特种中间隔热涂层式高压容器结构及其密封设计分析及试验
压力容器是化工、交通、轻工等工业领域中使用广泛的特种设备，随着经济的飞速发展，其服役条件不断朝着高参数化的方向发展，高温高压耐腐蚀容器的应用场合也越来越多。高温高压耐腐蚀容器一般作为工业生产中的重要贵重设备，对其结构强度、密封性能、可操作性、经济性等各方面都有着极高的要求。本论文介绍论证了一种具有金属薄内胆及中间夹层隔热涂层式的新型特种高压容器简体结构，其端部密封及接管等部分也具有类似隔热分层壁设计，并对其进行了详细的设计分析、仿真及初步试验。主要的研究内容归结如下:(1)针对工作介质具有腐蚀性强、工作温度高（如350℃～600℃或以上），并承受高压等严苛使用条件的一类高温高压容器，详细设计及分析验证了一种隔热涂层组合三层壁式的特种高压容器结构，即容器简体结构为三层壁组合式，内层为金属薄内胆，其材料需根据工作介质腐蚀性及工作温度选择，如贵重金属材料等;内胆外层为隔热层，可选择一些特制的无机硅酸盐隔热涂料，目前市场上有导热系数约为0.03W/(m·K)的适用涂料，能有效抑制热量散失及热辐射，该材料也具有一定的耐压强度(约达80MPa);最外层为承压层，承担内压经内胆及隔热层传递过来的所有载荷，经中间隔热层后的外层温度可控，其选材无需考虑介质腐蚀及内部高温作用。三层壁体各层功能明确，有望大大降低该类容器的制作成本，适用范围也十分广泛。 (2)上述容器端部密封部分也详细考虑了类似的耐温防腐承压的隔热防腐及承压分层壁体设计，且设计的密封装置具有快开功能，启闭方便，密封性能可调，可适用于各种工艺场合。 (3)完成了上述夹层隔热容器方案设计结构上主要承压部件的强度理论分析，且针对容器适定的应用工艺（设计压力25MPa，设计温度550℃，内径1.2m），作为设计分析实例及设计比较进行了具体容器工程化结构设计及强度分析。 (4)采用ABAQUS有限元分析软件，就隔热容器端部密封组件采用金属空心“O”形圈作为设计方案的结构进行了密封性能仿真模拟，研究了不同压缩率时空心金属“O”型圈的密封比压，得出设计压力下空心金属“O”型圈的合适压缩率，验证了新型容器密封系统的可行性。 (5)就端部项盖密封壁层设计中重要的耐温防腐内壁层的柔性密封盘结构，进行了尺寸参数模拟，得出柔性密封盘的适用尺寸设计参考。 (6)通过有限元软件ABAQUS对上述应用设计实例进行结构强度及其各层壁体变形方面的有限元可行性分析，对容器的隔热性能进行稳态传热模拟，验证了分层壁体容器简体及其密封系统的可行性。 (7)设计并制作了一台小型试验容器，进行了液压试验、密封泄漏试验及快开性能评估。试验结果表明容器结构合理，密封可行，快开结构操作简便，能满足预期要求。 本论文完成了具有夹层隔热涂层的高压容器的结构设计分析及初步可行性试验研究，这将为后续进一步的理论及实验研究及未来的工业化应用设计研究提供参考，也将为高温高压及防腐类的贵重容器经济性优化设计提供一种新的选择。
高压容器;隔热涂层;结构设计;端部密封
北京化工大学
硕士
动力工程及工程热物理
陈平
2021
中文
TH49
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）