第30卷第4期化工機(jī)械221天然氣貯罐的疲勞分析方佩珍**潘永亮黃衛(wèi)星楊穎(四川大學(xué))摘要用壓力容器的基本理論和有限單元法等對(duì)天然氣貯罐的殼體、緊縮口、平蓋等構(gòu)件進(jìn)行疲勞性能分析,確定結(jié)構(gòu)及相關(guān)尺寸是否滿足該設(shè)備疲勞壽命的要求。結(jié)果表明,在對(duì)貯罐結(jié)構(gòu)給出了相應(yīng)的限制條件和要求后,該貯罐滿足循環(huán)次數(shù)n= 80000次條件下的疲勞強(qiáng)度要求。關(guān)鍵詞貯罐壓力應(yīng)力疲勞分析中圖分類號(hào)TQ053.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào).0254-6094( 2003 )040221-0460天然氣貯罐是供貯存精脫硫天然氣的容器。00開(kāi)當(dāng)貯罐裝人高壓天然氣后,再通過(guò)它向車用鋼瓶充氣。貯罐工作過(guò)程承受升壓、降壓的交變載荷作用，在貯罐焊縫、接管及其他結(jié)構(gòu)不連續(xù)的區(qū)域,因產(chǎn)生塑性應(yīng)變的高應(yīng)力區(qū)容易導(dǎo)致容器的疲勞破壞。為了避免貯罐的失效，必須對(duì)貯罐各85.7部件進(jìn)行詳細(xì)應(yīng)力計(jì)算,并根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果對(duì)貯罐進(jìn)行疲勞分析。1貯罐技術(shù)參數(shù)介質(zhì)精脫硫天然氣Pu$5 <25mg/m'(標(biāo))設(shè)計(jì)壓力p 26MPa圖1貯罐的結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)圖最低工作壓力pmin 7MPa2.1 簡(jiǎn)體工作溫度50C簡(jiǎn)體采用多層包扎式結(jié)構(gòu)，內(nèi)層材料為20R,循環(huán)次數(shù)n 80 000次厚度20mm,層板材料為16MnR,板厚8mm,共72貯罐的疲勞分析貯罐的結(jié)構(gòu)如圖1所示。罐體由簡(jiǎn)體、球形層。由于采用優(yōu)質(zhì)薄板,而承擔(dān)該設(shè)備的制造廠封頭和緊縮口組成,緊縮頭小端通過(guò)螺栓與平蓋家具有長(zhǎng)期生產(chǎn)多層包扎式厚壁簡(jiǎn)的成熟經(jīng)驗(yàn)，連接。通過(guò)對(duì)貯罐各部件的詳細(xì)應(yīng)力分析，圖1因此能完全保證設(shè)備的質(zhì)量。在對(duì)該簡(jiǎn)體進(jìn)行應(yīng)中各部件的結(jié)構(gòu)尺寸均滿足按應(yīng)力分類法設(shè)計(jì)的力分析時(shí)，將多層包扎式殼體等效為整體殼壁。強(qiáng)度條件。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行疲勞分析,以確保結(jié)容器在工作過(guò)程中的壓力波動(dòng)范圍Op = 19MPa。構(gòu)承受預(yù)計(jì)的循環(huán)載荷而不發(fā)生疲勞破壞的能簡(jiǎn)體疲勞問(wèn)題主要考慮筒體焊縫及簡(jiǎn)體上的力。因?yàn)楣ぷ鳒囟炔桓?計(jì)算時(shí)忽略溫度對(duì)材料開(kāi)孔接管影響,對(duì)于簡(jiǎn)體焊縫,根據(jù)JB4732 ,其疲彈性模量的影響。在以下分析中,材料的許用應(yīng)勞強(qiáng)度減弱系數(shù)取Kr=2.0。計(jì)算表明，簡(jiǎn)體在力幅按JB4732標(biāo)準(zhǔn)確定。Op影響下的交變應(yīng)力幅為68. 01MPa,而由材料四川省應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(01CY051406)。*方佩珍,女,1975 年6月勝,碩士生。四川省成都市,610065。222化工機(jī)械2003年的設(shè)計(jì)疲勞曲線查得許可應(yīng)力幅為146.4MPa,即76K=146. 4/68.01=2. 15 > K,這表明簡(jiǎn)體的疲勞強(qiáng)度是滿足要求的。對(duì)于簡(jiǎn)體上開(kāi)孔問(wèn)題,開(kāi)孔接管采用與殼體全焊透的形式，按應(yīng)力指數(shù)法計(jì)算出應(yīng)力集中系數(shù)K,=3.3,即K, > K,這表明簡(jiǎn)體上開(kāi)孔不能滿_3足疲勞強(qiáng)度的要求。設(shè)計(jì)要求簡(jiǎn)體上不得設(shè)置任何形式的開(kāi)孔，而應(yīng)將必要的開(kāi)孔設(shè)置在端蓋上。圖2平蓋示意圖2.2 球形封頭條件下板中心處的交變應(yīng)力幅為29. 51MPa,板材球形封頭采用鋼板沖壓成型,材料為20R,由的許用應(yīng)力強(qiáng)度幅與操作時(shí)的交變應(yīng)力幅之比K于沖壓過(guò)程中的變形導(dǎo)致封頭厚度不等,即使經(jīng)=4. 54。平板中心附近開(kāi)孔接管的應(yīng)力集中系數(shù)過(guò)機(jī)加工后,保證封頭與簡(jiǎn)體厚度相等,但封頭頂K,不會(huì)超過(guò)上述K值,表明平板中心區(qū)域能滿足點(diǎn)處仍然較薄。分析時(shí)以封頭最薄處考慮。計(jì)算相應(yīng)疲勞壽命的要求。表明，由材料的設(shè)計(jì)疲勞曲線得到的許用應(yīng)力幅平板密封面處環(huán)形斷面是平蓋的薄弱環(huán)節(jié)。與操作時(shí)的交變應(yīng)力幅之比K=3.82。