章教案内压容器设计ppt课件

1、1第四章第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计内压薄壁圆筒与封头的强度设计4.1强度设计的根本知识4.1.1 关于弹性失效的设计准那么 容器上一处的最大应力到达资料在设计温度下的屈服点，该容器即告破坏。 强度平安条件： n0当24.1.2 强度实际及其相应的强度条件强度实际及其相应的强度条件由薄膜实际由薄膜实际,圆筒壁内应力为经向应力、环向应力、圆筒壁内应力为经向应力、环向应力、法向应力法向应力被以为是被以为是0。024Zm SpD SpD04 2321zmSpDSpD那么三项主应力为：那么三项主应力为：3第三强度实际的强度条件为： 31当因此圆筒强度条件为：SpD244.2 4.2 内压薄壁圆

2、筒壳与球壳的强度设计内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计4.2.1 4.2.1 强度计算公式强度计算公式根据第三强度实际，强度公式为：根据第三强度实际，强度公式为：参数变换：参数变换：1. 1.将中径换算为圆筒内径，将中径换算为圆筒内径，DDi+S;DDi+S;2. 2.压力换为计算压力压力换为计算压力Pc Pc ；3. 3.思索到焊缝处因气孔、夹渣等缺陷以及热影响区晶思索到焊缝处因气孔、夹渣等缺陷以及热影响区晶粒粗大等呵斥的强度减弱，引进焊缝系数粒粗大等呵斥的强度减弱，引进焊缝系数f(f(1)1)；4. 4.资料的许用应力与设计温度有关。资料的许用应力与设计温度有关。 pDS25内压圆筒强度计算公

3、式：内压圆筒强度计算公式： 21)(4 (mm) pDpScticf再思索腐蚀裕量C2 ,于是得到圆筒的设计壁厚为： 222)(4 (mm) CpDpScticd+f计算壁厚公式：计算壁厚公式：6 在公式42根底上，思索到钢板的负偏向C1钢板在轧制时产生了偏向 名义壁厚公式： 3 212)(4 (mm) CCpDpScticn+f再根据钢板规范规格向上圆整。 最终名义厚度。这是写在图纸上的钢板厚度！7() 5)(4 SSDpteeic+ 2t式中Se有效壁厚， Se=圆整后的壁厚SnC1C2 。 6)(4 (MPa) SDSpeietw+ 2f强度校核公式：强度校核公式：1 1在任务压力及温度

4、下，现有容器强在任务压力及温度下，现有容器强度够否？度够否？2现有容器的最大允许任务压力如何？8球描画器强度计算公式？球描画器强度计算公式？ 由薄膜实际：0404213zm SpD SpD即由第三强度实际，强度条件： SpD4当那么导出壁厚计算公式： (mm) CC pDp S(mm) C pDp S(mm) pDpScticncticdctic122444 +fff名义壁厚设计壁厚计算壁厚9() 4 4 tceietWteeicp SDSp SSDp+ff球壳允许工作压力：球壳应力校核公式：104.2.2.设计参数确实定1. 1.压力压力表压11 任务压力任务压力pw -正常任务情况下，容正

5、常任务情况下，容器顶部能够到达的最高器顶部能够到达的最高压力。压力。 由工艺计算确定：由工艺计算确定： 化学反响所要求的；化学反响所要求的； 传送过程所必需的；传送过程所必需的； 由液化气体的饱和蒸由液化气体的饱和蒸汽压所决议的。汽压所决议的。12设计压力设计压力p：设定的容器顶部的最高压力：设定的容器顶部的最高压力-设计载荷。设计载荷。取值方法：取值方法：1容器上装有平安阀取不低于平安阀开启压力 ： p 1.051.1pw系数取决于弹簧起跳压力 。132容器内有爆炸性介质，安装有防爆膜时：取 设计压力为爆破片设计爆破压力加制造范围上限。P93表43，表44。防爆膜安装表示图14反拱带刀型反拱

