【正文】 著提高法蘭的抗彎能力。顯然，所需的預緊力與墊片的材料及寬度有關。 整鍛件補強是將接管和部分殼體連同補強部分做成整體鍛件，再與殼體和接管焊接，補強金屬集中于開孔應力最大部分，能最有效的降低應力集中系數(shù)；可采用對接焊接，并使焊縫及熱影響區(qū)離開最大應力點，抗疲 勞性能好。 各接管設計 查標準 GBT53101995《 高壓鍋爐用無縫鋼管 》， 內(nèi)容器進、出氣接管及爆破安全裝置接管選用公稱外徑為 102 mm 的無縫鋼管，由于都連接在內(nèi)容器上，為保證焊縫質量及接管的低溫韌性，接管也應選用與內(nèi)容器相同的材料 16MnDR。下來來對外容器穩(wěn)定性的進行校核。 0Cr18Ni 0Cr18Ni10T、 0Cr19Ni10 這三種鋼均屬于 奧氏體不銹鋼。 材料選用： 隨著低溫工業(yè)和深冷技術的發(fā)展，越來越多的壓力容器需要在較低的溫度下運行。 結構簡介 低溫高壓容器貯罐由內(nèi)容器、外容器和外裙座立式結構等組成，如圖 1 所示。內(nèi)容器采用耐低溫鋼材，結構安全可靠，多次來回卷制而成。C，內(nèi)直徑為 3000～ 5000mm，壁厚為200～ 400 mm，重 400～ 2600 噸，對這類容器的工藝要求和運行可靠性要求更高，顯然比一般壓力容器又有更高更 嚴格的安全性要求。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選材、密封、制造、檢驗、運輸?shù)雀鞣矫鎺碓S多困難。 32MPa 高壓容器的結構設計及應力分析 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、高壓容器得到越來越廣泛的應用，這類容器要承受較高的壓力、溫度和介質的腐蝕 , 操作條件比 較苛刻，在高壓容器應用的同時也暴露出更多的安全隱患。并于 1910 年建立了一個中間工廠，第一次在 20MPa 操作壓力下得到氨的工業(yè)產(chǎn)品。熟練畫圖軟件知識，經(jīng)常向老師請教，多與同學交流學習，多跑圖書館，多上機查資料。因該容器工作溫度較低，容器材料的脆性相應增大，即使在工作壓力較低的情況下，也極易造成低應力脆斷，使容器遭到不同程度的破壞。 目前，我國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。大連理工大學在化工流體爆炸超壓災害防治方法、超壓敏感功能元件理論及安全裝備技術研究方面 , 取得了多項國家級研究成果。這類合成反應裝置不但壓力高，而且也伴有高溫，例如合成氨就常在 15～ 32MPa壓力和 500℃ 高溫下進行合成反應。 高壓容器是在核工業(yè)、石油化工、輕工、電廠、化學化工、制藥等工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的重要設備。 作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日 期： 使用授權說明 本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本 和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。所謂焊接工藝是指焊接過程中的一整套技術規(guī)定，其中包括焊前準備、焊接材料、焊接設備、焊接方法、焊接順序、焊接操作的最佳選擇以及焊后處理等，如果不按照焊接工藝的要求運行，產(chǎn)品質量就得不到保證。 20～ 30 年代的氨合成塔內(nèi)徑一般為 700～ 800mm，重 30t 左右。很多企業(yè)都在進行該類氣瓶的開發(fā)、生產(chǎn)工作 , 有較高水平。但提高容器最大工作壓力并不是一個無止境的目標。 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(chǎn)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。 繪制裝配圖以及零件圖。乙烯氣體在超過 100MPa 的超高壓條件下進行聚合反應等，都是利用高壓條件手化學平衡向有利于合成產(chǎn)品的方向進行這一原理，它可以提高化學反應速度，并大大減小了反應設備的容積。情況比較復雜。這樣，一方面可以及早發(fā)現(xiàn)缺陷，保證制 造質量 。