【正文】 施，以確保原料供應(yīng)，為化肥廠連續(xù)生產(chǎn)創(chuàng)造必要條件。至于低溫常壓工藝，則是將液氨冷凍至不高于它的沸點(diǎn)(低于33，視當(dāng)?shù)卮髿鈮憾?，使得液氨對(duì)應(yīng)的氣相壓力與大氣壓力相同或相近，從而可以采用常壓容器盛裝貯存，以最大限度降低儲(chǔ)罐投資。但是隨著儲(chǔ)罐的使用，儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)、壁厚等參數(shù)都發(fā)生了變化，儲(chǔ)罐在這種變化下還能不能滿足上作的要求，這就需要我們對(duì)儲(chǔ)罐的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，做出判斷。等軟件還有等效線性化后處理功能，并將結(jié)果整有限元法口前不僅用于彈塑性分析，還可以用于大變形與屈曲分析，斷裂分析等。故需要解決的關(guān)鍵問題主要有:儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)用ANSYS軟件進(jìn)行應(yīng)力分析等。最后從焊接缺陷出發(fā)對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行失效分析，并以VB語言為基礎(chǔ)，結(jié)合控制圖原理設(shè)計(jì)了一個(gè)缺陷分析的CAPP系統(tǒng)，從而完成了整個(gè)臥式液氨儲(chǔ)罐的分析設(shè)計(jì)過程。 壓力容器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢隨著化工、石油、能源、鍋爐等工業(yè)的迅速發(fā)展，今年來壓力容器制造技術(shù)的進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：（1）壓力容器向大型化發(fā)展壓力容器向大型化發(fā)展，容器的直徑、容積、厚度、質(zhì)量等參數(shù)增大，容器的工作條件，如溫度、壓力、介質(zhì)越來越惡劣、復(fù)雜，而且這一大型化的趨勢還在繼續(xù)。目前中國已經(jīng)基本掌握了厚度在150mm—200mm的大型容器的制造、焊接和檢測技術(shù)，厚度在200mm以上的大型容器的制造、焊接和檢測技術(shù)也已經(jīng)成熟。④出現(xiàn)大線能量下焊接性良好的鋼板。這就需要設(shè)置液氨貯存設(shè)施，以確保原料供應(yīng)，為化肥廠連續(xù)生產(chǎn)創(chuàng)造必要條件。至于低溫常壓工藝，則是將液氨冷凍至不高于它的沸點(diǎn)(低于33℃，視當(dāng)?shù)卮髿鈮憾?，使得液氨對(duì)應(yīng)的氣相壓力與大氣壓力相同或相近，從而可以采用常壓容器盛裝貯存，以最大限度降低儲(chǔ)罐投資。②煤氣鼓風(fēng)及轉(zhuǎn)化。： 液氨儲(chǔ)罐 液氨儲(chǔ)罐2 臥式液氨儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于純液氨具有一定的腐蝕性，但設(shè)計(jì)壓力為中等壓力，根據(jù)鋼制壓力容器中使用的鋼板許用應(yīng)力及其使用范圍的說明，儲(chǔ)罐的主要結(jié)構(gòu)筒體和封頭選材可以考慮使用20R、16MnR、15MnVR等鋼。假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭封頭厚度在8—16mm之間，封頭的公稱直徑應(yīng)該與筒體相等，取DN=1200mm，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)JB47462002，查得封頭的容積Vh= m3，總深度H=325 mm。．封頭應(yīng)力校核：有效厚度δe＝δn－C1－C2＝l0－－2＝ 所以封頭水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核滿足要求選用20R鋼作為第二種方案，來計(jì)算筒體和封頭的厚度。．封頭應(yīng)力校核：有效厚度δe＝δn－C1－C2＝l2－－2＝因?yàn)? 所以封頭水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核滿足要求。雖然多支座罐的彎曲應(yīng)力比較小，但是各支座嚴(yán)格的保持在同一水平面上，特別是對(duì)于大型臥式儲(chǔ)罐很難達(dá)到，同時(shí)，由于地基的不均勻下沉，多支座 的罐體在支座處的支反力不能均勻分配，故選用雙鞍式支座支承?