畢業(yè)論文---32mpa高壓容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)力分析

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</b></p><p>　題 目 名 稱32Mpa高壓容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)力分析</p><p>　題 目 類 型畢業(yè)設(shè)計(jì)</p><p>　系 部</p><p>　專 業(yè) 班 級(jí)</p><p>　學(xué) 生 姓 名</p>

2、<p>　學(xué) 號(hào)/序 號(hào)</p><p>　指 導(dǎo) 教 師</p><p>　輔 導(dǎo) 教 師</p><p>　時(shí) 間2011年11月至2012年6月</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書I</b><

3、;/p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告III</p><p>　　指導(dǎo)教師審查意見XIII</p><p>　　評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)XIV</p><p>　　答辯會(huì)議記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定XV</p><p><b>　　中外文摘要XVI</b></p><p><b&

4、gt;　　前言1</b></p><p>　　32MPa高壓容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)力分析2</p><p><b>　　1 選題背景2</b></p><p>　　1.1 研究目的和意義2</p><p>　　1.2 高壓容器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)3</p><p>　　1.

5、2.1 高壓容器應(yīng)用及發(fā)展3</p><p>　　1.2.2 高壓容器的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)4</p><p>　　1.3 高壓容器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介5</p><p>　　1.4 研究的主攻方向5</p><p>　　1.5 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求5</p><p>　　1.6 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介5</p>

6、<p>　　2 材料選用原則6</p><p>　　3高壓容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1高壓容器內(nèi)容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1.1 內(nèi)容器筒體的設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.2.2 內(nèi)容器封頭的設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.3高壓容器外容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10</

7、p><p>　　3.4 保溫層厚度及質(zhì)量計(jì)算13</p><p>　　4開孔接管和開孔補(bǔ)強(qiáng)13</p><p>　　4.1各接管設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.2開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)14</p><p><b>　　5附件設(shè)計(jì)18</b></p><p>　　5.1法蘭設(shè)計(jì)

8、18</p><p>　　5.1.1對(duì)法蘭聯(lián)接的基本要求18</p><p>　　5.1.2工作原理18</p><p>　　5.1.3影響密封的主要因素19</p><p>　　5.1.4法蘭結(jié)構(gòu)及材料的選用20</p><p>　　5.2墊片的選擇21</p><p>　　5.3

9、連接螺栓設(shè)計(jì)22</p><p>　　5.3.1 螺栓載荷計(jì)算23</p><p>　　5.3.2螺栓強(qiáng)度校核24</p><p>　　5.4爆破片的設(shè)計(jì)24</p><p>　　5.4.1爆破片裝置的特點(diǎn)24</p><p>　　5.4.2爆破片和夾持器的結(jié)構(gòu)型式25</p><p&g

10、t;　　5.5預(yù)冷夾套設(shè)計(jì)27</p><p>　　5.6支撐拉桿設(shè)計(jì)27</p><p>　　5.6.1拉桿的尺寸計(jì)算27</p><p>　　5.6.2拉桿穩(wěn)定性校核28</p><p>　　6支撐裙座設(shè)計(jì)29</p><p>　　6.1裙座的選材29</p><p>　　6.2

11、裙座各尺寸確定30</p><p>　　6.2.1塔體上各項(xiàng)載荷計(jì)算30</p><p>　　6.2.2塔體的強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算30</p><p>　　6.2.3裙座的強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算31</p><p>　　6.2.4裙座基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)32</p><p>　　6.2.5地腳螺栓設(shè)計(jì)35</p>

12、;<p>　　6.3裙座與塔體的連接35</p><p>　　7 高壓容器強(qiáng)度與安全特性分析35</p><p>　　7.1高壓容器的理想應(yīng)力狀態(tài)35</p><p>　　7.2 對(duì)高壓深冷容器的焊接加工性分析36</p><p>　　7.2.1 焊接性分析36</p><p>　　7.2.2

13、焊接方法和焊材選擇37</p><p>　　7.2.3 坡口形式38</p><p>　　7.2.4 奧氏體不銹鋼焊接工藝要點(diǎn)38</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)39</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)40</b></p><p><b>　

14、　致謝41</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　1.畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：</p><p>　　32Mpa高壓容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)力分析</p><p>　　2.畢業(yè)設(shè)計(jì)起止時(shí)間：2011年11月5日～2012年6月1日</p><p>　　3．

15、畢業(yè)設(shè)計(jì)所需資料及原始數(shù)據(jù) </p><p><b>　　1）原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)壓力=32MPa，設(shè)計(jì)溫度=20K，容積=10m3</p><p>　　容器類型：儲(chǔ)液氨高壓容器</p><p><b>　　2）主要參考資料</b></p><p>　　

16、[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),2003：P8-12</p><p>　　[2] 修淑英.1000m鋼制乙烯球罐設(shè)計(jì)要點(diǎn).機(jī)械·設(shè)備，石化技術(shù)，2000: P236-240</p><p>　　[3] 喬尚飛，魏艷紅.計(jì)算機(jī)輔助焊接工藝設(shè)計(jì)應(yīng)用現(xiàn)狀.焊接,2002( 7): P5-8</p><p>　　[4

17、] 陳春紅，張建勛，裴怡.鋼制壓力容器焊接工藝設(shè)計(jì)與管理專家系統(tǒng)的研究.工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2001年第1期: P39-42</p><p>　　[5] 張子曄，郭晶.3.5%Ni鋼低溫壓力容器制造中的幾個(gè)問題.石油化工設(shè)備，第26 卷第1期: P37-40</p><p>　　[6] 朱光照. LPG球罐的焊接[J] . 焊接，2005年1期：P39-41</p><p&

18、gt;　　4．畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成的主要內(nèi)容</p><p><b>　　1）引言</b></p><p>　　2）高壓容器主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3）對(duì)容器主要部分計(jì)算</p><p><b>　　4）附件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　5）結(jié)束語(yǔ)

19、</b></p><p><b>　　6）參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　5．畢業(yè)設(shè)計(jì)的目標(biāo)及具體要求（對(duì)外文翻譯提出具體要求）</p><p>　　學(xué)生對(duì)深冷高壓容器的結(jié)構(gòu)及注意事項(xiàng)有一個(gè)基本的了解并培養(yǎng)學(xué)生掌握繪圖的基本能力。</p><p>　　具體要求（按長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作條例要求）：<

