1OO0m3氧气球罐应力分析设计 毕业设计论文.doc
《1OO0m3氧气球罐应力分析设计 毕业设计论文.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《1OO0m3氧气球罐应力分析设计 毕业设计论文.doc(9页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、摘 要 球罐是一种钢制容器设备。在石油炼制工业和石油化工中主要用于贮存和运输液 态或气态物料。操作温度一般为-5050,操作压力一般在3MPa以下。球罐与圆筒容 器(即一般贮罐)相比,在相同直径和压力下,壳壁厚度仅为圆筒容器的一半,钢材 用量省,且占地较小,基础工程简单。但球罐的制造、焊接和组装要求很严,检验工 作量大,制造费用较高。球罐为大容量、承压的球形储存容器,广泛应用于石油、化 工、冶金等部门,它可以用来作为液化石油气、液化天然气、液氧、液氨、液氮及其 他介质的储存容器。也可作为压缩气体(空气、氧气、氮气、城市煤气)的储罐。对 1000氧气球罐的应力分析设计,分别对球罐整体及其上下极开
2、孔结构压力试验工况、 操作工况、地震工况和压力波动,疲劳工况的应力进行了有限元分析,对其应力进行 强度和疲劳寿命评定校核。 关键词:球罐;高压;轻介质;有限元;应力分析;疲劳;地震;开孔 前 言 球形容器在我国的应用领域非常广泛,例如,在石油、化工、冶金、城市煤气 等工业总,球型容器被用于储存野花石油气、液氧、液氮、液氢、液氨、氧气、氮 气、天然气、城市煤气、压缩空气等物料;在原子能发电站,球形容器用作核安全 壳;在造纸厂用作蒸煮球;在化工厂也被用作反应器等。固我们把用于储存气体或 液体介质的球形容器被称作球形储罐(简称“球罐” ) 。 第一章 绪 论 1.1 球罐的发展史 早在1910年,美
3、国就开始制造球罐,1950年以后才得到初步发展。60年代以后, 由于石油化工的高速发展,需要将液化天然气及液化石油气进行大规模的运输和贮存, 球罐的应用得到进一步发展,不仅数量迅速增加,日趋大型化,而且向超高压、极低温 发展。国际上目前最大液态介质球罐直径27.4m,容积10770m3;最大城市煤气球罐直 径 72.55m,容积200000m3。中国目前大多数球罐容积为2001000m3,最大容积 8250m3、直径25.1m。近几年我国很多钢厂改扩建,需建造大容量氧气和氮气球罐, 因球罐设计压力大于3 MPa,采用常规设计建造lO00m3的氧气球罐,球壳厚度将超过 5Omm。给选材和建造带来
4、很多难以解决的问题,采用分析设计建造1000m3氧气球罐是 唯一的方法。 1.2 球罐的类型概括 球罐的形状有圆球型和椭球型。绝大多数为单层球壳。低温低压下贮存液化气体 时则采用双重球壳,两层球壳间填以绝热材料。采用最广泛的为单层圆球型球罐(见 彩图) 。球壳是由多块压制成球面的球瓣以橘瓣式分瓣法、足球式分瓣法或足球橘瓣 混合式分瓣法组焊而成。球罐的支撑结构最常见的为赤道正切式,其次为对称式、裙 座式、半埋地式和盆式。椭球型球罐通常用于常温下贮存饱和蒸气压比大气压稍高的、 挥发性强的液态烃(如汽油等),操作压力为0.120.3MPa,容积一般在5006000m3 范围内。更大容积时,应采用复式
5、椭球型球罐。 制造球罐的材料要求强度高,塑性特别是冲韧性要好,可焊性及加工工艺性能优 良。球罐的焊接、热处理及质量检验技术是保证质量的关键。 按储藏温度 :球罐一般用于常温或低温,只有极个别场合,如造纸工业用的蒸 煮球罐,使用温度高于常温。 (1) 常温球罐 如液化石油气、氮、煤气、氧等球罐。一般说这类球罐的压力较高, 取决于液化气的饱和蒸汽压或压缩机的出口压力。常温球罐的设计温度大于-20 (2) 低温球罐 这类球罐的设计温度低于或等于-20,一般不低于-100。 (3) 深冷球罐 设计温度-100以下往往在介质液化点以下储存,压力不高,有时 为 常压。由于对保冷要求较高,常采用双层球壳。
