双室容器中间隔板的设计.pdf

第3 9 卷第6 期2 0 1 0 年1 1 月石油化工设备p e t r o che m i c a le q u i p m e n tv 0 1 3 9n o 6n o v 2 0 1 0文章编号 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 0 0 6 0 0 3 9 0 4双室容器中间隔板的设计李永生 赵鹏 张新友 西安长庆科技工程公司 陕西西安7 1 0 0 1 8 摘要 主要阐述了一种双室容器用中间隔板的设计方法 通过分析 对比 确定了一种结构安全合理 可以满足工艺要求和经济性能好的中间隔板形式 关键词 双室容器 中间隔板 应力疲劳 球冠形封头 设计中图分类号 t h4 9文献标志码 ai n t e r m e d i a t ep l a t e nd e s i g no ft h ed u a l c h a m b e rv e s s e l sl iy o n g s h e n g z h a op e n g z h a n gx i n y o u x i a nc h a n g q i n gt e c h n o l o g ye n g i n e e r i n gc o l t d x i a n7 1 0 0 1 8 c h i n a a b s t r a c t ad u a l c h a m b e rc o n t a i n e rw i t ht h em i d d l ep a r t i t i o no ft h ed e s i g nm e t h o di sd e s c r i b e d t h r o u g ha n a l y s i s c o m p a r i s o n t od e t e r m i n et h es t r u c t u r a ls a f e t yo far e a s o n a b l ea n dm e e tt h et e c h n o l o g i c a lr e q u i r e m e n t s a n de c o n o m i cp e r f o r m a n c e ag o o df o r mo fi n t e r m e d i a t ep a r t i t i o n s k e yw o r d s d u a l c h a m b e rv e s s e l i n t e r m e d i a t ep l a t e n s t r e s sf a t i g u e s p h e r i c a lc a p s h a p e dh e a d d e s i g n在工作中常会遇到双室容器的设计 这类容器的两室具有不同功能 因安装需要或工艺流程等原因 两室相邻或相互连接 以达到功能模块化 设备集成化的要求 中间隔板同时属于2 个腔室 需满足各种可能出现的受力状况 有时甚至受到周期性变化的载荷作用 笔者设计的某缓冲罐为双室容器 文中对其中间隔板结构设计方案的选择进行简要介绍 1 8 l工艺流程及受力分析该缓冲罐分为左 右两室 左室主要用于满足来液进三相分离器前的缓冲 同时也进行初步的油气分离 起到三相分离器发生故障时的临时储存作用 右室主要用于满足外输来油去溢流沉降罐进泵前的缓冲作用 简体直径24 0 0m m 左室长30 0 0m m 右室长48 0 0m m 设计温度均为6 0 左室工作压力为0 6m p a 右室工作压力0 1 0m p a 双室容器工艺流程见图1 相分离器溢流沉降管图1 双室容器工作流程简图从设计条件可以看出 此类设备是由功能不同 若干几何参数相同的2 个卧式容器组合而成 如果设计成2 个容器 这2 个容器都是常规的卧式设备 可以使设计简化 但占地大 不经济 为了实现功能集成 将2 个卧式容器优化组合 虽然整体尺寸较其中任一个都大 但整体占地面积减少 制造成本降低 且优化了工艺流程 从功能和流程可以看出 由于整个来油外输过程中载荷是周期性变化的 容器内部左右两侧的载荷也产生了周期性的变化 因此 中间隔板的受力过收稿日期 2 0 1 0 0 6 1 1作者简介 李永生 1 9 7 8 一 男 山东茌平人 工程师 学士 从事油 气田设备的开发研究工作 万方数据 石油化工设备2 0 1 0 年第3 9 卷程也是规律性变化的 内压一不受力 内外两侧压力相等 一外压 见图2 根据分析设计标准 9 要进行承受周期性变化载荷作用的容器的设计 首先要判断该设备是否需要进行疲劳分析 由工艺过程分析可以知道 