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    锆制压力容器松衬结构受力分析.pdf

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    锆制压力容器松衬结构受力分析.pdf

    第43卷第3期 2014年5月 石油化工设备 PETROCHEMICAL EQUIPMENT V01.43 NO.3 May 2014 文章编号10007466201403004503 锆制压力容器松衬结构受力分析 谢全利 ,张永强 ,冯秋元 ,苑晓刚 , 刘继雄 ,王剑虹 ,熊富仓 1.华陆工程科技有限责任公司,陕西西安 710065; 2.宝钛集团有限公司,陕西宝鸡 721014 摘要锆制压力容器的圆筒或接管内一般采用松衬结构。由于松衬与接管的内壁不可避免有间 隙,因此此类松衬结构在容器温度升高及承受内压时有可能首先发生破坏。从力学理论对锆制压 力容器松衬结构进行受力分析,提出了一种适用于工程实际应用的强度核算方法,可供工程技术人 员参考使用。 关键词压力容器;锆材;松衬结构;受力分析 中图分类号TQO5O.2;TH49 文献标志码B doi10.3969/j.issn.10007466.2014.03.012 [3] [4] [5] [6] [7] alI 3一D Finite Element Analysis and Stress ula Fitting of a Pressurized Leaning Cone[J].Petro Chemical Equipment,2006,9214-16. 刁立慧,张祥.循环气冷却器偏锥结构设计FJ].石油化 工设备技术,2010,3152933. DIAO Lihui。ZHANG Xiang.The Design of Eccentric Cone Tube Box in Circulating Gas Coolers[J-].Petro chemical Equipment Technology,2010,3152933. 齐红卫,陈艳红.非圆曲线的逼近法数控加工[J].新技 术新工艺,201054849. QI Hongwei,CHEN Yanhong.The CNC Machining Technology for Non-circular Curve with Approaching Way[J].New TechnologyNew Process,20105 4849. 刘忠伟.数控编程技巧[J].机床与液压,20021102 103. 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ZHU Jia-jin,ZH0U Yijie,SHEN Peiyu.Research on Surface Model and Curve Lofting for Skewing Hop per[J].Machine Design,2013,3026163. 张编 收稿日期201311-27 基金项目陕西省科技统筹创新工程计划项目2011KTZB010304 作者简介谢全利1976一,男,陕西西安人,高级工程师,学士,长期从事压力容器常规设计和分析设计工作。 46 石油化工设备 2014年第43卷 Force Analysis of Loose Lining Structure for Zirconium Pressure Vessel XIE Quanli ,ZHANG Yong-qiang ,FENG Qiu-yuan ,YUAN Xiao-gang2, LIU Jixiong2,WANG Jian-hong2,XIONG Fucang2 1.Hualu EngineeringTechnology Co.Ltd.,Xi’an 710065,China; 2.Baotai Group Ltd.,Baoji 721014,China AbstractFor zirconium pressure vessel,loose lining structure commonly is used within cylinder or nozzle.When the vessel temperature and/or internal pressure increase,the loose lining struc ture could be damaged firstly.This study theoretically analyzes the stress,and then provides a strength calculation for engineering and technical personne1.This can calculate the strength of this loose lining structure. Key wordspressure vessel;zirconium;loose lining structure;stress analysis 锆材以其优越的抗腐蚀能力在工业设备中得到 越来越广泛的应用,用于制作压力容器、热交换器、 塔器、搅拌器和其他结构件_】 ]。