32mpa高壓容器的結構設計及應力分析畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 來看，由于結構設計不合理而導致的事故占有較大的比例。正確合理的高壓容器結構設計是使其安全使用的基本要求，同時對降低高壓容器的成本也有一定的影響。還有焊接工藝性的設計，高壓容器發生事故很多的時候是在焊縫的位置。 6 完成畢業設計所必須具備的工作條件及解決的辦法 具備的條件 老師的指導，過去所學到的理論知識，搜集到的資料，計算機，圖書館，網絡資 第 X 頁（共 41 頁） 源等。以前所學到的專業知識、所用的課本、搜集到的資料、老師提供的參考資料等， 還有圖書館和網絡資源。 解決辦法 在圖 書館查閱焊接設計的、設計手冊和雜志等相關書籍，閱讀國內外關于高壓容器的設計與制造的書籍，借助網絡資源，在學校圖書館網站和一些焊接論壇上查閱下載必要的資料，認真閱讀，多與同學討論，并在老師的指導下，認真思考、歸納總結，逐步解決在設計過程中遇到的理論性困難問題，及時補充學習所需要的各方面的知識。熟練畫圖軟件知識，經常向老師請教，多與同學交流學習，多跑圖書館，多上機查資料。 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。 規劃總體 設計方案，與進行確定。 根據設計方案，對各零件選擇材料，初步計算出高壓容器的結構參數。 進行詳細計算，對主要零部件進行強度校核。 根據計算所得結論以高壓容器工藝要求加以完善處理。 繪制裝配草圖以及零件草圖。 繪制裝配圖以及零件圖。 做畢業設計總結，復習設計過程準備答辯。 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。 2020 年 12 月 1 日～ 10 日：初步完成設計說明書主體部分 2020 年 12 月 10 日～ 30 日：圖紙繪制 2020 年 1 月 1 日～ 5 日：資料檢查 2020 年 2 月 20 日～ 4 月 15 日：修訂設計說明書 2020 年 4 月 16 日～ 4 月 30 日：修改并完善設計圖（總裝配圖、零件工作圖） 2020 年 5 月 7 日～ 5 月 20 日：撰寫并打印設計說明書，準備答辯 指導教師審查意見 第 XII 頁（共 41頁） 中外文摘要 32Mpa 高壓容器的結構設計及應力分析 學 生 ： xxxxxxx 指導老師 ： xxxxxxx [摘要 ] 本文介紹了高壓容器的國內外研究現狀和發展趨勢，并對 高壓容器的結構作了簡單的介紹。 接著對 深冷高壓容器的材料選擇 進行了詳細的分析 , 該高壓容器主要包括內、外容器的筒體、封頭及其各自結構的設計， 還對容器所用附件進行了設計，并運用 Auto CAD 軟件繪制了容器裝配圖。在進行附件設計時，選擇合適的標準件，并針對最大應力分布區域，運用開孔補強設計對開孔接管處進行補強設計。從 對高壓容器強度與安全特性分析 驗證了結構設計方案的可行性，最后 對 高壓深冷容 器的制造、檢驗和焊接加工性進行分析 [關鍵詞 ] 深冷 高壓容器 容器 結構設計 開孔補強 安全特性分析 焊接加工性 第 0 頁（共 41 頁） The design of copious cooling flat strip winding high pressure vessel structure Student: xxxxxxx Guide teacher:Jxxxxxxx [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. Then 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 structure, but also to designing the accessories which the vessel use, protracting how to set up the vessel by Auto CAD software. When design these accessories aim at the area where the biggest stress distribution to do Reinforcement design. From analyzing the strength and security features of the high pressure vessel to prove the structure design is feasible. At the end of to analyze the high pressure copious cooling making、 inspection and seal machining. [Keyword]： Copious cooling high pressure vessel the structural design of container reinforcement of openings security feature analyzing seal machining 選題背景 第 1頁（共 41頁） 前言 1833 年法國巴黎大學教授 Lame 和 Clapeyron 得出了厚壁圓簡平衡公式和應力分布公式，提出了 在圓簡內施加壓力時其內部的應力分布，從而為高壓容器的發展奠定了理論基礎。 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。繼而德國化學家 Haber 等繼續進行了這方面的研究，并從設備上解決了問題。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產品。幾乎在同一時代，煤炭的液化亦采用了高壓設備。 隨著近代化工工業的迅速發展，高壓容器獲得愈來愈廣泛的應用。