化工设备机械基础 4 内压容器.ppt.ppt

第一节设计参数的确定第二节内压容器筒体与封头厚度计算第三节容器的压力试验第四节在用压力容器的强度校核,第4章内压容器,强度计算的内容：1.设计压力容器根据化工生产工艺提出的条件，确定强度设计所需参数(p，t，d)，选定材料及结构形式，最后通过强度计算确定容器筒体及封头壁厚。2校核在用容器(1)判定在下一个检验周期内，或在剩余寿命期间内，容器是否还能在原设计条件下安全使用。如果容器已不能在原设计条件下使用，应通过强度计算，为容器提出最高允许工作压力。(2)如果容器针对某一使用条件需要判废，应为判废提供依据。,第一节设计参数的确定,第一节设计参数的确定,直径较大时，可用钢板在卷板机上卷成圆筒或用钢板在水压机上压制成两个半圆筒，再用焊缝将两者焊接在一起，形成整圆筒。,第一节设计参数的确定,标准化一章是如何定义的？复习,容器的工作压力p作为操作条件由工艺确定：（1）对受内压的压力容器，是指正常工作时容器顶部可能出现的最高压力（表压）。（2）对受外压的压力容器，是指正常工作时容器可能出现的最大内外压力差值。（3）对真空容器，是指正常工作时，容器顶部可能出现的最大真空度。,第一节设计参数的确定,二、工作压力pw与设计压力p,第一节设计参数的确定,二、工作压力pw与设计压力p,设计压力p设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件。亦即标注在铭牌上的容器设计压力。设计压力p的值稍高于最大工作压力pw。,第一节设计参数的确定,二、工作压力pw与设计压力p,（1）装有安全阀的容器,p=(1.051.1)pw且不低于安全阀开启压力,安全阀非破坏型的安全泄放装置,指安全阀阀芯开始升起离开阀座，介质连续排出时安全阀进口的瞬时压力，又叫安全阀的动作压力，用pk表示,根据pw调定,第一节设计参数的确定,二、工作压力pw与设计压力p,类型包括：弹簧式，重锤杠杆式,第一节设计参数的确定,二、工作压力pw与设计压力p,（2）装有爆破片的容器爆破膜断裂型的安全泄放装置设计压力为爆破片设计爆破压力加制造范围上限。p89表-3，表4-4,第一节设计参数的确定,二、工作压力pw与设计压力p,（2）装有爆破片的容器,适用场合1、不洁净或粘性介质，易使安全阀堵塞，或使阀瓣和阀座粘结。2、由于化学反应使容器内压力急剧增大，安全阀不能及时泄压。3、介质为剧毒或昂贵气体，安全阀不能满足防泄漏要求。4、腐蚀性大的介质，安全阀采用防腐材料成本高。,（3）无安全泄放装置取p=（1.01.1）pw。（4）盛装液化气容器设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定。（地面安装的容器按不低于最高饱和蒸汽压考虑，如40，50，60时的气体压力）。注意：要考虑实际工作环境，如放置地区，保温，遮阳，喷水等。例如：液氨储罐。金属壁温最高工作为50，氨的饱和蒸汽压为2.07mpa。1.容器的设计压力？2.若容器安放有安全阀，设计压力？,（5）外压容器取p正常操作下可能产生的最大压差。注意：“正常操作”含空料，真空检漏，稳定生产，中间停车等情况。（6）真空容器不设安全阀时，取0.1mpa；设有安全阀时取min（1.25p,0.1mpa)。,釜壁可能承受压力情况：釜内空料，夹套内充蒸汽-外压0.2mpa;釜内真空，夹套内充蒸汽-外压0.3mpa;釜内0.3mpa，夹套内0.2mpa-内压0.1mpa;釜内0.3mpa，夹套内空料-内压0.3mpa;釜壁承受的最大压差:内压0.3mpa或外压0.3mpa.,（7）带夹套容器取正常操作时可能出现的最大内外压差。例如带夹套的反应釜：夹套内蒸汽压力为0.2mpa,釜内开始抽真空，然后釜内升压至0.3mpa。