6、带刀型反拱刻槽型反拱刻槽型15反拱腭齿型反拱腭齿型163无平安泄放安装取 p1.01.1pw 。4盛装液化气容器 设计压力应根据任务条件下能够到达的最高金属温度确定。地面安装的容器按不低于最高饱和蒸汽压思索，如40，50，60时的气体压力。 留意：要思索实践任务环境，如放置地域，保温，遮阳，喷水等。例如：液氨储罐。金属壁温最高任务为50，氨的饱和蒸汽压为2.07MPa。 1.容器的设计压力？ 2.假设容器安放有平安阀，设计压力？175外压容器取 p正常操作下能够产生的最大压差。 留意：“正常操作含空料，真空检漏，稳定消费，中间停车等情况。6真空容器不设平安阀时，取0.1MPa ； 设有平安阀时

7、 取Min1.25p ,0.1MPa) 。18釜壁能够接受压力情况： 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;釜壁接受的最大压差:内压0.3MPa或外压0.3MPa.7带夹套容器取正常操作时能够出现的最大内外压差。例如 带夹套的反响釜：夹套内蒸汽压力为0.2MPa,釜内开场抽真空，然后釜内升压至0.3MPa。该釜壁接受压力如何？19计算压力计算压力pcpc在相应设计温度下，用以确定元件厚度在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱

8、静压力。当元件所接受的液柱的压力，其中包括液柱静压力。当元件所接受的液柱静压力小于静压力小于5%5%设计压力时，可忽略不计。设计压力时，可忽略不计。即计算压力即计算压力 设计压力设计压力+ +液柱静压力液柱静压力( (5%P5%P时计入时计入) )可见，计算压力可见，计算压力设计压力设计压力任务压力任务压力 容器顶部表压容器顶部表压 例：一立式容器，任务压力0.5MPa，液体深10m， 重度为10,000N/m3。pw=0.5MPa, p=0.5MPapc=0.5+(1010,000)/1,000,000=0.6MPa202.设计温度设计温度指容器在正常任务情况下，设定的元件的金属温度沿元件金

9、属截面的温度平均值。设计温度在容器设计中的作用： 选择资料； 确定许用应力。确定设计温度的方法：1对类似设备实测；2传热计算；3参照书P94表4-5。 例如：不被加热或冷却的器壁，且壁外有保温，取介质温度；用水蒸气、热水或其它液体加热或冷却的器壁，取热介质的温度；等等。213.许用应力和平安系数许用应力和平安系数定义式： ）安全系数（）极限应力（n01 1许用应力许用应力 确实定：确实定：bbssnnMin,)(2 . 0任务温度为中温，取btbsttsnnMin,)(2 . 0任务温度为常温200 取22任务温度为高温，取DtDntnsttsnnnMin,)(2 .0式中 nt Dt设计温度

10、下资料的蠕变强度和 持 久强度。 nn,nD蠕变强度和耐久强度的平安系数。232 2平安系数及其确定：平安系数及其确定：影响平安系数的要素：计算方法的准确性、可靠性和受力分析的精度；资料质量和制造的技术程度；容器的任务条件及其在消费中的重要性和危险性。 平安系数 资料 nb ns nD nn碳素钢、低合金钢3.01.61.51.0 高合金钢3.01.51.51.0244.焊接接头系数焊接接头系数f容器上存在有：纵焊缝A类焊缝环焊缝B类焊缝需求进展无损检验。检验方法主要是：X射线检查和超声波检查。25常见的焊接方式：262728293031 缺陷，夹渣，未焊透，晶粒粗大等，在外观看不出来； 熔池

11、内金属从熔化到凝固的过程遭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。32焊接缺陷33 为综合思索筒体强度，设计公式中将钢板母材的许用应力乘以f1。 f34焊接接头系数f：焊接接头构造100%无损检验 部分无损检验表示图双面对接焊 1.0 0.85 带垫板单面对接焊 0.90 0.80351.可否采用搭接焊构造制造压力容器壳体？为什麽？2.焊缝处为什麽要进展无损探伤检查？3.焊缝系数为什麽小于等于1？4.取焊缝系数的根据是什麽？5.壁厚计算公式中的t是钢板的许用应力，还是焊缝资料的许用应力？6.带垫板的焊缝构造中，垫板的作用是什麽？能否起加强作用？365.壁厚附加量壁厚附加量容器壁

