壓力容器審核員PPT課件

精品課件 1 壓力容器審核員培訓(xùn) 壓力容器基礎(chǔ)知識(shí) 濟(jì)南市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究所毛文幫2016年01月 精品課件 2 壓力容器簡介 一 廣義壓力容器的定義所謂容器 通常的說法是 由物體構(gòu)成用于盛裝物料的空間構(gòu)件 通俗地講 就是化工 煉油 醫(yī)藥 食品等生產(chǎn)所用的各種設(shè)備外部的殼體都屬于容器 不言而喻 所有承受壓力的密閉容器稱為壓力容器 或者稱為受壓容器 精品課件 3 二 壓力容器的壓力源容器所盛裝的 或在容器內(nèi)參加反應(yīng)的物質(zhì) 稱之為工作介質(zhì) 常用壓力容器的工作介質(zhì)是各種氣體 水蒸汽或液體 我們這里主要講氣體介質(zhì)的壓力來源 壓力來源可以分為氣體壓力的產(chǎn)生或增大 它來自容器內(nèi)或容器外二類 精品課件 4 容器的氣體壓力產(chǎn)生于器外時(shí) 其壓力源一般是氣體壓縮機(jī)或蒸汽鍋爐 氣體壓縮機(jī)主要有容積型和速度型兩類 容積型氣體壓縮機(jī)是通過縮小氣體的體積 增加氣體的密度來提高氣體壓力的 而速度型氣體壓縮機(jī)則是通過增加氣體的流速 使氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯菽軄硖岣邭怏w壓力的 工作介質(zhì)為壓縮氣體的壓力容器 其可能達(dá)到的最高壓力為氣體壓縮機(jī)出口的氣體壓力 蒸汽鍋爐是利用燃料燃燒放出的熱量將水加熱蒸發(fā)而產(chǎn)生水蒸汽的一種設(shè)備 由于在相同壓力下水蒸汽的體積是飽和水的1000多倍 精品課件 5 容器的氣體壓力產(chǎn)生于容器內(nèi)時(shí) 其原因有 容器內(nèi)介質(zhì)的聚集狀態(tài)發(fā)生改變 氣體介質(zhì)在容器內(nèi)受熱 溫度急劇升高 介質(zhì)在容器內(nèi)發(fā)生體積增大的化學(xué)反應(yīng)等 由于介質(zhì)的聚集狀態(tài)發(fā)生改變而產(chǎn)生或增加壓力的 一般是由于液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)在容器內(nèi)受熱 如周圍環(huán)境溫度升高 容器內(nèi)其他物料發(fā)生放熱化學(xué)反應(yīng)等 蒸發(fā)或分解為氣體 體積劇烈膨脹 但因受到容器容積的限制 氣體密度大為增加 因而在器內(nèi)產(chǎn)生壓力或使原有的氣體壓力增加 例如二氧化硫 當(dāng)溫度低于 10 1 標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn) 時(shí) 它在密閉容器內(nèi)的蒸氣壓力低于大氣壓力 而當(dāng)溫度升高至60 時(shí) 呈液態(tài)的二氧化硫便大量蒸發(fā) 其蒸氣壓力即升高到11 25絕對大氣壓 又如高分子聚合物固態(tài)聚甲醛 受熱后 解聚 變?yōu)闅鈶B(tài) 體積約增大1065倍 在密閉容器內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生很高的氣體壓力 精品課件 6 由于氣體介質(zhì)在容器內(nèi)受熱而產(chǎn)生或顯著增加壓力 例如有些貯裝易于發(fā)生聚合反應(yīng)的氣體容器 如某些碳?xì)浠衔镔A罐 在合適條件下單分子氣體可以局部發(fā)生聚合反應(yīng) 產(chǎn)生大量的聚合熱 使容器內(nèi)的氣體受熱 溫度大幅度上升 使壓力劇烈增高 有時(shí)還會(huì)因此而發(fā)生容器超壓爆破事故 由于介質(zhì)在容器內(nèi)發(fā)生體積增大的化學(xué)反應(yīng)而壓力升高的例子較多 例如用碳化鈣加水經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成乙炔氣體 體積大為增加 在密閉的容器內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較高的壓力 又如電解水制取氫和氧的反應(yīng) 因?yàn)?米3的水可以分解成1240米3的氫氣和620米3的氧氣 體積約增大2000倍 在密閉的容器內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生很高的壓力 注意 常用的壓力容器中 氣體壓力在容器外增大的較多 在容器內(nèi)增大的較少 但后者危險(xiǎn)性較大 對壓力控制的要求也更嚴(yán)格 精品課件 7 三 壓力容器界限在此討論的壓力容器 主要是指那些容易發(fā)生事故 并按規(guī)定的技術(shù)管理規(guī)范進(jìn)行制造和使用的壓力容器 也就是對壓力容器劃個(gè)界限 哪些按一般設(shè)備對待 哪些按特殊設(shè)備對待 因而所講得的系指按特殊設(shè)備對待的壓力容器 1 劃分壓力容器的界限應(yīng)考慮的因素 主要是事故發(fā)生的可能性與事故危害性的大小兩個(gè)方面 目前國際上對壓力容器的界限范圍尚無完全統(tǒng)一的規(guī)定 一般說來 壓力容器發(fā)生爆炸事故時(shí) 其危害性大小與工作介質(zhì)的狀態(tài) 工作壓力及容器的容積等因素有關(guān) 工作介質(zhì)是液體的壓力容器 由于液體的壓縮性極小 容器爆破時(shí)其膨脹功 即所釋放的能量很小 危害性也小 而介質(zhì)是氣體的容器 因氣體具有很大的壓縮性 容器爆破時(shí)瞬時(shí)所釋放的能量很大 危害性也就大 所以一般都不把介質(zhì)為液體的容器列入作為特殊設(shè)備的壓力容器范圍內(nèi) 值得注意的是 這里所說的液體 是指常溫下的液體 不包括最高工作溫度高于其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn) 即標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn) 2 特種設(shè)備安全監(jiān)察條例 容規(guī) 對壓力容器有相應(yīng)的界定 精品課件 8 四 壓力容器的基本要求1 強(qiáng)度 金屬抵抗永久變形和斷裂的能力 常用的強(qiáng)度判據(jù)如屈服強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度 強(qiáng)度是是涉及安全的主要問題 2 剛度 剛性是在外力作用 制造 運(yùn)輸 安裝與使用 下產(chǎn)生不允許的彈性變形 如法蘭 密封 管板等 3 穩(wěn)定性 在外力作用下防止突然失去原有形狀的穩(wěn)定性 如外壓及真空容器 4 耐久性5 密封性 精品課件 9 五 壓力容器的工藝參數(shù)壓力容器的工藝參數(shù)是由生產(chǎn)的工藝要求確定的 是進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)和安全操作的主要依據(jù) 壓力容器的主要工藝參數(shù)為壓力和溫度 一 壓力這里主要討論壓力容器工作介質(zhì)的壓力 即壓力容器工作時(shí)所承受的主要載荷 壓力容器運(yùn)行時(shí)的壓力是用壓力表來測量的 表上所顯示的壓力值為表壓力 在各種壓力容器的規(guī)范中 經(jīng)常出現(xiàn)工作壓力 最高工作壓力和設(shè)計(jì)壓力等概念 觀將其定義分述如下 1 工作壓力 工作壓力也稱操作壓力 系指容器頂部在正常工藝操作時(shí)的壓力 即不包括液體靜壓力 2 最高工作壓力 系指容器頂部在工藝操作過程中可能產(chǎn)生的最大表壓力 即不包括液體靜壓力 壓力超過此值時(shí) 容器上的安全裝置就要?jiǎng)幼?