eq情商_压力容器设计基础

1 压力容器设计基础李洪亮 2 压力容器 特种设备安全监察条例 第九十九条第 二 款 压力容器是指盛装气体或者液体 承载一定压力的密闭设备 其范围规定为最高工作压力大于或者等于0 1MPa 表压 且压力与容积的乘积大于或者等于2 5MPa L的气体 液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器 盛装公称工作压力大于或者等于0 2MPa 表压 且压力与容积的乘积大于或者等于1 0MPa L的气体 液化气体和标准沸点等于或者低于60 液体的气瓶 氧舱等 3 压力容器TSGR0004 2009 固定式压力容器安全技术监察规程 1 3条 工作压力大于或者等于0 1MPa 表压 不含液体静压力 下同 工作压力与容积的乘积大于或者等于2 5MPa L 盛装介质为气体 液化气体以及介质最高工作温度高于等于标准沸点的液体 4 压力容器的分类根据生产装置中工艺单元过程分类非均相 液固 气固 分离搅拌与混合制冷与深冷热量传递蒸发结晶蒸馏吸收与解析萃取吸附干燥反应贮存 5 压力容器的分类根据生产过程中的作用原理分类反应容器 R 换热容器 E 分离容器 S 储存容器 C 球罐B 6 压力容器的分类根据压力等级分类低压容器 L 中压容器 M 高压容器 H 超高压容器 U 常压容器 7 压力容器的分类根据温度分类GB150 20 低温容器日本 10 英国 0 德国 10 8 压力容器的分类根据 容规 分类 类 类 类 9 压力容器的分类根据 压力容器压力管道设计许可证 分类A类 A1 超高压容器 高压容器 A2 第三类低 中压容器 A3 球形储罐 A4 非金属压力容器 C类 C1 铁路罐车 C2 汽车罐车或长管拖车 C3 罐式集装箱 D类 D1 第一类压力容器 D2 第二类低 中压容器 SAD类 压力容器分析设计 10 压力容器的分类根据 压力容器制造许可证 分类A类 A1 超高压容器 高压容器 A2 第三类低 中压容器 A3 球形储罐现场组焊或球壳板制造 A4 非金属压力容器 A5 医用氧仓 B类 B1 无缝气瓶 B2 焊接气瓶 B3 特种气瓶 C类 C1 铁路罐车 C2 汽车罐车或长管拖车 C3 罐式集装箱 D类 D1 第一类压力容器 D2 第二类低 中压容器 11 压力容器的分类其他分类方法按容器主体材料按容器结构型式按容器截面形状按容器主轴线方向按容器壁厚 12 压力容器工作条件及特点温度条件液氢装置 253 液态空气及其他气体的制取 196 苯乙烯装置中SMART反应器 650 乙烯生产装置中的管式裂解炉 1100 13 压力容器工作条件及特点压力条件超高压人造水晶釜 200MPa低密度聚乙烯反应釜 300MPa低真空 100kPa 3kPa 绝压 中真空 3kPa 0 1Pa 绝压 高真空 0 1Pa 0 1mPa 绝压 甚高真空 0 1mPa 0 1 Pa 绝压 超高真空 0 1 Pa 绝压 14 压力容器工作条件及特点介质腐蚀条件同一种材料在不同介质中 不同材料在同一介质中 同一种材料同一种介质在不同内部 外部条件下都会表现出不同的腐蚀规律 碳钢在稀硫酸中极不耐蚀 但在浓硫酸中却很稳定 铅耐稀硫酸 但不能在浓硫酸中使用 不锈钢在中 低浓度的硝酸中耐蚀 但不耐浓硝酸的腐蚀 碳钢在稀硫酸中是均匀腐蚀 奥氏体不锈钢在氯化物的水溶液中会由于应力腐蚀而产生裂纹 15 压力容器工作条件及特点介质的危害性在石油 化工 天然气的工业生产装置中 参与过程的绝大部分是易燃 易爆 有毒或有腐蚀性的物质 同时这些物质的状态在工艺过程中受温度 压力的控制不断变化 16 压力容器工作条件及特点其他载荷条件风载荷 地震载荷有些设备可能是在循环载荷作用下运行 同时还可能承受热应力循环作用设备及其内件 附件自重设备内盛装的物料重量 试验状态下的液体重量来自支承 连接管道及相邻设备的作用载荷设备运输 安装 维修时可能承受的作用载荷 17 