第三章 內(nèi)壓薄壁容器強(qiáng)度計(jì)算(2)

1、2022-2-11第四章第四章 內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)4.1 強(qiáng)度設(shè)計(jì)的基本知識(shí)4.2 內(nèi)壓薄壁圓筒殼與球殼的強(qiáng)度設(shè)計(jì)4.3 內(nèi)壓圓筒封頭的設(shè)計(jì)2022-2-11 使用安全閥時(shí)，設(shè)計(jì)壓力不小于安全閥的開啟壓力pk，或取最大工作壓力的1.051.10倍； 設(shè)計(jì)壓力p：在相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度下用以確定殼壁厚度的壓力，亦即標(biāo)注在銘牌上的容器設(shè)計(jì)壓力。設(shè)計(jì)壓力稍高于最大工作壓力。 最大工作壓力（pw）是指容器頂部在工作過程中可能產(chǎn)生的最高壓力（表壓）。安全閥安全閥容器容器4.2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定1. 壓力2022-2-11 計(jì)算壓力pc：在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件厚度

2、的壓力，其中包括液柱靜壓力。計(jì)算壓力=設(shè)計(jì)壓力+液柱靜壓力(5%P時(shí)計(jì)入) 當(dāng)元件所承受的液體靜壓力小于5%設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可忽略不計(jì)。 在檢查管理上，以設(shè)計(jì)壓力分類。 通常取計(jì)算壓力pc = 設(shè)計(jì)壓力p 計(jì)算壓力設(shè)計(jì)壓力最大工作壓力=容器頂部最大表壓2022-2-11 使用爆破膜作安全裝置時(shí)，設(shè)計(jì)壓力的決定因素：爆破膜片的型式、最低標(biāo)定爆破壓力、爆破片制造范圍的下限、爆破片制造范圍的上限。 防爆片防爆片容器容器 5正拱普通型拉伸破壞型爆破片 這種爆破片裝置是用塑性良好的材料，如不銹鋼、鎳、銅、鋁等箔材制成的爆破片裝在一幅夾持器內(nèi)而構(gòu)成的。 其特點(diǎn)是：無碎片飛出，阻力也不大。正正拱普通拉伸型爆破片

3、裝置拱普通拉伸型爆破片裝置6正拱開縫爆破片 是在普通拉伸型的基礎(chǔ)上為解決成型箔材的厚度規(guī)格不適應(yīng)各種需要的動(dòng)作壓力而發(fā)展起來的。特點(diǎn)：膜片可以采用較大的厚度，開裂的程度較大，有利于氣體的排放；加工精度要求高，制造較困難；內(nèi)襯的密封薄膜易破裂而使爆破片過早失效。 圖圖9.4 正拱開縫型爆破片裝置正拱開縫型爆破片裝置7 反拱型（失穩(wěn)型、壓縮型）爆破片 反拱型爆破片凸面承受壓力,當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí)，凸型膜片會(huì)失穩(wěn)而突然翻轉(zhuǎn)，隨即被裝設(shè)在它上面的刀具切破，或膜片整體脫落彈出。 反拱帶刀型爆破片裝置反拱帶刀型爆破片裝置表4-2 內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)壓力取值方法容器類型容器類型 設(shè)計(jì)壓力（設(shè)計(jì)壓力（p）取值）取值

4、 無安全泄放裝置無安全泄放裝置P =(1.01.1)Pw裝有安全閥裝有安全閥不低于安全閥開啟壓力，通常取不低于安全閥開啟壓力，通常取 P= (1.051.1)Pw裝有防爆片裝有防爆片取爆破片設(shè)計(jì)爆破壓力加上所選爆破片制造范圍的上限取爆破片設(shè)計(jì)爆破壓力加上所選爆破片制造范圍的上限值值 盛裝液化氣體盛裝液化氣體根據(jù)容器的充裝系數(shù)及可能達(dá)到的最高溫度確定根據(jù)容器的充裝系數(shù)及可能達(dá)到的最高溫度確定 帶夾套的容器設(shè)計(jì)壓力的確定 指容器在正常情況下，設(shè)定的元件金屬溫度(沿元件金屬截面的溫度平均值)。 表4-5（P94） 設(shè)計(jì)溫度在容器設(shè)計(jì)中的作用： 選擇材料 ； 確定許用應(yīng)力。2 設(shè)計(jì)溫度2022-2-1