容器最高工作壓力的確定與工作介質(zhì)有關(guān) 精品課件 10 3 設(shè)計(jì)壓力指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下用以確定容器計(jì)算壁厚及其元件尺寸的壓力 一般不小于最高工作壓力 由于考慮問題的角度不一樣 不同規(guī)范對設(shè)計(jì)壓力的選取原則可能會(huì)略有差異 容規(guī) 規(guī)定容器的設(shè)計(jì)壓力 應(yīng)略高于容器在使用過程中的最高工作壓力 裝有安全裝置的容器 其設(shè)計(jì)壓力不得小于安全裝置的開啟壓力或爆破壓力 精品課件 11 二 溫度1 介質(zhì)溫度 系指容器內(nèi)工作介質(zhì)的溫度 可以用測溫儀表測得 2 設(shè)計(jì)溫度 壓力容器的設(shè)計(jì)溫度不同于其內(nèi)部介質(zhì)可能達(dá)到的溫度 系容器在正常工作過程中 在相應(yīng)設(shè)計(jì)壓力下 表壁或元件金屬可能達(dá)到的最高或最低溫度 設(shè)計(jì)規(guī)定 對設(shè)計(jì)溫度的選取有如下規(guī)定 1 當(dāng)容器的各個(gè)部位在工作過程中可能產(chǎn)生不同溫度時(shí) 可取預(yù)計(jì)的不同溫度作為各相應(yīng)部位的設(shè)計(jì)溫度 2 對有內(nèi)保溫的容器 應(yīng)作壁溫計(jì)算或以工作條件相似容器的實(shí)測壁溫作為設(shè)計(jì)溫度 精品課件 12 六 壓力容器的分類壓力容器的型式繁多 根據(jù)不同壓力容器可有許多分類方法 常用的有以下幾種 一 按壓力分類按所承受壓力 P 的高低 壓力容器可分為低壓 中壓 高壓 超高壓四個(gè)等級 具體劃分如下 1 低壓容器 0 P100MPa 精品課件 13 二 按殼體承壓方式分類按殼體承壓方式不同 壓力容器可分為內(nèi)壓 殼體內(nèi)部承受介質(zhì)壓力 容器和外壓 殼體外部承受介質(zhì)壓力 容器兩大類 這兩類容器是截然不同的 其差別首先反映在設(shè)計(jì)原理上 內(nèi)壓容器的壁厚是根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算確定的 而外壓容器的設(shè)計(jì)則主要考慮穩(wěn)定性問題 其次 反映在安全性上 外壓容器相對內(nèi)壓容器安全 三 按設(shè)計(jì)溫度分類按設(shè)計(jì)溫度 t 的高低 壓力容器可分為低溫容器 t 20 常溫容器 20 t 450 和高溫容器 t 450 精品課件 14 四 從安全技術(shù)管理角度分類按安全技術(shù)管理分類 壓力容器可分為固定式容器和移動(dòng)式容器兩大類 1 固定式容器系指有固定的安裝和使用地點(diǎn) 工藝條件和使用操作人員也比較固定 是用管道與其他設(shè)備相連接的容器 如合成塔 蒸球 管殼式余熱鍋爐 熱交換器 分離器等 2 移動(dòng)式容器 系指一種貯裝容器 如氣瓶 汽車槽車 鐵路槽車等 其主要用途是裝運(yùn)有壓力的氣體 這類容器無固定使用地點(diǎn) 一般也沒有專職的使用操作人員 使用環(huán)境經(jīng)常變遷 管理比較復(fù)雜 較易發(fā)生事故 精品課件 15 五 按在生產(chǎn)工藝過程中的作用原理分類壓力容器可分為反應(yīng)容器 換熱容器 分離容器和貯運(yùn)容器 1 反應(yīng)容器 系指主要用來完成介質(zhì)的物理 化學(xué)反應(yīng)的容器 如反應(yīng)器 反應(yīng)釜 發(fā)生器 分解鍋 分解塔 聚合釜 高壓釜 合成塔 變換爐 蒸煮鍋 蒸球等 2 換熱容器 系指主要用來完成介質(zhì)的熱量交換的容器 如管殼式廢熱鍋爐 熱交換器 冷卻器 冷凝器 蒸發(fā)鍋 加熱器 硫化鍋 消毒鍋 蒸壓釜 蒸煮器 染色器等 3 分離容器 系指主要用來完成介質(zhì)的流體壓力平衡和氣體凈化分離等的容器 如分離器 過濾器 集油器 緩沖器 貯能器 洗滌器 吸收塔 銅洗塔 干燥塔等 4 貯運(yùn)容器 系指主要用來盛裝生產(chǎn)和生活用的原料氣體 液體 液化氣體等的容器 如各種型式的貯槽 槽車 鐵路槽車 公路槽車 在一種容器中 如同時(shí)具有兩個(gè)以上的工藝作用原理時(shí) 應(yīng)按工藝過程中的主要作用來劃分 精品課件 16 六 容規(guī) 對壓力容器的分類為有利于安全技術(shù)管理和監(jiān)督檢查 根據(jù)容器的壓力高低 介質(zhì)的危害程度等 容規(guī) 將其適用范圍的容器劃分為三類 精品課件 17 七 其他分類方法1 按容器的壁厚有薄壁容器和厚壁容器之分 a 薄壁容器 K Do Di 1 2 厚壁容器 K Do Di 1 22 按殼體的幾何形狀有球形容器 圓筒形容器 圓錐形容器之分 3 按制造方法有焊接容器 鍛造容器 鉚接容器 鑄造容器及各式組合制造容器之分 4 按結(jié)構(gòu)材料可有鋼制容器 鑄鐵容器 有色金屬容器和非金屬容器之分 5 按容器的安放形式則有立式容器 臥式容器等之分 精品課件 18 壓力容器專業(yè)知識(shí) 精品課件 19 一 壓力容器設(shè)計(jì) 制造的主要特點(diǎn) 1 壓力容器設(shè)計(jì)一般包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 選擇 設(shè)計(jì)計(jì)算與材料選擇 其中結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ) 即根據(jù)各類承壓零部件不同的結(jié)構(gòu) 形狀 分別進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 精品課件 20 一 壓力容器設(shè)計(jì) 制造的主要特點(diǎn) 2 壓力容器設(shè)計(jì)計(jì)算一般要解決如下三類問題 2 1強(qiáng)度 在外壓作用下不允許產(chǎn)生塑性 永久 變形 是涉及安全的主要問題 如筒體 封頭等 2 2剛性 在外力作用 制造 運(yùn)輸 安裝與使用 下產(chǎn)生不允許的彈性變形 如法蘭 密封 管板等 2 3穩(wěn)定性 在外力作用下防止突然失去原有形狀的穩(wěn)定性 如外壓及真空容器 精品課件 21 一 壓力容器設(shè)計(jì) 制造的主要特點(diǎn) 3 依各類承壓零部件不同的結(jié)構(gòu) 形狀 采用不同的加工方法分別制造 然后通過多種方法 焊接 法蘭螺栓 螺紋 連接在一起 構(gòu)成一臺(tái)完整的容器 焊接是主要方法 精品課件 22 一 壓力容器設(shè)計(jì) 制造的主要特點(diǎn) 4 在制造的全過程中要采用多種冷 熱加工方法 其中熱加工 焊接 熱處理 熱成形 以其技術(shù)的復(fù)雜性 質(zhì)量要求的多樣性以及質(zhì)量檢驗(yàn)的難度 成為影響產(chǎn)品安全運(yùn)行的關(guān)鍵 精品課件 23 一 壓力容器設(shè)計(jì) 制造的主要特點(diǎn) 5 壓力容器產(chǎn)品的質(zhì)量主要是安全要求 而非性能要求 因此采取嚴(yán)格的市場準(zhǔn)入 單位 人員 制度 以及全過程 設(shè)計(jì) 制造 使用等 質(zhì)量控制 精品課件 24 二 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 薄壁容器應(yīng)力簡化1 1應(yīng)力合理簡化的主要內(nèi)容將三向受力狀態(tài)簡化為兩向 切向 軸向 受力狀態(tài)將應(yīng)力沿壁厚非均布視為均布將應(yīng)力沿軸向非均布視為均布1 