第九章內(nèi)壓薄壁圓筒和球殼設(shè)計

第九章內(nèi)壓薄壁圓筒和球殼設(shè)計第1頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)給定的內(nèi)直徑，設(shè)計壓力，設(shè)計溫度以及介質(zhì)腐蝕性等條件，設(shè)計出合適的厚度，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)概述第2頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月壓力容器設(shè)計的內(nèi)容1、確定設(shè)計參數(shù)：p（設(shè)計壓力）、t（設(shè)計溫度——正常工作的情況下設(shè)定的元件金屬的溫度）、DN（公稱直徑）、[σ]t（設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力）、φ（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。價格比碳鋼高20%，強(qiáng)度高30~60%。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。第3頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月4、確定殼體（筒體、封頭）壁厚?！獜?qiáng)度計算。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)度計算問題。第4頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月一、薄壁圓筒強(qiáng)度計算公式承受內(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)計中一般給出內(nèi)直徑考慮焊縫區(qū)金屬強(qiáng)度一般低于母材第二節(jié)內(nèi)壓薄壁圓筒和球殼強(qiáng)度計算第5頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月pc——計算壓力，MPaDi——圓筒內(nèi)直徑，mmδ——計算厚度，mmφ——焊接接頭系數(shù)[σ]t——設(shè)計溫度下材料許用應(yīng)力，MPa適用范圍第6頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月殼體厚度計算厚度δ設(shè)計厚度

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δmin為滿足制造工藝要求及運(yùn)輸和安裝的剛度要求,對殼體規(guī)定的最小厚度設(shè)計厚度與名義厚度第7頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)壓圓筒應(yīng)力校核內(nèi)壓圓筒許可壓力確定第9頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月四、關(guān)于最小厚度的規(guī)定按壁厚公式計算得到的壁厚很小，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碳素鋼、低合金鋼制容器，不小于3mm對高合金鋼制容器，不小于2mm第10頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月與薄壁圓筒的推導(dǎo)相似，可以得到球形容器的厚度設(shè)計計算公式如下：計算厚度應(yīng)力校核二、內(nèi)壓球殼的強(qiáng)度計算

第11頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月許可壓力第12頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月1.設(shè)計壓力p表壓，設(shè)計壓力是指在相應(yīng)設(shè)計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)計壓力。液體靜壓力>5%p時，取設(shè)計壓力+靜壓力為計算壓力，有安全閥時取（1.05~1.1）最高工作壓力，有爆破膜時取（1.15~1.3）倍的最高工作壓力三、設(shè)計參數(shù)的確定第13頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月2.計算壓力3.設(shè)計溫度(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)

第14頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月碳素鋼、低合金鋼高合金鋼GB150許用應(yīng)力表（表9-4）第15頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月5.焊接接頭系數(shù)表示焊縫區(qū)金屬與母材金屬強(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的嚴(yán)格程度對焊縫區(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：第16頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月GB150規(guī)定：雙面焊或相當(dāng)雙面焊的全焊透的對接接頭當(dāng)采用100%探傷時,φ=1.00當(dāng)采用局部探傷時,φ=0.85單面焊的對接接頭（沿焊縫根部全長有緊貼基本金屬的墊板）當(dāng)采用100%探傷時,φ=0.90當(dāng)采用局部探傷時,φ=0.80第17頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月6.厚度附加量

C=C1+C2C1——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。第18頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼材厚度負(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)定選取第19頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月腐蝕裕量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)計壽命選取腐蝕裕量容器的各元件受到的腐蝕程度不同時，會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，C2≥1mm。第20頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月對于碳素鋼和低合金鋼：腐蝕速度<0.05mm/a，C2=0腐蝕速度0.05～0.13mm/a，C2≥1mm腐蝕速度0.13～0.25mm/a，C2≥2mm腐蝕速度≥0.25mm/a，C2≥3mm第21頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月容器制成后需進(jìn)行壓力試驗，包括強(qiáng)度試驗和致密性試驗強(qiáng)度試驗在超工作壓力下進(jìn)行液壓（或氣壓）試驗試驗?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)容器的壓力試驗第22頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月致密性試驗對密封性要求高的重要容器在強(qiáng)度試驗合格后進(jìn)行的泄漏檢查壓力試驗有液壓試驗和氣壓試驗兩種第23頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月□介質(zhì)：一般為水，所以又稱為水壓試驗。也可以使用不會導(dǎo)致危險的其它液體（揮發(fā)性小、易流動、不易燃和無毒性）?！跛疁囟龋篊鋼、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?！鯇嶒灢襟E：一、液壓試驗

第24頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月達(dá)到試驗壓力后關(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)定試驗壓力的80%并保持足夠長時間對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。直至合格。第25頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月試驗壓力：內(nèi)壓容器使試驗條件下的應(yīng)力安全狀況與操作條件下相同應(yīng)力校核

∵PT>P∴試驗前應(yīng)對圓筒在試驗壓力下的最大應(yīng)力進(jìn)行應(yīng)力校核：（防止應(yīng)力過大，試驗前進(jìn)行）第26頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月將容積為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。因為壓力試驗的目的就是檢驗容器的強(qiáng)度，所以存在破裂的可能性。所以：只有在不宜做液壓試驗的容器才進(jìn)行氣壓試驗（100%探傷并采取有效的防護(hù)措施）。如：內(nèi)襯耐火材料不易烘干的容器；不允許殘留微量試驗液的容器（生產(chǎn)時裝有觸媒的反