该釜壁承受压力如何？,第一节设计参数的确定,概念：指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力。当容器内盛有液体物料时，计算压力包括液柱静压力。但若液体物料的静压力不超过设计压力的5，则在计算压力中可不计入液体静压力。此外，某些容器有时还必须考虑重力、风力、地震力等载荷及温度的影响，这些载荷不直接折算为设计压力，必须分别计算。,计算压力pc,第一节设计参数的确定,1当利用公式计算壳体或封头厚度时，采用计算压力。2压力容器中的一些受压元件的尺寸不需要用公式计算，基本上是根据设计压力通过有关标准查取的。3容器进行压力试验时，其试验压力的确定都是以容器的设计压力为基准乘以一定的系数，而与计算压力无关。4对压力容器进行分类时，设计压力是重要依据。,计算压力pc,17,计算压力设计压力工作压力=容器顶部表压,例：一立式容器，工作压力0.5mpa，液体深10m，重度为10,000n/m3。,pw=0.5mpa,p=0.5mpapc=0.5+(1010,000)/1,000,000=0.6mpa,第一节设计参数的确定,概念：指容器正常操作时，在相应设计压力下，设定的受压元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。设计温度和设计压力一起作为设计载荷条件。工作温度通常指在正常操作下容器内物料的温度。它是影响金属温度的直接原因，而金属温度则是设定设计温度的依据。,第一节设计参数的确定,设计温度视不同情况设定：,（1）若不是通过容器器壁对介质间接加热，而是对蒸气直接加热，或用电元件插入介质加热，或进入容器的介质已被加热，这时取介质的最高温度为设计温度。（2）若容器内的介质是被热载体（或冷载体）通过容器器壁从外边间接加热（或冷冻），取热载体的最高工作温度或冷载体最低工作温度为设计温度。,（3）对无保温、置于室外（或无采暖厂房内）的容器，容器壳体的金属温度可能低于或等于-20，因此要考虑环境温度的影响。这时容器的最低设计温度可取该地区历年来的月平均最低气温的最低值。（4）对间歇操作的设备，若器内介质的温度和压力随反应和操作程序进行周期性变化时，应按最苛刻的但却属于同一时刻的温度与压力作为设定设计温度与设计压力的依据。,第一节设计参数的确定,21,四许用应力和安全系数,定义式：,（1）许用应力的确定：,工作温度为中温，取,工作温度为常温（200）取,22,工作温度为高温，取,式中ntdt-设计温度下材料的蠕变强度和持久强度。nn,nd-蠕变强度和持久强度的安全系数。,23,（2）安全系数及其确定：,影响安全系数的因素：计算方法的准确性、可靠性和受力分析的精度；材料质量和制造的技术水平；容器的工作条件及其在生产中的重要性和危险性。,第一节设计参数的确定,许用应力是以材料的各项强度数据为依据，合理选择安全系数n得出的。,第一节设计参数的确定,常用钢板的许用应力可从附录中直接查取。压力容器用碳素钢钢板、低合金钢板、低温和中温用钢钢板、高合金钢板的许用应力见表。,影响许用应力的因素1.使用温度2.钢板厚度3.使用状态4.材质,第一节设计参数的确定,施焊过程中焊接热的影响，而造成焊接应力、焊缝金属晶粒度粗大以及气孔、未焊透等缺陷，降低了焊缝及附近区域的强度。故焊接接头往往是容器强度比较薄弱的地方。因此在钢板许用应力基础上乘以一个等于或小于1的焊接接头系数来作为焊接接头处金属的许用应力。,第一节设计参数的确定,应根据受压元件的焊接接头结构及无损探伤的长度比例确定。,第一节设计参数的确定,焊接接头两个零件或一个零件的两个部分在焊接连接部位处的结构总称。它的三要素：接头形式、坡口形式、焊缝形式。,1.接头形式焊接接头形式可分为：对接接头、t形接头、角接接头和搭接接头。