2簡化的目的 依據(jù)外載方便計(jì)算應(yīng)力1 3薄壁容器的范疇 即簡化造成誤差的允許范圍 D外 D內(nèi) 1 5 力學(xué) D外 D內(nèi) 1 2 工程 即高 中 低壓容器 精品課件 25 三 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 2 強(qiáng)度理論的選擇2 1強(qiáng)度理論的作用 在外載引起的應(yīng)力與材料極限應(yīng)力間建立聯(lián)系 以便計(jì)算壁厚 2 2主要強(qiáng)度理論的分類及選擇第一強(qiáng)度理論 最大主應(yīng)力理論 是最大主應(yīng)力達(dá)到或超過材料強(qiáng)度極限構(gòu)件即破壞 脆斷 適用于脆性材料破壞 但ASME 1與GB150等仍采用 主要原因在于經(jīng)驗(yàn)豐富 簡便 采用一定的限制條件 壓力 結(jié)構(gòu) 元件系數(shù) 可保證安全 精品課件 26 2 強(qiáng)度理論的選擇 2 2主要強(qiáng)度理論的分類及選擇第三強(qiáng)度理論 最大剪應(yīng)力理論 最大剪應(yīng)力達(dá)到或超過材料屈服極限構(gòu)件即破壞 塑性屈服 較適用于壓力容器 ASME 2與JB4732采用 第四強(qiáng)度理論 能量理論 均方根剪應(yīng)力 考慮最大剪應(yīng)力的同時(shí) 兼顧其他剪應(yīng)力對安全的影響 達(dá)到或超過材料屈服極限構(gòu)件即破壞 塑性屈服 最適用壓力容器 但需試算使用不便 精品課件 27 三 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 3 失效判據(jù) 準(zhǔn)則 的選擇3 1失效判據(jù)的作用 設(shè)定整部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 即產(chǎn)品 的安全底線3 2失效判據(jù) 準(zhǔn)則 的分類及選擇彈性失效判據(jù) 容器在整個(gè)使用過程 含耐壓試驗(yàn) 材料應(yīng)處于彈性 不得屈服 偏安全 經(jīng)驗(yàn)豐富 ASME 1及GB150采用 塑性失效判據(jù) 內(nèi)壁材料進(jìn)入塑性但外壁材料仍為彈性 可提高材料利用率 ASME 2及JB4732等采用 精品課件 28 三 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 3 失效判據(jù) 準(zhǔn)則 的選擇3 2失效判據(jù) 準(zhǔn)則 的分類及選擇爆破失效判據(jù) 因材料屈服強(qiáng)化 內(nèi) 外壁材料同時(shí)進(jìn)入塑性仍不會(huì)破壞 應(yīng)力直至材料強(qiáng)度限前均可使用 我國超高壓容器設(shè)計(jì)采用 精品課件 29 4 設(shè)計(jì)條件的確定 4 1設(shè)計(jì)條件的作用 設(shè)計(jì)依據(jù)4 2設(shè)計(jì)條件包含的內(nèi)容 主要為壓力 溫度 介質(zhì) 腐蝕裕量 焊縫系數(shù) 自然基礎(chǔ)條件等 4 3 最高 工作壓力 正常工況 安全責(zé)任界限 容器頂部 最小 唯一 可能 并非必然 出現(xiàn)的最大壓力 由用戶工藝人員提供 4 4設(shè)計(jì)壓力 設(shè)定的容器頂部的最高壓力 與相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度一起成為設(shè)計(jì)載荷條件 可能出現(xiàn)的最危險(xiǎn)工況 由設(shè)計(jì)人員根據(jù)最高工作壓力設(shè)定 大于或大于等于 4 5腐蝕裕量 年腐蝕速率 設(shè)計(jì)壽命 指均勻腐蝕 對應(yīng)力腐蝕 晶間腐蝕及氫腐蝕等需采用其他 如選材 解決 精品課件 30 三 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 5 安全系數(shù)5 1安全系數(shù)的作用 安全性與經(jīng)濟(jì)性辯證統(tǒng)一 整部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的核心 5 2為何有安全系數(shù)載荷誤差 設(shè)計(jì)誤差 材料誤差 制造與檢驗(yàn)的誤差 使用中的問題 未可知因素 精品課件 31 三 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 5 安全系數(shù)5 3安全系數(shù)發(fā)展的歷史與趨向單一走向多元 nb 強(qiáng)度 ns 屈服 nst 設(shè)計(jì)溫度下屈服 nD 持久 nn 蠕變 取五者中最小許用應(yīng)力 從高到低 下降趨勢 技術(shù)進(jìn)步 經(jīng)驗(yàn)積累 針對不同應(yīng)力對安全的不同影響 取不同的安全系數(shù) 精品課件 32 三 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 5 安全系數(shù)5 4螺栓安全系數(shù)的特殊性 避免過度上緊一般只對屈服點(diǎn)取安全系數(shù)依材料而異依規(guī)格而異 精品課件 33 三 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 6 焊縫 焊接接頭 系數(shù)6 1焊縫系數(shù)的作用 設(shè)計(jì)系數(shù) 考慮焊縫對容器強(qiáng)度的削弱 用整個(gè)增加壁厚的方式補(bǔ)足 6 2焊縫系數(shù)的選取 依焊接接頭型式及無損檢測長度 比例 確定 精品課件 34 三 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 6 焊縫 焊接接頭 系數(shù)6 3幾個(gè)問題的解釋相當(dāng)于雙面焊的全焊透對接接頭 可采用多種方法實(shí)現(xiàn) 最終由無損檢測判斷 一般均指縱縫 環(huán)縫焊接接頭系數(shù)僅在特定條件 如高塔風(fēng)載 下采用 容規(guī)對無墊板單面焊環(huán)向接頭焊縫系數(shù)的規(guī)定 應(yīng)理解為對無墊板單面焊使用的限制 精品課件 35 三 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 7 主要受壓元件設(shè)計(jì)計(jì)算書中應(yīng)注意的幾個(gè)問題7 1多數(shù)元件 如筒體 封頭 球殼 可通過公式直接得出壁厚 部分元件 如法蘭 外壓 需先假定尺寸然后進(jìn)行試算校核 7 2設(shè)計(jì)時(shí)因難以搞清開孔與焊縫的相對位置 故均按在焊縫上進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì) 制造時(shí)應(yīng)盡量使開孔遠(yuǎn)離焊縫 7 3GB150對開孔規(guī)格的限制 是等面積補(bǔ)強(qiáng)方法的限制 如需要開大孔可另尋補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法 如極限分析 安定性分析 精品課件 36 三 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 7 主要受壓元件設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)注意的幾個(gè)問題7 