化工設(shè)計-8內(nèi)壓容器課件

CHAP.8內(nèi)壓容器

1.概述本章內(nèi)容主要涉及兩個方面(1)設(shè)計壓力容器：根據(jù)強(qiáng)度、剛度條件，確定容器各受壓元件厚度；(2)校核在用容器；a.使用一段時間后是否安全;b.該容器針對某一使用條件需要判廢時,提出判廢依據(jù);c.若不能在原設(shè)計條件下使用時，提出其最高允許工作壓力.2.設(shè)計參數(shù)的確定1）容器直徑考慮到壓制封頭胎具的規(guī)格及標(biāo)準(zhǔn)配套選用的需要，容器的直徑不可隨意選取。對于卷制筒體，按表8-1。300（350）400……4000括號中的尺寸盡量少采用。當(dāng)用無縫鋼管做筒體時，以外徑作為它的公稱直徑，見表8-2。219273325377426

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2）工作壓力與設(shè)計壓力P設(shè)計壓力是指設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計溫度一起作為設(shè)計載荷條件。用P表示。工作壓力在操作過程中不斷變動，其頂部和底部的壓力可能不同。將容器在正常操作情況下容器頂部可能會出現(xiàn)的最高工作壓力稱為容器的最大工作壓力。用Pw表示。內(nèi)壓容器在正常工作情況下，容器頂部可能出現(xiàn)的最高壓力真空容器在正常工作情況下，容器可能出現(xiàn)的最大真空度外壓容器在正常工作情況下，容器可能出現(xiàn)的最大內(nèi)外壓力差設(shè)計壓力取值：（a）裝有安全閥P=(1.05~1.1)PW

（b）裝有爆破片P=(1.15~1.75)PW（c）固定式液化氣體壓力容器按表8-4規(guī)定（d）固定式液化石油氣儲罐按表8-5規(guī)定CHAP.8內(nèi)壓容器

（e）真空容器按外壓設(shè)計，設(shè)計壓力取安全裝置較小值無安全裝置P=0.1Mpa（f）對帶夾套的真空容器，設(shè)計壓力為上述真空容器的設(shè)計壓力再加上夾套內(nèi)的設(shè)計壓力。夾套容器：內(nèi)筒接內(nèi)壓設(shè)計，外壓校核外筒容器：內(nèi)壓設(shè)計3）設(shè)計溫度T設(shè)計溫度指容器在正常操作情況下，在相應(yīng)設(shè)計壓力下設(shè)定的受壓元件的金屬溫度(截面溫度的平均值)。其值不得低于容器工作時容器壁可能達(dá)到的最高溫度；當(dāng)金屬溫度低于0℃時，不得高于可能達(dá)到的最低溫度。高溫下，材料屈服強(qiáng)度下降,且材料可能進(jìn)入蠕變范圍低溫下,材料韌性降低,且可能發(fā)生脆性轉(zhuǎn)變。所以取兩種溫度。CHAP.8內(nèi)壓容器

5）許用應(yīng)力許用應(yīng)力由材料的力學(xué)性能除以相應(yīng)的安全系數(shù)而得。影響許用應(yīng)力的因素：1使用溫度2鋼板厚度表8-9中，高合金鋼（不銹鋼）：對筒體等允許產(chǎn)生微量變形，許用應(yīng)力取高值；對法蘭等不勻許產(chǎn)生微量變形，許用應(yīng)力取低值。表8-6碳素鋼板的許用應(yīng)力表8-7低合金鋼板的許用應(yīng)力表8-8低、中溫用鋼板的許用應(yīng)力表8-9高合金鋼板的許用應(yīng)力CHAP.8內(nèi)壓容器

6）焊接接頭系數(shù)因為焊接是容器上比較薄弱的環(huán)節(jié)，一般來說焊縫自身有可能低于沒有參與焊接鋼板自身的強(qiáng)度指標(biāo)，因此引入一個焊接接頭系數(shù)來補償焊縫對設(shè)備強(qiáng)度的削弱。的大小由焊接接頭的結(jié)構(gòu)形式和對焊接接頭進(jìn)行無損探傷的比例確定。表8-10殼體與封頭的焊接接頭都是對接接頭對接焊縫，有縱向、環(huán)向兩種。由于，縱縫承受的是環(huán)向薄膜應(yīng)力，因此針對縱向焊縫焊接接頭。CHAP.8內(nèi)壓容器

