合肥学院化工机械设备基础6-10章

1、第七章知识点7.1、容器在化工厂可以看到许多设备。有的是用来物料的，有的进行物理工程，有的是用来进行化学反应，他们都有一个外壳，这个外壳就叫做容器。72、容器的结构容器一般是由筒体、封头法兰、支座、接管及入孔（手孔）等元件。73、容器的几何特点容器的几何特点、压力容器壳体除平板形封头外都是回转壳体。74、圆筒形壳体上的薄膜应力承受内压p的圆筒形容器，在筒壁的纵截面内作用着环向薄膜应力，在筒壁的横截面内作用着经向（即轴向）薄膜应力75、内压圆筒薄膜应力特点内压圆筒筒壁上个点出的薄膜应力相同但就某点而言，该点的环向薄膜应力比轴向薄膜应力大一倍、决定应力水平高低的截面几何量是圆筒壁厚与直径的比值，而

2、不是壁厚的绝对值球76、球形壳体薄膜应力特点球形壳体由于没有圆筒形壳体那种“轴向”与“环向”之分，因此在球形壳体内虽然也存在着两相应力，但二者数值相等。过球形体上任何一点和球心，不论从任何方向将求形体截开两半，都可以利用受力平衡条件求得球面上的薄膜应力为=PD/4与圆筒形壳体相比，球形壳体上薄膜应力只有圆筒形壳体上最大薄膜应力的一半。77、椭球壳体薄膜应力特点在化工容器中，椭球形壳体主要是用它的一半加上直边做封头使用。椭球形壳体从顶点到赤道各点处的应力大小并不相同。而且应力值与椭球形壳体的长轴半径a与短轴半径b的比值有关。在椭球形壳体的顶点B处的薄膜应力有三个特点、当a/b2时，顶点处的应力值

3、最大该点处的m=该点处的应力可按下式计算、m=pa/2（a/b）=PD/4(a/b)在椭球形壳体的赤道处、在直径不变的条件下，圆球形壳体想椭球形过度时，赤道处的经向薄膜应力m不变。赤道处的环向薄膜应力随着椭球变扁开始是减小的，当a/b超过1.414，则变为负值，其绝对值将随a/b值的进一步增加而加大。78、圆锥壳体应力特点壳体上的薄膜应力从大端到小端是不一样的。壳体的锥截面与横截面不是同一截面，作用在锥截面上的经向薄膜应力与回转轴也相交成a角79、边界应力实际上，在压力容器中，无论是筒身、封头还是接管，在制造装配连接在一起，在承压变形时则互相制约，从而在连接部位附近就不可避免的引起了附加的内力

4、和应力。而平板形封头在内压作用下发生的是弯曲变形，它的直径不会增大。筒体与封头在连接处所出现的这种变形不一致，必然导致在这个局部的边界地区产生相互约束的附加内力，即边界应力。710、边界应力的性质边界应力属于二次。二次应力有两个明显特点应力的自限性二次应力的局部性7.11、回转壳体的边界应力边界应力并不仅仅存在于两个几何形状不同的壳体的结合部位，而且有时也出现在单个回转壳体上，对于母线为组合曲线的回转壳体，当它承受内压时，在壳壁除了产生一次薄膜应力外，还会产生二次应力。7.12、薄膜应力的相当应力这个相当应力是根据强度理论对双向薄膜应力进行某种组合得到的。7.13、强度理论最大拉应力理论；根据

5、是当作用在构件上的外力过大时，其点处的材料就会沿最大拉应力所在截面发生脆性断裂。最大切应力理论；根据是当作用在构件上的外力过大时，其处的材料就会沿最大切应力所在截面滑移而发生屈服破坏。形状改变比能理论；物体在外力作用下会发生变形，这里所说的变形即包括有体积改变也包括有形状改变。形状改变比能理论对屈服破坏原因所做的假说是：形状改变比能是引起材料屈服破坏的，即不论是什么样的应力状态，只要构件内一点处的形状改变比能达到某一级限值，材料就会发生破坏。第八章知识点8.1 设计压力容器根据化工生产工艺条件，确定设计所需参数（p，t，D），选定材料和结构形式，通过强度计算确定容器筒体及封头壁厚。对已制定标准