压力容器工作条件及特点装置的大型化炼油装置中的减压蒸馏塔直径10000长40000乙烯装置中的丙烯塔直径10000高94000重量1100吨氨合成塔直径2500长22000壁厚200甲醇反应器直径6500长14000壁厚220核工业中的沸水反应堆直径7800壁厚190重量1000吨煤液化加氢反应器直径4810壁厚338重量2040吨乙二醇列管式反应器直径5000长10000管数9000立式圆筒形油品贮罐直径100000高21800容积150000m3 18 压力容器工作条件及特点结构多样性卧式 立式 换热器 塔器 圆筒形贮槽 球罐 空冷器 余热锅炉等换热器 固定管板式 浮头式 填函式 U形管式 单管程 多管程 双管板 带导流筒 带膨胀节 19 压力容器工作条件及特点主要结构组成受内压或外压的圆筒壳各种形式的封头 平盖开孔及其补强元件法兰连接膨胀节 20 近代压力容器的发展趋势大型化 高参数高温蠕变低应力脆断疲劳问题 21 对压力容器的基本要求满足 工艺 使用要求安全可靠性强度 刚度 稳定性 密封性 耐蚀性合理的经济成本 22 压力容器强度失效准则有三种观点弹性失效 常规设计 GB150等 认为壳体内壁产生屈服即达到材料屈服限时该壳体即失效 将应力限制在弹性范围 按照强度理论把筒体限制在弹性变形阶段 塑性失效 分析设计 JB4732 将容器的应力限制在塑性范围 认为圆筒内壁面出现屈服而外层金属仍处于弹性状态时 并不会导致容器发生破坏 只有当容器内外壁面全屈服时才为承载的最大极限 爆破失效 高压 超高压设计认为容器由韧性钢材制成 有明显的应变硬化现象 即便是容器整体屈服后仍有一定承载潜力 只有达到爆破时才是容器承载最大极限 23 圆筒内的应力关于回转薄壳的无力矩理论压力容器应力分类简述压力容器设计及相关问题 24 一压力容器壳体厚度为 内半径为Ri 内直径为Di 受气体压力p作用的壳体 如图所示 圆筒内的应力 25 在圆筒中间沿径线平面切开为两段 如图 在研究的壳体上作用有外力p 流体压力 壳体厚度上存在内力 单位面积上为应力 在轴线方向作力的平衡 圆筒内的应力 26 在圆筒中间沿轴线平面切开为两段 如图 在研究的壳体上作用有外力p 流体压力 壳体厚度上存在内力 单位面积上为应力 在轴线方向作力的平衡 圆筒内的应力 27 受内压的圆筒体的壳体中的轴向和周向应力 周向应力时轴向应力的2倍 如果控制周向应力 不超过许用应力 即 则可得容器的强度尺寸为 圆筒内的应力 28 弹性失效准则下的四个强度理论 第一强度理论 最大主应力理论 材料不论在什么复杂的应力状态下 只要三个主应力中有一个达到轴向拉伸或压缩中破坏应力的数值时 材料就要发生破坏 第二强度理论 最大变形理论 材料的破坏取决于最大线应变 即最大相对伸长或缩短 第三强度理论 最大剪应力理论 无论材料在什么应力状态下 只要最大剪应力达到在轴向拉伸中破坏时的数值 材料就发生破坏 第四强度理论 剪切变形能理论 材料的破坏取决于变形比能 把材料的破坏归结为应力与变形的综合 圆筒内的应力 29 根据第一强度理论 最大主应力 周向应力 小于等于许用应力 承压容器就是安全的 但是该公式所计算出的最大应力值 与精确值相比相差较大 大约小23 将内径换为中径 计算值与精确值相差减小 约为3 8 容器的中径D Di 则有按照第一强度理论 用中径公式计算压力容器的壁厚 圆筒内的应力 30 基本概念壳体 以两个曲面为界 且曲面间的距离远小于其他方向尺寸的物体壳体厚度 两曲面间的距离中面 平分壳体曲面的曲面薄壳 壳体厚度 与中面曲率半径R之比 R 0 1的壳体回转壳 中面由一根平面曲线绕一根在平面内的定轴旋转而成的壳体轴对称问题 几何形状 承受载荷 边界支承均对旋转轴对称的力学问题 回转薄壳无力矩与有力矩理论概念 31 薄膜内力 引起薄壳结构中面的拉伸 压缩和剪切变形的内力 在轴对称情况下由于对称性 不存在剪切内力 弯曲内力 引起薄壳结构中面产生曲率 扭率改变的内力 在轴对称情况下不存在扭矩和横向剪力 无力矩理论 