5、13 許用應(yīng)力和安全系數(shù)t （1）許用應(yīng)力的取法 許用應(yīng)力是以材料的各項(xiàng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)為依據(jù)，合理選擇安全系數(shù)n得出的，即 所需要考慮的強(qiáng)度指標(biāo)主要有抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等，對(duì)于需要考慮蠕變的材料，強(qiáng)度指標(biāo)還應(yīng)有蠕變極限。 n2022-2-11t0.2DD()minntttsnsnnn t高溫容器 ， ，0.2(),ttbssn tb中溫容器 =minn0.2(),ssn tbb常溫容器 =minn2022-2-11（2）安全系數(shù)的取法安全系數(shù)是不斷發(fā)展變化的參數(shù)，科技發(fā)展，安全系數(shù)變??；v 影響因素：v計(jì)算方法的準(zhǔn)確性、可靠性、受力分析的精確程度；v材料的質(zhì)量、焊接檢驗(yàn)等制造技術(shù)水平；v容器的工作條

6、件，如壓力、溫度和溫度波動(dòng)、容器在生產(chǎn)中的重要性和危險(xiǎn)性等。（表4-6）v 常用鋼板與鋼管的許用應(yīng)力可從資料中（附表9）直接查取2022-2-114 4、焊接接頭系數(shù)、焊接接頭系數(shù)j j容器上焊縫：縱焊縫A類焊縫環(huán)焊縫B類焊縫環(huán)環(huán)焊焊縫縫縱縱焊焊縫縫 縱向焊縫承受的應(yīng)力比環(huán)向焊縫大一倍，焊接接頭系數(shù)主要針對(duì)縱向焊縫。 焊縫區(qū)強(qiáng)度的決定因素：熔焊金屬、焊縫結(jié)構(gòu)、施焊質(zhì)量。 焊接接頭系數(shù)的大小決定于焊接接頭的型式和無損檢測的長度比率 無損檢驗(yàn)方法主要是：X射線檢查和超聲波檢查表4-8 鋼制壓力容器的焊接接頭系數(shù)值焊接接頭形式焊接接頭形式 無損檢測比例無損檢測比例 值值 示意圖示意圖雙面焊對(duì)接接頭和

7、相當(dāng)于雙面焊對(duì)接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全熔透對(duì)接接頭雙面焊的全熔透對(duì)接接頭 100% 1.00局部局部 0.85單面焊對(duì)接接頭單面焊對(duì)接接頭(沿焊縫沿焊縫根部全長有緊貼基本金屬根部全長有緊貼基本金屬的墊板的墊板) 100%0.90局部局部0.802022-2-115 厚度附加量 C=C1+C2 C1鋼板壁厚負(fù)偏差；（表4-9,4-10） 按相應(yīng)的鋼板或鋼管標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定選取當(dāng)鋼材的厚度負(fù)偏差不大于0.25mm，且不超過名義厚度的6%時(shí)，負(fù)偏差可以忽略不計(jì)。2022-2-11 C2：腐蝕裕量，容器元件由于腐蝕或機(jī)械磨損而導(dǎo)致厚度變薄，在設(shè)計(jì)壁厚時(shí)要考慮容器使用壽命期內(nèi)的安全性。C2 = Ka B（mm

8、）Ka ：腐蝕速率（mm/a），由材料手冊(cè)或?qū)嶒?yàn)確定。一般情況， Ka = 0.050.13 mm/a，輕微腐蝕時(shí)，單面腐蝕C2 = 12 mm， 雙面腐蝕 C2 = 24 mm， 不銹鋼，一般 C2=0。 B：容器的設(shè)計(jì)壽命，通常為815年。2022-2-11v腐蝕裕量的選取原則和方法：v（1）介質(zhì)為壓縮空氣、水蒸氣或水的碳素鋼或低合金鋼制容器，其腐蝕裕量不得小于1.0mm；對(duì)不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)腐蝕性極微時(shí)，可取0；v（2）除上述情況以外的其他情況，筒體和封頭的腐蝕裕量按表4-11確定。v（3）容器的接管的腐蝕裕量，一般情況下與殼體的腐蝕裕量相同；v（4）兩側(cè)同時(shí)與腐蝕介質(zhì)接觸的元件，應(yīng)根據(jù)兩側(cè)

9、不同的操作介質(zhì)選取不同的腐蝕裕量，將兩者疊加作為總的腐蝕裕量；v（5）當(dāng)容器內(nèi)件材料與殼體材料相同時(shí)，容器內(nèi)件的單面腐蝕裕量按表4-12確定。v（6）碳鋼裙座的腐蝕裕量應(yīng)不小于2mm，如其內(nèi)、外側(cè)均有保溫或防火層，可不考慮腐蝕裕量。2022-2-11v筒體和封頭的內(nèi)徑系列見表2-5；v鋼板厚度尺寸系列，表4-13.6、直徑系列與鋼板厚度 容器直徑與鋼板厚度必須在標(biāo)準(zhǔn)化的系列尺寸中選取。 表2-5 壓力容器的公稱直徑DN (mm）300350400450500550600650700800900100011001200130014001500160017001800190020002100220

