過程設(shè)備設(shè)計2.1-2014

第二章壓力容器應(yīng)力分析CHAPTERⅡSTRESSANALYSISOFPRESSUREVESSELS1過程設(shè)備設(shè)計載荷壓力容器應(yīng)力、應(yīng)變強度、剛度校核2過程設(shè)備設(shè)計●2.2回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析2.2.1薄壁圓筒的應(yīng)力2.2.2回轉(zhuǎn)薄殼的無力矩理論本章主要內(nèi)容2.2.3無力矩理論的基本方程2.2.4無力矩理論的應(yīng)用2.2.5回轉(zhuǎn)薄殼的不連續(xù)分析●2.1載荷分析2.1.1載荷2.1.2載荷工況3過程設(shè)備設(shè)計●2.4平板應(yīng)力分析2.4.1概述2.4.2圓平板對稱彎曲微分方程本章主要內(nèi)容2.4.3圓平板中的應(yīng)力2.4.4承受軸對稱載荷時環(huán)板中的應(yīng)力●2.3厚壁圓筒應(yīng)力分析2.3.1彈性應(yīng)力2.3.2彈塑性應(yīng)力2.3.3屈服壓力和爆破壓力2.3.4提高屈服承載能力的措施4過程設(shè)備設(shè)計●2.6典型局部應(yīng)力2.6.1概述2.6.2受內(nèi)壓殼體與接管連接處的局部應(yīng)力本章主要內(nèi)容2.6.3降低局部應(yīng)力的措施●2.5殼體的穩(wěn)定性分析2.5.1概述2.5.2外壓薄壁圓柱殼彈性失穩(wěn)分析2.5.3其他回轉(zhuǎn)薄殼的臨界壓力5過程設(shè)備設(shè)計2.1載荷分析2.1

載荷分析2.1.1載荷2.1.2載荷工況6過程設(shè)備設(shè)計2.1載荷分析2.1.1

載荷載荷——能夠在壓力容器上產(chǎn)生應(yīng)力、應(yīng)變的因素，如壓力、風(fēng)載荷、地震載荷等。介紹：壓力容器全壽命周期內(nèi)可能遇到的主要載荷壓力載荷非壓力載荷交變載荷7過程設(shè)備設(shè)計2.1載荷分析一、壓力壓力是壓力容器承受的基本載荷。壓力絕對壓力表壓以絕對真空為基準測得的壓力。通常用于過程工藝計算。以大氣壓為基準測得的壓力。壓力容器機械設(shè)計中，一般采用表壓。內(nèi)壓外壓內(nèi)、外壓2.1.1

載荷（續(xù)）8過程設(shè)備設(shè)計2.1載荷分析一、壓力（續(xù)）

壓力容器中的壓力來源流體經(jīng)泵或壓縮機，通過與容器相連接的管道，輸入容器內(nèi)而產(chǎn)生壓力，如氨合成塔、尿素儲罐等。加熱盛裝液體的密閉容器，液體膨脹或汽化后使容器內(nèi)壓力升高，如人造水晶釜。盛裝液化氣體的容器，如液氨儲罐、液化天然氣儲罐等，其壓力為液體的飽和蒸氣壓。液體靜壓力——裝有液體的容器，液體重量將產(chǎn)生壓力。1232.1.1

載荷（續(xù)）9過程設(shè)備設(shè)計2.1載荷分析二、非壓力載荷整體載荷局部載荷作用于整臺容器上的載荷，如重力、風(fēng)、地震、運輸?shù)纫鸬妮d荷。作用于容器局部區(qū)域上的載荷，如管系載荷、支座反力和吊裝力等。2.1.1

載荷（續(xù)）10過程設(shè)備設(shè)計2.1載荷分析二、非壓力載荷（續(xù)）a．重力載荷計算重力載荷時，除容器自身的重量外，應(yīng)根據(jù)不同的工況考慮隔熱層、內(nèi)件、物料、平臺、梯子、管系和由容器支撐的附屬設(shè)備等的重量。定義——由容器及其附件、內(nèi)件和物料的重量引起的載荷。2.1.1

載荷（續(xù)）11過程設(shè)備設(shè)計2.1載荷分析二、非壓力載荷（續(xù)）振動——風(fēng)載荷作用下，除了使容器產(chǎn)生應(yīng)力和變形外，還可能使容器產(chǎn)生順風(fēng)向的震動和垂直于風(fēng)向的

誘導(dǎo)振動。b．風(fēng)載荷定義——作用在容器及其附件迎風(fēng)面上的有效風(fēng)壓來計算的載荷。它是由高度湍流的空氣掃過地表時形成的非穩(wěn)定流動引起的。風(fēng)的流動方向通常為水平的，但是它通過障礙物表面時，可能有垂直分量。2.1.1