6、的受压元件，可直接选取。8.2 校核在用容器（1）判定在下一个检验周期内，或在剩余期间内，容器是否还能在原设计条件下安全使用。如果容器已不能在原设计条件下使用，应通过强度计算，为容器提出最高允许工作压力。（2）如果容器针对某一使用条件需要判废，应为判废提供依据。8.3 容器直径容器筒体和封头的直径都有规定，不能任意取值。对于用钢板卷焊的筒体，以内径作为它的公称直径。当用无缝作筒体时，以外径作为它的公称直径。8.4 设计压力设计压力是指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件。8.5 工作压力工作压力是由工艺流程决定的，在工作工程中工作压力可能是变动的，同时在容器的顶部和底

7、部压力也可能是不同的。8.6 装有安全阀容器设计压力其设计压力不得低于安全阀的整体压力。允许安全阀的整体压力不高于该压力容器的最高允许工作压力，这是为了充分利用压力容器的实际承载能力，并在保证安全的基础上，避免安全阀的频繁启闭，这点对于安装有安全阀的低压容器尤为重要。8.7 装有片容器设计压力其设计压力不得低于片的设计压力上限。8.8 设计温度设计温度是指容器在正常操作情况、在相应设计压力下，设定的受压元件的金属温度。8.9 蒸汽直接加热容器的设计温度取介质的最高温度为设计温度。8.10 间接加热容器的设计温度取热载体的最高工作温度或冷载体最低工作温度为设计温度。8.11取容器的设计温度来月平

8、均最低气温。8.12间歇操作容器的设计温度按最苛刻的但却属同一时刻的温度与压力作为设定设计温度与设计压力的依据。8.13 计算压力计算压力是指在相应设计温度下，用以确定受压元件厚度的压力，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，可不计液柱静压力。8.14 设计压力与计算压力的区分确定压力容器受压元件尺寸一般是有两个途径，像筒体、封头须通过计算来确定其壁厚，在计算公式中应该用计算压力 pc 而且在大多数情况下可以取 pc=p，但是在有些场合下pc 却不同于设计压力p。此外可通过有关标准查取。容器进行压力实验时，其试验压力的确定都是以容器的设计压力为基准乘以一定的系数，特

9、别是多腔压力容器更是如此。（3）在对压力容器的监察管理上，要对压力容器进行分类，容器的设计压力是容器分类的重要依据之一。8.15 新旧许用应力对比主要是碳素钢和低合金钢在 350400以下的许用应力值有变化，高合金钢的许用应力值除个别钢号外变化很小，特别在高温条件下，许用应力值没有变化。8.16 复合板的许用应力复合板的许用应力是只考虑基层金属的许用应力还是按两种金属的厚度比例共同组成复合板的许用应力，也取决于两种金属界面间的结合率。8.17 焊接接头系数焊接接头系数又称焊缝系数，容器的焊接接头系数的大小取决于的结构和对全部焊接接头处的金属进行无损探伤的比例。理论计算厚度为了能安全承受计算压力

10、pc 所需的最小理论计算厚度称为计算厚度，用表示。 =pc*Di/(2t*-p)=pc*Di/(2t*)设计厚度计算厚度与腐蚀裕量 C2 之和称为设计厚度，用d 表示。 d=+C2名义厚度n=d+C1+有效厚度真正可以承受介质压强的厚度称为有效厚度，用e 表示。 e=+=n-C1-C28.22 最小厚度最小厚度是指为满足容器在制造、运输及安装过程中的刚度要求，根据工程实践经验所规定的不包括腐蚀裕量的最小厚度，用min 表示。对于碳素钢和低合金钢制容器，min 不小于 3mm对于高合金钢制容器，min 不小于 2mm8.23 标准椭圆封头厚度的确定=pc*Di/(2t*-pc)或=pc*Di/(

11、2t*)8.24 锥形封头的结构形式锥形封头广泛用于立式容器底部以便于卸除物料。根据锥形封头与筒体连接处有无过度圆弧和直边，有不带折边的锥形封头和带折边的锥形封头两种。8.25 平板形封头圆形平板若作为封头承受介质的压强时，将处于受弯的不利状态，因而它的壁厚将比同直径的筒体壁厚大得多，而且平板形封头还会对筒体造成较大的边界应力。厚度计算通用式=K*pc*Di/(2t*)在用压力容器的强度校核在用压力容器的强度校核原则原设计已明确所用强度设计标准的，可以按该标准进行强度校核原设计没有注明所依据的强度设计标准或者无强度计算的，原则上可以根据用途或者结构形式按当时的有关标准进行校核（3）国外进口的或

