第六章內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計

會計學(xué)1第六章內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計㈡圓筒形薄壁容器承受內(nèi)壓時的應(yīng)力只有拉應(yīng)力無彎曲“環(huán)向纖維”和“縱向纖維”受到拉力。s1（或s軸）圓筒母線方向(即軸向)拉應(yīng)力，s2（或s環(huán)）圓周方向的拉應(yīng)力。第1頁/共31頁㈢圓筒的應(yīng)力計算

1.軸向應(yīng)力D-筒體平均直徑，亦稱中徑，mm；

第2頁/共31頁2.環(huán)向應(yīng)力薄壁圓筒形壓力容器環(huán)向應(yīng)力軸向應(yīng)力的二倍。第3頁/共31頁分析：（1）薄壁圓筒受內(nèi)壓環(huán)向應(yīng)力是軸向應(yīng)力兩倍。問題a：筒體上開橢圓孔，如何開?應(yīng)使其短軸與筒體的軸線平行，以盡量減少開孔對縱截面的削弱程度，使環(huán)向應(yīng)力不致增加很多。第4頁/共31頁分析：問題b：鋼板卷制圓筒形容器，縱焊縫與環(huán)焊縫哪個易裂？筒體縱向焊縫受力大于環(huán)向焊縫，故縱焊縫易裂，施焊時應(yīng)予以注意。第5頁/共31頁（2）分析式(4-1)和(4-2)也可知，內(nèi)壓筒壁的應(yīng)力和d/D成反比，d/D

值的大小體現(xiàn)著圓筒承壓能力的高低。因此，分析一個設(shè)備能耐多大壓力，不能只看厚度的絕對值。第6頁/共31頁例題：有一外徑為219mm的氧氣瓶，最小厚度為6.5mm，材料為40Mn2A，工作壓力為15MPa，試求氧氣瓶壁應(yīng)力解析：平均直徑mm經(jīng)向應(yīng)力MPa環(huán)向應(yīng)力MPa第7頁/共31頁二、筒體強度計算實際設(shè)計中須考慮三個因素：（1）焊接接頭系數(shù)（2）容器內(nèi)徑（3）壁厚

筒體內(nèi)較大的環(huán)向應(yīng)力不應(yīng)高于在設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力，即[s]t-設(shè)計溫度t℃下材料許用應(yīng)力，MPa。第8頁/共31頁㈠焊接接頭系數(shù)

鋼板卷焊、夾渣、氣孔、未焊透等缺陷，導(dǎo)致焊縫及其附近區(qū)域強度可能低于鋼材本體的強度。鋼板[σ]t乘以焊接接頭系數(shù)φ，φ≤1

第9頁/共31頁㈡容器內(nèi)徑

工藝設(shè)計確定內(nèi)徑Di，制造測量也是內(nèi)徑，而受力分析中的D卻是中面直徑。解出d，得到內(nèi)壓圓筒的厚度計算式第10頁/共31頁㈢壁厚

考慮介質(zhì)腐蝕，計算厚度d的基礎(chǔ)上，增加腐蝕裕度C2。筒體的設(shè)計厚度為承受應(yīng)力的厚度，又稱計算壁厚設(shè)計壁厚考慮鋼板厚度負偏差C1，名義壁厚為：式中:

d-圓筒計算厚度，mm；

dd-圓筒設(shè)計厚度，mm；δn-圓筒設(shè)計厚度，mm

Di-圓筒內(nèi)徑，mm；

p-容器設(shè)計壓力，MPa；

j-焊接接頭系數(shù)。第11頁/共31頁另一種情況：對于已有的圓筒，測量厚度為dn，則其最大許可承壓的計算公式為：式中：dn-圓筒名義厚度圓整成鋼材標準值；C1-鋼板負偏差筒體設(shè)計厚度加上厚度負偏差后向上圓整，即為筒體名義厚度。第12頁/共31頁de-圓筒有效厚度C-厚度附加量。

