压力容器零部件设计

1、 压力容器零部件设计一、压力容器的封头设计椭圆形封头的最小厚度 标准椭圆形封头：e0.15%Di 非标准椭圆形封头：e0.30%Di内压碟形封头碟形封头的最小厚度 标准碟形封头：e0.15%Di 非标准碟形封头：e0.30%Di（1）受内压(凹面受压)球冠形端封头 封头的计算厚度按式(7-6)计算： 式中：Q系数，由GB150图75查取。 （2） 受外压(凸面受压)球冠形端封头 封头的计算厚度按下列两种方法确定，取其较大值： a) 按球形封头计算公式确定的外压球壳厚度； b) 按式(7-6)计算得到的厚度。 （3） 两侧受压的球冠形中间封头 （3.1）当不能保证在任何情况下封头两侧的压力都同时

2、作用时，封头计算厚度应分别按下列两种情况计算，取较大值： （3.2）当能够保证在任何情况下封头两侧的压力同时作用时，可以按封头两侧的压力差进行计算：在任何情况下，与球冠形封头连接的圆筒厚度应不小于封头厚度。否则，应在封头与圆筒间设置加强段过渡连接。圆筒加强段的厚度应与封头等厚；端封头一侧或中间封头两侧的加强段长度L均应不小于2 GB/T25198-2010压力容器封头几点变化二、法兰设计螺栓法兰连接结构及密封设计垫片选择原则 要有全面的观念，综合考虑温度、压力、介质、压紧面形式等方面要求，其中温度和压力是影响密封的主要因素，也是选择垫片的主要依据。 在保证密封的前提下，尽量选用结构简单、价格便

3、宜、便于安装和更换的垫片。螺栓是法兰密封连接中的重要元件，对其基本要求是强度要高、韧性要好。 螺母更换比螺栓容易，且螺母价廉，所以要求螺栓材料的强度比螺母高。 为避免螺栓和螺母咬死或胶合，要求螺栓材料的硬度比螺母高HB30以上。 对于t-20的螺栓，要求选用低合金钢，并进行夏比V形缺口低温冲击试验。管法兰设计常见问题1、法兰螺栓通孔应与壳体或管道主轴线和或管道铅垂线跨中布置。凹凸面法兰及榫槽面法兰配置凹面、槽面法兰朝上；配对供应。2、法兰当量设计压力Pe(HG20582-9)外载荷作用下：包括轴向力F和外力矩MPe=16M/DG3+4F/DG2+P3、商品级螺栓螺柱使用问题4、螺栓螺柱的螺纹问

4、题：粗牙细牙M48以下含M48GB5782M48以上 GB57855、PL法兰使用问题一类介质不使用6、凸缘法兰的计算HG20582-167、法兰、法兰盖标注问题8、各类垫片的使用问题-适用范围、对应法兰表面粗糙度非金属垫片-HG/T20606金属包覆垫片-HG/T2060720609缠绕垫-HG/T20610 齿形垫20611容器法兰设计的几个问题：1、法兰腐蚀裕量问题：2、法兰连接筒节问题3、最高允许工作温度和压力问题开孔和开孔补强设计器壁强度削弱：开孔造成局部应力集中和强度削弱； 不连续应力：壳体与接管形成结构曲率不连续，产生较大的附加弯曲应力； 局部应力：壳体与接管拐角处不等截面过渡，

5、引起很高的局部附加应力。 焊接缺陷和残余应力 峰值应力容器大开孔与小开孔 容器孔边应力集中的理论分析是以无限大平板上开小圆孔为基础的，壳体曲率变化不计，因此，孔边应力均为拉（压）应力。大开孔时，除有拉（压）应力外，还有很大的弯曲应力，其应力范围超出了开小孔时的局部范围，在较大范围内破坏了壳体的薄膜应力状态。因此小开孔理论不适用。应力集中的特点 开孔接管处应力集中的特点： 在操作压力作用下，壳体和开孔接管的连接处必须满足变形协调条件，因而产生相互约束力和弯矩，使开孔接管处除了有孔边集中应力、薄膜应力外，还有边缘应力和焊接应力，比小孔K值高达36倍。应力集中具有局部性。开孔接管补强的目的： 使孔边

