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内压容器的设计课件
第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计 4.1强度设计的基本知识 4.1.1 关于弹性失效的设计准则 容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点,该容器即告破坏。 强度安全条件: 4.1.2 强度理论及其相应的强度条件 由薄膜理论,圆筒壁内应力为经向应力、环向应力、法向应力(被认为是0)。 第三强度理论的强度条件为: 内压圆筒强度计算公式: 球形容器强度计算公式? 4.2.2.设计参数的确定 工作压力pw ---正常工作情况下,容器顶部可能达到的最高压力。 由工艺计算确定: 化学反应所要求的; 传递过程所必需的; 由液化气体的饱和蒸汽压所决定的。 设计压力p:设定的容器顶部的最高压力---设计载荷。取值方法: (1)容器上装有安全阀 计算压力pc---在相应设计温度下,用以确定元件厚度的压力,其中包括液柱静压力。当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时,可忽略不计。 即计算压力=设计压力+液柱静压力(≥5%P时计入) 可见,计算压力≥设计压力≥工作压力=容器顶部表压 2.设计温度 ——指容器在正常工作情况下,设定的元件的金属温度(沿元件金属截面的温度平均值)。 ※设计温度在容器设计中的作用: ①选择材料; ②确定许用应力。 ※确定设计温度的方法: (1)对类似设备实测;(2)传热计算;(3)参照书P90表4-5。 例如:不被加热或冷却的器壁,且壁外有保温,取介质温度;用水蒸气、热水或其它液体加热或冷却的器壁,取热介质的温度;等等。 3.许用应力和安全系数 定义式: 4.焊接接头系数(f) 容器上存在有: 纵焊缝----A类焊缝 环焊缝----B类焊缝 需要进行无损检验。 检验方法主要是: X射线检查和超声波检查。 焊接接头系数(f): 5.壁厚附加量 容器壁厚附加量—— (1)钢板或钢管厚度负偏差 C1: 例如, (2)腐蚀裕量C2 容器元件由于腐蚀或机械磨损——厚度减薄。 ——在设计壁厚时要考虑容器使用寿命期内的安全性! 具体规定如下: 对有腐蚀或磨损的元件: C2=KaB Ka---腐蚀速率(mm/a),由材料手册或实验确定。 B----容器的设计寿命,通常为10~15年。 一般情况, Ka=0.05~0.13mm/a的轻微腐蚀时, 对单面腐蚀取C2=1~2mm; 对双面腐蚀取C2=2~4mm。 对于不锈钢,一般取0。 4.2.3 容器的壁厚和最小壁厚 1.容器壁厚 4.2.4 压力试验及强度校核 ※压力试验的时机:1)容器制成后; 2)检修后。 ※试验目的:1)检验容器宏观强度—是否出现裂纹,是否变形过大; 2)密封点及焊缝的密封情况。 要知道! (1)需要焊后热处理的容器,须热处理后进行 压力试验和气密试验; (2)须分段交货的容器,在工地组装并对环焊 缝进行热处理后,进行压力试验; (3)塔器须安装后进行水压试验; ④ 压力试验强度校核——名义壁厚确定后,校核压力试验条件下的强度是否满足要求,以免进行压力试验时出现危险。 1). 试验压力的确定: 内压容器的试验压力: 2). 压力试验应力校核 式中sT---圆筒壁在试验压力下的计算应力,MPa; Di——圆筒内径,mm; pT——试验压力,MPa; Se——圆筒的有效壁厚,mm; ss(s0.2)——圆筒材料在试验温度下的屈服点 (或条件屈服点),MPa; f——圆筒的焊接接头系数。 例题 例1:设计乙烯精馏塔。由工艺计算得出塔体公称直径为600mm,工作压力为2.2MPa(不计液注高度),工作温度t=-3~-20℃,塔体保温。确定该塔壁厚及选用的材料。 【解】1.选材 介质腐蚀性——轻微;工作温度——低温; 工作压力——中压。故选用16MnR。 2.确定参数 (1) 由DN=600mm,筒体采用板卷, Di=600mm; (2) 由题意“不计液注高度”,无安全泄放装置,pc=2.2MPa ; (3)因压力为中压,直径较小,故采用带垫板单面对接 焊结构,局部无损探伤,查表4-8, f
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