 ,工業(yè)先進的國家莫不以先進的焊接技術作為其現(xiàn)代化的顯著標志之一。研究 工作著重在提高效率 , 增加容器可靠性 , 降低成本 , 制定相應標準等方面。如要設計一臺 10m3，的液氫容器，內容器材料應選奧氏體不銹鋼 ,當筒體內徑為 1500 mm 時，要求設計壁厚達 250 mm 以上，要采用如此厚的不銹鋼板卷焊技術來制造，不僅制造困難，造價昂貴 ,其使用安全性亦不足。 研究的主攻方向 IX 由于對深冷高壓容器要求有很高的安全可靠性，故在容器設計時，應做出合理的結構設計，如：內、外容器筒體的結構形式及各自的材料選用，支撐裙座的結構設計等。以前所學到的專業(yè)知識、所用的課本、搜集到的資料、老師提供的參考資料等， 還有圖書館和網(wǎng)絡資源。 繪制裝配草圖以及零件草圖。 1888 年法國學者 Lrchatlirt 首先提出利用壓力這個因素來促進氫氮的反應及提高氨產量的著名原理及設想。石油加氮工業(yè)中的高壓設備壓力為 8 70MPa。通過近幾年壓力容器發(fā)生的事故來看，工作壓力較低的低溫容器占有一定的比例這主要是由于容器的工作壓力較低不易引起人們的注意造成的。在化學工業(yè)中使用的高壓容器，其操作隨工藝過程而異。一般應考慮下列問題： 選題背景 第 3頁（共 41頁） 高壓容器的結構必須保證強度的可靠性和密封的嚴密性 為了保證強度的可靠性，便容器在確定壓力 (或其他外部載荷 )作用下 ，不導致破壞或過量的塑性變形，就必須對容器的受力元件做詳細的應力分析，結合選材、制造檢驗等做綜合的考慮，然后定出合理的殼體結構和尺寸。 高壓容器的制造和檢驗必須嚴格遵守各種技術條件和有關規(guī)程 不論在制造過程中還是在現(xiàn)場使用過程中都要執(zhí)行嚴格的檢查和試驗。當前壓力容器向大容量、高參數(shù)發(fā)展，如核電站一個 1500MW 壓水堆壓力殼，工作壓力為 14～ 16MPa，工作溫度為 250～ 330186。六十年代發(fā)展到直徑為1600～ 1700mm。隨著科學的進步，目前國內外對低溫容選題背景 第 5頁（共 41頁） 器的低應力脆斷都在進行深入的研究，并取得了很大的進展。角 ,拉桿的端點支承面為球形鉸鏈 ， 以保證安裝時對接方便。 （ 3） 附件設計 ； 密封形式、法蘭設計、封頭形式、拉桿設計、裙座的設計等。內容器近中部兩端處用 6 根可調節(jié)的特殊不銹鋼拉桿固定在外容器內部的加強吊耳上，上下各 3根 , 3根為 1組 ,分別與軸線成 45176。 (5) 熱穩(wěn)定性好。 壓力容器的斷裂事故，大都為脆性斷裂，而絕大多數(shù)脆性斷裂都是在低溫條件下發(fā)生的。 16MnDR 是制造 ≤40℃壓力容器的經(jīng)濟而成熟的鋼種，可用于制造液氨儲罐等設備。 筒體的材料為 16MnDR 鋼能夠符合制造要求，總厚度為 ? =150mm 內容器封頭的設計 32MPa高壓容器的機構設計及應力分析 第 10 頁（共 41 頁） 封頭是容器的重要組成部分，根據(jù)不同的工藝用途和制造條件，封頭有以下幾種形式：凸形 （ 包括半球形、橢圓形、碟形 ） 、圓錐形、平板等。 內容器結構 高壓容器外容器的結構設計 外容器為真空容器，由單層筒體及兩個 橢圓封頭組成。由于容器開孔后，不僅削弱了容器的整體強度，而且還因開孔引起的應力集中以及接管和容器壁的連接 造成開孔邊緣的局部的高應力。 由于應力集中產生于結構的不連續(xù)性，在容器的結構材料截面突變、轉角、制造缺陷、焊縫裂縫等處均會產生應力集中。 不另行補強的最小接管壁厚 接管公稱外徑 25 32 38 45 48 57 65 76 89 最小壁厚 注 1 鋼材的標準抗拉強度下限值 b? 540MPa 時，接管與殼體的連接應采用全焊透的結構形式。焊接質量容易檢驗，因此補強效果好。 帶入數(shù)值由上式可得：??? ????? ??? 28611291284 168842B 所以 B=286 2mm 。當這一壓緊力被降低到某一數(shù)值以下，密封就會失效。 影響密封的主要因素 螺栓預緊力：預緊力必須使墊片壓緊以實現(xiàn)初始密封。墊片的寬度也是影響密封的一個主要因素，墊片越寬，所需的預緊力就越大，從而螺栓及法蘭的尺寸也就要求越大。管法蘭的選用步驟與壓力容器法蘭的選用標準基本相同。其類型有非金屬墊 片、金屬墊片、非金屬與金屬的組和墊片。金屬