DN1200氨吸收塔设计2（全套CAD图+说明书+开题报告+翻译）
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南华大学机械工程学院毕业设计DN1200氨吸收塔设计摘要：此次设计的是混合气流量为10000的氨吸收塔。根据有关的设计参数，故选用填料塔来吸收氨气，填料塔是把塔内的填料当作气液两相间接触的传质设备。设计填料塔包括：物料衡算、热量衡算、塔设备的工艺结构设计（塔内径、塔高、封头、填料、进出口接管及裙座等）、对塔设备进行强度的计算及校核，绘制吸收塔图纸等。设计思路：首先进行物料衡算和热量衡算，然后进行塔设备的尺寸计算，主要包括塔的高度确定和填料层高度的计算，以及对塔附件（吊柱、液体分布器、人孔、手孔、裙座等）的计算与选择，最后进行强度计算和校核。关键词：氨吸收；填料塔；物料衡算；强度计算。The design of DN1200 ammonia absorption tower Abstract: This design is about of an ammonia absorption tower whose the gas mixture flow of 10000 m3/h. According to the related design parameter. So the selection of ammonia absorption filler tower .Packed tower is a tower in the filler as two gas and liquid contact mass transfer equipment .Design packed tower include: material balance, heat balance, the process structural design of the tower (tower inside diameter, tower height, head, fillers, import and export take over and skirt), calculation and check of the strength of the tower, draw absorber drawings and so on. Design ideas: First material balance and heat balance, and tower equipment sizing, determine the height and filler layer height, tower, and the tower accessories (davit, liquid distributor, manholes, handhole, skirt and so on) calculation and selection, and finally the strength calculation and verification.Keywords: ammonia absorption; packed tower; material balance; strength calculationiii目录引言11. 工艺计算21.1吸收剂用量及吸收溶液深度21.2泛液速度41.3塔径的估算71.4液体喷淋密度的验算71.5填料层高度的计算82. 塔结构的设计132.1塔内件及附件的选择133. 塔的设计及强度校核233.1塔体和封头的厚度计算233.2塔体载荷分析253.3塔体的强度及稳定性校核323.4 裙座的强度及稳定性较核343.5裙座基础环353.6地脚螺栓计算363.7水压试验时塔的强度和稳定性验算374. 开孔和开孔补强设计384.1开孔及补强说明384.2 开孔补强设计计算435.1 椭圆封头部件的制造485.2筒节的主要制造工艺485.3总装485.4 主要件的热处理495.5主要检验要求49参考文献51附录一 外文原稿52附录二 外文原稿翻译59谢辞66iii引言在化工、炼油与石油化学工业等各类生产中,塔设备作为分离过程工艺设备的主要承担者，在解吸、萃取、蒸馏、精馏、吸收等传质操作单元中有着无可替代的重要地位。据统计，塔设备在化工与石油化工行业投资比例在20-25%，化纤行业约占45%。因而通过强化塔设备来强化生产操作过程是生产、设计人员都十分重视的课题。板式塔在70年代以前占据着绝对的优势，但随着石油化工的发展，填料塔由于结构简单、压降小，而且可用各种材料制造等优点而日益受到人们的重视。而氨在工业上也具有多种用途，主要用来制造含氮肥料、炸药以及各种纤维及塑料，同样也可以把氨制成硝酸，进而再制造硝化甘油、硝酸铵、硝基纤维素等。在化学纤维和塑料工业中，则以氨作为氮源，生产人造丝等产品。在农业方面，氮肥是农业生产过程中需求量比较大的化肥之一，氨又是氮肥的主要来源，因而回收氨在国民经济中就显得尤为重要。因而填料塔吸收氨气工业在现代工业发展中占据重要地位。本设计是在段小林老师的耐心指导下从2013年1月7日开始进行的，经历了资料查找、任务书撰写、设计方案拟定、设备设计、图纸绘画、编写设计说明书等过程。通过此次的设计让我们了解到填料塔设备生产制造工艺的大概过程，让我在过程设备设计和制造知识方面得到了拓宽，进一步巩固了学习过的专业知识，熟悉了绘图软件的操作，加强了灵活运用书本知识的能力，是对我们大学四年所学知识的总结、巩固和加深。由于本人知识水平、实践经验有限等因素，本设计中肯定存在着不足之处，望指导老师及同学及时批评与指正。第 51 页 共 66 页 1. 工艺计算1.1氨气吸收剂的用量及吸收溶液的深度1.1.1惰性气体流量的计算V(10.1)= (1-0.1) =350.43 1.1.2 最小气液比按照设计条件中平衡数据得出：表1.1不同温度下的氨浓度 氨溶夜的温度 /氨在溶液中的浓度/（kmol ）氨在气相中的平衡浓度/（kmol/kmol 空气）200023.50.0050.056260.010.010290.0150.01831.50.020.027340.0250.0436.50.030.05439.50.0350.074420.040.09744.50.0450.125470.050.156 在XY坐标图上绘制平衡曲线，如下曲线图，图1.1所示： 曲线图 1.1Y10.11111 Y2Y1（1） 0.11111（10.95）0.00556由曲线图1.1.中查得当 Y10.11111时,X值为0.0425： 所以最小的气液比()=2.4811.1.3最小吸收剂用量 由上面的计算可以推出，最小气液比()=2.481，V为350.4； 故最小的氨气吸收剂的用量L=()V2.481350.4868.992869； 一直设计参数可知吸收剂用量为最小用量的1.1倍，得吸收剂用量： L1.1 L=1.1869=955.9 1.1.4吸收液浓度 从全塔范围内进行氨的衡算= 即：1.2泛液速度将塔顶情况作为计算依据，为了便于计算，故将压强和操作温度取平均会值。 气体千摩尔流量：Vv= =352.3861821352.41.2.1 塔顶混合气体平均分子量M=MY+M公式中 Ma空气平均分子量， Ma=28.84 MNH3氨气平均分子量， MNH3=17.03 Ya,2 塔顶混合气中空气的摩尔分率，浓度； YNH3,2塔顶混合气中氨气的摩尔分率，浓度； 计算可得 Ya,2=0.9943 YNH3,20.0057将Ya,2与YNH3,2 代入上述公式得M28.840.9943+17.030.005728.77 气体密度V= 液体密度l992.2 液体粘度1.004 mPas1.2.2填料的选择 经过比较，最终选取选取50金属鲍尔环 查资料的50金属鲍尔环的特性数据如下：表1.2金属鲍尔环数据1.2.3泛点的气体流速通过贝恩霍根关联公式计算推出 式中 a/干填料因子，m-1； u泛点的气体流速，m/s； a比表面积，m2.m-3； g取重力加速度的大小为：9.81m/s2 ； L液相流量 kg/h； G气相流量 kg/h； 液相黏度，mpas； ,气相，液相密度，kg/m3； A关联常数，见表1-2； 填料层空隙率；表1.3各类填料A值参数数据，g=9.81 kg/s2, =1.12 kg/m3 , =992.2 kg/m3=1.004mPas, 由计算推出填料塔顶部的气体质量流量： G=VvMm,2=352.428.77=10138.5 kg/h ;由题可知吸收剂为纯水，其质量流量为： L=955.9 =955.918=17206.2 kg/h 将上述数据代入得：解得 u=3.6 m/s1.3塔径的估算由于空塔气速一般取泛点气速的50%85%，假设设计取70来计算得 u=0.7u=0.73.6=2.52m/s将计算结果代入公式（塔径的计算式）D 1.176m 式中VS为在操作条件下混合气体的流量，其单位为m3/s圆整后取塔径D=1200mm 空塔气速的核算： u=2.45m/s=68% u假设符合要求。