,（1）对接接头将两块钢板对在一起焊接，称为对接。对接接头容易焊透，受力情况好，应力分布均匀，连接强度高，因而焊接接头质量容易保证。,1.接头形式,坡口的主要作用是保证焊透,等厚度焊接，避免焊不透或烧穿；薄板10mm，两板厚度差3mm；薄板10mm而厚度差大于薄板30，或超过5mm时，削薄厚度边缘。,（2）角接接头和t型接头将两块钢板互成直角或相交成某一角度连接在一起的接头称为t形接头和角接接头。,1.接头形式,简单承载最差,承载强,钢厚板厚,不合理结构,（2）角接接头和t型接头,1.接头形式,（3）.搭接接头两块钢板搭在一起焊接，称为搭接。根据焊缝所在位置，有端焊缝与侧焊缝之分。,1.接头形式,2.坡口形式,为了保证焊接质量，必须在焊接接头处开适当的坡口。坡口的主要作用是保证焊透，此外，坡口的存在还可形成足够容积的金属液熔池，以便焊渣浮起，不致造成夹渣。,坡口的基本形式,2.坡口形式,坡口组合形式,41,3.焊缝形式,与焊接接头形式对应,压力容器上的焊接接头分类,压力容器的焊接接头分成四类，目的是在设计、制造、维修、管理时可以分别对待，从而保证质量。,圆筒部分的纵向接头（多层包扎容器层板层纵向接头除外），球形封头与圆筒连接的环向接头，各类凸形封头中的所有拼焊接头以及嵌入式接管与壳体对接连接的接头，均属a类焊接接头。,壳体部分的环向焊缝接头，锥形封头小端与接管连接的接头，长颈法兰与接管连接的接头，均属b类焊接接头，但已规定为a、c、d类的焊接接头除外。,平盖、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体、接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属c类焊接接头。,接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接接头，均属d类焊接接头，但已规定为a、b类的焊接接头除外。,b,c,d,a,从上述的焊接接头的划类来看，目的主要是着眼于对焊接接头的检验上:即凡是适于采用射线或超声探伤的焊接接头（即对接接头、对接焊缝），划归为a、b类，凡是适于采用磁粉或渗透探伤的焊接接头（即角接、搭接或层板层的对接）则划归为c、d类。,采用射线检测，还是超声检测，怎样选择？,容规规定：（1）压力容器壁厚38mm时，其对接接头应采用射线检测；由于结构等原因，不能采用射线检测时，允许采用可记录的超声检测。（2）压力容器壁厚38mm时，其对接接头如采用射线检测，则每条焊缝应附加局部超声检测；反之亦然。附加局部检测应包括所有的焊缝交叉部位，附加局部检测的比例为原无损检测比例的20。,你能回答下列问题吗？,1.可否采用搭接焊结构制作压力容器壳体？为什麽？2.焊缝处为什麽要进行无损探伤检查？3.焊缝系数（）为什麽小于等于1？4.取焊缝系数的依据是什麽？5.壁厚计算公式中的t是钢板的许用应力，还是焊缝材料的许用应力？6.带垫板的焊缝结构中，垫板的作用是什么？是否起加强作用？,降低焊接难度，实现单面焊，防止焊接接头烧穿，获得较好的焊接接头v口薄板焊接。,焊接接头缺陷：外部缺陷与内部缺陷。,1.外部缺陷：,2.焊缝的内部缺陷,主要指气孔、裂纹、未焊透、夹渣、未熔合等。这些内部缺陷主要采用射线拍片或超声波探伤来发现。,射线检测实例,焊件中常见的缺陷（1）裂纹裂纹主要是在熔焊冷却时因热应力和相变应力而产生的，也有在校正和疲劳过程中产生的，是危险性最大的一种缺陷。裂纹影像较难辨认。因为断裂宽度、裂纹取向、断裂深度不同，使其影像有的较清晰，有的模糊不清。常见的有纵向裂纹、横向裂纹和弧坑裂纹，分布在焊缝上或热影响区。,（2）未焊透未焊透是熔焊金属与基体材料没有熔合为一体且有一定间隙的一种缺陷。