3第三章内压容器设计基础课案.ppt

2.1 概述 设备都有一个外部壳体，称为容器。由几种不同几何形状的壳体组成一个密闭体。 一. 容器组成(见右图) 1. 筒体：一般为圆柱形. 2. 封头：常用的有椭圆形、半球形、锥形等，密闭作用通常与筒体焊接. 3. 支座：支撑固定作用，主要型式： 4. 接口管 管道接口：主物料管道、辅助物料管道(空气、水、蒸汽)。 仪表接口：温度计、压力表、安全阀、液位计、溶氧、pH值等。 5. 人孔(手孔)：为了便于清洗和维修,一般安装在容器(设备)顶部。 竖式安装的大型容器(设备)还应在筒体底部安装人孔.多为椭圆形（Φ400-450×300）或圆形。 6. 视镜 用于观察容器内的情况。一般是对称（两个）安装在容器（设备）顶部或体的中部。 二. 容器分类 1. 按压力承受方式分： 外压容器：容器内部的工作压力小于外界压力(主要承受外压)。如具有夹套加热的容器(设备)、在真空条件下操作的容器(设备)。 内压容器：容器内部的工作压力大于外界压力(主要承受内压)。这类容器(设备)在工业上较普遍应用。如发酵罐等。 2. 按承受压力大小分： 常压容器 一般指承受介质内压为0.1MPa以下的容器； 低压容器：容器内压在0.1-1.6MPa范围内； 中压容器，容器内压在1.6-10MPa范围内； 高压容器，容器内压在10-100MPa范围内； 超高压容器：容器内压100MPa以上。 3. 按设计方法不同（器壁厚度）来分： 薄壁容器：容器外径Do内径Di之比不大于1.2， 即K=Do/Di≤ 1.2 或S/Di≤ 0.1 (S为容器壁厚)。 厚壁容器：容器外径Do内径Di之比大于1.2， 即K=Do/Di 1.2 或S/Di 0.1(S为容器壁厚)。 一般中低压容器属于薄壁容器范围. 4. 容器的其它分类方法 按容器的材料：分为金属和非金属容器。 按容器的形状：分为矩形，圆形，球形，圆锥形容器等。 按容器的安装方式：分为立式，卧式容器。 5. 压力容器综合分类 根据容器承受压力的高低、压力与容积的乘积PV 、介质的性质、用途等综合分类(不包括核能容器，船舶上的专用容器和直接受火加热的容器)。 综合分类根据《压力容器安全监察规程》分为三类。 一类容器：属下列情况之一者为一类容器 1.非易燃或无毒介质的低压容器。 2.易燃或有毒介质的低压分离器外壳及热交换器的外壳。 二类容器：属下列情况之一者为二类容器 1.中压容器。 2.剧毒介质的低压容器。 3.易燃或有毒介质的低压反应容器和贮运容器。 4.内径小于1米的低压废热锅炉。 三类容器：属于下列情况之一者为三类容器 1.高压，超高压容器。 2.剧毒介质且最高工作压力与容积之乘积PV ＞ 200LMPa的低压容器或剧毒介质的中压容器。 3.易燃或有毒介且PV ＞ 500LMPa的中压贮运容器。 4.中压废热锅炉或内径大于1米的低压废热锅炉。 剧毒介质：是指进入人体量＜50克即会引起肌体严重损伤或致死作用的介质。如氟，氢氟酸，氢氰酸，氟化氢，光气等。 有毒介质：是指进入人体量≥ 50克即会引起人体正常功能损伤的介质。如二氧化硫，氨，一氧化碳，氯乙烯，甲醇，二氧化碳，乙炔，硫化氢等。 易燃介质：指与空气混合的爆炸下限＜10％或爆炸上限和下限之差值＞20％的气体。如甲烷，丙烷，丙烯，丁烷，丁二烯，丁烯，氢，氯甲烷，乙烷，乙烯，环氧乙烷等。 2.2 内压薄壁容器设计计算 在设计受压容器时，其容器的几何形状，结构，尺寸主要是满足工艺要求，而作为设备的强度尺寸(壳体壁厚) ，则主要是在工艺给定的压力下，保证其安全生产和可靠运行，而不致于发生破坏。 一. 内压圆筒体设计计算 1. 筒体受力 拉应力——轴向应力、环向应力。 弯曲应力——数值与轴向应力、环向应力相比很小，设计时可略去不计。 因此，设计内压薄壁容器时，可以认为筒体上只存在拉应力，且均匀分布在纵、横截面上。 2. 筒体应力计算 轴向应力σz σz=P*D /4So 式中 P- 圆筒内压力， kgf/cm2； D- 圆筒平均直径，cm；So- 壁厚，cm。 环(周)向应力σt σt= P*D /2So 因此，σt=2 σz 可以得出结论： a.圆筒形容器危险截面是纵截面，纵向强度较弱，要确保纵向焊缝 的质量； b.在圆筒体上开椭圆形人孔时，应使其短轴与筒体轴向一致； c.筒体纵向和横向焊缝不交叉。 3.内压筒体强度设计 1). 强度设计的基本知识 关于弹性失效准则: 设计压力容器时，确定器壁内允许应力的限度