表8-10焊接接頭系數(shù)CHAP.8內(nèi)壓容器

3.內(nèi)壓容器筒體與封頭厚度的計算

（2）設(shè)計厚度引入腐蝕裕量C2,,

為介質(zhì)對鋼板的年腐蝕率，n為使用壽命（3）名義厚度任何鋼板出廠時都允許有一定的負(fù)偏差，引入C1——鋼板厚度負(fù)偏差，見表8-11。（4）有效厚度圖樣上標(biāo)注的厚度即是名義厚度。真正可以承受介質(zhì)壓強(qiáng)的厚度稱為有效厚度，用表示。CHAP.8內(nèi)壓容器

例題8-1已知Di=1m,=12mm,P=2Mpa,=1,C2=2mm,20R,=133Mpa試求計算厚度，設(shè)計厚度，圓整值以及有效厚度。解:CHAP.8內(nèi)壓容器

厚度系數(shù)其值越大,容器在強(qiáng)度上安全儲備也越大。允許的最大壓力（5）最小厚度為了滿足容器在制造，運輸以及安裝過程中最小剛度要求，根據(jù)工程經(jīng)驗規(guī)定的不包括腐蝕裕量的最小厚度。對于碳素鋼和低合金鋼制容器，不小于3mm;對于高合金鋼制容器，不小于2mm.CHAP.8內(nèi)壓容器

例題8-2試確定，，以及已知：PC=0.18MPa和0.28MPa,=113Mpa,Di=2m,C2=2mm,=0.85材質(zhì)Q235-B

解:(1)Pc=0.18MPa(2)Pc=0.28MPaCHAP.8內(nèi)壓容器

2）內(nèi)壓凸形封頭厚度計算封頭又名端蓋,按其形狀可分為三類:a凸形封頭:半球形封頭,橢圓形封頭,碟形封頭,球冠形封頭b錐形封頭:帶折邊和不帶折邊的c平板形封頭:從封頭設(shè)計力學(xué)模型來看,凸形封頭和錐形封頭都是回轉(zhuǎn)殼體,以薄膜理論為基礎(chǔ)分析,同時考慮到封頭與筒體連接處的邊緣應(yīng)力。平板封頭以平板彎曲為基礎(chǔ),對圓平板進(jìn)行理論分析。CHAP.8內(nèi)壓容器

半球形封頭(1)制造技術(shù)圖8-1對于Di<2500mm的球形封頭,常用整體(塊)鋼板一次沖壓成型(熱成型)；對于Di

>2500mm的球形封頭,常用數(shù)塊球瓣拼焊接而成.分辨沖壓可使模具減小,制造方便。(2)強(qiáng)度條件

球形封頭連接處的彎矩為0,剪力很小,所以其邊界上的邊界應(yīng)力不考慮。計算同筒體.

指所有拼縫接頭系數(shù)（縱縫、環(huán)縫）。注意包括球封與圓筒連接的環(huán)縫系數(shù)。CHAP.8內(nèi)壓容器

（2）強(qiáng)度分析對于標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭來說，（a/b=2）最大薄膜應(yīng)力位于橢球的頂點指所有拼縫接頭系數(shù)。不包括橢封與圓筒連接的環(huán)縫系數(shù)。整體沖壓時，CHAP.8內(nèi)壓容器

（3）結(jié)構(gòu)特點①從應(yīng)力角度，應(yīng)力較球形封頭次之，但比其他凸形封頭都好。②從幾何角度看，相同體積的封頭，其表面積較球殼次之。③制造比球形封頭較易沖壓成型。（4）最小厚度考慮到內(nèi)壓的橢圓形封頭在赤道處產(chǎn)生環(huán)向壓縮薄膜應(yīng)力，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的計算厚度不得小于封頭內(nèi)徑的0.15%，即拉應(yīng)力——強(qiáng)度計算壓應(yīng)力——穩(wěn)定控制CHAP.8內(nèi)壓容器