壳体的应力状态仅由法向内力确定的薄壳应力理论 有力矩理论 壳体内的应力状态同时由薄膜内力和弯曲内力确定的薄壳应力理论 回转薄壳无力矩与有力矩理论概念 32 回转壳的几何特性母线形成中间面的平面曲线经线通过回转轴作一纵截面 其与壳体中间曲面相交所得的交线形状与母线相同经线平面经线平面的位置 法线通过经线上任意一点M垂直于中间面的直线MN 称为中间面在该点的法线法线的延长线必与回转轴相交 薄膜应力理论的应力方程式 33 纬线与锥截面过M点作圆锥面与壳体中间面正交 所得的交线是一个圆 称其为回转面的纬线 过M点作垂直于回转轴的平面与中间面相交形成的交线也是一个圆 称为回转面的平行圆 从形成的相交线来说 纬线和平行圆是同一条圆周曲线 用与壳体正交的圆锥截面截取壳体 得到壳体的厚度 锥截面 用垂直于轴线的平面截取壳体 得不到壳体的真实厚度 横截面 薄膜应力理论的应力方程式 34 第一曲率半径R1中间面上任一点M处经线的曲率半径曲率中心必在过M点的法线上第二曲率半径R2通过经线上一点M的法线作垂直于经线的平面 其与中间面相交得平面曲线CM CM的曲率半径即第二曲率半径第二曲率半径的中心在MN上 且在回转轴上 薄膜应力理论的应力方程式 35 平行圆半径r平行圆圆心在回转轴上 薄膜应力理论的应力方程式 36 回转壳体受轴对称的内压力p经线和纬线均发生伸长变形经线方向产生经向应力 纬线方向产生周向应力 环向应力 经向应力作用在锥截面上环向应力作用在经线平面与壳体相截形成的纵向截面上由于对称性 在同一纬线上各点经线应力均相等 周向应力也相等 薄膜应力理论的应力方程式 37 经向应力计算公式 区域平衡方程式作用在锥截面上的经向应力在轴线方向的合力 薄膜应力理论的应力方程式 38 经向应力计算公式 区域平衡方程式作用在分离体上的外力 内压 在轴线方向的合力 Q力的大小只取决于截面处的横截面面积与气体压强p 而与截取壳体承压的内表面形状与尺寸无关 薄膜应力理论的应力方程式 39 经向应力计算公式 区域平衡方程式 注意 适用于承受气体介质压力的壳体 薄膜应力理论的应力方程式 40 周向应力计算公式 微体平衡方程式用三对截面从壳体上切出一微体作为分离体壳体的内外表面相邻的经线平面相邻的与壳体正交的锥截面 薄膜应力理论的应力方程式 41 周向应力计算公式 微体平衡方程式bc和ad上作用有经向应力 ab和cd上作用有周向应力 内表面作用有内压力p外表面不受力由于所取微体足够小 认为应力在截面上分布均匀 可由区域平衡方程求得 薄膜应力理论的应力方程式 42 周向应力计算公式 微体平衡方程式在微体abcd面积上内压力p所产生的合力在法线n上的投影 薄膜应力理论的应力方程式 43 周向应力计算公式 微体平衡方程式在bc cd截面上经向应力 的合力在法线n上的投影 薄膜应力理论的应力方程式 44 周向应力计算公式 微体平衡方程式在bc cd截面上经向应力 的合力在法线n上的投影 薄膜应力理论的应力方程式 45 周向应力计算公式 微体平衡方程式 薄膜应力理论的应力方程式 微体平衡方程式 拉普拉斯方程式 46 只要回转壳体任一点的R1 R2以及壳体壁厚为已知 则该点由介质内压力p产生分经向应力和周向应力就可求出 两个应力方程式的导出都以应力沿壁厚均匀分布为前提 而这种情况只有在壳壁较薄以及离两个不同形状的壳体联接区稍远处才是正确的 薄膜应力理论的应力方程式 薄膜应力理论基本方程式 47 薄膜应力理论的应用条件是回转壳体 而且回转壳体曲面在几何上是对称的 壳壁厚度无突变 曲率半径是连续变化的 材料的物理性能是相同的 载荷在壳体曲面上的分布是轴对称和连续的 没有突然变化 壳体几何形状及载荷分布的对称性和连续性 薄膜应力理论的应力方程式 48 承受气体压力的球形壳体 无矩理论的应用 球壳是中心对称的 各处应力相等 强度最好 49 承受气体压力的圆筒形壳体 无矩理论的应用 圆筒形壳体周向应力是轴向应力的两倍 50 承受气体压力的圆筒形壳体焊接的圆筒压力容器 