；顒?dòng)支座的基礎(chǔ)螺栓應(yīng)沿圓筒軸向開成長圓孔，固定支座通常設(shè)置在儲(chǔ)罐配管較多的一側(cè)，活動(dòng)支座應(yīng)安裝在沒有配管或配管較少的一側(cè)。mm （2）筒體軸向應(yīng)力計(jì)算由GBl50—89表81查得由“扁塌現(xiàn)象”引起的抗彎截面模量減少系數(shù)K1＝K2＝ 因?yàn)椋麺1｜》｜M2｜，且A≤Rm/2=,故應(yīng)力必定出現(xiàn)在跨中面，校核跨 中面應(yīng)力。由于儲(chǔ)罐的公稱直徑900mm＜DN＜2600 mm，而且設(shè)計(jì)了人孔和適當(dāng)?shù)膫溆霉芸冢ㄒ娤挛模?，就不必要設(shè)計(jì)手孔和檢查孔。選用凸面板式平焊鋼制管法蘭，公稱直徑80mm，接管外徑89 mm。采用工程制單位的標(biāo)準(zhǔn)（如：JB等）公稱壓力用P g表示，單位為/cm2。 A3＝288＝64 mm2．有效補(bǔ)強(qiáng)面積Ae=A1＋A2＋A3=817＋＋64= ＜mm2A=2689 mm2所以需要另行補(bǔ)強(qiáng)。（3）水壓試驗(yàn)費(fèi)用查手冊可知，當(dāng)容器體積V＜5 m3，設(shè)計(jì)壓力P＜ Mpa時(shí)，水壓試驗(yàn)費(fèi)用： SC＝。當(dāng)應(yīng)力值超出許用應(yīng)力時(shí)，儲(chǔ)罐就是危罐，應(yīng)該立即停止使用或者采取合適的方法來補(bǔ)救。有限元法可以說是對(duì)問題的一種物理近似法，它與差分法不同的是，它不涉及原有的微分方程，而是從能量原理出發(fā)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化處理。用有限元法與數(shù)學(xué)規(guī)劃法相結(jié)合還進(jìn)行了不同載荷作用下的極限分析與安全性分析。ANSYS獨(dú)具特色的多物理場禍合分析技術(shù)和涵蓋優(yōu)化設(shè)計(jì)、隨機(jī)有限元分析等在內(nèi)的一體化的處理技術(shù)充分體現(xiàn)了CAE領(lǐng)域的最新發(fā)展成就。②.強(qiáng)大的建模能力。⑥.良好的優(yōu)化功能。ANSYS開放式的結(jié)構(gòu)使用戶可以利用APDL, UIDL和UPFS對(duì)其進(jìn)行一次開發(fā)。另外，為簡化建模，本分析只考慮液氨儲(chǔ)罐上的最大接管，即人孔接管。（5）施加約束與載荷① 筒體端面施加端面平衡面載荷：執(zhí)行PressureOn Areas命令,選中筒體端部編號(hào)為3，9的兩個(gè)面，在對(duì)話框中的Value文本框中輸入Pc。計(jì)算結(jié)果和應(yīng)力云圖如下圖： 分析結(jié)果圖 儲(chǔ)罐建模圖 結(jié)果與討論對(duì)該應(yīng)力云圖分析可以看出，應(yīng)力最大的地方出現(xiàn)在筒體最高位置與人孔接管焊接區(qū)域。(2)失效是產(chǎn)品質(zhì)量控制網(wǎng)發(fā)生偏差的反映，失效分析是可靠性工程必不可少的基礎(chǔ)技術(shù)工作，加強(qiáng)機(jī)械產(chǎn)品失效及其分析工作的管理必將強(qiáng)化全面質(zhì)量管理工作，因此它是機(jī)械產(chǎn)品全面質(zhì)量管理中的重要組成部分和關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)。所以現(xiàn)代壓力容器設(shè)計(jì)不得不進(jìn)一步分析容器可能出現(xiàn)的各種失效形式。（3）疲勞破壞 由于交變載荷導(dǎo)致容器應(yīng)力集中部位產(chǎn)生疲勞損傷，萌生疲勞裂紋并進(jìn)一步擴(kuò)展而產(chǎn)生破壞，叫做疲勞破壞。由于缺陷的存在減少了結(jié)構(gòu)承載的有效截面積，更是主要的是在缺陷周圍產(chǎn)生了應(yīng)力積中。此外，對(duì)于焊縫的形狀不良，角焊縫的凸度過大及錯(cuò)邊，角變形等焊接接頭的外部缺陷，也都會(huì)引起應(yīng)力集中或者產(chǎn)生附加的應(yīng)力。一般認(rèn)為，結(jié)構(gòu)中缺陷造成的應(yīng)力集中越嚴(yán)重，脆性斷裂的危險(xiǎn)性越大。