碟形封頭（1）幾何形狀

半徑為Rc的球殼，半徑為r的環(huán)狀殼體，及直邊段圓柱形殼體三部分組成。一般情況下，（2）強(qiáng)度分析以薄膜應(yīng)力為基礎(chǔ)，考慮到彎曲應(yīng)力，計入應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)M，M值見表8-13。

M與形狀有關(guān)，也稱形狀系數(shù)。CHAP.8內(nèi)壓容器

（3）結(jié)構(gòu)特點①從應(yīng)力角度，應(yīng)力較橢球形封頭次之；②從幾何角度看，相同體積的封頭，其表面積較橢球封頭大，材料消耗大；③制造較方便。（4）最小厚度考慮到內(nèi)壓的碟形封頭也會產(chǎn)生環(huán)向壓縮薄膜應(yīng)力，考慮到彈性失穩(wěn)，規(guī)定：CHAP.8內(nèi)壓容器

球冠形封頭（1）幾何形狀將碟形封頭的過渡圓弧及直邊部分都去掉,只留下球面部分,并把它直接焊在圓柱殼體上,就構(gòu)成了球冠形封頭。一般用作容器中兩個相鄰承壓空間的中間封頭，或用作端封頭。T形接頭必須全部焊透，使用壓力一般都不高。（2）強(qiáng)度分析考慮到邊界應(yīng)力,如果凸面受壓，封頭壁厚除按照上式計算外，還要進(jìn)行穩(wěn)定性的校核計算。Q值從三組曲線中查，值取法同半球形封頭。CHAP.8內(nèi)壓容器

例8-3已知：Di=800mm，P=0.8MPa,[]t=110MPa,焊接接頭系數(shù)=1，試分別求半球形封頭、標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭及碟形封頭的計算厚度。解：取Pc=P（1）半球形封頭（2）標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭（2）碟形封頭CHAP.8內(nèi)壓容器

3）內(nèi)壓錐形封頭計算（2）不帶折邊錐形封頭壁厚的確定錐形封頭的最大薄膜應(yīng)力位于錐體的大端，其值為（8-14）（8-14）式僅考慮薄膜應(yīng)力，未考慮連接處的邊界應(yīng)力，指縱縫。CHAP.8內(nèi)壓容器

為了不但滿足薄膜應(yīng)力強(qiáng)度條件，同時滿足邊界應(yīng)力的強(qiáng)度條件，計入應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)QQ值與及角有關(guān)CHAP.8內(nèi)壓容器

（3）帶折邊錐形封頭壁厚的確定

帶折邊的錐形封頭由三部分組成，即錐形部分、半徑為r的圓弧過渡部分和圓筒部分。圓弧過渡部分是為了降低邊緣應(yīng)力；直邊部分是為了避免邊緣應(yīng)力疊加在封頭和筒體的連接焊縫上(與碟形封頭各部分作用類似)。CHAP.8內(nèi)壓容器

（3）帶折邊錐形封頭壁厚的確定理論及試驗分析均證明,當(dāng)折邊部分與錐體部分厚度相同時,折邊內(nèi)應(yīng)力總是小于錐體部分大端處b點的薄膜應(yīng)力,應(yīng)按b點建立強(qiáng)度條件。CHAP.8內(nèi)壓容器

（4）錐形封頭小端結(jié)構(gòu)與壁厚錐形封頭小端與接管連接處也有邊界應(yīng)力存在。當(dāng)錐形封頭可直接與接管連接；當(dāng)在錐形封頭小端也應(yīng)加折邊。研究表明，當(dāng)大端與小端直徑之比大于等于4時，小端厚度不必計算，取與大端相同厚度即可。CHAP.8內(nèi)壓容器

例8-4為一內(nèi)壓圓筒配置錐形封頭，已知設(shè)計條件如下：Pc=0.8MPa,[]t=170MPa,試確定封頭的計算厚度。1.若采用無折邊錐形封頭2.若采用帶折邊錐形封頭由于封頭小端足夠，小端厚度取與大端相同。CHAP.8內(nèi)壓容器