其纵向 轴向 焊缝的强度应高于横向 周向 焊缝的强度 开设椭圆形人孔时 应将短轴放在轴线方向 以尽量减小纵截面强度削弱程度 壳壁应力大小与 R成反比 R的大小体现着圆筒承压能力的高低 无矩理论的应用 51 承受气体压力的圆锥形壳体 不宜过大 一般 45 r 锥底应力最大 锥顶应力最小 2 无矩理论的应用 52 承受气体压力的椭圆形壳体 无矩理论的应用 53 承受气体压力的椭圆形壳体椭球壳中的 是坐标 x y 的函数椭球壳上应力是连续变化的椭球壳中应力的大小及分布与a b有关a b 1 椭球壳即为球壳 应力分布均匀a b 受力状况变差 无矩理论的应用 54 承受气体压力的椭圆形壳体 无矩理论的应用 55 承受气体压力的椭圆形壳体椭圆形封头钢板冲压成型a b 浅易制造 a b 深制造难 标准椭圆封头a b 2最大拉应力与最大压应力在数值上相等 等于筒体上周向应力 封头与筒体等强度 无矩理论的应用 56 承受气体压力的椭圆形壳体封头是与筒体相连接的 在连接部位 由于封头和筒体的变形不协调 将产生边缘力和力矩 引起封头内的附加应力 无矩理论的应用 57 受压薄壳部件独立变形情况如图左受压薄壳整体实际变形情况如图右等厚度薄壳产生变形不一致的原因应力突变 如球壳的周向应力比圆筒壳的周向应力小 球壳的周向应变比圆筒壳的周向应变小 导致球壳的半径增大小于圆筒壳的半径的增大量 曲率突变 球壳的曲率半径为有限定值 而圆筒的第一曲率半径无限大 力学分析证明曲率变化引起弯曲应力 薄壳压力容器有力矩问题简述 58 一般回转薄壳产生弯曲应力的原因应力突变几何曲率突变刚度突变 如圆平板与圆筒壳的连接 平板在其面内的刚度比圆筒在同一面内的刚度大得多 平板的径向应变比圆筒小很多 壳体厚度突变载荷突变 如支承处 载荷不对称 存在集中力和力偶 存在圆周方向的法向线性分布载荷材料性能突变均匀应力引起曲壳的拉伸 使其曲率发生变化 产生弯曲应力 由于变形限制在弹性范围内 这一弯曲应力相对薄膜应力是微量 薄壳压力容器有力矩问题简述 59 边缘应力的概念不连续部位 壳体连接处和支承处不连续部位的力学分析法 力法 把壳体的解分解为薄膜解和有矩解 薄膜解用无力矩理论求解 有矩解采用如图计算模型 求解保证不连续部位的变形协调而产生的边缘力P0和边缘弯矩M0 分别建立在P0和M0以及介质压力作用下 使不连续部位的两壳体的径向位移和转角保持相等的两个方程 可求出P0和M0 然后把它们代入有力矩解方程中 求出它们产生的应力 边缘应力 由边缘力和边缘弯矩引起的应力 薄壳压力容器有力矩问题简述 60 边缘应力的类型和特点边缘应力的类型 使不连续部位发生转角变化的是弯曲应力 沿壳体厚度线性变化 使平行圆胀缩的主要是沿壁厚均匀分布的应力 属薄膜应力 边缘应力的局部性 边缘应力仅局限在不连续部位附近 称为边缘应力的局部性 其作用范围与同一量级 理论分析表明 边缘应力在边缘附近区域较大 很快衰减到零 边缘应力的自限性 当壳体材料具有良好的塑性 在边缘附近边缘应力值很高时 会使材料发生屈服 自动使边缘应力限制在一定范围 又因边缘应力的局部性 屈服区被广大弹性区包围 从而不致使塑性区发生整体性塑性流动 造成壳体破裂 薄壳压力容器有力矩问题简述 61 回转薄壳无力矩理论的适用条件壳体的几何 壳体厚度 曲率半径不得有突变 壳体的材料 壳体材料的物理性能相同 受力情况 不能有集中力 不能有垂直于壳面法向的力和力矩 分布面力必须轴对称 边界支承情况 只可有沿切线方向的约束 而且边界处转角与挠度不应受到约束 薄壳压力容器有力矩问题简述 62 规则设计 对边缘应力的处理方法壳体连接处采用挠性结构 如圆弧过渡 不等厚板削薄连接 局部加强措施 如锥壳的加厚段 减少外界引起的附加应力 如焊接残余应力 支座处的集中应力 开孔接管处的应力集中 薄壳压力容器有力矩问题简述 63 在半径为R 厚度为t 承受轴对称横向载荷pZ的圆平板中 用半径为r和r dr的两个圆柱以及夹角为d 的两个径向截面 从圆板中截出一微圆体 