过程设备设计21-2014

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1、第二章 压力容器应力分析 CHAPTER CHAPTER STRESS ANALYSIS OFSTRESS ANALYSIS OF PRESSURE VESSELSPRESSURE VESSELS 1 过程设备设计过程设备设计 载荷 压力容器 应力、应变 强度、刚度 校核 2 过程设备设计过程设备设计 2.2 2.2 回转薄壳应力分析回转薄壳应力分析 2.2.1 薄壁圆筒的应力 2.2.2 回转薄壳的无力矩理论 本章主要内容本章主要内容 2.2.3 无力矩理论的基本方程 2.2.4 无力矩理论的应用 2.2.5 回转薄壳的不连续分析 2.1 2.1 载荷分析载荷分析 2.1.1 载荷 2.1.

2、2 载荷工况 3 过程设备设计过程设备设计 2.4 2.4 平板应力分析平板应力分析 2.4.1 概述 2.4.2 圆平板对称弯曲微分方程 本章主要内容本章主要内容 2.4.3 圆平板中的应力 2.4.4 承受轴对称载荷时环板中的应力 2.3 2.3 厚壁圆筒应力分析厚壁圆筒应力分析 2.3.1 弹性应力 2.3.2 弹塑性应力 2.3.3 屈服压力和爆破压力 2.3.4 提高屈服承载能力的措施 4 过程设备设计过程设备设计 2.6 2.6 典型局部应力典型局部应力 2.6.1 概述 2.6.2 受内压壳体与接管连接处的局部应力 本章主要内容本章主要内容 2.6.3 降低局部应力的措施 2.5

3、 2.5 壳体的稳定性分析壳体的稳定性分析 2.5.1 概述 2.5.2 外压薄壁圆柱壳弹性失稳分析 2.5.3 其他回转薄壳的临界压力 5 过程设备设计过程设备设计2.1 载荷分析 2.1 载荷分析 2.1.1 载荷 2.1.2 载荷工况 6 过程设备设计过程设备设计2.1 载荷分析 2.1.1 载荷 载荷能够在压力容器上产生应力、应变的 因素，如压力、风载荷、地震载荷等。 介绍： 压力容器全寿命周期内 可能遇到的主要载荷 压力载荷非压力载荷交变载荷 7 过程设备设计过程设备设计2.1 载荷分析 一、压力 压力是压力容器承受的基本载荷。 压力 绝对压力表压 以绝对真空为基准测得的 压力。 通

4、常用于过程工艺计算。 以大气压为基准测得的 压力。 压力容器机械设计中， 一般采用表压。 内压 外压 内、外压 2.1.1 载荷（续） 8 过程设备设计过程设备设计2.1 载荷分析 一、压力（续） 压力容器中的压力来源 流体经泵或压 缩机，通过与 容器相连接的 管道，输入容 器内而产生压 力，如氨合成 塔、尿素储罐 等。 加热盛装液体 的密闭容器， 液体膨胀或汽 化后使容器内 压力升高，如 人造水晶釜。 盛装液化气体的 容器，如液氨储 罐、液化天然气 储罐等，其压力 为液体的饱和蒸 气压。 液体静 压力 装有 液体的 容器， 液体重 量将产 生压力 。 123 2.1.1 载荷（续） 9 过程

5、设备设计过程设备设计2.1 载荷分析 二、非压力载荷 整体载荷 局部载荷 作用于整台容器上 的载荷，如重力、 风、地震、运输等 引起的载荷。 作用于容器局部区 域上的载荷，如管 系载荷、支座反力 和吊装力等。 2.1.1 载荷（续） 10 过程设备设计过程设备设计2.1 载荷分析 二、非压力载荷（续） a重力载荷 计算重力载荷时，除容器自身的重量外，应根据不同的 工况考虑隔热层、内件、物料、平台、梯子、管系和由 容器支撑的附属设备等的重量。 定义由容器及其附件、内件和物料的重量引起的载荷。 2.1.1 载荷（续） 11 过程设备设计过程设备设计2.1 载荷分析 二、非压力载荷（续） 振动风载荷

6、作用下，除了使容器产生应力和变形外， 还可能使容器产生顺风向的震动和垂直于风向的 诱导振动。 b风载荷 定义作用在容器及其附件迎风面上的有效风压来计算 的载荷。 它是由高度湍流的空气扫过地表时形成的非稳定流动引起 的。风的流动方向通常为水平的，但是它通过障碍物表面 时，可能有垂直分量。 2.1.1 载荷（续） 第7.6节讲解 12 过程设备设计过程设备设计2.1 载荷分析 二、非压力载荷（续） c地震载荷 定义作用在容器上的地震力，它产生于支承容器的地面 突然振动和容器对振动的反应。地震时，作用在 容器上的力十分复杂。为简化设计计算，通常采 用地震影响系数，把地震力简化为当量剪力和弯 矩。 地