4除十字焊縫外 對封頭拼板焊縫無限制 但均需100 探傷 合格級別與容器一致 大型封頭制造后 因運(yùn)輸原因切開到現(xiàn)場再組焊 不屬拼板焊縫 7 5為減少計(jì)算工作量 避免錯(cuò)誤 將常用規(guī)格的封頭 法蘭編制成標(biāo)準(zhǔn)封頭 標(biāo)準(zhǔn)法蘭 供設(shè)計(jì)者選用 并非限制設(shè)計(jì)者自行設(shè)計(jì)計(jì)算 7 6GB150中要求筒節(jié)長度不小于300mm屬懲罰條款 并非合理要求 精品課件 37 三 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 8 應(yīng)力分析設(shè)計(jì)的一般概念8 1應(yīng)力分析設(shè)計(jì) JB4732 與規(guī)則設(shè)計(jì) GB150 的主要區(qū)別GB150將復(fù)雜 真實(shí) 應(yīng)力狀態(tài)簡化 只考慮一次膜應(yīng)力對安全的影響 其他應(yīng)力的影響用結(jié)構(gòu)限制 元件系數(shù)等方法簡單處理 可滿足多數(shù)一般產(chǎn)品安全 設(shè)計(jì)計(jì)算簡便 同一臺(tái)容器采用統(tǒng)一的安全系數(shù) JB4732需進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力計(jì)算與分類 可滿足高參數(shù)重要產(chǎn)品的安全 設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜必須采用計(jì)算機(jī) 根據(jù)不同應(yīng)力的各種組合 應(yīng)力強(qiáng)度 對安全的不同影響分別加以不同限制 精品課件 38 三 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 8 應(yīng)力分析設(shè)計(jì)的一般概念8 1應(yīng)力分析設(shè)計(jì) JB4732 與規(guī)則設(shè)計(jì) GB150 的主要區(qū)別GB150采用第一強(qiáng)度理論 彈性失效準(zhǔn)則 不適用于疲勞容器 壓力適用上限35MPa 安全系數(shù)較高 JB4732采用第三強(qiáng)度理論 塑性失效準(zhǔn)則 可用于疲勞容器 壓力適用上限100MPa 安全系數(shù)較低 二者的制造檢驗(yàn)要求無本質(zhì)差別 僅JB4732要求更嚴(yán)格 如不允許采用局部無損檢測 每臺(tái)容器均制備產(chǎn)品焊接試板 對接管開孔倒圓倒角有明確要求 疲勞容器不得保留焊縫余高等 精品課件 39 三 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 8 應(yīng)力分析設(shè)計(jì)的一般概念8 2應(yīng)力分類的基本知識(shí)按各類應(yīng)力對容器安全的不同影響 將其分為一次應(yīng)力 二次應(yīng)力與峰值應(yīng)力 精品課件 40 三 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 8 應(yīng)力分析設(shè)計(jì)的一般概念8 2應(yīng)力分類的基本知識(shí)一次應(yīng)力即基本應(yīng)力 它有二大特征 第一 是外載荷 壓力 重量 其他外載 引起的 外載消失一次應(yīng)力亦不復(fù)存在 第二 作用范圍廣 與結(jié)構(gòu)長度或容器半徑屬同一量級 由內(nèi)壓在圓筒與封頭上引起的切向 軸 經(jīng) 向應(yīng)力即屬一次應(yīng)力 一次應(yīng)力按其在壁厚方向分布的均勻程度 又可分為一次膜應(yīng)力 均布部分 和一次彎曲應(yīng)力 扣除一次膜應(yīng)力后的線性分布部分 一次膜應(yīng)力對容器安全影響最大 應(yīng)嚴(yán)格限制 對一次彎曲應(yīng)力的限制可稍寬 精品課件 41 三 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 8 應(yīng)力分析設(shè)計(jì)的一般概念8 2應(yīng)力分類的基本知識(shí)二次應(yīng)力是由相鄰部件的約束或結(jié)構(gòu)自身約束而產(chǎn)生的應(yīng)力 其特點(diǎn)是 第一 分布局域較一次應(yīng)力小 與屬同一量級 第二 二次應(yīng)力達(dá)到材料屈服點(diǎn)時(shí) 僅引起局部屈服 大部分材料仍屬彈性 且二次應(yīng)力有自限性 封頭與筒體連接處由附加彎矩引起的軸 切向應(yīng)力屬二次應(yīng)力 溫差應(yīng)力一般亦屬二次應(yīng)力 對二次應(yīng)力的限制寬于一次應(yīng)力 精品課件 42 三 壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 8 應(yīng)力分析設(shè)計(jì)的一般概念8 2應(yīng)力分類的基本知識(shí)峰值應(yīng)力 扣除一次 二次應(yīng)力后 沿壁厚非線性分布的部分即為峰值應(yīng)力 峰值應(yīng)力多在殼體與接管連接處產(chǎn)生 其分布區(qū)域極小 與t一個(gè)量級 僅對疲勞破壞產(chǎn)生影響 精品課件 43 四 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求 1 結(jié)構(gòu)的重要性 設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ) 對安全與經(jīng)濟(jì)性影響極大 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求是安全 方便制造與檢驗(yàn) 任何結(jié)構(gòu)都不是萬能的 需合理設(shè)計(jì)與選擇 2 筒體結(jié)構(gòu)2 1筒體結(jié)構(gòu)分為整體式與組合式兩大類 精品課件 44 四 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求 2 筒體結(jié)構(gòu)2 2整體式整體式結(jié)構(gòu)即滿足強(qiáng)度 剛度與穩(wěn)定性需要的厚度 不含耐蝕層 是由一整塊連續(xù)鋼材構(gòu)成 常見整體式結(jié)構(gòu)有 單層焊接 應(yīng)用最廣 鍛造 主要用于超高壓 鍛焊 用于大型重要工況 無縫管 小容器 精品課件 45 四 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求 2 筒體結(jié)構(gòu)2 3組合式滿足強(qiáng)度 剛度與穩(wěn)定性需要的厚度 不含耐蝕層 由板 板 板 帶 板 絲組合而成 主要用于高壓容器 板 板有多層包扎 整體包扎 熱套 繞板等板 帶有型槽繞帶 扁平綱帶板 絲有繞絲 主要用于超高壓 精品課件 46 四 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求 2 筒體結(jié)構(gòu)2 4整體式與組合式之比較在安全性方面組合式優(yōu)于整體式 理由如下 以薄攻厚 中厚板 薄板性能優(yōu)于厚板 缺陷只能在本層內(nèi)擴(kuò)展 危險(xiǎn)的縱縫 整體包扎含環(huán)縫 化整為零 各層均布 安全泄放孔 利于報(bào)警 預(yù)應(yīng)力增加安全裕度 組合式工藝復(fù)雜 生產(chǎn)周期長 且不適于做熱容器 精品課件 