1.4液体喷淋密度的验算液体喷淋密度公式： U= U 液体喷淋的密度，m3/(m2h) ; LK 液体喷淋的质量， m3/h ; D 填料塔的直径， m ; 最小喷淋密度：为了将塔的中填料进行充分的湿润，塔中的液体喷淋密度不能低于某一极限值，然而把这一极限值称作为最小喷淋密度，用符号U来将其表示出来。对于散装填料来说，它的最小喷淋密度大多数情况下采用以下公式计算， U=(L)at式中 U 最小的喷淋密度，m3/(m2h) ； at 塔料的总比表面积，m2/m3 ； (L) 最小的湿润速率，m3/(mh) ；对于直径75mm的散装填料，最小的湿润速率(L)=0.08m3/(mh)所以推算出 U=0.08112.3=8.984 m3/(mh)而喷淋液体的质量 L=17.34 m3/h ；实际的液体喷淋密度U=15.4 m3/(mh) U满足液体最小喷淋密度的要求。1.5填料层高度的计算1.5.1传质单元高度的计算已知参数 V350.4 kmol/h ； KY=200 kmol/(m3h) 传质单元高度计算公式 Hog= 故 HOG=1.55 m 1.5.2传质单元数的计算根据（X1,Y1）与（X2，Y2），在图中作出操作线，根据图中所显示的若干个塔的截面上的推动力（YY），并计算出每项对应的，列出下表：表1.4塔截面推动力YYYY0.0056 00.0056 1800.010.00150.0085117.60.020.0040.001662.50.030.0080.021546.50.040.0130.02737.00.050.0210.02934.50.060.0270.03330.30.070.0360.03429.40.080.0470.03330.30.090.0590.03132.20.100.0750.02540.00.1110.09150.091551.3在坐标纸上绘Y与的关系曲线图，如图1.5.1所示，关系曲线与跟YY1，YY2和0之间围成的面积即为积分值。 图1.2图解积分法求传质单元数由图得积分面积为4.8，故NOG4.8 ；所以填料层高度为： ZHOGNOG1.554.87.44 m ；通过经验公式可以推出，填料层的设计高度应该取Z=(1.21.5)Z式中 Z 设计的填料高度 ； Z 工艺计算的填料高度 ； 故 Z1.2Z1.27.448.9 m圆整填料层高度，即Z9 m 。1.5.3填料层的分段当液体沿填料层向下流动时，将逐渐流向塔壁而形成壁流效应的趋势，结果将会造成液体分布的不均匀，降低气液两相的有效接触表面，从而降低传质效率。故在设计填料层放入过程中需要在其中设置液体收集分布器，即所说的将填料层进行分段。对于散装填料而言，一般情况下建议的分段的高度如下表所示，表内的h/D表示为进行分段后的高度与塔径的比值，h为允许下的最大填料层高度 散装填料分段高度推荐值：表1.5 散装填料分段高度推荐值 从上表可以得到各段填料层高度应取为4.5m，并且将其分成两段。1.5.4填料层的压降的相关计算经过查询得知：填料层的填料因子130 m-1 ；液相密度校正系数 1 ；操作空塔速度 u=2.45 m/s ；横坐标 0.058 ；纵坐标 0.022（计算纵坐标过程中用u代替u） 图1.3 Eckert压降通用关联图由Eckert压降通用关联图查得：单位压降=119.8=107.8 Pa/m(填料)900mm,因此需要在支承圈下设置加强肋板。填料支承的结构的各部分尺寸如下表所示：表2.2填料支撑板 填料支撑板结构如下： 图2.1填料支撑板结构2.1.3液体分布器由于填料塔塔径D800mm，故常选用是盘式液体分布器，其结构图如下： 图2.2盘式液体分布器2.1.4液体再分布器在填料塔的实际操作过程中，当离填料塔中填料顶面一定距离时，喷淋液体的流向为；开始向塔壁偏流，然后再沿塔壁下流，因此塔中心处的填料不能得到良好的湿润效果，进而形成“干锥”现象。为了克服此现象的发生，必须每隔一定的距离设置液体再分布器。工业生产中应用广泛的就是是截锥式再分布器，它的设计尺寸参考表及结构图如下所示： 表2.3液体再分布器 图2.3液体再分布器2.1.5 裙座的结构设计1.裙座形式的设计：为了便于加工与制造，故采用圆筒型；2.裙座材料的设计：选择Q235-B作为用料；3.裙座与塔体连接形式的设计：采用对接式焊接方式，如下图所示：图2.4裙座结构 4裙座检查孔：选用B型长圆形孔；5地脚螺栓座：包括盖板、垫板、筋板及基础环，都详见裙座部件图； 6.裙座排气孔、接管引出孔以及其他结构详见总装图跟裙座部件图。2.1.6 人孔的设计与选择依照中华人民共和国行业标准钢制手孔和人孔可以得知： 本设计选用“回转盖板式平焊法兰人孔” （设计依照HG/T 21516-2005） 人孔的结构形式如下所示： 图2.5示意图（人孔结构）2.1.7塔吊柱选择吊柱的方位跟回转半径S应该能够使吊柱经人工推动，使经过吊柱的垂线可以转到人孔的附近，还要使吊钩垂线可以转到平台外，以便于将塔内件从塔平台外场地上吊到塔平台上的人孔处或从塔平台上的人孔位置吊到塔平台以外的空的场地上。因而吊柱的方位要首先取决于人孔方位。人孔方位的确定应该参照管道专业依据设备布置和配管要求。查阅压力容器与化工设备实用手册得知，应该选用HG 5-1373-80-15吊柱；其基本参数如下：S=900，H=1000，L=3400，R=750，=15910，l=110,e=250,重量为234图2.6吊柱选择20号的无缝钢管作为吊杆的材料，其他结构的材料均选用A3F钢，支座垫板的材料采用与塔体相同的材料，采用椭圆形封头作为吊柱的下端支承结构。然而吊杆的相关计算是以整根管子来作为依据的。如果管子的长度不够，需要拼接时，则其设计应符合下列要求：1.只许拼接在一处；2拼接选取的位置只可在下图所示的B至C，E至W之间；3. 焊接的结构按图所示，焊缝系数选0.9. 图2.7吊柱焊接封板 由管子制成的吊柱都焊具有端封板，是为了防止雨水的灌入而引起生锈现象的发生，封板上方则需要开30的牵引孔；吊钩 常用吊钩形式有三种，其中圆钢弯成U形而焊在吊杆上的形式最多，故采用此种形式，其结构图如下： 图2.8吊钩2.1.8接管选择 排气管内气体流速u=20 m/s 。 QV=0.0048 m3/s (液) QG2.51m3/s ; D=式中： QV 流体的体积流量m3/s ;U 流体的流速 m/s； D 管子的直径大小；气体进出口管直径为：则D=0.399 m故选用DN350mm接管工业的供水速率 1.5 3 m/s,液体进口管u取2m/s则D=0.055m 取DN50mm接管液体出塔的速度u取 1 m/s；则d=0.078m取DN80mm接管。2.1.9 接管法兰的选择 依据中华人民共和国的国家标准GB 9112.2-2000可得知，应选用PN0.6Mpa的平面板式平焊法兰，其结构图如下所示： 图2.9法兰结构具体尺寸如下：2.1.10压力容器法兰选择根据中华人民共和国国家标准压力容器法兰分类与技术条件即（JB/T 4700-2000）；根据已经知道的设计参数，因此选择甲型平焊法兰；根据规定JB/T 4701-2000中的数据来确定法兰的结构尺寸如下所示：表2.4容器法兰DNDD1D2D3D4d螺栓柱规格螺栓柱数量1200131512761256125310456627M2436图2.10容器法兰结构3. 塔的设计及强度校核3.1塔体和封头的厚度计算3.1.1塔体材料的选择 塔的最高工作压力为P=0.1Mpa 因为设计压力为P=0.11Mpa,所以应属于低压吸收设备，属于一类压力容器的范畴；由于介质腐蚀性未提出特殊要求，所以选用Q345R作为塔体的材料。3.1.2筒体厚度的确定 先按照内压容器设计的厚度，然后考虑自重、液重等因素引起的正应力以及风载荷而引起的弯曲应力再进行强度和稳定性的验算。