壓力容器的強(qiáng)度計算
《壓力容器的強(qiáng)度計算》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《壓力容器的強(qiáng)度計算(44頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
第十六章 壓力容器的強(qiáng)度計算,本章主要內(nèi)容,Ⅰ.概述 Ⅱ.容器設(shè)計 Ⅲ.常用壓力容器的強(qiáng)度校核 Ⅳ.小結(jié),§16-1 概述,1.壓力容器主要受壓元件指的是: 筒體、封頭、換熱器管板與換熱器、膨脹節(jié)、開孔補(bǔ)強(qiáng)板、設(shè)備法蘭、M30以上的設(shè)備主螺栓、人孔蓋、人孔法蘭、人孔接管、直徑大于250mm的接管等。,要進(jìn)行壓力容器的強(qiáng)度進(jìn)行計算,就必須知道要對哪些元件進(jìn)行計算,那么主要的受壓元件又包括哪些?強(qiáng)度計算的內(nèi)容又有哪些?,一、壓力容器的主要受壓元件,法蘭簡介,(圖16-1),1.設(shè)計壓力容器: ⑴根據(jù)化工生產(chǎn)工藝提出的條件,確定設(shè)計所需參數(shù)(p,t,D),選定材料和結(jié)構(gòu)型式,通過強(qiáng)度計算確定容器筒體及封頭壁厚。 ⑵已經(jīng)制定標(biāo)準(zhǔn)的受壓元件,可直接選取。 2.校核在用容器:,§16-1 概述,二、強(qiáng)度計算的內(nèi)容:,⑴判定在一個檢驗周期內(nèi),或在剩余壽命期內(nèi),容器是否 還能在原設(shè)計條件下安全使用。對于已不能在原設(shè)計條件 下使用的容器,應(yīng)通過強(qiáng)度計算,為容器提出最高允許工 作壓力。 ⑵如果容器針對某一使用條件需要判廢,應(yīng)為判廢提供依據(jù)。,§16-2 容器設(shè)計,Ⅰ.復(fù)習(xí)回顧四種典型回轉(zhuǎn)殼體中的薄膜應(yīng)力; Ⅱ.內(nèi)壓圓筒壁厚的確定; Ⅲ.內(nèi)壓圓筒的計算應(yīng)力與最大允許應(yīng)力; Ⅳ.內(nèi)壓凸形封頭壁厚的確定; Ⅴ.內(nèi)壓錐形封頭壁厚的確定; Ⅵ.平板形封頭; Ⅶ.設(shè)計參數(shù)的確定。,一、內(nèi)壓圓筒壁厚的確定,內(nèi)壓圓筒器壁內(nèi)的基本應(yīng)力是薄膜應(yīng)力,根據(jù)第三強(qiáng)度理論得出的薄膜應(yīng)力強(qiáng)度條件是:,對于筒體,該強(qiáng)度條件為:,制造筒體的鋼板在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力。 按第三強(qiáng)度理論得到的薄膜應(yīng)力的相當(dāng)應(yīng)力。,1.理論計算壁厚δ:,(16-1),(16-2),[σ]t,σr3,δ,計算厚度,mm。,容器筒體一般由鋼板卷焊而成。由于在焊接加熱過程中,對焊縫金屬組織產(chǎn)生不利影響,同時在焊縫處往往形成夾渣、氣孔、未焊透等缺陷,導(dǎo)致焊縫及其附近區(qū)域強(qiáng)度可能低于鋼材本體的強(qiáng)度。,注意:,焊縫許用應(yīng)力=鋼板的許用應(yīng)力×焊接接頭系數(shù)φ。φ<1,于是公式(16-2)可寫成:(式中, D是中徑),一、內(nèi)壓圓筒壁厚的確定,(16-3),,公式(16-2)中鋼板許用應(yīng)力 [σ] t 用強(qiáng)度較低的焊縫許用應(yīng)力代替。,焊縫系數(shù)≠安全系數(shù),不能隨意增減,應(yīng)根據(jù)筒體的焊縫結(jié)構(gòu)和對焊縫提出的探傷比例要求,按照規(guī)定選取。,,筒體內(nèi)徑,簡化公式,適用于大多數(shù)情況。,一、內(nèi)壓圓筒壁厚的確定,筒體設(shè)計壓力,筒體的理論計算壁厚,,,(16-5),(16-4),考慮到介質(zhì)對筒壁的腐蝕作用,在設(shè)計筒體所需厚度時,還應(yīng)在計算厚度δ的基礎(chǔ)上,增加腐蝕裕量C2。