20、/p><p>　　查閱資料：近3～5年參考文獻(xiàn)不少于15種（篇）；其中要有1篇外文文獻(xiàn)</p><p>　　外文翻譯：原文不少于2萬(wàn)字符，譯文不少于3千漢字；</p><p>　　撰寫開題報(bào)告：不少于3千漢字；</p><p>　　繪制高壓容器的裝配圖：1張（計(jì)算機(jī)圖）； </p><p>　　繪制主要零部件圖：1～2張，

21、計(jì)算機(jī)圖；</p><p>　　撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文：字?jǐn)?shù)不少于1.5萬(wàn)漢字，計(jì)算機(jī)打印。</p><p>　　6、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所需的條件及上機(jī)時(shí)數(shù)要求</p><p>　　上機(jī)時(shí)間不少于200機(jī)時(shí)，一定數(shù)量的參考資料，網(wǎng)絡(luò)資源，AutoCAD軟件</p><p>　　32Mpa高壓容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)力分析</p><p>

22、;　　學(xué) 生：xxxxxxx</p><p>　　指導(dǎo)教師：xxxxxxx</p><p>　　1課題來(lái)源及題目類別</p><p>　　題目名稱：32MPa高壓容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)力分析</p><p><b>　　題目來(lái)源：生產(chǎn)實(shí)際</b></p><p><b>　　題目類別：

23、真題</b></p><p>　　2研究的目的和意義 </p><p>　　本課題的題目來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)習(xí)，很顯然，研究的目的是為了生產(chǎn)服務(wù)。</p><p>　　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。近年來(lái), 隨著我國(guó)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(jià)格低、資源豐富的能源越來(lái)越受到重視,

24、其應(yīng)用日益廣泛。液化石油氣儲(chǔ)罐是具有較大危險(xiǎn)性的儲(chǔ)存容器, 一旦出現(xiàn)問題, 將給人民的生命、財(cái)產(chǎn)帶來(lái)極大的損失。吉林、西安等地的液化氣儲(chǔ)罐事故給人們以深刻的教訓(xùn)。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)。而設(shè)計(jì)是首要的環(huán)節(jié)。</p><p>　　焊接是制造高壓容器的重要工藝，焊接質(zhì)量在很大程度上決定了制造質(zhì)量。所謂焊接工藝是指焊接過程中的一整套技術(shù)規(guī)定，其中包括焊前準(zhǔn)備、焊接材料、

25、焊接設(shè)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(yùn)行，產(chǎn)品質(zhì)量就得不到保證。</p><p>　　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。</p><p>　　3主要參考文獻(xiàn)及資料名稱</p><p>　　[1] 陳平，朱國(guó)輝，黃載

26、生. 壓力容器在低溫工程中的應(yīng)用和設(shè)計(jì) [J]. 低溫工程，1994年第1期.</p><p>　　[2] 魯衛(wèi)彥，劉鳳俠. 高壓深冷容器的焊接加工分析 [M]. 機(jī)電工程技術(shù), 2004年第33卷第7期.</p><p>　　[3] 蔣家羚，黃海軍，駱曉玲.新型低溫高壓容器設(shè)計(jì)研究[J]. 低溫工程,2001年第3期.</p><p>　　[4] 艾合買提江

27、83;加馬力.液氨壓力容器應(yīng)力腐蝕及預(yù)防措施 [J]. 新疆機(jī)械工程學(xué)會(huì)論文, 2006.</p><p>　　[5] 朱國(guó)輝，黃載生，王樂勤，林曉斌.新型薄內(nèi)筒扁平繞帶式高壓容器的發(fā)展現(xiàn)狀、強(qiáng)度與安全特性分析 [J]. 浙江大學(xué)化機(jī)教研室.</p><p>　　[6] 陳志平,鄭津洋,朱國(guó)輝. 新型繞帶式液氫高壓容器的傳熱分析和蒸發(fā)率計(jì)算[J]. 低溫工程, 2001年第6期.</

28、p><p>　　[7] 李曉清，劉志穎，過復(fù)初，鄭健能.2m3立式液氫高壓容器焊接[P]. 2005年第22卷第7期.</p><p>　　[8] 梁萌.淺釋低溫壓力容器設(shè)計(jì)的幾項(xiàng)規(guī)定 [J]. 森林工程，2008你年第18卷第5期.</p><p>　　[9] 劉衛(wèi)平,周嵐,徐慶山.低溫壓力容器的設(shè)計(jì) [J]. 化工裝備技術(shù)，2005年第3期.</p>

29、<p>　　[10] 段瑞. 低溫壓力容器支座材料選用[J]. 石油化工設(shè)備, 2001年第30卷第6期</p><p>　　[11] 董振龍. 低溫容器設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題 [J].壓力容器，1990年第7卷第8期.</p><p>　　[12] 任鳳儀，韓玉祥，陶本艷. 低溫容器設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)及壁溫的確定 [J]. 化學(xué)工程師,1992年第4期.</p><p&

30、gt;　　[13] 安金鎖，王廣宏.低溫壓力容器的特點(diǎn)及應(yīng)注意的問題 [J]. 應(yīng)用能源技術(shù)，1997年其1期.</p><p>　　[14] N. G. Krishchuk. ANALYSIS OF THE STRESS STATE OF THICK-WALLED HIGH-PRESSURE VESSELS BY THE FINITE-ELEMENT METHOD.Kiev Polytechnic Instit

31、ute. Translated from Problemy Prochnosti, No. i, pp. 62-65,January, 1984.</p><p>　　[15] Seung-Kee Koh. Residual Stress Analysis of an External Grooved Thick-Walled Pressure Vessel [J]. KSME Journal, Vol. 7,

32、No. 3, pp. 194--202, 1993.</p><p>　　[16] J. Rudolph · E. Weiß · M. Forster. Modeling of welded joints for design against fatigue [J]. Engineering with Computers 2003。</p><p>　　4國(guó)內(nèi)

33、外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　4.1 我國(guó)高壓容器研究現(xiàn)狀及與國(guó)外先進(jìn)水平的差距</p><p>　　高壓容器在化工與石油化學(xué)工業(yè)中有著愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。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。這類合成反應(yīng)裝置不但壓力高，而且也伴有高溫

34、，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)。當(dāng)前壓力容器向大容量、高參數(shù)發(fā)展，如核電站一個(gè)1500MW壓水堆壓力殼，工作壓力為14～16MPa，工作溫度為250～330ºC，容器內(nèi)直徑7800mm，壁厚317 mm，重650噸；又如煤氣化液化裝置中的壓力容器工作壓力為17.5～25MPa，工作溫度為450～550ºC，內(nèi)直徑為3000～5000mm，壁厚為200～400 mm，重400～260