在胶片上的影像特征是连续或断续的黑线，黑线的位置与两基体材料相对接的位置间隙一致。,（3）气孔气孔是在熔焊时部分空气停留在金属内部而形成的缺陷。气孔在底片上的影像一般呈圆形或椭圆形，也有不规则形状的，以单个、多个密集或链状的形式分布在焊缝上。在底片上的影像轮廓清晰，边缘圆滑，如气孔较大，还可看到其黑度中心部分较边缘要深一些。,（4）夹渣夹渣是在熔焊时所产生的金属氧化物或非金属夹杂物，因来不及浮出表面，停留在焊缝内部而形成的缺陷。在底片上其影像是不规则的，呈圆形、块状或链状等，边缘没有气孔圆滑清晰，有时带棱角。,（5）咬边咬边是指沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷。咬边减弱了母材的有效承载截面，并且在咬边处形成应力集中。,(6）烧穿在焊缝的局部，因热量过大而被熔穿，形成流垂或凹坑。在底片上的影像呈光亮的圆形(流垂)或呈边缘较清晰的黑块(凹坑)。,常用的焊接方法可分为三大类：熔化焊、压力焊、钎焊。熔化焊中又分为气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧焊等等。电弧焊又分为手工电弧焊、埋弧自动焊和氩弧焊。手工电弧焊用的焊接材料为电焊条，它由钢芯和包在钢芯外的药皮组成，而埋弧焊用的焊接材料为焊丝和焊剂。,常用的焊接方法简介,酸性焊条和碱性焊条。酸性焊条焊接工艺性好，成形整洁,去渣容易，不易产生气孔和夹渣。但药皮氧化性强使合金元素烧损大,机械性能（冲击韧性）比较低。酸性焊条一般均可用交直流电源。典型的酸性焊条是j422。,焊条型号的含意手工电弧焊条：,碱性焊条焊接的焊缝机械性能良好，特别是冲击韧性比较高，主要用于重要结构的焊接。氟化物粉尘有害，应加强现场的通风排气，以改善劳动条件。典型的碱性焊条有j507。,1、理论计算壁厚（又称计算厚度）安全承受压力为p的介质，圆筒所需的最小理论厚度。,根据第三强度理论的强度条件,一、内压圆筒的五种壁厚及其确定方法,第二节内压容器筒体与封头厚度的计算,对t进行修正。通常乘以一个修正系数，即焊接接头系数。,一般工艺设计确定的是容器的内径di，d=di+，代入上式得：,一、内压圆筒的五种壁厚及其确定方法,第二节内压容器筒体与封头厚度的计算,解得,1、理论计算壁厚（又称计算厚度）,2、圆筒的设计壁厚d（又称设计厚度）,（1）钢板的实际厚度与其标注数值（名义厚度）存在正负偏差，必须考虑钢板的负偏差c1；（2）化工设备处理的介质一般均有腐蚀性，在设计时就必须考虑腐蚀所需要的厚度，即腐蚀裕量c2。,将c1与c2之和称为壁厚附加量c。,将与c2之和称为设计厚度d，即,一、内压圆筒的五种壁厚及其确定方法,第二节内压容器筒体与封头厚度的计算,（2）腐蚀裕量c2,容器元件由于腐蚀或机械磨损厚度减薄。在设计壁厚时要考虑容器使用寿命期内的安全性！具体规定如下：对有腐蚀或磨损的元件:c2=kabka-腐蚀速率（mm/a），由材料手册或实验确定。b-容器的设计寿命，通常为1015年。一般情况,ka=0.050.13mm/a的轻微腐蚀时，对单面腐蚀取c2=12mm;对双面腐蚀取c2=24mm。对于不锈钢，一般取0。,2、圆筒的设计壁厚d（又称设计厚度）,1.确定腐蚀裕度的依据？2.腐蚀裕度的有效期？3.列管换热器的管子、壳体腐蚀裕度如何定？,容器各元件受到的腐蚀程度不同时，设计中可采用不同的腐蚀裕量。介质为压缩空气、水蒸气或水的碳钢或低合金钢容器，单面腐蚀裕量不小于1mm；对不锈钢容器，腐蚀轻微时可取c2=0。,记住！,3、名义厚度n,式中钢板厚度圆整值，mm，通常1。c1钢板负偏差，应按名义厚度n选取。