多层包扎高压容器端部结构设计与应力分析.pdf

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1、静设备石P油化工设备技术，2016，37(2)·18·etro—ChemicalEquipmentTechnology多层包扎高压容器端部结构设计与应力分析刘正通，赵杰，张卫义，曹占飞，王仕成(1．北京石油化工学院，北京102617；2．北京石油化工工程有限公司，北京100107)摘要：多层包扎压力容器中由于球形封头与筒体连接处有壁厚突变，在此区域将产生很大的应力集中和边缘应力，因此多层包扎式高压容器的端部结构是设计中须认真考虑的问题。参照ASME规范设计了3种多层包扎筒体与球形封头连接结构，并利用ANSYS软件提供的接触单元建立了相对应的有限元模型。通过将有限元计算

2、值与理论计算值对比，验证了该模型的可行性。文章分析了3种结构的应力分布情况，指出了最适宜的连接结构为(h)结构，并对(b)结构进行了应力强度评定，结果表明该结构满足强度要求。关键词：高压容器球形封头多层筒体应力分析有限元整体多层包扎压力容器经过近4O年的发展，析，经过对3个结构的大量计算比较，指出了该实已经成功解决了一些工程中遇到的实际问题，比例中最适合的结构，通过分析比较数据，为类似结如因高压容器的设计厚度较厚导致的选材困难，构设计提供了参考。因容器直径过大导致的制造、运输、安装等问题。1多层包扎压力容器简体与不等厚球形封头连但是整体多层包扎压力容器中由于球形封头的

3、应接结构力均匀，其壁厚仅是简体的一半，这样球形封头与针对多层包扎压力容器筒体与单层不等厚球筒体连接处必有壁厚突变，在此区域将产生很大形封头连接问题，ASME规范及GB150给出了的应力集中和边缘应力，因此整体多层包扎式高一些许可的连接形式】，这些形式主要分为两压容器的端部是结构强度最薄弱的部位，也是多类，一类是具有深环焊缝的连接形式，另一类是阶层包扎容器设计中须认真考虑的问题n】。张劲梯形连接形式。文献【7—8】指出，深环焊缝直接相风D等研究了整体多层包扎容器存在均匀间隙条焊结构具有简体与封头相连的深环焊缝，不能进行热处理，焊接缺陷不容易被检测等缺点；阶梯形件下平盖端

4、部边缘应力分布规律，并给出了合理连接结构避免了深环焊缝及射线探伤的困难，由的端部结构型式，但他们的分析并未考虑层问摩于层板间焊缝相互错开，下一层层板对上一层层擦力的影响。郑津洋D等研究了带有厚度与筒体板产生的裂纹有止裂作用，因此被认为是最理想不相等半球形封头热套高压容器的应力分布规的结构，但在考虑层间接触的情况下这两类结构律，证明了这种封头结构满足强度要求，但这种新的应力状态还有待进一步分析。表1为某工程实型结构还未被广泛采用，目前采用最多的还是普际中的气液混合罐的设计参数。根据表1所列的通半球形封头。张羽翔H等针对半球形封头与筒设计条件，参照ASME规范推荐的结构形

5、式，设体的阶梯形连接方式，运用有限元接触分析模型计出如图1所示的3种可能的单层半球形封头与进行了应力分析，结果表明用ANSYS模拟多层多层包扎筒体的连接结构。包扎压力容器层间接触状况是可行的，并且，他们发现在连接区出现明显应力集中，但他们并未对收稿日期：2015-09—03。这部分进行进一步的分析与应力评定。作者简介：刘正通，男，现为北京石油化工学院过程装备控制本文以某气液混合罐为例，采用应力分析法专业在读硕士研究生，主要从事压力容器设计及应力分析方并考虑层问摩擦力的影响，对整体多层包扎压力面的相关研究工作。容器筒体与封头的3种连接结构进行了详细的分Email：

6、iu

7、zhengtong@bipt．edu．cn。·2O·石油化工设备技术2．3载荷及边界条件压力计算公式：位移边界条件为在筒体下端各节点施加轴向一(警一)㈩位移约束，球壳对称面上各节点施加水平方向位移约束。力边界条件为在简体及球壳内壁施加式中：pf，一第J层接触压力，MPa；25MPa均布压力。P一内压，MPa；3有限元计算结果及分析K——径比，K—R。／R；3．1简体中部应力分布规律尺。——筒体外径，mm；为了验证模型准确性，将有限元数值计算结R一筒体内径，mm；果与已有的理论公式进行对比。层间无间隙的理R一简体各层板内径，mm。想状况时，容器简体的多层结构与单层结构一

8、样，表4为多层包扎简体中部层间接触压力数值可以利用拉美公式n进行理论计算。表3为多解与理论解的比较。从表4可以看出，多层包扎层包扎简体中部沿壁厚应力分布的有限元数值解筒体中部层间接触压力数值解与理论解基本一与拉美公式理论解的对比。通过表3可以看出，致。上述对比说明，本文所建立的接触模型可以有限元数值解与拉美公式理论解析基本一致，误模拟层问无间隙状态下，考虑层问摩擦力时的应差很小。文献【ll】给出了多层包扎筒体层间接触力状况。表3简体中部沿壁厚应力分布的有限元数值解与拉美公式理论解对比663．516o．12o161．17o．6669．46169．415