由此得到筒體的設(shè)計厚度(δd)為 :,一、內(nèi)壓圓筒壁厚的確定:,2.設(shè)計壁厚δd :,式中 δ-圓筒計算厚度, mm; δd -圓筒設(shè)計厚度, mm;,(16-6),(16-7),說明: (1)腐蝕裕量只對均勻腐蝕有意義; (2)氫腐蝕、應(yīng)力腐蝕及晶間腐蝕等,增加腐蝕裕量不是有效 辦法,而應(yīng)根據(jù)情況采用有效防腐措施。,一、內(nèi)壓圓筒壁厚的確定:,在設(shè)計條件下得到的筒體設(shè)計厚度,加上鋼材厚度負(fù)偏差后向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度,即為筒體的名義厚度( δn )。,3.名義壁厚δn :,式中: δd -圓筒設(shè)計厚度 mm; C1–鋼板厚度負(fù)偏差,mm;(手冊可查); 當(dāng)C1不大于0.25mm,且不超過δn的6%可取C1=0; △-除去負(fù)偏差以后的圓整值,mm。,(16-8),4.有效壁厚 δe :,將圓筒厚度從δd往δn圓整時,由于圓整量△可幫助筒體承受介質(zhì)內(nèi)壓,所以真正可以用來承受介質(zhì)壓力的有效壁厚δe為,(16-9),一、內(nèi)壓圓筒壁厚的確定:,對于設(shè)計壓力較低的容器,根據(jù)強(qiáng)度公式計算出來的厚度很薄。,5.最小壁厚δmin :,因此,必須限定一個最小厚度以滿足剛度和穩(wěn)定性要求。 (不包括腐蝕裕量,有時可以不再另加鋼板負(fù)偏差),筒體的最小壁厚按下頁方法確定:,大型容器,如果筒體厚度過薄,將導(dǎo)致剛度不足而極易引起過大的彈性變形,不能滿足運輸、安裝的要求。,a.當(dāng)筒體內(nèi)徑Di≤3.8m時, d min =2 Di /1000,且不小于3mm。 (腐蝕裕量另加。) b.當(dāng)筒體內(nèi)徑3.8m < Di≤ 16m時, d min 取5mm。 c.當(dāng)筒體內(nèi)徑16m<Di <35m時, d min取6mm。,一、內(nèi)壓圓筒壁厚的確定:,⑴碳鋼和低合金鋼容器:,a.當(dāng)筒體的計算厚度δ是按δmin 確定時,筒體的名義厚度δn可 按下式計算: δn= δmin+C2 b.當(dāng)計算厚度與最小厚度相差較大時,鋼板負(fù)偏差不必另加。 c.若(δmin –δ)小于鋼板負(fù)偏差, 則取δ= δmin,且δ n= δ+ C1+ C2+△= δmin+ C1+ C2+△,⑵不銹鋼容器 : δmin =2mm,例: 設(shè)計條件如下:P=0.3MPa,Di=2m,[σ]t=113MPa,(焊接接頭系數(shù) )φ=0.85,介質(zhì)對容器的腐蝕率為0.2mm/年,設(shè)計壽命為10年,試確定容器筒體的計算厚度、設(shè)計厚度,名義厚度,有效厚度。,計算厚度,有效厚度,解:,最小壁厚,設(shè)計厚度,名義厚度,二、內(nèi)壓圓筒的計算應(yīng)力與最大允許壓力:,,,近似,,,§16-2 容器設(shè)計,1.圓筒的計算(工作)應(yīng)力:,2.圓筒的最大允許壓力:,( δe -- 有效壁厚),(16-12),(16-10),(16-11),,,二、內(nèi)壓圓筒的計算應(yīng)力與最大允許壓力:,3.厚度系數(shù)在確定工作應(yīng)力和最大許可壓力時的應(yīng)用:,厚度系數(shù)β β=δe / δ,厚度系數(shù)反映了筒體厚度上的富裕程度。,(16-13),(16-14),(16-15),1. 封頭的分類:,三、內(nèi)壓凸形封頭壁厚的確定:,§16-2 容器設(shè)計,2.內(nèi)壓凸形封頭包括四種形式:,§16-2 容器設(shè)計,(a)標(biāo)準(zhǔn)橢圓形,(b)半球形,(c)碟形,(d)無折邊球形。,(圖16-2),§16-2 容器設(shè)計,(圖16-3),§16-2 容器設(shè)計,(圖16-4),1.半球形封頭: 半球形封頭是由半個球殼構(gòu)成。直徑較小、器壁較薄的半球形封頭可整體熱壓成形。大直徑的則先分瓣沖壓,再焊接組合。