注意：常用钢板厚度是5，6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，30，36，40mm.,第二节内压容器筒体与封头厚度的计算,将设计厚度d加上钢板负偏差c1后向上圆整至钢板标准中规定的厚度，称做壳体的名义厚度。在设计图纸上标注的壳体厚度就是此厚度。,钢板负偏差c1（mm）,3、名义厚度n,第二节内压容器筒体与封头厚度的计算,4、有效壁厚e（有效厚度）,钢板壁厚中真正可用于承受介质压力的那部分厚度：,实际上，有效厚度就是指容器在整个有效使用期内均可依赖其抵抗介质压力破坏的厚度。,第二节内压容器筒体与封头厚度的计算,4、有效壁厚e（有效厚度）,第二节内压容器筒体与封头厚度的计算,根据设备图纸求取圆筒的计算应力时，应使用有效厚度e，即,强度条件,最大允许工作压力,壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度min按下述方法确定：a对于碳素钢和低合金钢制容器：min不小于3mm；b对于高合金钢制容器：min不小于2mm。,第二节内压容器筒体与封头厚度的计算,5最小厚度min,第二节内压容器筒体与封头厚度的计算,5最小厚度min,当筒体的计算厚度c1时,(2)当min0.5mpc，将分母中的0.5mpc近似写成0.5pc，对分母影响很小,（二）、椭圆形封头,标准椭圆封头ma/b=2,大多数椭圆形封头壁厚取为与筒体相同！,筒体,2.壁厚的计算公式椭球壳壁内应力的大小及变化受a/b值的影响，形状系数k。厚度计算公式为：,88,名义壁厚=计算壁厚+壁厚附加量+圆整量标准椭圆封头(a/b=2)k=1。椭圆形封头的最大允许工作压力计算公式：,注意：1.加工减薄量由制作单位确定。2.各参数的单位-公式中只用mpa和mm。3.对于同一容器上的圆筒与椭圆形封头，如果壁厚相同，椭圆形封头的强度高于圆筒。所以，水压试验强度校核时，校核筒体强度就可以了。（为什麽?）4.直边高度按p101表4-15选取。,最小壁厚,（二）、椭圆形封头,承受内压的标准椭圆形封头，在其赤道处将产生环向压缩薄膜应力，为了防止封头在这一压缩应力作用下出现褶皱(内压下的弹性失稳)，规定,增加直边目的：,避开在椭球边缘与圆筒壳体的连接处设置焊缝，使焊缝转移至圆筒区域，以免出现边缘应力与热应力叠加的情况。,（三）碟形封头碟形壳的应力分布：,碟形封头的球面半径越大，折边半径越小，则封头越浅，对于人工锻打成型有利。但考虑到球面部分与过渡区联接处的局部高应力，规定碟形封头球面部分的半径rc内径di，而折边内半径r0.1di，且3n。,rci=0.9di、r=0.17di的碟形封头，称为标准碟形封头。,1.碟形封头的结构：,2.壁厚计算公式：,式中m-形状系数。（ri/r值不同；球面与摺边连接处的曲率突变。）标准碟形封头壁厚计算公式为：,93,（四）球冠形封头（无折边球形封头）,无折边球形封头在多数情况下用作容器中两独立受压室的中间封头，也可用作端封头。封头球面内半径ri可取为圆筒体内直径di的0.7、0.8、0.9、1.0倍。,1.结构,球冠形封头,95,式中di封头和筒体的内直径；q系数，见书图4-9。,2.壁厚计算公式：,96,（五）常用锥形封头锥壳应力分布？,1、锥形封头的结构形式,广泛用于立式容器底部以便于卸料,也常用锥形壳体将直径不等的两段塔体连接起来-变径段。,锥形封头分为带折边和不带折边两种结构。不带折边的锥形封头，其半锥角不大于30，带折边的半锥角不大于60。,锥形封头加折边的目的是为了减少锥壳与筒体连接处的边缘应力。折边半径不小于0.1di。,2、锥形封头壁厚的确定由锥形壳体的应力分析可知，受均匀内压的锥形封头，最大应力在锥体的大端，其值为：,其强度条件为：,2、锥形封头壁厚的确定根据第一或第三强度理论，均可将视为相当应力，得到强度条件:,类比碟形封头,为了降低联接处的边缘应力，可以采用两种方法：,1）：将联接处附近的封头及筒体壁厚增大局部加强。