压力容器设计.ppt

1.第四章压力容器设计第四章压力容器设计，2，4.1概述4.2设计标准4.3常规设计4.4分析设计4.5疲劳分析4.6压力容器设计技术进展，工艺设备设计，3，工艺设备设计，4，4.1概述，设计要求设计文件设计条件，设计基础知识，工艺设备设计，5，什么是压力容器设计？应该综合考虑哪些因素？6、压力容器设计，工艺设备设计，根据给定的、遵循的规则，在保证、经济、正确的前提下，进行结构、强度(刚度)和密封设计。工艺设计条件、现行规范和标准、安全性、材料选择、工艺设备设计、7、结构设计确定合理和经济的结构形式，以满足制造、检验、装配、运输和维护的要求。强(刚性)设计确定结构尺寸以满足强度或刚性和稳定性的要求，从而确保容器的安全可靠运行。密封设计选择合适的密封结构和材料，以确保良好的密封性能。8、工艺设备设计，设计要求，设计文件，设计条件，工艺设备设计，9、工艺设备设计，4.1.1设计要求，安全指结构完整性和密封性。安全是前提，经济是目标，经济应在充分保证安全的前提下尽可能实现。经济性包括节省材料、效率高、制造过程经济、运行和维护成本低等。10、工艺设备设计、安全与经济的统一，4.1.2设计文件、设计文件、设计图纸、技术条件、强度计算，必要时还应包括设计或安装及操作说明。如果根据分析和设计标准进行设计，还应提供应力分析报告。设计的表现形式是设计者劳动的体现，包括设计条件、使用的规范和标准、材料、腐蚀裕量、计算厚度、名义厚度、计算应力等。对于装有安全泄放装置的压力容器，还应计算压力容器的安全泄放量、安全阀排量和爆破片泄放面积。使用计算机软件进行计算时，必须经过“国家锅炉压力容器标准化技术委员会”的评估，并在国家质量监督检验检疫总局特种设备局注册。打印结果应包括软件程序号、输入数据和计算结果。工艺设备设计、强度计算表：12、工艺设备设计，包括压力容器的名称和类别；设计条件；必要时，应标明压力容器的使用寿命；主要受压元件的材料等级和材料要求；主要特征参数(如换热器的体积、换热面积和通过次数等。)；制造要求。热处理要求；防腐要求；无损检测要求；压力试验和气密性试验要求；安全附件的规格；压力容器铭牌的位置；包装、运输、现场组装焊接和安装要求；以及其他特殊要求。设计图纸、总图、零件图、总图、13、工艺设备设计、4.1.3设计条件、已知设计条件、设计条件通常由设计条件图表示。工艺设计条件、设计条件图纸、原始数据、工艺要求、图表、用户要求、连接表等。图示意性地示出了容器主体、主要内部部件的结构尺寸、连接位置、支撑形式和其他要表达的内容。(1):介质的学名或分子式、主要成分、比重和危害性；(2)压力和温度：工作压力、工作温度、环境温度等。(3)运行方式和要求：表示连续运行或间隙运行，压力和温度是否稳定；当压力和温度有波动时，应指出变化的频率和范围。经常打开和停放的集装箱应标明每年的驾驶和停放次数；(4)其他：也应标明体积、材料、颜色15、工艺设备设计、设计条件图、混合容器条件图、塔条件图、换热器条件图、一般容器条件图，应注明换热管规格、管长和数量、布置形式、换热面积和通过次数等。应注明塔器类型(浮阀塔、筛板塔或填料塔)、塔器数量和间距、基本风压和抗震设计强度以及场地土壤类型等。应注明搅拌机类型、速度和转向、轴功率等。16、工艺设备设计，4.1.4基本设计步骤，1。物质平衡，2。热平衡，3。设备类型选择，4。设备工艺尺寸确定，5。设备部件应力分析，6。材料选择，7。设备初步设计，8。施工图设计，9。设备附件选择，10。安全附件分配，10。