6、的应力峰值降低 到允许值。 两个条件：1、高强钢材料（b=540MPa），接管与筒体结构采用全焊透结构。 2、接管的腐蚀余量C2=1mm 适用范围：等面积补强:适用于开孔直径小于筒体内径的一半。 即d/Di1/2 ;压力面积法:（HG20582.7“大开孔的补强计算”)适用于开孔直径小于筒体内径的0.8倍。即d/Di0.8;（但注意五个限制条件）超出以上范围就属于焊制三通，参照标准HG20582.23“焊制三通的计算” 热交换例题： 例1、A型分子筛制备中使用的间歇釜式反应器，反应釜的釜壁为5mm厚的不锈钢板（ ）粘附内壁的污垢层厚lmm 釜夹套中通入0.12MPa饱和水蒸气（t1105）进行

7、加热，釜垢层内壁面温度t3为90，试计算釜壁的面积热流量，并与无污垢层（设内壁面温度不变）作比较。解： = 7579Wm-2无污垢层时： = 48000 Wm-2 计算结果表明，反应釜内壁面有无污垢层，面积热流量相差数倍，在有的场合会相差数十倍，差别很大，说明污垢层虽薄，但因其热导率很小，对传热影响很大，热阻主要集中在污垢层中，故生产中要设法避免垢层的形成或间隔一段时间要清除污垢层。例2 ：某管道外径为2r，外壁温度为t1，如外包两层厚度均为r（即23r）、导热系数分别为2和3（ 2 / 3=2）的保温材料，外层外表面温度为t2。如将两层保温材料的位置对调，其他条件不变，保温情况变化如何？由此

8、能得出什么结论？解： 设两层保温层直径分别为d2、d3和d4，则d3/d2=2，d4/d3=3/2。导热系数大的在里面：d导热系数大的在外面：两种情况散热量之比为：结论：导热系数大的材料在外面，导热系数小的材料放在里层对保温更有利。例3： 一室内暖气片的散热面积为3m2，表面温度为tw = 50，和温度为20的室内空气之间自然对流换热的表面传热系数为h = 4 W/(m2K)。试问该暖气片相当于多大功率的电暖气?解： 暖气片和室内空气之间是稳态的自然对流换热， Q= Ah(tw tf) = 3m24 W/(m2K)(50-20)K = 360W = 0.36 kW 即相当于功率为0.36kW的

9、电暖气。例4 在一单程换热器中用120的蒸汽将常压空气从20加热到80,管束为38mm3mm,蒸汽走壳程,空气走管程,其流速为14ms-1.求管壁对空气的表面传热系数.解: 空气的定性温度为t定=(20+80)/2=50查50下空气的物性数据 Cp=1017Jkg-1K-1 =2.8310-2Wm-1K-1=1.9610-5Pas =1093kgm-3 u=14ms-1 d=0.032m得计算结果表明:空气在管内流动Re10000, 160Pr0.6, 必然符合下式的条件例5：一房屋的混凝土外墙的厚度为d=200mm ，混凝土的热导率为l=1.5W/(mK) ，冬季室外空气温度为tf2=-10

10、, 有风天和墙壁之间的表面传热系数为h2=20W/(m2K)，室内空气温度为tf1= 25,和墙壁之间的表面传热系数为h1=5 W/(m2K)。假设墙壁及两侧的空气温度及表面传热系数都不随时间而变化，求单位面积墙壁的散热损失及内外墙壁面的温度。解： 由给定条件可知，这是一个稳态传热过程。通过墙壁的热流密度，即单位面积墙壁的散热损失为：根据牛顿冷却公式，对于内、外墙面与空气之间的对流换热， 时： 例6某有机物生产中使用的搅拌式全混流反应釜，内径为1.0m，釜壁铜板厚8mm（=50Wm-1K-1）若釜内壁面结有垢层厚2mm（Rh1=0.002 W-1m2K）夹套中用115的饱和水蒸气进行加热（h19000 Wm-2K-1），釜内有机物温度为80（h2250 Wm-2K-1）。试求该条件下的面积热流量和各热阻的百分率。W-1m2K 解：因反应釜内径1.0 m与外径1.016 m相差不大，可近似地当作平面壁来