申报精品课程_压力容器设计.pdf

文库专用1 申报精品课程 压力容器设计 压力容器设计绪言 Introduction of Pressure Vessel Design 潘家祯 华东理工大学 文库专用2 1 概述1 1 现代化企业的雄姿 文库专用3 1 概述1 1 现代化企业的雄姿 文库专用4 1 概述1 1 现代化企业的雄姿 文库专用5 1 概述1 1 现代化企业的雄姿 现代化企业的召唤 需要新一代的接班人 企业未来的主人 怎样挑起肩上的责任 把美好的理想 凝聚成人生的辉煌 培养你们的才能 誓作祖国的栋梁 文库专用6 1 概述1 2 压力容器的特点 应用的广泛性 文库专用7 1 概述1 2 压力容器的特点 锅炉 换热器 加热炉 圆筒外壳 传热管束 核反应堆 圆筒安全壳 核反应零部件 塔器 圆筒外壳 传质元件 浮阀 填料等 反应釜 圆筒夹套 搅拌器 压缩机 真空泵 圆筒气缸 活塞 透平机 泵 蜗壳 叶轮 应用的广泛性 文库专用8 1 概述1 2 压力容器的特点 压力容器不仅被广泛用于化学 石油化工 医药 冶 金 机械 采矿 电力 航天航空 交通运输等工业生产 部门 在农业 民用和军工部门也颇常见 其中尤以石油 化学工业应用最为普遍 石油化工企业中的塔 釜 槽 罐无一不是贮器或作为设备的外壳 而且绝大多数是在压 力温度下运行 如一个年产30万吨的乙烯装置 约有793 台设备 其中压力容器281台 占了35 4 蒸汽锅炉也属 于压力容器 但它是用直接火焰加热的特种受压容器 至 于民用或工厂用的液化石油气瓶 更是到处可见 应用的广泛性 文库专用9 1 概述1 2 压力容器的特点 压力容器的操作条件十分复杂 甚至近于苛刻 压力 从1 2 10 5Pa的真空到高压 超高压 如石油加氢为 10 5 21 0 MPa 高压聚乙烯为100 200 MPa 合成氨为 10 100 MPa 人造水晶高达140 MPa 温度从 196 C低 温到超过一千摄氏度的高温 而处理介质则包罗爆 燃 毒 辐 照 腐 蚀 磨 损 等数千个品种 操作条件的 复杂性使压力容器从设计 制造 安裝到使用 维护都不 同于一般机械设备 而成为一类特殊设备 操作的复杂性 文库专用10 1 概述1 2 压力容器的特点 压力容器因其承受各种静 动载荷或交变载荷 还有 附加的机械或温度载荷 其次 大多数容器容纳压缩气体 或饱和液体 若容器破裂 导致介质突然卸压膨胀 瞬间 释放出来的破坏能量极大 加上压力容器极大多数系焊接 制造 容易产生各种焊接缺陷 一旦检验 操作失误容易 发生爆炸破裂 器内易爆 易燃 有毒的介质将向外泄漏 势必造成极具灾难性的后果 因此 对压力容器要求很高 的安全可靠性 安全的高要求 文库专用11 1 概述1 2 压力容器的特点 当前压力容器向大容量 高参数发展 如核电站一个 1500MW压水堆压力壳 工作压力为14 16MPa 工作温度 为250 330 C 容器内直径7800mm 壁厚317 mm 重650 吨 又如煤气化液化装置中的压力容器工作压力为17 5 25MPa 工作温度为450 550 C 内直径为3000 5000mm 壁厚为200 400 mm 重400 2600吨 对这类容器的工艺 要求和运行可靠性要求更高 显然比一般压力容器又有更 高更严格的安全性要求 安全的高要求 文库专用12 1 概述1 3 压力容器的安全特征 1996年12月的统计资料表明 国内在用固定式压力容 器多达122 22万台 移动式压力容器中罐车16910辆 在 用气瓶5498 7571万只 锅炉总台数也高达51 57万台 此外全国持有压力容器制造许可证的企业合计2432个 设 计单位1380个 如此庞大且潜在隐患容器的存在 以及地 域广泛的制造设计部门 自然成为国内外政府部门特别重 视其安全管理和监察检查的原因 量大面广 文库专用13 1 概述1 3 压力容器的安全特征 国内1998年共发生锅炉 压力容器 气瓶爆炸事故132 起 严重事故274起 共死亡104人 受伤371人 直接经济 损失2813 58万元 