煤气化装置中混合燃料气缓冲罐设计【字数：13757】
缓冲罐是一种压力容器，压力容器是指用于工业生产的容器主体，以实现反应，传热，分离，储存等形式的过程，并且能够承受0.1MPa或更高的压力。化学生产过程中使用的压力容器种类繁多，结构复杂，工作条件苛刻，危险。特别是随着现代工业技术的不断更新，在一些石化产业、电能产业、物理原子能产业的实际应用上，面对着更高或更低的温度、更大的压力、更复杂的真空等使用环境要求，对于密闭容器也提出了新的要求。本次是对煤气化装置中混合燃料气缓冲罐进行设计，缓冲罐工作环境相对多变，不仅能承受高压，还能承受各种载荷和振动。因此，研究缓冲罐具有重要的意义。通过设计压力等设计参数对缓冲罐的材料、结构进行初步选择和确定，筒体厚度等条件可以通过确定前提条件筒体直径和压力等来确定。通过强度计算，对结构进行了校核，确保了结构的应力水平。通过有限元分析，可以得到缓冲罐的应力集中位置进而可以进行相应的结构改进。通过这次设计，结合相关背景和专业知识对缓冲罐进行一个合理的使用设计，为生产中规避一定的经济损失、环境污染和人员损伤等问题。在整个设计过程中充分利用到相关的专业知识例如机械制图、互换性与测量技术、机械制造技术等来完成整个设计，将实际使用和理论知识联系在一起，进而即是对自己所学知识的归纳总结和利用，也是对自己在实际生活生产中的运用进行了多方位的扩宽和理解。
目录
第一章 绪论 6
1.1选题目的和课题意义 6
1.2国内外工艺发展现状 6
1.3缓冲罐的结构及设计技术 8
1.4本课题解决思路 9
第二章 材料及结构的选择 11
2.1设计要求 11
2.2材料选择 12
2.3结构的选择 13
第三章 主要零部件的结构设计 15
3.1筒体 15
3.2封头 18
3.3法兰 20
3.4支座 22
3.5人孔 25
3.6补强计算 26
第四章 三维建模及主要部件有限元分析 30
4.1三维模型 30
4.2有限元法 30
4.3有限元分析 31
第五章 压力设备的防护与经济性 35
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
第六章 结论 36
参考文献 37
致谢 38
第一章 绪论
1.1选题目的和课题意义
煤气化是以煤为原料，在特定的设备里用化学方法处理，将煤炭进行焦化、气化和液化的过程。二十一世纪后，煤气化得到了快速发展。煤气化技术趋向于大型化、高效化、集中化的方向发展。我国常用的是四喷嘴对置式技术和德士古水煤浆气化工艺两种[1]。
随着现代工业技术的不断更新，在一些石化产业、电能产业、物理原子能产业的实际应用上，面对着更高或更低的温度、更大的压力、更复杂的真空等使用环境要求，对于密闭容器也提出了新的要求。因此煤气化装置中的缓冲管技术发展也随着煤气化技术的发展而不断更新进步。
煤气化装置中的缓冲罐属于压力容器的一种。一般压力容器是指用于工业生产的容器主体，以实现反应，传热，分离，储存等形式的过程，并且能够承受0.1MPa或更高的压力。在此类装置中，管道内的液体或气体压力流速会有一个周期性的变化，造成管道振动，这是不可避免的。因此，在众多行业内采用在装置上设置缓冲罐都是为了更好地抑制可能造成的影响，以提高其安全性和可靠性。
缓冲罐主要用于缓冲系统中的抗压缓震。这一原理是通过压缩罐内的空气来实现的，从而使工作系统更加稳定。该设计系统用作调压器和卸载器。当装置的压力发生变化时，缓冲罐的设计结构会在一定程度上缓冲内外压力，从而保证系统压力的稳定与平衡。由于压力变化小，不会影响设备的安全使用。缓冲罐工作环境相对多变，不仅能承受高压，还能承受各种载荷，。因此，研究具有复杂失效条件的缓冲罐具有重要的意义。缓冲罐一般根据压力容器设计。为了保证缓冲罐的安全，必须对缓冲罐进行准确的强度校核和应力分析。通过强度计算，对结构进行了校核，明确了结构的应力情况[25]。对缓冲罐进行有限元分析，找出缓冲罐可能的失效模式。目前,煤气化装置中的缓冲罐技术主要研究方向集中在分析缓冲罐的设计方法和讨论缓冲罐结构来研究可能的故障原因。
