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1、8 、压力容器 8.2 压力容器结构与分类 8.3 内压圆筒型薄壁壳的设计 8.4 外压圆筒型薄壁壳的设计 8.5 压力容器的使用与管理 8.1 压力容器常用零部件 1 1 8.2 压力容器的结构与分类 一、 压力容器的结构 2 2 典型反应器结构 3 3 二、压力容器分类 1、 按承压性质分 0.5MPam3)； 4、 中压储存容器(易燃或毒性程度为中度危 害介质，且PV10MPam3)； 5、 高压、中压管壳式余热锅炉； 1111 三类容器(续） 6、 中压搪玻璃压力容器； 7 、球形（V=50m3) ； 8、移动式压力容器。 9、中压容器（仅限毒性程度为极度或 高度危害介质。 10、使用
2、强度级别较高的材料制造的压 力容器。 11、低温储存容器(V5m3) 。 1212 Question: 多压 力腔容器如何 归类管理？ Heat Exchanger, Jacket Reactor 1313 8.3典型薄壁容器应力分析 1、按容器的外径Do和内径Di的比值K 不同，可将容器分为： 厚壁容器：K1.2 薄壁容器：K1.2 2、应力分析理论 无力矩理论或薄膜理论 力矩理论 1414 1、受内压圆筒壳体 静力平衡方程： 环向应力为: 环向应力 周向应力 一、典型壳体应力分析 1515 静力平衡方程： 经向应力为 经向应力/轴向应力 薄壁圆筒形压力容器环向应力 为经向应力的二倍 161
3、6 2、承受内压的球形壳体 球形壳体的厚度仅 需圆筒形壳体的一 半；球形容器的表 面积最小；所以耗 材是最少的。 1717 3、承受内压的椭球形壳体* 在顶点： 在赤道： 1818 椭圆形封头的应力分布 1919 标准椭圆形封头 取顶点处的周向应力与赤道处的周向应 力相等， 得: a=2b 2020 4、承受内压的锥形壳体* 由此可见，锥形壳体 的周向应力是经向应力 的两倍。 在锥顶处应力为零。 应力随半锥角的增大 而增大。 2121 二、边缘应力及其处理 1. 边缘应力的产生原因 几何非线性 载荷非线性 约束非线性 材料非线性 2222 0 Q0Q0 0 p p M0 M0M0 M0 图8-
4、17 圆筒形容器的边缘效应 2323 2. 边缘应力的特点 局部性 自限性 3. 工程上的处理方法 危害性较小，不做特殊处理 仅作局部结构调整，p161 图8-18 2424 三、内压薄壁圆筒设计 2525 几个前提 不大于35MPa的内压容器的筒体和封头 设计准则为弹性失效 一般不考虑边缘应力，必要时以应力增强 系数的形式引入设计计算。 依据：GB150-1999钢制压力容器 三、内压薄壁圆筒设计 2626 一、 强度设计公式 强度条件： 设计公式： 三、内压薄壁圆筒设计 2727 强度校核条件： 或 2828 二、 设计参数确定 1、 设计压力(P) 通常：P(1.01.1)PW 安全阀：
5、P= (1.051.1)PW. 且不低于安全阀 开启压力。 爆破片：(1.151.75)PW. 爆破压力制造偏差 介质为液化气：TMAX时液化气饱和蒸汽压 介质为液体：当液柱静压大于0.05P时，应 计入液体静压力。 2929 指容器正常工作时，在相应的设计压力 下，器壁金属可能达到的最高和最低温 度（低于0) 2 设计温度 3 焊缝系数 焊缝系数决定于二个因素： 1）焊缝的结构形式 2）无损探伤水平 3030 焊接接头形式无损检测 要求焊缝系数 双面对接焊100%1.0 局部0.85 单面对接焊100%0.9 局部0.8 焊缝系数 3131 4、许用应力 影响许用应力的因素： 1 使用温度
6、2 钢板厚度 许用应力由材料的强度极限除以相应 的安全系数而得。 强度极限根据材料的失效类型确定 安全系数则受工况、材料、制造质量 和计算方法的影响； Question: WHY? 3232 5 .厚度(t) a. 壁厚附加量 CC1C2 C1：钢板负偏差, 表8-9 C2：腐蚀裕量 b. 最小壁厚 保证设备在运输和安装过程中的安全 碳素钢和低合金钢：不小于3mm。 高合金钢：不小于2mm。 3333 三、 压力与气密性试验 1 、水压试验 a. 试验压力： b. 强度条件： 3434 1、 水压试验（续） c. 对试压介质的要求 方便获得；价格低廉； 无危险；存储方便； 沸点高于试验温度；
