壓力容器的設計與計算機輔助設計

第七章 壓力容器的設計與計算機輔助設計,第一節(jié) 引言,這一章我們主要學習壓力容器設計的基本方法，學習如何運用SW6-1998 V2.0 過程設備強度計算軟件包及PVCAD計算機輔助設計軟件包使我們能更進一步對所學知識全面鞏固和提高。,一、壓力容器設計步驟及主要規(guī)程 及標準,設計步驟: 工藝計算 機械計算主要規(guī)程及標準: 壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)定 鋼制壓力容器 鋼制管殼式換熱器 鋼制塔式容器,二、壓力容器設計中一些參數(shù)的定義,1 壓力2.溫度3.厚度4.載荷5.許用應力6.焊縫接頭系數(shù)7.壓力試驗,1.壓力,工作壓力：指在正常工作情況下，容器頂部可能 達到的最高工作壓力。設計壓力：指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， 其值不低于工作壓力。計算壓力：指在相應設計溫度下，用以確定元件 厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。 當元件所承受的液柱靜壓力小于5% 設計壓力時，可忽略不計。試驗壓力：指在壓力試驗時，容器頂部的壓力,2.溫度,設計溫度：指容器在正常工作情況下，設定的元 件的溫度（沿元件金屬截面的溫度平 均值）。設計溫度和設計壓力一起 作為設計載荷條件。試驗溫度：指壓力試驗時，殼體的金屬溫度。,3.厚度,計算厚度：指按各公式計算得到的厚度。需要時 尚應計入其他載荷所需厚度（見下面 的載荷）設計厚度：指計算厚度與腐蝕裕量之和名義厚度：指設計厚度加上鋼板負偏差后向上 圓整至鋼材標準規(guī)格的厚度，既標 注在圖樣上的尺寸有效厚度：指名義厚度減去腐蝕裕量和鋼板負偏 差,4.載荷,內(nèi)壓、外壓或最大壓差液體靜壓力容器的自重（包括內(nèi)件和填料）附屬設備及隔熱材料、襯里、管道、扶梯、平臺等的重力載荷風載荷、地震載、雪載荷支座、底座圈、支耳及其他型式支撐件的反作用力連接管道和其他部件的作用力溫度梯度或熱膨脹量不同引起的作用力包括壓力急劇波動的沖擊載荷,5.許用應力,鋼材（除螺栓材料外）的許用應力選取的依據(jù)可按表7-1；螺栓材料的許用應力選取的依據(jù)可按表7-2,表7-1,表7-2,表格中符號的意義,鋼材標準抗拉強度下限值 鋼材標準常溫屈服點（或0.2%屈服強度） 鋼材在設計溫度下的屈服點(或0.2%屈服強度) 鋼材在設計溫度下經(jīng)10萬小時斷裂的持久強度 的平均值 鋼材在設計溫度下經(jīng)10萬小時蠕變率為1%的 蠕變限,在設計中，如需計入復層材料的強度時，其設計溫度下的許用應力按下式確定：,設計溫度下符合鋼板的許用應力，MPa 設計溫度下基層鋼板的許用應力，MPa 設計溫度下復層材料的許用應力，MPa 基層鋼板的名義厚度，mm 基層材料的厚度，不計入腐蝕裕量，mm,6.焊接接頭系數(shù),對容器來說，主要存在兩種 對接焊縫，即縱向?qū)雍缚p 與環(huán)向?qū)雍缚p 雙面焊對接接頭和相當于 雙面焊的全焊透對接接頭 100%無損檢測 =1.00 局部無損檢測 =0.85 對于單面焊對接接頭（沿 焊縫根部全長有緊貼基本 金屬的墊板）100%無損檢測 =0.9 局部無損檢測 =0.8,7.壓力試驗,液壓試驗 氣壓試驗 氣密性試驗壓力試驗的確定： 內(nèi)壓容器 液壓試驗： 氣壓試驗： 外壓容器和真空容器 液壓試驗： 氣壓試驗： 試驗壓力，Mpa 設計壓力，MPa,容器在壓力試驗前還必須進行應力校核，校核公式為：,試驗壓力下圓筒的應力 MPa 圓筒內(nèi)直徑 mm 試驗壓力 MPa 圓筒的有效厚度 mm 應滿足的條件：液壓試驗時， 0.9 氣壓試驗時， 0.9 圓筒材料在試驗溫度下的屈服點（或0.2%屈服 強度）， MPa 圓筒的焊接接頭系數(shù),三、壓力容器設計材料,壓力容器用鋼材類型主要有鋼板、鋼管、鍛件、螺柱和螺母。 選擇壓力容器用鋼應考慮容器的使用條件，例如：設計壓力、設計溫度、介質(zhì)特性、和操作特點等，從而選擇鋼材為焊接性能良好的鋼材，同時還要考慮到容器的制造工藝和經(jīng)濟合理性。 