緩沖罐的制作方法

本發明涉及石油化工、煤化工生產
技術領域：
，具體而言，涉及一種緩沖罐。
背景技術：
：目前，某項目低密度高壓聚乙烯(簡稱LDPE)裝置采用BASELL工藝技術,。其中，LDPE裝置的關鍵設備是高壓氮氣緩沖罐，工作溫度為39℃，工作壓力為29.5MPa，設計溫度為90℃/-30℃(最高設計溫度為90℃，最低設計溫度為-30℃)，設計壓力高達32.5MPa，設備直徑為680mm，罐體長度為5200mm。為了提高設備設計的安全性，經過分析，確定高壓氮氣緩沖罐按照JB4732《鋼制壓力容器—分析設計標準》進行設計和制造。對于小直徑高壓氮氣緩沖罐，其罐體1通常采用鍛焊結構，罐體1的兩端采用球形封頭2結構，大開孔通常采用嵌入式接管3結構，詳見圖1。根據設計條件，該氮氣緩沖罐的罐體1、接管3(作為手孔)和法蘭蓋4選擇的材料為高強度低溫鋼20MnMOD鍛件。該材料在設計溫度90℃以下，其抗拉強度為530MPa，屈服強度為370MPa，許用應力220Mpa，彈性模量為19550MPa。根據以前高壓氮氣緩沖罐的設計經驗，圖1中接管3的結構設計是該高壓容器制造成敗與否的關鍵環節之一。除受較高的設計壓力外，該接管3的通孔通過法蘭蓋的通氣孔傳遞將會承受外部管道的載荷。根據配管專業所提條件，接管3的通孔所受載荷如下表1：表1載荷名稱管口所承受荷載設計壓力P(MPa)32.5經向力FL(N)618750環向力FG(N)618750軸向力FA(N)2505000經向彎矩ML(N*m)51562.50環向彎矩MG(N*m)51562.50扭矩MT(N*m)77343.75采用ANSYS軟件將球形封頭和接管所建的加載前的應力模型如圖2所示，加載表1所列荷載后的應力模型如圖3所示。從圖3可以看出，應力的最大點在接管3的外壁上，沿該點垂直于內壁做線性化，沿最大點MX到外壁的P2路徑應力模型如圖4所示，線性化計算結果如下所示：按照JB4732《鋼制壓力容器》應力評定規則，根據上述的結果可以得出局部薄膜應力為391.4Mpa，遠遠大于20MnMoD材料的許用應力強度評定值330MPa(1.5×220MPa)，而且接管3外壁的峰值應力高達566.6Mpa，大于該材料的抗拉強度530MPa。對于小直徑的高壓氮氣緩沖罐，其罐體1通常采用鍛焊結構，兩端采用球形封頭2結構，大開孔通常采用嵌入式接管3的結構。因頂部接管3的整體結構小，所受載荷較大，根據上述結果可知，局部薄膜應力和峰值應力超過許用應力，無法滿足法規的要求。為了改善該接管3的受力情況，當增加球形封頭2的厚度至150mm時，此處局部應力校核無法通過。對直徑小于800mm的高壓氮氣緩沖罐的球形封頭，當球形封頭厚度大于80mm時，球形封頭熱成型也很難實施。技術實現要素：本發明的主要目的在于提供一種緩沖罐，以解決現有技術中接管的局部應力過大的問題。為了實現上述目的，本發明提供了一種緩沖罐，包括：罐體，罐體具有第一內腔和與內腔連通的開口；一體成形的封頭，封頭設置在開口處以封堵開口，封頭的朝向開口的一側具有第二內腔，第二內腔與第一內腔連通，第二內腔呈弧面狀。進一步地，第二內腔的縱向剖面的形狀為半橢圓形。進一步地，封頭為平底橢圓封頭。進一步地，封頭的外表面為一個圓柱面，封頭的內表面為旋轉體面，封頭的內徑和外徑分別與罐體的內徑和外徑相同。進一步地，封頭還具有與第二內腔連通的開孔。進一步地，緩沖罐還包括法蘭蓋，法蘭蓋設置在封頭的遠離第二內腔的一側，法蘭蓋具有與開孔連通的通孔。