锆制压力容器活套法兰接管的结构分析VIP

第 5 1 卷第 6期 2 0 1 4年 1 2月 l 匕 工设备与管道 P R O C E S S E QU I P ME NT&P I P 1 NG Vl01 51 NO 6 De c 2 01 4 锆制压力容器活套法兰接管的结构分析 宁远林 ，冯秋元 ，张永 强 ，刘继雄 ， ( 1 华陆工程科技有限责任公司，西安7 1 0 0 6 5 ； 苑晓刚 ，陈仓社 ，王剑虹 ，熊富仓 2 宝钛集团有限公司，陕西 宝鸡7 2 1 0 1 4 ) 摘要：针对锆制压力容器活套法兰接管不同的衬环结构 ，利用ANS YS 1 1 0 软件进行应力分析，得到其最 大的应力区域。根据衬环的应 力分布情况，对其各种结构的优劣性进行分析 ，并提 出在 不同工况条件 下 衬环结构的选择建议 ，可为工程设计提供参考依据 。 关键词：锆制压力容器；活套法兰；衬环 ；受力分析 中图分类号：T Q 0 5 0 2 ；T H 1 2 3 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 9 3 2 8 1( 2 0 1 4 )0 6 0 0 1 0 0 0 3 由于锆设备在强腐蚀性介质中具有优 良的抗腐 蚀性 ，所 以在工 业领 域得 到越 来越 广泛 的应 用 ，主 要用于核反应堆和化工设备 ，用来制作压力容器、 换热器、塔器、搅拌器和其他结构件 。 。纯锆 ( Z r ) 的熔点约为 1 8 4 5，沸点 约为 3 5 7 7，相变温度 8 6 2，在 相 变温度 以上为体 心 立方 晶格 ( 相 ) ， 在相变温度以下为密排六方晶格 ( a相) 。工业中最 常用 的是 Z r - 3 。 由于锆 的价格十分 昂贵，通常锆制压力容器的 接管法兰主要采用活套形式，这样法兰可采用钢材来 制作，从而节省成本。锆制压力容器活套法兰的结构 图如图 1 所示 J 。 图1 锆制压力容器活套法兰的结构 F i g 1 S t r u c t u r e s c h e ma t i c o f l o o s e fla n g e f o r z i r c o n i um pr e s s ur e ve s s e l 锆制压力容器的接管与衬环根据不同的设计条件 和制造工艺，主要有以下几种形式 ： 整体翻边衬环、 单面焊翻边衬环、双面焊衬环、对焊衬环以及插入焊 衬环等。如图 2 所示。 本文针对锆制压力容器所采用活套法兰不 同的 衬环结构，通过应力分析得到其最大的应力区域，在 此基础上分析各种结构的优劣性，为锆制压力容器的 工程设计提供参考依据。 整体翻边衬环 单面焊接翻边衬环 双面焊接翻边衬环 双焊衬环 市市叫 插 入式 衬外 ( 1 ) 插入 式衬 环( 2 ) 插入 式衬环 ( 3 ) 图2衬环 结构 F i g 2 S t r u c t u r e s c h e ma t i c o f b u s h r i n g 1 受力分析 取 图 1中的接管上部及衬环作为研究对象，忽 略下部接管与筒体连接处对接管和衬环的影响 ，上 部接管与衬环在操作状态下的受力图如图 3 所示。 接管所受的轴向力按式 ( 1 )进行计算 吲： 3 1 4 R Pn (1 ) 式中 接管所受的轴向力，N； 收稿 日期 ：2 0 1 4 0 5 0 8 基金项目： 陕西省科技统筹创新工程计划项目( 2 0 1 1 K T Z B 0 1 0 3 0 3 ) 。 作者简介 ：宁远林 ( 1 9 7 1 一 ) ，男 ，陕西镇 安人 ，教授级高级工程 师 。从事压力容器及工业炉的设 计。 化工设备与管道 第 5 1 卷第 6 期 的插入衬环，然而它的焊缝均在高应力区内，焊接时 所产生的缺陷会对衬环结构的寿命产生 比较大的影 响。整体翻边衬环相对于单面焊接翻边的衬环结构而 言，其应力水平较低，无焊缝。 3结论 ( 1 )在不考虑制造成本的情况下，操作压力高 且垫片系数和比压大时，优选对焊衬环 ，这样可以通 过应力分析 ，选择合适的筒体和衬环壁厚 ，使整体结 构的受力处于相对合理的状态。 ( 2 )选择受力较好的整体翻边衬环结构，当工 作条件相对温和的情况下，可以根据制造的成本选择 焊接翻边衬环及插入式焊接衬环结构。 