35、0噸，對(duì)這類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。 </p><p>　　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?；瘜W(xué)工業(yè)中應(yīng)用最早的是合成氨工業(yè)。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。20～30年代的氨合成塔內(nèi)徑一般為700～800mm，重30t左右。五十年代內(nèi)徑增大到800～1000 m

36、m，長(zhǎng)10m以上，重80t左右。六十年代發(fā)展到直徑為1600～1700mm。而70年代以來(lái)，由于單機(jī)大型化生產(chǎn)的發(fā)展更快，直徑已達(dá)2800～3600mm，長(zhǎng)20m以上，重300～400t加氫反應(yīng)器也是如此，有的目前已達(dá)4.5m直徑，厚度達(dá)280mm，重約l000t從各方面的技術(shù)應(yīng)用中表明，高壓容器在現(xiàn)代石油化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用是必不可少，而且是得到迅速發(fā)展的一個(gè)領(lǐng)域。在國(guó)家科學(xué)技術(shù)部、國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局等部門的支持下 , 在合肥通用機(jī)

37、械研究院、中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)中心、華東理工大學(xué)、浙江大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)等單位的共同努力下 , 我國(guó)在高壓容器及管道的結(jié)構(gòu)完整性理論、缺陷檢測(cè)、事故預(yù)測(cè)和預(yù)防、壽命預(yù)測(cè)和延壽等方面的研究取得了豐碩的成果 , 解決了一大批在用高壓容器和高壓管道檢測(cè)和安全評(píng)定中的技術(shù)難題</p><p>　　2000 年, 美國(guó)Quantum公司與Lavrence Livermore國(guó)家實(shí)驗(yàn)室以及Thio

38、kol 公司合作, 歷史性的開發(fā)出最大工作壓力為35MPa , 單位重量貯氫密度為1113Wt %的高性能壓縮氫氣儲(chǔ)存容器。進(jìn)而在2001年研制出最大工作壓力為70MPa 的貯氫容器。于同年12 月2 日正式交付使用。</p><p>　　我國(guó)對(duì)高壓貯氫容器的研制相對(duì)落后, 但在工況相似的壓縮天然氣(CNG) 氣瓶的生產(chǎn)、使用方面已有比較成熟技術(shù), 很多城市都推出了壓縮天然氣汽車, 大大節(jié)約了能源, 減輕了污染。

39、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(shù), 其金屬內(nèi)襯纖維纏繞CNG儲(chǔ)罐最大工作壓力在20MPa左右, 續(xù)航能力為100～ 150km。很多企業(yè)都在進(jìn)行該類氣瓶的開發(fā)、生產(chǎn)工作, 有較高水平。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) 。</p><p>　　其中材料的選擇是高壓容器設(shè)計(jì)很重要的部分，下表為不同國(guó)家的選材標(biāo)準(zhǔn)。</p><p

40、>　　焊接是制造高壓容器的重要工藝，焊接質(zhì)量在很大程度上決定了制造質(zhì)量。</p><p>　　焊接技術(shù)已經(jīng)在能源、交通、化工、煉油、冶金、建筑、高壓容器、機(jī)械、電子、航天航空等幾乎所有的民用和軍用工程與制造領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。在一些部門中，焊接甚至占有相當(dāng)重要的地位。在很大程度上對(duì)工業(yè)發(fā)展速度和產(chǎn)品質(zhì)量起到重要的甚至關(guān)鍵性的作用。從某種意義上講,工業(yè)先進(jìn)的國(guó)家莫不以先進(jìn)的焊接技術(shù)作為其現(xiàn)代化的顯著標(biāo)志之一。

41、焊接技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中日益重要的作用,也是當(dāng)代焊接技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要特點(diǎn)。</p><p>　　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。從美國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家焊接材料構(gòu)成來(lái)看，美國(guó)焊條產(chǎn)量占焊接材料的20%，焊絲占79％左右。日本焊條產(chǎn)量占焊接材料15％，焊絲占84％左右。從以上這些數(shù)據(jù)不難看出，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)焊接材料的生產(chǎn)還存在很大的差距。</p&

42、gt;<p>　　4.2 承壓設(shè)備的最新發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　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。</p><p>　　目前高壓容器主要朝著輕質(zhì)、高壓的方向發(fā)展。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(yīng)標(biāo)準(zhǔn)等方面。但提高容器最大工作壓力并不是一個(gè)無(wú)止境的目標(biāo)。從Quan

43、tum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 %。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(biāo)要求。壓力越高, 對(duì)材料、結(jié)構(gòu)的要求也越苛刻, 成本也將隨之增加, 同時(shí)發(fā)生事故造成的破壞力也增大。故在達(dá)到單位重量貯氫密度要求的情況下, 提高容器的可靠性, 降低成本,減輕重量應(yīng)成為主要任務(wù)。</p><p>　　現(xiàn)階段, 高壓容器應(yīng)緊跟國(guó)際發(fā)展步伐,從新材

44、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, 開發(fā)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)技術(shù)。</p><p>　　4.3 高壓容器設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　低溫技術(shù)在宇航等工業(yè)上的開發(fā)和應(yīng)用，需要一些深冷低溫高壓貯液設(shè)備和單元操作設(shè)備，如液氫、液氧高壓容器，其使用壓力已高達(dá)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(zhì)，因此，對(duì)低溫容

45、器結(jié)構(gòu)的使用安全技術(shù)和制造技術(shù)的要求亦不斷增加，其矛盾越發(fā)突出。如要設(shè)計(jì)一臺(tái)10m3，的液氫容器，內(nèi)容器材料應(yīng)選奧氏體不銹鋼,當(dāng)筒體內(nèi)徑為1500 mm時(shí)，要求設(shè)計(jì)壁厚達(dá)250 mm以上，要采用如此厚的不銹鋼板卷焊技術(shù)來(lái)制造，不僅制造困難，造價(jià)昂貴,其使用安全性亦不足。</p><p>　　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。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

46、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。因此，這種破壞是一種很難預(yù)測(cè)而危害性又很大的破壞。通過近幾年壓力容器發(fā)生的事故來(lái)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。隨著科學(xué)的進(jìn)步，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)低溫容器的低應(yīng)力脆斷都在進(jìn)行深入的研究，并取得了很大的進(jìn)展。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

47、。由于其具有結(jié)構(gòu)合理、制造簡(jiǎn)便、使用安全等特點(diǎn)，十幾年來(lái)已發(fā)展成為我國(guó)高壓容器重要的結(jié)構(gòu)型式之一。</p><p>　　4.4 研究的主攻方向</p><p>　　由于對(duì)深冷高壓容器要求有很高的安全可靠性，故在容器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)做出合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如：內(nèi)、外容器筒體的結(jié)構(gòu)形式及各自的材料選用，支撐裙座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。</p><p>　　在進(jìn)行高壓容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，高壓容器

