壓力容器的結(jié)構(gòu)分析與安全評估研究.pdf

1、壓力容器通常在承壓狀態(tài)下工作，并且所接觸的介質(zhì)多為高溫或易燃易爆物，一旦發(fā)生事故，將會給人們的生命財產(chǎn)造成不可估量的損失。鍋爐壓力容器的低周疲勞失效，是最常見的惡性事故之一，許多鍋爐因此而報廢；液化氣壓力容器發(fā)生事故造成的危害更大，其引發(fā)的火災(zāi)及爆炸不僅會毀壞大量的工業(yè)和生活設(shè)施，而且還會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。 壓力容器出現(xiàn)的事故，許多都與容器結(jié)構(gòu)中存在的缺陷或裂紋有關(guān)。由于國內(nèi)外對容器失效和斷裂力學(xué)機理的研究仍不成熟，許多實際問

2、題仍然得不到有效的解決。針對鍋爐和液化氣壓力容器，文中系統(tǒng)運用三維瞬態(tài)有限元方法計算和分析了各種壓力容器工作或事故狀態(tài)下的溫度場和應(yīng)力場，探討了影響應(yīng)力的各種因素，并結(jié)合這四種壓力容器的工作特點，進行了結(jié)構(gòu)分析和安全評估研究。 主要研究工作可分為四個方面：鍋爐汽包、鍋爐受熱排管、液化石油氣(LPG：liquefiedpetroleumgas)球形儲罐和液化乙烯氣(LEG：liquefiedethylenegas)橢圓貨艙。

3、 對鍋爐汽包，統(tǒng)地運用三維瞬態(tài)方法計算和分析了在各種典型工況下鍋爐汽包的溫度場和應(yīng)力場，探討了汽包上下、內(nèi)外壁溫差和局部溫度不均勻?qū)?yīng)力的影響規(guī)律。在結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合裂紋尖端張開位移(CTOD：cracktipopeningdisplacement)法，計算了汽包危險部位的總應(yīng)力以及該點裂紋的年擴展量，并根據(jù)材料的斷裂韌度確定了裂紋的臨界尺寸；進行了鍋爐汽包的疲勞分析，預(yù)測了鍋爐使用壽命。并且將鍋爐汽包計算和分析結(jié)果應(yīng)用于某電廠

4、實際，取得了較大的經(jīng)濟效益。對鍋爐受熱排管，計算和分析了某鍋爐蒸發(fā)器及Ⅰ、Ⅱ級省煤器排管在不同設(shè)計方案下的溫度、熱應(yīng)力、機械應(yīng)力和總應(yīng)力，通過不同方案的比較與分析，為其設(shè)計提供了優(yōu)化依據(jù)。文中采用平面二維排管模型分析了排管斷面溫度及應(yīng)力分布規(guī)律，找出了影響應(yīng)力大小和分布的主要因素；采用三維排管模型，發(fā)現(xiàn)了高溫區(qū)出現(xiàn)在中間肋板上并引起附加熱應(yīng)力，從而確定了在設(shè)計中去掉中間肋板的優(yōu)化設(shè)計方案。這與國外類似鍋爐為降低熱應(yīng)力在各管間鰭片上開槽的

5、方案相比，效果相同，但工藝簡單且節(jié)省材料。 對LPG球型儲罐，研究了其在火焰包圍下的溫度及應(yīng)力分布規(guī)律，進行了強度分析。利用PLGS99所算得的邊界條件，對其瞬態(tài)溫度場進行了計算，總結(jié)了其分布規(guī)律。并利用已求得的溫度場，計算和分析了球罐僅受溫度載荷時的瞬態(tài)熱應(yīng)力。再利用所求得的壓力載荷，計算和分析了球罐的瞬態(tài)機械應(yīng)力、總應(yīng)力。據(jù)此，提出了LPG球型儲罐的安全預(yù)防措施改進方案。 對在低溫環(huán)境下工作的LEG船舶貨艙，國內(nèi)剛開