第4章外压容器(2)-化工设备

1、1,复习：外压薄壁圆筒的变形特征、几何特点、临界压力,1、长圆筒、短圆筒、刚性圆筒的描述和临界参数计算,2,2、临界长度Lcr与计算长度L 相同直径和壁厚的情况下，短圆筒的临界压力高于长圆筒的临界压力，随 着短圆筒长度的增加，封头对筒壁的支撑作用渐渐减弱，临界压力也随之减 小。 当短圆筒与刚性圆筒的临界压力相等时 区别各类圆筒： 当圆筒的计算长度 L Lcr 时，为长圆筒； 当圆筒的计算长度 Lcr L Lcr 时，为短圆筒； 当L Lcr 时，为刚性圆筒。,4.1外压容器稳定性,3,计算长度L 设置加强圈等刚性构件后，筒体的几何长度对于计算临界压力值， 已失去直接意义，这时需要的是所谓计算长

2、度 。 L：筒体上相邻两个刚性构件（封头、法兰、支座、加强圈等均可 视为刚性构件）之间的最大距离。 计算时可根据以下结构进行确定： 如图4-3 (a)(b)(c)(d)所示，,4.1外压容器稳定性,4,4.2 外压圆筒与外压球壳的图算法 一、外压圆筒的解析法 外压圆筒设计为解析法和图算法的两种方法，解析法： 假设筒体的名义厚度n； 计算有效厚度e； 求出临界长度Lcr，将圆筒的外压计算长度L与Lcr进行比较，判断圆筒属于长圆筒还是短圆筒； 根据圆筒类型，选用相应公式计算临界压力 Pcr； 计算许用外压p； 比较设计压力p和p的大小。若p小于等于p且较为接近，则假设的名义厚度n符合要求；否则应重

3、新假设n，重复以上步骤，直到满足要求为止。,第4章 外压容器,5,4.2 外压圆筒与外压球壳的图算法 二、外压圆筒的图算法 1、图算法的基本原理 假设：圆筒仅受径向均匀外压，而不受轴向外压，与圆环一样处于单向（周向）应力状态。 在Pcr 作用下，产生的周向应力: 采用应变表征失稳时的特征，不论长圆筒或短圆筒，失稳时周向应变（按单 向应力时的虎克定律）为： 将长、短圆筒的pcr公式分别代入应变式中，得：长圆筒临界应变 短圆筒临界应变 可以看出：,第4章 外压容器,6,4.2 外压圆筒与外压球壳的图算法 1、图算法的基本原理 （1）几何参数计算图：L/DoDo/eA关系曲线 径向受均匀外压，径向和

4、轴向受相同外压的圆筒。令A=cr， 以A作为横坐标， L/Do作为纵坐标，Do/e作为参量绘成曲线，如图4-4。 （2）厚度计算图（不同材料）：BA关系曲线 由周向应变A找出A与pcr的关系判定筒体在操作外压力下是否全。 临界压力pcr，稳定性安全系数m，许用外压力p，故 pcr=mp，由此推得： 令: 取m=3，代入上式得： 以A和B为坐标轴得厚度计算图，以-为基础，图4-5图4-10为几种常用钢材的 厚度计算图。,第4章 外压容器,7,4.2 外压圆筒与外压球壳的图算法 二、外压圆筒的图算法 2、外压圆筒的图算法 分为两种情况： 对D0/e20的圆筒和管子 这类圆筒或管子受外压时仅需进行稳

5、定性核； 对Doe20圆筒和管子 失稳；强度失效,第4章 外压容器,8,4.2 外压圆筒与外压球壳的图算法 二、外压圆筒的图算法 2、外压圆筒的图算法 对D0/e20的圆筒和管子（这类圆筒或管子受外压时仅需进行稳定性核）： 假设壁厚为 ，并按 计算得 ，定出 和 ； 在图4-4左方找到 值,过此点沿水平方向右移与 ,线相交（遇中间值用内插法）； 按所用材料选用图4-5图4-12，在图的横坐标上找到系数 ； 若A值落到设计温度下材料线的右方，则过此点垂直上移，与设计温度下的材料线相交（遇中间温度值用内插法），再过此交点沿水平方向移动，在图的纵坐标上查得系数B 值，并按下式计算许用外压力 计算出的

6、许用外压力应大于或等于 ，否则须重新假设名义厚度，重复上述步骤，直到 大于且接近 为止。,第4章 外压容器,9,4.2 外压圆筒与外压球壳的图算法 二、外压圆筒的图算法 2、外压圆筒的图算法 对D0/e0.1时，则取A0.1； 分别按以下两式计算 和 ，取两者中较小值为许用外压力 。 计算出的许用外压力应大于或等于 ，否则须重新假设名义厚度，重复上述步骤，直到 大于且接近 为止。,第4章 外压容器,10,【例题4-1】 如图 4-13 所示某一外压圆筒形塔体，工作温度为150，材料为、 普通碳素钢Q235-A，内径 为1000mm，筒体总长为6500mm（不包括封头高），椭 圆形封头直边高度为