48、必須進(jìn)行開孔接管，而開孔接管區(qū)的應(yīng)力狀況非常復(fù)雜，勢(shì)必在開孔附近造成應(yīng)力集中；另一方面接管使接管區(qū)成為總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)而產(chǎn)生邊緣應(yīng)力；同時(shí)接管與殼體是通過焊縫連接在一起，焊縫的結(jié)構(gòu)尺寸如焊縫高度、過渡圓角等會(huì)形成局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)，形成局部不連續(xù)應(yīng)力。所以為保證容器安全，需在開孔區(qū)進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)處理。</p><p>　　5主要研究?jī)?nèi)容、重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路</p><p><b

49、>　　5.1主要研究?jī)?nèi)容</b></p><p><b>　　高壓容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由老師提供的資料數(shù)據(jù)</p><p>　　圖書館查閱的資料及網(wǎng)上下載的資料</p><p><b>　　壓力容器的計(jì)算</b></p><p>　　計(jì)

50、算機(jī)繪制工程圖與零件圖</p><p><b>　　壓力容器的受力分析</b></p><p>　　5.2重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題</p><p>　　高壓容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。從眾多的高壓容器破壞事故案例來(lái)看，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理而導(dǎo)致的事故占有較大的比例。正確合理的高壓容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是使其安全使用的基本要求，同時(shí)對(duì)降低高壓容器的成本也有一定的影響。還有焊接

51、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。</p><p>　　6完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所必須具備的工作條件及解決的辦法</p><p><b>　　6.1具備的條件</b></p><p>　　老師的指導(dǎo)，過去所學(xué)到的理論知識(shí)，搜集到的資料，計(jì)算機(jī)，圖書館，網(wǎng)絡(luò)資源等。以前所學(xué)到的專業(yè)知識(shí)、所用的課本、搜集到的資料、老師提供的參考資料等，

52、 還有圖書館和網(wǎng)絡(luò)資源。</p><p><b>　　6.2解決辦法</b></p><p>　　在圖書館查閱焊接設(shè)計(jì)的、設(shè)計(jì)手冊(cè)和雜志等相關(guān)書籍，閱讀國(guó)內(nèi)外關(guān)于高壓容器的設(shè)計(jì)與制造的書籍，借助網(wǎng)絡(luò)資源，在學(xué)校圖書館網(wǎng)站和一些焊接論壇上查閱下載必要的資料，認(rèn)真閱讀，多與同學(xué)討論，并在老師的指導(dǎo)下，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)補(bǔ)充學(xué)

53、習(xí)所需要的各方面的知識(shí)。熟練畫圖軟件知識(shí)，經(jīng)常向老師請(qǐng)教，多與同學(xué)交流學(xué)習(xí)，多跑圖書館，多上機(jī)查資料。</p><p>　　7工作的主要階段、進(jìn)程與時(shí)間安排</p><p>　　7.1 工作的主要階段、進(jìn)度：</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)題目查閱相關(guān)資料，以了解設(shè)計(jì)過程、計(jì)算方法以及注意事項(xiàng)。</p><p>　　規(guī)劃總體設(shè)計(jì)方案，與進(jìn)行確定

54、。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)方案，對(duì)各零件選擇材料，初步計(jì)算出高壓容器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。</p><p>　　進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，對(duì)主要零部件進(jìn)行強(qiáng)度校核。</p><p>　　根據(jù)計(jì)算所得結(jié)論以高壓容器工藝要求加以完善處理。</p><p>　　繪制裝配草圖以及零件草圖。</p><p>　　繪制裝配圖以及零件圖。</

55、p><p>　　做畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)，復(fù)習(xí)設(shè)計(jì)過程準(zhǔn)備答辯。</p><p><b>　　7.2 時(shí)間安排：</b></p><p>　　2011年11月8日～12日：領(lǐng)取任務(wù)書，查閱相關(guān)資料</p><p>　　2011年11月12日～18日：閱讀并翻譯與畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)的外文資料</p><p>　　201

56、1年11月12日～28日：撰寫開題報(bào)告</p><p>　　2011年11月28日～30日：設(shè)計(jì)計(jì)算，繪草圖，寫設(shè)計(jì)說明書草稿。</p><p>　　2011年12月1日～10日：初步完成設(shè)計(jì)說明書主體部分</p><p>　　2011年12月10日～30日：圖紙繪制</p><p>　　2012年1月1日～5日：資料檢查</p>

57、<p>　　2012年2月20日～4月15日：修訂設(shè)計(jì)說明書</p><p>　　2012年4月16日～4月30日：修改并完善設(shè)計(jì)圖（總裝配圖、零件工作圖）</p><p>　　2012年5月7日～5月20日：撰寫并打印設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯</p><p><b>　　指導(dǎo)教師審查意見</b></p><p&g

58、t;<b>　　中外文摘要</b></p><p>　　32Mpa高壓容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)力分析</p><p>　　學(xué) 生：xxxxxxx</p><p>　　指導(dǎo)老師：xxxxxxx </p><p>　　[摘要] 本文介紹了高壓容器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，并對(duì)高壓容器的結(jié)構(gòu)作了簡(jiǎn)單的介紹。 接著對(duì)深冷高壓容

59、器的材料選擇進(jìn)行了詳細(xì)的分析, 該高壓容器主要包括內(nèi)、外容器的筒體、封頭及其各自結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，還對(duì)容器所用附件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并運(yùn)用Auto CAD軟件繪制了容器裝配圖。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)用開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)對(duì)開孔接管處進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。從對(duì)高壓容器強(qiáng)度與安全特性分析驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的可行性，最后對(duì)高壓深冷容器的制造、檢驗(yàn)和焊接加工性進(jìn)行分析</p><p>　　[關(guān)鍵詞] 深冷

60、高壓容器 容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 開孔補(bǔ)強(qiáng) 安全特性分析 焊接加工性</p><p>　　The design of copious cooling flat strip winding high pressure vessel structure</p><p>　　Student: xxxxxxx</p><p>　　Guide teacher:Jxxxxxxx&

61、lt;/p><p>　　[Abstract] This Passage introduces the current research status of high pressure vessel at home and abroad and the development trend, and the high pressure vessel structure were simply introduced. Th

62、en the high pressure vessel cryogenic materials selection are analyzed in detail, and the high pressure vessel mainly includes the inside and outside of the cylinder .and their respective head of the design of the struct