右室内的来油外输周期为5d 整个设备的设计寿命为1 0a 所以在其使用期限之内的循环次数为3 6 5 5 承受内压 a 2 设计方案内外f 矗力相等 b p承受外 玉 c 1 0 7 3 0 10 0 0 且该设备材质采用的是碳素钢 属于抗拉强度巩 5 5 0m p a 的材料 根据文献 9 中第3 1 0 2 条进行判断 该设备所承受的压力波动范围超过设计压力2 0 的工作压力循环次数小于10 0 0 次 满足文献 9 中第3 1 0 2 规定的可免除疲劳分析的要求 因此 对本设备不需要进行疲劳分析设计 p a 八厂一 v图2中间隔板的受力及变化曲线图2 2方案22 1方案i中i 日j 隔板设计方案l 见图3 该方案足在原2 个容器的基础上进行改进 相当于2 个左 右组合的卧式容器 可以分别对2 个容器按常规方法进行计算 因为都是独立的腔室 所以互不影响 中间处的封头可以分别按照各窜的压力确定 简体壁厚叮取两者之中的较大值 最后按j b t4 7 3 1 2 0 0 5 钢制卧式容器 1 叩要求校核2 个鞍座是否合格 中间2 个封头可以看作是容器的内件或者附加的外部集中载荷 根据上述参数 用s w 6 1 9 9 8 压力容器计算软件计算可知中间封头厚度为1 2m m 单个封头质量6 0 4k g 中间段简体长度为15 0 0m m 厚度1 2m m 中间隔板的总质量为22 7 8k g 该方案的优点是受力简单 2 个腔室可以独立设计 互不影响 缺点是中间设置了2 个封头 有一段筒体未被利用 且整体尺寸偏大 材料浪费较大 中间隔板功能由左 图3 中间隔板设计方案1中间隔板设计方案2 见图4 该方案按双搴容器设计 中问隔板采用平板 因为平板受力不佳 结合相关参考文献 可考虑在平板卜增加筋板 以此增加整体的抗弯截面系数 提高其承压抗弯能力 由文献 1 1 可知 驴d 揣 1 式中 乱为平盖的计算厚度 d 为平盖的计算直径 此处取其等于简体的内直径 m m k 为结构特征系数 根据文献 1 1 表7 7 查取 p 为简体的计算压力 盯 为在设计温度下材料的许用应力 m p a 声为焊接接头系数 根据文献 1 1 的相关要求进行选取 图4 中i 司隔板设计方案2在不增加筋板的情况下 k 一0 4 4 m 一0 4 2 m 一艿 乱 艿为筒体的计算厚度 乱为简体的有效厚度 代入式 1 计算可得平盖的计算厚度允一9 8m m 而简体厚度只有1 2m m 显然不合理 因此 可以考虑按图4 结构增加筋板 平盖与加强筋板的组合抗弯截面系数需满足 万方数据 第6 期李永生 等 双室容器中间隔板的设计7 0 0 1 4 d 3 p o 一 7筋板的高度和宽度的计算可以参考文献 5 增加筋板之后 查文献 2 中的表8 1 知 平盖的结构特征系数k 一0 0 1 2 平盖的计算厚度砩可以降低到4 6m m 显然 增加筋板后的结构要合理很多 此时 平盖质量m 一16 3 4k g 加强筋质量取0 2 m 总重约20 0 0k g 采用加强筋的平盖结构虽可以节省材料 但由于此例中整个过程载荷大小 方向都是变化的 而筋板在外侧 承受内压时 整体抗弯有利于焊缝承载 但当承受外压时 焊缝承受拉力明显不利于承载 该方案的优点是结构简单 材料易于得到 可以适当降低投资 缺点是焊接工作量较大 需要采取措施控制平盖变形 变化的载荷会使加筋板侧焊缝有时受力不好 2 3方案3中间隔板设计方案3 见图5 仍然按双室容器进行设计 不同的是中间隔板采用凸形封头 因为中间隔板承受的是一个变化的载荷 需考虑内 外压中问隔板为球图5中问隔板设计方案3作用及承受外压时的稳定性 故考虑采用球冠形封头 由于不能保证在任何情况下封头两侧的压力都同时作用 因此需要考虑封头凹面侧受压或封头凸面侧受压2 种计算结果的最大值 只考虑封头凹面侧受压时 按下式计算球冠形封头的计算厚度 1 1 艿 啬岛 式中 艿为球冠形封头的计算厚度 d i 为筒体的内直径 m m q 为系数 计算p 盯 声 一0 0 0 37 r d 一1 o r i 为球冠形封头球面部分的内半径 根据文献 1 1 图7 5 有q 一3 4 代入式 3 可得3 1 6m m 只考虑封头凸面侧受压时 同样按式 3 进行计算 只是q 按文献 1 1 中图7 6 取值 根据p 盯 庐 和r i d 的取值 可以确定q 一2 9 5 代入式 3 得艿一1 4m m 根据文献 1 1 还可以计算得到该球冠形封头在可能出现的最大外压下保持稳定性所需要的最小厚度为1 2m m 综合考虑上述3 种情况 同时考虑厚度附加量 包括腐蚀裕量 钢板负偏差和厚度减薄量等 取球冠形封头厚度为2 2m m 可以得到球冠形封头质量为9 8 0k g 该方案的优点是受力合理 