《化工設備機械基礎(chǔ)》(第2版)董大勤編著課件《內(nèi)壓》ppt-(262)

1、第十章 內(nèi)壓容器,第一節(jié) 概述第二節(jié) 設計參數(shù)的確定第三節(jié) 筒體的設計計算第四節(jié) 封頭的設計計算第五節(jié) 在用壓力容器的強度校核,第一節(jié) 概述,設計標準（規(guī)范）簡介壓力容器的主要受壓元件壓力容器強度計算內(nèi)容,壓力容器的標準簡介,壓力容器標準是全面總結(jié)壓力容器生產(chǎn)、設計、安全等方面的經(jīng)驗，不斷納入新科技成果而產(chǎn)生的。它是壓力容器設計、制造、驗收等必須遵循的準則。壓力容器標準涉及設計方法、選材及制造、檢驗方法等。,㈠

2、 國內(nèi)標準,GB150《鋼制壓力容器》內(nèi)容包括：壓力容器板殼元件計算容器結(jié)構(gòu)要素的確定密封設計超壓泄放裝置的設置容器的制造與驗收的要求等,GB150《鋼制壓力容器》壓力容器監(jiān)察規(guī)程（容規(guī)）,㈡ 國外主要規(guī)范,國外的規(guī)范主要有：美國ASME規(guī)范日本國家標準（JIS）,1．美國ASME規(guī)范,美國國家標準,美國機械工程師協(xié)會（ASME）制定的《鍋爐及壓力容器規(guī)范》。規(guī)模龐大、內(nèi)容完善，僅依靠其本身即可完成選材、設計、制造、檢

3、驗、試驗、安裝及運行等全部工作環(huán)節(jié)。,1．美國ASME規(guī)范,與壓力容器密切相關(guān)有： 第Ⅱ卷 材料技術(shù)條件、第Ⅴ卷 無損檢驗、第Ⅷ卷 壓力容器、第Ⅸ卷 焊接及釬焊評定。 每年增補一次，每三年出一新版，技術(shù)先進，修訂及時，能迅速反映世界壓力容器科技發(fā)展的最新成就，為世界上影響最大的一部規(guī)范。,2. 日本國家標準（JIS）,于80年代初制定了兩部基礎(chǔ)標準，一部是參照ASME第Ⅷ卷第1冊制定的JIS B 8243《壓力容器的構(gòu)造》，

4、另一部是參照ASME第Ⅷ卷第2冊制定的JIS B8250《特定壓力容器的構(gòu)造》。 此外，還有與壓力容器相關(guān)的標準JIS B 8240《冷凍壓力容器》、JIS B8241《無縫鋼制氣瓶》及JIS B8242《圓筒形液化石油氣貯罐（臥式）構(gòu)造》等。,,壓力容器的主要受壓元件 筒體、封頭、設備法蘭、開孔補強板、人孔蓋、人孔法蘭、人孔接管、 M30以上的設備主螺栓、直徑大于250的接管、換熱管和管板、膨脹節(jié),,壓力容器強度計算

5、內(nèi)容1、新容器的設計2、在用容器的校核,,第二節(jié) 設計參數(shù)的確定,1. 容器直徑 公稱直徑 　鋼板卷焊公稱直徑是內(nèi)徑。,,無縫鋼管截取,容器直徑較小，可直接用無縫鋼管制作。公稱直徑指鋼管外徑。,設計時，應將工藝計算初步確定的設備內(nèi)徑，調(diào)整為符合規(guī)定的公稱直徑。,2、設計壓力和計算壓力,最大工作壓力：正常操作情況下容器頂部可能出現(xiàn)的最高壓力設計壓力：設定的容器頂部的最高壓力，與相應的設計溫度一起作為設計載荷條件計算壓力：

6、在相應的設計溫度下用于確定容器殼體厚度的壓力,設計壓力和計算壓力區(qū)別,計算壓力pc：采用公式計算時使用設計壓力p：查標準件壓力試驗對容器的監(jiān)察管理,設計壓力的確定,1)單個容器不裝安全泄放裝置2)裝有安全泄放裝置 a)裝有安全閥的容器 b)裝有爆破片的容器,（1.01~1. 1）Pw,a）裝有安全閥的容器： 設計壓力不得低于安全閥的開啟壓力,（1.05~1. 1）Pw,,b）裝有爆破片的容器：不得低于爆破片的

7、設計爆破壓力上限,據(jù)爆破片的型式的不同,（1.15~1.75）Pw 3）固定式液化氣體壓力容器：設計壓力不得低于下表的規(guī)定,3)液化氣體壓力容器的設計壓力,4)混合液化石油氣壓力容器的設計壓力,,石油氣井中伴隨石油溢出的氣體或石油加工過程中產(chǎn)生的低分子量烴類氣體經(jīng)壓縮而成，主要成分為丙烷、丁烷、丙烯、丁烯。 丙烷、 丁烷、 丙烯、丁烯沸點（℃ ） -47.4 -0.5

