Unit壓力容器的設(shè)計(jì)方案

1、Unit 17 壓力容器的設(shè)計(jì)容器的選擇雖然很多因素決定著容器的選擇，但是影響選擇的兩個(gè)基本要求 是安全和經(jīng)濟(jì)。許多內(nèi)容都被考慮，像材料的可獲取性，抗腐蝕能力，材料的 強(qiáng)度，類型和載荷的大小，安裝的位置包括風(fēng)載荷和地震載荷，制造的地點(diǎn)，容器安裝的方位和在設(shè)備制造地點(diǎn)勞動(dòng)力的可用性。隨著特殊壓力容器在石油化工和其他工業(yè)的廣泛應(yīng)用，恰當(dāng)材料的應(yīng)用很 快變成一個(gè)主要問題。對(duì)于容器的最主要的材料是碳鋼。許多其他特殊材料也 被應(yīng)用在抗腐蝕或者儲(chǔ)存液體材料的性質(zhì)不衰減的能力方面。 材料的替代十分 廣泛并且覆蓋層和涂層被廣泛應(yīng)用。 設(shè)計(jì)工程師必須與過程工程師進(jìn)行交流為 的是所有備用材料歸因于容器的整體完整性

2、。對(duì)于這些容器要求野外安裝與在 現(xiàn)場(chǎng)建造的相比，盡管容器制造的不利條件，但是在焊接處的質(zhì)量安全必須保 證。對(duì)射線探傷，應(yīng)力消除，和其他在野外的操作預(yù)測(cè)必須建立。對(duì)于那些在低溫環(huán)境下運(yùn)行或盛裝液體的容器，必須注意保證材料在低溫 下的抗擊能力。 為了滿足性能容器可能要求高合金鋼， 有色金屬， 或一些特別 的高溫要求。那種壓力容器標(biāo)注被應(yīng)用首先考慮的是是否有一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)在安裝方面。 如果有就按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。如果管轄部門已經(jīng)決定采用 ASMEASME 規(guī)范的第八篇， 那么需要確定的只是選用第一分篇還是第二分篇。有很多操作需要用第一分篇而不是第二分篇，但是底線是經(jīng)濟(jì)的情況下。 第一分篇用近似的公式，圖表，和

3、曲線圖在簡(jiǎn)單的計(jì)算。第二分篇，在另一方 面，用復(fù)雜的公式、圖表、在壓力報(bào)告中必須被描述的分析設(shè)計(jì)方法。有時(shí)， 由于對(duì)按第一分篇設(shè)計(jì)的容器在最低要求之外又增加了許多附加要求， 因此按 第二分篇設(shè)計(jì)選取較高的需用應(yīng)力可能更為經(jīng)濟(jì)。特殊的設(shè)計(jì)要求在所有單元增加標(biāo)準(zhǔn)信息，像壓力、設(shè)計(jì)溫度、形狀和 尺寸，其他的信息內(nèi)容也是必要的并且必須被記錄下來。 腐蝕和侵蝕量被給并 且一個(gè)合適的材料和保護(hù)方法必須被記錄。液體的類型必須被包含，像致命因 子，必須被提到由于要求的特殊設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。支撐位置，水平或豎直，并且支撐 點(diǎn)像來自支撐容器和管子的力一樣必須被記錄。坐落位置也得給出一邊風(fēng)、雪、地震的要求可能被確定。沖擊力

4、和周期要求也要包括。對(duì)于 ASMEASME 標(biāo)準(zhǔn)，第八篇第二分篇，是否作為疲勞分析的說明已經(jīng)通過 AD-160AD-160 給出。如果疲勞分析被要求，這個(gè)特殊的周期和力也被給出。另外，設(shè) 計(jì)說明書指出是否包括恒力或瞬時(shí)力。需用壓力包含很多種形式的力設(shè)計(jì)報(bào)告和計(jì)算ASMEASME 標(biāo)準(zhǔn)，第八篇第二分篇，規(guī)定一種正式形式的帶 有假設(shè)設(shè)計(jì)報(bào)告在使用說明書中在壓力分析計(jì)算方面。 這些計(jì)算被準(zhǔn)備和鑒定 由一個(gè)專業(yè)的工程師在壓力容器的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中。如同用戶設(shè)計(jì)條件一樣，制造 商的設(shè)計(jì)報(bào)告以及有關(guān)制造廠數(shù)據(jù)報(bào)告的證書嗾使強(qiáng)制性的。這有制造廠保存 成文件保存五年。材料的說明書所有的標(biāo)準(zhǔn)都有材料的詳細(xì)說明書和要求

