[工学]第十-十四章 复习.pptVIP

第二篇压力容器 第六章压力容器与化工设备常用材料第七章压力容器的薄膜应力 弯曲应力 二次应力第八章内压容器第九章外压容器与压杆的稳定计算第十章法兰连接第十一章人孔 手孔 视镜和液面计第十二章开孔补强与设备凸缘第十三章容器支座第十四章容器的焊接结构第十五章压力容器的监察管理与定期检验 第十一章人孔 手孔 视镜和液面计第十二章开孔补强与设备凸缘第十三章容器支座第十四章容器的焊接结构 第十一章人孔 手孔 视镜和液面计 11 1人孔和手孔 开设人孔或手孔的目的 为了检查设备的内部情况以及安装或拆卸设备的内部装置 容器上必须开设检查孔 包括人孔或手孔 第十一章人孔 手孔 视镜和液面计 一 容器上人孔和手孔的规定 见表11 1 满足以下条件和规定时 允许容器上不开设检查孔 1 筒体直径小于等于300mm的压力容器 2 压力容器上设有可拆卸的封头 盖板或其他能够开关的盖子 且其尺寸不小于表11 1规定 3 容器内的介质对其壁无腐蚀或腐蚀轻微 不必作内部检查或清理 4 制冷装置用压力容器 5 换热器 第十一章人孔 手孔 视镜和液面计 由于特殊原因不能开设检查孔时 应采取以下措施 1 对容器上的全部纵向和环向焊缝作100 无损探伤 2 设计者应在设计图样上注明计算厚度 以便于在使用过程中进行测厚检查 3 相应缩短检验周期 第十一章人孔 手孔 视镜和液面计 二 人孔和手孔的结构与选用 人孔主要由筒节 法兰 人孔盖 紧固螺栓 密封垫片和启闭装置组合而成 一般人孔有两个手柄 手孔有一个手柄 第十一章人孔 手孔 视镜和液面计 人孔分类 承压 常压人孔 承压人孔 所用的法兰类型 板式平焊法兰人孔 带颈平焊法兰人孔 带颈对焊法兰人孔 开启方式 回转盖人孔 垂直吊盖人孔 水平吊盖人孔 第十一章人孔 手孔 视镜和液面计 手孔 HG21515 21527 95 和人孔 HG21528 21535 95 已制有标准 设计时可根据设备的公称压力 工作温度以及所用材料等按标准直接选用 人孔的尺寸均根据人孔的公称压力和公称直径确定 第十一章人孔 手孔 视镜和液面计 11 2视镜和液面计 视镜是用来观察设备内部情况的 同时视镜也可用作物料液面指示镜 视镜有两种 不带颈视镜和带颈视镜 一 视镜 第十一章人孔 手孔 视镜和液面计 第十一章人孔 手孔 视镜和液面计 不带颈视镜 用凸缘构成的视镜 凸缘直接焊在设备上 其结构简单 不易结料 有比较宽阔的视察范围 第十一章人孔 手孔 视镜和液面计 视镜已经标准化 根据条件直接选用即可 当视镜需要斜装或设备直径较小时 则需采用带颈视镜 第十一章人孔 手孔 视镜和液面计 视镜的标记 例 公称压力Pg10 公称直径Dg100 材料为不锈钢制视镜 公称压力Pg16 公称直径Dg80 材料为碳钢带颈视镜 标记 视镜 Pg10Dg100 HGJ501 86 17标记 视镜 Pg16Dg80 HGJ502 86 5 第十一章人孔 手孔 视镜和液面计 二 液面计 常用的液面计有玻璃板液面计和玻璃管液面计 玻璃板液面计分为 透光式玻璃板液面计 T型 反射式玻璃板液面计 R型 视镜式玻璃板液面计 S型 反射式玻璃板液面计 透光式玻璃板液面计 第十一章人孔 手孔 视镜和液面计 液面计选用的标准见表11 12两点说明 1 温度超过200度 玻璃液面计的最高允许压力应当适当降低 见表11 13 2 液面计接管的安装 第十一章人孔 手孔 视镜和液面计第十二章开孔补强与设备凸缘第十三章容器支座第十四章容器的焊接结构 