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针对海底非成岩天然气水合物的开采,周守为院士提出了固态流化开采的方法。为验证该方法是否可行,需要制备大量水合物样品用于室内物理模拟实验。制备釜作为水合物合成的关键装置,其结构是否合理直接影响水合物的生成,其强度是否足够直接关系到整个实验的安全。为此本文开展了以下研究工作：(1)小制备釜的常规设计。根据天然气水合物合成条件,确定制备釜的整体结构。并依据国内压力容器设计标准(GB150-2011),进行制备釜关键结构尺寸参数的确定及强度校核,包括筒体、法兰连接、釜盖(底)。(2)小制备釜的分析设计。基于Workbench软件与压力容器分析设计理论,开发了制备釜的有限元分析程序。研究了制备釜在工作载荷(内压)作用下的应力分布情况,并将有限元计算结果与理论计算值相对比,验证了有限元分析程序计算结果的正确性。同时对制备釜各组成部件进行了应力分析与评定,确保制备釜的运行安全。(3)小制备的釜水合物合成实验。首先,设计了天然气水合物静态合成实验方案,在纯水体系及表面活性剂溶液中用小制备釜研究了天然气水合物的合成特性,完成了天然气水合物合成实验,验证了小制备釜所设计的结构能够满足生成水合物的要求。为水合物大量快速合成实验方案设计提供有价值参考。(4)大制备釜接管结构参数优选设计。利用Workbench软件,分析研究了大制备釜接管结构各参数(开孔直径、接管外伸长度、内伸长度以及接管厚度)对开孔接管区域应力分布的影响,完成大制备釜开孔接管参数优选设计。综上所述,本文通过常规设计方法,确定了天然气水合物合成的小制备釜尺寸参数；开发了制备釜分析设计的有限元程序；完成了天然气水合物合成实验；验证了制备釜的结构能满足水合物生成的要求；并完成大制备釜的接管结构补强关键参数的优选设计,使制备釜的应力水平降低了37.8%。为大型水合物制备釜的设计提供有价值的参考。