【正文】 管法蘭的選用步驟與壓力容器法蘭的選用標準基本相同。 操作條件：壓力、溫度及介質的物理化學性質對密封性能的影響很復雜，單純的壓力及介質對密封的影響并不顯著，但在溫度的聯合作用下，尤其是波動的高溫下，會嚴重的影響密封性能，甚至使密封因疲勞而完全失效。 法蘭剛度：法蘭剛度與很多因素有關，其中是的的增加法蘭環(huán)的厚度、縮小螺栓中心圓直徑和增大法蘭環(huán)外徑，都能提高法蘭剛度，采用帶頸法蘭或增大錐頸部分尺寸，可顯著提高法蘭的抗彎能力。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。其類型有非金屬墊 片、金屬墊片、非金屬與金屬的組和墊片。通常采取減小螺栓直徑、增加螺栓數量、采取適當的預緊力等措施來提高密封性能。但預緊力不宜過大，否則會使墊片整體屈服而喪失回彈能力，甚至將墊片擠出或壓壞。 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初始密封。金屬墊片的材料有軟鋁、銅、軟鋼、鉻鋼等，用于中、高溫和中、高壓處法蘭聯接中。墊片的寬度也要適當，墊片越寬，所需的預緊力就越大，從而螺栓及法蘭的尺寸也要求越大，否則不足以保持法蘭與螺栓的強度與剛度。顯然，所需的預緊力與墊片的材料及寬度有關。當這一壓緊力被降低到某一數值以下，密封就會失效。放置在法蘭密封面間的環(huán)形墊片，在螺栓預緊力的作用下，被壓緊而變形，從 而填滿了法蘭密封面上的微觀凹凸不平處，這樣，就達到了密封的要求。 對法蘭聯接的基本要求 法蘭聯接從結構功能和一般設計準則出發(fā)，應滿足下列 基本要求： 密封可靠 在規(guī)定的工作壓力、溫度下和介質的腐蝕情況下能保證緊密不漏， 強度足夠 在各種情況中，能承載一定的外載和內力，有足夠的強度，在附加法蘭等結構后不致削弱整體的強度； 適用面廣 在設備和管道上都能應用，尺寸范圍大，還應該突出互換性的要求； 可拆結構 便于多次拆裝而不影響其密封性能； 經濟合理 結構簡單，成本低廉，適于大批生產。 （ 3） 補強范圍內補強金屬面積 0A = 1A + 2A + 3A 1A 為 殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積： 1A =? ?? ? ? ?? ?reete fdB ????? 12 ????? 帶入數值計算得到： 32MPa高壓容器的機構設計及應力分析 第 18 頁（共 41 頁） 1A =? ? ? ? 4 9 8 6 mm???? 2A 為接管有效厚度減去計算厚度之外多余面積： 2A = ? ? ? ? 2 mm???????? 3A 為有效補強區(qū)內焊縫金屬的截面積： 3A = ? ? ? ? 221 1 5 5 8 6 mmhhB ?????? 則有 0A = 1A + 2A + 3A =++=13270 2mm 因為 0A A ,所以滿足補強要求，不需要再另加補強。 帶入數值由上式可得：??? ????? ??? 28611291284 168842B 所以 B=286 2mm 。建立模型圖如圖二 : （ 1）所需最小補強面積 A 對受內壓的圓筒或球殼，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，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 =。所以只在重要壓力容器中應用，如核容器，材料屈服點在 500MPa 以上的容器以及低溫、高溫以及疲勞載荷容器的大直徑開孔。 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；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。焊接質量容易檢驗，因此補強效果好。又與接管的加厚部分正處32MPa高壓容器的機構設計及應力分析 第 16 頁（共 41 頁） 于最大應力區(qū)域內，故比補強圈補強更難有效的降低應力集中系數。一般使用在常常溫、靜載、中低壓、材料的標準抗拉強度地獄 541MPa、補強圈厚度小與或等于 ? 、殼體名義厚度 n? 不大于38mm 的場合。 壓力容器接管補強通常采用補強圈補強、厚壁管補強、整 鍛件補強三種補強結構。 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。 結束語 第 15 頁（共 41 頁） 開孔補強設計 根據 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 。查相關設計手冊，取氨氣排出管中心距裙座頂部的距離H=1100 mm。 各接管設計 查標準 GBT53101995《 高壓鍋爐用無縫鋼管 》， 內容器進、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，接管也應選用與內容器相同的材料 16MnDR。 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。在整體補強元件中，以密集補強結構的受力狀況為最好。因此，壓力容器設計中必須充分考慮開孔的補強問題。使得開孔接管處的局部應力進一步提高。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。選用特級珠光砂作為絕熱材料 , 密度為 80kg/m3 。 Di/(2Hi) R/D0 外壓橢圓形封頭的平均曲率半徑折算表 因為 Di/(2Hi)=，則有： mmRDR 1 8 ??? 代 入相應數據由 ??9 式可得 ? ? M P aP cr 22 25 ???? ???? 則外容器所用的材料為 16MnR，內徑為 iD =2400 ㎜，外徑為 2432 ㎜，筒體長 7000㎜，封頭為橢圓封頭， 外容器壁厚和橢圓封頭壁厚 均為 16 ㎜。