12、厚附加量1钢板或钢管厚度负偏向 C1: 例如，37 在设计容器壁厚时要 预先思索负偏向。 钢板负偏向参见p93表49选取； 钢管厚度负偏向参见P93表410。382腐蚀裕量C2 容器元件由于腐蚀或机械磨损厚度减薄。在设计壁厚时要思索容器运用寿命期内的平安性！详细规定如下：对有腐蚀或磨损的元件: C2=KaB Ka-腐蚀速率mm/a，由资料手册或实验确定。 B-容器的设计寿命，通常为1015年。普通情况, Ka=0.050.13mm/a的细微腐蚀时， 对单面腐蚀取C2=12mm; 对双面腐蚀取C2=24mm。 对于不锈钢，普通取0。 39 容器各元件遭到的腐蚀程度不同时，设计中可采用不同的腐蚀裕

13、量。 介质为紧缩空气、水蒸气或水的碳钢或低合金钢容器，单面腐蚀裕量不小于1mm； 对不锈钢容器，腐蚀细微时可取C2=0。406.直径系列与钢板厚度直径系列与钢板厚度 要按照钢板厚度尺寸系列规范GB709-88的规定选取。P99表4-13。 压力容器的直径系列曾经施行规范化GB9019-88)，筒体与封头的公称直径配套。见P60表2-5。414.2.3 容器的壁厚和最小壁厚容器的壁厚和最小壁厚1.容器壁厚实践壁厚不得小于名义壁厚减去钢板负偏向，可保证强度要求！热加工封头时，加工单位应预先思索加工减薄量！422.最小壁厚 为保证容器制造、运输、安装时的刚度要求，限定容器实践最小壁厚指不含腐蚀裕量的

14、壁厚：碳钢和低合金钢制容器3mm。 高合金钢制容器2mm。1.标注在图纸上的容器壁厚是如何确定的？2.壁厚加工减薄量由谁定？3.加工后容器的实践壁厚不能小于多厚才可以在运用寿命期内保证平安？4.规定容器最小壁厚的目的是什麽？434.2.4 压力实验及强度校核压力实验及强度校核压力实验的时机：1容器制成后； 2检修后。实验目的：1检验容器宏观强度能否出现裂纹,能否变形过大； 2密封点及焊缝的密封情况。要知道！ 1需求焊后热处置的容器，须热处置后进展 压力实验和气密实验； 2须分段交货的容器，在工地组装并对环焊 缝进展热处置后，进展压力实验； 3塔器须安装后进展水压实验；44压力实验分类：压力实验

15、分类：液压实验介质：普通为水；液压实验介质：普通为水；过程：过程：充水排气设计压力无走漏开场实验压力下保压30分钟卸压吹净终了实验压力的80%保压检查45留意： 不锈钢容器水中氯离子不得超越25mg/L。 试压合格的条件： 1无渗漏； 2无可见变形； 3实验过程中无异常响声； 4b 540MPa的资料，外表经无损检验 无裂纹。46气压实验不适宜液压实验的，如因构造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。气密实验针对介质具有毒性程度为极度或具有高度危害的容器； 在液压实验后进展； 气密实验压力取设计压力。47 压力实验强度校核名义壁厚确定后，校核压力实验条件下的强度能否满足要求，以

16、免进展压力实验时出现危险。1). 实验压力确实定：内压容器的实验压力：ttpp15.1p 25.1p TT气压试验液压试验p设计压力 MPa ;s-元件资料在实验温度下的许用应力，MPa;st元件资料在设计温度下的许用应力，MPa。48【注】1容器铭牌上规定有最大允许任务压力时，公式中应以最大允许任务压力替代设计压力。 2容器各元件圆筒、封头、接纳、法兰及紧固件所用资料不同时，应取各元件资料的s/st比值中较小者。思索：1.压力实验目的？压力实验强度校核目的？何时进展？2.在进展压力实验过程中，检查什麽？何时检查？3.能否一切压力容器在制成後都要进展气密实验检查？492). 压力实验应力校核压

17、力实验应力校核式中sT-圆筒壁在实验压力下的计算应力，MPa； Di圆筒内径，mm； pT实验压力，MPa； Se圆筒的有效壁厚，mm； sss0.2圆筒资料在实验温度下的屈服点 或条件屈服点，MPa； f圆筒的焊接接头系数。+气压试验液压试验计算应力应满足： )(8 . 0 )(9 . 02)(2 . 02 . 0TffSSeeiTSSDp50例题例题例1：设计乙烯精馏塔。由工艺计算得出塔体公称直径为600mm,任务压力为2.2MPa不计液注高度，任务温度t=-3-20，塔体保温。确定该塔壁厚及选用的资料。【解】1.选材 介质腐蚀性细微；任务温度低温； 任务压力中压。应选用16MnR。 2.