根据设计压力与液柱静压力来计算压力； 设计塔内液柱的高度时，仅考虑塔1的液面高度，因此h为1m，则液柱的静压力为：=9929.81=0.0090.05P 故忽略不计则计算压力：=+P=0.11MPa 筒体厚度的计算： （1） 按强度条件来设计筒体厚度 +C2 +C2 =0.47+4 =4.47 式中 Q345R在40条件下许用应力，查标准手册为170MPa ; 塔体焊缝采取双面对接焊，运用局部无损检测时0.85 ； C2 腐蚀裕量，根据工艺设计条件，C24 ；（2）按刚度要求设计，筒体所需的最小厚度 =2.4 ； 由于按照规定，低合金钢容器不包括腐蚀裕量的最小厚度3 ， 按照刚度条件设计，仅需取3作为筒体的厚度； 根据以上的设计并且考虑到风载荷过大，吸收塔较高，而塔内径不大，所以需要适当增加塔体厚度，现假设塔体的厚度10，因而塔体的有效厚度为： C1C210-0-46 ；式中： C1 钢板的厚度负偏差，依据GB713-2008压力容器用钢板和GB3531-2008低温压力容器用低合金钢板中的相关规定，在钢板的厚度负偏差不大于0.25mm，并且不超过名义厚度的6时，可以取C1=0；3.1.3封头壁厚计算选用标准椭圆封头，则： +4 4.46 ； 为方便焊接，取封头和筒体等厚，故取=10 ；其尺寸及相关参数如表下： 3.2塔体载荷分析3.2.1质量载荷塔设备操作质量：；塔设备最大质量：；塔设备最小质量：；筒休质量：经查表可以得出1米高（壁厚10）的筒节的钢板质量为298； 1米高的筒节容积为1.131m3 ； 因此筒体的质量 m1=14.425298=4298 ；封头的质量：经查表可以得出：EHA椭圆封头的容积为0.15055m3 ； 因此封头的质量（壁厚10）m2=128.3 ；裙座质量：单位裙座的质量为305kg ，裙座的高度为3m，则=915kg； 因此塔体的质量m1+m2+m3=4298+128.32+915=5469.6 ；塔的内部构件的质量：填料质量为其体积乘以堆积密度 （1.2）293954018 ；其他的内部构件的质量约为50； 因此4018+504068；保温层的质量为,0 因此质量0 ；操作平台与斜梯的质量为：由于操作平台共五层，每层重500；斜梯高度为15m，每5m重125； 因此质量4500+31252375 ；在操作塔条件下内物料质量为： 故质量2%容积0.02（141.13+20.2545）1000 326 ；人孔、接管法兰等附件的质量为：依据经验公式得出附件的质量：=0.255469.6=1367.4其偏心质量：=0 ； 综上 操作质量 =5469.6+4018+0+2375+1367.4+0=13230；塔设备的最小质量 =5469+0.24018+0+2375+1367+0=10015；由于最大质量操作质量 故 =5469+4018+0+2375+16956+1367+0=29385；充水的质量：1.2215103169563.2.2自振周期的计算 在分析和计算塔设备的振动情况时，一般的情况下，平台、外部接管限制作用及地形变化的影响都不作考虑，进而可将塔设备简化成为顶部自由，其底部则为刚性固定并且质量是沿着高度连续分布的悬臂梁，而其基本震型的自振周期可以按照过程设备设计第二版 （7-5）式的第一振型计算式计算：式中其中是塔单位高度上质量即，故：=允许振动周期 式中Q表示总剪力： Q350181.27560 N；因此其实际的振动周期并没有超过最大允许的振动周期，故本设计合理。3.2.3塔体的风载荷及风力矩风载荷公式： ；式中Dei 塔设备的第i计算段水平风力，N； fi 风压高度的变化系数 ； K1 塔的体型系数 ； q0 各地基本风压 ，N/ ； li 塔设备的各计算段高度，m ； K2i 塔设备的第i计算段风振系数；K10.7； 塔高为18m ，Di为1.2m时取K21.75 , 由查表得 q0=3510-5 Mpa, fi值如下： 对于3m10m段 l1=10-3=7m, 查表得 f1=1.0 ； 10m18m段 l2=18-10=8m, 查表得f2=1.0 ； 塔体的有效直径为：=+2+ , 式中 塔体的外径， ； L1 计算塔段（同一直径）高度； 塔体的各段保温层厚度， ； 笼式扶梯的挡风当量宽度， ； 对于斜梯而言，则取K3200；K42/li ，则： 250 ； 为了简化计算并且考虑偏安全计算，各段采用取平均值， 故Dei=1220+20+200+250=1670 ； 塔体各段的风力： 310m段 ： =106 =0.71.750.00351.070001670 =5011N 1018m段 ：106 0.71.750.000351.080001670 5728N 塔底的部分（11）截面处弯矩： +（+） 式中 塔体11截面到标高10m处距离； 对应于段的风力； 故10-37m； 将上述数据代入得： 5011+5728（7000+） 18.95106+66.19106 8.5107 Nm 裙座底部（00）截面处的弯矩： +（+） 式中 裙座底部到标高10m处的距离 ； 对应于 段的风力； 故10m ； 0.71.750.000351.0100001670 3252N ；将数据代入的：3252+5728（10000+） 9.87107N 偏心弯矩：该吸收塔塔体上由于没有悬挂附属设备及其他附件，故偏心弯矩最大弯矩： 最大的弯矩在和中取其较大值；最大弯矩计算数据如下表：表3.2弯矩计算内容计算公式及数据00截面11截面22截面187148.79.8107 8.4107 最大弯矩187108141082.13.2.4地震载荷与地震弯矩的计算地震发生时，由于塔设备简化为悬臂梁，其在地震载荷的作用下将产生弯曲变形。塔设备若安装在地震烈度为七及其以上地区的时候，就需要考虑它的抗震能力，进而计算出地震载荷。首先，选取塔设备的计算截面，该设计中将塔分为3段。计算截面分别标记为0-0、1-1、2-2；塔体的分段图如下所示，基本参数：表3.3塔体分段数据图3.1塔体分段A=对0-0段： =246620001.5=2.2108对1-1段： =325065001.5=1.7109对2-2段： =3714120001.5=4.9109A=+=6.8109B=对0-0截面： =246620003=1.9103=21013对1-1截面： =325065003=91014对2-2截面： =3714120003=6.41015B=+=6.411016A/B=1.0610-7基本振型系数为 对0-0截面： =1.0610720001.5=9.510-3对1-1截面： 对2-2截面： 选取综合影响系数为地震影响系数的最大值为 通过查阅化工设备机械基础课程设计指导书中的附表5-5： 取各种类型场地土的特征周期为 通过查阅化工设备机械基础课程设计指导书中的附表5-6： 取地震影响系数为： =水平地震力计算公式：=对0-0截面： =对1-1截面： =对2-2截面： =垂直地震影响系数：；操作质量；当量质量=；底截面处垂直地震力= =24662000+32506500+371412000 =7.0107 代入数据得对0-0截面： =0.0003624662000=1775N对1-1截面： =0.0003632506500=7605N对2-2截面： =0.00036371412000=16044N底截面处的弯矩：底截面处的地震弯矩代入数据处理得到：截面1-1处的地震弯矩 =1.2截面2-2处的地震弯矩 =3.3塔体的强度及稳定性校核3.3.1 塔体的轴向应力塔设备的0-0截面，1-1截面， 2-2截面段以上的操作质量分别为13230kg，11025kg ，5880kg通过分析可以得出危险截面为（1-1）处，其各类的轴向应力如下所示： 5.5Mpa ； 4.7Mpa ； 20.6Mpa ；3.3.2 轴向应力的校核 塔底1-1截面的抗压强度计算以及轴向稳定性验算： + 式中 筒体的轴向压缩稳定许用应力 ； K 载荷组合系数，K1.2； 设计混充下材料的弹性模量；计算公式 B0.06 Mpa ，200Gpa=2.0105Mpa； 故=0.06=0.062.01056/600=104Mpa ； 由于5.5+4.710.2Mpa 故1-1截面强度满足抗压强度以及其轴向稳定性条件； 塔底部的1-1截面的抗拉强度计算及校核： + 由于 1.21700.85173.4Mpa ； =5.5-4.7+20.6=21.4M 在裙座失稳前，材料已达弹性极限，故强度为主要制约因素；由+ 3.44+16.519.9 ；因而满足强度及稳定性技术要求。3.4.2焊缝强度的校核该吸收塔裙座与塔体均采用对接焊，焊缝承受组合拉应力： 8.86，故取=2415；当有筋板时，基础环的厚度；因为一般情况下14；故取=143.6地脚螺栓计算地脚螺栓的强度的计算及设计 计算其最大的拉应力： = 因为0 ；结论：塔设备必设置地脚螺栓；假设地脚螺栓的个数 n=16 ，地脚螺栓腐蚀裕量为 则地脚螺栓的螺纹小径：所以取16个型号为M24的地脚螺栓满足设计要求；3.7水压试验时塔的强度和稳定性验算水压试验条件下塔体11截面的强度条件为： 0.90.92350.85179.78 式中 P 液柱静压力，P0.15（塔体高约15m）计算出35.11 因为： 12.5 故强度与轴向稳定稳定符合要设计求。