帶咬邊的接在106次循環(huán)的疲勞強(qiáng)度大約為致密接頭的40%，其影響程度也與負(fù)載方向有關(guān)。同樣地，應(yīng)力集中對(duì)腐蝕疲勞也有很大影響。6 焊接缺陷分析的CAPP系統(tǒng)設(shè)計(jì)因?yàn)楹附尤毕輰?duì)壓力容器失效的影響很大，在生產(chǎn)的過程中除了要從焊接方法上控制外，還要對(duì)焊接缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用控制圖的方法來控制和預(yù)防，保證產(chǎn)品合格率，為此用VB語言開發(fā)了一套壓力容器焊接缺陷分析的CAPP系統(tǒng)。中心線CL(Central Line)，上控制界限UCL(Upper Cortrol Limit)，下控制界限LCL(Lower Control Limit)。另外，在求各種控制圖時(shí)，3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差并不容易求到，故按統(tǒng)計(jì)理論計(jì)算出一些近似系數(shù)用于各種控制圖的計(jì)算信息輸入表中。比如我們可以很明顯的看出2月份的的扭曲缺陷超過600件，是一種很反常的情況，必須馬上檢查每個(gè)工序和設(shè)備，找出產(chǎn)生缺陷的原因，采取措施進(jìn)行消除。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是臥式液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)，臥式儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)不僅包括對(duì)容器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，然而我們也不能忽視對(duì)容器的安全可靠性分析分析和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)的探討，對(duì)容器。只要控制圖上的點(diǎn)子出現(xiàn)下列情況時(shí)，就可判斷工序是否為失控狀態(tài)，如下圖： 一次性合格率的計(jì)數(shù)值控制圖該圖是2001年1月到2005年1月產(chǎn)品的一次性合格率的計(jì)數(shù)值控制圖。只要控制圖上的點(diǎn)子出現(xiàn)下列情況時(shí)，就可判斷工序是否為失控狀態(tài)，如下圖：(1) 控制圖的基本格式圖計(jì)數(shù)值控制圖則用于以計(jì)數(shù)值為控制對(duì)象的場合。該系統(tǒng)利用ADO控件和缺陷統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)庫的動(dòng)態(tài)連接，生成在不同時(shí)間各種缺陷發(fā)生頻數(shù)的統(tǒng)計(jì)圖和不合格率曲線，并利用休哈特控制圖在質(zhì)量管理過程中的作用，來對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警，查出焊接缺陷頻繁產(chǎn)生的原因，并及時(shí)的采取改進(jìn)措施消除，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的問題進(jìn)行預(yù)防，達(dá)到道道工序都處于穩(wěn)態(tài)的全穩(wěn)生產(chǎn)線。因此，改善焊趾處的應(yīng)力集中程度能大大提高接頭的抗腐蝕疲勞的能力。通常疲勞裂紋是從表面引發(fā)的，因此當(dāng)缺陷露出表面或接近表面時(shí)，其疲勞強(qiáng)度的下降要比缺陷埋藏在內(nèi)部的明顯得多。如果裂紋位于高值拉應(yīng)力區(qū)就容易引起低應(yīng)力破壞；若位于結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中區(qū)，則更危險(xiǎn)。因此，成串氣孔要比單個(gè)氣孔危險(xiǎn)得過且過多。由于各類缺陷的形態(tài)不同，所產(chǎn)生的應(yīng)力集中程度也不同，因而對(duì)結(jié)構(gòu)的危害程度也各不一樣。在交變載荷下，這些宏觀的或者顯微的裂紋還要繼續(xù)擴(kuò)展，從而形成顯微的宏觀裂紋。下面介紹一下最主要的幾種形式。