封頭因沖計(jì)算該處的彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力,按第三強(qiáng)度理論壓成型使厚度不均,但厚度變化是平緩的,經(jīng)機(jī)加得交變應(yīng)力幅為29. 86MPa ,許用應(yīng)力幅與交變應(yīng)工后,其厚度變化的絕對(duì)值并不大,不會(huì)對(duì)分析結(jié)力幅之比K=4.48,考慮到結(jié)構(gòu)造成的應(yīng)力集中果產(chǎn)生大的影響。因此，封頭自身滿足工作條件和偏于保守的計(jì)算方法,其結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度是滿下的疲勞強(qiáng)度要求。足要求的。因工藝需要,球形封頭上有開(kāi)孔接管,設(shè)計(jì)采2.5 螺栓用厚璧管,并與殼體完全焊透,內(nèi)外表面圓滑過(guò)考慮螺栓連接系統(tǒng)的剛度修正后,螺栓波動(dòng)渡。按應(yīng)力指數(shù)法可得該結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中系數(shù)載荷為W=QQj+r=-0Q。式中r為螺檢抗拉K,=2.2,則K < K,表明球形封頭的開(kāi)孔接管滿足疲勞強(qiáng)度要求。剛度系數(shù)中K,與法蘭、墊片抗壓剛度系數(shù)K。之2.3簡(jiǎn)體 與球殼的連接邊緣K。簡(jiǎn)體與球殼的連接處因結(jié)構(gòu)不連續(xù)而產(chǎn)生邊比,即r=令,分析表明K。 K，所以螺栓疲勞壽命滿足n = 80 000次的000要求。002.6 緊縮口g緊縮口將內(nèi)徑D,=805mm筒體逐漸過(guò)渡至d = 400m的人孔接口。緊縮口結(jié)構(gòu)有多種形-200-- -周向應(yīng)力-300經(jīng)向應(yīng)力式，通過(guò)對(duì)不同結(jié)構(gòu)的分析比較,并結(jié)合緊縮口的02004006008001000加工特點(diǎn),設(shè)計(jì)時(shí)使過(guò)渡區(qū)具有更多金屬的平滑軸向距離/ mm過(guò)渡,最后采用不同半徑的反向曲線過(guò)渡結(jié)構(gòu)，如圖3所示。圖5外壁徑向、周向應(yīng)力 曲線80量為:Ao。=σmg=114MPa,內(nèi)壁處徑向應(yīng)力波動(dòng)值Sσ,=-19MPa,在循環(huán)過(guò)程中最大主應(yīng)力差的波動(dòng)量為s, =Oσp - Aσ, =114+ 19 =133MPa,交變應(yīng)力強(qiáng)度幅Sae =0.5S, =66. 5MPa,R=177s = 146.4-2.20。! B2=80Sa 66.5由以上計(jì)算結(jié)果,可得到與2.1和2.3節(jié)相1402.5同的結(jié)論。緊縮口的結(jié)構(gòu)決定了該結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平較圖3緊縮口簡(jiǎn)圖低,在與簡(jiǎn)體的連接邊緣處應(yīng)力σ。=98MPa,循環(huán)過(guò)程中的應(yīng)力波動(dòng)量為:緊縮口應(yīng)力采用有限元分析方法,有限元計(jì)Oσ。=σ。25 =98 x =71.62MPa .9_算程序是根據(jù)線彈性軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)編制的。計(jì)算程序用于已知應(yīng)力分布關(guān)系的其他結(jié)構(gòu)試算，表明主應(yīng)力波動(dòng)量為:S, =Aσ。+ Ap=71.62 +19 =90. 62MPa程序的計(jì)算是可靠的。緊縮口及部分簡(jiǎn)體的應(yīng)力交變應(yīng)力幅為:分布如圖4.5所示。Sa =0. 5S, =45. 31MPa500 FS。_ 146.4K=-=45.31=3.23嗎300圖向應(yīng)力上述計(jì)算結(jié)果表明,緊縮口結(jié)構(gòu)處滿足n=80 000次條件下的疲勞強(qiáng)度要求。國(guó)100of3結(jié)束語(yǔ)100200 400 600 800 10000在對(duì)天然氣貯罐的焊縫、開(kāi)孔接管及其他不軸向距離/mm連續(xù)結(jié)構(gòu)的疲勞分析過(guò)程中,對(duì)其結(jié)構(gòu)提出了一些限制性條件和要求，對(duì)平蓋則采用了保守的計(jì)圖4內(nèi)壁徑向、周向應(yīng)力曲線圖算方法。分析結(jié)果表明，貯罐的整體結(jié)構(gòu)滿足n= 80000次條件下的疲勞強(qiáng)度要求。簡(jiǎn)體部分的最大應(yīng)力在簡(jiǎn)體內(nèi)壁處,σom =(收稿日期:2003 02-28 ,修回日期:2003-04-16)156MPa,計(jì)人波動(dòng)壓力Ap的作用,最大應(yīng)力波動(dòng)(下轉(zhuǎn)第234頁(yè))234化工機(jī)械2003年首次對(duì)R-201、R-202的全面檢測(cè),以及2002年合參考文獻(xiàn)肥通用機(jī)械研究所對(duì)R-201、R-202第2次全面檢1黃漢中. 熱壁加氫反應(yīng)器焊接工藝及維修檢測(cè)要點(diǎn).測(cè)，均末發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象,經(jīng)專家鑒定安全狀況等級(jí)石油化工設(shè)備技術(shù),1993,14(4):11-17定為一-級(jí)。 