分析设计法在小型高压球罐设计上的应用

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1、分析设计法在小型高压球罐设计上的应用球形储罐作为压力容器的一种高效、经济的贮存容器，素来有大容量、高危害，制造难度大的特点，为广大工程师们所关注。然而，对于小熨高压球罐（V50nT3）不仅超出常规设计的范畴，其设计与制造难度也加大，在实践中也鲜冇应用。本文依据丁•程实例，详细阐述了对--盛装天然气的小型高压球形储罐（lOm'3）进行应力分析，并依据JB4732-95,评定设备的安全性。1前言球形储罐，顾名思义，外形呈球状，主耍用于存储与运输各种气液或液化气体的一种有效、经济的压力容器，在化工、石油等领域大量应用。在同样壁

2、厚条件下，与其它形状的容器相比，其受力均匀，承载能力高，能极大的节约材料成木。依据球罐自身的特点，在某天然气输送项H中，有一天然气流计量用贮存容器（10nT3）,采用球形储罐结构，出于设计条件对设备自重有严格限制，要求设计重量最小。由丁•此球罐设备容积（V50m3）超出GB12337-1998《钢制球罐》的范畴，并且为更介理地优化设计，故设备采用JB4732-1995《钢制斥力容器-分析设计标准》进行设计。2球罐设计参数及载荷2.1球罐设计参数球罐设计规范：JB1732-1995《钢制压力容器一分析设计标准》，其设计条件

3、和主要参数如表1所示:表1球罐设计参数设计参数内容容积（m3）10.3球罐内径（mm）2700球売壁厚（mm）32裙座内径（mm）1550裙座壁厚（mm）12设计压力（MPaG）10.0设计温度（°C）120工作介质天然气重装系数100%腐蚀裕量（mm）1.0介质密度（kg/m3）owors球壳材料07MnNiMoVDR2.2球罐选材在选材方面，板材选用球壳用的钢板球罐低温用高强度调质钢板07MnNiMoVDR；球罐承压锻件用10Ni3MoVD锻件。上述材料均经安金注册并通过“锅炉压力容器标爪化技术委员会“的技术评审。球

4、罐用材的化学成份与材料属性，如下表2~5所示：表27MnNiMcVDR钢板化学成分（熔炼分析）的扌支术要求（％）厚度mmCSiMnPSNiCrMoVPcm12.32£0090.15—〔40120〜1.60£0.012<0.005025〜0.60<0.300.10—0.300.C2〜006<0.21注;1.为了改善的性能，可添加其它徽量合金元素;2.Pcm艾焊接裂纹敏感性組咸.按以下公式计算：Pzm-C+'U?020iom20K103.制造应记录P銀值：P$r=(Cr°o)+(OzQo)+2(M。％)+10(0%)+十5(

5、7汉!s表110Ni3MoVDtAUi牛化学版分（熔热分析）的誥术要求（W:%»SiMnMoCrNiVPACu0.040.120」5〜C.250.70-0.90D.20*-0.30SO.3D250〜3.030.02~0.06<0015r缩25表4球璀设计应力擴度部位材料名號设计温度.（设计许用应力强度.MPa球壳fti(6n=32mm)07MnNiMoVDR120235裙座(6n=l2mm)O/MnZMoVDK120235按管锻件lONBMoVD120wur9230表5球罐材料属性温度弹性模量泊松比120°C2.060x

6、10’MPao.2ft^ors2.3球罐结构球罐结构，主要包括球壳板与以下的七个管II,以及设备裙座。裙座I:两侧分别设冇方形人孔(450X450),供设备安装检修丿

7、扎为保证设备安全件，球壳开孔釆用整体双锥段锻件补强，接管锻件号球壳板的连接采用对接形式,以满足100%射线检测耍求。球壳板扣除了材料的腐蚀裕量与成形减薄量,计算厚度取29.5mm。球罐主要的结构与尺寸，如下述图表所示:wors图1:球罐结构简图图2:管口结构示意图表6球罐管口表序号公称直径公称压力T?1:用途或名称1DN500PN11O(Class600)

8、M人孔2DN100N天然气进出口3DN25T1温度计14T2温度计25P压力计6V7D排心1表7球罐管口结构尺寸列表公称直径公称丿去力结构尺寸De(mm)Db(mm)Do(mm)Di(mni)H(nim)DN5OOPN110(Class600)802710610510130DN1OOPNU0(Class600)280210152■畑,罗DN25PN110(Class600)1881021103有限元模型为保证球罐受力结构的完整性，木分析从整体角度出发，应用大型冇限元通用软件ANSYS软件，采用S0LID95实体单元，建立

9、有限元三维立体全模型。S0LTD95是20节点高阶单元，每个节点冇3个平动H由度（X,Y,Z方向），能够容许一定的不规则形状，且更好的保证计算蒂度，对偏移形状保持良好的兼容性，适合模拟带曲线边界的模型。有限元模型如图3~4所示。其中，单元数量:159108,节点数量:732617。-wors图3:球罐整体有限元模型图