内压薄壁圆筒和球壳设计.ppt

第九章内压薄壁圆筒和球壳设计 第一节概述第二节内压薄壁圆筒和球壳强度计算第三节容器的压力试验 第一节概述 设计顺序 工艺要求 容器直径 尺寸 给定的内直径 设计压力 设计温度 介质腐蚀性 设计合适的厚度 使用寿命内安全运行 第一节概述 压力容器强度计算的内容 新容器强度设计 在用容器的强度校核 确定设计参数 选择使用材料 确定容器结构型式 计算筒体与封头厚度 选取标准件 绘制设备图纸 第一节概述 在用容器的强度校核 根据实测的厚度进行强度校核 安全使用期限 监控使用条件 提出判废依据 第二节内压薄壁圆筒和球壳强度计算 一 薄壁圆筒强度计算公式 第三强度理论 1理论计算厚度 计算厚度应考虑下面两个因素 1 焊接接头系数 2 容器内径 s t 钢板在设计温度t 下的许用应力 MPa 表9 1 9 4 焊接接头系数 钢板卷焊 夹渣 气孔 未焊透等缺陷 导致焊缝及其附近区域强度可能低于钢材本体的强度 钢板 s t乘以焊接接头系数 1 值 可查表9 6 容器内径 工艺设计确定内径Di 制造测量也是内径 而受力分析中的D却是中面直径 解出d 得到内压圆筒的计算厚度 最小理论计算厚度 2设计厚度与名义厚度 1 钢板负偏差C1 2 腐蚀裕量C2 n GB150 1998 钢制压力容器 规定 式中d 圆筒计算厚度 mm dd 圆筒设计厚度 mm Di 圆筒内径 mm pc 容器设计压力 MPa 焊接接头系数 名义厚度 筒体设计厚度加上厚度负偏差后向上圆整 即为筒体名义厚度dn 式中 dn 圆筒名义厚度 mm 圆整成钢材标准值 d 圆筒的计算厚度 mm C1 钢板负偏差C2 腐蚀裕量 写在图纸上的钢板厚度 de 圆筒有效厚度 3有效厚度 设计温度下圆筒的最大允许工作压力 设计温度下圆筒的计算应力 圆筒容器各种厚度关系 e C2 d C1 n 4压力容器的最小厚度 当设计压力很低时 按强度公式计算出来的厚度就太小 不能满足制造 运输和安装的要求 为此规定不包括腐蚀裕量的最小厚度 规定 1对碳素钢 低合金钢容器 不小于3mm2对高合金钢制容器 不小于2mm 二 薄壁球壳强度计算 设计温度下球壳的计算厚度 设计厚度 薄壁球壳主应力 二 薄壁球壳强度计算 设计温度下球壳的计算应力 设计温度下球壳的最大允许工作压力 三 设计参数的确定 设计压力 表压 计算压力设计温度许用应力焊接接头系数厚度附加量 设计压力 计算压力 设计压力 相应设计温度下确定壳壁厚度的压力 亦即标注在铭牌上的容器设计压力 其值稍高于最大工作压力 最大工作压力 是指容器顶部在工作过程中可能产生的最高压力 表压 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 示例 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 设计压力 计算压力 使用安全阀时设计压力不小于安全阀开启压力或取最大工作压力1 05 1 10倍 使用爆破膜根据其型式 一般取最大工作压力的1 15 1 3倍作为设计压力 容器内盛有液体 若其静压力不超过最大工作压力的5 则设计压力可不计入静压力 否则 须在设计压力中计入液体静压力 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 设计温度 选择材料和许用应力的确定直接有关 设计温度指容器正常工作中 在相应的设计条件下 金属器壁可能达到的最高或最低温度 设计温度 器壁温度通过实测或由传热计算 不被加热或冷却 筒内介质最高或最低温度 用蒸汽 热水或其它载热体加热或冷却 载体最高温度或最低温度 不同部位出现不同温度分别计算查手册 表9 1 许用应力 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 抗拉强度 屈服强度 蠕变强度 疲劳强度 取其中最低值 当设计温度低于0 时 取20 时的许用应力 公式9 10 9 11表9 2 表9 3 表9 4 表9 5 5焊接接头系数 焊接削弱而降低设计许用应力的系数 根据接头型式及无损检测长度比例确定 符合 压力容器安全技术检察规程 才允许作局部无损探伤 抽验长度不应小于每条焊缝长度的20 5 焊接接头系数 f 容器上存在有 纵焊缝 A类焊缝环焊缝 B类焊缝需要进行无损检验 检验方法主要是 X射线检查和超声波检查 为什麽要进行无损检验 常见的焊接形式 常见对接焊焊缝结构 缺陷 夹渣 未焊透 晶粒粗大等 在外观看不出来 熔池内金属从熔化到凝固的过程受到熔池外金属的刚性约束 内应力很大 焊缝区强度比较薄弱 焊接后常出现 焊接缺陷 为综合考虑筒体强度 设计公式中将钢板母材的许用应力乘以f 1 f 6厚度附加量 满足强度要求的计算厚度之外 额外增加的厚度量 包括由钢板负偏差 或钢管负偏差 Cl 腐蚀裕量C2 即C Cl十C2 表9 10钢板厚度负偏差 腐蚀裕量C2应根据各种钢材在不同介质中的腐蚀速度和容器设计寿命确定 塔类 反应器类容器设计寿命一般按20年考虑 换热器壳体 管箱及一般容器按10年考虑 当腐蚀速度0 05 0 1mm a时 单面腐蚀取C2 1mm 双面腐蚀取C2 2 4mm 腐蚀速度 0 05mm a时 单面腐蚀C2 1mm 双面腐蚀取C2 2mm 不锈钢取C2 0 氢脆 碱脆 应力腐蚀及晶间腐蚀等 增加腐蚀裕量不是有效办法 而应根据情况采用有效防腐措施 工艺减薄量 可由制造单位依据各自的加工工艺和加工能力自行选取 设计者在图纸上注明的厚度不包括加工减薄量 第三节容器的压力试验 压力试验的时机 1 容器制成后 2 检修后 试验目的 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 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 试验压力 名义壁厚确定后 校核压力试验条件下的强度是否满足要求 以免进行压力试验时出现危险 1 试验压力的确定 内压容器的试验压力 p 设计压力MPa s 元件材料在实验温度下的许用应力 MPa s t 元件材料在设计温度下的许用应力 MPa 注 1 容器铭牌上规定有最大允许工作压力时 公式中应以最大允许工作压力代替设计压力 2 容器各元件 圆筒 封头 接管 法兰及紧固件 所用材料不同时 应取各元件材料的 s s t比值中较小者 思考 1 压力试验目的 压力试验强度校核目的 何时进行 2 在进行压力试验过程中 检查什麽 何时检查 3 是否所有压力容器在制成後都要进行气密试验检查 压力试验分类 液压试验介质 一般为水 过程 充水排气 设计压力无泄漏 开始 试验压力下保压30分钟 卸压 吹净 结束 试验压力的80 保压检查 注意 不锈钢容器 水中氯离子不得超过25mg L 试压合格的条件 1 无渗漏 2 无可见变形 3 试验过程中无异常响声 4 b 540MPa的材料 表面经无损检验无裂纹 气压试验 不适合液压试验的 如因结构缘故排液或充液困难 或容器内不允许残留微量液体时采用 气密试验 针