内压容器教学课件PPT.ppt
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1、第八章 内压容器,一、压力容器设计的内容,p(设计压力)t(设计温度正常工作的情况下设定的元件金属的温度)DN(公称直径)t(设计温度下的许用应力)j(焊接接头系数)等,1、确定设计参数,3、确定结构形式4、确定壳体(筒体、封头)壁厚强度计算5、选取标准件:法兰、支座、开孔附件等6、绘制设备图纸 本章主要讨论中低压化工容器筒体与封头的强度计算问题。,2、选择材料(讨论钢制化工容器),压力低、按刚度设计的容器:尽量用低碳钢;压力较高之大型容器:普通低合金钢。价格比碳钢高20%,强度高3060%;介质腐蚀严重或产品纯度要求高:不锈钢;深冷容器:铜及其合金。,(1)判定在一个检验周期内,或在剩余寿命
2、期内,容器是否还能在原设计条件下安全使用。对于已不能在原设计条件下使用的容器,应通过强度计算,为容器提出最高允许工作压力。(2)如果容器针对某一使用条件需要判废,应为判废提供依据。,二、强度计算的内容,1.设计压力容器,2.校核在用容器,根据化工生产工艺提出的条件,确定设计所需参数(p,t,D),选定材料和结构型式,通过强度计算确定容器筒体及封头壁厚。已经制定标准的受压元件,可直接选取。,8.1 设计参数的确定,容器筒体和封头的直径都已经标准化(GB9019-88),不能随意取值。筒体与封头的公称直径要配套。对于钢板卷焊的筒体,以内径作为它的公称直径(表8-1)。,当用无缝钢管作筒体时,以外径
3、作为它的公称直径(表8-2)。设计时,应将工艺计算初步确定的容器内径调整为符合规定的公称直径。,一、容器直径,8.1 设计参数的确定,8.1 设计参数的确定,二、工作压力和设计压力,使用安全阀时,设计压力不小于安全阀的开启压力pk,或取最大工作压力的1.051.10倍;,设计压力p:在相应的设计温度下用以确定壳壁厚度的压力,亦即标注在铭牌上的容器设计压力。设计压力稍高于最大工作压力。,最大工作压力(pw)是指容器顶部在工作过程中可能产生的最高压力(表压)。,8.1 设计参数的确定,使用爆破膜作安全装置时,设计压力不得低于爆破片的设计爆破压力上限,根据爆破膜片的型式确定,一般取最大工作压力的1.
4、151.75倍作为设计压力。,盛装液化气容器 设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定(固定式容器,选最高温度下该气体的饱和蒸汽压作为设计压力)(表8-4,8-5)。,当容器内盛有液体物料时,若液体物料的静压力最大工作压力的5,则在设计压力中可不计入液体静压力,否则,须在设计压力中计入液体静压力。,8.1 设计参数的确定,小结:,(1)设计压力p应等于或略大于最大工作压力pw(2)装有安全阀时,应使 p pk,p=(1.051.10)pw(3)装有爆破片时,应使p大于使用温度下的爆破压力,p=(1.151.75)pw(4)盛装液化气体的容器,需考虑液化气体的临界温度tc50,p=50
5、饱和蒸汽压(室温下可能液化)tc50,p=最大填充量时50气体的压力,8.1 设计参数的确定,三、设计温度t,设计温度t:指容器在正常工作情况下,设定的元件的金属温度。,设计温度在容器设计中的作用:选择材料;确定许用应力。,设计温度不得低于容器工作时器壁金属可能达到的最高温度。如果容器器壁金属温度在0以下,则设计的设计温度不能高于器壁金属可能达到的最低温度。,8.1 设计参数的确定,确定设计温度的方法:(1)对类似设备实测;(2)传热计算;不加热或不冷却的器壁,且壁外有保温,设计温度取介质温度;用水蒸气、热水或其它液体加热或冷却的器壁,设计温度取加热(或冷却)介质的温度。,8.1 设计参数的确
6、定,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。当元件所承受的液体静压力小于5%设计压力时,可忽略不计。计算压力=设计压力+液柱静压力(5%P时计入),四、计算压力pc,计算时用计算压力,应用时用设计压力。在检查管理上,以设计压力分类。,8.1 设计参数的确定,通常取计算压力pc=设计压力p 计算压力设计压力工作压力=容器顶部表压,五、许用应力t,许用应力是以材料的各项强度数据为依据,合理选择安全系数n得出的,即,所需要考虑的强度指标主要有抗拉强度、屈服强度,对于需要考虑蠕变的材料,强度指标还应有蠕变强度。常用钢板与钢管的许用应力可从资料中直接查取(表8-6,8