63、ure, but also to designing the accessories which the vessel use, protracting how t</p><p>　　[Keyword]： Copious cooling high pressure vessel the structural design of container reinforcement of openings

64、 security feature analyzing seal machining</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　1833年法國(guó)巴黎大學(xué)教授Lame和Clapeyron得出了厚壁圓簡(jiǎn)平衡公式和應(yīng)力分布公式，提出了在圓簡(jiǎn)內(nèi)施加壓力時(shí)其內(nèi)部的應(yīng)力分布，從而為高壓容器的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。1888年法國(guó)學(xué)者Lrchatlirt首先

65、提出利用壓力這個(gè)因素來(lái)促進(jìn)氫氮的反應(yīng)及提高氨產(chǎn)量的著名原理及設(shè)想。繼而德國(guó)化學(xué)家Haber等繼續(xù)進(jìn)行了這方面的研究，并從設(shè)備上解決了問題。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。幾乎在同一時(shí)代，煤炭的液化亦采用了高壓設(shè)備。</p><p>　　隨著近代化工工業(yè)的迅速發(fā)展，高壓容器獲得愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。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)

66、備壓力為15 -30MPa;合成尿素工業(yè)中的高壓設(shè)備壓力為20 MPa ;石油加氮工業(yè)中的高壓設(shè)備壓力為8 - 70MPa;乙烯氣體在超過100MPa的超高壓條件下進(jìn)行聚合反應(yīng)等，都是利用高壓條件手化學(xué)平衡向有利于合成產(chǎn)品的方向進(jìn)行這一原理，它可以提高化學(xué)反應(yīng)速度，并大大減小了反應(yīng)設(shè)備的容積。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。低溫技術(shù)在宇航等工業(yè)上的開發(fā)和應(yīng)用，需要一些深冷低溫高

67、壓貯液設(shè)備和單元操作設(shè)備，如液氫、液氧高壓容器，其使用壓力已高達(dá)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(zhì)，因此，對(duì)低溫容器結(jié)構(gòu)的使用安全技術(shù)和制造技術(shù)的要求亦不斷增加，其矛盾越發(fā)突出。如要設(shè)計(jì)一臺(tái)10m3的液氫容器，內(nèi)容器材料應(yīng)選奧氏體不銹鋼,當(dāng)筒體內(nèi)徑為1500 mm時(shí)，要求設(shè)計(jì)壁厚達(dá)250 mm以上，要采用如此厚的不銹鋼板卷焊技術(shù)來(lái)制造，不僅制造困難，造價(jià)昂貴,其使用安全性亦不足。</p&

68、gt;<p>　　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。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。因此，這種破壞是一種很難預(yù)測(cè)而危害性又很大的破壞。通過近幾年壓力容器發(fā)生的事故來(lái)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。隨著科學(xué)的進(jìn)步，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)低溫容器的低應(yīng)力脆斷都

69、在進(jìn)行深入的研究，并取得了很大的進(jìn)展。</p><p>　　32MPa高壓容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)力分析</p><p><b>　　1 選題背景</b></p><p>　　1.1 研究目的和意義</p><p>　　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，這類容器要承受較高的

70、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。高壓容器設(shè)計(jì)時(shí)的材料選擇、強(qiáng)度計(jì)算、結(jié)構(gòu)的合理性等要求都比較高。壓力容器因其承受各種靜、動(dòng)載荷或交變載荷，還有附加的機(jī)械或溫度載荷；其次，大多數(shù)容器容納壓縮氣體或飽和液體，若容器破裂，導(dǎo)致介質(zhì)突然卸壓膨脹，瞬間釋放出來(lái)的破壞能量極大，加上壓力容器極大多數(shù)系焊接制造，容易產(chǎn)生各種焊接缺陷，一旦檢驗(yàn)、操作失誤容易發(fā)生爆炸破裂，容器內(nèi)易爆、易燃、有毒的介質(zhì)

71、將向外泄漏，勢(shì)必造成極具災(zāi)難性的后果。因此，對(duì)壓力容器要求很高的安全可靠性。 </p><p>　　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。在設(shè)計(jì)、制造及使用過程中都以安全為核心問題，在選用經(jīng)濟(jì)可靠的材料、經(jīng)濟(jì)的制造方法、低的操作和維護(hù)費(fèi)用、長(zhǎng)周期的安全運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，更要使高壓容器有足夠的強(qiáng)度、剛度(或穩(wěn)定性)、可靠的密封性能和一定的使用壽命等的安全

72、性，即在充分保證足夠安全的前提下盡可能做到經(jīng)濟(jì)。在化學(xué)工業(yè)中使用的高壓容器，其操作隨工藝過程而異。情況比較復(fù)雜。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。所以對(duì)高壓容器的設(shè)計(jì)、制造與檢驗(yàn)應(yīng)十分重視。另外，由于壓力容器大型化的發(fā)展趨勢(shì)，容器的直徑、壁厚、質(zhì)量越來(lái)越大。容器的使用條件日益苛刻。因此在設(shè)計(jì)高壓容

73、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)。</p><p>　　在高壓容器的設(shè)計(jì)過程中。一般應(yīng)考慮下列問題：</p><p>　　1、高壓容器的結(jié)構(gòu)必須保證強(qiáng)度的可靠性和密封的嚴(yán)密性</p><p>　　為了保證強(qiáng)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(dǎo)致破壞

74、或過量的塑性變形，就必須對(duì)容器的受力元件做詳細(xì)的應(yīng)力分析，結(jié)合選材、制造檢驗(yàn)等做綜合的考慮，然后定出合理的殼體結(jié)構(gòu)和尺寸。為了保證密封的嚴(yán)密性，使容器在操作時(shí)不產(chǎn)生泄漏，避免因而引起的著火或爆炸事故、就必須從結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封可靠、便于加工、裝卸、檢驗(yàn)等出發(fā)，慎重確定密封結(jié)構(gòu)。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。因此，一般高壓容器的結(jié)構(gòu)在滿足操作條件的前提下，當(dāng)

75、容積一定時(shí)，希望采用較大的長(zhǎng)徑比，并要求有效地利用高壓空間。</p><p><b>　　2、高壓容器的選材</b></p><p>　　高壓容器所選用的材料應(yīng)具有良好的綜合機(jī)械性能和耐腐蝕性能，同時(shí)應(yīng)遵守經(jīng)濟(jì)、節(jié)約和符合國(guó)情的原則。所謂良好的綜合機(jī)械性能即指強(qiáng)度高，塑性和韌性好，以及良好的制造和加工工藝性。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