下面我們談談這些類型的鋼材在壓力容器中使用過程中的一些規(guī)定。,1.鋼板,碳素沸騰鋼，和碳素鎮(zhèn)靜鋼適用范圍,在正火狀態(tài)下碳素鋼和低合金鋼使用規(guī)定,進行拉伸和夏比（V型缺口）沖擊（常溫或低溫-20以上）試驗碳素鋼和低合金鋼使用規(guī)定,應逐張進行超聲檢測的碳素鋼和低合金鋼鋼板,注意,碳素鋼和低合金鋼鋼板使用溫度低于-20時，對使用狀態(tài)及最低沖擊試驗溫度按相應標準高合金鋼板一般用GB4237標準。當厚度大于4mm時鋼板需保證鋼板表面缺陷的厚度不小于鋼板的允許最小厚度。對于厚度不大于4mm設計應注明鋼板表面質(zhì)量耐熱用途的鋼板按GB4238標準選用00Cr18Ni5Mo3Si2鋼板的伸長率(5)應不小于23%,不銹復合鋼板除符合以下規(guī)定，還應符合GB8165和GB4733的相應規(guī)定。a.復合界面的結合剪切強度應不小于200Mpab.復合界面的結合率指標及超聲檢測范圍，應在圖樣或相應技術文件中說明c.基板和復材均為 GB150所規(guī)定的碳素鋼和低合金鋼鋼板或鍛件，復材也為GB150中的高合金鋼鋼板d.復合鋼板應在熱處理后供貨，基層的狀態(tài)應符合GB150規(guī)定e.復合鋼板使用范圍應符合基材和復材使用范圍的規(guī)定,注意,2.鋼管,鋼管的標準及許用應力按附錄中規(guī)定當碳素鋼及低合金鋼鋼管使用溫度低于-20時，其使用狀態(tài)為正火狀態(tài)。另外，鋼管的工藝性能試驗（壓扁、擴口等）要求，應根據(jù)鋼管使用使用時的加工工藝和各鋼管標準中的相應規(guī)定提出。,3.鍛件,a.鍛件的標準及許用應力按附錄中的規(guī)定 b.鍛件的形狀有筒形鍛件、環(huán)形鍛件、餅形鍛件、碗 形鍛件、長頸法蘭鍛件和條形鍛件。c.鍛件按使用要求分成,級,具體見下表,低溫壓力容器用低合金鋼鍛件最低為級鍛件鍛件的使用技術要求可按JB4726壓力容器用碳鋼和低合金鋼鍛件、JB4726-27低溫壓力容器用低合金鋼鍛件以及JB4728壓力容器用不銹鋼鍛件當碳素鋼及低合金鋼鍛件使用溫度低于-20時，其熱處理狀態(tài)及最低沖擊試驗見有關標準,4.螺柱和螺母,螺柱的材料一般要求是強度高、韌性好、耐介質(zhì)腐蝕。低合金鋼螺柱用毛坯，經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理后做力學性能試驗為了避免螺栓與螺母咬死，螺母的硬度一般要比螺栓低HB30低合金鋼螺柱使用溫度低于-20時應進行使用溫度下的低溫沖擊試驗，其要求見有關標準,螺栓和螺母的組合可見下表,四、壓力容器設計計算軟件包,SW6過程設備強度計算軟件包，以下簡稱 SW6-98。該軟件包是以國標GB150鋼制壓力容器；GB151鋼制管殼式換熱器；GB12333鋼制球形儲罐；JB4710鋼制塔式容器；JBxxxx鋼制臥式容器及HG20582鋼制化工容器強度計算規(guī)定為編制依據(jù)。它的運行環(huán)境為WINDOWS系統(tǒng)，此軟件在運行過程中直觀、方便、靈活。該軟件包含了10個設備計算程序，每個設備計算程序既可進行設備的整體計算，也可進行該設備中某一個零部件的單獨計算。,1.SW6-98在使用過程中有以下特點,在數(shù)據(jù)輸入時可隨時退出程序運行程序運行時數(shù)據(jù)輸入和運算可以任意交替進行對于結構數(shù)據(jù)的輸入在界面上采取了圖形提示在一個設備計算程序中，各數(shù)據(jù)輸入頁面可方便的隨意切換計算結果可用兩種形式輸出。一種是屏幕顯示，另一種是通過WORD以表格形式打印輸出或作為文件存放,2SW6-98軟件內(nèi)容,SW6-98軟件有10個設備級計算程序，一個零部件計算程序和一個用戶材料數(shù)據(jù)庫管理程序。每個計算程序有對應的一組圖標，只要點擊圖標就能使某個程序運行。SW6-98對一種設備的輸入數(shù)據(jù)文件都規(guī)定了一個后綴名。,10個設備計算程序和一個零部件計算程序的后綴名見下表,D:/sw6/aa,漿式反應釜,120-05,0.98,200,1200,14002.00.85,