制造、验收和装配的技术条件，17。工艺设备设计、失效模式、失效准则、(选择)、设计准则、(对应)、设计合理性、(判别)、4.2设计准则、18、工艺设备设计、4.2.1压力容器失效、失效压力容器完全失去或不能满足原设计要求的现象(包括功能和使用寿命等)。)由于在指定的服务环境和时间内尺寸、形状或材料属性的变化。失效形式，失效原因-各种，19，工艺设备设计，1，压力容器失效形式，(1)，压力容器基本失效形式，20，工艺设备设计，a .延性断裂-延性断裂是压力容器在载荷下的断裂，产生的应力达到或接近所用材料的强度极限。(1)强度失效由材料屈服或断裂引起的压力容器失效称为强度失效，包括(a)延性断裂，(b)脆性断裂，(c)疲劳断裂，(d)蠕变断裂，和(e)腐蚀断裂。21、工艺设备设计、特点、原因、断裂后肉眼可见的宏观变形，如整体鼓胀，周长伸长率可达10 20%，且断裂处厚度明显减小；没有碎片，或者偶然的碎片；根据实测厚度计算的爆破压力与实际爆破压力非常接近。壁厚太薄且内部压力太高，壁厚不是按设计计算的，并且壁厚由于腐蚀而变薄，操作错误，液体受热膨胀，化学反应失控等。22、严格按照规范设计，选材，配备相应的安全附件，运输、安装、使用和维护遵循相关规定，韧性断裂可以避免，工艺设备设计，4.2设计标准，23、工艺设备设计，容器断裂时没有膨胀，即没有明显的塑性变形；裂缝与最大应力方向齐平且垂直。破损的速度非常快，经常会将容器打碎。由于发生脆性断裂时，容器的实际应力值通常很低，爆破片和安全阀等安全附件将无法工作，其后果比延性断裂严重得多。脆性断裂脆性断裂是指当变形量小且壳体壁中的应力值远低于材料的强度极限时发生的断裂。这种断裂是在低应力条件下发生的，因此也称为低应力脆性断裂。24，工艺设备设计，脆性断裂原因，材料脆性和缺陷。a .不当的材料选择、焊接和热处理使材料变脆；低温、高温长期运行、应变老化等。也会使材料变脆。压力容器用钢一般具有良好的韧性，但如果存在严重的原始缺陷(如夹渣、原材料分层和折叠)、制造缺陷(如未焊透和焊接引起的裂纹)或使用中产生的缺陷，也会发生脆性断裂。25、工艺设备设计，交变载荷指其大小和/或方向随时间周期性(或不规则)变化的载荷。包括-压力波动、驾驶和停车；加热或冷却过程中温度变化引起的热应力变化；由振动或容器喷嘴引起的附加载荷交替形成的交变载荷。应该指出，原材料中产生的裂纹裂纹源通常位于喷嘴、焊接接头和其他高应力区域或缺陷零件的根部。裂纹扩展区是疲劳断裂最重要的特征区域。它通常是扇形的，这是疲劳裂纹扩展留下的痕迹。当裂纹扩展到一定程度时，瞬时断裂区是快速断裂区。疲劳断裂-裂纹源、裂纹扩展区和瞬时断裂区。27，工艺设备设计，特征：容器的整体应力值在疲劳断裂期间相对较低。容器在正常工作条件下经常发生断裂，且无明显迹象。这是一个突然的故障，接近脆性断裂，有很大的危险。28、工艺设备设计中，从变形的角度具有延性断裂特征，从应力的角度具有脆性断裂特征，d蠕变断裂压力容器在高温下长期处于高温状态，随着时间的增加材料不断发生蠕变变形，导致明显的壁厚减小和胀形变形，最终导致压力容器断裂。29、均匀腐蚀减薄和局部腐蚀坑诱发断裂、晶间腐蚀和应力腐蚀诱发断裂、工艺设备设计、e腐蚀断裂延性断裂特征/脆性断裂特征。30，工艺设备设计，(2)刚度失效由部件过度弹性变形引起的失效。(3)失稳失效压力容器在压应力作用下突然失去其原有的规则几何形状而引起的失效。(4)泄漏故障由泄漏引起的故障。危害：可能引起中毒、燃烧、爆炸等事故，造成环境污染等。在各种因素的作用下，多种形式的故障同时发生。