7、-7,8-8,8-9)。,8.1 设计参数的确定,六、焊接接头系数j,容器上焊缝:纵焊缝A类焊缝环焊缝B类焊缝,纵向焊缝承受的应力比环向焊缝大一倍,焊接接头系数主要针对纵向焊缝。,8.1 设计参数的确定,常见的焊接形式:,搭接焊,对接焊,角接焊,8.1 设计参数的确定,常见的对接焊焊缝结构:,U型坡口(焊前),U型坡口(焊后),V型坡口(焊前),V型坡口(焊后),X型坡口(焊前),X型坡口(焊后),8.1 设计参数的确定,缺陷,夹渣,未焊透,晶粒粗大等,在外观看不出来;熔池内金属从熔化到凝固的过程受到熔池外金属的刚性约束,内应力很大。焊缝区强度比较薄弱,焊接后常出现:,焊瘤,咬边,未焊透,常见
8、的焊接缺陷,考虑是到焊接对强度的削弱,引入焊接接头系数j来降低设计许用应力的一种系数。,8.1 设计参数的确定,焊接接头系数的大小决定于焊接接头的型式和无损检测的长度比率,无损检验方法主要是:X射线检查和超声波检查,焊接接头系数j,焊接接头系数j一般取1或0.85,8.1 设计参数的确定,8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算,一、内压容器的五种厚度,1.计算厚度,计算厚度():由公式采用计算压力得到的厚度,必要时还应计入其它载荷对厚度的影响。,内压圆筒器壁内的基本应力是薄膜应力,根据第三强度理论得出的薄膜应力强度条件是:,t 制造筒体的钢板在设计温度t下的许用应力r3 按第三强度理论得到的薄膜
9、应力的相当应力j 焊接接头系数,8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算,对于筒体,强度条件为,筒体计算壁厚,多数情况下,筒体计算壁厚简化式,适用于大多数情况。,D:中径 Di:内径 d:壁厚,8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算,2.设计厚度(d),设计厚度(d):计算厚度与腐蚀裕量C2之和,C2:腐蚀裕量,容器元件由于腐蚀或机械磨损而导致厚度变薄,在设计壁厚时要考虑容器使用寿命期内的安全性。,(mm),:腐蚀速率(mm/a),由材料手册或实验确定。,一般情况,=0.050.13mm/a,轻微腐蚀时,单面腐蚀C2=12mm,双面腐蚀C2=24mm,对于不锈钢,一般C2=0。,n:容器的设计寿命,
10、通常为1015年。,8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算,名义壁厚 n:设计厚度加上钢材厚度负偏差C1后向上圆整至钢材标准规格的厚度,即为名义厚度。,3.名义厚度(n),C1:钢板厚度负偏差(钢板在轧制时产生了偏差),压力容器常用的低合金钢和不锈钢的负偏差一律为-0.3mm,:除去负偏差后的圆整值,8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算,标注在图样上的厚度即为名义厚度n,:除去负偏差后的圆整值,常用钢板厚度,注:5mm为不锈钢常用厚度。,钢板厚度尺寸系列已经标准化,不能随便选取,要按照标准GB709-88的规定选取。,元整值:将名义厚度元整至标准规定的规格厚度差值。,8.2 内压容器筒体和封头厚
11、度的计算,28,27,4.有效厚度(e),有效厚度(e):名义厚度减去钢材负偏差和腐蚀裕 量,有效厚度(e)是真正可以用来承受介质压力的厚度,8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算,各厚度间的关系:,8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算,5.最小厚度(min),对于设计压力较低的容器,根据强度公式计算出来的厚度很薄。大型容器,如果筒体厚度过薄,将导致刚度不足而极易引起过大的弹性变形,不能满足运输、安装等要求。因此,必须限定一个最小厚度(不包括腐蚀裕量)以满足刚度和稳定性要求。,最小厚度min的规定(不包括腐蚀裕量):,碳素钢、低合金钢容器:min不小于3mm;高合金制容器:min不小于2mm;,