7、洁净，无污染，易于清除； 无腐蚀性。 3535 d. 对试验温度的要求 试验温度应该高于材料的无延性转变温度 （NDT）。对于碳钢，16MnR，15MnVR 等，试验温度应该大于5 ，其他低合金 钢，试验温度应该大于15。 板厚的影响导致试验温度的提高。 3636 2 、气压试验 a. 试验压力： b. 强度条件： 3737 c. 常用介质 干燥洁净的空气； 氮气 惰性气体。 d. 试验温度 对于碳钢和低合金钢，应大于15。 3838 3压力试验时的应力校核 液压试验时： 气压试验时： 薄膜应力： 3939 4、 气密性试验 b. 试验压力： a. 用处： 介质毒性程度为极度或高度危害； 设计
8、上不容许有微量泄漏； 4040 c. 其他 介质：干净空气或氮气、惰性气体 温度：碳钢、低合金钢等，不低于15 保压：30min，升压缓慢，稳定。 4141 8.4 外压薄壁圆筒的设计 外压容器的定义：外压大于内压的容器; 失效的主要形式为失稳。其后果是造成容 器几何形状偏离原形状。 一、外压容器失稳的概念 常见外压容器：减压蒸馏塔；真空冷凝器 ；结晶器；带蒸汽加热夹套； 4242 长园筒 4343 4444 容器失稳与压杆失稳类似，取决于： 1) 圆筒外径与有效壁厚之比 Do/te； 2) 圆筒长度与外径的比值 L/Do 3) 材料的力学性能 （E，) 其他：形状偏差，圆度 压杆失稳的主要因
9、素： 1）外载大小 2）压杆柔度(细长比) 3）材料的力学性能。 4545 临界压力的计算 1. 长圆筒： 临界压力 钢制圆筒： 临界应力： 4646 2. 短圆筒： 3. 临界长度： 临界应力： 4747 二、 外压薄壁圆筒厚度设计 外压设计的总体思路：保证工作压力P小 于许用外压P 而P=Pcr/m m 决定于Pcr的准确程度、制造技术、 焊缝结构形式等因素。我国规定 m=3 4848 解析法 2) 求Pcr，确定P 3) 如PP且较为接近，则所假定的 tn符合要 求，否则重算，直到符合要求。 1) 假设设计名义厚度tn，则有te=tn-C 4949 求解步骤： 根据工况，确定材料； 假定
10、壁厚为tn，确定有效厚度te， 根据已知条件确定临界长度Lcr； 根据公式确定许用设计外压P； 确定设计外压P，并比较P与P，如果P=I . 例题 例3 自学 5353 8.6 压力容器的安全使用与管理 一、 压力容器的安全技术监察 1 、安全技术监察的依据容规 涉及内容:类别划分，材料选用，结构与 强度设计，制造组装，无损检测探伤， 压力试验，使用管理，定期检验及安全 附件，等等 2 、压力容器的设计监察资格 3 、压力容器的制造监察许可 5454 设计单位证书副本 5555 5656 美国机械工程师协会颁发的 ASME“U”钢印证书 5757 欧盟承压设备指令PED-CE 资质 5858
11、二、压力容器的安全使用与管理 1 、管理体系与职责 2 、建立压力容器技术档案 3、压力容器的使用登记 4 、制订容器的安全操作规程 5 、正确操作容器 5959 三、 压力容器的定期检验 1 、定期检验的目的 2 、定期检验的内容与期限 外部检测，内外部检验，耐压试验； 检验程序 检验报告 6060 光气又称碳酰氯，无色气体，有腐草臭味，剧毒 ，微溶于水，较易溶于苯、甲苯等。由一氧化碳 和氯的混合物通过活性炭制得。环境中的光气主 要来自染料、农药、制药等生产工艺。光气是剧 烈窒息性毒气，高浓度吸人可致肺水肿。毒性比 氯气约大10倍，但在体内无蓄积作用。在生产条 件下以急性中毒为主，主要对呼吸
12、系统造成损害 。吸人光气后，发生典型的刺激症状，初为干咳 ，数小时后加重，轻者出现咳嗽、胸闷、气促、 眼结膜刺激和头痛、恶心等；重者可发展为肺水 肿、呼吸困难，甚至出现休克。 6161 图解法（略） 器壁上的应变： 器壁上的应力： K为特征系数 临界压力： 图解法来源：GB150 钢制压力容器 6262 外压圆筒几何参数计算图 6363 圆筒的许用外压力： 令则 而 此即为BA图的由来 6464 外压圆筒计算图 (BA图) 6565 设计方法和计算步骤 1 假设 2 确定比值：L/Do和D/te 3 查图8-13，确定A值 4 根据不同材料查图8-14,8-15,8-16确 定B值，求得许用外压P A在温度线的右方 5 比较P与P ,以P小于且接近于P为原则 A在温度线的