可見(jiàn)對(duì)1.25C0.5Mo鋼材,若設(shè)計(jì)一2林師焱,耿文范,易邦旺、 石油加工腐蝕及耐蝕鋼、北些操作條件不太苛刻的加氫反應(yīng)器是完全可行京:冶金I業(yè)出版社,1991.37 ~39 ,62 -64的。類似凡士林加氫的反應(yīng)器，今后可以立足國(guó)3仇恩滄。 臨氫設(shè)備用材點(diǎn)滴，石油化工設(shè)備技術(shù)，1993,14(6):2-5內(nèi)選材制造,提高引進(jìn)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率。(收稿8期:200-02-28.修回8期:2003-06-07)Application of 1. 25Cr0.5Mo Steel in the Hydrogenation ReactorsJIANG Xiaoming( Nol Chemical Plant, Jinling Petrochemical Industry Corporation, Nanjing, 210038, Jiangsu, China )Abstract The application of 1. 25Cr0.5Mo steel in the vaseline hydrogenation reactors was analyzed. It wasconsidered that 1. 25Cr0.5Mo steel was feasible in not very harsh conditions.Keywords Hot Wall Hydrogenation Reactor, Hydrogen-Resistant Steel, 1. 25Cr0. 5Mo(上接第223頁(yè))Fatigue Analysis of Natural Gas ContainersFANG Peizhen, PAN Yongliang, HUANG Weixing, YANG Ying( Sichuan Uniersity, Chengdu, 610065 , Sichuan, China )Abstract A fatigue analysis was made of the shell, contraction opening, cover-plate and so on, and it wasdetermined that if their structure and relative sizes could satisfy the demand of the fatigue life of the containersusing the basice theory and finite element method. The result shows that the containers could satisfy the demandof the fatigue strength with a circulation of 80 000 times after the corresponding limited conditions and require-ments were given to the structures of containers.Keywords Container, Pressure, Stress , Fatigue Analysis投資省、流程簡(jiǎn)單、操作方便、能耗低、運(yùn)行穩(wěn)定XJF型廢舊橡膠常溫精細(xì)粉碎設(shè)備被評(píng)為國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品浙江綠環(huán)橡膠粉體工程有限公司(前身為浙江省嵊州市綠環(huán)機(jī)械制造有限公司)開(kāi)發(fā)的XJF型廢舊橡膠常溫精細(xì)粉碎設(shè)備,日前經(jīng)專家評(píng)審被認(rèn)定為國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品。這是該設(shè)備繼獲得國(guó)家專利,通過(guò)國(guó)家石油和化學(xué)工業(yè)局科技成果鑒定,列入浙江省技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目之后的又一殊榮。專家認(rèn)為該設(shè)備采用水冷錐形磨體式的新穎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和特殊耐磨材質(zhì)，可使預(yù)碎后的5~15目橡膠粉粒、塑料片粒等在常溫下一次粉碎成60~200目細(xì)度之粉體，F(xiàn)RP出粉:率達(dá)80%以上,技術(shù)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先,并達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。該設(shè)備已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化,適用于膠粉企業(yè)工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn),從而大大推動(dòng)了我國(guó)膠粉工業(yè)的發(fā)展,為我國(guó)常溫生產(chǎn)精細(xì)膠粉開(kāi)創(chuàng)一條“常溫粉碎”的技術(shù)路線,闖出一條適合中國(guó)國(guó)情發(fā)展廢舊橡膠再生利用的道路,值得大力推廣。廢舊橡膠是固體工業(yè)廢棄物的一種,隨著橡膠工業(yè)及汽車工業(yè)的發(fā)展，大量的廢舊輪胎、(下轉(zhuǎn)第249頁(yè))