(4)失效分析可以為仲裁失效事故的責(zé)任、偵破犯罪案件開展技術(shù)保險(xiǎn)業(yè)務(wù)、修改和制定產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等方面提供可靠的科學(xué)技術(shù)依據(jù)。開孔接管區(qū)的應(yīng)力狀況非常復(fù)雜，削弱了原有的承載面積，在開孔邊緣附近必然會(huì)造成應(yīng)力集中，接管區(qū)的受力有如下幾種：儲(chǔ)罐的接管區(qū)受到由液壓引起的徑向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力，其中環(huán)向應(yīng)力是徑向應(yīng)力的兩倍；另一方面接管的存在使開孔接管區(qū)成為總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)，殼體與接管在內(nèi)壓作用下自由變形不一致，在變形協(xié)調(diào)過程中將產(chǎn)生邊緣應(yīng)力；同時(shí)接管和殼體是通過焊接連接在一起的，焊縫的結(jié)構(gòu)與尺寸如焊縫高度、過渡圓角等會(huì)形成結(jié)構(gòu)不連續(xù)，形成局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)應(yīng)力，由于焊接時(shí)的殘余應(yīng)力；由于容器自重和儲(chǔ)存介質(zhì)的重力，筒體的上半部分受到壓應(yīng)力的作用，其中筒體和接管的最高點(diǎn)處壓應(yīng)力最大，所以在應(yīng)力集中后該處的應(yīng)力值最大，而在接管的上下端面附近由于距離焊縫較遠(yuǎn)，幾乎不受焊接殘余應(yīng)力的影響，承載較小，在應(yīng)力云圖上顯示的應(yīng)力也是最小的區(qū)域。在Z=Lc/2對(duì)稱面上施加對(duì)稱面約束：重復(fù)步驟2，設(shè)定Areas，By Location，Z coordinates，在Min，Max中輸入Lc/2，施加對(duì)稱約束。再對(duì)各對(duì)稱面施加對(duì)稱約束，對(duì)內(nèi)表面施加內(nèi)壓力進(jìn)行求解。開孔接管區(qū)的應(yīng)力狀況非常復(fù)雜，這時(shí)因?yàn)橐环矫骈_孔破壞了殼體材料的連續(xù)性，削弱了原有的承載面積，在開孔邊緣附近必然會(huì)造成應(yīng)力集中；另一方面接管的存在使開孔接管區(qū)成為總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)，殼體與接管在內(nèi)壓作用下自由變形不一致，在變形協(xié)調(diào)過程中將產(chǎn)生邊緣應(yīng)力，同時(shí)接管和殼體是通過焊接連接在一起的，焊縫的結(jié)構(gòu)與尺寸如焊縫高度、過渡圓角等會(huì)形成結(jié)構(gòu)不連續(xù)，形成局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)應(yīng)力，JB47321995對(duì)焊縫過渡圓角做了較為詳細(xì)的規(guī)定。利用ANSYS的拓?fù)鋬?yōu)化功能，用戶可以對(duì)模型進(jìn)行外型優(yōu)化，尋求物體對(duì)材料的最佳利用。③.強(qiáng)大的求解功能。 ANSYS軟件是第一個(gè)工S09001通過質(zhì)量認(rèn)證的大型分析設(shè)計(jì)類軟件，是美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)(ASME)，美國核安全局(NOA)及近20種專業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)分析軟件。有限元法的應(yīng)用與電子計(jì)算機(jī)緊密相關(guān)，由于該法采用矩陣形式表達(dá)，便于編制計(jì)算機(jī)程序，可以充分利用高速電子計(jì)算機(jī)所提供的方便。與此同時(shí)，把用連續(xù)形式描述的邊界條件看作是只需要在邊界上若干個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)遵守的條件。它們可能是施加在整個(gè)容器上(如壓力)，也可能是施加在容器的局部部位(如支座反力)。