4. 开孔和开孔补强设计4.1开孔及补强说明由于化工行业的迅速发展，对化工设备的要求越来越严格与繁多，综合考虑到压力容器的工艺与结构要求，压力容器上都需要进行开孔接管操作，但是开孔以后会明显的削弱开孔周围区域强度，并会在开孔边缘产生很较高局部应力，影响容器的安全操作系数，故在设计的过程中必须考虑开孔的补强操作。 4.1.1 补强结构的设计说明 在化工设备的实际生产中，采用的补强结构有局部补强与整体补强两类，综合各类实际因素，压力容器的补强结构通常采取局部补强的措施。 1）局部补强结构：补强圈补强，整锻件补强和厚壁接管补强； 补强圈的补强设计 补强圈的贴焊位置位于接管与壳体的连接处，具有结构简单、使用经验丰富、制造方便等优点，但是由于补强圈与壳体焊接在一起不能够完全贴合，导致其传热效果较差，并且因补强圈与壳体不是一个统一整体，造成其抗疲劳性能较差。补强圈补强的结构多使用于静载、常温、中低压等压力容器。 厚壁接管补强 厚壁接管补强的结构是将一段厚壁接管焊接在开孔处，具有结构简单、焊缝少与易于检验焊接质量等优点因此补强效果较好，接管补强并且能够有效地降低应力集中系数，多用于高强度低合金钢压力容器的开孔设计。 整体锻件补强 整锻件补强设计是将接管和部分壳体连同补强部分做成整体形式锻件，再与壳体和接管进行焊接，具有有效地降低应力集中系数及抗疲劳性能好等优点，但由于整锻件的制造成本较高，故其使用范围不广泛，只用于重要的压力容器开孔。 2）整体补强：整体补强是把开孔处的元件全部整体加厚，不做另外的补强元件，由于其补强效率不高，制造浪费原材料等缺点，故仅用在局部补强不便的情况下，这里不做过多介绍。 4.1.2开孔补强的设计准则开孔补强的定义为：采取适当增加壳体或者接管厚度的方法来把应力集中系数减小到某一允许值，现代化工工业中使用的开孔补强准则有等面积补强（弹性失效准则）、压力面积补强与极限载荷补强（塑形失效准则）。由于目前较为通用的是等面积补强，故在此着重介绍一下等面积补强。等面积补强 定义：壳体由于开孔而被削弱的承载面积，必须有其他的补强材料在离孔边一定距离的范围内做等面积补偿；原理：仅在考虑壳体中存在的拉伸薄膜应力的情况下，并且以补强壳体的一次应力强度来作为等面积补强的设计准则，故等面积补强对小直径开孔的安全系数要高于其他补强准则；优点：长期实践，简单易行（当开孔直径较大时，只用对容器的开孔尺寸和形状等予以一定的限制，也适用该准则）；缺陷：等面积补强由于没有考虑应力集中与容器直径变化等影响因素，在补强后会产生不同的安全裕量，影响设备的精确。 4.1.3允许不另行补强的最大开孔直径根据GB150规定，当容器的设计压力2.5，并且相邻两开孔的中心间距大于两开孔直径之和的两倍，并且所用接管的公称外径89时，在接管的最小厚度满足GB150（如下表）要求，即允许不另行补强设计，数据如表：表4.1允许不另行补强厚度 接管公称外径253238454857657689最小厚度3.54.05.06.04.1.4等面积补强计算 允许开孔的范围 等面积补强的理论依据是根据无限大平板上开小圆孔的孔边应力来进行分析，但是在实际的生产操作过程中开孔接管不是平板上而是位于壳体上，壳体都有一定的曲率，因此GB150对开孔的最大直径作出了一定的限制，用来减少实际生产中应力集中系数与理论分析的应力集中系数间的差异。 I.圆筒上开孔的限制：如下表所示，表4.2筒体开孔圆筒内径开孔最大直径且且 II.凸形封头或球壳上开孔的限制：开孔的最大直径； III.锥形封头上开孔的限制：开孔的最大直径，其中为锥壳内径； IV.在椭圆或碟形封头的过渡部分上开孔的限制：所开孔的中心线要与封头表面垂直。 所需最小的补强面积A：对受内压的圆筒或球壳，计算公式如下 Ad+ 式中 A 开孔削弱后需要的补强面积， ； d 开孔直径，圆形孔的开孔直径等于其接管内直径加2倍的厚度附加量，椭圆形或长圆形孔取所考虑平面上的尺寸，； 壳体开孔处计算厚度，； 接管的有效厚度，； 强度削弱系数，当时取1.0 。 有效补强范围：在离开孔边一定的补强范围内，加上一定的补强材料，可以有效的降低应力水平。 有效宽度B： ，取其中最大值； 式中 B 补强的有效宽度，； 壳体开孔处的名义厚度，； 接管的名义厚度，； 内外侧的有效高度按下式计算： 外侧高度 （取较小值）； 内侧高度 （取较小值）；有效补强范围内的补强金属面积：在有效补强范围内，有效补强的金属面积包括以下方面：I. 壳体的有效厚度减去计算厚度之外的多余金属面积： ； II. 接管的有效厚度减去计算厚度之外的多余金属面积: ； III. 有效补强范围内的焊缝金属截面积：；IV. 有效补强范围内另加的补强元件截面积： ； 式中 壳体开孔处的有效厚度，； 接管的计算厚度，； 容器开孔过后不用另行补强条件：=+ +； 容器开孔过后需要另外补强条件：=+ +，且另加的补强元件截面积要求：-；补强元件的材料一般选取壳体相同的材料，如若不同，按照相应的国家标准来进行处理。当在压力容器上存在多个开孔，应以并联开孔的标准来进行补强计算。对于某些大型压力容器而言，当开孔直径在允许的开孔范围标准之外时，一般不采用等面积补强法来进行，就目前化工行业中，对大直径的开孔，经常采用压力面积法与有限单元法来进行分析设计。4.1.5 封头计算厚度对于椭圆封头：当开孔位置位于以椭圆封头的中心为中心的80的封头内径范围内时，计算厚度如下， ；对于蝶形封头：当开孔位置位于封头球面部分内时，取蝶形封头的形状系数为来进行计算，则计算厚度如下， ；考虑到应力集中系数、抗疲劳失效的能力等因素，设计时应尽量采用径向接管。有效补强范围示意图如下：图4.1有效补强范围4.2 开孔补强设计计算 根据已计算的条件，列出下列参数： 内径1200，采用的标准椭圆封头，封头中心位置设置内平齐管型号为，封头的名义厚度为10，设计的压力为0.11，设计的温度为，接管的外伸高度，封头和补强圈的材料选用，其中许用应力，接管材料用10号钢，它的许用应力为112，封头和接管厚度附加量C=4，焊接接头系数取。4.2.1 封头开孔补强设计计算由上面列表可知，当接管外径可以不用另行补强；本设计中开孔外径=355.6，因此必须考虑补强设计。（1）补强的计算方法判别开孔直径为d=di+2C=350+24=358本设计中的凹形封头开孔直径d=358A因此在开人孔后不需要另进行补强设计。5. 主要制造工艺5.1 椭圆封头部件的制造 椭圆封头由两部分构成：半个椭球面跟短圆筒，由已知参数知道椭圆封头的材料选取Q345R，最小厚度10mm。制造过程中需要考虑到制造减薄量与加工的余量等各类因素，故需要选用厚度为12mm耐蚀层的毛坯，在封头进行整体组装前要先对耐蚀层用堆焊，用25.2LMN焊带来带极堆焊过渡层及耐蚀层，分别用E309M0焊条、BM310M0焊条来手工堆焊封头的过渡层与耐蚀层，人孔的凸缘采用整体20MnMoIV级锻件形式；人孔凸缘衬里与人孔凸缘采用松衬结构，间隙0.5mm。5.2筒节的主要制造工艺大致步骤如下：a. 钢板检验：包括钢板的检验、钢板预处理、板材的矫正与钢板的划线、号料几个方面；b. 划线下料：分为钢板的划线、号料与切割、边缘加工等步骤；c. 组对：组对的工程中要按照一定要求的焊接顺序来进行；d. 焊接工艺过程：坡口准备保证坡口的清洁度，严禁在接头间隙 中间存在杂物； 焊前准备若焊缝存在缺陷，要对其进行修正来 确保焊接的质量，并且要对焊缝进行清洁； 焊接过程经由点固焊、填充焊等方式焊好焊缝；e. 焊后矫正：筒节在焊接会发生一定程度的变形，需要进行校圆；f. 焊后检验：运用无损探伤的方式对焊缝检测，确保焊缝合格。5.3总装 a. 筒节和下封头组对焊接：由于筒体的长度较大，组对时要考虑到每环缝的错边量以及间隙均匀性，并且需要采用逐段卧装的装配方法来保证塔体直线公差仅为塔高的千分之一，且15mm，同时需要用环缝组装卡环来控制筒体的椭圆度； 探伤：需要分三次进行焊接，当焊至40mm，48mm焊满后先进行100射线检测，若符合JB4730-2005中的III级要求后再进行进行100超声波检测复检，要求符合JB4730-2005中的I级标准，最后在焊缝外表面上做100磁粉检测，内表面做100渗透检测，需符合JB4730-2005中的I级要求标准； b. 铆工：把吸收塔内部附件与外部附件通过一系列工艺制作成为钢结构； 探伤:对尾部附件的焊缝进行100磁粉检测，对内部附件焊缝做100渗透检测，并且需要控制铁素体含量0.6； c. 