10、0230024002500260028003000320034003500360038004000420044004500460048005000520054005500560058006000注：表中紅色字體的公稱直徑應(yīng)盡量不采用。2.02.53.03.54.04.55.06.07.08.09.010111214161820222528303234363840424550556065707580859095100105110115120125130140150160165170180185190195200 表4-13 鋼板的常用厚度 (mm） 注: 5mm為不銹鋼鋼板的常用厚度2022-2

11、-114.2.3容器的厚度和最小厚度1. 計(jì)算厚度計(jì)算厚度 計(jì)算厚度（計(jì)算厚度（）：）：由公式采用計(jì)算壓力得到的厚度，必由公式采用計(jì)算壓力得到的厚度，必要時(shí)還應(yīng)計(jì)入其它載荷對(duì)厚度的影響。要時(shí)還應(yīng)計(jì)入其它載荷對(duì)厚度的影響。2. 設(shè)計(jì)厚度（設(shè)計(jì)厚度（d）2dC2022-2-11 名義壁厚 n：設(shè)計(jì)厚度加上鋼材厚度負(fù)偏差C1后向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，即為名義厚度。3. 名義厚度（名義厚度（n）1CdnC1：鋼板厚度負(fù)偏差（鋼板在軋制時(shí)產(chǎn)生了偏差）差）：除去負(fù)偏差后的除去負(fù)偏差后的圓整值圓整值標(biāo)注在圖樣上的厚度即為名義厚度標(biāo)注在圖樣上的厚度即為名義厚度n2022-2-114. 有效厚度（有效厚度

12、（e） 有效厚度（有效厚度（e）：）：名義厚度減去鋼材負(fù)偏差和腐蝕裕名義厚度減去鋼材負(fù)偏差和腐蝕裕 量量 e21nCCe有效厚度（有效厚度（e）是是真正可以用來承受介質(zhì)壓力的厚度真正可以用來承受介質(zhì)壓力的厚度2022-2-11C1C2圓整值加工減薄量C=C1+C22022-2-115. 最小厚度（min） 對(duì)于設(shè)計(jì)壓力較低的容器，根據(jù)對(duì)于設(shè)計(jì)壓力較低的容器，根據(jù)強(qiáng)度公式計(jì)算強(qiáng)度公式計(jì)算出來出來的厚度很薄。大型容器，如果筒體的厚度很薄。大型容器，如果筒體厚度過薄厚度過薄，將導(dǎo)致剛，將導(dǎo)致剛度不足而極易引起過大的彈性變形，度不足而極易引起過大的彈性變形，不不能能滿足運(yùn)輸滿足運(yùn)輸、安安裝裝等要求。因

13、此，必須限定一個(gè)等要求。因此，必須限定一個(gè)最小厚度最小厚度（不包括腐蝕不包括腐蝕裕量裕量）以滿足剛度和穩(wěn)定性要求。）以滿足剛度和穩(wěn)定性要求。最小厚度最小厚度min的規(guī)定的規(guī)定（不包括腐蝕裕量）（不包括腐蝕裕量）：碳素鋼、低合金鋼容器：碳素鋼、低合金鋼容器：min不小于不小于3mm；高合金制容器：高合金制容器： min不小于不小于2mm；2022-2-111）若）若 取取 當(dāng)筒體的計(jì)算厚度小于最小厚度時(shí)，應(yīng)取最小厚度作為計(jì)算厚度。此時(shí)名義厚度：min1C2minCn2）若）若 取取min1C21minCCn2022-2-114.2.4 壓力試驗(yàn)與強(qiáng)度校核 壓力試驗(yàn)的種類、要求和試驗(yàn)壓力值應(yīng)在圖樣

14、上注明。壓力試驗(yàn)一般采用液壓試驗(yàn)。對(duì)于不適合作液壓試驗(yàn)的容器，例如容器內(nèi)不允許有微量殘留液體或由于結(jié)構(gòu)原因不能充滿液體的容器，可采用氣壓試驗(yàn)。2022-2-11 1.15 tpT氣壓試驗(yàn) p式中： pT試驗(yàn)壓力，Mpa； p 設(shè)計(jì)壓力，Mpa； 容器元件材料在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力，Mpa； t容器元件材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，Mpa。 1.25 tpT液壓試驗(yàn) p1、試驗(yàn)壓力 內(nèi)壓容器的試驗(yàn)壓力：2022-2-11v2 、壓力試驗(yàn)的應(yīng)力校核ieep2TTDSS（ ）T應(yīng)滿足下列條件：ies0.2ep0.92TTDSS（）液壓試驗(yàn) （）ies0.2ep0.82TTDSS（ ）氣壓試驗(yàn) （）2022-2-113 壓力試驗(yàn)的試驗(yàn)要求與試驗(yàn)方法（1）液壓試驗(yàn)（2）氣壓試驗(yàn)（3）氣密性試驗(yàn)2022-2-11dne