参 考 文 献 1 周 耀 锆 和锆 合 金 在 化 工设 备 中的 应 用 【 J 化 工设 计 ， 2 01 3， l 3 f 41 ： 1 9 2 2 2 李献军，夏峰， 文志刚， 等 工业纯锆性能和应用 A J 第 五届全国腐蚀大会论文集 c 】 北京 ： 中国腐蚀与防护学会， 2 0 0 9： 1 6 3】 李献军 ， 夏峰 ，文志 刚， 等 _ 业锆 产品的性能及应用 J J 金属 世界 ， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 1 0 0 1 0 4 4】 NB T 4 7 0 1 1 2 O l O ，锆制压力容器 s 5 GB 1 5 O 1 -1 5 0 4 2 O l 1 ，压力容器 【 S 】 S t r uc t u r a l Ana l y s i s o f Lo o s e - t y p e Fl a ng e d Co nn e c t i o n i n Zi r c o ni u m Pr e s s ur e Ve s s e l NI NG Yuan l i n ， F E NG Qi u y u a n ，Z HAN G Y o n g q i a n g 。 ，L I U J i x i o n g ， YU AN Xi a o g a n g ， CHEN Ch a n g s h e ， W ANG J i a nho ng ，XI ONG Fuc ha n g ( 1 H u a l u E n g i n e e r i n gT e c h n o l o g y C o ， L t d , E q u ip m e n t Di v is i o n , X i a n 7 1 0 0 6 5 ， C h i n a ； 2 B a o 7 7 t a n i u mG r o u pL td ， B a o j i 7 2 1 0 1 4 , C h i na ) Ab s t r a c t ： Wi t h r e s p e c t t o d i f f e r e n t b u s h i n g s t r u c t u r e s f o r l o o s e t y p e fla n g e c o mb i n e d wi t h n o z z l e s u s e d i n z i r c o n i u m p r e s s u r e v e s s e l ， s t r e s s a n a l y s i s wa s c a r r i e d o u t b y u s i n g ANS YS s o f t wa r e ， a n d z o n e wh e r e ma x i mu m s t r e s s a p p e a r e d wa s o b t a i n e d Ba s e d o n t h e s t r e s s d i s tr i b u t i o n i n t h e b u s h e s ， t h e p r o s a n d c o n s o f t h e s t r u c t u r e s we r e a n a l y z e d Th e s u g g e s t i o n s i n s e l e c t i n g t h e b u s h s t ruc tu r e u n d e r d i f f e r e n t c o n d i t i o n s we r e ， t h e n ， p r e s e n t e d ， wh i c h c a n b e r e f e r e n c e d i n e n g i n e e r i n g d e s i g n Ke y wor ds ：z i r c o ni um pr e s s ur e ve s s e l ；l o os e t ype fla n ge ；b us h r i ng；f or c e a na l ys i s 封 面 介 绍 SULZER 苏尔寿C D 8 源于专业技术的高效率工程泵 苏尔寿泵业的C D 8 泵历经4 0 余年 ， 已经生产了数干台 ， 其设计改进 日臻完美。多年来 ， 为了增加管口载 荷承载能力 ， 增加了泵体壁厚 开发了运行于高温工况下的结构 ， 使产品的设计特点更加丰富 ： 增大轴径以提 高刚性 ； 针对工业应用存在磨损严重的状况 ， 进行设计改进和涂层硬化处理 ， 以提高泵的生命周期。 C D8 泵不断升级改进并提高水力性能。密封腔规格符合I S O 1 3 7 0 9 ( AP I 6 1 0 ) 标准 ， 适用于I S O 2 1 0 4 9 ( A P I 6 8 2) 标准下的集装密封。叶轮的改进设计进一步减小了振动。高强的底座设计进一步提高了重载工况 下的刚性 ， 甚至可用于海上平台的无灌浆工况。 工程解决方案 C D 8 泵的设计覆盖高压工况下的广阔范围 ， 包括酸性污水液体、丙烷、轻烃、高温腐蚀介质、原油等各种 工况均可以选择结构坚固、服务可靠的