天然气贮罐的疲劳分析

第30卷第4期化工机械221天然气贮罐的疲劳分析方佩珍**潘永亮黄卫星杨颖(四川大学)摘要用压力容器的基本理论和有限单元法等对夭然气贮罐的壳体、紧缩口、平盖等构件进行疲劳性能分祈,确定结构及相关尺寸是否满足该设备疲劳寿命的要求。结果表明,在对贮罐结构给出了相应的限制条件和要求后,该贮罐满足循环次数n=80000次条件下的疲劳强度要求。关键词贮罐压力应力疲劳分析中图分类号TQ53.2文献标识码A文章编号02546094(2003)04022404天然气贮罐是供贮存精脱硫天然气的容器。当贮罐装入高压天然气后,再通过它向车用钢瓶充气。贮罐工作过程承受升压、降压的交变载荷作用,在贮罐焊缝、接管及其他结构不连续的区域,因产生塑性应变的高应力区容易导致容器的疲劳破坏。为了避免贮罐的失效,必须对贮罐各部件进行详细应力计算,并根据应力计算结果对贮罐进行疲劳分析。1贮罐技术参数介质精脱硫天然气pns<2mg/m(标)设计压力P26Ma最低工作压力pm7MP图1贮罐的结构简图工作温度50℃2.1筒体循环次数n80000次筒体采用多层包扎式结构,内层材料为202贮罐的疲劳分析厚度20m,层板材料为16MnR,板厚8mm,共7贮罐的结构如图1所示。罐体由筒体、球形层。由于采用优质薄板而承担该设备的制造厂封头和紧缩口组成,紧缩头小端通过螺栓与平盖家具有长期生产多层包扎式厚壁筒的成熟经验,连接。通过对贮罐各部件的详细应力分析,图1因此能完全保证设备的质量。在对该筒体进行应中各部件的结构尺寸均满足按应力分类法设计的力分析时,将多层包扎式壳体等效为整体壳壁。强度条件。在此基础上进行疲劳分析以确保结容器在工作过程中的压力波动范围△P=9MPa。构承受预计的循环载荷而不发生疲劳破坏的能筒体疲劳问题主要考虑筒体焊缝及筒体上的力。因为工作温度不髙,计算时忽略温度对材料开孔接管影响对于筒体焊缝,根据JB4732,其疲弹性模量的影响。在以下分析中,材料的许用应劳强度减弱系数取K=2.0。计算表明,筒体在力幅按JB4732标准确定。△p影响下的交变应力幅为68.01MPa,而由材料*四川省应用基础研究项目(01GY051406)中国煤化工方佩珍,女,1975年6月生硕士生。四川省成都市,.61006CNMHG222化工机械2003年的设计疲劳曲线查得许可应力幅为146.4MPa,即K=146.4/68.01=2.15>K,这表明筒体的疲劳强度是满足要求的对于筒体上开孔问题,开孔接管采用与壳体全焊透的形式按应力指数法计算出应力集中系数K=33,即K1>K,这表明筒体上开孔不能满足疲劳强度的要求。设计要求筒体上不得设置任何形式的开孔,而应将必要的开孔设置在端盖上。图2平盖示意图22球形封头条件下板中心处的交变应力幅为29.51MPa,板材球形封头采用钢板冲压成型,材料为20R,由的许用应力强度幅与操作时的交变应力幅之比K于冲压过程中的变形导致封头厚度不等,即使经=4.54。平板中心附近开孔接管的应力集中系数过机加工后保证封头与筒体厚度相等但封头顶K不会超过上述K值表明平板中心区域能满足点处仍然较薄。分析时以封头最薄处考虑。计算相应疲劳寿命的要求。表明,由材料的设计疲劳曲线得到的许用应力幅平板密封面处环形断面是平盖的薄弱环节与操作时的交变应力幅之比K=3.82。封头因冲计算该处的弯曲应力和剪应力按第三强度理论压成型使厚度不均但厚度变化是平缓的经机加得交变应力幅为9.86MPa,许用应力幅与交变应工后其厚度变化的绝对值并不大,不会对分析结力幅之比K=4.48,考虑到结构造成的应力集中果产生大的影响。因此封头自身满足工作条件和偏于保守的计算方法,其结构的疲劳强度是满下的疲劳强度要求。足要求的因工艺需要球形封头上有开孔接管设计采2.5螺栓用厚壁管,并与壳体完全焊透,内、外表面圆滑过考虑螺栓连接系统的刚度修正后,螺栓波动渡。按应力指数法可得该结构的应力集中系数K=22,则KK,所以螺栓疲劳寿命满足n=8000次的要求2.6紧缩口紧缩口将内径D,=805mm筒体逐渐过渡至d=400mm的人孔接口。紧缩口结构有多种形周向应力式,通过对不同结构的分析比较,并结合紧缩口的经向座力加工特点,设计时使过渡区具有更多金属的平滑轴向距离/mm过渡,最后采用不同半径的反向曲线过渡结构,如图3所示图5外壁径向、周向应力曲线量为;△Gn=0=19=14M1,内壁处径向应力波动值△σ,=-19MPa,在循环过程中最大主应力差的波动量为S=A0e-△or=114+19=133MPa,交变应力强度幅Sa=0.5,=66.5MPH=2025由以上计算结果,可得到与2.1和23节相同的结论。紧缩口的结构决定了该结构的应力水平较图3紧缩口简图低,在与筒体的连接边缘处应力σa=98MPa,循环过程中的应力波动量为紧缩口应力采用有限元分析方法,有限元计△e=0n6=98×2k=71.62MPa算程序是根据线弹性轴对称结构编制的。