6、目前国内使用的球罐,设计温度一般 在-4050之间。 按结构形式分类 按形状分有圆球形、椭圆形、水滴形或上述几种的混合。 球形罐按分瓣方式有橘瓣式、足球瓣式、混合式三种。 圆球形按支撑方式分有支柱式、裙座式两大类。 第2章 球罐设计标准及数据参数 2.1 球罐设计标准 GB123371998球制球形储罐适用于碳素钢和低合金钢制球形储罐的设计、 制造、组焊、检验和验收,标准规定的技术内容是球罐设计、制造、组焊的最基本要 求。 设计技术参数的确定。 2.2 球罐设计参数 球罐设计技术参数主要有设计压力、设计温度、厚度及其附加量、焊接接头系数 和许用应力等。 表一球罐及材料和结构参数 采用和参考标准
7、 JB473295(钢制压力容器分析设计标准 ,GB1233798(钢制球形 储罐 支柱结构形式 赤道正切c型支柱 操作压力 3MPa 球壳负偏差 O.25mm 拉杆直径 48mm 设计压力 3.15MPa 球壳焊缝系数 1 球壳材料 07MnCrM OVR 压力变化 1.62.8MPa 压力试验类型 液压 开孔凸缘材料 08M nNiCrM OVD 设计寿命 15年 试验压力 3.938MPa 支柱材料 16MnR 循环次数 7、5 次 球壳内径 12300mm 拉杆材料 20510 操作温度 一1O5O 支柱内径 500mm 球壳抗拉强度 61OMPa 设计温度 50 公称容积 1000
8、球壳屈服应力 490MPa 3m 操作介质 氧气 容积 974 球壳应力强度 235MPa 介质密度 46.44kg 支柱厚度 1Omm 凸缘抗拉强度 600MPa3m 基本风压350N 支柱高度 8O00mm 凸缘屈服应力 480MPa 基本雪压 400 N 支柱个数 8 凸缘应力强度 231MPa3 地震烈度 7近震 连接板厚度 16mm 支柱屈服应力 345MPa 场土类别 II1 人孔上下极各一 5OO 支柱许用应力 23OMPa 地区类 B 进出气孔下极 25O 拉杆屈服应力 230MPa 球壳腐蚀裕度 1.5mm 安全阀孔上极 150 拉杆许用应力MPa 1533 拉杆腐蚀裕度 3
9、mm 放气孔上极 100 球壳厚度 45mm 第3章 球罐整体结构的有限元分析 3.1 液压试验工况 由于结构和受力的对称性,不考虑拉杆的影响,可取一台球罐的十六分之一作为 分析模型,受结构重力、液压介质重力和试验压力的作用下,球壳上极点压力3938 MICa,球壳下极点压力4058 MPa,支柱下端约束了三个方向的位移,支柱对称面和 两支柱间对称面为对称边界,约束了边界面法向位移。液压试验工况球罐三维有限元 分析得出:第三应力强度应力最大值362795 MPa,位置在连接板下部球壳外壁,按 一次应力考虑,球壳最大应力不满足强度要求。支柱上端内侧轴向应力一172743 MPa,下端外侧轴向应力
10、一202784 MPa,支柱应力满足强度和稳定性要求。 3.2 设计工况 由于结构和受力的对称性,同样可取一台球罐的十六分之一作为分析模型,受结 构重力、物料介质重力和介质设计压力的作用下,球壳上极点压力315 MPa,球壳 下极点压力3155 MPa,边界条件与液压试验工况相同,设计工况球罐三维有限元分 析得出:第三应力强度应力最大值293932 MPa,位置在支柱帽上部球壳外壁,按一 次应力考虑,球壳最大应力满足强度要求。支柱上端内侧轴向应力一85821 MPa, 下端外侧轴向应力一77901 MPa,支柱应力满足强度和稳定性要求。 3.3 压力波动疲劳工况 在线弹性分析中,结构变形和应力
11、与载荷成线性关系,压力波动1.6 2.8 MPa 与01.2 MPa的应力变化值是相同的,所以分析计算1.2 MPa内压作用下球罐结构的 应力,可作为压力波动球罐整体结构的应力变化值。球罐整体结构压力波动工况三维 有限元分析得出:第三强度理论的当量应力最大应力在上支柱u形板与连接板上方外 侧筋板上端连接处,最大值为115.7ll MPa;球壳最大应力在支柱帽上部,球壳最大 应力为112942 MPa。 3.4 地震工况 由结构和受力的对称性,可沿地震力方向两支柱对称面切开,取球罐整体结构的 二分之一作为地震工况分析模型。只考虑受拉拉杆,不考虑受压拉杆。球罐安装好之 后上紧拉杆,拉杆的受力与球罐
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 1OO0m3氧气球罐应力分析设计 毕业设计论文 OO0m3 氧气 应力 分析 设计 毕业设计 论文
链接地址:https://www.31doc.com/p-25862.html