锅炉 压力容器 气瓶的爆炸事故率分 别为1 07次 万台 0 28次 万台 0 65次 万台 事故率高 文库专用14 1 概述1 3 压力容器的安全特征 1968年英国原子能局 UKAEA 安全卫生处和联合部 技术委员会 AOTC 工程检验机构调查使用年限在30年以 内 符合英国BS1500和BS1515等压力容器规范的一级压力 容器发生破坏事故的统计情况如下表所示 危害性大 压力容器破坏几率 年份容器运行灾难性事故a 损伤事故b 总计 台 年次数事故率次数事故率次数 事故 1962 1967 100300 7 0 7 10 4125 1 25 10 4132 1 32 10 4 1967 1972 105400 16 1 5 10 4123 1 17 10 4139 1 32 10 4 文库专用15 1 概述1 3 压力容器的安全特征 a 灾难性事故指灾难性破坏事故或无法修复的容器 b 损伤事故指有潜在危险的事故 c 事故发生率 发生事故数 设备台数 运行年 表中的数字表明10000台容器中发生损坏事故每年 12 5次 达到破坏事故0 7次 事故几率为1 32 而且 这132起使用中的容器事故 按其原因分类 89 3 即 118起是各种制造裂纹所引起 危害性大 文库专用16 1 概述1 3 压力容器的事故实例 1979年9月7日国内某电化厂415升液氯 钢瓶爆炸 击穿5个 爆炸5个 10200公斤液 氯外泄 波及7公里范围 59人死亡 779人 严重中毒 1979年12月18日国内某液化气站400M3储 罐爆炸 引发3个球罐和一个卧罐爆炸 5000 只气瓶爆炸 600吨液化气燃烧 32人死亡 54 人伤 文库专用17 1 概述1 3 压力容器的事故实例 1986年4月28日前苏联切尔诺 贝利核电站压力壳发生核泄漏 31人死亡 20个国家4亿人受害 文库专用18 1 概述1 3 压力容器的事故实例 1984年12月3日印度博帕尔市 农药厂异氰甲酸脂储罐发生泄漏 2580人死亡 125000人中毒 5万人失明 文库专用19 2 压力容器设计2 1 质量保证体系 定义 确保容器从设计 选材 制造 投入运行到退 出服役的整个过程安全地完成使用要求而采取的有 计划 系统的措施 内容 材料 设计 制造与制造过程中的检验 在役 检验与监控 文库专用20 2 压力容器设计2 2 基本要求 安全性 足够的强度 足够的刚度 或稳定性 可靠的密封性能 一定的使用寿命 经济性 经济可靠的材料 经济的制造方法 低的操作和维护费用 长周期的安全运行 安 稳 长 满 优 原则 充分保证安全的前提下尽可能做到经济 文库专用21 2 压力容器设计2 2 基本要求 按规则设计 GB150 钢制压力容器 基于经济方法的设计 其典型过程是确定 设计载荷 选用设计公式 曲线或图表 并对 材料取一个安全应力 最终给出容器的基本厚 度 然后根据规范许可的构造细则及有关制造 检验要求进行制造 文库专用22 2 压力容器设计2 2 基本要求 按分析设计 JB4732 钢制压力容器 分析设 计标准 基于考虑作用在容器上载荷的性质 进行 详细的应力分析 计算得到的应力按其对容器 破坏的作用分类 与许用应力强度比较和评定 并加上严格的材料 制造和检验要求 文库专用23 2 压力容器设计2 设计准则 设计准则 在特定的设计条件下 有效地利用材料的 强度或刚度 使容器或其部件在设计寿命内安全运行 强度设计准则 弹性设计准则 塑性设计准则 脆断设计准则 疲劳设计准则 蠕变设计准则 刚度设计准则 弹性变形设计准则 失稳设计准则 文库专用24 2 压力容器设计2 设计准则 容器不出现涉及总体 范围的较大变形 即在 内压或其他拉伸等静力 载荷在器壁中所引起的 最大应力不超过材料的 弹性极限 如考虑设计 安全裕度 则限制在材 料的许用应力以下 d 2 p Dc 2 t 弹性设计准则 1 p D 4 t 2 p D 2t 1 2 p D t 文库专用25 2 压力容器设计2 设计准则 当容器总体范围进入 整体塑性变形或局部区 域沿整个壁厚进入塑性