內(nèi)壓薄壁圓筒和球殼設(shè)計(jì).ppt

第九章 內(nèi)壓薄壁圓筒和球殼的設(shè)計(jì),根據(jù)給定的內(nèi)直徑，設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)溫度以及介質(zhì)腐蝕性等條件，設(shè)計(jì)出合適的厚度，以保證在規(guī)定的使用壽命內(nèi)安全可靠地運(yùn)行。 壓力容器強(qiáng)度計(jì)算的內(nèi)容主要是新容器的強(qiáng)度及在用容器的強(qiáng)度校核。,第一節(jié) 概述,壓力容器設(shè)計(jì)的內(nèi)容,1、確定設(shè)計(jì)參數(shù)：p（設(shè)計(jì)壓力）、t（設(shè)計(jì)溫度正常工作的情況下設(shè)定的元件金屬的溫度）、DN（公稱直徑）、t（設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力）、（焊接接頭系數(shù)）等。 2、選擇材料 只討論鋼制化工容器。 壓力低、按剛度設(shè)計(jì)的容器：盡量用低碳鋼； 壓力較高之大型容器：普通低合金鋼。價(jià)格比碳鋼高20%，強(qiáng)度高3060%。 介質(zhì)腐蝕嚴(yán)重或產(chǎn)品純度要求高：不銹鋼； 深冷容器：銅及其合金。,4、確定殼體（筒體、封頭）壁厚。強(qiáng)度計(jì)算。 5、選取標(biāo)準(zhǔn)件。 法蘭、支座、開孔附件等。 6、繪制設(shè)備圖紙。 本章主要討論中低壓化工容器筒體與封頭的強(qiáng)度計(jì)算問題。,一、薄壁圓筒強(qiáng)度計(jì)算公式 承受內(nèi)壓的圓筒，薄膜應(yīng)力為 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 工藝設(shè)計(jì)中一般給出內(nèi)直徑 考慮焊縫區(qū)金屬?gòu)?qiáng)度一般低于母材,第二節(jié) 內(nèi)壓薄壁圓筒和球殼強(qiáng)度計(jì)算,pc 計(jì)算壓力，MPa Di 圓筒內(nèi)直徑，mm 計(jì)算厚度，mm 焊接接頭系數(shù) t 設(shè)計(jì)溫度下材料許用應(yīng)力，MPa 適用范圍,殼體厚度 計(jì)算厚度 設(shè)計(jì)厚度d=+C2 名義厚度n=d+C1并圓整 有效厚度e=n-C1-C2=n-C 毛坯厚度=n+加工減薄量C3 最小厚度min為滿足制造工藝要求及運(yùn)輸和安裝的剛度要求,對(duì)殼體規(guī)定的最小厚度,設(shè)計(jì)厚度與名義厚度,內(nèi)壓圓筒應(yīng)力校核 內(nèi)壓圓筒許可壓力確定,四、關(guān)于最小厚度的規(guī)定 按壁厚公式計(jì)算得到的壁厚很小，不能滿足制造工藝要求以及運(yùn)輸和安裝過程中的剛度要求，規(guī)定殼體加工成型后不包括腐蝕裕量的最小厚度 對(duì)碳素鋼、低合金鋼制容器，不小于3mm 對(duì)高合金鋼制容器，不小于2mm,與薄壁圓筒的推導(dǎo)相似，可以得到球形容器的厚度設(shè)計(jì)計(jì)算公式如下： 計(jì)算厚度 應(yīng)力校核,二、內(nèi)壓球殼的強(qiáng)度計(jì)算,許可壓力,1. 設(shè)計(jì)壓力 p 表壓，設(shè)計(jì)壓力是指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下用以確定容器殼體厚度及其元件尺寸的壓力，是標(biāo)注在銘牌上的容器設(shè)計(jì)壓力。 液體靜壓力5%p時(shí)，取設(shè)計(jì)壓力+靜壓力為計(jì)算壓力，有安全閥時(shí)?。?.051.1）最高工作壓力，有爆破膜時(shí)?。?.151.3）倍的最高工作壓力,三、 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定,2. 計(jì)算壓力 3. 設(shè)計(jì)溫度 (表 9-1） 4.許用應(yīng)力和安全系數(shù) 許用應(yīng)力：強(qiáng)度性能/安全系數(shù) 安全系數(shù)：考慮到材料性能、載荷條件、設(shè)計(jì)方法、 加工制造和操作等方面的不確定因素而確定的質(zhì)量保 證系數(shù)到材料性能、載荷條件、設(shè)計(jì)方法、加工制造 和操作等方面的不確定因素而確定的質(zhì)量保證系數(shù),碳素鋼、低合金鋼 高合金鋼 GB150許用應(yīng)力表（表9-4）,5. 