進一步地，封頭與罐體通過焊接連接。進一步地，法蘭蓋與封頭通過螺栓連接。進一步地，第一內腔內徑不大于800mm。應用本發明的技術方案，緩沖罐包括罐體和一體成形的封頭，罐體具有第一內腔和與內腔連通的開口，封頭設置在開口處以封堵開口，封頭的朝向開口的一側具有第二內腔，第二內腔與第一內腔連通，第二內腔呈弧面狀，開孔直接開在封頭的頂部中心。上述封頭開孔結構為一體成形的，這樣大大地改善了封頭頂部管口處的受力狀況，減少了采用球形封頭結構中的球形封頭和嵌入式接管的焊縫，有效地避免了高壓緩沖罐中最容易出現焊縫缺陷導致容器的失效。附圖說明構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：圖1示出了現有技術的緩沖罐的實施例的結構示意圖；圖2示出了圖1的緩沖罐的加載前的應力模型及網格劃分圖；圖3示出了圖1的緩沖罐的加載后的應力模型圖；圖4示出了圖3的緩沖罐的加載后沿最大應力線性化路徑的應力模型圖；圖5示出了根據本發明的緩沖罐的實施例的結構示意圖；圖6示出了圖5的緩沖罐的加載前的應力模型及網格劃分圖；圖7示出了圖5的緩沖罐的加載后的應力模型圖；以及圖8示出了圖5的緩沖罐的加載后沿最大應力線性化路徑的應力模型圖。其中，上述附圖包括以下附圖標記：1、罐體；2、球形封頭；3、接管；4、法蘭蓋；10、罐體；11、第一內腔；20、封頭；21、第二內腔；22、開孔；30、法蘭蓋；31、通孔。具體實施方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。為解決此問題，我們發明高壓氮氣緩沖罐鍛件制平底橢圓封頭管口結構，大大降低接管與罐體處的局部應力，滿足了材料許用應力的要求。如圖5所示，本實施例的緩沖罐包括罐體10和一體成形的封頭20，罐體10具有第一內腔11和與內腔連通的開口，封頭20設置在開口處以封堵開口，封頭20的朝向開口的一側具有第二內腔21，第二內腔21與第一內腔11連通，第二內腔21呈弧面狀。其中，一體成形的封頭20的含義是指將將現有技術中的封頭和接管是一體結構的，并不是分體結構的。應用本實施例的緩沖罐，緩沖罐包括罐體10和一體成形的封頭20，罐體10具有第一內腔11和與內腔連通的開口，封頭20設置在開口處以封堵開口，封頭20的朝向開口的一側具有第二內腔21，第二內腔21與第一內腔11連通，第二內腔21呈弧面狀。上述封頭20的結構為一體成形的，這樣大大地改善了封頭20頂部管口處的受力狀況，減少了球形封頭和嵌入式接管的焊縫，有效地避免了高壓緩沖罐中最容易出現焊縫缺陷導致容器的失效問題。相對于設備材料成本、鍛件的制造難度等，確保高壓氮氣緩沖罐的本質安全是至關重要的，尤其是設計結構中的容器強度必須滿足材料許用應力和法規的要求。現有技術中，球形封頭與嵌入式接管的焊接接管不可避免存在一定的質量缺陷，從而誘發容器局部失效的風險。而本實施例的封頭管口結構減少了現有技術中的接管和球形封頭的焊接，有效地減少了容器局部失效的風險。在本實施例中，第二內腔21的縱向剖面的形狀為半橢圓形(長短軸之比為2:1)，優選封頭20為平底橢圓封頭，采用鍛件制平底橢圓封頭管口結構代替了現有的球形封頭和嵌入式接管結構。對于直徑不大于800mm緩沖罐采用本實施例的封頭，封頭的材料成本比現有技術中的球形封頭結構雖略有上升，但是降低了封頭的制造難度。