47 四 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求 3 封頭結(jié)構(gòu)3 1封頭分為凸形封頭 錐形封頭 平蓋等三大類3 2凸形封頭依形狀 受力 分為半球 橢圓 碟形 球冠 受力前優(yōu)于后 制造方便后優(yōu)于前 制造方法主要為沖壓 適于批量 旋壓 適于單件 制造方式主要有整板成形 小封頭 先拼板后成形 大 中型封頭 分辨成形后組焊 特大型封頭 精品課件 48 四 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求 3 封頭結(jié)構(gòu)3 3錐形封頭主要用于變速或方便卸料 依半頂角分為30 無折邊 45 大端折邊 60 大 小端折邊 主要制造方法卷焊3 4平蓋包括平蓋和鍛造平底封頭等 與筒體連接分為可拆與固接 制造方法多為鍛造 精品課件 49 四 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求 4 開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)4 1補(bǔ)強(qiáng)圈 加工方便 但補(bǔ)強(qiáng)效果有限 使用范圍有一定限制4 2厚壁管補(bǔ)強(qiáng)4 3另加補(bǔ)強(qiáng)元件 鍛件 補(bǔ)強(qiáng) 受力好 將角度改為對接易保證焊接質(zhì)量 但加工復(fù)雜 精品課件 50 四 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求 5 法蘭5 1法蘭與密封墊 緊固件合為一個(gè)結(jié)構(gòu)整體 屬可拆結(jié)構(gòu) 其基本功能是連接與密封 法蘭結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)三位一體綜合考慮 5 2法蘭按其整體性程度分為三種 整體法蘭 法蘭 法蘭頸與容器 或接管 合為一整體 強(qiáng)度與剛性好 連接與密封效果好 但加工困難 松式法蘭 法蘭未能與容器 或接管 有效合為一整體 連接與密封效果較差 但加工方便 任意式法蘭 介于二者之間 精品課件 51 四 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求 5 法蘭5 3以密封壓緊面型式分為 平面密封 密封效果差 但加工方便凹凸面密封 單面限制墊片流動(dòng) 密封效果較好 但加工較難椎槽密封 雙面限制墊片流動(dòng) 密封性好 但加工復(fù)雜 精品課件 52 四 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求 6 焊接結(jié)構(gòu)6 1焊接結(jié)構(gòu)的主要作用為方便施焊 從結(jié)構(gòu)上保證焊透 且盡量減少焊接工作量 6 2焊接結(jié)構(gòu)與工藝因素 工人技能 習(xí)慣 方法 裝備等 關(guān)系密切 設(shè)計(jì)者可提要求 具體結(jié)構(gòu)與尺寸原則上應(yīng)由制造方確定 標(biāo)準(zhǔn) GB150附錄J 為提示性 非強(qiáng)制 7 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)7 1盡量避免外形突變 關(guān)注倒角 倒圓 7 2開孔 尤其是大孔 盡量開在強(qiáng)度裕量大的部位 如平蓋 筒體端部 它們的厚度是由剛性及螺栓個(gè)數(shù) 排列與上緊空間決定的 精品課件 53 四 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求 7 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)7 3應(yīng)盡量避免靜不定結(jié)構(gòu) 如臥式容器只允許雙鞍座 對靜不定結(jié)構(gòu) 如球罐支承 應(yīng)做特殊考慮 7 4應(yīng)注意防止過大的溫差應(yīng)力 如膨脹節(jié)的設(shè)置 支承中的活動(dòng)支承 7 5支承設(shè)計(jì)中除考慮承重能力外 還應(yīng)考慮支座反力對殼體的影響 決定是否加墊板 7 6對法蘭螺栓通孔 地腳螺栓通孔跨中均布的考慮 精品課件 54 五 壓力容器制造 安裝 維修 改造基本知識(shí) 1 產(chǎn)品焊接試板1 1產(chǎn)品焊接試板的作用產(chǎn)品施焊后 用檢驗(yàn)試板焊縫力學(xué)性能的辦法 來考核產(chǎn)品焊縫的力學(xué)性能是否合格 它不能替代無損檢測與外觀檢查 精品課件 55 五 壓力容器制造 安裝 維修 改造基本知識(shí) 2 焊后 消除應(yīng)力 熱處理2 1目的消除過大焊接應(yīng)力 細(xì)化晶粒2 2焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因 特點(diǎn)及危害焊接應(yīng)力因焊接過程中變形協(xié)調(diào)產(chǎn)生焊接應(yīng)力的特點(diǎn) 量值高 可能 屈服極限 一直存在 屬二次應(yīng)力有 自限性 測量困難 x光衍射 小孔 對容器的主要危害為應(yīng)力腐蝕 精品課件 56 五 壓力容器制造 安裝 維修 改造基本知識(shí) 2 焊后 消除應(yīng)力 熱處理2 3需進(jìn)行焊后熱處理的條件通用條件 依據(jù)材質(zhì) 厚度 預(yù)熱溫度的不同組合判定 必需條件 圖樣注明應(yīng)力腐蝕 盛裝極度 高度危害介質(zhì) 免做條件 奧氏體不銹鋼 關(guān)注應(yīng)力腐蝕的復(fù)雜性 介質(zhì) 溫度 酸堿度 材質(zhì) 殘余應(yīng)力等 精品課件 57 五 壓力容器制造 安裝 維修 改造基本知識(shí) 2 焊后 消除應(yīng)力 熱處理2 4焊后熱處理整體進(jìn)爐 分段進(jìn)爐 局部 現(xiàn)場熱處理2 5熱處理工藝要求進(jìn) 出爐爐溫 升 降溫速度 保溫時(shí)溫差 爐內(nèi)氣氛 目的在于熱透 避免過大溫差應(yīng)力造成的損害 精品課件 58 五 壓力容器制造 安裝 維修 改造基本知識(shí) 3 耐壓試驗(yàn)與氣密性試驗(yàn)3 1耐壓試驗(yàn)的目的內(nèi)壓 竣工后出廠前全面考核 驗(yàn)證 強(qiáng)度 檢漏3 2液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力的確定 試驗(yàn)壓力計(jì)算公式中的系數(shù) 1 25 與安全系數(shù)有關(guān) 試驗(yàn)前的應(yīng)力校核是基于彈性失效準(zhǔn)則 液壓試驗(yàn)的危險(xiǎn)性主要來自能量觀點(diǎn) P V 和金屬碎片 精品課件 59 五 壓力容器制造 安裝 維修 改造基本知識(shí) 3 耐壓試驗(yàn)與氣密性試驗(yàn)3 3氣壓試驗(yàn)氣壓試驗(yàn)的危險(xiǎn)性遠(yuǎn)高于液壓 除P V和碎片外 氣體會(huì)高速恢復(fù)被壓縮的體積形成沖擊波 允許氣壓試驗(yàn)的條件 因承重等原因無法液壓 液體無法吹干排凈生產(chǎn)中不允許殘留液體 精品課件 60 五 壓力容器制造 安裝 維修 改造基本知識(shí) 3 耐壓試驗(yàn)與氣密性試驗(yàn)3 4氣密試驗(yàn)?zāi)康?