[发明专利]缓冲罐

说明书

技术领域

本发明涉及石油化工、煤化工生产技术领域，具体而言，涉及一种缓冲罐。

背景技术

目前，某项目低密度高压聚乙烯(简称LDPE)装置采用BASELL工艺技术,。其中，LDPE装置的关键设备是高压氮气缓冲罐，工作温度为39℃，工作压力为29.5MPa，设计温度为90℃/-30℃(最高设计温度为90℃，最低设计温度为-30℃)，设计压力高达32.5MPa，设备直径为680mm，罐体长度为5200mm。为了提高设备设计的安全性，经过分析，确定高压氮气缓冲罐按照JB4732《钢制压力容器—分析设计标准》进行设计和制造。对于小直径高压氮气缓冲罐，其罐体1通常采用锻焊结构，罐体1的两端采用球形封头2结构，大开孔通常采用嵌入式接管3结构，详见图1。根据设计条件，该氮气缓冲罐的罐体1、接管3(作为手孔)和法兰盖4选择的材料为高强度低温钢20MnMOD锻件。该材料在设计温度90℃以下，其抗拉强度为530MPa，屈服强度为370MPa，许用应力220Mpa，弹性模量为19550MPa。

根据以前高压氮气缓冲罐的设计经验，图1中接管3的结构设计是该高压容器制造成败与否的关键环节之一。除受较高的设计压力外，该接管3的通孔通过法兰盖的通气孔传递将会承受外部管道的载荷。根据配管专业所提条件，接管3的通孔所受载荷如下表1：

表1

载荷名称管口所承受荷载设计压力P(MPa)32.5经向力F_L(N)618750环向力F_G(N)618750轴向力F_A(N)2505000经向弯矩M_L(N*m)51562.50环向弯矩M_G(N*m)51562.50扭矩M_T(N*m)77343.75

采用ANSYS软件将球形封头和接管所建的加载前的应力模型如图2所示，加载表1所列荷载后的应力模型如图3所示。从图3可以看出，应力的最大点在接管3的外壁上，沿该点垂直于内壁做线性化，沿最大点MX到外壁的P2路径应力模型如图4所示，线性化计算结果如下所示：

按照JB4732《钢制压力容器》应力评定规则，根据上述的结果可以得出局部薄膜应力为391.4Mpa，远远大于20MnMoD材料的许用应力强度评定值330MPa(1.5×220MPa)，而且接管3外壁的峰值应力高达566.6Mpa，大于该材料的抗拉强度530MPa。