8、 -47.4 -6.3飽和蒸汽壓 1.57 0.79 2.16 1.77,,外壓容器的設計壓力,真空容器有安全泄放裝置 Min(1.25Δp,0.1)無安全泄放裝置 0.1外壓容器不小于正常操作情況下可能產(chǎn)生的最大內(nèi)外壓差,3、設計溫度,定義： 容器在正常操作情況，在相應的設計壓力下， 設定的受壓元件金屬的溫度.,確定原則： 不得低于容器工作時器壁金屬可能達到的最高溫度;

9、 0℃以下時不得高于器壁金屬可能達到的最低溫度.,容器內(nèi)的介質(zhì)是用蒸汽直接加熱或用電器元件插入介質(zhì)，或進入容器的介質(zhì)已被加熱，取介質(zhì)可能達到的最高溫度。容器內(nèi)介質(zhì)的被熱載體（或冷載體）間接加熱，取熱載體的最高工作溫度或冷載體的（ 低于0 ℃ 的）最低工作溫度。儲存容器，殼體金屬溫度受大氣環(huán)境氣溫的影響，取歷年來月平均最低氣溫的最低值。間歇操作的設備，介質(zhì)溫度和壓力周期性變化，取最苛刻卻屬于同一時刻的設計溫度和設計壓力,確定方法：,

10、4、許用應力1）、確定方法,常溫容器中溫容器高溫容器,2）、安全系數(shù),3）、安全系數(shù)主要的影響因素,估算的載荷狀態(tài)及其數(shù)值上的偏差;計算方法的精確程度;材料性能的穩(wěn)定性、可靠性及其可能存在偏差的大小;制造工藝及其允許的偏差;檢驗手段及其嚴格的程度;使用操作的經(jīng)驗。,4）、幾點說明,1）注意鋼板厚度；2）中間溫度的許用應力，用內(nèi)插法確定；3）Q235鋼板的要乘質(zhì)量系數(shù)0.9；4）厚度較大（超出附表給定厚度）需

11、查GB150-1998，并注意一些附加條件。,5、焊接接頭系數(shù),1）、定義2）、影響因素焊接接頭型式 焊接工藝對焊縫檢驗的嚴格程度,,接頭,坡口,焊縫,,焊接方法,焊條,焊前熱處理等,,3）、Ø的確定,,焊縫型式,對焊縫進行無損檢驗的長度,,第三節(jié) 筒體的設計計算,——圓筒的計算厚度,mm 安全承受壓強P所需的最小理論計算厚度P c ——圓筒的計算壓

12、力, MPaDi ——圓筒的內(nèi)徑,mm ——鋼板在設計溫度t下的許用應力，MPa ——焊接接頭系數(shù),1、理論計算厚度,腐蝕裕量C2應根據(jù)各種鋼材在不同介質(zhì)中的腐蝕速度和容器設計壽命確定塔類、反應器類容器設計壽命一般按20年考慮，換熱器殼體、管箱及一般容器按10年考慮。,2、設計厚度,腐蝕速度＜0.05mm／a(包括大氣腐蝕)時：碳素鋼和低合金鋼單面腐蝕C2＝1mm，雙面腐蝕取C2＝2mm

13、，腐蝕速度＞0.05mm／a時，單面腐蝕取C2＝2mm，雙面腐蝕取C2＝4mm。不銹鋼取C2＝0。,3.名義厚度鋼板厚度負偏差(或鋼管負偏差) Cl,4、有效壁厚,,5、最小壁厚,設計壓力較低的容器計算出來的厚度很薄，大型容器剛度不足，不滿足運輸、安裝限定最小厚度以滿足剛度和穩(wěn)定性要求,殼體加工成形后不包括腐蝕裕量最小厚度dmin：a. 碳素鋼和低合金鋼制容器不小于3mm b．對高合金鋼制容器，不小于2mm,6、壓力試

14、驗,制造加工過程不完善，導致不安全，發(fā)生過大變形或滲漏。最常用的壓力試驗方法是液壓試驗。介質(zhì)為常溫水。也可用不會發(fā)生危險的其它液體，試驗時液體的溫度應低于其閃點或沸點。,,不適合作液壓試驗，可用氣壓試驗代替液壓試驗。如裝入貴重催化劑要求內(nèi)部烘干，或容器內(nèi)襯耐熱混凝土不易烘干，或由于結(jié)構(gòu)原因不易充滿液體的容器以及容積很大的容器等.,對壓力試驗的規(guī)定情況如下表所示：,液壓試驗時水溫不能過低(碳素鋼、16MnR不低于5℃，其它低合金

15、鋼不低于15℃)，外殼應保持干燥。設備充滿水后，待壁溫大致相等時，緩慢升壓到規(guī)定試驗壓力，穩(wěn)壓30min，然后將壓力降低到設計壓力，保持30min以檢查有無損壞，有無宏觀變形，有無泄漏及微量滲透。水壓試驗后及時排水，用壓縮空氣及其它惰性氣體，將容器內(nèi)表面吹干,7、 厚度系數(shù)、最大允許工作壓力、 計算應力（工作應力）,,,例題1：某化工廠欲設計一臺石油氣分離工程中的乙烯精餾塔。工藝要求為塔體內(nèi)徑Di=600mm；設計壓力