如合成氨工業中的高壓設備壓力為 15 60MPa。合成甲醇工業中的高壓設備 壓力為 15 30MPa。合成尿素工業中的高壓設備壓力為 20 MPa 。石油加氮工業中的高壓設備壓力為 8 70MPa。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。從各方面的技術應用中表明，高壓容器在現代工業中的應用必不可少 .而且是得到迅速發展的一個領域。 低溫技術在宇航等工業上的開發和應用 ， 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 ， 其矛盾越發突出。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。 目前在工礦企業使用的壓力容器中，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。因此，這種破壞是一種很難預測而危害性又很大的破壞。通過近幾年壓力容器發生的事故來看，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。隨著科學的進步，目前國內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32MPa高壓容器的機構設計及應力分析 第 2 頁（共 41 頁） 進展。 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 在現代科技高速發展的今天，隨著石化工業的迅速發展 , 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。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。壓力容器因其承受各種靜、動載荷或交變載荷，還有附加的機械或溫度載荷；其次，大多數容器容納壓縮氣體或飽和液體，若容器破裂，導致介質突然卸壓膨脹，瞬間釋放出來的破壞能量極大，加上壓力容器極大多數系焊接制造，容易產生各種焊接缺陷，一旦檢驗、操作失誤容易發生爆炸破裂，容器內易爆、易燃、有毒的介質將向外泄漏，勢必造成極具災難性的后果。因此，對壓力容器要求很高的安全可靠性。 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濟性。在設計、制造及使用過程中都以安全為核心問題，在選用經濟可靠的材料、經濟的制造方法、低的操作和維護費用、長周期的安全運行的經濟性的同時，更要使高壓容器有足夠的強度、剛度 (或穩定性 )、可靠的密封性能和一定的使用壽命等的安全性，即在充分保證足夠安全的前提下盡可能做到經濟。在化學工業中使用的高壓容器，其操作隨工藝過程而異。情況比較復雜。它不僅承受高壓 .而且具有高溫 (如加氫反應器的設計溫度高達 500 ℃ )和低溫 (如液氮洗工藝的溫度低至196 ℃ )，同時還往往伴有介質 (如氫、氮、一氧化碳與尿素等 )的強烈腐蝕。所以對高壓容器的設計、制造與檢驗應十分重視。另外，由于壓力容器大型化的發展趨勢，容器的直徑、壁厚、質量越來越大。容器的使用條件日益苛刻。因此在設計高壓容器時 .必須從操作條件出發，對安全、選材、制造、檢駿等各方面進行全面綜合的比較和分析，以期做出一個操作安全、技術先進、經濟合理的設計。 在高壓容器的設計過程中。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。為了保證密封的嚴密性，使容器在操作時不產生泄漏，避免因而引起的著火或爆炸事故、就必須從結構簡單、密封可靠、便于加工、裝卸、檢驗等出發，慎重確定密封結構。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。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。 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、節約和符合國情的原則。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。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。經濟節約和符合國情可以降低設備成本，保證材料的來源和供應。 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程 不論在制造過程中還是在現場使用過程中都要執行嚴格的檢查和試驗。這樣，一方面可以及早發現缺陷，保證制 造質量 。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。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。同時必須使設計符合技術條件的各種要求。 高壓容器的國內外研究現狀和發展趨勢 高壓容器應用及發展 高壓容器在化工與石油化學工業中有著愈來愈廣泛的應用。如合成氨工業中的高壓設備壓力為 15～ 60MPa；合成甲醇工業中的高壓設備壓力為 15～ 30MPa；合成尿素工業中的高壓設備壓力為 20MPa；石油加氫工業中的高壓設備壓力為 10～ 70MPa等。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～ 32MPa32MPa高壓容器的機構設計及應力分析 第 4 頁（共 41 頁） 壓力和 500℃ 高溫下進行合成反應。當前壓力容器向大容量、高參數發展，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。C，容器內直徑 7800mm，壁厚 317 mm，重