化工设备机械基础4章教案内压容器设计.ppt

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