见图 平板问题 64 平板问题 65 受轴对称均布载荷薄圆平板的应力有以下特点 板内为二向应力 r 平行于中面各层相互之间的正应力及剪力引起的切应力均可予以忽略 正应力 r 沿板厚度呈直线分布 在板的上下表面有最大值 是纯弯曲应力 应力沿半径的分布与周边支承方式有关 在工程实际中的圆平板周边支承是介于固支和简支两者之间的形式 薄板结构的最大弯曲应力 max与 R t 2成正比 而薄壳的最大拉 压 应力与R t成正比 故在相同R t条件下 薄板所需厚度比薄壳大 平板问题 66 对于周边简 铰 支情况来说 最大挠度和最大应力均发生在圆板中心处 而对于周边固支情况来说 最大挠度发生在中心处 最大应力发生在圆板周边处 如图所示 平板问题 67 支承的影响 周边简 铰 支板的最大正应力大于周边固支板的应力 周边简 铰 支板的最大挠度远大于周边固支板的挠度 通常最大挠度和最大应力与圆平板的材料 E 半径 厚度有关 因此 若构成板的材料和载荷已确定 则减小半径或增加厚度都可减小挠度和降低最大正应力 欲提高平板的强度和刚度 多是采用改变其周边支承结构 使它更趋近于固支条件 增加圆平板厚度或用正交栅格 圆环肋加固平板等方法来实现 平板问题 68 压力容器的应力分类应力分类的原因 应力产生的原因不同 如薄膜应力是由于与外力平衡而产生的 边缘应力是由于保持不连续处的变形协调而产生的 应力沿壳体壁厚的分布规律不同 如薄膜应力是均匀分布 边缘弯曲应力是线性分布 对壳体失效的贡献不同 与外力平衡产生的应力无自限性 对失效的贡献大 有自限性的应力对失效的贡献小 压力容器应力分析方法简述 69 压力容器的应力分类应力分类的原则 按应力产生的原因按应力的分布按对失效的影响 压力容器应力分析方法简述 70 应力分类 一次应力二次应力峰值应力一次应力 P 平衡压力与其它机械载荷的应力 它是维持结构各部分平衡直接需要的应力 无自限性 随外载荷增加而增加 直至容器破坏 一次总体薄膜应力 Pm 一次弯曲应力 Pb 一次局部薄膜应力 PL 压力容器应力分析方法简述 71 一次总体薄膜应力 Pm 沿厚度方向均匀分布 影响范围遍及整个受压元件 一旦达到屈服点 受压元件整体发生屈服 应力不重新分布 一直到整体破坏 例如 薄壁圆筒中由内压引起的环向薄膜应力 一次弯曲应力 Pb 是平衡压力或其他机械载荷所需沿厚度方向线性分布的弯曲应力 例如 周边简支的受侧面压力的圆平板中心处的弯曲应力 压力容器应力分析方法简述 72 一次局部薄膜应力 PL 是应力水平超过一次总体薄膜应力而影响范围仅限于结构局部区域的一次薄膜应力 由内压和其它机械载荷引起的薄膜应力及边缘应力中的薄膜应力部分的统称 即局部应力区中薄膜应力的总量 例如 壳体与固定支座或与接管连接处由外加载荷引起的薄膜应力 压力容器应力分析方法简述 73 二次应力 Q 为满足相邻元件间的约束或结构自身变形的连续性要求的应力 具有局部性和自限性 即满足变形协调要求的附加应力 如边缘应力 温差引起的应力 只要不重复加载 二次应力不会导致结构的破坏 在结构内的一次应力能确保安全承受外载以及材料有足够的延伸性的前提下 二次应力水平的高低对结构承受静载能力并无影响 只在循环和交变载荷下 二次应力会导致结构丧失安定 压力容器应力分析方法简述 74 峰值应力 F 附加在一次加二次应力之上的应力增量 此增量源于局部不连续或局部热应力的影响 沿壳体厚度方向非线性分布 影响到1 4厚度范围内 数值很大 具有局部性和自限性 是疲劳裂纹产生的根源或可能断裂的原因 危险程度较低 例如在接管根部的应力峰值存在峰值应力 压力容器应力分析方法简述 75 压力容器分析设计规范对各类应力强度的限制Pm Sm 许用应力强度 PL 1 5Sm 极限载荷限制 Pm或PL Pb 1 5Sm 极限载荷限制 Pm或PL Pb Q 3Sm 安定性限制 Pm或PL Pb Q F 2 Sa 疲劳寿命限制 许用应力幅 压力容器应力分析方法简述 76 