上封头与筒体组对焊接 探伤：与筒体和下封头组对焊接的探伤标准一样； d. 水压试验：水压试验条件去压力PT=0.12MPa，水温15（不低于大气的露点温度），还要控制水中氯离子含量在25mg/L以内； e. 衬里：进行衬环的氨渗透试验，以100的氨气在试验压力为0.02003MPa条件下进行渗透试验，并且要确定保压时间12小时； f. 对所有焊缝的外表面及设备的主螺栓做100磁粉检测，需要符合JB4730-2005的I级要求标准； g. 对设备外部进行清理，刷油漆。5.4 主要件的热处理 a. 焊接筒体上的纵焊缝后，需要在620+_14条件下进行消除应力热处理； b. 椭圆封头经过整体热冲压成型的， 在960+_14温度下，进行加热处理（成型前）； 在930+_20温度下，进行正火热处理（成型后）； 在560+_10温度下，对堆焊过渡层区域进行消除应力热处理。5.5主要检验要求 a. 焊缝的错边量要求，衬里纵焊缝错边量1mm，内筒的焊缝错边量1.5mm； b. 焊缝的无损检测，筒体与封头处深环焊缝及返修焊缝，均以100射线检测来检验，用100超声波检测来复检，再用100磁粉检测来检验； c. 封头热成型后和进行正火热处理后，都要进行超声波与磁粉检测； d. 堆焊过渡层进行超声波与渗透检测，堆焊区域进行超声波与渗透检测； e. 在吸收塔进行在水压试验合格后，对设备的焊缝进行磁粉与渗透检测； f. 吸收塔的各部件主要螺栓出要进行磁粉检测； g. 焊缝检测完成后，要对设备的受压及耐腐蚀部件进行复查，以确保设备合格性与安全性。参考文献1 路秀林 王者相化工设备设计全书塔设备,化学工业出版社 ，1999.102 曲文海压力容器与化工设备实用手册上、下册，化学工业出版社，2000.33 刘道德 化工设备的选择与设计，第三版 中南大学出版社，2002.64 祁存谦 丁楠 吕树申 主编 化工原理，化学工业出版社，2005.125 陈敏恒 丛德滋 方图南 齐鸣斋 化工原理，化学工业出版社，2005.66 郑津洋 董其伍 桑芝富 主编 过程设备设计 第二版，化学工业出版社 2005.77 刘湘秋 编著 常用压力容器手册机械工业出版社2004.68 寇尊权 王多 主编 机械设计课程设计 机械工业出版社 2006.109 GB 150-2011 钢制压力容器10 JBT 4710-2005钢制塔式容器11 匡国柱 史启才主编.化工单元过程及设备课程设计.化学工业出版社,200212 刘福顺、汤明.无损检测基础M. 北京航空航天大学出版社，200513 王宽福、冯丽云.焊接与化机焊接结构M. 浙江大学出版社，200314 贺匡国.化工容器及设备简明设计手册M. 北京：化学工业出版社2002南华大学机械工程学院毕业设计附录一 外文原稿A Kind of Potential Practical Sensors of Metamaterial inElectromagnetic Flaw Nondestructive TestingAbstract：We present a new kind of method of electromagnetic flaw nondestructive testing with coating of metamaterials and simulation near electromagnetic field property for test crack. The simulation of improving a Nondestructive testing (NDT) probe electromagnetic radiant property by Metamatrials (MMs) covering a tiny current element is investigated and analyzed using Ansoft HFSS based on finite element method (FEM), which permittivity and permeability are negative. Electromagnetic model: Ideal MMs ball shell with inner radius of 1 mm and outer radius variation, and the shells relative permittivity and relative permeability are all 3.0, dielectric loss tangent and magnetic loss tangent are all 0.1; and exciting current element length is with 0.3 mm, diameter 0.2 mm, value 1 mA at frequency 10 GHz; and simulation is with radiation boundary conditions. The simulating near electromagnetic field variety with ratio of inner radius and out radius, and so near or local field of MMs sensor on a surface crack, as well as comparing near field value of sensor with coating common material are finished. Results can be seen that MMs film sensor near electromagnetic field and radiation properties are obviously better than other two kinds of structures without coating medium and coating with common medium, and Metamaterial may be opened out some new kinds of sensors in electromagnetic flaw nondestructive testing for potential practical applications in future.Keywords: Metamaterial, Nondestructive, Flaw, Ansoft HFSS Software, Sensor1. Introduction In 1967, Veselago theoretically considered a homogeneous isotropic electromagnetic material in which both permittivity and permeability were assumed to have negative real values. Since the E, H fields and the wave vector k of a propagating plane EM wave form a left-handed system in these materials, Veselago referred to them as “left-handed” media, or metamaterial media 1-3. In such a medium, he concluded, the direction of the Poynting vector of a monochromatic plane wave is opposite to that of its phase velocity. It suggests that this isotropic medium supports backward-wave propagation and its refractive index can be regarded negative. Since these materials were not available until recently, the interesting concept of negative refraction, and its various electromagnetic and optical consequences, suggested