而 70 年代以來，由于單機大型化生產(chǎn)的發(fā)展更快，直徑已達 2800～3600mm，長 20m以上，重 300～ 400t 加氫 反應器也是如此，有的目前已達 直徑，厚度達 280mm，重約 l000t 從各方面的技術應用中表明，高壓容器在現(xiàn)代石油化學工業(yè)中的應用是必不可少，而且是得到迅速發(fā)展的一個領域。 高壓容器的結構型式是決定容器受力狀態(tài)、制造工藝和使用安全性的一個關鍵性因素。角 ,拉桿的端點支承面為球形鉸鏈，以保證安裝時對接方便。所以通常把這種脆性斷裂稱為 “冷脆” 。半球形封頭在受內(nèi)壓時，與其他封頭相比其薄膜應力最小，故所需厚度也最薄。這種高應力通?？蛇_到容器筒體一次總體薄膜應力的 3 倍，某些場合甚至會達到 5— 6 倍，再加上接管有時還會受到各種外載荷的作用而產(chǎn)生的應力以及溫差產(chǎn)生熱應力。 2 接管的腐蝕余量為 1mm。 內(nèi)外側有效高度，分別取較小值： 外側高度 ????接管實際外伸高度 ntdh ?1 內(nèi)側高度 ????接管實際內(nèi)伸高度 ntdh ?2 則帶入數(shù)值可有： 1h =； 2h =10mm。適當提高螺栓預緊力可以增加墊片的密封能力，因此加大預緊力可使墊片在正常工況下保留較大的接觸面比壓力。 法蘭結構及材料的選用 管法蘭用于管道之間或設備上的接管與管帶 的連接。墊片的材料有非金屬和金屬兩大類，非金屬中用得最多的是石棉、橡膠、合成樹脂等，與金屬墊片相比，耐溫度和壓力的性能較差，但耐蝕性及柔軟性比金屬為優(yōu)，故適用于中、低壓和常、中溫設備與管法蘭密封。 綜合以上各種補強方法結合本設計中實際情況選擇厚壁管補強，下面運用等面積補強法對內(nèi)容器加壓進氣接管開孔進行補強設計。外容器 抽真空接管、爆破膜接管及與夾套連接管線選用 20MnG 材料，抽真空接管、爆破膜接管選用公稱外徑為 89 mm、 壁厚為 4 .5mm 的 無縫鋼管即可；夾套連接管線選用稱外徑為 57mm、 壁厚為 mm 的 無縫鋼管。 外容器結構示意圖 保溫層厚度及質量計算 真空粉末絕熱層厚度為 170 ㎜ , 內(nèi)、外徑分別為 giD = 2028 ㎜ 和 0gD = 2400 ㎜ ；32MPa高壓容器的機構設計及應力分析 第 14 頁（共 41 頁） 外容器壁厚為 16 ㎜ , 內(nèi)、外徑分別為 iD = 2400 ㎜ 和 0D = 2432 ㎜ 。該高壓容器內(nèi)筒采用鋼板卷制而成，在其筒體上大都存在多道深而厚的環(huán)焊縫，故而對焊接技術要求非常高。英國為 0℃ 。為滿足外容器外壓穩(wěn)定性的要求，在外容器的內(nèi)壁處焊了兩只工型鋼剛性圈。內(nèi)容器因低溫條件下工作用 奧氏體不銹鋼 制造 ， 外容器用 16MnR 制造。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。所謂良好的綜合機械性能即指強度高，塑性和韌性好，以及良好的制造和加工工藝性。因此，對壓力容器要求很高的安全可靠性。如合成氨工業(yè)中的高壓設備壓力為 15 60MPa。 根據(jù)設計方案，對各零件選擇材料，初步計算出高壓容器的結構參數(shù)。隨著科學的進步，目前國內(nèi)外對低 溫容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。從以上這些數(shù)據(jù)不難看出，與發(fā)達國家相比 ,我國焊接材料的生產(chǎn)還存在很大的差距。進而在 2020 年研制出最大工作壓力為 70MPa 的貯氫容器。C，內(nèi)直徑為 3000～ 5000mm，壁厚為200～ 400 mm，重 400～ 2600 噸，對這類容器的工藝要求和運行可靠性要求更高，顯然比一般壓力容器又有更高更嚴格的安全性要求。吉林、西安等地的液化氣儲罐事故給人們以深刻的教訓。 長江大學 工程技術學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 題 目 名 稱 32Mpa 高壓容器的結構設計及應力分析 題 目 類 型 畢業(yè)設計 系 部 專 業(yè) 班 級 學 生 姓 名 學 號 /序 號 指 導 教 師 輔 導 教 師 時 間 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。為了保證液化石油氣儲罐的安 全運行 , 避免事故發(fā)生 , 必須從各個方面嚴格關。 