12、8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算,1)若 取,当筒体的计算厚度小于最小厚度时,应取最小厚度作为计算厚度。此时名义厚度:,2)若 取,8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算,例1 设计条件如下:p=0.3MPa,Di=2m,t=113MPa,j=0.85,C2=2mm。试确定容器筒体的计算厚度、设计厚度,名义厚度、有效厚度、圆整值。,解:,8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算,查表8-10(p171),j=,查表8-11(p173),5mm厚钢板的负偏差C1=,取n=5mm是合适的,例2:已知筒体Di=1m,p=0.3MPa,t=100,材料Q235B;全焊透对接焊缝,局部无损探伤;取腐蚀裕量
13、C2=2mm。求名义厚度。,查表8-6(p167),得 t=100时t=,取,8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算,解:,113MPa,0.85,0.3mm,查P168表8-7,(假设钢板厚度在616mm范围并用插值法),;取,例3:确定一容器筒体的计算厚度、设计厚度d、名义厚度n和有效厚度e。已知:设计压力p=1.9MPa,设计温度t=330,内径Di=800mm,介质对钢板的腐蚀速率:=0.15mm/年,设计寿命10年,材料:16MnDR。全焊透对接焊缝,全部无损探伤。,解:,查P171表8-10,8.3 在用容器的强度校核,取,n=8mm在(616)mm和(825)mm 范围内,因此t取
14、值合适。,圆整值,8.3 在用容器的强度校核,C1=0.3mm,2)确定参数DN=600mm,筒体采用板卷,Di=600mm;pc=2.2MPa;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8-10,j=0.8;塔体保温,设计温度取介质温度,t=170MPa;腐蚀轻微,单面腐蚀,C2=1mm。,例4: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。,焊缝结构,8.2 内压容器筒体和封头
15、厚度的计算,3)确定计算壁厚,设计厚度,查表8-11,得C1=0.6mm,圆整为7mm,即,8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算,例5 设计锅炉汽包的筒体壁厚。工作压力为15.6MPa,工作温度为350,其内径为1300mm。,解:,1)选材:工作温度中温,工作压力为高压,有轻微腐蚀。故采用低合金钢18MnMoNbR(GB6654-96)。s=410MPa。,2)确定参数,a.工作压力15.6MPa,是高压容器b.焊缝结构必须是双面对接焊结构或其他等强度焊接,100%无损探伤,j=1,c.筒体需保温,设计温度取介质温度,350=190MPa,d.需安装安全阀,pc=p=1.115.6=17.1
16、6(MPa)。,e.水蒸气对低合金钢有轻微腐蚀,且为单面腐蚀,C2=1mm。,8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算,3)计算壁厚,设计厚度,查表得C1=1.4(mm),名义厚度,圆整为,圆整量,8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算,二、内压凸形封头厚度计算,封头种类,凸形封头,平板形封头,锥形封头,带折边的锥形封头,不带折边的锥形封头,8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算,1.半球形封头,半球形封头是由半个球壳构成。直径较小、器壁较薄的半球形封头可整体热压成形。大直径的则先分瓣冲压,再焊接组合。,焊缝,钢板,钢板,焊缝,8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算,8.2 内压容器筒体和封头厚度的计算
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