by Veselago, had received little attention. This was until Smith et al. 4, inspired by the work of Pendry et al.3,5 constructed a composite “medium” in the microwave regime by arranging periodic arrays of small metallic wires and split-ring resonators 4,6-9 and demonstrated the anomalous refraction at the boundary of this medium, which is the result of negative refraction in this artificial medium 8. Metamaterials are broadly defined as artificial effectively homogeneous electromagnetic structures with unusual properties not readily available in nature. This opened the field of composite materials or metamaterials for microwaves and optical applications. Since the idea proposed by Victor Veselago in 1968, the availability of such a material is taken up nowadays and extended 10-21. In this paper, we present a new kind of sensor of electromagnetic flaw nondestructive testing with coating of metamaterial and then apply it to simulate near electromagnetic field property for test crack. Our aim is to find out some application of metamaterial covering in sensor through better field design, and this method can greatly improve the near electromagneticfield and radiation properties of the transducer.2. Split Ring Resonators (SRRs) Double split ring resonator (SRR) is a common kind of metamaterial cell, and conductive structure in which the capacitance between the two rings balances its inductance, Figure 1. A time-varying magnetic field applied perpendicular to the rings surface induces currents which in dependence on the resonant properties of the structure, produce a magnetic field that may either oppose or enhance the incident field, thus resulting in positive or negative effective . For a circular double split ring resonator in vacuum and with a negligible thickness, the following approximate expression is valid 22: where, a is the unit cell length, and is electrical conductance. It becomes negative for 0m pm, where 0m is the resonant frequency (for which eff ); pm is the magnetic plasma frequency (for which eff 0). Usually, there is a narrow frequency range where the eff 0. Thin metallic wires were described as one of the earliest structures with negative permittivity , and the media with the embedded thin metallic wires can be as artificialdielectrics for microwave applications, Figure 2. The structure with 0 described by Pendry consists of a square matrix of infinitely long parallel thin metal wires embedded in dielectric medium. In the situation, the medium is air or vacuum, and the radius of a single wire is very thinner than the distance between two wires, that is r a , the effective dielectric permittivity can be written as follow 23:where, p is the plasma frequency for the longitudinal plasma mode. Clearly, it becomes negative for p.3. Metamaterial Sensor Simulation Simulation of improving the Nondestructive testing (NDT) transducer electromagnetic radiant property by Metamatrials (MMs) covering a tiny current element is investigated and analyzed using Ansoft HFSS based on finite element method (FEM), which permittivity and relative permeability are negative.3.1. Electromagnetic Model and Assigning MaterialsThe ideal MMs ball shell film is with inner radius of 1 mm and outer radius variation, and the shells relative permittivity and relative permeability are all 3.0, dieloss tangent and magnetic loss tangent are all 0.1.3.2. Selecting the Solution Type Choose the Driven Modal solution type when we want HFSS to calculate the modal-based S-parameters of passive, high-frequency structures such as micro strips, waveguides, sensors, and transmission lines. The S-matrix solutions will be expressed