内压容器设计

第十章 内压容器 1.本章重点。 （1）、壳体的壁厚计算 壳体的强度计算方法 （2）、设计参数的确定方法 安全系数，许用应力，最小壁厚的规定 （3）、各种封头的壁厚计算，强度校核方法。 2、我国压力容器的常规设计方法 （1）、按 GB150《钢制压力容器》进行设计 （2）、按 JB4732－95 《钢制压力容器－分析设计》 §10.1 内压容器的强度计算 内压容器的强度条件： φσδ δ δδσθ ticcc DpDpRp ][ 2 )( 2 ≤+=== 其中：Di 内径，δ 计算厚度，Pc 设计压力。 内压圆筒的强度计算： 1：公式 Pc PcDi t −= φσδ ][2 （ 10—1） 2、适用范围 Pc≤ 0.4 φσ t][ 3、用途 确定设计容器的厚度δ n 4、方法步骤 δ min 其值GB规定 ⎩⎨ ⎧ mm mm 2 3 不锈钢 碳钢 三 内压圆筒的强度校核 1、强度校核 1 [ ] φσδ δσθ .2 )( t e eDiPc ≤+= （10——2） 2、目的或用途 （1） 利用已知 来校核壳体在载荷 Pc 下强度是否够， [ ] φσ .t 即 求 Pc 下的 θσ ≤ [ ] φσ .t （2） 利用已知 [ ] Di , φσ .t δ n,C1,C2确定壳体承受的最大载荷P 即 求 【P】或Pmax [ ] φσδ δ . 2 )( t e eiDPc ≤+ Pc为【P】或Pmax 四、几种厚度关系 1、计算厚度δ 利用（10－1）计算的值。 2、设计厚度δ e 3、名义厚度 δ n δ n= δ +C1+ C2并圆整 （图样尺寸） 4、有效厚度δ e δ e =δ n-C1-C2 5、毛坯厚度δ 毛坯 δ 毛坯＝δ n＋制造加工减薄量（由制造厂家确定） 6、最小厚度δ min 为 满足制造工艺要求及运输和安装中的刚度要求对壳体的最小厚 度δ n-C1-C2≥δ min §10.2 内压球壳的强度计算 内压球壳的强度条件 φσδ δσθ tic Dp ][4 )( ≤+= 内压球壳的强度计算 1、公式 Pc PcDi t −= φσδ ][4 （10－3） 2 2、运用范围 Pc≤0.6 。 φσ t][ 3、方法 同内压圆筒形求δ n 的方法。 三、内压球壳的强度校核 1、公式 φσδ δσθ t e ic Dp ][ 4 )( ≤+= 2、用途 ⎩⎨ ⎧ = ][max,][)2( ][1 PPDi Pc e t t 下壳体能承受最大压力，求 满足压力下的应力）求（ δφσ φσσθ §10－3 设计参数的确定 设计压力 Pc 定义：在相应的设计温度下，用以确定壳体的压力。 作用：作为设计载荷，确定壳体厚度。 大小：①Pc≥设备的最高表压力。 ②有液体静压力作用的内压容器 ⎩⎨ ⎧ ≥ < 计算（当静压力 不计（当静压力 max)%5 max)%5 Pw Pw ③有安全阀的设备 按 GB150-98 中的规定 考虑到安全阀开启动作使容器不能及时卸压时， 规定： Pc≥安全阀的开启压力 例如：有爆破片的设计压力 Pc 设计爆破压力 Pb Pb=Psmin+制造负偏差（允差+标定爆破压力） 结构型式 系数 普通正拱型 1.43 开缝正拱型 1.25 反拱型 1.1 3 制造范围允差 爆破片型式 标定爆破压力 P 标 允差 <0.2Mp ±1% 正拱型 ≥0.2Mp ±5% <0.3Mp ±1.5% 反拱型 ≥0.3Mp ±5% 确定容器的设计压力 Pc： Pc≥Pb+制造范围正偏差 (4)、盛装液化气体的容器，具体值见《压力容器安全技术监督规程》 由盛装介质在容器内可能到达的最高温度下相应的饱和蒸汽压确定。 （5）、由两室式两个以上压力组成的容器，应按各室之间的最大压差或最大内压确定。 如：反应釜 P2真空度时 内筒 Pc=P1+P2 设计温度 t （1）、定义：容器在正常操作情况下，元件的金属温度。 (2)、用途：设计载荷。 （3）、大小：① 当金属温度不低于 0℃时，设计温度 t≥金属的最高温度。 ② 当金属温度低于 0℃时,则 t≤金属的最低温度。 ③ 容器标牌上的设计温度即壳体的设计温度的最高值或最低值。 （4）、金属温度的定义： 受压元件沿截面的厚度的平均温度。 二、焊缝系数ф 采用原因：由于焊接热应力的存在 ，晶粒粗大，或出现焊接缺陷（气孔）(未焊透)使焊缝 4 强度降低，即焊缝强度小于用材强度。 Ф的作用：补偿焊接型式，焊缝工艺及探伤对焊缝区强度的影响。 大小：由 GB150 规定 P187 (1)、双面焊或相当于双面焊的全焊透对接接头。 100%探伤 ф=1 局探 ф=0.85 (2)单面焊的对接接头，有垫板 100%探伤 ф=0.9 局探 ф=0.8 焊缝的焊接型式及类别 型式 ⎩⎨ ⎧ 88-GB986 88-GB985 埋弧焊 坡口尺寸手工焊 焊缝类别 ⎩⎨ ⎧ 类 面接搭接对接 D C BA 探伤要求 1、对 A.B 类对接焊缝 100%探伤的条件 P187 ⑴～⒀ 2、允许对 A。B 类焊缝进行局部探的部位 P188 ①～⑤ 3、局探的长度要求 ⑴一般情况≥各焊缝长度的 20% 且不少于 250 ㎜ (2)低温设备≥各焊缝长度的 60%且不少于 250 ㎜ 4、其它要求 见 GB150 规定 四、厚度附加量C=C1+C2 1、钢材厚度负偏差C1的大小 5 （1）按钢板标准取 如 ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ 4-10 3-10 2-10 1-10 查表钢管 查表不锈钢 查表厚板 查表薄板 （2）按GB6654 取 当δ〉60～100 ㎜时 C1=1.5 ㎜ （3）按GB150 规定 当C1≤0.25 时且C1≤6%δn时C1=0 取 2、腐蚀余量C2 （1）定义：防止元件由于腐蚀.