脑左图是没有局部加强的锥形封头。右图是有局部加强的锥形封头。它们都直接与筒体相联，中间没有过渡圆弧无折边锥形封头。,2）：在封头与筒体间增加一个过渡圆弧，则整个封头由锥体、过渡圆弧及高度为ho的直边三部分所构成带折边的锥形封头。这两种封头的计算方法不同。,无折边锥形封头无折边锥形封头或锥形筒体适用于锥体半顶角30，当半顶角30时，锥体与筒体联接处应考虑另行加强或采用带折边锥形封头。无折边锥形封头或筒体的壁厚按下列方法计算（前述）：,考虑边界应力，写成,简化,q值查表p181,带折边锥形封头或锥形筒体采用带折边锥体作封头或变径段可以降低转角处的应力集中。有三种情况,a.锥体大端的半顶角30，应采用带过渡段的折边结构。b.锥壳半顶角60，其厚度可按平盖计算。c.锥体小端，半顶角45，须采用带折边的锥形封头。,(1)封头大端带折边锥形封头大端的壁厚，按过渡段与相接处锥体两部分分别计算。取两者中较大者。,t,2,=,j,规定：大端折边的转角半径r应不小于封头大端内径di的10，小端折边转角半径rs应不小于封头小端内径dis的5，且均不小于锥体厚度的3倍。,带折边锥形封头或锥形筒体,a.折边的计算壁厚,b.与折边相接处的锥壳厚度,锥形封头小端与接管连接处也有边界应力存在。当锥壳半顶角45时，锥形封头可直接与接管连接；当45时，在锥形封头小端也应加折边。对于封头，其大小端直径相差较大，研究表明，当大端与小端直径之比大于等于4时，小端厚度不必计算，取与大端相同厚度即可。对于变径段的小端，应按gb150相应规定计算。,（2）封头小端,带折边锥形封头或锥形筒体,108,（六）圆平板封头,109,1.平板内应力状态,周边简支：,根据强度条件：,周边固支：,根据强度条件：,实际情况是介于简支和固支中间，系数在0.188-0.31之间，归结为一个结构特征系数k,平板壁厚计算公式为：,见表-19,111,例题,确定精流塔封头形式及尺寸。塔径di=600mm，壁厚n=7mm，材质为16mnr（gb6654-96)，计算压力pc=2.2mpa,工作温度t=-3-20c。【解】确定参数：pc=2.2mpa，di=600mm，c2=1mm,s=170mpa。封头材质选16mnr（gb6654-96)1.半球形封头补充参数：半球形封头与筒体连接的环焊缝属于封头内的部分，采用带垫板单面对接焊，局部无损探伤，=0.8。计算壁厚为：,d=2.4+1.0=3.4(mm)c1=0.25mm名义壁厚为n=3.4+0.25=3.65(mm)取4mm。n=3.7mm,板厚仍然为4mm。,2.用标准椭圆形封头此封头可以整板冲压，=1。计算壁厚为：,d=3.9+1.0=4.9(mm)取c1=0.25mm名义壁厚为n=4.9+0.25=5.15(mm)板厚为6mm。,3.采用标准碟型封头,d=4.67+1.0=5.67(mm)取c1=0.25mm,名义壁厚为n=5.67+0.25=5.92(mm)取6mm。,113,4采用平板封头板厚计算公式为：,选结构形式为表4-19中第9种，k=0.3，f=1，dc=600mm。=37.4(mm).d=37.4+1=38.4(mm)查得c1=0.25mm,名义壁厚为n=38.65mm,圆整后取40mm。,114,各种封头计算结果比较,115,封头的选择,1.几何方面内表面积，容积。2.力学方面承载能力。3.使用方面满足工艺要求。4.制造方面难易程度，标准化程度。5.材料消耗金属耗量及其价格。,第三节容器的压力试验,为什麽容器在制造完毕后还须进行压力试验呢？