檢漏條件 極度高度危害介質(zhì) 生產(chǎn)工藝過程中不允許泄漏 試驗(yàn)介質(zhì) 空氣氨 惰性氣體等 氣壓試驗(yàn)后是否再做氣密與介質(zhì)有關(guān)試驗(yàn)合格指標(biāo)與檢漏方法 精品課件 61 五 壓力容器制造 安裝 維修 改造基本知識(shí) 4 壓力容器的改造與維修4 1應(yīng)充分關(guān)注改造與維修的難度和質(zhì)量在使用現(xiàn)場對在役容器進(jìn)行維修 改造 尤其是動(dòng)火 焊接 維修 改造在技術(shù)上是件十分困難的事 主要難點(diǎn)在于 缺陷的去除 坡口加工 開孔等由于位置 工具等原因 難度大于制造廠 焊接修復(fù)由于位置 施焊環(huán)境 預(yù)熱條件 拘束度等原因 難度大于制造廠 在役產(chǎn)品的材料可能早被淘汰 在長期使用過程中因老化 腐蝕等原因可能造成材料性能質(zhì)量的改變 均會(huì)加大維修 改造的難度 精品課件 62 五 壓力容器制造 安裝 維修 改造基本知識(shí) 5 管子與管板的脹接5 1脹接的分類貼脹 貼脹在管板孔內(nèi)表面可不開槽 貼脹一定要與強(qiáng)度焊聯(lián)合使用 其目的在于減少管子與管板間的間隙 防止震動(dòng) 強(qiáng)度脹 強(qiáng)度脹管板孔內(nèi)表面應(yīng)開矩形槽 并應(yīng)達(dá)到全厚度脹接 強(qiáng)度脹可單獨(dú)使用 亦可與密封焊聯(lián)合使用 對重要場合亦可與強(qiáng)度焊聯(lián)合使用 精品課件 63 五 壓力容器制造 安裝 維修 改造基本知識(shí) 5 管子與管板的脹接5 2脹接方法一般分為柔性脹 如液壓脹 橡膠脹 液袋式液脹等 和機(jī)械脹 5 3脹接質(zhì)量控制要求嚴(yán)格檢查管端與管板孔內(nèi)表面的尺寸精度 清潔度 硬度 粗糙度 尤其不應(yīng)有縱向或螺旋狀刻痕 脹接前應(yīng)計(jì)算脹接壓力并進(jìn)行試脹 測試脹接接頭的拉脫力 脹后應(yīng)進(jìn)行耐壓試驗(yàn) 檢查脹口嚴(yán)密性 精品課件 64 八 壓力容器主要失效方式 1 人們對失效方式的認(rèn)識(shí)過程1 1對壓力容器失效方式的最初認(rèn)識(shí)只是防止爆炸 并為此而制訂相應(yīng)的建造規(guī)范 如ASME 1 2ASME 1所采用的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則主要僅計(jì)及防止壓力容器產(chǎn)生過大的彈性變形 包括彈性不穩(wěn)定 并未考慮其他可能發(fā)生的失效方式 為防止多種失效方式 ASME 1在材料 結(jié)構(gòu) 安全系數(shù)以及制造檢驗(yàn)等方面進(jìn)行了限制 組成了一套比較完整但不夠嚴(yán)密科學(xué)的設(shè)計(jì)方法 使其能在未對各受壓元件進(jìn)行詳細(xì)應(yīng)力分析的條件下保證多數(shù)壓力容器的安全使用 精品課件 65 八 壓力容器主要失效方式 1 人們對失效方式的認(rèn)識(shí)過程1 3隨著需要 首先是核容器 與可能 近代計(jì)算方法與技術(shù) 并通過對壓力容器性能 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與載荷特性的深入研究 以ASME 和ASME 2為標(biāo)志 較全面認(rèn)識(shí)了壓力容器可能存在的多種失效方式 精品課件 66 八 壓力容器主要失效方式 2 壓力容器可能存在的八種失效方式 2 1過量的彈性變形 包括彈性不穩(wěn)定2 2過量的塑性變形2 3脆性斷裂2 4由應(yīng)力引起的破壞 蠕變變形2 5塑性不穩(wěn)定 漸增的垮塌2 6高應(yīng)變 低循環(huán)疲勞2 7應(yīng)力腐蝕2 8腐蝕疲勞 精品課件 67 壓力容器一般結(jié)構(gòu) 精品課件 68 壓力容器一般結(jié)構(gòu) 一 壓力容器結(jié)構(gòu)概述1 壓力容器一般是由筒體 又稱殼體 封頭 又稱端蓋 法蘭 接管 人孔 支座 密封元件 安全附件等組成 它們統(tǒng)稱為過程設(shè)備零部件 這些零部件大都有標(biāo)準(zhǔn) 其典型過程設(shè)備有換熱器 反應(yīng)器 塔式容器 儲(chǔ)存容器等 精品課件 69 浮頭式換熱器 精品課件 70 浮頭式換熱器 精品課件 71 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意 精品課件 72 板式塔的結(jié)構(gòu)示意圖 精品課件 73 球形容器結(jié)構(gòu)示意圖 精品課件 74 儲(chǔ)存容器結(jié)構(gòu)示意圖 精品課件 75 固定管板式換熱器 精品課件 76 U形管式換熱器 精品課件 77 2 填料函雙殼程換熱器 精品課件 78 釜式重沸器 精品課件 79 壓力容器零部件 1 壓力容器常用的零部件有筒體 封頭 法蘭 支座 人孔 手孔 開孔補(bǔ)強(qiáng)等 為了便于設(shè)計(jì) 互換及批量生產(chǎn) 這些零部件都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化 系列化 并在各種過程設(shè)備上通用 壓力容器零部件是容器不可缺少的組成部分 壓力容器特定的操作條件不僅要求其主體必須滿足要求 而且零部件也應(yīng)符合結(jié)構(gòu) 材料 性能 強(qiáng)度等方面的要求 作為受壓元件的零部件 如同殼體一樣 也納入質(zhì)量管理與保證的監(jiān)控范圍 這對壓力容器的整體質(zhì)量和確保安全使用有著十分重要的意義 精品課件 80 2 為了便于組織生產(chǎn) 降低成本 利于互換 我國各有關(guān)部門對壓力容器零部件進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化和系列化工作 并制定了國家標(biāo)準(zhǔn)和滿足行業(yè)特點(diǎn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高曾多次修定 目前已日臻完善 3 壓力容器的設(shè)計(jì)應(yīng)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 選擇 并不僅包括設(shè)計(jì)計(jì)算與材料選擇 其中結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ) 即根據(jù)各類承壓零部件不同的結(jié)構(gòu) 形狀 分別進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 精品課件 81 筒體圓柱形筒體是壓力容器主要形式 制造容易 安裝內(nèi)件方便 而且承壓能力較好 因此應(yīng)用最廣 圓筒形容器又可以分為立式容器和臥式容器 由于容器的筒體不但存在與容器封頭 法蘭相配的問題 而且臥式容器的支座標(biāo)準(zhǔn)也是按照容器的公稱直徑系列制定的 所以不但管子有公稱直徑 筒體也制定了公稱直徑系列 對于用鋼板卷焊的筒體 用筒體的內(nèi)徑作為它的公稱直徑 其系列尺寸有300 400 500 600 等 如果筒體是用無縫鋼管制作的 用鋼管的外徑作為筒體的公稱直徑 精品課件 82 封頭壓力容器封頭 常見的形式有凸形封頭 包括半球形封頭 橢圓形封頭 碟形封頭 球冠形封頭 錐形封頭 變徑段 平蓋等 1 半球形封頭 半球形封頭由球殼的一半作成 與其他形狀的封頭相比 封頭殼壁在壓力作用下產(chǎn)生的應(yīng)力最小 因此它所需要的壁厚最薄 用材比較節(jié)省 但半球形封頭深度大 制造比較困難 尤其對加工設(shè)備條件較差的中小型設(shè)備制造廠困難更大 而對于大直徑 Di 3m 的半球形封頭可用數(shù)塊鋼板在大型水壓機(jī)成型后拼焊而成 半球形封頭還用于高壓容器上代替平封頭 