第十二章开孔补强与设备凸缘 12 1开孔补强 开孔后 为什么要补强 开孔后削弱器壁的强度 出现不连续 形成高应力集中区 在高应力区的峰值应力通常较高 达到甚至超过材料屈服极限 为降低峰值应力 需要对结构开孔部位进行补强 以保证容器安全运行 容器为什么要开孔 工艺 安装 检修的要求 如人孔 手孔 液面计 视镜 接管等 第十二章开孔补强与设备凸缘 应力集中和开孔形状有关 圆孔的应力集中程度最低 因此壳体开孔常为圆孔 第十二章开孔补强与设备凸缘 1 应力集中范围极为有限 2 开孔孔径的相对尺寸r R越大 应力集中情况越严重 所以开孔不宜过大 3 被开孔壳体的 R越小 应力集中情况越严重 4 增加接管壁厚可以减小应力集中 因此也可以用特意加厚的接管来改善开孔处的应力集中状况 5 在球壳上开孔的应力集中系数稍低于筒体上开孔的应力集中 在封头上开孔优于在筒体上开孔 开孔处应力集中的特点 第十二章开孔补强与设备凸缘 一 补强结构 补强结构 局部补强 整体补强 补强圈补强 厚壁接管补强 整体锻件补强 第十二章开孔补强与设备凸缘 结构 在开孔周围一定范围内紧靠接管贴焊一块补强圈 优点 结构简单 制造方便 使用经验丰富 缺点 1 与壳体金属之间不能完全贴合 传热效果差 在中温以上使用时 存在较大热膨胀差 在补强局部区域产生较大的热应力 2 与壳体采用搭接连接 难以与壳体形成整体 抗疲劳性能差 1 补强圈补强 使用场合 中低压容器 第十二章开孔补强与设备凸缘 第十二章开孔补强与设备凸缘 2 厚壁接管补强 结构 在开孔处焊上一段厚壁接管 特点 补强处于最大应力区域 能更有效地降低应力集中系数 接管补强结构简单 焊缝少 焊接质量容易检验 补强效果较好 常用场合 低合金钢容器或某些高压容器 第十二章开孔补强与设备凸缘 第十二章开孔补强与设备凸缘 3 整体锻件补强 结构 把需要局部增厚的壳体部分全部挖掉 焊上接管和部分壳体连同补强部分做成整体的锻件 优点 抗疲劳性最好 疲劳寿命仅降低10 15 缺点 锻件供应困难 制造烦琐 成本较高 常用场合 只用于重要的设备 如高压容器 核容器等 整体锻件 第十二章开孔补强与设备凸缘 结构 增加整个壳体的厚度 或用全焊透将厚壁接管或整体补强锻件与壳体相焊 降低开孔附近的应力 由于应力集中的局部性 除非制造或结构需要 一般不把整个容器壁加厚 4 整体补强 第十二章开孔补强与设备凸缘 二 补强计算 开孔补强设计准则 弹性失效设计准则 等面积补强法 塑性失效准则 极限分析法 1 等面积补强准则 等面积补强准则 壳体因开孔被削弱的承载面积 须有补强材料在离孔边一定距离范围内予以等面积补偿 等面积补强准则主要用于补强圈结构的补强计算 第十二章开孔补强与设备凸缘 GB150对开孔最大直径的限制 a 圆筒上开孔的限制 内径Di 1500mm时 开孔最大直径d 1 2Di 且d 520mm 内径Di 1500mm时 开孔最大直径d 1 3Di 且d 1000mm 1 允许开孔的范围 b 凸形封头或球壳上开孔最大直径d 1 2Di c 锥壳 或锥形封头 上开孔最大直径d 1 3Di Di为开孔中心处的锥壳内直径 d 在椭圆形或碟形封头过渡部分开孔时 其孔的中心线宜垂直于封头表面 第十二章开孔补强与设备凸缘 2 所需最小补强面积A 所需最小补强面积 d0 在开孔处壳体承受应力所必须的最小厚度 d 去掉接管壁厚附加量后的接管内直径 第十二章开孔补强与设备凸缘 当开孔在圆形平板上或在按外压计算确定厚度的筒体或球壳上时 