18、确定参数 1 由DN=600mm,筒体采用板卷， Di=600mm； 2 由题意“不计液注高度，无平安泄放安装，pc=2.2MPa ； 3因压力为中压，直径较小，故采用带垫板单面对接 焊构造，部分无损探伤，查表4-8， f=0.8 ； 4塔体保温，由表4-5，设计温度取介质温度， st=170MPa ；5常温屈服点ss=345MPa；6 腐蚀细微，单面腐蚀， C2 =1mm 。513确定计算壁厚 )(9 . 42 . 28 . 017026002 . 22mmpDpScticf由S+C24.9+1.05.9(mm),16MnR属GB665496规范内的资料，查表49，得C10.25mm，那么

19、CC1+C20.25+1.01.25(mm)。名义壁厚SnS+C+圆整量 ，S+C4.9+1.256.15(mm), 圆整为7mm。4校核水压实验强度水压实验强度条件为：SeeiTSSDpf9 . 02)(T+52式中pT1.25p1.252.22.75(MPa),(/t1); SeSnC1C270.251.05.75(mm)那么 )(2 .1544 . 52)75. 5600(75. 2MPaT+而 0.9f0.93450.8248.4MPa)可见 T 0.9f ，所以水压实验强度足够。构造简图：53例2 设计锅炉汽包的筒体壁厚。任务压力为15.6MPa,任务温度为350,其内径为1300m

20、m。【解】1.选材：任务温度中温，任务压力为高压，有细微腐蚀。 故采用低合金钢18MnMoNbRGB6654-96)。ss=410MPa。2.确定参数1任务压力15.6MPa,是高压容器，属于三类容器。其焊缝构造必需是双面对接焊构造或其他等强度焊接，100%无损探伤， =1 。2 筒体需保温，那么筒壁设计温度取介质温度， s=s350=190MPa3需安装平安阀，pc=p=1.115.6=17.16(MPa)。4水蒸气对低合金钢有细微腐蚀，且为单面腐蚀，C2=1mm。54 3.计算壁厚 61.5(mm) 130017.16 pDpSctic16.17119022f4.4.设计壁厚：设计壁厚：

21、Sd=S+C2=61.5+1.0=62.5(mm),Sd=S+C2=61.5+1.0=62.5(mm), 查表查表4-94-9得得C1=1.8(mm)C1=1.8(mm) 壁厚附加量壁厚附加量C=C1+C2=0.25+1.0=1.25(mm)C=C1+C2=0.25+1.0=1.25(mm)5.5.名义厚度名义厚度 Sn=S+C+Sn=S+C+圆整量圆整量 61.5+1.25=62.75(mm) 61.5+1.25=62.75(mm) ， 圆整后为圆整后为6565mm)mm)。556.校核水压实验强度校核水压实验强度水压实验强度条件为：水压实验强度条件为：SeeiTSSDpf9 . 02)(T

22、+式中 )(45.2119019016.1725. 125. 1pTMPaptSe=Sn-C=65-2.8=62.2(mm)那么 sT=234.9(MPa)。而 0.9fss=0.91410=369(MPa)sT 0.9fss水压实验合格。56例3 校验旧气瓶。资料记载该气瓶材质为40Mn2A，系无缝钢管收口而成。实测其外径为219mm,最小壁厚为6.5mm。查资料手册得该资料的sb=785MPa,ss=510MPa。1常温下可否充15MPa氧气？2如强度不够，最高允许任务压力多少？【解】1.确定参数 pc=15MPa, DO=219mm, Sn=6.5mm, 无缝钢管f=1， C2=1mm,

23、 实测壁厚6.5mm ，那么C1=0, Se=6.5-1=5.5mm, 许用应力求取： st=minsb/nb ,ss/ns=min785/3 ,510/1.6=262(MPa) 。572.强度校核强度校核校核公式为校核公式为() )(262)(2915 . 52)5 . 5219(152t0tMPa MPa SSDpteecf充15MPa强度不够。 3. 3.确定最高允许任务压力确定最高允许任务压力 计算公式为计算公式为)(48.135 . 52195 . 5126220MPa2 p (MPa) SDSpweetwf该气瓶的最大平安运用压力为13.48MPa。58留意留意 “实测壁厚实测壁厚