计算程序用于已知应力分布关系的其他结构试算,表明主应力波动量为:程序的计算是可靠的。紧缩口及部分筒体的应力S,=Ao+Ap=71.62+19=90.62MPa分布如图45所示。交变应力幅为;S =0.5S. =45. 31MPaSn45.31=3.23周向应力上述计算结果表明,紧缩口结构处满足000次条件下的疲劳强度要求。3结束语在对天然气贮罐的焊缝、开孔接管及其他不轴向距离/mm连续结构的疲劳分析过程中,对其结构提出了些限制性条件和要求,对平盖则采用了保守的计图4内壁径向、周向应力曲线图算方法。分析结果表明,贮罐的整体结构满足n=80000次条件下的疲劳强度要求。筒体部分的最大应力在筒体内壁处,=(收稿日期:200302-28,修回日期:2003404-16)156MPa,计入波动压力△p的作用,最大应力波动下转第234页)中国煤化工CNMHG234化工机械2003首次对R201、R-202的全面检测,以及2002年合肥通用机械研究所对R-201、R-202第2次全面检1黄汉中,热壁加氢反应器焊接工艺及维修检测要点测,均未发现异常现象,经专家鉴定安全状况等级石油化工设备技术,1993,14(4):11-17定为一级。可见对1.25C0.5M钢材,若设计一2林师,耿文范易邦旺,石油加工腐蚀及耐蚀钢:北些操作条件不太苛刻的加氢反应器是完全可行京:冶金工业出版社,1991.37~39,62~64的。类似凡士林加氢的反应器,今后可以立足国3仇恩沧,临氢设备用材点滴.石油化工设备技术,1993,14(6):2-5内选材制造提高引进设备的国产化率。(收稿日期:200302-28,修回日期:2003-0607)Application of 1. 25 Cro. 5 Mo Steel in the Hydrogenation ReactorsJIANG XiaomingNol Chemical Plant, Jinling Petrochemical Industry Corporation, Nanying, 210038, Jiangsu, ChinaAbstract The application of 1. 25 Cr0. 5Mo steel in the vaseline hydrogenation reactors was analyzed. It wasconsidered that 1. 25 Cr0. 5 Mo steel was feasible in not very harsh conditionsKeywords Hot Wall Hydrogenation Reactor, Hydrogen-Resistant Steel, 1. 25Cr0 5Mo(上接第223页)Fatigue Analysis of Natural Gas ContainersFANG Peizhen, PAN Yongliang, HUANG Weixing, YANG Yingchuan Unitversity, Chengdu, 610065, Sichuan, ChinaAbstract 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 containerusing the basic theory and finite element method. The result shows that the containers could satisfy the demarof the fatigue strength with a circulation of 80 000 times after the corresponding limited conditions and requireto the structures of containKeywords Container, Pressure, Stress, Fatigue Analysis投资省、流程简、操作方便、能耗低、运行稳定XJF型废旧橡胶常温精细粉碎设备被评为国家重点新产品浙江绿环橡胶粉体工程有限公司(前身为淅江省嵊州市绿环机械制造有限公司)开发的XF型废旧橡胶常温精细粉碎设备,日前经专家评审被认定为国家重点斬产品。这是该设备继获得国家专利,通过国家石油和化学工业局科技成果鉴定,列入淅江省技术创新项目之后的又一殊荣。专家认为该设备采用水冷锥形磨体式的新颍结构设计和特殊耐磨材质,可使预碎后的5~15目橡胶粉粒、塑料片粒等在常温下一次粉碎成60~200目细度之粉体,FRP出粉率达80%以上,技术处于国内领先,并达到国际先进水平。该设备已实现了产业化,适用于胶粉企业工业化连续生产,从而大大推动了我国胶粉工业的发展,为我国常温生产精细胶粉开创一条“常溫粉碎”的技术路线,闯出一条适合中国国情发展废旧橡胶再生利用的道路,值得大力推广。废旧橡胶是固体工业废弃物的一种,随着橡胶工中国煤化工废旧轮胎CNMHG第249页)