焊接接頭系數(shù) 表示焊縫區(qū)金屬與母材金屬?gòu)?qiáng)度的比值。 焊縫熱影響區(qū)有熱應(yīng)力的存在，焊縫金屬晶粒粗大，焊縫中存在缺陷影響焊縫的強(qiáng)度。 采用焊接接頭系數(shù)，以補(bǔ)償焊接型式、焊接工藝及焊縫探傷檢驗(yàn)的嚴(yán)格程度對(duì)焊縫區(qū)材料強(qiáng)度的影響。 焊接接頭系數(shù)的大小取決于焊縫結(jié)構(gòu)和探傷方法。 GB150規(guī)定：,GB150規(guī)定： 雙面焊或相當(dāng)雙面焊的全焊透的對(duì)接接頭 當(dāng)采用100%探傷時(shí),=1.00 當(dāng)采用局部探傷時(shí),=0.85 單面焊的對(duì)接接頭（沿焊縫根部全長(zhǎng)有緊貼基本金屬的墊板） 當(dāng)采用100%探傷時(shí),=0.90 當(dāng)采用局部探傷時(shí),=0.80,6. 厚度附加量 C=C1+C2 C1鋼材厚度負(fù)偏差 C2腐蝕裕量 容器厚度附加量包括鋼板或鋼管厚度的負(fù)偏差C1和介質(zhì)的腐蝕裕量C2。,鋼材厚度負(fù)偏差C1 薄鋼板厚度負(fù)偏差按GB708規(guī)定選取 厚鋼板厚度負(fù)偏差按GB709規(guī)定選取,腐蝕裕量C2 為防止容器元件由于腐蝕、機(jī)械磨損導(dǎo)致的厚度減薄而附加的厚度量 根據(jù)腐蝕速度和設(shè)計(jì)壽命選取腐蝕裕量 容器的各元件受到的腐蝕程度不同時(shí)，會(huì)采用不同的腐蝕裕量 介質(zhì)為水、水蒸氣、空氣的碳素鋼或低合金鋼制容器，C21mm。,對(duì)于碳素鋼和低合金鋼： 腐蝕速度0.05mm/a，C2=0 腐蝕速度0.050.13mm/a，C21mm 腐蝕速度0.130.25mm/a，C22mm 腐蝕速度0.25mm/a，C23mm,容器制成后需進(jìn)行壓力試驗(yàn)，包括強(qiáng)度試驗(yàn)和致密性試驗(yàn) 強(qiáng)度試驗(yàn)在超工作壓力下進(jìn)行液壓（或氣壓）試驗(yàn) 試驗(yàn)?zāi)康臋z查容器在超工作壓力下的宏觀強(qiáng)度，包 括材料的缺陷、容器各部分的變形、焊接接管的強(qiáng) 度、容器法蘭連接的泄漏,第三節(jié) 容器的壓力試驗(yàn),致密性試驗(yàn) 對(duì)密封性要求高的重要容器在強(qiáng)度試驗(yàn)合 格后進(jìn)行的泄漏檢查 壓力試驗(yàn)有液壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)兩種,介質(zhì)：一般為水，所以又稱為水壓試驗(yàn)。也可以使用不會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)的其它液體（揮發(fā)性小、易流動(dòng)、不易燃和無(wú)毒性）。 水溫度：C鋼、16MnR、15MnVR容器5；其它低合金鋼15。 預(yù)防試壓管道凍結(jié)及脆性破裂。一般在常溫下進(jìn)行。 實(shí)驗(yàn)步驟：,一、液壓試驗(yàn),達(dá)到試驗(yàn)壓力后關(guān)閉直通閥保壓30分鐘，此間壓力表讀數(shù)應(yīng)保持不變。然后降至規(guī)定試驗(yàn)壓力的80%并保持足夠長(zhǎng)時(shí)間對(duì)所有焊縫及連接部位進(jìn)行檢查，如有汗珠、水滴，表明有泄漏（壓力表讀數(shù)下降），應(yīng)做標(biāo)記，卸壓后修補(bǔ)，修好后重新試驗(yàn)。直至合格。,試驗(yàn)壓力： 內(nèi)壓容器 使試驗(yàn)條件下的應(yīng)力安全狀況與操作條件下相同 應(yīng)力校核 PT P 試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)圓筒在試驗(yàn)壓力下的最大應(yīng)力進(jìn)行應(yīng)力校核： （防止應(yīng)力過大，試驗(yàn)前進(jìn)行）,將容積為V的容器充滿壓力為P的氣體所需壓縮功比液體壓縮功大幾百到幾萬(wàn)倍，一旦破裂壓縮功轉(zhuǎn)化為爆破能，所以氣體比液體造成的危害要大得多。因?yàn)閴毫υ囼?yàn)的目的就是檢驗(yàn)容器的強(qiáng)度，所以存在破裂的可能性。所以：只有在不宜做液壓試驗(yàn)的容器才進(jìn)行氣壓試驗(yàn)（100%探傷并采取有效的防護(hù)措施）。如