7、震影响系数与容器所在地的场 地土类别、震区类型和地震烈度 等因素有关，具体取值可参阅有 关地震设计规范。 参见塔设 备计算（ 第7.5节） 2.1.1 载荷（续） 13 过程设备设计过程设备设计2.1 载荷分析 二、非压力载荷（续） d 运输载荷 定义指运输过程中由不同方向的加速度引起的力。 容器经陆路或海上运送到安装地点，由于运输 车辆或船舶的运动，容器将承受不同方向上的 加速度。 运输载荷可用水平方向和垂直方向加速 度给出，也可用加速度除以标准重力加 速度所得到的系数表示。 2.1.1 载荷（续） 14 过程设备设计过程设备设计2.1 载荷分析 二、非压力载荷（续） 定义指固置在船上的容器

8、，由于波浪运动而产生的加速度。 e波动载荷 表示方法与运输载荷相同 。晃动载荷是交变的，应 考虑疲劳的要求，有关设 计数据，可参考船舶分类 的规范标准。 2.1.1 载荷（续） 15 过程设备设计过程设备设计2.1 载荷分析 二、非压力载荷（续） f管系载荷 定义指管系作用在容器接管上的载荷。 当管系与容器接管相连接时，由于管路及管内物料重 量、 管系的热膨胀和风载荷、地震或其他载荷的作 用，在接管处产生的载荷就是管系载荷。 在设计容器时，管路的总体布置通常还没有最后确定，因此不 可能进行管路应力分析来确定接管处的载荷。正是由于这个原 因，往往要求压力容器购买方提供管系载荷。容器设计者必须 保

9、证接管能经受住这些载荷，确保不会在容器或接管处产生过 大的应力。管线布置最终确定后，管路设计者要确保由接管应 力分析得到的载荷不会超出指定的管系载荷。 2.1.1 载荷（续） 16 过程设备设计过程设备设计2.1 载荷分析 三、交变载荷 定义 大小和/或方向 随时间变化 定义 大小和方向基本 上不随时间变化 载荷 交变载荷 静载荷 2.1.1 载荷（续） 17 过程设备设计过程设备设计2.1 载荷分析 三、交变载荷（续）典型实例 间歇生产的压力容器的重复加压、减压； 由往复式压缩机或泵引起的压力波动； 生产过程中，因温度变化导致管系热膨胀或收缩，从而 引起接管上的载荷变化； 容器各零部件之间温

10、度差的变化； 装料、泄料引起的容器支座上的载荷变化； 液体波动引起的载荷变化； 振动引起的载荷变化。 1 2 3 4 5 6 7 2.1.1 载荷（续） 18 过程设备设计过程设备设计2.1 载荷分析 2.1.1 载荷（续） 同样 认真 考虑 三、交变载荷（续） 疲劳设计 容器设计 重要控制因素 小载荷改变量 大循环次数 大载荷改变量 小循环次数 载荷的 变化范围 循环次数 19 过程设备设计过程设备设计2.1 载荷分析 小结 压力载荷非压力载荷交变载荷 内压 外压 内外压 重力载荷 风载荷 地震载荷 运输载荷 波动载荷 管系载荷 载荷变化 （大小 方向） 循环次数 通常要 考虑 部分要 考虑

11、 具体情况 考虑 2.1.1 载荷（续） 20 过程设备设计过程设备设计2.1 载荷分析 2.1.2 载荷工况 定义在工程上，容器受到不同载荷的情况。 制造安装 正常操作 开停工 压力试验 检修 等等 根据不同载荷工况，分别计算载荷 正常操作工况 特殊载荷工况 意外载荷工况 21 过程设备设计过程设备设计2.1 载荷分析 2.1.2 载荷工况（续） 一、正常操作工况 载荷 设计压力 液体静压力 重力载荷 风载荷 地震载荷 其他载荷 隔热材料、衬里、内件、物 料、平台、梯子、管系、支 承在容器上的其他设备重量 等 22 过程设备设计过程设备设计2.1 载荷分析 二、特殊载荷工况 一般不考虑 地震

12、载荷 2.1.2 载荷工况（续） 1压力试验 制造完工的容器在制造厂进行压力试验时的载荷。 制造厂做压力试验 的载荷 试验压力 容器自身的重量 试验压力 试验液体静压力 试验时的重力载荷 现场做压力试验 的载荷 立式容器卧置做水 压试验 考虑 容器顶部的 压力校核 液体重量 液柱静压力 试验液体静压力和 实验液体的重量 23 过程设备设计过程设备设计2.1 载荷分析 二、特殊载荷工况（续） 2开停工及检修 载荷 风载荷 地震载荷 容器自身重量 内件、平台、梯子、管系及支承在容器 上的其他设备重量 等等 2.1.2 载荷工况（续） 24 过程设备设计过程设备设计2.1 载荷分析 三、意外载荷工况 容器的快速启动或突然停车 容器内发生化学爆炸 容器周围的设备发生燃烧或爆炸等 紧急状态下 爆炸载荷、 热冲击等意 外载荷 2.1.2 载荷工况（续） 25