,,,§16-2 容器設(shè)計,四、典型封頭設(shè)計:,(16-16),(16-15),§16-2 容器設(shè)計,(圖16-5),§16-2 容器設(shè)計,(圖16-6),2.標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭: 由半個橢球和高度為h0的圓柱形筒節(jié)(直邊)構(gòu)成,封頭的曲面深度h=Di/4,直邊高度h0與封頭厚度有關(guān),按手冊查取。 a.標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭壁厚的計算: 忽略中徑與內(nèi)徑之差別,所得簡化式為:,§16-2 容器設(shè)計,(16-17),(16-18),b.最小厚度: 承受內(nèi)壓的橢圓形封頭,在其赤道處將產(chǎn)生環(huán)向壓縮薄膜應(yīng)力,為了防止封頭在這一壓縮應(yīng)力作用下出現(xiàn)折皺(即失穩(wěn))。,§16-2 容器設(shè)計,邊緣處:,(圖16-7),規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計算厚度不得小于封頭內(nèi)徑的0.15%,即,(16-19),§16-2 容器設(shè)計,(圖16-7),§16-2 容器設(shè)計,(圖16-8),3.碟形封頭:(簡介) 碟形封頭又叫帶折邊球形封頭,由以Rc為半徑的球面殼體,以半徑為r的折邊(過渡圓?。┖透邽閔0的圓柱形筒節(jié)(即直邊)三部分組成。 球面半徑越大,折邊半徑越小,封頭的深度就越淺,環(huán)狀殼體部分內(nèi)的應(yīng)力就越大。為了限制應(yīng)力大小,規(guī)定碟形封頭的球面半徑一般不大于與其相連的筒體直徑,而折邊半徑在任何情況下均不得小于球面半徑的10%,且應(yīng)大于三倍的封頭壁厚。,§16-2 容器設(shè)計(PASS),碟形封頭內(nèi)的應(yīng)力 薄膜應(yīng)力 在封頭的折邊內(nèi)除了薄膜應(yīng)力外,因變形時出現(xiàn)較大的曲率變化和彎曲應(yīng)力。故折邊內(nèi)的應(yīng)力計算按下式進(jìn)行。 M——碟形封頭的形狀系數(shù) M的取值見表8-4,§16-2 容器設(shè)計(PASS),壁厚的計算,,,簡化,§16-2 容器設(shè)計(PASS),碟形封頭球面內(nèi)半徑Rci可以取等于封頭直徑Di或0.9 Di,令Rci=α Di,碟形封頭的厚度如果太薄,也會發(fā)生內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)。所以規(guī)定:對于Rci=0.9Di。r=0.17Di的碟形封頭,其計算厚度不得小于封頭內(nèi)直徑的0.15%。如果折邊半徑小于0.17Di(但不允許小于0.1Di),其計算厚度不得小于0.3%Di。,§16-2 容器設(shè)計(PASS),式中α=0.9或1,常用值為0.9,4.無折邊球形封頭: 為了進(jìn)一步降低凸形封頭的高度,將碟形封頭的過渡圓弧及直邊部分都去掉,只留下球面部分,并把它直接焊在圓柱殼體上,就構(gòu)成了無折邊球形封頭。封頭的球面半徑一般取等于圓柱筒體的內(nèi)直徑或0.9倍至0.7倍的內(nèi)直徑。 無折邊球形封頭既可用作容器中兩個相鄰承壓空間的中間封頭,也可用作容器的端封頭。封頭與筒體連接的T形接頭必須采用全焊透結(jié)構(gòu)。,無折邊封頭與筒體連接處存在較大的邊界應(yīng)力。封 頭和與封頭連接處筒體的壁厚計算,都必須考慮邊界應(yīng)力。,§16-2 容器設(shè)計(PASS),§16-2 容器設(shè)計,(圖16-9),§16-2 容器設(shè)計,(圖16-10),五、內(nèi)壓錐形封頭壁厚的確定:,(1)錐形封頭廣泛應(yīng)用于許多化工設(shè)備(如蒸發(fā)器、噴霧干燥器、結(jié)晶器及沉降器等)的底蓋。 它的優(yōu)點是:便于收集與卸除這些設(shè)備中的固體物料。