以節(jié)省鋼材 精品課件 83 2 橢圓形封頭 橢圓形封頭縱剖面的曲線部分是半個(gè)橢圓形 直邊段高度為h 因此橢圓形封頭是由半個(gè)橢球和一個(gè)高度為h的圓筒形筒節(jié)構(gòu)成 橢圓形的曲率是連續(xù)的 其應(yīng)力也是連續(xù)的 封頭各部分的薄膜應(yīng)力 隨著坐標(biāo)軸的變化而變化 而且與長短軸的比值DN 2 H h 有關(guān) DN 2 H h 2為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 直邊段是為了使焊縫避開邊緣應(yīng)力區(qū) 封頭的標(biāo)準(zhǔn)為JB T4746 2002 鋼制壓力容器用封頭 3 碟形封頭是由三部分組成 第一部分是以半徑為Ri的球面部分 第二部分是以半徑為Di 2的圓筒形部分 第三部分是連接這兩部分的過渡區(qū) 其曲率半徑為r Ri與r均以內(nèi)表面為基準(zhǔn) 由于第一部分與第三部分是兩個(gè)不同的曲面 故在交點(diǎn) 處曲率半徑有一個(gè)突然的變化 在b點(diǎn)處不僅由內(nèi)壓引起的拉應(yīng)力 還有邊緣力矩引起的邊緣彎曲應(yīng)力 在過渡區(qū)和圓筒部分交界點(diǎn)a處也有緣應(yīng)力存在 其邊緣應(yīng)力的大小與Di r有關(guān) 當(dāng)r Di之比值愈小 即曲率變化愈厲害 則邊緣應(yīng)力愈大 精品課件 84 3 碟形封頭 碟形封頭同樣在碟形殼體邊緣為周向壓應(yīng)力 為了使這部分殼體不致于失穩(wěn) 具有足夠穩(wěn)定性 GB150 1998中規(guī)定對于Ri 0 9Di r 0 17Di的碟形封頭 原標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭 其有效厚度應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的0 15 其他碟形封頭的有效厚度應(yīng)不小于0 30 Di JB T4746 2002 鋼制壓力容器用封頭 中分DHA和DHB兩種類型 DHA型封頭Ri 1 0Di r 0 15Di DHA型封頭Ri 1 0Di r 0 15Di 精品課件 85 4 球冠形封頭 球冠形封頭可用作端封頭 也可以用作容器中兩獨(dú)立受壓室的中間封頭 由于封頭為一球面且無過渡區(qū) 在連接邊緣有較大邊緣應(yīng)力 要求封頭與筒體聯(lián)接處的T形接頭采用全焊透結(jié)構(gòu) 在任何情況下 與球冠形封頭連接的圓筒厚度應(yīng)不小于封頭厚度 否則 應(yīng)在封頭與圓筒間設(shè)置加強(qiáng)段過渡連接 圓筒加強(qiáng)段的厚度應(yīng)與封頭等厚 5 錐形封頭 錐形封頭有無折邊錐形封頭和折邊錐形封頭 帶折邊的錐形封頭由三部分組成 即錐形部分 半徑為r的圓弧過渡部分和圓筒部分 過渡部分是為了降低邊緣應(yīng)力 而直邊部分是為了避免邊緣應(yīng)力疊加在封頭和筒體的連接焊縫上 精品課件 86 6 錐形封頭 對于軸對稱的錐形封頭大端 當(dāng)錐殼半頂角 30 時(shí) 可以采用無折邊結(jié)構(gòu) 30 時(shí) 應(yīng)采用帶過渡段的折邊結(jié)構(gòu) 對于錐形封頭小端 當(dāng)錐殼半頂角 45 時(shí) 可以采用無折邊結(jié)構(gòu) 45 時(shí) 應(yīng)采用帶過渡段的折邊結(jié)構(gòu) JB T4746 2002 鋼制壓力容器用封頭 中規(guī)定了封頭型式 7 平蓋作為封頭承受介質(zhì)的壓力時(shí)所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力較大 在等厚度 同直徑條件下 平板內(nèi)產(chǎn)生的最大彎曲應(yīng)力是圓筒壁薄膜應(yīng)力的20 30倍 所以平蓋封頭的壁厚比同直徑的筒體壁厚大的多 而且平蓋封頭還會(huì)對筒體造成較大的邊緣應(yīng)力 因此 它的結(jié)構(gòu)簡單 制造方便但承壓容器的封頭一般都不采用平蓋 只是壓力容器上的人孔 手孔采用平蓋 或直徑較小的高壓容器及小直徑的常壓容器 一般也采用平蓋 精品課件 87 常見封頭型式及參數(shù) 精品課件 88 碟形封頭 精品課件 89 折邊錐形封頭 精品課件 90 折邊錐形封頭 精品課件 91 球冠形封頭 精品課件 92 6 支座是用來支承容器重量和用來固定容器的位置 支座一般分為立式容器支座 臥式容器支座 立式容器支座分為耳式支座 支承式支座 腿式支座和裙式支座 臥式容器多使用鞍式支座 耳式支座 一般由兩塊筋板及一塊底板焊接而成 耳座的優(yōu)點(diǎn)是簡單 輕便 缺點(diǎn)是對器壁易產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力 耳座適用于公稱直徑不大于4000mm的立式圓筒形容器 支座數(shù)量一般應(yīng)采用四個(gè)均布 容器直徑小于等于700mm時(shí) 支座數(shù)量允許采用2個(gè) 精品課件 93 耳式支座 JB T4725 92 圖2 2 2耳式支座 精品課件 94 耳式支座 支座與筒體連接處是否加墊板 應(yīng)根據(jù)容器材料與支座連接處的強(qiáng)度或剛度決定 對低溫容器的支座 一般要加墊板 對于不銹鋼制設(shè)備 當(dāng)用碳鋼制作支座時(shí) 也需在支座與筒連接處加墊板 若容器殼體有熱處理要求時(shí) 支座墊板應(yīng)在熱處理前焊接在器壁上 為改善容器的受力情況 將支座墊板四角倒圓 并在墊板中心開一通氣孔 以利于焊接或熱處理時(shí)氣體的排放 精品課件 95 支承式支座 JB T4724 92 支承式支座是由數(shù)塊鋼板焊接成 A型 圖2 2 3 也可以用鋼管制作 B型 支承式支座適用于下列條件的鋼制立式圓筒形容器 公稱直徑DN800 4000mm 圓筒長度L與公稱直徑DN之比L DN 5 容器總高度HO 10m 支承式支座型式分為A B型兩類 精品課件 96 A型支承式支座 圖2 2 3A型承式支座 精品課件 97 腿式支座 JB T4713 92 腿式支座是將角鋼或鋼管直接焊在筒體上或筒體的加強(qiáng)板上 圖2 2 4是焊在加強(qiáng)板上的支腿 A型 腿式支座適用于安裝在剛性基礎(chǔ) 且符合下列條件的容器 公稱直徑DN400 1600mm 圓筒長度L與公稱直徑DN之比L DN 5 容器總高度H1 5000m 精品課件 98 腿式支座 JB T4713 92 腿式支座不適用于通過管線直接與產(chǎn)生脈動(dòng)載荷的機(jī)器設(shè)備剛性連接的容器 對此類容器應(yīng)選用裙座等支承型式 以避免振動(dòng) 如經(jīng)計(jì)算 確認(rèn)無問題時(shí) 可不受此限制 支座數(shù)量一般應(yīng)采用三個(gè)或四個(gè)均布 A AN型支座具有易與容器圓筒相吻合 焊接安裝較為容易的優(yōu)點(diǎn) B BN型支座具有在所有方向上都具有相同截面系數(shù) 具有較高抗壓失穩(wěn)能力的優(yōu)點(diǎn) 標(biāo)準(zhǔn)考慮了支腿與圓筒連接處局部應(yīng)力問題 故分為帶墊板和不帶墊板 符合下列情況之一 應(yīng)設(shè)置墊板 用合金制的容器殼體 容器殼體有熱處理要求 與支腿連接處的圓筒有效厚度小于JB T4712 92表4給出的最小厚度 墊板材料一般與容器殼體材料相同 精品課件 99 腿式支座 JB T4713 92 圖2 2 4A型腿式支座 精品課件 100 裙式支座 適用于高大型或重型立式容器的支承 裙式支座型式有圓筒形和圓錐形兩種形式 通常采用圓筒型裙座 圓錐形裙座一般用于以下情況 塔徑D 1000m 且H D 30或D 1000m 且H D 25 基本風(fēng)壓q 0 5KN m2或地震烈度 8度時(shí) 圓錐形裙座的半錐角 15 裙座上須開孔 排氣孔裙座頂部須開設(shè) 80 100的排氣孔 以排放可能聚結(jié)在裙座與封頭死區(qū)的有害氣體 對于有人孔的矮裙座或者頂部在封頭拼接焊縫處開有缺口的可以不開設(shè)排氣孔 排液孔裙座底部須開設(shè)80 100的排液孔 一般孔徑 50 中心高50mm的長圓孔 人孔裙座上須開設(shè)人孔 以方便檢修 人孔一般為圓形 當(dāng)截面削弱受到限制或?yàn)榉奖悴鹦端赘郊?