,这是因为:按强度、刚度计算确定的容器厚度，由于材质、钢板弯卷、焊接及安装等制造加工过程不完善，有可能导致容器不安全，会在规定的工作压力下发生过大变形或焊缝有渗漏现象等，故必须进行压力试验予以考核。,1.压力试验目的,检验容器在超工作压力条件下密封结构的严密性、焊缝的致密性和宏观强度。同时，观察压力试验后受压容器母材和焊缝的残余变形量，还可及时发现材料和制造过程中存在的缺陷。,第三节容器的压力试验,1）检验容器宏观强度是否出现裂纹,是否变形过大；2）密封点及焊缝的密封情况。,压力试验的时机：1）容器制成后；2）检修后。要知道！（1）需要焊后热处理的容器，须热处理后进行压力试验和气密试验；（2）须分段交货的容器，在工地组装并对环焊缝进行热处理后，进行压力试验；（3）塔器须安装后进行水压试验；,第三节容器的压力试验,2.试验介质,液体介质：常温水。也可用不会发生危险的其它液体试验时液体的温度应低于其闪点或沸点。,液体气体,压力试验的试验介质为什么普遍采用液体?,由于压力试验时，容器可能发生爆炸事故，因此希望试压时容器内积蓄的能量越小越好。液体的压缩性较小，达到试验压力时所需做的功较少，容器内积蓄的能量也相对要小一些。而气体的压缩性较大，爆炸时突然恢复到大气压而释放出的能量很大，安全性较差。,第三节容器的压力试验,2.试验介质,第三节容器的压力试验,在下列情况下，不宜用液体作为压力试验介质，而应采用气体：（1）容器的结构复杂，试压时不能充满各个部位，因而无法充分检验各个部位的试压要求；（2）容器内不允许有微量残留液体；（3）其他难以克服的困难，如大型容器供水困难等。,例如：装入贵重催化剂要求内部烘干，或容器内衬耐热混凝土不易烘干，或由于结构原因不易充满液体的容器以及容积很大的容器等,2.试验介质,第三节容器的压力试验,3.试验压力,试验压力在压力试验时，容器顶部的压力。试验温度压力试验时，壳体的金属温度。试验压力的最低值应按下式计算，其上限值应满足压力试验前的应力校核的限制。,pt试验压力，mpa；p设计压力，mpa；一试验温度下的材料许用应力，mpa；t一设计温度下的材料许用应力，mpa。,第三节容器的压力试验,3.试验压力,水压试验,气压试验,第三节容器的压力试验,3.试验压力,在确定试验压力值时，还应注意下列几点：（1）直立容器卧置做液压试验时，试验压力应为立置时的试验压力加液柱静压力。（2）当新容器的铭牌上规定有最大许用压力p时，用p代表p。（3）对于在用压力容器，若因腐蚀严重需要降压使用，且其pw或pk已小于原设计压力p时，应该用pw或pk代替p来进行计算pt。（4）容器各元件（筒体、封头、接管、法兰紧固件等）所用材料不同时，应取元件材料的/t比值中最小值。,第三节容器的压力试验,4.压力试验前的应力校核,压力试验前，为什么要作应力校核？试压时，要求器壁应力必须低于材料的屈服点，因此有必要在压力试验前进行校核。,t应满足下列条件：液压试验时气压试验时,第三节容器的压力试验,5.水压试验程序,充水时滞留在容器内的气体必须排净。试验过程中容器外表面应保持干燥。设备充满水后，待壁温大致相等时，缓慢升压到规定试验压力，稳压30min，然后将压力降低到试验压力的80，再保持30min以上。需停泵保压。保压期间检查容器有无损坏，有无宏观变形，有无泄漏及微量渗透。,第三节容器的压力试验,6.水压试验注意事项,对于不锈钢制造的容器用水进行试验时，应限制水中氯离子含量不超过25mg/kg，以防氯离子腐蚀。对于碳素钢、16mnr、15mnnbr和正火15mnr钢容器，不要低于5；对于其他低合金钢容器，不要低于15。如发现法兰连接处泄漏，不得带压紧固螺栓。水压试验后及时排水，并用压缩空气及其它惰性气体，将容器内表面吹干。,第三节容器的压力试验,7.气密性试验,目的：检查容器的致密性（包括容器的焊缝、母材及连接接头等的严密性）。