7、25 mm ，曲面深度为250mm，设计压力为0.1MPa， 腐蚀裕 量取1.2mm，无安全控制装置，试计算塔体的壁厚。 解：用图算法进行计算。 假设塔体名义厚度 =10mm， 10208127.520； 注意： （题图） 用内插法查图； 具体步骤见图： 其他步骤略。,外压容器例题4-1,11,1、定义：定义与内压容器相同，取值方法不同。 2、确定（GB150规定） 外压容器设计压力：考虑正常工作情况下可能出现的最大内外压力差； 真空容器设计压力：按承受外压考虑，当装有安全控制装置时（如真空泄放阀），设计压力取1.25倍最大内外压力差或0.1 MPa两者中的较小值；当无安全控制装置时，取0.1

8、MPa； 带夹套容器:考虑可能出现最大压差的危险工况，如内容器突然泄压而夹套内仍有压力时所产生的最大压差。 3、安全系数 在计算许用设计外压时，必须考虑一定的稳定性安全系数m： GB150规定：圆筒体，m取3.0；球壳， m取14.52。,补充“设计外压力”的确定,12,4.2 外压圆筒与外压球壳的图算法 外压圆筒图算法（D0/e20、D0/e20的圆筒和管子） 几何参数计算图：L/DoDo/eA关系曲线,如图4-4 厚度计算图（不同材料）：BA关系曲线图，如图4-5-图4-12 三、外压球壳的图算法 1、球壳的临界压力 对于钢制受均匀外压的球壳临界压力为： （式4-13） 2、外压球壳图算法

9、设计步骤 假设球壳壁厚 ，按 计算得 ，定出 ； 计算系数A值： 根据所用球壳材料选用图4-5图4-12，求取B值和计算许用外压力； （注意：A值落在图的左侧和右侧取值不同） 计算出的许用外压力 应大于或等于 ，否则须重新假设名义厚度，重复上述步骤，直到满足上述条件为止。,第4章 外压容器,13,课外作业,4-1外压容器的设计准则是什么？ 4-2. 外压圆筒失稳前后，壳壁内的应力各是什么性质？为什么失稳过程进行得很快？ 4-3. 什么是临界压力？临界长度的意义是什么？ 4-4. 真空容器的设计外压力如何确定？如何进行压力试验？ 4-5. 在外压圆筒上设置加强圈的目的是什么？ 4-6.有一台分馏

10、塔,塔的内径为2000mm，塔身( 包括两端椭圆形封头的直边) 长度为6000mm，封头（不包括直边）深度500mm。操作温度为260，真空条件下进行分馏。现在有10、12、14mm厚的20R钢板, 试问能否用这些钢板来制造这台设备。(腐蚀裕度=1.2mm),14,图4-3（a）外压圆筒的计算长度,（1）当圆筒部分没有加强圈或可作为加强的构件时，则取圆筒的总长 度加上每个凸形封头曲面深度的1/3，如图4-3（a）所示； 注意：对于与封头相连的那段筒体，计算长度应计入封头的直边高度及凸形 封头1/3的凸面高度。,15,图4-3（b）外压圆筒的计算长度,（2）当圆筒部分有加强圈或可作为加强的构件时

11、，则取相邻加强圈中 心线间的最大距离，如图4-3（b）所示。,16,图4-3（c）外压圆筒的计算长度,（3）取圆筒第一个加强圈中心线至圆筒与封头连接线间的距离加凸形封头曲 面深度的1/3，如图4-3（c）所示,17,图4-3（d）外压圆筒的计算长度,（4）当圆筒与锥壳相连接，若连接处可作为支撑线时，则取此连接处与相邻支 撑线之间的最大距离，如图4-3（d）所示。,18,长圆筒与纵坐标平行的直线簇，失稳时周向应变A与L/Do无关；,短圆筒斜平行线簇，失稳时A与L/Do、Do/e都有关。,19,图45 外压圆筒和球壳厚度计算图（屈服点s207MPa的碳素钢）,由A查B时，若与曲线不相交，则属于弹性

12、 失稳，可由上式求B,直线部分表示材料处于弹性，属于弹性失稳，B与A成正比,20,21,图45 外压圆筒和球壳厚度计算图（屈服点s207MPa的碳素钢）,22,图4-13 外压圆筒体,23,外压容器、爆破膜、安全阀（1）,24,外压容器(反应釜),25,真空干燥设备,在密闭的夹层中通入热能源(如热水，低压蒸汽或导热油)，热量经内壳传给被干燥物料。 在动力驱动下，罐体作缓慢旋转，罐内物料不断地混合，从而达到强化干燥的目的。 物料处于真空状态，蒸汽压下降使物料表面的水份(溶剂)达到饱和状态而蒸发了，并由真空泵及时排出回收。物料内部的水份(溶剂 )不断地向表面渗透、蒸发、排出，三个过程不断进行，物料在很短时间内达到干燥目的。,26,减压蒸馏装置（石油化工）,27,真空储罐,28,图4-1 圆筒失稳时出现的波形 图4-2 外压圆筒失稳后的形状,筒壁的圆环截面瞬间变成了曲波形，出现的波形是有规则且为永久性的，波形数可能是2、3、4，如图4-2所示，这种现象称为外压圆筒的失稳。,29,图45 外压圆筒和球壳厚度计算图（屈服点s207MPa的碳素钢）,若A值落在