in terms of the incident and reflected powers of waveguide modes.3.3. Assigning Boundaries Assigning Boundaries and Assigning Excitations For Driven Modal, a radiation boundary is used to simulate an open problem that allows waves to radiate infinitely far into space, such as antenna designs. HFSS absorbs the wave at the radiation boundary, essentially ballooning the boundary infinitely far away from the structure. A radiation surface does not have to be spherecal, but it must be exposed to the background, convex with regard to the radiation source, and located at least a quarter wavelengths from the radiating source. In some cases the radiation boundary may be located closer than one-quarter wavelength, such as portions of the radiation boundary where little radiated energy is expected. Here, simulation is with radiation boFigure 3. Excitations in HFSS are used to specify the sources of electromagnetic fields and charges, currents, or voltages on objects or surfaces in the design. We may assign the current source of excitations to a Driven Modal solution type HFSS design, and exciting current element length is with 0.3 mm, diameter 0.2 mm, value 1 mA at frequency of 10 GHz.4. Running Simulations and Conclusions After specify how HFSS is to compute the solution, we begin the solution process. Adaptive solution, maximum number of 15, and maximum delta energy 0.08 are selected for solution setup, we get some results as following: For three kinds of states of a sensor with coating MMs, those are coating common medium and without coating, simulating near electromagnetic field variety with ratio of inner radius and out radius, see Figure 4. Near field is that one its distance less than 20 mm from exciting source point. Suppose test an aluminum work piece with surface crack by the MMs sensor with r1/r2 =0.5, crack length 6 mm, width 1 mm, and depth 0.1 mm, the near field around crack flaw see Figure 5; and comparing to near field value of probe with coating common material see Figure 6. Results can be seen from Figure 4 that for MMs film sensor, near electromagnetic field property is obviously better than other two kinds of structures without coating medium and coating with common medium, and near field value is variety of ratio inner radius and out radius. When r1/r2 = 0.5 and no load, near and local field of MMs sensor can reach to 10 dB, but only 21 dB for sensor with coating common medium, and 22 dB for sensor without coating any medium. We get from Figure 6 that near field of a MMs sensor is higher about 30 dB than one of transducer coating common medium when r1/r2 = 0.5 and with load. Similarly, radiation power of MMs sensor can reach to53 dB, but only 74 dB for sensor with coating com- mon medium, and 75 dB for sensor without coating any medium. MMs sensor is higher about 20 dB than one of transducer coating common medium. Near field and ra- diation power are both important properties of a sensor. From above results, we know that MMs film sensor is excellent for near electromagnetic field and radiation properties. So some metamaterial nondestructive electromagnetic sensors including sound wave transducer may be opened out for potential practical applications in future. 5. References1 V. G. Veselago, “The Electrodynamics of Substances with Simultaneously Negative Values of and ,” Soviet Phys2 V. G. Veselago, “The Electrodynamics of Substances with Simultaneously Negative Values of and ,” Uspekhi Fizicheskikh Nauk, Vol. 92, 1967, pp. 517-526.3 J. B. Pendry, A. J. Holden, D. J. Robbins, et al., “Low-Frequency Plasmons in Thin Wire Structures,” Journal of Physics Condensed Matter, Vol. 10, No. 22, 1998, pp. 4785-4809. 