工艺设备设计，(2)，交互失效形式，如：腐蚀疲劳，腐蚀介质的交变应力，蠕变疲劳，高温交变应力，32，工艺设备设计，压力容器最可能的失效形式，2，失效准则和设计准则，设计思想，获得压力容器在稳态或瞬态条件下的机械响应(如应力、应变、固有频率等)。)，确定机械响应的极限值，以判断压力容器是否可以安全使用，是否可以获得满意的使用效果，(根据)，33，工艺设备设计，34，适用的设计标准，在设计压力容器时，首先确定最可能的失效模式，选择合适的失效证据和设计标准，确定，设计和检查，然后，根据标准要求，工艺设备设计，35，4.2.2强度失效设计标准， 强度失效有两种主要形式：屈服断裂、常温和静载荷下的普通强度失效设计准则、弹性失效设计准则、塑性失效设计准则、爆破失效设计准则、弹塑性失效设计准则、疲劳失效设计准则、蠕变失效设计准则、脆性断裂失效设计准则、工艺设备设计、36和弹性失效设计准则。 容器整体部分的初始屈服被认为是失败的。1，弹性失效设计标准(延性材料)，1，单向拉伸的最大拉应力标准，失效标准的数学表达式测试，相应的设计标准，最大拉应力标准，屈服应力，容许应力，最大拉应力，(4-3)，工艺设备设计，公式：37，工艺设备设计，2，任意应力状态，(1)最大剪应力标准，特雷斯卡屈服失效标准，任意应力状态，(4-4)，(最大剪应力屈服失效标准)，第三强度理论，38，工艺设备设计，任意应力状态， (4-5)，(2)形状变化比能准则，形状变化比能失效准则：第四强度理论：39，工艺设备设计，3，应力强度或等效应力，统一弹性失效设计准则：40，工艺设备设计，41，工艺设备设计，2，塑性失效设计准则，理想弹塑性材料，内压厚壁圆筒，(4-6)，(4-7)，全屈服安全系数，42，工艺设备设计，压力容器一般有应变硬化现象，有爆破压力爆破失效设计标准，容器爆破作为失效标准，爆破失效设计标准：43，工艺设备设计，44，工艺设备载荷继续增加并反向屈服，或者塑性变形累积地失去稳定性，并逐渐增加塑性变形的“不稳定”状态。稳定负载对应于稳定和不稳定临界状态的负载变化范围。在本项目中，个集装箱在超过稳定负荷后不会立即损坏，因此危险性较小。稳定荷载的安全系数为1.0，最大荷载变化范围为稳定荷载。在工艺设备的设计中，低周疲劳材料在每个循环中都会产生一定的塑性应变，疲劳失效的循环次数相对较少，一般低于105次。低循环疲劳设计曲线是从实验和理论中获得的，并且是虚拟应力幅值和允许循环次数之间的关系曲线。疲劳失效设计准则的最大虚拟应力幅值由低周疲劳设计曲线确定，并且允许的循环次数大于容器所需的循环次数，因此容器不会发生疲劳失效。断裂力学理论有裂纹压力容器的疲劳设计准则，即循环载荷下容器的安全评估，是根据疲劳裂纹扩展和断裂的规律进行的。五、疲劳失效设计准则46、工艺设备设计、脆性断裂属于断裂力学的研究范围。认为材料中存在缺陷，研究了缺陷在载荷和环境下的失效规律。断裂力学应用(1)来指导压力容器的选择和设计(2)来评估在用压力容器的安全性，以及(6)来设计蠕变失效的标准，以将应力限制在由蠕变极限和持久强度确定的容许应力。(1)材料根据受压元件厚度、应力水平、最低金属温度、载荷特性、介质对材料韧性的影响等因素，提出夏比V形缺口冲击能或断裂韧性的验收指标。(2)缺陷最小化焊接接头；提高无损检测技术。(3)设计通过无损检测水平确保容器不会遭受低应力脆性破坏-假设高应力区域存在裂纹-使用断裂方法-裂纹安全性评估。48，工艺设备设计，(1)损坏安全设计假设存在裂纹，该结构仍能承受工作载荷容器裂纹