從計(jì)算所得費(fèi)用和網(wǎng)絡(luò)查閱報(bào)價(jià)兩結(jié)果來看，數(shù)值相差不大，由于計(jì)算估計(jì)價(jià)格時(shí)，很多數(shù)據(jù)都是比較保守，大部分都用較大值計(jì)算，所以與實(shí)際報(bào)價(jià)存在一定的差距是很正常的情況，從而也證明了第二部分儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。所以補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度為：考慮鋼板負(fù)偏差，并經(jīng)圓整和與殼體的焊接質(zhì)量問題，取補(bǔ)強(qiáng)圈的名義厚度等于筒體的名義厚度，即=δn=10mm。（1）人孔補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別．補(bǔ)強(qiáng)判別 由于人孔接管的外徑為480 mm，大于允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的的最大接管外徑89 mm，所以需要另行考慮補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)該與殼體的材料相同，選用16MnR鋼，由前面的人孔設(shè)計(jì)可知，人孔的接管選用Q235－B鋼，選用其厚度附加量C，＝C1＋C2＝2＋＝，在該設(shè)計(jì)條件下Q235－B鋼的許用應(yīng)力=113Mpa。右邊封頭上液位計(jì)管口時(shí)必須避開邊緣應(yīng)力區(qū)，隨著離開封頭邊緣處的距離的增大，邊緣應(yīng)力迅速衰減，所以將管口孔中心距離封頭頂點(diǎn)500mm?？紤]到筒體和鞍座的結(jié)構(gòu)尺寸，將人孔設(shè)置在筒體的頂部，選取開孔中心距離筒體的邊緣620mm。(2)封頭切向剪應(yīng)力因?yàn)? [σ]t －δh=[σ]t － = 170－ MPa ＜[σ]t－δh，故合格。查JB/T4712—92可得鞍座基本尺寸：包角θ＝120176?？紤]到支座截面處除彎矩以外的其他載荷，而且支座截面處的應(yīng)力較為復(fù)雜，故常取支座截面處的彎矩略小于跨中間截面的彎矩，為此中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB4731《鋼制壓力容器》。（2）制造費(fèi)用 總的來說，由于采用16MnR鋼板厚度較薄，質(zhì)量較輕，鞍座的承載重量也更小，而且制造費(fèi)用目前也按碳鋼設(shè)備同等計(jì)價(jià)，因此制造費(fèi)用比較經(jīng)濟(jì)。筒體和封頭的結(jié)構(gòu)和尺寸與第一種方案的設(shè)計(jì)相同（厚度除外），選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭（EHA型），其它尺寸和參數(shù)如上所敘。筒體長度：取 =2030 mm兩封頭切線之間的距離L==2030+225=2080mm現(xiàn)選用16MnR和20R兩個(gè)鋼種，對(duì)儲(chǔ)罐的主要結(jié)構(gòu)——筒體和封頭進(jìn)行兩個(gè)方案的設(shè)計(jì)，然后對(duì)這兩個(gè)方案進(jìn)行比較和選擇。m3的中壓儲(chǔ)存容器按[2]劃分，本設(shè)備為第二類壓力容器。③氣體的壓縮與精制。若溫度降到0℃，則每噸鋼材用量可貯存液氨lOt?！尜A存，而在常溫下應(yīng)在壓力容器內(nèi)貯存。隨著鎢極氬弧焊、多絲埋弧焊、窄間隙焊等新焊接方法的采用大大改善了焊接接頭的性能。當(dāng)前壓力容器用鋼發(fā)展的主要特點(diǎn)有如下幾個(gè)：①隨著剛才強(qiáng)度的提高，同時(shí)要改善鋼材的抗裂性和韌性指標(biāo)。國外以美國和日本為代表的合成氨和裝置已經(jīng)基本穩(wěn)定在年產(chǎn)30萬—40萬t，個(gè)別有60萬t，乙烯裝置穩(wěn)定在年產(chǎn)30萬—50萬t，個(gè)別有68萬—75萬t，板焊結(jié)構(gòu)式的煤氣塔厚度為200mm，內(nèi)徑為9100mm，單臺(tái)質(zhì)量已達(dá)到2500t。structural design。 解決辦法在圖書館查閱化工容器設(shè)計(jì)的、設(shè)計(jì)手冊和雜志等相關(guān)書籍，借助網(wǎng)絡(luò)資源，在學(xué)校圖書館網(wǎng)站和一些化工機(jī)械論壇上查閱下載必要的資料，并在老師的指導(dǎo)，認(rèn)真思考、歸納總結(jié)，逐步解決在設(shè)計(jì)過程中遇到的理論性困難問題，及時(shí)