如接管等 可開長圓孔 引出管通道孔 精品課件 101 裙式支座 考慮到管子熱膨脹 在支承筋與引出管之間應(yīng)保留一定間隙 裙座與塔體封頭連接裙座直接焊接在塔底封頭上 可采用對接焊縫或搭接焊縫 在沒有風(fēng)載荷或地震載荷時(shí) 對接焊縫承受容器重量產(chǎn)生的壓縮載荷 搭接焊縫則承受剪切載荷 相比而言 搭接焊縫受力情況較差 在一些小塔或受力較小的情況下采用 裙座與塔殼體過渡段塔殼設(shè)計(jì)溫度低于 20 或高于250 時(shí) 裙座殼頂部分的材料應(yīng)與塔下封頭材料相同 裙座殼體過渡段長度取4倍保溫層厚度 但不小于500mm 對奧氏不銹鋼塔 其裙座殼體過渡段高度不小于300mm 材料同底封頭 裙座保護(hù)層當(dāng)塔內(nèi)或周圍容器內(nèi)有易燃 易爆介質(zhì)時(shí) 一旦發(fā)生火災(zāi) 裙式支座型式會(huì)因溫度升高而喪失強(qiáng)度 故裙座應(yīng)設(shè)防火層 當(dāng)裙座D 1500mm時(shí) 僅外面敷設(shè)防火層 當(dāng)裙座D 1500mm時(shí) 兩側(cè)均敷設(shè)50mm石棉水泥層 當(dāng)塔內(nèi)操作溫度很高 塔體與裙座的溫度差引起不均勻熱膨脹 會(huì)使裙座與塔底封頭連接焊縫受力情況惡化 此時(shí)須對裙座加以保溫 精品課件 102 鞍式支座鞍式支座是由底板 腹板 筋板和墊板組焊而成 它適用于雙支點(diǎn)支承的鋼制臥式容器的支座 鞍式支座型式 按鞍座實(shí)際承載的大小分為輕型 A 重型 B 兩種 鞍座分固定式 F 和滑動(dòng)式 S 兩種安裝形式 精品課件 103 鞍式支座 圖2 2 5鞍式支座 精品課件 104 鞍式支座 鞍式支座型式選擇 重型鞍座可滿足臥式換熱器 介質(zhì)比重較大或L D較大臥式容器的要求 輕型鞍座則滿足一般臥式容器的使用要求 容器因溫度變化 固定側(cè)應(yīng)采用固定鞍座 滑動(dòng)側(cè)采用滑動(dòng)鞍座 固定鞍座一般設(shè)在接管較多的一側(cè) 采用三個(gè)鞍座時(shí) 中間鞍座宜選固定鞍座 兩側(cè)鞍座可選滑動(dòng)鞍座 為改善容器的受力情況 將墊板四角倒圓 并在墊板中心開一通氣孔 以利于焊接或熱處理時(shí)氣體的排放 為使墊板按實(shí)際需要設(shè)置或與容器等厚 標(biāo)準(zhǔn)中墊板厚度允許改變 對于DN 900mm容器 鞍座分為帶墊板和不帶墊板兩種 考慮到封頭的加強(qiáng)作用 鞍座應(yīng)盡可能靠近封頭 即A應(yīng)小于或等于D0 4 從受力情況考慮 A不宜大于0 2L 當(dāng)需要時(shí) A最大不得大于0 25L 當(dāng)容器基礎(chǔ)是鋼筋混凝土?xí)r 滑動(dòng)鞍座底板下面必須安裝基礎(chǔ)墊板 基礎(chǔ)墊板必須保持平整光滑 精品課件 105 法蘭法蘭連接主要優(yōu)點(diǎn)是密封可靠和足夠的強(qiáng)度 缺點(diǎn)是不能快速拆卸 制造成本較高 法蘭分類主要有以下方法 1 按其被連接的部件分為壓力容器法蘭和管法蘭 2 按法蘭接觸面的寬窄可分為窄面法蘭和寬面法蘭 寬面法蘭是指墊片接觸面分布于法蘭螺栓中心圓內(nèi)外兩側(cè)的法蘭連接 一般用于壓力很低場合 窄面法蘭是指墊片接觸面位于法蘭螺栓孔包圍的圓周內(nèi)的法蘭連接 3 按整體性程度分為整體法蘭 松式法蘭和任意式法蘭 整體法蘭 指法蘭環(huán) 頸部及圓筒三者有效地連接成一整體的法蘭 共同承受法蘭力矩的作用 松式法蘭 指法蘭與圓筒未能有效地連接成一整體的法蘭 計(jì)算中認(rèn)為法蘭力矩完全由法蘭環(huán)本身來承擔(dān) 典型松式法蘭有活套法蘭 任意式法蘭 指整體性程度介于上述二者間的法蘭 其圓筒與法蘭環(huán)雖未形成一整體結(jié)構(gòu) 但可作為一個(gè)接構(gòu)元件 共同承受法蘭力矩 精品課件 106 法蘭密封面 法蘭密封面分為平面密封面 凹凸面密封面 榫槽面密封面 平面法蘭密封面具有結(jié)構(gòu)簡單 加工方便 且便于進(jìn)行防腐襯里等的優(yōu)點(diǎn) 由于這種密封面和墊片的接觸面積較大 如預(yù)緊不當(dāng) 墊片易被擠出密封面 也不宜壓緊 密封性能較差 適用于壓力不高的場合 一般使用在PN 2 5MPa的壓力下 凹凸面法蘭密封面相配的兩個(gè)法蘭結(jié)合面是一個(gè)凹面和一個(gè)凸面 安裝時(shí)易于對中 能有效地防止墊片被擠出密封面 密封效果優(yōu)于平面密封 榫槽面法蘭密封面相配的兩個(gè)法蘭結(jié)合面是一個(gè)榫面和一個(gè)槽面 密封面更窄 由于受槽面的阻擋 墊片不會(huì)被擠出壓緊面 且少受介質(zhì)的沖刷和腐蝕 安裝時(shí)易于對中 墊片受力均勻 密封可靠 適用于易燃 易爆和有毒介質(zhì)的運(yùn)用 只是由于墊片很窄 更換時(shí)較為困難 精品課件 107 壓力容器法蘭壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)為JB4701 4707 2000 壓力容器法蘭 它包括法蘭 墊片及等長雙頭螺柱等8個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 其中法蘭分三種 甲型平焊法蘭 乙型平焊法蘭及長頸法蘭 其中長頸法蘭受力情況最好 甲型平焊法蘭受力最差 故長頸法蘭使用范圍最寬 甲型平焊法蘭一般采用鋼板制作 由于其最大厚度有限 所以只能適用于低壓情況 為此只宜配用軟墊片 如石棉橡膠板 匹配螺柱 螺母材料可選用Q235 A 對于乙型平焊法蘭和長頸對焊法蘭 對PN 1MPa的情況下 采用軟墊片所需螺栓載荷較小 因此配置螺柱材料為35鋼等 對PN 1MPa的情況下 由于螺栓載荷逐步變成受操作壓力控制 壓緊墊片所需螺栓載荷相對為平衡內(nèi)壓軸向力所需的螺栓載荷為小 尤其在大規(guī)格直徑螺栓規(guī)格時(shí) 因此采用不同墊片時(shí) 它們螺栓載荷相差不很大 標(biāo)準(zhǔn)中允許采用相同的螺柱配置并以要求較大螺栓載荷的墊片進(jìn)行考慮 螺柱材料為40MnB或40Cr等 可供匹配墊片包括非金屬墊圈 纏繞墊和金屬包墊 精品課件 108 壓力容器法蘭對于高應(yīng)力和較大直徑規(guī)格的法蘭 由于所需螺栓載荷很大 因此采用了高強(qiáng)度的螺柱材料 如40MnVB和35CrMoA等 以保證法蘭有較緊湊的結(jié)構(gòu)尺寸 受力合理 法蘭的拼接焊縫須經(jīng)百分之百射線或超聲檢測 對長頸法蘭 當(dāng)工作壓力大于或等于0 8倍本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最大允許工作壓力時(shí) 法蘭與圓筒的對接焊縫必須進(jìn)行100 射線或超聲檢測 檢測方法按JB4730 射線檢測II級合格 超聲波檢測I級合格 當(dāng)法蘭所在容器圖樣對容器殼體的檢測要求未能滿足上述要求時(shí) 則該要求應(yīng)在圖樣中標(biāo)明 對甲型平焊法蘭