12、者按国外规范设计的，原则上仍按原设计规范进行强度校核。如果设计规范不明，可以参照我国相应的规范焊接接头系数根据焊接接头的实际结构形式和检验结果，参照原设计规定选取校核用压力，应当不小于压力容器实际最高工作压力。装有安全泄放装置的，校核用压力不得小于安全阀开启压力或者片规定的压力强度校核时的壁温，取实测最高壁温，低温压力容器取常温剩余壁厚按实测最小值减去至下次检验期的腐蚀量，作为强度校核的壁厚： e=minn壳体直径按实测最大值选取（9）塔、大型球罐等设备进行强度校核时，还应该考虑风荷载、载荷载等附加荷（10）强度校核由检验机构或者有资格的压力容器设计8.28 强度校核的思路和公式计算应力：=K

13、*pch*Di/(2e)在用容器最大允许工作电压：p=2t*e/K*Di对筒体和封头进行强度校核时，必须满足以下条件：ppw8.29 钢板用前的验收进行用于压力容器壳上的钢板必须经过验收，验收的内容分列如下：（1）（2）（3）内容齐全的质量证明书钢印标准符合规定8.30 压力容器用碳钢和低合金钢选用材规定（1）焊接用钢用于焊接的碳素钢和低合金钢的碳含量 0.025%，磷含量0.035%，硫含量0.035%。压力容器用钢冲击功8.31 压力容器用有色金属选用材规定压力容器钢中的碳素钢和低合金钢的含量的限制通用要求铝和铝合金铜和铜合金钛和钛合金用于压力容器的有色金属（铝、钛、铜、镍及其合金）（5）

14、钽、锆、铌及其合金8.32 复合钢板对于复合钢板的要求：（1）复合钢板复合界面的结合剪切强度，不锈钢-钢复合板不小于 210MPa，镍-钢复合板不小于 210MPa，钛-钢复合板不小于 140MPa，铜-钢复合板不小于 100MPa复合钢板覆层材料的使用状态应符合相应标准规定（2）（3）碳素钢和低合金钢材料按照基层材料标准的规定进行冲击试验，冲击功合格指标应符合基层材料标准或订货合同规定第九章知识点9.1 稳定的概念稳定是就平衡而言。平衡有两种：稳定平衡和不稳定平衡。9.2 稳定问题的实例1、压杆拉杆在它原有直线形状下的平衡是稳定的。失稳：压杆在它原有直线形态下的平衡丧失稳定性作用在细长压杆两

15、端的轴向压力P 的“变”会引起压杆平衡性的“质变”，当压力 P增加到 Pcr 时，压杆原有直线形态下的平衡将从“稳定”过渡到“不稳定”的。此时压力 Pcr 称为压杆的临界压力。2、外压容器受外压作用的圆筒，当外压作用到某一数值时，圆筒就不可能在圆的形状下维持稳定的平衡了。此时压力 Pcr 称为临界压力。此时桶壁会产生的环向压缩应力称为临界应力cr。9.3、长圆筒、短圆筒、计算长度和临界长度外压圆筒分为长圆筒与短圆筒长圆筒的临界压力与筒体长度无关短圆筒的临界压力随筒体计算长度减小而增大计算长度指两相邻加强圈的间距Lcr 是临界长度，它是封头或其他刚性构件对筒身是否有支撑作用的一个分界线，通体的实

16、际长度如果小于 Lcr，那么这个筒体中部就可以得到封头的支撑作用，应属短圆筒，反之，若筒体实际长度大于 Lcr，则为长圆筒。Lcr=1.18Do（Do/e）1/29.4 材料性能对外压圆筒稳定性的影响材料强度指标：s、b、n、D筒体临界压力与材料屈服强度没有直接关系材料弹性模量E 越大，材料抵抗变形能力越强，其临界压力越高9.5 临界压力计算公式的应用条件公式 1：钢制长圆筒 Pcr=2.2E（e/Do）3公式 2：钢制短圆筒 Pcr=2.6E（e/Do）2.5/(L/Do)1、利用公式 Lcr=1.18Do（Do/e）1/2 算出临界长度，判断是长圆筒还是短圆筒2、当cr=p，则利用公式 1

17、 与 2 求得 Pcr9.6 防止内压凸形封头失稳的规定内压失稳：当压应力达到一定值时，椭圆形封头和蝶形封头会在过渡区产生经向折皱的现象规定：当 0.1Di=折边半径 r=3Di/1000当标准椭圆形封头和折边半径=0.17D，球面半径 Rei=0.9Di 的蝶形封头，其有效厚度=1.5Di/10009.7 真空容器的加强圈1、真空容器加强圈所需最小截面惯性矩的计算ImirLDo3/7.27EL加强圈间距，mm；Do筒体外径，mm；E设计温度下的弹性模量（限 420 摄氏度下）公式使用条件：真空条件下，筒体=2D/1000，且不小于 3mm，E 可查手册 2、2、真空容器加强圈实际提供的截面惯