76、設(shè)備使用壽命外，同時(shí)還不應(yīng)影響產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)濟(jì)節(jié)約和符合國(guó)情可以降低設(shè)備成本，保證材料的來(lái)源和供應(yīng)。</p><p>　　3、高壓容器的制造和檢驗(yàn)必須嚴(yán)格遵守各種技術(shù)條件和有關(guān)規(guī)程</p><p>　　不論在制造過程中還是在現(xiàn)場(chǎng)使用過程中都要執(zhí)行嚴(yán)格的檢查和試驗(yàn)。這樣，一方面可以及早發(fā)現(xiàn)缺陷，保證制造質(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。因此，在設(shè)計(jì)過程中必須正確選定

77、制造檢驗(yàn)技術(shù)條件作為制造檢驗(yàn)的準(zhǔn)繩。同時(shí)必須使設(shè)計(jì)符合技術(shù)條件的各種要求。</p><p>　　1.2 高壓容器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　1.2.1 高壓容器應(yīng)用及發(fā)展</p><p>　　高壓容器在化工與石油化學(xué)工業(yè)中有著愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。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

78、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。這類合成反應(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)。當(dāng)前壓力容器向大容量、高參數(shù)發(fā)展，如核電站一個(gè)1500MW壓水堆壓力殼，工作壓力為14～16MPa，工作溫度為250～330ºC，容器內(nèi)直徑7800mm，壁厚317 mm，重650噸；又如煤氣化液化裝置中的壓力容器工作壓力為17.5～2

79、5MPa，工作溫度為450～550ºC，內(nèi)直徑為3000～5000mm，壁厚為200～400 mm，重400～2600噸，對(duì)這類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。 </p><p>　　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?；瘜W(xué)工業(yè)中應(yīng)用最早的是合成氨工業(yè)。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、

80、噸位都在不斷地增加。20～30年代的氨合成塔內(nèi)徑一般為700～800mm，重30t左右。五十年代內(nèi)徑增大到800～1000 mm，長(zhǎng)10m以上，重80t左右。六十年代發(fā)展到直徑為1600～1700mm。而70年代以來(lái)，由于單機(jī)大型化生產(chǎn)的發(fā)展更快，直徑已達(dá)2800～3600mm，長(zhǎng)20m以上，重300～400t加氫反應(yīng)器也是如此，有的目前已達(dá)4.5m直徑，厚度達(dá)280mm，重約l000t從各方面的技術(shù)應(yīng)用中表明，高壓容器在現(xiàn)代石油化學(xué)工

81、業(yè)中的應(yīng)用是必不可少，而且是得到迅速發(fā)展的一個(gè)領(lǐng)域。</p><p>　　1.2.2 高壓容器的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　低溫技術(shù)在宇航等工業(yè)上的開發(fā)和應(yīng)用，需要一些深冷低溫高壓貯液設(shè)備和單元操作設(shè)備，如液氫、液氧高壓容器，其使用壓力已高達(dá)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(zhì)，因此，對(duì)低溫容器結(jié)構(gòu)的使用安全技術(shù)和制造技術(shù)的要求亦不斷

82、增加，其矛盾越發(fā)突出。如要設(shè)計(jì)一臺(tái)10m3的液氫容器，內(nèi)容器材料應(yīng)選奧氏體不銹鋼,當(dāng)筒體內(nèi)徑為1500 mm時(shí)，要求設(shè)計(jì)壁厚達(dá)250 mm以上，要采用如此厚的不銹鋼板卷焊技術(shù)來(lái)制造，不僅制造困難，造價(jià)昂貴,其使用安全性亦不足。</p><p>　　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。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。因此，這種破

83、壞是一種很難預(yù)測(cè)而危害性又很大的破壞。通過近幾年壓力容器發(fā)生的事故來(lái)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。隨著科學(xué)的進(jìn)步，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)低溫容器的低應(yīng)力脆斷都在進(jìn)行深入的研究，并取得了很大的進(jìn)展。</p><p>　　1.3 高壓容器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介</p><p>　　低溫高壓容器貯罐由內(nèi)容器、和外容器外裙座立式結(jié)構(gòu)等組成。內(nèi)容器采用耐低

84、溫鋼材，結(jié)構(gòu)安全可靠，多次來(lái)回卷制而成。內(nèi)容器封頭為球形多層結(jié)構(gòu)，外容器為真空容器，其封頭為橢圓形結(jié)構(gòu)，整體容器支撐在外容器的裙座上。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。內(nèi)外容器之間采用具有良好絕熱性能的多層絕熱結(jié)構(gòu)。內(nèi)容器近中部?jī)啥颂幱?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(qiáng)吊耳上，上下各3根, 3根為1組,分別與軸線成45

85、76;角,拉桿的端點(diǎn)支承面為球形鉸鏈，以保證安裝時(shí)對(duì)接方便。 </p><p>　　高壓容器的結(jié)構(gòu)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(gè)關(guān)鍵性因素。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(diǎn)，以及工業(yè)生產(chǎn)對(duì)高壓容器所提出的要求，一種合理的、先進(jìn)的高壓容器結(jié)構(gòu)應(yīng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：</p><p>　　1.4 研究的主攻方向</p>

86、<p>　　由于對(duì)深冷高壓容器要求有很高的安全可靠性，故在容器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)做出合理的</p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如：內(nèi)、外容器筒體的結(jié)構(gòu)形式及各自的材料選用，支撐裙座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。</p><p>　　在進(jìn)行高壓容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，高壓容器必須進(jìn)行開孔接管，而開孔接管區(qū)的應(yīng)力狀況非常復(fù)雜，勢(shì)必在開孔附近造成應(yīng)力集中；另一方面接管使接管區(qū)成為總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)而產(chǎn)生邊緣應(yīng)力；同時(shí)接管與

87、殼體是通過焊縫連接在一起，焊縫的結(jié)構(gòu)尺寸如焊縫高度、過渡圓角等會(huì)形成局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)，形成局部不連續(xù)應(yīng)力。所以為保證容器安全，需在開孔區(qū)進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)處理。</p><p>　　1.5 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求</p><p>　　設(shè)計(jì)壓力P=32MPa，設(shè)計(jì)溫度T=20K，容積V=10m3，容器類型：儲(chǔ)液氨高壓容器。取內(nèi)容器筒體內(nèi)徑Di=1400 mm。主要設(shè)計(jì)要求如下：</p>

88、<p>　?。?）對(duì)深冷高壓容器主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；</p><p>　　(2）對(duì)容器主要部分計(jì)算；</p><p>　　內(nèi)、外容器各尺寸計(jì)算。</p><p><b>　?。?）附件設(shè)計(jì)；</b></p><p>　　密封形式、法蘭設(shè)計(jì)、封頭形式、拉桿設(shè)計(jì)、裙座的設(shè)計(jì)等。</p><p&g