此外,有一些塔設(shè)備上、下部分的直徑不等,也常用錐形殼體將直徑不等的兩段塔體連接起來,這時的圓錐形殼體稱為變徑段。 (2)根據(jù)錐形封頭與圓筒連接處有無過渡圓弧和直邊,有不帶折邊的錐形封頭和帶折邊的錐形封頭。 (3)由于錐形封頭與簡體連接處存在較大的邊緣應(yīng)力,該應(yīng)力隨封頭的半錐頂角的增大而增大。當(dāng)α≤30°時一般采用無折邊封頭當(dāng)α>30°時應(yīng)采用折邊錐形封頭。,§16-2 容器設(shè)計,1.簡介:,2.不帶折邊錐形封頭壁厚的確定:,不考慮封頭與筒體連接處的邊界處的二次應(yīng)力:,考慮封頭與筒體連接處的邊界處的二次應(yīng)力:,,,式中 Q為應(yīng)力增值系數(shù),可由手冊查出。,§16-2 容器設(shè)計(PASS),(16-20),(16-21),1.平板封頭簡介: (1)平板封頭是化工設(shè)備常用的一種封頭。 (2)平板封頭的幾何形狀有圓形、橢圓形、長圓形、矩形和方形等,最常用的 是圓形平板封頭。 在相同的(R/d)和受載條件下,薄板的所需厚度要比薄殼大得多,即平板封頭要比凸形封頭厚得多。 (3)平板封頭結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,在壓力不高,直徑較小的容器中,采用平板封頭比較經(jīng)濟(jì)簡便。 承壓設(shè)備的封頭一般不采用平板形,只是壓力容器的人孔、手孔以及在操作時需要用盲板封閉的地方,才用平板蓋。 (4)高壓容器中,平板封頭用得較為普遍。 這是因為高壓容器的封頭很厚,直徑又相對較小,凸形封頭的制造較為困難。,§16-2 容器設(shè)計,六、平板形封頭:,2.平板形封頭設(shè)計:,式中DC是計算直徑,一般是指容器的內(nèi)徑。在有些結(jié)構(gòu)中DC是指密封墊片的平均直徑。,式中:δn—封頭的計算厚度,K---平板封頭的系數(shù),手冊可查。,§16-2 容器設(shè)計,(16-21),(1)計算厚度,(2)設(shè)計厚度,(16-22),(16-23),§16-3 容器參數(shù)的確定,1.設(shè)計壓力: 設(shè)計壓力是在相應(yīng)的設(shè)計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)計壓力。其值稍高于最大工作壓力。 2.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)。 3.工作條件: (1)使用安全閥時,設(shè)計壓力不小于安全閥的開啟壓力,或取最大工作壓力的1.05~1.10倍; (2)使用爆破膜作安全裝置時,根據(jù)爆破膜片的型式確定,一般取最大工作壓力的1.15~1.4倍作為設(shè)計壓力。 (3)當(dāng)容器內(nèi)盛有液體物料時,若液體物料的靜壓力不超過最大工作壓力的5%,則在設(shè)計壓力中可不計入液體靜壓力,否則,須在設(shè)計壓力中計入液體靜壓力。 (4)某些容器有時還必須考慮重力、風(fēng)力、地震力等載荷及溫度的影響,這些載荷不能直接折算為設(shè)計壓力而代入以上計算公式,必須分別計算。,一、設(shè)計壓力 :,,1.定義: 設(shè)計溫度指容器正常工作過程中,在相應(yīng)的設(shè)計條件下,金屬器壁可能達(dá)到的最高或最低(指-20℃下)溫度。,§16-3 容器參數(shù)的確定,2.補(bǔ)充說明: 金屬器壁的溫度通過換熱計算。為了方便,對于不被加熱或冷卻的器壁,規(guī)定取介質(zhì)的最高或最低溫度作為設(shè)計溫度。 (1)對于用蒸汽、熱水或其它載熱體加熱或冷卻的壁,取加熱介質(zhì)(或冷卻介質(zhì))的最高溫度或最低溫度作為設(shè)計溫度。 (2)在工作過程中,當(dāng)容器不同部位可能出現(xiàn)不同溫度時,按預(yù)期的不同溫度作為各相應(yīng)部分的設(shè)計溫度。,一、 設(shè)計溫度 :,設(shè)計溫度的取值在設(shè)計公式中沒有直接反映,但它對容器材料的選擇和許用應(yīng)力的確定直接有關(guān)。,1.