5、用于描述哪種材 料是允許的。被允許的這些材料特殊的標(biāo)準(zhǔn)被列出或被限制在被允許的應(yīng)力值 范圍內(nèi)。根據(jù)這個(gè)章程和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于一個(gè)特殊進(jìn)程的容器的許用材料是被規(guī)定 的。例如，僅 S SA A與 SBSB 的標(biāo)準(zhǔn)材料可能用在 ASMEASME 鍋爐和壓力容器制造中。安全因素為了提供一個(gè)設(shè)計(jì)與實(shí)際公式的差距，那個(gè)被建立在復(fù)雜的理 論與不同失效模式下，實(shí)際的設(shè)計(jì)公式應(yīng)用在減小厚度和壓力水準(zhǔn)，一種安全 因素被應(yīng)用在多種材料性能，這種性能決定著許用應(yīng)力。安全因素直接與理論 和失敗模型、沒中規(guī)定的特殊設(shè)計(jì)要求和被確定和估計(jì)的多種真實(shí)壓力水準(zhǔn)的 程度有關(guān)。縱觀世界，多種安全因素被用在材料的壽命上去建立鍋爐、壓力容器

6、和管 子的設(shè)計(jì)許用壓力。對(duì)于這個(gè)溫度變化到建立許用壓力的緩慢破壞的溫度，這 所有建立的許用壓力是在屈服強(qiáng)度的基礎(chǔ)上的。在許多國(guó)家，一種因素被應(yīng)用 在經(jīng)過許多次實(shí)驗(yàn)而建立起來的一系列數(shù)據(jù)上。在其他國(guó)家，數(shù)據(jù)是由低的屈 服強(qiáng)度和高的屈服強(qiáng)度決定的。在另外的一些國(guó)家，對(duì)于設(shè)計(jì)部件這真正的數(shù) 據(jù)是由多次測(cè)試而確定的。部分的設(shè)計(jì)歸因于設(shè)計(jì)的公式。并不是所有國(guó)家用 極限抗拉強(qiáng)度作為確定許用應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)力分類各種可能的故障模式所面臨的壓力容器設(shè)計(jì)人員是：（1 1）過多的彈性變形包括彈性不穩(wěn)定。（2 2）過度的塑性變形。（3 3）脆性斷裂。（4 4）應(yīng)力破裂 / /蠕變（無彈性）。（5 5）塑料不穩(wěn)定增量崩

7、潰。（6 6）高應(yīng)變低周疲勞。（7 7）應(yīng)力腐蝕。（8 8）腐蝕疲勞。在處理這些不同故障模式，我們認(rèn)為設(shè)計(jì)師在他的處置有圖片的內(nèi)應(yīng)力狀 態(tài)，在部分問題。 這將通過計(jì)算獲得在整個(gè)過程中解決可能發(fā)生在全程的瞬間 和穩(wěn)態(tài)操作中的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力的措施。必須問的問題是什么，這些數(shù)字意 味著有關(guān)的設(shè)計(jì)是否滿足要求？他們將能否保證安全和滿意的一個(gè)組件的性 能？這是對(duì)這些不同的故障模式， 壓力容器設(shè)計(jì)人員必須比較和解釋應(yīng)力值。例如， 彈性變形和彈性失穩(wěn) （屈曲） ，可以不規(guī)定上限計(jì)算應(yīng)力單獨(dú)進(jìn)行控 制。 此外，必須考慮的一個(gè)組成部分的幾何形狀和剛度以及材料的性能。另一方面，失敗的塑性變形模式，可以通過計(jì)算應(yīng)