89、t;　?。?）在封頭開孔區(qū)進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)。</p><p><b>　　1.6 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介</b></p><p>　　低溫高壓容器貯罐由內(nèi)容器、外容器和外裙座立式結(jié)構(gòu)等組成，如圖1所示。內(nèi)容器采用新型的扁平繞帶式結(jié)構(gòu),它兼?zhèn)淅@帶式容器的優(yōu)點(diǎn)；結(jié)構(gòu)安全可靠和制造簡(jiǎn)便，成本低。內(nèi)容器封頭為球形多層結(jié)構(gòu)，外容器為真空容器，其封頭為橢圓形結(jié)構(gòu)，整體容器支撐在外容器的裙座上。為

90、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。內(nèi)外容器之間采用具有良好絕熱性能的多層絕熱結(jié)構(gòu)。內(nèi)容器近中部?jī)啥颂幱?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(qiáng)吊耳上，上下各3根, 3根為1組,分別與軸線成45°角,拉桿的端點(diǎn)支承面為球形鉸鏈，以保證安裝時(shí)對(duì)接方便。拉桿結(jié)構(gòu)在內(nèi)容器加入液氨冷卻收縮時(shí)能隨其移動(dòng)，在拉桿端部裝有彈簧補(bǔ)償器，用以

91、吸收振動(dòng)能,提高容器抗震能力。內(nèi)外容器之間的管線采用波紋管補(bǔ)償器， 在內(nèi)筒冷卻收縮時(shí)能自由伸縮，以防止液氫 溫度下因內(nèi) 管冷卻而拉裂焊縫。 </p><p><b>　　2 材料選用原則</b></p><p>　　選擇高壓容器用材常需遵循下述原則:</p><p>　?。?）使用安全，具有

92、良好的綜合機(jī)械性能，即強(qiáng)度高，塑性和抗斷裂性好，以及有較低的冷脆傾向，缺口和時(shí)效敏感性。</p><p>　?。?）材料的資源符合國(guó)情，在足夠安全前提下，有好的經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　（3) 制造加工性能好。</p><p>　　（4）具有良好的抗腐蝕的能力。</p><p>　　(5) 熱穩(wěn)定性好。</p><p&

93、gt;　?。?）有良好的可焊接性。</p><p>　　材料選用：隨著低溫工業(yè)和深冷技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的壓力容器需要在較低的溫度下運(yùn)行。如低溫液化氣體儲(chǔ)罐等。所謂低溫容器，各國(guó)規(guī)定的界限不大相同，例如美國(guó)為<­30℃；法國(guó)為≤-20℃；日本、德國(guó)為<-10℃;英國(guó)為<0℃;而我國(guó)為≤-20℃。</p><p>　　在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中，設(shè)備的制造材料不僅要求有一定

94、的機(jī)械性能和工藝性能，而且還要求有耐蝕（不銹）性能。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。所以通常把這種脆性斷裂稱為 “冷脆” 。脆性斷裂屬于低應(yīng)力破壞，其斷裂時(shí)的應(yīng)力往往遠(yuǎn)低于材料的屈服極限，且斷裂前毫無(wú)征兆，開裂速度極快，是突然性的，危害性甚大。</p><p>　　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(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，易發(fā)生低溫脆裂，決定材料需

95、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(biāo)；其工作介質(zhì)是液氨確定材料要有高的抗蝕性能。該類容器使用的材料主要有低合金鋼(16MnDR)、Ni鋼(2.5Ni，3.5Ni)和奧氏體鋼。其中奧氏體鋼是使用溫度最低的鋼種之一，在深冷時(shí)，仍能保持很高的韌性，是制造低溫壓力容器的重要材料，純奧氏體組織即使在-196℃以下的低溫也具有良好的韌性。深冷高壓容器常用的奧氏體不銹鋼有0Cr18Ni9、00Cr19Ni11、0C

96、r18Ni10Ti等。16MnDR、15MnNiDR和09MnNiDR三種鋼板是工作在-20℃及更低溫度的壓力容器專用鋼板，即低溫壓力容器用鋼，D表示低溫用鋼。16MnDR是制造≤-40℃壓力容器的經(jīng)濟(jì)而成熟的鋼種，可用于制造液氨儲(chǔ)罐等設(shè)備。除此以外，奧氏體不銹鋼也是制造深冷高壓容器的良好材料。0Cr18Ni9、0Cr18Ni10T、0Cr19Ni10這三種鋼均屬于奧氏體不銹鋼。0Cr18Ni9在固溶態(tài)具有良好的塑性、韌性、冷加工性，在

97、氧化性酸和大氣、</p><p>　　3高壓容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1高壓容器內(nèi)容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 內(nèi)容器筒體的設(shè)計(jì)</p><p>　　內(nèi)容器筒體在結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。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

98、對(duì)焊接技術(shù)要求非常高。內(nèi)容器內(nèi)筒材料選擇16MnDR</p><p>　　鋼筒體厚度計(jì)算：查GB150-2011可得16MnDR鋼板在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力由表可得，焊縫應(yīng)為V型坡口雙面焊接，由于焊縫采用100％無(wú)損探傷，其焊縫系數(shù)取= 1。取鋼板負(fù)偏差C1=0.3㎜，腐蝕裕量C2=1㎜</p><p>　　16MnDR鋼板的許用應(yīng)力</p><p><b>

99、;　　由公式</b></p><p><b>　　可計(jì)算出筒體的厚度</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)有： </b></p><p><b>　　圓整后取</b></p><p><b>　　筒體的有效厚度</b></p>

100、;<p>　　（2）水壓實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度校核</p><p><b>　　規(guī)定的實(shí)驗(yàn)壓力</b></p><p><b>　　水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力</b></p><p>　　16MnDR鋼制容器在常溫水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)的許用應(yīng)力</p><p>　　因﹤，筒體厚度滿足水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度要求。</p&

101、gt;<p>　　筒體的材料為16MnDR鋼能夠符合制造要求，總厚度為=150mm</p><p>　　3.2.2 內(nèi)容器封頭的設(shè)計(jì)</p><p>　　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。半球形封頭在受內(nèi)壓時(shí)，與其他封頭相比其薄膜應(yīng)力最小，故所需厚度也最薄。按設(shè)計(jì)規(guī)定，封頭中只有球形封