,气密性试验与气压试验是不一样的：目的不同：气密性试验是检验压力容器的严密性，气压试验是检验压力容器的耐压强度。试验压力不同：气密性试验压力为容器的设计压力，气压试验压力为设计压力的1.15倍。,第三节容器的压力试验,7.气密性试验,试验压力：新制成压力容器气密性试验压力取为设计压力值。gb150-1998规定气密性试验应在压力试验合格后进行，这是从安全上考虑。对要求作气压试验的容器，在气压试验合格后，可免作气密性试验。试验要求：经检查无泄漏保压不少于30min为合格。加压介质：所用气体应为干燥、洁净的空气、氮气或其他惰性气体。碳素钢和低合金钢制成的压力容器,其试验温度应不低于5。,第三节容器的压力试验,7.气密性试验,介质的毒性程度为极高、高度危害，或在设计上不允许有微量泄漏的容器,气密性试验,保压10分钟,降压至设计压力,检查所有焊接接头和连接部位，小型容器也可浸入水中检查,泄漏,修补,重新进行液压试验和气密性试验,合格,缓慢升压至pt,第四节在用压力容器的强度校核,一、在用压力容器强度校核的原则,（1）原设计已明确提出所采用的强度设计标准的，应按该强度标准进行强度校核。若无注明所用的设计强度标准，可按设计施行的有关标准校核。国外进口设备或按国外技术标准设计，应按国外设计规范或合同规定的设计规范校核。注：gb150-1998是其他各种同类标准中必须遵守的最低要求。还有略高于gb150的企业标准或行业标准，以提高产品的质量与可靠性。,一、在用压力容器强度校核的原则,（2）当被校核的容器材料牌号不明时，应按同类常用材料的最低标准进行强度计算（例如碳钢q235-b）（3）设计新容器时，只根据接头结构形式和探伤比例确定，不是随意变更的，可看成定值。而对于某些在用容器，若在检验中发现了某些超标，却未见发展的缺陷，而且又不允许或无法修复时，可以采用较原设计取值为低的来进行强度计算。,第四节在用压力容器的强度校核,（4）对于使用多年的容器（在寿命的后期），或者是腐蚀比较严重的容器，其有效厚度按下式计算,一、在用压力容器强度校核的原则,cmin受压元件实测最小厚度，mm；n检验周期，a；介质对钢材实测的年腐蚀率，mm/a。,第四节在用压力容器的强度校核,（5）强度校核压力pch,第四节在用压力容器的强度校核,一、在用压力容器强度校核的原则,（6）校核时的壁温，取实际最高器壁温度，低温压力容器按常温取许用应力。,二、强度校核的思路、公式和举例思路：,算出容器在校核压力下的计算应力，看它是否小于材料的许用应力,算出容器的最大许可压力，看它是否大于校核压力，即,第四节在用压力容器的强度校核,第四节在用压力容器的强度校核,1.在用容器在校核压力p作用下的计算应力为k形状系数,根据对象取相应值，参见p185说明；pch校核压力；e简体或封头的有效厚度，其值下列条件确定。对于新容器筒体取enc1c2对于新容器封头取enc1c2c3对于使用多年的容器，或者腐蚀比较严重的容器取,根据筒体和封头的强度条件可得：写成等式：,第四节在用压力容器的强度校核,2.在用容器最大允许工作压力,对筒体和封头进行强度校核时，必须满足以下条件：,138,例1：设计乙烯精馏塔。由工艺计算得出塔体公称直径为600mm,工作压力为2.2mpa（不计液注高度），工作温度t=-3-20，塔体保温。确定该塔壁厚及选用的材料。【解】1.选材介质腐蚀性轻微；工作温度低温；工作压力中压。故选用16mnr。2.确定参数（1）由dn=600mm,筒体采用板卷，di=600mm；（2）由题意“不计液注高度”，无安全泄放装置，pc=2.2mpa（3）因压力为中压，直径较小，故采用带垫板单面对接焊结构，局部无损探伤，查表4-8，f=0.8；（4）塔体保温，由表4-5，设计温度取介质温度，st=170mpa（5）常温屈服