4）平板封頭上一章分析可知，圓形平板若作為封頭承受介質(zhì)的壓強(qiáng)時，將處于受彎的不利狀態(tài)，因而它的壁厚將比同直徑的筒體壁厚大得多，而且平板形封頭還會對筒體造成較大的邊界應(yīng)力。因此，雖然它的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但承壓設(shè)備的封頭一般都不采用平板。只有壓力容器上的人孔、手孔，或在設(shè)備操作期間需要封閉的接管所用盲板才用平板。周邊固定、周邊簡支的圓平板在承受均布載荷時，其最大彎曲應(yīng)力表達(dá)式：

K是結(jié)構(gòu)系數(shù)，從表8-15可以查到CHAP.8內(nèi)壓容器

圓筒厚度為圓筒厚度的數(shù)十倍。CHAP.8內(nèi)壓容器

4.在用壓力容器的強(qiáng)度校核算出容器的最大許可壓力[P]，與最大工作壓力Pw比較，[P]≥Pw，繼續(xù)使用。容器的最大許可壓力取各元件最大許可壓力的較小值。表8-17~8-22列出了圓筒、封頭的[P]。CHAP.8內(nèi)壓容器

5.容器筒體與封頭的尺寸和質(zhì)量容器筒體與封頭壁厚確定以后，有時在其圖樣上必須標(biāo)注筒體和封頭的容積與質(zhì)量，表面積等。本節(jié)介紹的就是數(shù)據(jù)表，為了不使這些表過于龐大，同時給出了相應(yīng)的計算公式，便于計算。1)圓柱形筒體的容積，內(nèi)表面積和質(zhì)量用鋼板卷制圓筒，其尺寸和質(zhì)量列于表8-24無縫鋼管制筒體，其尺寸和質(zhì)量列于表8-252)標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭容積，內(nèi)表面積和質(zhì)量以外徑為公稱直徑的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭幾何尺寸與質(zhì)量列于表8-26以內(nèi)徑為公稱直徑的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭幾何尺寸與質(zhì)量列于表8-273)錐形封頭圓錐角為60°的無折邊錐形封頭見表368-28圓錐角為90°的折邊錐形封頭見表8-29CHAP.8內(nèi)壓容器

6.

容器殼體在材料使用上的規(guī)定

1)鋼板用前的驗收a.質(zhì)量證明書b.鋼印標(biāo)志c.表面質(zhì)量符合要求2)壓力容器在選材，用材上的規(guī)定a.當(dāng)使用碳素鋼板制造壓力容器殼體時應(yīng)該遵循的規(guī)定CHAP.8內(nèi)壓容器

2)壓力容器在選材，用材上的規(guī)定a.當(dāng)使用碳素鋼板制造壓力容器殼體時應(yīng)該遵循的規(guī)定GB700-88P(MPa)T(℃)δ(mm)介質(zhì)限制Q235-B（做常溫沖擊試驗）≤1.60~350≤20不得用于毒性為高度、極度危害介質(zhì)Q235-C（做0℃沖擊試驗）≤2.50~400≤30Q235-D（做-10℃沖擊試驗）b.當(dāng)使用壓力容器鋼板應(yīng)注意的問題CHAP.8內(nèi)壓容器

7.壓力試驗為了保證容器制造后的強(qiáng)度安全及可靠性，容器制成后要用高于設(shè)計壓力的壓力進(jìn)行壓力試驗。目的：檢查容器的宏觀強(qiáng)度和致密性。分類：耐壓試驗和致密性試驗壓力試驗壓力表：壓力試驗必須用兩個量程形同并且經(jīng)過校正的壓力表，壓力表的量程在試驗壓力的兩倍左右為宜，不能大于四倍。CHAP.8內(nèi)壓容器

1)液壓試驗(1)介質(zhì)：一般用水，有時也可用其他液體(2)溫度：一般用常溫試驗溫度下材料的許用應(yīng)力MPa

設(shè)計溫度下材料的許用