下來來對外容器穩(wěn)定性的進行校核。 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。該壓力容器封頭厚度為 72 ㎜，在實際制造時由 3 層厚度為 24 ㎜的鋼板一次沖壓形成球封頭。 為例保證層間的間隙，球形封頭采用多層結構一次沖壓成型 ,工作的可靠性大為提高 ,封頭的材料與筒體的材料相同也為 16MnDR 鋼。按設計規(guī)定，封頭中只有球形封頭的最小厚度可以小于筒體的最小厚度。 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。內容器內筒材料選擇 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，其焊縫系數取? = 1。 3 高壓容器的結構設計 高壓容器內容器的結構設計 內容器筒體的設計 內容器筒體在結構上比較合理的多層容器如熱套、包扎式、螺旋繞板式亦可作為低溫高壓容器結構。 0Cr18Ni 0Cr18Ni10T、 0Cr19Ni10 這三種鋼均屬于 奧氏體不銹鋼。 16MnDR 是制造 ≤40℃壓力容器的經濟而成熟的鋼種，可用于制造液氨儲罐等設備。深冷高壓容器常用的奧氏體不銹鋼有 0Cr18Ni 00Cr19Ni1 0Cr18Ni10Ti 等。該類容器使用的材料主要有低合金鋼 (16MnDR)、 Ni 鋼 (， )和奧氏體鋼。脆性斷裂屬于 低應力破壞，其斷裂時的應力往往遠低于材料的屈服極限，且斷裂前毫無征兆，開裂速度極快，是突然性的，危害性甚大。 壓力容器的斷裂事故，大都為脆性斷裂，而絕大多數脆性斷裂都是在低溫條件下發(fā)生的。而我國為 ≤20℃。所謂低溫容器，各國規(guī)定的界限不大相同，例如美國為 30℃；法國為 ≤20℃；日本、德國為 10℃ 。 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。 (5) 熱穩(wěn)定性好。 （ 3) 制造加工性能好。 材料選用原則 第 7 頁（共 41 頁） 2 材料選用原則 選擇高壓容器用材常需遵循下述原則 : （ 1）使用安全，具有良好的綜合機械性能，即強度高，塑性和抗斷裂性好，以及有較低的冷脆傾向，缺口和時效敏感性。拉桿結構在內容器加入液氨冷卻收縮時能隨其移動，在拉桿端部裝有彈簧補償器，用以吸收振動能 ,提高 容器抗震能力。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。內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。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。 結構簡介 低溫高壓容器貯罐由內容器、外容器和外裙座立式結構等組成，如圖 1 所示。 （ 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。取內容器筒體內徑 Di=1400 mm。所以為保證容器安全，需在開孔區(qū)進行適當的補強處理。綜合分析目前世界上的單層式、多層包扎式、多層熱套式、纏繞式等高壓容器的特點，以及工業(yè)生產對高壓容器所提出的要求，一種合理的、先進的高壓容器結構應具有以下幾個特點： 研究的主攻方向 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。角 ,拉桿的端點支承面為球形鉸鏈 ， 以保證安裝時對接方便。內外容器之間采用具有良好絕熱性能的多層絕熱結 構。為滿足外容器外壓穩(wěn)定性的要求 ， 在外容器的內壁處焊了兩只工型鋼剛性圈。內容器采用耐低溫鋼材，結構安全可靠，多次來回卷制而成。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。因此，這種破壞是一種很難預測而危害性又很大的破壞。 目前在工礦企業(yè)使用的壓力容器中，低溫壓力容器占有一定的比重。 高壓容器的國內外現狀和發(fā)展趨勢 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。六十年代發(fā)展到直徑為1600～ 1700mm。 20～ 30 年代的氨合成塔內徑一般為 700～ 800mm，重 30t 左右。化學工業(yè)中應用最早的是合成氨工業(yè)。C，內直徑為 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。當前壓力容器向大容量、高參數發(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。如合成氨工業(yè)中的高壓設備壓力為 15～ 60MPa；合成甲醇工業(yè)中的高壓設備壓力為 15～ 30MPa；合成尿素工業(yè)中的高壓設備壓力為 20MPa；石油加氫工業(yè)中的高壓設備壓力為 10～ 70MPa等。同時必須使設計符合技術條件的各種要求。另一方面可對容器的承載能力做驗證，以確保容器的安全操作。 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場使用過程中都要執(zhí)行嚴格的檢查和試驗。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，同時還不應影響產品質量。 高壓容器的選材 高壓容器所選用的材料應具有良好的綜合機械性能和耐腐蝕性能，同時應遵守經濟、節(jié)約和符合國情的原則。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、運輸等各方面帶來許多困難。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