8、力施加的限制被控制，但 失敗的疲勞和應(yīng)力腐蝕模式不同， 峰值應(yīng)力不會(huì)告訴整個(gè)故事。 必須認(rèn)真考慮 產(chǎn)生的后果，因此，負(fù)載的類型和應(yīng)力分布設(shè)計(jì)者必須考慮，除了設(shè)置允許的 壓力，還必須排除一些失敗理論的限制，以確定如何在一個(gè)組件的各種壓力反 應(yīng)和貢獻(xiàn)的那部分力量。如前所述，不同類型的壓力要求不同的限制，并建立這些限制之前，它是必 要的選擇壓力的限制應(yīng)適用類別。類別和子類別選擇如下：A.A. 主應(yīng)力。（a a）最小薄膜應(yīng)力。（ b b ）當(dāng)?shù)刂饕∧?yīng)力。（c c）最小彎曲應(yīng)力。B.B. 二次應(yīng)力。C.C. 應(yīng)力峰值。主要類別的壓力是主應(yīng)力，二次應(yīng)力，和應(yīng)力峰值。其主要特點(diǎn)可以簡(jiǎn)要介紹 如下：（一）

9、主應(yīng)力是由必要的強(qiáng)加負(fù)荷，以滿足內(nèi)部和外部之間的力和力矩平衡的 條件所規(guī)定的壓力。主應(yīng)力的基本特征是不受自我限制。如果主應(yīng)力超過材料 的屈服強(qiáng)度并通過整個(gè)厚度，預(yù)防故障是完全的依賴于材料的拉伸硬化性能。（二） 二次應(yīng)力是為結(jié)構(gòu)的自我約束所開發(fā)的一種壓力。 它必須滿足與外部 負(fù)載平衡，而不是強(qiáng)加的應(yīng)變模式。二次應(yīng)力的基本特征是有自限性。當(dāng)?shù)氐?彎曲和輕微扭曲，能滿足連續(xù)條件或熱膨脹造成的壓力發(fā)生。（三）應(yīng)力峰值是在最高壓力下考慮區(qū)域。峰值應(yīng)力的基本特征是，它不會(huì) 造成重大的失真和反感的是大多為疲勞失效的可能來源。分為薄膜和受彎構(gòu)件的主應(yīng)力的需要，將在稍后討論，限額設(shè)計(jì)理論表明， 一個(gè)最小彎曲應(yīng)力

10、的計(jì)算值可能被允許進(jìn)入高于主膜應(yīng)力的計(jì)算值。 配售在本 地膜生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載壓力的主要類別，但是，需要一些解釋，因?yàn)檫@種類型的壓 力真的有二次應(yīng)力的基本特征。它有自限性，當(dāng)它超過了允許值，將受到外部 負(fù)載結(jié)構(gòu)的其他部分的抵制，但這種轉(zhuǎn)變可能涉及不能容忍的失真，因此有人 認(rèn)為，外部應(yīng)力必須被限制二次應(yīng)力的范圍內(nèi)，如間斷彎曲應(yīng)力和熱應(yīng)力。二次應(yīng)力可分為薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，就成為了主應(yīng)力，但去除本地膜應(yīng)力 的主要類別，它的出現(xiàn)，可以通過控制相同的應(yīng)力限制并且這種分類是沒必要 的。 熱應(yīng)力沒有列為首要的壓力，但他們?cè)谄渌悇e，二次應(yīng)力和應(yīng)力峰值的出 現(xiàn)。熱應(yīng)力能產(chǎn)生膨脹差的最完整的抑制失真，從而導(dǎo)致無顯著

11、性失真，被列 為應(yīng)力峰值。峰值應(yīng)力最常見的類型之一是產(chǎn)生了一個(gè)檔次，這可能是一個(gè)小的孔或圓 角。應(yīng)力集中的現(xiàn)象是眾所周知的， 在這里并不需要進(jìn)一步的解釋。在許多情況下所出現(xiàn)的，它并不是應(yīng)該被放置在哪一個(gè)類別的明顯壓力，需要 相當(dāng)多的判斷。為了規(guī)范這個(gè)程序和使用守則所作出的判決，而不是個(gè)別設(shè)計(jì) 師的判決，表的編寫，涵蓋大部分出現(xiàn)在壓力容器設(shè)計(jì)和指定的類別上的情 況，每個(gè)重點(diǎn)必須放在首位。潛在的故障模式和各種壓力種類相關(guān)的代碼有如下規(guī)定：（a a）主應(yīng)力限制是為了防止塑性變形和韌性爆破壓力提供一個(gè)安全的名義因 素。（b b）初始加二次應(yīng)力限制的目的是防止過度的塑性變形導(dǎo)致增量過大， 并驗(yàn)證 彈性分析中的應(yīng)用，進(jìn)行疲勞評(píng)估。（c c）應(yīng)力峰值限制是為了防止疲勞