机械磨损造成厚度减薄而附加厚度量 (2)大小:由容器预期年限寿命和金属腐蚀速率确定 如:常用的腐蚀速率与C2的关系如下 当碳素钢或低碳钢腐蚀速率a<0.05 ㎜／n则C2=0 当碳素钢或低碳钢腐蚀速率 a=0.05～0.13 则C2≥1 ㎜ 当碳素钢或低碳钢腐蚀速率 a=0.13～0.25 则C2≥2 ㎜ 当碳素钢或低碳钢腐蚀速率 a≥0.25 则C2≥3 ㎜ 当碳素钢或低碳钢腐蚀速率 介质为压缩空气.水蒸气.水时C2≥1 ㎜ 五.许用应力 1.根据材料和操作温度查表 查 443 页～447 页表 2.按力学方法计算 [ ] [ ] [ ] 取三者中的最小值和 n n n n , D t D D D t s t s s s t ⎪⎪⎭ ⎪⎪⎬ ⎫ ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ = ⎪⎪⎭ ⎪⎪⎬ ⎫ ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ = ⎪⎪⎭ ⎪⎪⎬ ⎫ ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ = σ σ σ σ σ σσ σ σ b b s s n n 六.最小厚度的规定 6 1.规定原因;对低压、常压设备在满足强度的同时,要求有足够的刚度而规定了最小厚度. 2.定义;由实验对加工成型后不包括c2的δ作为最小厚度 3.最小厚度δmin 大小规定 ⑴圆筒的最小厚度 ⎭⎬ ⎫ ⎩⎨ ⎧ ≥ ≥= mm 2 mm3, min 高合金钢 低合金钢碳钢δ ⑵封头的最小厚度 imin imin iii D%3.0 D%15.0 0.17Dr, D9.0R ≥ ≥ == δ δ 封头的②其余椭圆封头和碟型 碟型封头的 的①标准椭圆封头和 七.压力试验 1.试验方法 ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ ⎩⎨ ⎧ ⑵致密性试验 气压试验 液压试验⑴强度试验 2.强度试验 ⑴定义;在 超工作压力下进行的液压试验. ⑵目的;检查容器在超压下的宏观强度. ⑶试验时的强度校核 ( ) ( )8-10 8.0 9.0 2 st st ⎩⎨ ⎧ ≤ ≤≤+= σσ σσ φδ δσ 气压试验时 液压试验时 e eit t DP ⑷强度试验的要求 [ ] [ ] ⎩⎨ ⎧ ≤ ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ ⎩⎨ ⎧ ≥ ≥ ⎩⎨ ⎧ ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ = L/mg25 c. 15 5MnR16,b. ;a. P25.1P tct 水中含氯离子含量 试验后将水渍去除干净奥氏不锈钢用液体要求 ℃ ℃低合金钢 等碳钢防止低温脆性破坏 ＜闪点或燃点 介质温度 体或不发生其它危险的液 一般用水为介质介质 ②对介质的要求 ①试验压力 液压试验的要求 σ σ 7 .气压试验的要求; [ ] [ ] ( )7-10 P15.1P .15, ; , ; .; tct σ σ= ≥ ⎩⎨ ⎧ ④试验压力 ℃或低合金钢用气体温度钢③介质温度 或惰性气体 氮气干净的空气②介质 不宜作液压试验的容器①适用范围 注; [ ] [ ] [ ] [ ] c t maxwcmaxw P , PP,P 之比较小的计算则取各元件材料的 不相同时②当设备的各元件材料 则时①当设备铭牌上规定有 σ σ = 3.致密性试验 ⑴试验目的; 强度试验合格后的泄露检查. ⑵适用范围;介质毒性呈极度或高度危害的容器. ⑶使用方法;在压力试验合格后进行的试验. 规定见 检验要求 试验介质 试验压力 应在图上注明 150GB . ⎪⎭ ⎪⎬ ⎫ ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ ⑷试验要求; 10-5 锥形封头的强度设计 一、种类 ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ 局部应力）（筒体与封头连接处的 连续性引起的边缘应力目的：缓解边缘几何不、折边锥形封头：折边 、无折边锥形封头 2 1 二、强度计算 A、无折边锥形封头 1、强度：由薄膜应力确定 [ ] φσδ t≤max 可知（10-17） 无加强的 [ ] αφσδ cos 1 2 ⋅−= ct cc P DP （10-17） 8 需加强的 [ ] αφσδ cos 1 2 ⋅−= ct cc r P DQP （10-18）或（10-19） 2、公式说明： ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ = = −− 小端直径计算小端值时： 大端直径式中，计算大端值时： 查取查取或的大小：由图 故采用力强段边缘效应引起的应应力增强系数，因为加 isi cc DD DD Q Q )2( 13101110 : )1( rδ φ 3、计算步骤： 9