24、概念。即无概念。即无需思索负偏向问题，需思索负偏向问题，C1=0 C1=0 。无缝钢控制的容器公称直无缝钢控制的容器公称直径为外经，壁厚计算公式径为外经，壁厚计算公式中应采用外径。公式应该中应采用外径。公式应该如何？本人试推导一下。如何？本人试推导一下。594.3 内压圆筒封头的设计内压圆筒封头的设计604.3.1 4.3.1 半球形封头半球形封头1. 1.构造：构造：1 1整体半球壳体；整体半球壳体； 2 2焊接半球壳体焊接半球壳体瓜瓣组瓜瓣组焊。焊。 (mm) c pDpScticn+f4 3.与筒体衔接构造： 与筒体衔接部位要圆滑过渡。(为什麽？ 与筒体衔接的环焊缝属于球壳内的部分，确定

25、封头厚度时应思索这一环焊缝的焊接接头系数。2.壁厚计算公式：614.3.2 椭圆形封头椭圆形封头椭圆壳应力分布椭圆壳应力分布621.椭圆封头的构造 ：为什麽要有直边？为什麽要有直边？1 1保证封头的保证封头的制造质量；制造质量；2 2不延续点与不延续点与环焊缝分开，从而环焊缝分开，从而防止边缘应力与焊防止边缘应力与焊接应力、膜应力集接应力、膜应力集聚，降低合应力。聚，降低合应力。 2. 壁厚的计算公式 椭球壳壁内应力的大小及变化受a/b值的影响，外形系数K。 厚度计算公式为： (mm) c pDKpScticn+5.02f63名义壁厚名义壁厚 计算壁厚计算壁厚+ +壁厚附加量壁厚附加量+ +圆

26、整量圆整量规范椭圆封头规范椭圆封头(a/b2)K1(a/b2)K1。椭圆形封头的最大允许任务压力计算公式：椭圆形封头的最大允许任务压力计算公式： (MPa) SKDSpeietw5.02+f留意：留意：1.1.加工减薄量由制造单位确定。加工减薄量由制造单位确定。 2.2.各参数的单位各参数的单位- - 公式中只用公式中只用 MPa MPa 和和 mm mm 。 3.3.对于同一容器上的圆筒与椭圆形封头，假设壁厚对于同一容器上的圆筒与椭圆形封头，假设壁厚一样，椭圆形封头的强度高于圆筒。所以，水压实验强度一样，椭圆形封头的强度高于圆筒。所以，水压实验强度校核时，校核筒体强度就可以了。校核时，校核筒

27、体强度就可以了。为什麽为什麽? ? 4. 4.直边高度按直边高度按P101P101表表4-154-15选取。选取。644.3.3 碟形封头碟形封头 碟形壳的应力分布：碟形壳的应力分布：651.碟形封头的构造：2. 2.壁厚计算公式：壁厚计算公式： (mm) c pRMpScticn+5 . 02f式中M外形系数。Ri/r值不同；球面与摺边衔接处的曲率突变。规范碟形封头 壁厚计算公式为： (mm) c pDpScticn+5 . 022 . 1f664.3.4 球冠形封头无折边球形封头1.构造67 (mm) 2 ctcpDipQS式中 Di封头和筒体的内直径； Q 系数，见书图49。2.壁厚计算

28、公式：684.3.5 4.3.5 常用锥形封头常用锥形封头 锥壳应力分布？锥壳应力分布？69 为减小边缘应力，锥形封头构造常有如下构造为减小边缘应力，锥形封头构造常有如下构造1部分加强30的大端及45 的小端(2)加过渡圆弧 30的大端及45 的小端受内压无折边锥形封头受内压带折边锥形封头704.3.6 圆平板封头711.平板内应力形状周边简支：根据强度条件：t0.31pDS72周边固支： tpDS 188.0根据强度条件： 实践情况是介于简支和固支中间，系数在0.1880.31之间，归结为一个构造特征系数K, 平板壁厚计算公式为： (mm) c KpDStccp+f 见表19734.3.7 例题 确定精流塔