压力容器应力分析方法简述 77 规则设计标准 方法和强度准则GB150各部件单独设计 总体结构不连续的附加应力 以应力增强系数和形状系数的形式引入壁厚计算式 并将这些局部应力控制在许用范围内GB150采用弹性失效准则的最大主应力理论 压力容器设计 78 分析设计标准 方法和强度准则 JB4732各部件单独设计厚度 然后再详细考虑需要进行应力分析的部位 准确计算容器内重要部位的应力分布情况 然后根据产生应力的原因不同 对应力进行分类对不同类别的应力采用不同的强度准则进行限制 压力容器设计 79 压力容器设计的内容GB150按承压性质分内压容器设计和外压容器设计容器材料选择 内压容器按强度设计 采用薄壳理论 对总体结构不连续部位 在壁厚计算式中 考虑边缘处应力增强系数或形状系数进行修正 外压容器的失效属稳定性破坏 GB150采用图解法迭代计算 开孔接管 支座处的局部应力 采用局部处理或整体简化模型处理 如开孔补强 对立式容器校核支座处局部应力 对于卧式容器除校核支座处应力外 采用Zick的简化模型对筒体进行校核 法兰密封和强度设计 支座设计 压力容器设计 80 压力容器设计 压力容器设计 正确选材 正确设计 正确制造 严格检验 按照规范要求 减少内应力 减少不连续应力 无损探伤 保证焊缝质量 材料的韧性 81 内压球壳强度计算计算厚度计算应力设计温度下最大允许工作压力 内压容器设计 82 内压圆筒强度计算计算厚度计算应力设计温度下最大允许工作压力 内压容器设计 83 内压椭圆形封头 凹面受压 强度计算计算厚度设计温度下最大允许工作压力为保证内压下的稳定 还应满足 对于Di 2hi 2的封头 有效厚度应不小于0 15 Di 对于Di 2hi 2的封头 有效厚度应不小于0 30 Di 已考虑了内压下的弹性失稳 可不受此限制 内压容器设计 84 内压碟形封头 凹面受压 强度计算计算厚度设计温度下最大允许工作压力为保证内压下的稳定 还应满足 对于Ri r 5 5的封头 有效厚度应不小于0 15 Di 其他的封头 有效厚度应不小于0 30 Di 已考虑了内压下的弹性失稳 可不受此限制 内压容器设计 85 GB150其它受内压封头球冠形封头 凹面受压 用增强系数修正筒体壁厚计算式 直接作封头分隔两独立受压室的中间封头 内压容器设计 86 锥形封头 半锥角 60 时按平盖计算 无折边锥壳 当半锥角 30 时可采用 大小端如需增强 用增强系数修正筒体壁厚计算式 大端折边锥壳 当半锥角30 45 时采用 过渡段转角半径r 10 Di 且不小于该过渡段厚度的3倍 小端如需增强 用增强系数修正筒体壁厚计算式 小端折边锥壳 当 45 时采用 用增强系数修正筒体壁厚计算式计算过渡段壁厚 小端过渡段转角半径rs 5 Dis 且不小于该过渡段厚度的3倍 内压容器设计 87 GB150其它封头变径段平盖 内压容器设计 88 外压圆筒和外压管子设计D0 e 20的圆筒假定 n 令 e n C 定出L D0和D0 e 在外压圆筒和管子的几何参数计算图的左方找到L D0值 过此点沿水平方向右移与D0 e线相交 遇中间值用内插法 若L D0值大于50 则用L D0 50查图 若L D0值小于0 05 则用L D0 0 05查图 过此交点沿垂直方向下移 在图的下方得到系数A 外压容器设计 89 外压圆筒和外压管子设计D0 e 20的圆筒按所用材料选用适当的材料计算图 在图的下方找到系数A 若A值落在设计温度下材料的右方 则过此点垂直上移 与设计温度下的材料线相交 遇中间温度值用内插法 再过此交点水平方向右移 在图的右方得到系数B 并按下式计算许用外压力 p 若A超出设计温度曲线的最大值 取对应温度曲线右端点的纵坐标值为B值 外压容器设计 90 外压圆筒和外压管子设计D0 e 20的圆筒按所用材料选用适当的材料计算图 在图的下方找到系数A 若所得A值落在设计温度下材料线的左方 则用下式计算许用外压力 p p 应大于或等于pc 否则须再假设 n 重复上述计算 直到 p 