設(shè)計溫度下圓筒的計算應(yīng)力C1—鋼材厚度負偏差C2—腐蝕裕量第13頁/共31頁負偏差腐蝕余量有效厚度第14頁/共31頁三、設(shè)計參數(shù)厚度設(shè)計參數(shù)按GBl50-1998中規(guī)定取值。設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、許用應(yīng)力、焊接接頭系數(shù)厚度附加量等參數(shù)的選取。第15頁/共31頁㈠設(shè)計壓力（計算壓力）設(shè)計壓力:相應(yīng)設(shè)計溫度下確定殼壁厚度的壓力，亦即標注在銘牌上的容器設(shè)計壓力。其值稍高于最大工作壓力。最大工作壓力：是指容器頂部在工作過程中可能產(chǎn)生的最高壓力（表壓）。使用安全閥時設(shè)計壓力不小于安全閥開啟壓力或取最大工作壓力1.05～1.10倍；使用爆破膜根據(jù)其型式，一般取最大工作壓力的1.15～1.4倍作為設(shè)計壓力。第16頁/共31頁㈡設(shè)計溫度選擇材料和許用應(yīng)力的確定直接有關(guān)。設(shè)計溫度指容器正常工作中，在相應(yīng)的設(shè)計條件下，金屬器壁可能達到的最高或最低溫度。器壁溫度通過換熱計算。不被加熱或冷卻，筒內(nèi)介質(zhì)最高或最低溫度。用蒸汽、熱水或其它載熱體加熱或冷卻，載體最高溫度或最低溫度。不同部位出現(xiàn)不同溫度分別計算。第17頁/共31頁㈢許用應(yīng)力許用應(yīng)力是以材料的各項強度數(shù)據(jù)為依據(jù)，合理選擇安全系數(shù)n得出的。抗拉強度、屈服強度，蠕變強度、疲勞強度。取其中最低值。當設(shè)計溫度低于0℃時，取20℃時的許用應(yīng)力。第18頁/共31頁㈣焊接接頭系數(shù)焊接削弱而降低設(shè)計許用應(yīng)力的系數(shù)。根據(jù)接頭型式及無損檢測長度比例確定。焊接接頭形式無損檢測的長度比例100%局部雙面焊對接接頭或相當于雙面焊的對接接頭1.00.85單面焊對接接頭或相當于單面焊的對接接頭0.90.8符合《壓力容器安全技術(shù)檢察規(guī)程》才允許作局部無損探傷。抽驗長度不應(yīng)小于每條焊縫長度的20％。第19頁/共31頁㈤厚度附加量滿足強度要求的計算厚度之外，額外增加的厚度量，包括由鋼板負偏差(或鋼管負偏差)Cl、腐蝕裕量

C2，即C＝

Cl十

C2厚度22.22.52.8～3.03.2～3.53.8～4

4.5～5.5負偏差0.130.140.150.160.18

0.20.2厚度6～78～2526～3032～34

36～4042～50

52～60

負偏差0.60.80.911.11.21.3

第20頁/共31頁腐蝕裕量C2：應(yīng)根據(jù)各種鋼材在不同介質(zhì)中的腐蝕速度和容器設(shè)計壽命確定。塔類、反應(yīng)器類容器設(shè)計壽命一般按20年考慮，換熱器殼體、管箱及一般容器按10年考慮。第21頁/共31頁腐蝕速度＜0.05mm／a(包括大氣腐蝕)時：碳素鋼和低合金鋼單面腐蝕C2＝1mm，雙面腐蝕取C2＝2mm，當腐蝕速度＞0.05mm／a時，單面腐蝕取C2＝2mm，雙面腐蝕取C2＝4mm。不銹鋼取C2＝0。設(shè)計者適當加入工藝減薄量，第22頁/共31頁四、最小壁厚設(shè)計壓力較低的容器計算厚度很薄。大型容器剛度不足，不滿足運輸、安裝。限定最小厚度以滿足剛度和穩(wěn)定性要求。殼體加工成形后不包括腐蝕裕量最小厚度dmin：

a.碳素鋼和低合金鋼制容器不小于3mm

b．對高合金鋼制容器，不小于2mm第23頁/共31頁五、壓力試驗?zāi)康模褐圃旒庸み^程不完善，導(dǎo)致不安全，發(fā)生過大變形或滲漏。最常用的壓力試驗方法是液壓試驗。常溫水。也可用不會發(fā)生危險的其它液體試驗時液體的溫度應(yīng)低于其閃點或沸點。第24頁/共31頁不適合作液壓試驗，如裝入貴重催化劑要求內(nèi)部烘干，或容器內(nèi)襯耐熱混凝土不易烘干，或由于結(jié)構(gòu)原因不易充滿液體的容器以及容積很大的容器等，可用氣壓試驗代替液壓試驗。第25頁/共31頁對壓力試驗的規(guī)定情況表試驗類型試驗壓力強度條件說明備注液壓試驗

立式容器臥置進行水壓試驗時，試驗壓力應(yīng)取立置試驗壓力加液柱靜壓力。壓力試驗時，由于容器承受的壓力pT

高于設(shè)計壓力p，故必要時需進行強度效核。

氣壓試驗

pT-試驗壓力，MPa；p-設(shè)計壓力，MPa；

[s]一試驗溫度下的材料許用應(yīng)力，MPa；

[s]T

一設(shè)計溫度下的材料許用應(yīng)力，MPa

第26頁/共31頁例：某化工廠欲設(shè)計一臺石油氣分離工程中的乙烯精餾塔。工藝要求為塔體內(nèi)徑Di=600mm；設(shè)計壓力p＝2.2MPa；工作溫度t＝-3～-20℃。試選擇塔體材料并確定塔體厚度。解：由于石油氣對鋼材腐蝕不大，溫度在-20℃以上，承受一定的壓力，故選用16MnR。根據(jù)式式中p＝2.2MPa；Di=600mm；[s]＝170MPaj=0.8(查表)；C2=1.0mm

得：第27頁/共31頁考慮鋼板厚度負偏差C1＝0.6mm圓正取dn=7mm水壓試驗時的應(yīng)力

16MnR的屈服限ss=34