4 D. R. Smith, W. J. Padilla, D. C. Vier, et al., “Composite Medium with Simultaneously Negative Permeability and Permittivity,” Physical Review Letters, Vol. 84, No. 18, May 2000, pp. 4184-4187. 5 J. B. Pendry, A. J. Holden, D. J. Robbins, et al., “Magnetism from Conductors and Enhanced Nonlinear Phenomena,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 47, No. 11, 1999, pp. 2075-2081.6 D. R. Smith and N. Kroll, “Negative Refractive Index in Left-Handed Materials,” Physical Review Letters, Vol. 85, No. 14, 2000, pp. 2933-2936.7 R. A. Shelby, D. R. Smith, S. C. Nemat-Nasser, et al., “Microwave Transmission through a Two-Dimensional, Isotropic, Left-Handed Metamaterial,” Applied PhysicsLetters, Vol. 78, No. 4, 2001, pp. 489-491. 8 A. Shelby, D. R. Smith and S. Schultz, “Experimental Verification of a Negative Index of Refraction,” Science, Vol. 292, No. 5514, 2001, pp. 77-79. 9 N. Engheta and R. W. Ziolkowski, “A Positive Future for Double-Negative Metamaterials,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 53, No. 4, 2005, pp. 1535-1556. 10 S. Enoch, G. Tayeb, P. Sabouroux, N. Guerin, et al., “A Metamaterial for Directive Emission,” Physical Review Letters, Vol. 89, No. 21, 2002, Article ID: 213902. 11 B. Li, B. Wu and C.-H. Liang, “Study on Hign Gain Circular Waveguide Array Antenna with Metamaterial Structure,” Progress in Electromagnetics Research, Vol. 60, 2006, pp. 207-219.12 A.-K. Hamid, “Axially Slotted Antenna on a Circular or Elliptic Cylinder Coated with Metamaterials,” Progress in Electromagnetics Research, Vol. 51, 2005, pp. 329-ics Uspekhi, Vol. 10, No. 4, 1968, pp. 509-514. 341. 13 J. B Pendry, A. J. Holden, W. J. Stewart, et al., “Extremely Low Frequency Plasmons in Metallic Microstructures,” Physical Review Letters, Vol. 76, No. 25, 1996, pp. 4773-4776. 14 C. G. Parazzoli, R. B. Greegor, J. A. Nielsen, et al., “Performance of a Negative Index of Refraction Lens,” Physical Review Letters, Vol. 84, No. 17, 2004, pp. 3232-3234.15 J. B. Pendry and D. R. Smith, “Reversing Light with Negative Refraction,” Physics Today, Vol. 57, No. 6, 2004, pp. 37-43. 16 Z. X. Xu and W. G. Lin, “Controllable Absorbing Structure of Metamaterial at Microwave,” Progress in Electromagnetics Research, Vol. 69, 2007, pp. 117-125.附录二 外文原稿翻译电磁探伤无损检测方面的一种可能的实际传感器超材料摘要：我们提出了一种新的电磁无损检测方法，通过超材料涂层和仿真靠近电磁场属性来检测裂纹。覆盖细小的电流元素的超材料（MMS）来提高无损检测（NDT）探头的电磁辐射属性的仿真，使用基于有限元法（FEM）中的Ansoft HFSS调查和分析，它的负介电常数和磁导率是负的。电磁模型：理想的MMs球壳内径是1毫米，外径是变化的，和壳的相对介电常数和相对磁导率都是-3.0，介电损耗角正切值和磁损耗角正切值都是0.1，并且与涂层为普通材料做的球传感器的近领域的值相比较，当频率为10 GHz时，该模型的励磁电流元长度是0.3毫米，其直径为0.2毫米，值为1毫安。电磁场附近的各种内半径和外半径的比率的仿真，和MMs传感器表面上的裂纹如此接近或本区域，相对于带涂层的普通材料的传感器附近区域的值是完成的。结果很明显：MMs薄膜传感器近电磁场和辐射特性明显优于无涂层的介质和涂层与普通介质这两种结构传感器，在将来，超材料将打开一些新的各种传感器在电磁缺陷无损检测方面的潜在的实际应用。关键词：超材料，无损探伤，缺陷，Ansoft HFSS软件，传感器1 介绍在1967年，韦谢拉戈理论上认为一个均匀各向同性电磁材料的介电常数和磁导率被假定为具有负实值。自从在这些材料中E，H场和波矢k传播的平面电磁波形成一个左手系统以来，韦谢拉戈称他们为“左撇子”的介质或超材料介质1-3。他的结论是，在这样的介质中，一个单色平面波的坡印廷矢量的方向与它的相位速度是相反的。它表明，这个各向同性介质支持的向后波的传播，它的折射率可视为负。由于这些材料是不可用的，直到最近，这个有趣的概念负折射，和它的各种电磁和光学结论才得到关注，韦谢拉戈说到。这是直到Smith等人4，受到彭德里等人工作的启发3,5，在微波体系中通过整理小金属导线和开口环谐振器4,6-9周向阵列构建了一个复合的“介质”，并陈述了此介质的边界处的异常折射，这是在该人工介质的负折射的结果8。超材料被广泛定义为人工有效均匀的电磁结构，在自然界其不同寻常的特性是无法找到的。这打开了复合材料或微波和光学应用的超材料领域。自从韦谢拉戈1968年提出的想法以来，这种材料的可用性从现在开始并扩大10-21。在本文中，我们提出了一种新的带涂层的超材料电磁探伤无损检测传感器，然后将它应用到靠近电磁场附近的裂纹检测。我们的目的是通过更好的现场设计找出传感器方面的一些超材料覆盖的应用，这种方法可以大大提高传感器近磁场和辐射特性。2 开口谐振环（谐振环） 双开口谐振环（SRR）是一种常见的超材料电池，如图1所示，导电结构，其中两环之间的电容平衡其电感，。一种随时间变化的磁场垂直于环表面诱导电流，该电流依赖于结构的共振特性，产生既可以减少也可以增强入射场的磁场，从而导致在正或负的有效值。对于一个在真空中和厚度可以忽略不计的圆形双开口环谐振器，下面的近似式是适用的22： 其中，a是单位导体的长度，是电导。它变成负有0mpm，其中0m谐振频率（当eff）;pm的是磁场的等离子体频率（当eff0）。一般，有一个eff0窄的频率范
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