大于且接近pc为止 外压容器设计 91 外压圆筒和外压管子设计D0 e 20的圆筒用与上面相同的步骤得到系数B值 但对D0 e 4 0的圆筒和管子按下式计算系数A值 系数A 0 1时 取A 0 1 外压容器设计 92 外压圆筒和外压管子设计D0 e 20的圆筒按下式计算许用外压力 p 0应力 取以下两值中的较小值 p 应大于或等于pc 否则须再假设 n 重复上述计算 直到 p 大于且接近pc为止 外压容器设计 93 GB150其它外压壳体球壳外压椭圆形封头 凸面受压 应注意系数K1外压碟形封头 凸面受压 球冠形封头 凸面受压 外压锥壳封头加强圈设计 外压容器设计 94 壳体厚度计算厚度 满足容器强度刚度和稳定性的厚度 设计厚度 d 计算厚度与腐蚀裕量C2之和 除上述要求外 还包括使用寿命 d C2名义厚度 n 设计厚度加上钢板负偏差C1向上圆整至钢材标准规格的厚度 即图样上注明的厚度 其值不小于设计厚度 有效厚度 e e n C1 C2毛坯厚度 名义厚度加上加工减薄量 压力容器设计参数 95 各厚度之间的关系 压力容器设计参数 96 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容器的基本设计载荷条件 其值不低于工作压力 设计压力的确定按GB150 1第4 3 3规定也可参照HG20581的规定 见下页 计算压力pc在相应设计温度下 用以确定元件厚度的压力 其中包括液柱静压力 当元件所承受的液柱静压力小于5 设计压力时 可忽略不计 工作压力在正常工作情况下 容器顶部可能达到的最高压力 压力容器设计参数 97 压力容器设计参数 98 压力容器设计参数 99 压力容器设计参数 100 压力容器设计参数 101 设计温度容器在正常工作情况下 设定的元件的金属温度 沿元件金属截面的温度平均值 设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件 设计温度的确定按GB150 1第4 3 4和4 3 5规定 压力容器设计参数 102 焊接接头系数 表示焊缝区金属强度与母材金属强度的比值 对钢制容器 对非钢制容器按相应标准的规定 双面焊或相当于双面焊的全焊透对接接头100 无损探伤 1 0局部无损探伤 0 85单面焊的对接接头 沿焊缝根部全长具有紧贴基本金属的垫板 100 无损探伤 0 9局部无损探伤 0 8 压力容器设计参数 103 钢材厚度负偏差C1按钢材标准的规定选取 GB708 2 4mm GB709 4 5 60mm GB713规定厚度负偏差采用GB709中的B级 压力容器设计参数 104 腐蚀裕量C2为防止容器元件由于腐蚀 机械磨损而导致厚度减薄 应考虑腐蚀裕量 对有腐蚀或磨损的元件 应根据预期的容器寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量 容器各元件受到的腐蚀程度不同时 可采用不同的腐蚀裕量 介质为压缩空气 水蒸汽或水的碳素钢或低合金钢制容器 腐蚀裕量不小于1mm 压力容器设计参数 105 壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度对碳素钢 低合金钢制容器 不小于3mm对高合金钢制容器 不小于2mm 压力容器设计参数 106 许用应力按GB150 2和相应引用标准选取 压力容器设计参数 107 安全系数 容规 3 8 压力容器设计参数 108 安全系数 容规 3 8 压力容器设计参数 109 安全系数 容规 3 8 压力容器设计参数 110 耐压试验检查容器在超工作压力下的宏观强度 包括材料的缺陷 容器各部分的变形和致密性 压力试验的种类 液压 气压 气液组合 耐压试验一般采用液压试验 对不适宜进行液压试验的容器 可采用气压试验或气液组合试验 气液组合试验的试验压力按气压试验 外压容器以内压进行耐压试验 对于有2个或2个以上压力室组成的多腔容器 