載荷（續(xù)）第7.6節(jié)講解12過程設(shè)備設(shè)計2.1載荷分析二、非壓力載荷（續(xù)）c．地震載荷定義——作用在容器上的地震力，它產(chǎn)生于支承容器的地面突然振動和容器對振動的反應(yīng)。地震時，作用在容器上的力十分復(fù)雜。為簡化設(shè)計計算，通常采用地震影響系數(shù)，把地震力簡化為當(dāng)量剪力和彎矩。地震影響系數(shù)與容器所在地的場地土類別、震區(qū)類型和地震烈度等因素有關(guān)，具體取值可參閱有關(guān)地震設(shè)計規(guī)范。參見塔設(shè)備計算（第7.5節(jié)）2.1.1

載荷（續(xù)）13過程設(shè)備設(shè)計2.1載荷分析二、非壓力載荷（續(xù)）d．運輸載荷定義——指運輸過程中由不同方向的加速度引起的力。容器經(jīng)陸路或海上運送到安裝地點，由于運輸車輛或船舶的運動，容器將承受不同方向上的加速度。運輸載荷可用水平方向和垂直方向加速度給出，也可用加速度除以標準重力加速度所得到的系數(shù)表示。2.1.1

載荷（續(xù)）14過程設(shè)備設(shè)計2.1載荷分析二、非壓力載荷（續(xù)）定義——指固置在船上的容器，由于波浪運動而產(chǎn)生的加速度。e．波動載荷表示方法與運輸載荷相同。晃動載荷是交變的，應(yīng)考慮疲勞的要求，有關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)，可參考船舶分類的規(guī)范標準。2.1.1

載荷（續(xù)）15過程設(shè)備設(shè)計2.1載荷分析二、非壓力載荷（續(xù)）f．管系載荷定義——指管系作用在容器接管上的載荷。當(dāng)管系與容器接管相連接時，由于管路及管內(nèi)物料重量、管系的熱膨脹和風(fēng)載荷、地震或其他載荷的作用，在接管處產(chǎn)生的載荷就是管系載荷。在設(shè)計容器時，管路的總體布置通常還沒有最后確定，因此不可能進行管路應(yīng)力分析來確定接管處的載荷。正是由于這個原因，往往要求壓力容器購買方提供管系載荷。容器設(shè)計者必須保證接管能經(jīng)受住這些載荷，確保不會在容器或接管處產(chǎn)生過大的應(yīng)力。管線布置最終確定后，管路設(shè)計者要確保由接管應(yīng)力分析得到的載荷不會超出指定的管系載荷。2.1.1

載荷（續(xù)）16過程設(shè)備設(shè)計2.1載荷分析三、交變載荷定義——大小和/或方向隨時間變化定義——大小和方向基本上不隨時間變化載荷交變載荷靜載荷2.1.1

載荷（續(xù)）17過程設(shè)備設(shè)計2.1載荷分析三、交變載荷（續(xù)）典型實例間歇生產(chǎn)的壓力容器的重復(fù)加壓、減壓；由往復(fù)式壓縮機或泵引起的壓力波動；生產(chǎn)過程中，因溫度變化導(dǎo)致管系熱膨脹或收縮，從而引起接管上的載荷變化；容器各零部件之間溫度差的變化；裝料、泄料引起的容器支座上的載荷變化；液體波動引起的載荷變化；振動引起的載荷變化。12345672.1.1

載荷（續(xù)）18過程設(shè)備設(shè)計2.1載荷分析2.1.1

載荷（續(xù)）同樣認真考慮三、交變載荷（續(xù)）疲勞設(shè)計容器設(shè)計——重要控制因素小載荷改變量大循環(huán)次數(shù)大載荷改變量小循環(huán)次數(shù)載荷的——

變化范圍循環(huán)次數(shù)19過程設(shè)備設(shè)計2.1載荷分析小結(jié)壓力載荷非壓力載荷交變載荷內(nèi)壓外壓內(nèi)外壓重力載荷風(fēng)載荷地震載荷運輸載荷波動載荷管系載荷載荷變化（大小方向）循環(huán)次數(shù)通常要考慮部分要考慮具體情況考慮2.1.1

載荷（續(xù)）20過程設(shè)備設(shè)計2.1載荷分析2.1.2

載荷工況定義——在工程上，容器受到不同載荷的情況。制造安裝正常操作開停工壓力試驗檢修等等根據(jù)不同載荷工況，分別計算載荷正常操作工況特殊載荷工況意外載荷工況21過程設(shè)備設(shè)計2.1載荷分析2.1.2

載荷工況（續(xù)）一、正常操作工況載荷設(shè)計壓力液體靜壓力重力載荷風(fēng)載荷地震載荷其他載荷隔熱材料、襯里、內(nèi)件、物料、平臺、梯子、管系、支承在容器上的其他設(shè)備重量等22過程設(shè)備設(shè)計2.1載荷分析二、特殊載荷工況一般不考慮地震載荷2.1.2

載荷工況（續(xù)）1．壓力試驗制造完工的容器在制造廠進行壓力試驗時的載荷。制造廠做壓力試驗的載荷試驗壓力容器自身的重量試驗壓力試驗液體靜壓力試驗時的重力載荷現(xiàn)場做壓力試驗的載荷立式容器臥置做水壓試驗——考慮容器頂部的壓力校核液體重量液柱靜壓力試驗液體靜壓力和實驗液體的重量23過程設(shè)備設(shè)計2.1載荷分析二、特殊載荷