1.2国内外工艺发展现状
（1）国内现状
煤炭是我国目前主要的能源之一，而煤气化技术又是众多煤炭的利用方式中最清洁有效的方式。国内对于煤气化技术的应用较晚，八十年代才开始对新型设备和技术进行研究和探讨。固定加压煤气化、水煤气化、干粉煤气化等一系列技术的研发更新使用，使得我国国内的现代化的工业技术应用进入成熟发展阶段。现代工业煤气化工艺的发展普遍遵循：单耗降低、煤适应性好、对环境污染低和适应装置大型化、过程自动化的强度需求。
国内对煤气化装置中的缓冲罐也进行了大量研究，容器内所处环境复杂，极有可能因为振动等原因造成泄漏等意外情况，危及公司及工作人员人身安全。为了解决这个问题，国内诸多教授学者分析了其原因，得出可能事故的原因之一就是原管路产生的空气脉动引起的振动。在一个大型煤气化装置设计中,必须严格按照设计标准的要求，对装置的脉动系统频率和机械振动进行分析，做好合适的保护措施，同时也尽量避免在管道完成后再建设，通过有限元分析软件,分析出煤气化装置中的各种影响因素。
上世纪八十年代以来，国内对相关问题进行了研究。提出了一些新的设计规范。2009年，陈海峰教授使用软件对装置振动进行了分析。发现对于煤气化装置而言，增加缓冲罐来增加其结构性能。控制了装置内部油液气体的振动和压力带来的影响。其后，又有人对压力容器管道内部进行了详细的静力分析和动力分析，得到了改变管道模式、改变管道支架是在设计过程中行之有效且必须考虑的减振方法。生产后的振动考虑的阻尼方式有阻尼和缓冲阻尼。缓冲罐是最简单的方法之一。在不改变压力容器结构的前提下，通过相对简单的结构装置可以达到减振保持安全的目的。2013年，王晓飞教授团队通过声学仿真研究了弯头、直管、管路系统等管路中气柱的固有频率。结果表明：如果考虑在系统中添加缓冲罐，则缓冲罐的管径应尽可能小，且缓冲罐应位于管道的中间[6]。
目前，我国煤气化技术正朝着多元化发展。煤气化技术正逐步发展成为煤化工业的主导技术。设备规模和工程技术水平也有了很大提高。随着科学技术的发展，自主技术的提高，促进了不同煤气化技术的进步，不同的煤气化技术可以应用于不同原料、不同热回收方法的煤气化炉。煤气化技术发展的最终目标是融合多种技术以提高煤的适应性，向规模化、节能化发展。
目录
第一章 绪论 6
1.1选题目的和课题意义 6
1.2国内外工艺发展现状 6
1.3缓冲罐的结构及设计技术 8
1.4本课题解决思路 9
第二章 材料及结构的选择 11
2.1设计要求 11
2.2材料选择 12
2.3结构的选择 13
第三章 主要零部件的结构设计 15
3.1筒体 15
3.2封头 18
3.3法兰 20
3.4支座 22
3.5人孔 25
3.6补强计算 26
第四章 三维建模及主要部件有限元分析 30
4.1三维模型 30
4.2有限元法 30
4.3有限元分析 31
第五章 压力设备的防护与经济性 35
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
第六章 结论 36
参考文献 37
致谢 38
第一章 绪论
1.1选题目的和课题意义
煤气化是以煤为原料，在特定的设备里用化学方法处理，将煤炭进行焦化、气化和液化的过程。二十一世纪后，煤气化得到了快速发展。煤气化技术趋向于大型化、高效化、集中化的方向发展。我国常用的是四喷嘴对置式技术和德士古水煤浆气化工艺两种[1]。