每个压力室的试验压力按其设计压力确定 各压力室分别进行耐压试验 注意公用元件在试验压力下的稳定性以及提高试验压力时压力腔的强度 压力容器耐压试验 111 液压试验试验液体一般用水 试验合格后应立即将水排净吹干 无法完全排净吹干时 对奥氏体不锈钢制容器 应控制水的氯离子含量不超过25ppm 也可采用不会导致发生危险的其他试验液体 但试验时液体的温度应低于其闪点或沸点 并有可靠的安全措施 试验温度Q345R Q370R 07MnMoVR制容器 试验液体温度不得低于5 其他碳钢和低合金钢制容器试验液体温度不得低于15 低温容器试验液体温度应不低于壳体材料和焊接接头的冲击试验温度加20 若由于板厚等因素造成材料无塑性转变温度升高 需相应提高试验温度 压力容器耐压试验 112 气压试验和气液组合试验试验用气体应为干燥洁净的空气 氮气或其他惰性气体 试验液体与液压试验相同 试验温度同液压试验 压力容器耐压试验 113 耐压试验压力内压容器液压试验气压试验或气液组合试验 压力容器耐压试验 外压容器液压试验气压试验或气液组合试验 114 耐压试验压力对于立式容器采用卧置进行液压试验时 试验压力应计入立置试验时的液柱静压力 工作条件下内装介质的液柱静压力大于液压试验的液柱静压力时 应适当考虑相应增加试验压力 容器铭牌上规定有最高允许工作压力时 以其代替设计压力p 容器各主要受压元件材料不同时 t取最小值 t不应低于材料受抗拉强度和屈服强度控制的许用应力最小值 压力容器耐压试验 115 耐压试验应力校核如果采用大于上述规定的试验压力 在耐压试验前 应校核各受压元件在试验条件下的应力水平 例如对壳体元件校核最大总体薄膜应力 T液压试验 T 0 9ReL 气压试验或气液组合试验 T 0 8ReL 压力容器耐压试验 116 耐压试验的免除不能按规定进行耐压试验的容器 设计单位应提出在确保容器安全运行的前提下免除耐压试验所应采取的安全措施 经设计单位技术负责人批准 并在图样上注明 什么情况下耐压试验可以免除 需要采取哪些措施 压力试验的免除是仅仅针对那些不可能进行耐压试验的现场组焊的大型压力容器 如催化裂化装置中的有隔热层大型反应器和再生器 基础不能承受试验液体重量的压力容器等 不能作为一般在制造厂内生产的压力容器不进行耐压试验的依据 压力容器耐压试验 117 耐压试验的免除压力试验免除相当于减少了压力容器制造过程中的一个检验环节 当然应当采取相应的措施以保证压力容器的安全质量 所采取的措施取决于使用者和设计者对容器的要求 一般性的措施如下 1 提高对压力容器材料的要求 化学成分 力学性能和检验要求 2 提高结构设计要求 尽量采用全焊透接头 避免严重的几何不连续 3 提高无损检测的比例和级别 4 提高容器的超压泄放的能力 压力容器耐压试验 118 泄漏试验耐压试验合格后 对于介质毒性程度为极度 高度危害或者设计上不允许有微量泄漏的压力容器 应当进行泄漏试验HG20584规定应作气密性试验的压力容器为 介质为易燃易爆的 介质毒性程度为极度或高度危害的 较高真空度要求的 有微量泄漏危机容器安全 衬里容器 和正常操作的 气密性试验压力等于设计压力 压力容器泄漏试验 119 泄漏试验试验方法 以空气或其他惰性气体 加压至设计压力 气密性试验 氨渗漏检测 以氨为介质 用试纸检查泄漏的方法 A B C法 卤素检漏 氦质谱泄漏试验 压力容器泄漏试验 120 节能要求TSGR0004 2009 固定式压力容器安全技术监察规程 3 7规定 压力容器的设计应当充分考虑节能降耗原则 并且符合以下要求 充分考虑压力容器的经济性 合理选材 合理确定结构尺寸 对换热器进行优化设计 提高传热效率 满足能效要求 对有保温或者保冷要求的压力容器 要在设计文件中提出有效地保温或者保冷措施 其他问题 121 关于充装系数对于液化石油气体 当容器内剩有 5 的气相空间 温度升高1 容器内的饱和蒸气压就升高0 02 0 03MPa 由于超量灌装 随着温度升高 液化石油气的液体就会充满整个