当开孔在筒体焊缝上 或者虽然不在焊缝上 但筒体的j 1时 计算厚度 当开孔不在筒体焊缝上 且筒体的j 0 85时 当开孔在标准椭圆形封头中央80 封头内直径范围外时 当开孔在标准椭圆形封头中央80 封头内直径范围内时 当开孔在蝶形封头球面部分 且封头的形状系数为M时 当开孔在蝶形封头球面部分以外时 第十二章开孔补强与设备凸缘 需要用补强圈补强的金属截面面积 A3 焊缝金属截面面积 de 壳体有效厚度 d0 壳体所需最小厚度 te 接管有效厚度 t0 接管所需最小厚度 tn 接管名义厚度 di 接管内径 其中 第十二章开孔补强与设备凸缘 12 2设备凸缘 作用 用于装置测量 控制仪表 或连接其他设备和介质的输送管道 焊接接管 铸造设备的接管可与筒体一并铸出 螺纹管主要用来接温度计 压力表或液面计等 铸造接管 螺纹接管 一 设备接口管 第十二章开孔补强与设备凸缘 二 凸缘 当接管长度必须很短时 可用凸缘 又叫突出接口 来代替接管 凸缘本身具有加强开孔的作用 不需再另外补强 缺点是当螺柱折断在螺栓孔中时 取出较困难 由于凸缘与管道法兰配用 因此它的联接尺寸应根据所选用的管法兰来确定 第十一章人孔 手孔 视镜和液面计第十二章开孔补强与设备凸缘第十三章容器支座第十四章容器的焊接结构 第十三章容器支座 13 1卧式容器支座 容器的支座 是用来支承容器的重量 固定容器的位置并使容器在操作中保持稳定 支座的结构型式很多 主要由容器的自身的型式决定 分卧式容器支座 立式容器支座和球形容器支座 卧式容器的支座有三种 鞍式支座 圈座和腿式支座 第十三章容器支座 鞍座按其承受载荷可分为A型 轻型 和B型 重型 两类 其中重型又分为B B 五种型号 p341表13 1 A型和B型的区别在于筋板和底板 垫板等尺寸不同或数量不同 第十三章容器支座 根据底板上螺栓孔形状的不同 鞍座又分为固定式支座 代号F 和滑动式支座 代号S 两种安装形式 固定式鞍座底板上开圆形螺栓孔 滑动式支座开长圆形螺栓孔 在一台容器上 固定式和滑动式支座 活动支座 总是配对使用 在安装滑动支座时 采用两个螺母 第一个螺母拧紧后倒退一圈 然后用第二个螺母锁紧 这样可以保证设备在温度变化时 鞍座能与容器一起作轴向滑动 F型 S型 第十三章容器支座 鞍座的位置A的确定 1 当筒体的L D较大 且鞍座所在平面内又无加强圈时 应尽量利用封头对支座处筒体的加强作用 取A 0 25D 2 当筒体的L D较小 D较大 或鞍座所在平面内有加强圈时 取A 0 2L 一台卧式容器的鞍式支座 一般情况下不宜多于两个 否则引起筒壁内的附加应力 D 第十三章容器支座 鞍座标记 JB T4712 92 鞍座 固定鞍座F 滑动鞍座S 公称直径 mm 例 容器的公称直径为800mm 支座包角120 重型 不带垫板 标准高度的固定式弯制支座 标记 JB T4712 92鞍座BV800 F 第十三章容器支座 13 2立式容器支座 立式容器的支座主要有耳式支座 悬挂式支座 支承式支座和裙式支座三种 中 小型直立容器常采用耳式或支撑式支座 高大的塔设备则广泛采用裙式支座 一 耳式支座 耳式支座简称耳座 由筋板 底板和垫板组成 广泛用在反应釜及立式换热器等直立设备上 特点 简单 轻便 但对器壁会产生较大的局部应力 当设备较大或器壁较薄时 应在支座与器壁间加一垫板 第十三章容器支座 第十三章容器支座 A型 短臂 B型 长臂 第十三章容器支座 结构 在容器封头底部焊上数根支柱 直接支承在基础地面上 