對于鋼板卷焊的筒體,以內(nèi)徑作為它的公稱直徑。壓力容器的公稱直徑按手冊選取。 2.設(shè)計時,應(yīng)將工藝計算初步確定的容器內(nèi)徑調(diào)整為符合規(guī)定的公稱直徑。 3.當(dāng)用無縫鋼管作筒體時,以外徑作為它的公稱直徑。,§16-3 容器參數(shù)的確定,三、容器直徑選?。?容器筒體和封頭的直徑都有規(guī)定,不能隨意取值。,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,對于需要考慮蠕變的材料,強(qiáng)度指標(biāo)還應(yīng)有蠕變強(qiáng)度。 設(shè)計時應(yīng)比較各種許用應(yīng)力,取其中最低值。 常用鋼板與鋼管的許用應(yīng)力可從附錄中直接查取。,§16-2 容器參數(shù)的確定,四、許用應(yīng)力:,許用應(yīng)力是以材料的各項強(qiáng)度數(shù)據(jù)為依據(jù),合理選擇安全系數(shù)n得出的,即,當(dāng)設(shè)計溫度低于20℃時,取20℃時的許用應(yīng)力。,焊縫是容器和受壓元件中比較薄弱的環(huán)節(jié),雖然在確定焊接材料時,希望使焊縫金屬的強(qiáng)度等于甚至超過母材金屬的強(qiáng)度,但由于施焊過程中焊接熱的影響,而造成焊接應(yīng)力、焊縫金屬晶粒度粗大以及氣孔、未焊透等缺陷,降低了焊縫及附近區(qū)域的強(qiáng)度。因此: 焊接接頭系數(shù)是考慮到焊接對強(qiáng)度的削弱,而降低設(shè)計許用應(yīng)力的一種系數(shù)。,§16-3 容器參數(shù)的確定,五、焊縫系數(shù):,焊接接頭系數(shù)f應(yīng)根據(jù)受壓元件的焊接接頭型式及無損檢測的長度比例確定。,焊縫系數(shù)按照下頁表來選取。,焊縫系數(shù)φ,注意:將兩塊鋼板對在一起焊接,稱為對接;一塊鋼板卷成圓筒后對在一起焊接,也屬對接。對接接頭容易焊透,受力情況好,應(yīng)力分布均勻,聯(lián)接強(qiáng)度高,因而焊接接頭質(zhì)量容易保證。,§16-3 容器參數(shù)的確定,解:封頭與筒體壁厚計算公式相同,所以按筒體計算,封頭取相同的名義壁厚。 首先確定設(shè)計參數(shù): (1)設(shè)計壓力應(yīng)取50℃時液氨的飽和氣壓,應(yīng)取表壓,即應(yīng)取1.9MPa,實際取2.0MPa; (2)因本容器的PV>10MPa·m3,屬于三類容器(書P119),焊縫需要100%探傷,故φ=1; (3)16MnR的常溫許用應(yīng)力從手冊查得,[σ]t=170MPa;,例: 試確定液氨儲罐壁厚,該儲罐直徑Di=1.2m,兩端系標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,全容積為5.1m3。罐體及封頭材料均為16MnR。液氨系毒性程度為中度危害的介質(zhì),50℃時的飽和蒸氣壓為2MPa(絕對壓強(qiáng)),腐蝕裕量按2mm考慮。,計算厚度,設(shè)計厚度,名義厚度,- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
- 2.下載的文檔,不會出現(xiàn)我們的網(wǎng)址水印。
- 3、該文檔所得收入(下載+內(nèi)容+預(yù)覽)歸上傳者、原創(chuàng)作者;如果您是本文檔原作者,請點此認(rèn)領(lǐng)!既往收益都?xì)w您。
下載文檔到電腦,查找使用更方便
8 積分
下載 |
- 配套講稿:
如PPT文件的首頁顯示word圖標(biāo),表示該PPT已包含配套word講稿。雙擊word圖標(biāo)可打開word文檔。
- 特殊限制:
部分文檔作品中含有的國旗、國徽等圖片,僅作為作品整體效果示例展示,禁止商用。設(shè)計者僅對作品中獨創(chuàng)性部分享有著作權(quán)。
- 關(guān) 鍵 詞:
- 壓力容器 強(qiáng)度 計算
鏈接地址:http://appdesigncorp.com/p-283308.html