由于應用本實施例的封頭減少了球形封頭壓制前后、接管焊接的多次熱處理，也減少接管和球形封頭的焊接和無損檢測工作量等，綜合成本略有降低。在本實施例中，封頭20的外表面為一個圓柱面，封頭20的內表面為旋轉體面，封頭20的內徑和外徑分別與罐體10的內徑和外徑相同。本實施例的緩沖罐將平底橢圓封頭制成一個整體鍛件，利用ANSYS軟件將平底橢圓封頭所建的加載前的應力模型如圖6所示，加載表1所列荷載后的應力模型如圖7所示。從圖7可以看出，封頭20的管口處受力狀況大大地改善了，尤其是封頭20的管口的根部處所受最大應力不大于72.5MPa，遠遠小于材料的許用應力220MPa。從圖7也可以看出，本實施例的封頭20的結構的受力最大點落在封頭20過渡區的內壁，沿該點垂直于內壁做線性化，沿最大點MX到外壁的P1路徑應力模型如圖8所示，線性化計算結果如下所示：按JB4732《鋼制壓力容器—分析設計標準》應力評定規則，根據上述的結果可以得出局部薄膜力為118.1MPa，遠遠小于材料的許用應力強度評定值330MPa(1.5×220MPa)，而且封頭20的內壁的峰值應力也只有325.3MPa，遠比該材料的抗拉強度530MPa小。因此，本實施例的緩沖罐采用平底橢圓封頭的結構，大大地改善了封頭20頂部管口處的受力狀況，減少了采用球形封頭結構中的球形封頭和嵌入式接管的焊縫，有效地避免高壓緩沖罐中最容易出現此處焊縫缺陷導致容器的失效。在本實施例中，封頭20還具有與第二內腔21連通的開孔22。開孔22一方面可以用于通氣的；另一方便可以用于操作者通過開孔22伸入至緩沖罐中清理緩沖罐，方便清理異物等。在本實施例中，緩沖罐還包括法蘭蓋30，法蘭蓋30設置在封頭20的遠離第二內腔21的一側，法蘭蓋30具有與開孔22連通的通孔31。通孔31主要用于通氣的。在本實施例中，封頭20與罐體10通過焊接連接。焊接連接具有連接強度高、操作簡便等特點。在本實施例中，法蘭蓋30與封頭20通過螺栓連接。螺栓連接具有結構簡單、便于維修、操作省力、成本低等特點。本實施例的緩沖罐采用鍛件制平底橢圓封頭管口結構代替了現有技術中的球形封頭和嵌入式接管的結構，其優點如下：1、優化了高壓氮氣緩沖罐的封頭的結構形式，大大改善封頭的管口受力狀況。2、大大降低封頭的管口的根部的峰值應力，減少結構的不連續性，增加設備的耐疲勞性能。3、改變了封頭的制造方法，降低了封頭的制造難度，有效地避免了球形封頭易發生質量缺陷的情況。高壓氮氣緩沖罐若采用球形封頭，需采用圓形鍛餅經沖壓成型，由于球形封頭的直徑小，壁厚大(至少45mm以上)，材料強度高(20MnMoD)加工難度大，易產生裂紋等缺陷。而本實施例的鍛件制平底橢圓封頭采用整體鍛件機加工成型，降低了因封頭制造缺陷導致的設備質量事故的風險；4、鍛件制平底橢圓封頭的管口結構采用整體鍛件，減少了球形封和嵌入式接管的焊縫，減少了焊縫無損檢測成本，避免了由于焊縫質量缺陷而導致容器失效風險。5、減少平底橢圓封頭的頂部結構熱處理的次數，提高了材料的機械性能，減少了封頭沖壓、焊接等殘余應力，降低了熱處理成本。由于熱處理后將會降低材料的機械性能，若采用球形封頭和嵌入式接管的結構不可避免地需要多次熱處理，并且還存在一定的殘余應力。而采用本實施例的鍛件制平底橢圓封頭管口結構只需整體熱處理，減少了封頭熱處理次數，提高封頭頂部結構整體性能。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3