102、頭的最小厚度可以小于筒體的最小厚度。有時(shí)為了焊接方便，也可以與筒體等厚。</p><p>　　為例保證層間的間隙，球形封頭采用多層結(jié)構(gòu)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。同樣由于焊縫采用100％無(wú)損探傷，其焊縫系數(shù)取1，鋼板負(fù)偏差C1=0.3㎜，腐蝕余量C2=1㎜</p><p><b>　　由公式 </b></p&

103、gt;<p><b>　　代入數(shù)據(jù)有</b></p><p><b>　　圓整后取</b></p><p><b>　　封頭的有效厚度</b></p><p><b>　　水壓試驗(yàn)校核：</b></p><p>　　16MnDR鋼制容器在常溫

104、水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)的許用應(yīng)力</p><p>　　因＜，故該壓力容器封頭厚度滿足水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度要求。該壓力容器封頭厚度為72㎜，在實(shí)際制造時(shí)由3層厚度為24㎜的鋼板一次沖壓形成球封頭。內(nèi)容器的尺寸：Di=1400㎜，筒體長(zhǎng)為6300㎜，筒體厚度150㎜，封頭為球形封厚度72㎜。</p><p><b>　　內(nèi)容器結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　3.

105、3高壓容器外容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　外容器為真空容器，由單層筒體及兩個(gè)橢圓封頭組成。由內(nèi)容器外徑及長(zhǎng)度來(lái)設(shè)計(jì)外容器內(nèi)徑及長(zhǎng)度，取外容器內(nèi)徑為=2400 mm, 筒體長(zhǎng)度為7000 mm,采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，橢圓封頭深度為600mm,取直邊高度為30mm 取外容器壁厚和橢圓封頭壁厚均為14mm。下來(lái)來(lái)對(duì)外容器穩(wěn)定性的進(jìn)行校核。</p><p>　　對(duì)于無(wú)安全控制裝置的真空容器可查得

106、設(shè)計(jì)壓力P＝0.1Mpa</p><p>　　簡(jiǎn)體外徑 ＝2400十2×16=2432mm</p><p><b>　　簡(jiǎn)體計(jì)算厚度 mm</b></p><p>　　簡(jiǎn)體計(jì)算長(zhǎng)度 L=7000+2×200+2×30=7460mm</p><p><b>　　簡(jiǎn)體的臨界長(zhǎng)度<

107、/b></p><p><b>　　=1.17</b></p><p>　　=1.17×2432×</p><p>　　故簡(jiǎn)體屬短圓筒,由于外容器所用的材料為16MnR，在設(shè)計(jì)溫度下材料的E=2.09，取m=3.0，則外容器的許用壓力為</p><p><b>　　[P]=</b

108、></p><p><b>　　=</b></p><p>　　[P] ＞P，即容器厚度滿足設(shè)計(jì)壓力</p><p>　　計(jì)算凸形封頭失穩(wěn)時(shí)的臨界壓力可按下式計(jì)算：</p><p>　　------ 半球形封頭的外半徑；</p><p>　　------ 半球形封頭的有效厚度；</p&

109、gt;<p>　　E ------ 設(shè)計(jì)溫度下材料的彈性模量；</p><p>　　------ 泊松比，取=0.3.</p><p>　　對(duì)于橢圓形封頭，應(yīng)取橢圓形封頭的平均曲率半徑，其值可按表查得。</p><p>　　外壓橢圓形封頭的平均曲率半徑折算表</p><p>　　因?yàn)?Di/(2Hi)=2.0，則有：</p

110、><p>　　代入相應(yīng)數(shù)據(jù)由式可得</p><p><b>　　>0.1MPa</b></p><p>　　則外容器所用的材料為16MnR，內(nèi)徑為=2400㎜，外徑為2432㎜，筒體長(zhǎng)7000㎜，封頭為橢圓封頭，外容器壁厚和橢圓封頭壁厚均為16㎜。</p><p><b>　　外容器結(jié)構(gòu)示意圖</b&g

111、t;</p><p>　　3.4 保溫層厚度及質(zhì)量計(jì)算</p><p>　　真空粉末絕熱層厚度為170㎜ , 內(nèi)、外徑分別為= 2028㎜和= 2400㎜；外容器壁厚為16㎜ , 內(nèi)、外徑分別為= 2400㎜和= 2432㎜。選用特級(jí)珠光砂作為絕熱材料, 密度為80kg/m3 。</p><p>　　4開孔接管和開孔補(bǔ)強(qiáng)</p><p>　　

112、在壓力容器設(shè)計(jì)中，為滿足工藝操作，容器制造、安裝、檢驗(yàn)及維修等要求．開孔是不可避免的。由于容器開孔后，不僅削弱了容器的整體強(qiáng)度，而且還因開孔引起的應(yīng)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(yīng)力。這種高應(yīng)力通?？蛇_(dá)到容器筒體一次總體薄膜應(yīng)力的3倍，某些場(chǎng)合甚至?xí)_(dá)到5—6倍，再加上接管有時(shí)還會(huì)受到各種外載荷的作用而產(chǎn)生的應(yīng)力以及溫差產(chǎn)生熱應(yīng)力。使得開孔接管處的局部應(yīng)力進(jìn)一步提高。又由于材質(zhì)和制造缺陷等各種因素的綜合作用，開孔接管

113、附近就成為壓力容器的破壞源——主要疲勞破壞和脆性裂口。因此，壓力容器設(shè)計(jì)中必須充分考慮開孔的補(bǔ)強(qiáng)問題。</p><p>　　從開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)來(lái)說，整體補(bǔ)強(qiáng)元件全焊透結(jié)構(gòu)比補(bǔ)強(qiáng)板結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中系數(shù)小。在整體補(bǔ)強(qiáng)元件中，以密集補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的受力狀況為最好。對(duì)不同的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)角處均可采用圓滑過渡，以減少應(yīng)力集中程度。由于應(yīng)力集中產(chǎn)生于結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，在容器的結(jié)構(gòu)材料截面突變、轉(zhuǎn)角、制造缺陷、焊縫裂縫等處均會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。所

114、以，在設(shè)計(jì)和制造時(shí)要盡最避免這些不利因素。</p><p><b>　　4.1各接管設(shè)計(jì)</b></p><p>　　查標(biāo)準(zhǔn)GBT5310-1995《高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》，內(nèi)容器進(jìn)、出氣接管及爆破安全裝置接管選用公稱外徑為102 mm的無(wú)縫鋼管，由于都連接在內(nèi)容器上，為保證焊縫質(zhì)量及接管的低溫韌性，接管也應(yīng)選用與內(nèi)容器相同的材料16MnDR。同內(nèi)壓容器筒體厚度計(jì)算方法