随着现代工业技术的不断更新，在一些石化产业、电能产业、物理原子能产业的实际应用上，面对着更高或更低的温度、更大的压力、更复杂的真空等使用环境要求，对于密闭容器也提出了新的要求。因此煤气化装置中的缓冲管技术发展也随着煤气化技术的发展而不断更新进步。
煤气化装置中的缓冲罐属于压力容器的一种。一般压力容器是指用于工业生产的容器主体，以实现反应，传热，分离，储存等形式的过程，并且能够承受0.1MPa或更高的压力。在此类装置中，管道内的液体或气体压力流速会有一个周期性的变化，造成管道振动，这是不可避免的。因此，在众多行业内采用在装置上设置缓冲罐都是为了更好地抑制可能造成的影响，以提高其安全性和可靠性。
缓冲罐主要用于缓冲系统中的抗压缓震。这一原理是通过压缩罐内的空气来实现的，从而使工作系统更加稳定。该设计系统用作调压器和卸载器。当装置的压力发生变化时，缓冲罐的设计结构会在一定程度上缓冲内外压力，从而保证系统压力的稳定与平衡。由于压力变化小，不会影响设备的安全使用。缓冲罐工作环境相对多变，不仅能承受高压，还能承受各种载荷，。因此，研究具有复杂失效条件的缓冲罐具有重要的意义。缓冲罐一般根据压力容器设计。为了保证缓冲罐的安全，必须对缓冲罐进行准确的强度校核和应力分析。通过强度计算，对结构进行了校核，明确了结构的应力情况[25]。对缓冲罐进行有限元分析，找出缓冲罐可能的失效模式。目前,煤气化装置中的缓冲罐技术主要研究方向集中在分析缓冲罐的设计方法和讨论缓冲罐结构来研究可能的故障原因。
1.2国内外工艺发展现状
（1）国内现状
煤炭是我国目前主要的能源之一，而煤气化技术又是众多煤炭的利用方式中最清洁有效的方式。国内对于煤气化技术的应用较晚，八十年代才开始对新型设备和技术进行研究和探讨。固定加压煤气化、水煤气化、干粉煤气化等一系列技术的研发更新使用，使得我国国内的现代化的工业技术应用进入成熟发展阶段。现代工业煤气化工艺的发展普遍遵循：单耗降低、煤适应性好、对环境污染低和适应装置大型化、过程自动化的强度需求。
国内对煤气化装置中的缓冲罐也进行了大量研究，容器内所处环境复杂，极有可能因为振动等原因造成泄漏等意外情况，危及公司及工作人员人身安全。为了解决这个问题，国内诸多教授学者分析了其原因，得出可能事故的原因之一就是原管路产生的空气脉动引起的振动。在一个大型煤气化装置设计中,必须严格按照设计标准的要求，对装置的脉动系统频率和机械振动进行分析，做好合适的保护措施，同时也尽量避免在管道完成后再建设，通过有限元分析软件,分析出煤气化装置中的各种影响因素。
上世纪八十年代以来，国内对相关问题进行了研究。提出了一些新的设计规范。2009年，陈海峰教授使用软件对装置振动进行了分析。发现对于煤气化装置而言，增加缓冲罐来增加其结构性能。控制了装置内部油液气体的振动和压力带来的影响。其后，又有人对压力容器管道内部进行了详细的静力分析和动力分析，得到了改变管道模式、改变管道支架是在设计过程中行之有效且必须考虑的减振方法。生产后的振动考虑的阻尼方式有阻尼和缓冲阻尼。缓冲罐是最简单的方法之一。在不改变压力容器结构的前提下，通过相对简单的结构装置可以达到减振保持安全的目的。2013年，王晓飞教授团队通过声学仿真研究了弯头、直管、管路系统等管路中气柱的固有频率。结果表明：如果考虑在系统中添加缓冲罐，则缓冲罐的管径应尽可能小，且缓冲罐应位于管道的中间[6]。
目前，我国煤气化技术正朝着多元化发展。煤气化技术正逐步发展成为煤化工业的主导技术。设备规模和工程技术水平也有了很大提高。随着科学技术的发展，自主技术的提高，促进了不同煤气化技术的进步，不同的煤气化技术可以应用于不同原料、不同热回收方法的煤气化炉。煤气化技术发展的最终目标是融合多种技术以提高煤的适应性，向规模化、节能化发展。
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