焊接工作量也比方案2 减少 缺点是球冠形封头需要外购订货 加工周期略长 3 种中间隔板设计方案对比见表l 表13 种中间隔板设计方案对比3结语对比中间隔板3 种设计方案可知 虽然方案3选择球冠形封头前期加工要求高 但受力合理 焊接工作量小 且在满足受力条件下的材料质量最小 因此选择了方案3 同时根据标准要求对中间隔板处的筒体段进行了加强 对隔板和筒体连接处的焊缝进行了1 0 0 的磁粉检测 设备制造完毕后 按照规范要求 针对可能出现的最不利情况 对中间隔板进行了稳定性校核和水压试验 到目前为止 该设备已在某油田站场稳定运行超过1a 证明方案3 正确可行 参考文献 高炳军 赵景利 手俊宝 两侧等压时带隔板圆形截面压力容器应力分析 j 石油化工设备 2 0 0 0 2 9 6 2 3 2 4 2 j b t4 7 3 5 1 9 9 7 钢制焊接常压容器i s 万方数据 第3 9 卷第6 期2 0 1 0 年1 1 月石油化工设备p e t r o c h e m i c a i e q u i p m e n tv 0 1 3 9n o 6n o v 2 0 1 0文章编号 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 0 0 6 0 0 4 2 0 4内压椭圆形或碟形封头上开孔补强的讨论侯伟 上海杨园压力容器有限公司 上海2 0 0 1 3 7 摘要 内压作用下 椭圆形或碟形封头上开孔补强范围的位置不同 开孔补强计算时所用的封头的计算厚度也不同 根据不同计算厚度得到的开孔所需的补强面积和封头所能提供的补强面积不同 因而整个开孔补强计算的结果也会不同 关键词 封头 开孔补强 范围 计算厚度 影响中图分类号 t h4 9文献标志码 bd i s c u s s i o no fo p e n i n gc a l c u l a t i o ni nt h ee l l i p s o i d a lo rt o r i s p h e r i e a lh e a du n d e ri n t e r n a lp r e s s u r eh uw e i s h a n g h a iy a n g y u a np r e s s u r ev e s s e lc o l t d s h a n g h a i2 0 0 1 3 7 c h i n a a b s t r a c t w h e nw ec a l c u l a t et h eo p e n i n gu n d e ri n t e r n a lp r e s s u r e t h ed i f f e r e n tl o c a t i o no fr e i n f o r c e m e n tc h o o s e st h ed i f f e r e n tc a l c u l a t i o nt h i c k n e s so fh e a d a c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n tc a l c u l a t i o nt h i c k n e s s t h er e q u i r e da r e aa f t e ro p e n i n ga n dt h ea v a i l a b l ea r e ai nh e a da r ed i f f e r e n t a n dt h i sl e a d st oad i s t i n c tr e s u l to ft h ec a l c u l a t i o no fo p e n i n g k e yw o r d s h e a d r e i n f o r c e m e m l o c a t i o n c a l c u l a t i o nt h i c k n e s s e f f e c t压力容器开孔后 壳体开孔部位的周边存在局部薄膜应力 弯曲应力和峰值应力 1 3 g b1 5 0 一1 9 9 8 钢制压力容器 a s m ev j 一1 r u l e sf o rc o n s t r u c t i o no fp r e s sv e s s e l 以及j i sb8 2 7 2 1 9 9 3 压力容器的开孑l 补强 中都是使用等面积补强法n 6 该方法主要考虑开孔壳体处的局部拉伸薄膜应力 对弯曲应力则通过限制开孔形状 长短径之比和开孔范围间接加以考虑 从长期使用经验来看 开孑l 边缘的安定性是能够得到保障的 7 1 封头上的应力区域椭