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。于同 年 12 月 2 日正式交付使用。 承壓設備的最新發(fā)展趨勢 大型化在高新技術中的應用越來越廣，標準全球化，防止突發(fā)爆炸事故對高壓容器提出更高的要求，安全可靠性要求越來越高。扁平繞帶式壓力容器是我國的具有長遠發(fā)展前景的一種高壓容器，扁平繞帶高壓容器，國內(nèi)自 1965 年研制以來，己成功地得到應用。 進行詳細計算，對主要零部件進行強度校核。合成甲醇工業(yè)中的高壓設備 壓力為 15 30MPa。 在設計壓力容器時，對高壓 容器進行合理的結構設計的目的和意義就是：保證高壓容器的安全性和經(jīng)濟性。良好的耐腐蝕性是指材料耐操作介質腐蝕的程度，除了不應直接影響設備使用壽命外，同時還不應影響產(chǎn)品質量。 20～ 30 年代的氨合成塔內(nèi)徑一般為 700～ 800mm，重 30t 左右。內(nèi)外容器之間采用具有良好絕熱性能的多層絕熱結 構。內(nèi)容器因低溫條件下工作用奧氏體不銹鋼制造，外容器用 16MnR 制造。而我國為 ≤20℃。內(nèi)容器內(nèi)筒材料選擇 16MnDR 鋼筒體厚度計算：查 GB1502020 可得 16MnDR 鋼板在設 計溫度下的許用應力由表可得， 焊 縫應為 V型坡口雙面焊接，由于焊縫采用 100％ 無 損探傷，其焊縫系數(shù)取? = 1。選用特級珠光砂作為絕熱材料 , 密度為 80kg/m3 。 結束語 第 15 頁（共 41 頁） 開孔補強設計 根據(jù) GB/T_1501998《鋼制壓力容器》規(guī)定，殼體開孔滿足下述全部要求時，可不另行補強： 設計壓力小于或等于 。建立模型圖如圖二 : （ 1）所需最小補強面積 A 對受內(nèi)壓的圓筒或球殼，所需要的補強面積 A 為 ? ?ret fdA ??? 12??? 式中 A 開孔削弱所需要的補強面積， 2mm ； d 開孔直徑，圓形孔等于接管內(nèi)直徑加上兩倍厚度附加量，即 d= cdi 2? ， mm； ? 殼體開空處的計算厚度， mm； et? 接 管有效厚度， mm； rf 強度削弱系數(shù)，等于設計溫度下接管材料與殼體材料許用應 力之比，當該值大于 時，取 rf =。金屬墊片的材料有軟鋁、銅、軟鋼、鉻鋼等，用于中、高溫和中、高壓處法蘭聯(lián)接中。管法蘭的選用步驟與壓力容器法蘭的選用標準基本相同。 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。 帶入數(shù)值由上式可得：??? ????? ??? 28611291284 168842B 所以 B=286 2mm 。 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。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。 筒體的材料為 16MnDR 鋼能夠符合制造要求，總厚度為 ? =150mm 內(nèi)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。 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。內(nèi)容器近中部兩端處用 6 根可調(diào)節(jié)的特殊不銹鋼拉桿固定在外容器內(nèi)部的加強吊耳上，上下各 3根 , 3根為 1組 ,分別與軸線成 45176。角 ,拉桿的端點支承面為球形鉸鏈 ， 以保證安裝時對接方便。六十年代發(fā)展到直徑為1600～ 1700mm。 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。在化學工業(yè)中使用的高壓容器，其操作隨工藝過程而異。石油加氮工業(yè)中的高壓設備壓力為 8 70MPa。 繪制裝配草圖以及零件草圖。 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(nèi)、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。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(nèi)襯纖維