二 支撑式支座 JB T4724 92 第十三章容器支座 三 裙式支座JB T4713 92 第十一章人孔 手孔 视镜和液面计第十二章开孔补强与设备凸缘第十三章容器支座第十四章容器的焊接结构 第十四章容器的焊接结构 14 1焊接接头及其分类 化工装置焊接的构件量约占75 左右 焊接接头的结构设计是否合理是影响整台容器安全使用的主要因素之一 因此焊接接头结构设计是压力容器设计的重要内容 一 焊接接头 焊接接头 两个零件或一个零件的两部分在焊接连接部位处的结构总称 焊接接头结构 接头形式 坡口形式 焊接形式 第十四章容器的焊接结构 1 接头形式 接头形式 焊接接头中两个相互连接零件中面的相对位置关系 对接接头 角接接头和T型接头 搭接接头 焊接接头形式 第十四章容器的焊接结构 1 对接接头 对接 将两块钢板对在一起焊接 一块钢板卷成圆筒后对在一起焊接 也属对接 特点 对接接头容易焊透 受力情况好 应力分布均匀 联接强度高 因而焊接接头质量容易保证 应用 最常用的焊接结构形式 第十四章容器的焊接结构 2 角接接头和T型接头 结构 两个相互连接零件在接头处的中面相互垂直或相交成某一角度进行焊接的接头 两构件成T字形焊接在一起的接头 叫T型接头 角接接头和T字接头都形成角焊缝 特点 结构不连续 承载后受力状态不如对接接头 应力集中比较严重 且焊接质量也不易得到保证 应用 某些特殊部位 如接管 法兰 夹套 管板和凸缘的焊接等 第十四章容器的焊接结构 3 搭接接头 结构 两个相互连接零件在接头处有部分重合在一起 中面相互平行 进行焊接的接头 特点 属于角焊缝 与角接接头一样 在接头处结构明显不连续 承载后接头部位受力情况较差 应用 主要用于加强圈与壳体 支座垫板与器壁以及凸缘与容器的焊接 第十四章容器的焊接结构 2 坡口形式 为保证全熔透和焊接质量 减少焊接变形 施焊前 一般将焊件连接处预先加工成各种形状 不同的焊接坡口 适用于不同的焊接方法和焊件厚度 第十四章容器的焊接结构 U型坡口 焊前 U型坡口 焊后 I形 V形 单边V形 U形 J形 坡口的基本形式 第十四章容器的焊接结构 X形坡口 焊前 X形型坡口 焊后 组合形坡口 双V形坡口 焊前 特例 一般接头应开设坡口 而搭接接头无需开坡口即可焊接 第十四章容器的焊接结构 3 焊缝形式 焊缝形式 基本形式 组合形式 对接焊缝 由两个相对的熔化面及其中间的焊缝金属组成 角接焊缝 由相互垂直或相交为某一角度的两熔化面及呈三角形断面形状的焊缝金属组成 对接接头 角接接头 搭接接头 T形接头 T形接头 角接接头 第十四章容器的焊接结构 二 压力容器上的焊接接头分类 为对口错边量 热处理 无损检测 焊缝尺寸等方面有针对性地提出不同的要求 GB150根据位置 该接头所连接两元件的结构类型以及应力水平 把接头分成A B C D四类 第十四章容器的焊接结构 压力容器上的焊缝分类 二 压力容器上的焊接接头分类 第十四章容器的焊接结构 1 A类焊接接头 圆柱形或圆锥形壳体的纵向焊接接头 凸形封头的拼接焊接接头 半球形封头与筒体连接的环向焊接接头 用整锻件补强时 嵌入式接管与筒体连接的焊接接头 焊接接头结构 对接接头 对接焊缝承受着受压元件中的最大薄膜应力 焊接接头系数j是根据这类接头确定的 第十四章容器的焊接结构 3 C类焊接接头 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 4 D类焊接接头 接管 人孔 凸缘 补强圈等与壳体连接的接头 