工业中最常用的 锆Zr一3的部分物理性能见表1,不同温度下的许 用应力见表2_3]。锆Zr一3室温下抗拉强度R ≥ 380 MPa,0.2 非比例延伸强度R卸. ≥205 MPa。 表1锆Zr-3的部分物理性能 表2锆Zr-3不同温度下的许用应力 MPa 最常见的锆制压力容器的松衬结构见图I E4,s]。 图l锆制压力容器松衬结构示图 对于锆制压力容器,其圆筒或接管内一般采用 松衬结构。由于松衬与接管的内壁不可避免存在间 隙,因此此类锆材松衬结构在容器温度升高及承受 内压时有发生破坏的危险,直接影响锆制压力容器 的安全 。 为此,笔者对松衬结构进行受力分析,提出了一 种适合于工程实际应用的强度核算方法,以期为此 类松衬结构的受力分析提供理论依据。 1松衬结构受力分析 一。] 取图1中的衬管作为研究对象,不考虑衬管两 端的约束。实际装配时衬管与接管不可能同心,且 采用塞规检查间隙。上述松衬结构在温度升高及受 内压载荷后,间隙e会发生变化。衬管由内压引起 的直径增加量可按式1计算 n2 AD 一 2E1t{l 1 式中,AD 为衬管由内压引起的直径增加量,D为 计算直径取接管内径, 为衬管厚度,mm;P为 设计压力,E 为衬管材料设计温度下的弹性模量, MPa 第3期 谢全利,等锆制压力容器松衬结构受力分析 衬管和接管由温度升高引起的直径增加量分别 按下式计算 u] AD2一岛DAt 2 AD3 DAt 3 式中,AD。为衬管由温度升高引起的直径增加量, AD。为接管由温度升高引起的直径增加量,mm; 为衬管材料的热线膨胀系数 , 为接管材料的热线 膨胀系数,℃_。;At为设计温度与装配温度常温 差,℃。 2 强度核算 衬管强度校核条件如下 Dp≤ 4 式中,[ ]j为设计温度下衬管材料的许用应力可 按表2选取,MPa。 将式4代人式1可得 AD2≤[ ] D/蜀 5 当设计压力较大,满足式6时,接管需要承担 部分压力载荷,接管承担部分压力载荷时引起的直 径增加量AD 由式7计算。 户≥ 6 幽 ㈩ 式中, 为接管材料设计温度下的弹性模量,MPa; 为接管厚度,mm。 衬管与接管之间的初始间隙e应符合下式 P≤AD1AD2一AD3一AD4 8 将式2、式3、式5以及式7代入式8可 以得到 ≤ 一 J81一屉D 9 即 一 一 p 2[a]i 一 DAt 10 式中,[ ]为衬管与接管之间的允许间隙,mm。 3 结语 在设计锆制压力容器松衬结构时,衬管与接管 内壁的间隙不宜过大,当满足式6条件时,应限制 在式10所计算的许用间隙之内。当许用间隙[e] 过小而制造无法达到或[ ]O时,应增加衬管壁厚 直至 ≥pD/2[ ]i成立。文中结论同样适用于 锆材以外的其他金属材料的工程实际强度核算,建 议相关标准考虑收录。 参考文献 [1]李献军,夏峰,文志刚,等.工业纯锆性能和应用[c]// 第五届全国腐蚀大会论文集.北京中国腐蚀与防护 学会,2009. LI Xian-j un,XIA Feng,WEN Zhigang,et a1.Prop erties and Application of Industry Pure Zirconium [c]//Proceedings of the Fifth National Conference on Corrosion.BeijingChinese Society for Corrosion and Protection,2009. [2]李献军,夏峰,文志刚,等.工业锆产品的性能及应用 FJ].金属世界,20096100104. LI Xian-jun,XIA Feng,WEN Zhigang,et a1.The Properties and Application of Industrial Zirconium Products[J].Metal world,20096100104. [3]NB/T 470112O1O,锆制压力容器[s]. NB/T 4701 12O1O,Zirconium Pressure Vessels Es]. [4]NB/T 47O152O11,压力容器焊接规程[s]. NB/T 47015--2011,Welding Specification for Pres sure Vessel[S]. [5]GB 1511999,管壳式换热器[s]. GB 1511999,Tubular Heat Exchangers[s]. [6]TSG R0004--2009,固定式压力容器安全技术监察规 程[S]. TSG R0004--2009,Supervision Regulation on Safety Technology for Stationary Pressure Vessel[S]. [7]JB 47321995,钢制压力容器分析设计标准[S]. JB 47321995,Steel Pressure VesselDesign by Analysis[S]. [8] ASME Boiler&Pressure Vessel Code SectionⅧ, Rulers for Construction of Pressure Vessel Division 2Alternative Rules,2010[S]. 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