18、性矩的计算Ix 表复合截面对其中性轴的惯性矩（Ix=Imax）第一步：确定组合界面中性轴的位置，即寻找组合界面的形心a=Ao*c/（Ao+A1）第二步：计算组合截面对其中性轴x 的惯性矩 IxIx=（Ix）A+（Ix）R惯性矩平行移轴定理 Iz1=Iz+Aa29.8 圆筒的轴向稳定校核1、什么情况下需要校核圆筒的轴向稳定性一些化工设备的压缩应力超过某一值时，需要校核2、轴向稳定许用应力的确定（1）、按 A=0.094e/R 确定 A 值（2）、根据筒体材料及设计温度，查找出相应的 B-A 曲线，并查找 A 点所在位置。若A 点位于曲线左侧，则按 B=2EA/3 计算 B 值若A 点位于曲线右侧

19、，则从B-A 曲线查出 B 值（3）、查得的的 B 值即是该圆筒轴向稳定的许用应力，只要器壁上的轴向压缩应力不超过B，器璧就是轴向稳定的。第十章知识点10.1 连接和法兰连接压力容器法兰连接管法兰连接10.2 法兰连接的密封原理法兰联接结构是一个组合件，是由一对法兰，若干螺栓、螺母和一个垫片所组成。在实际应用中，由于联接件或被联接件的强度破坏所引起法兰密封失效是很少见的，较多的是因为密封不好而泄漏。故法兰联接的设计中主要解决是防止介质泄漏。10.3 法兰连接1.法兰所受外力2.法兰在外力偶矩作用下的变形和内力：1.密封垫片使整个法兰连接的基础（包括法兰、垫片、螺柱、螺母）2.增加与法兰盘连接处

20、器壁的壁厚3 对于带劲的法兰，增加劲厚度对提高法兰的强的会有比增加法兰盘厚度有更好的效果。4.在螺栓力 T 一定的条件下，法兰螺孔中心圆与密封垫片中经之间的距离越小，法兰所承受的外力偶矩越小。10.4 压力容器法兰压力容器法类型：甲型平焊法兰，乙型平焊法兰，长劲对焊法兰压力容器法兰的结构：平面型密封面，凹凸型密封面，槽型密封面10.5 甲型平焊法兰只有平面型与凹凸型10.6 乙型平焊法兰三种密封面形式都有10.7 长颈对焊法兰三种密封面形式都有10.8 法兰密封面形式平面、凹凸、槯槽面10.9 法兰结构1.密封面开在衬衫2.为了检查衬环与法兰之间的连接10.10 压力容器法兰基本参数法兰的公称

21、直径法兰的公称压力10.11 法兰尺寸的确定容器的直径和不同的设计压力10.12 压力容器法兰最大容许工作压力最大工作压力高于其设计压力，但是可能低于其公称压力，也可能高于公称压力10.13 法兰材料的选用选用板材 Q235B、C选用 20R，16MnR 钢板乙型法兰的短节材料应与法兰的材料相同选用锻件10.14 压力容器法兰用密封垫片非金属软垫片缠绕式垫片金属包垫片10.15 压力容器法兰用等长双头螺柱1.形式与尺寸2.A 型与B 型螺柱的选用3.双头螺柱材料4.标记10.16 管法兰连接包括管法兰、密封垫片和紧固件。10.17 管法兰标准公称压力用 bar，最小压力级别 PN2.5 最大压

22、力级别 PN16010.18 管法兰类型和密封面类型：板式平焊法兰、带劲平焊法兰、带劲对焊法兰、整体法兰、承插焊接法兰、螺纹法兰、对焊环松套法兰、平焊环松套法兰、法兰盖、衬里法兰盖密封面：全平面密封面（EF）、凸面密封面（RF）、凹凸面密封面（MFM）、面密封面（TG）和环连接面（RJ）。10.19 管法兰结构和使用板式平焊法兰、带劲平焊法兰、带劲对焊法兰、整体法兰、承插焊接法兰、螺纹法兰、松套法兰、法兰盖10.20 法兰尺寸质量表PN0.25-1.6Mpa 管法兰盘厚度表PN2.5-16MPa 管法兰厚度表DN600-2000 的法兰和法兰盖厚度表管法兰尺寸、质量表号汇总PN0.25MPa 和 PN0.6MPa