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摘 要

本文主要围绕化工过程装置中大型硫化罐设计进行展开，首先对大型硫化罐的操作条件、作用、工艺过程和材料以及当代工艺方法进行了简单介绍，对研究快开型法兰、卧式容器的问题进行探讨，对常规设计中快开结构进行对比后通过改进来实现工程上的便利。

根据工艺要求并结合硫化罐特殊的操作条件以及市场成本的经济核算对硫化罐结构进行材料选取，随后对筒体、封头、法兰、鞍座。接管等结构进行了设计。在考虑各种载荷的影响下，用压力容器软件sw6对所设计的结构进行强度校核，对于特殊的部件如球冠型封头单独用零部件软件进行了强度校核计算，确定并计算出了各个危险截面的最大弯矩，分别对各个危险截面进行校核；然后对于筒体结构进行了ANSYS有限元建模，划分网格最后加载求解，最后结合了市场行情调研对整个装置进行了基本的经济评价。

关键词：硫化罐 快开门 有限元

Structural Design of Large-Scale vulcanization tanks

Abstract

This article focuses on the design of large-scale vulcanization tanks in delayed coking units. First, the operating conditions, functions, processes and materials of large-scale coking towers are introduced. The hot spot of the research-the thermal stress of the skirt connection structure is discussed. After comparison, the structure of the medium and fast opening is improved to achieve engineering convenience.

According to the technological requirements and the special operating conditions of the vulcanization tank, the material selection of the vulcanization tank structure was carried out, and then the structure was designed. After considering the influence of various loads, the pressure vessel software sw6 was used to check the strength of the designed structure, the maximum bending moment of each dangerous section was determined and calculated, and each dangerous section was checked separately. Finally, for the head ANSYS finite element analysis was carried out on the structure, and basic economic evaluation was carried out.

Key Words:Vulcanization Tank; Quick opening door; Limited

目 录

Structural Design of Large-Scale vulcanization tanks 3

Abstract 3

第一章 研究背景 6

1.1研究背景和意义 6

第二章 快开装置介绍 6

2.1快开型硫化罐的特点与分类 6

2.1.1快开门式压力容器的特点 7

2.1.2 齿啮式快开的分类 7

2.2压紧式快开装置的应用 8

2.2.1 剖分环式快开的应用 8

2.3硫化罐的失效分析 8

2.4快开装置的结构优化 9

第三章 硫化罐的结构设计 11

3.1结构介绍 11

3.1.1设计参数 11

3.1.2总体结构介绍 11

3.2结构设计 11

3.2.1筒体 12

3.2.2封头 12

3.2.3鞍座 13

3.2.4 法兰 14

3.2.5开口和检查孔 14

3.3附件 14

3.3.1保温层 14

3.3.2开孔和接管 15

3.4设备材料选择 15

3.4.1结构材料汇总 15

3.4.2材料的性质 16

第四章 硫化罐的强度设计 17

4.1基本结构设计计算 17

4.1.1筒体 17

4.1.2封头 18

4.2.2地脚螺栓设计计算 19

4.7开孔补强 20

4.7.1蒸汽出口b_1-2 20

4.7.2排污口c_1-2 20

4.7.3排空口d 21

4.7.4安全阀口e 21

4.8设备的强度校核 21

第五章 硫化罐ANSYS有限元分析 22

5.1筒体有限元模型的建立 22

5.2网格划分和材料性质 22

5.3设计下的有限元分析 24

5.3.1加载情况 24

5.3.2 分析结果 25

第六章 工程项目经济性评价 30

6.1硫化罐经济性评价 30

6.1.1选材 30

6.1.2总投资估算 31

参考文献 32

致谢 34

第一章 研究背景

1.1研究背景和意义

硫化反应罐属于中、低压容器，主要用于橡胶制品制造中，由于它是间歇性操作，需要经常启动闭合，故一般采用齿啮式快开结构。频繁的开启和关闭，对结构的强度和抗疲劳性能也提出了较高要求。目前为止，日本制定了高压和超高压快速启闭密封装置的设计标准，我国也颁布了相一致的化工行业标准。但针对中、低压容器的快开结构尚无统一的设计标准。[1]为了提高结构的强度及疲劳寿命，通常采用增加法兰等结构的厚度来达到降低应力的目的，因此结构比较笨重，产品市场竞争力差。

快开门式压力容器，是指进出容器通道的端盖或封头和主体间带有互相嵌套啮合的快速密封锁紧装置的容器[1]。快开门式压力容器广泛地应用于化工、建材、食品、纺织、航天、医疗、造纸等工业领域。例如医院和实验室的消毒器、压力氧仓、建材工业中硅酸盐制品的蒸压釜、化工工业中橡胶制品的硫化罐、食品工业中罐头制造品的灭菌罐、食品高压杀菌釜、建材工业中的木材干馏罐、枕木防腐罐、纺织工业中的染色机、蒸煮罐等。这类容器操作过程中加压时间较短，有的只有几分钟,容器的启闭时间直接影响到生产效率，有时甚至是生产效率的决定性因素。传统的压紧固件配合垫片的密封结构，如平垫密封、八角垫密封、液压密封等，由于需要逐个拧劳或松开紧固件，工作强度巨大，装拆耗时长，难以满足快开的要求。因此，必须要采用快速开关盖装置。

第二章 快开装置介绍

2.1快开型硫化罐的特点与分类

因为快开门式压力容器在建筑、化工、食品、医疗、航天、纺织、橡胶以及造纸等领域应用广泛。在我国，快开门式压力容器的爆炸事故占压力容器事故的三分之一。国家质量监督总局以及各地方的质量监督部相应出台了关于加强快开门式压力容器的专门治理文件，明确规定，要求快开门式压力容器的快开门应该要设置安全联锁装置，同时快开门的安全联锁装置还应该要具有下面的这些要求：只有当快开门达到既定位置的时候才能够升压来运行联锁控制功能；在完全释放了压力容器内的压力，安全联锁脱开之后，快开门的联锁联动功能才能够打开；另外还应该要具有和上面步骤相同的报警功能。[2]

2.1.1快开门式压力容器的特点

快开门式压力容器由于设计应用气压不是很高， 所以市面上出现的此类容器基本都是中、低压类型的， 并且，快开门式压力容器还有一个很容易辨别的特征， 那就是该容器通常采用快开闭盖安全锁紧装置。

(1)特殊性:压力容器发展到现在为止，还没有形成统一的设计规范要求，快开门式压力容器至今还是沿用国外的设计结构，并且样式繁多，不便于管理，各种突发问题不断，技术难点难以得到解决。

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