16、p＝2.2MPa；工作溫度t＝-3～-20℃。試選擇塔體材料并確定塔體厚度。,解析：由于石油氣對鋼材腐蝕不大，溫度在-20℃以上，承受一定的壓力，故選用16MnR。 根據(jù)式,式中p＝2.2MPa；Di=600mm；[s]＝170MPa j=0.8得：,,C2=1.0 mm 得：,考慮鋼板厚度負偏差C1＝0.6mm圓正取dn=7mm,水壓試驗時的應力,16MnR的屈服限ss=345MPa（附錄表6）,水壓試驗時滿足強度要求。,例題2,有一

17、圓筒形汽包，內(nèi)徑1200mm，操作壓力為4MPa,此時 蒸汽溫度為250℃ ，有安全閥，材料為20R,筒體采用帶墊板的對接焊，全部探傷，設計該汽包的厚度。,,,第四節(jié) 封頭的設計,凸形錐形平板,球型橢圓型碟型（帶折邊球型）無折邊球型（球冠型）,帶折邊錐型無折邊錐型,,,,薄膜應力理論,平板彎曲理論,,形狀特點應力情況危險點最大薄膜 應力最大應力及計算σmax強度條件計算厚度最小厚度優(yōu)點缺點,,,,

18、,,形狀特點應力情況危險點最大薄膜 應力最大應力σmax及計算強度條件計算厚度最小厚度優(yōu)點缺點,,,形狀特點：直徑小、厚度?。?整體沖壓大直徑：分瓣沖壓 ，再焊接,一、半球形封頭,二、橢圓形封頭,結(jié)構(gòu)：半橢球和高度為h的短圓筒(通稱直邊)直邊： 保證封頭制造質(zhì)量和避免邊緣應力作用。,,,,,應力情況危險點最大薄膜 應力最大應力σmax及計算強度條件計算厚度最小厚度優(yōu)點缺點,標準橢圓封頭壁厚與筒

19、體同,為滿足穩(wěn)定性：對標準橢圓形封頭計算厚度不小于封頭內(nèi)直徑的0.15％。,三、碟形封頭,又稱帶折邊球形封頭: 球面半徑Ri、 過渡圓弧半徑r 高度為h的直邊 Rci=(0.9-1.0)Di r =（0.15-0.17-0.2）Rci,,,,形狀特點應力情況危險點最大薄膜應力最大應力σmax及計算強度條件計算厚度最小厚度優(yōu)點缺點,,,相同受力，碟形封頭壁厚比橢圓形封頭壁厚要大些，

20、而且碟形封頭存在應力不連續(xù)，,計算壁厚滿足：不小于封頭內(nèi)直徑的0.15—0.3％。,四、球冠形封頭,無折邊球形封頭: 降低凸形封頭高度，將碟形封頭的直邊及過圓弧部分去掉，只留下球面部分。,,,,最大應力處,,形狀特點應力情況危險點最大薄膜 應力最大應力σmax及計算強度條件計算厚度最小厚度優(yōu)點缺點,五、錐形封頭,a?30°,30 ° <a ? 45 °,450< a ≤ 6

21、00,廣泛用于化工設備(如蒸發(fā)器、噴霧干燥器、結(jié)晶器及沉降器等)的底蓋便于收集與卸除設備中的固體物料。塔設備上、下部分的直徑不等，也常用錐形殼體連接，稱為變徑段。,（一）無折邊錐形封頭或錐形筒體,半錐角a?30°,1. 按大端，計算壁厚為,Q為錐殼與圓筒聯(lián)接處的應力增值系數(shù)，查圖8-7,,3、無折邊錐殼的厚度,錐殼厚度,考慮制造成本，統(tǒng)一厚度,（二）折邊錐形封頭或錐形筒體,a>300 錐殼大端450600時，按平

22、蓋計算。,,,1、錐殼大端計算壁厚,1、錐殼大端計算壁厚,2、錐殼小端半錐角a?450 ,小端無折邊半錐角450< a ≤ 600 ,小端必須加折邊，Di/Dsi ≥4 無需計算,六、平板封頭,圓形、橢圓形、長圓形、矩形和方形等相同(R／d)和受載下，薄板應力比薄殼大得多，即平板封頭比凸形封頭厚得多。,平蓋系數(shù)K查表,,,,,,,,,,,,,,半球形封頭受力最好，壁厚最薄、重量輕，但深度大制造難，中、低壓小設備不宜采用

23、；標準橢圓形封頭制造比較容易，受力狀況比碟形封頭好，故可采用標準橢圓形封頭。碟形封頭深度可調(diào)節(jié)，適合于加工，但曲率不連續(xù)，局部應力，故受力不如橢圓形封頭。,平板封頭結(jié)構(gòu)簡單，制造方便壓力不高直徑較小或高壓容器直徑較小承壓設備人孔、手孔以及在操作時需要用盲板封閉的地方，用平板蓋。,第五節(jié) 在用壓力容器的校核,校核原則校核思路與公式,,按原設計標準校核材料不明時，按同類材料最低標準值進行校核焊接接頭系數(shù)按實際結(jié)構(gòu)形式和檢驗結(jié)