但已规定为A B类的焊接接头除外 2 B类焊接接头 筒节与筒节之间 筒节与椭圆形封头 蝶形封头 锥形封头以及乙型法兰 长颈法兰之间的环向焊接接头 锥形封头小端与接管连接的环向焊接接头 长颈法兰与接管连接的接头 第十四章容器的焊接结构 压力容器上的焊接接头分类的原则仅根据焊接接头在容器所处的位置而不是按焊接接头的结构形式分类 所以 在设计焊接接头形式时 应由容器的重要性 设计条件以及施焊条件等确定焊接结构 这样 同一类别的焊接接头在不同的容器条件下 就可能有不同的焊接接头形式 二 压力容器上的焊接接头分类 第十四章容器的焊接结构 14 2压力容器中的焊接接头 一 压力容器焊接结构设计的基本原则 1 尽量采用对接接头 三种接头形式中 对接接头的应力集中较小 采用对接接头易于保证焊接质量 所有的纵向及环向焊接接头 凸形封头上的拼接焊接接头 必须采用对接接头外 其它位置的焊接结构也应尽量采用对接接头 第十四章容器的焊接结构 2 尽量采用全熔透的结构 不允许产生未熔透缺陷 未熔透指基体金属和焊缝金属局部未完全熔合而留下空隙的现象 未熔透导致脆性破坏的起裂点 在交变载荷作用下 它也可能诱发疲劳破坏 改进措施 选择合适的坡口形式 如双面焊 当容器直径较小 且无法从容器内部清根时 应选用单面焊双面成型的对接接头 如用氩弧焊打底 或采用带垫板的坡口等 第十四章容器的焊接结构 3 尽量减少焊缝处的应力集中 接头常常是脆性破坏和疲劳破坏的起源处 因此 在设计焊接结构时必须尽量减少应力集中 措施 尽可能采用等厚度焊接 对于不等厚钢板的对接 应将较厚板按一定斜度削薄过渡 然后再进行焊接 以避免形状突变 减缓应力集中程度 一般当薄板厚度 2不大于10mm 两板厚度差超过3mm 或当薄板厚度 2大于10mm 两板厚度差超过薄板的30 或超过5mm时 均需按要求削薄厚板边缘 第十四章容器的焊接结构 二 压力容器常用焊接结构设计 主要内容 选择合适的焊缝坡口 方便焊材 焊条或焊丝 伸入坡口根部 以保证全熔透 坡口选择因素 尽量减少填充金属量 保证熔透 避免产生各种焊接缺陷 便于施焊 改善劳动条件 减少焊接变形和残余变形量 对较厚元件焊接应尽量选用沿厚度对称的坡口形式 如X形坡口等 第十四章容器的焊接结构 14 3焊接接头的检验 一 焊接接头缺陷 1 焊接接头的外部缺陷 1 焊缝增强过高 余高过高 当焊接坡口的角度开得太小或焊接电流过小时 均会出现这种现象 由于应力集中易发生破坏 因此 为提高压力容器的疲劳寿命 要求将焊缝的增强高铲平 2 焊缝过凹因焊缝工作截面的减小而使接头处的强度降低 焊缝增强过高 焊缝过凹 第十四章容器的焊接结构 2 焊接接头的内部缺陷 1 未焊透2 夹渣 夹渣 第十四章容器的焊接结构 3 气孔焊缝金属在高温时 吸收了过多的气体 如H2 或由于熔池内部冶金反应产生的气体 如CO 在熔池冷却凝固时来不及排出 而在焊缝内部或表面形成孔穴 即为气孔 气孔的存在减少了焊缝有效工作截面 降低接头的机械强度 若有穿透性或连续性气孔存在 会严重影响焊件的密封性 第十四章容器的焊接结构 4 裂纹焊接过程中或焊接以后 在焊接接头区域内所出现的金属局部破裂叫裂纹 裂纹可能产生在焊缝上 也可能产生在焊缝两侧的热影响区 有时产生在金属表面 有时产生在金属内部 通常按照裂纹产生的机理不同 可分为热裂纹和冷裂纹两类 第十四章容器的焊接结构 肉眼或用5 20倍放大镜观察 可发现焊缝表面缺陷 如咬边 焊瘤 表面裂纹 气孔 夹渣及焊穿等 焊缝的外形