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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) 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
2、在一个检验周期内,或在剩余寿命期内,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 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。 计参数的确定 容器筒体和封头的直径都 已经标准化( ,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 当用 无缝钢管 作筒体时,以 外径 作
3、为它的 公称直径(表 8 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 计参数的确定 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 取 最大工作压力的 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( 是指容器顶部在工作过程中可能产生的最高压力(表压)。 安全阀 容器 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 计压力 。 防爆片 容
4、器 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 88 当容器内盛有液体物料时,若 液体 物料的 静压力 2000 封头直边高度 5 40 封头的直边高度 h0/mm j 2j 2标准椭圆形封头的 壁厚计算式 : 标准椭圆形封头的 壁厚简化计算式 : 标准椭圆形封头的计算厚度不得小于封头内径的 即 i n 压容器筒体和封头厚度的计算 查表 8t=100 时, t= 名义厚度圆整为 20=即圆筒的名义厚度 n=20)筒体 例 6: 已知: p=2t=100 , 600蚀裕量料 头拚接焊缝 100%探伤,其他20%
5、探伤,双面对接焊。求:确定圆筒及标准椭圆封头的名义厚度。 解: 查表 8 j= j p2 21 压容器筒体和封头厚度的计算 6002 13)封头 查表 8 j= j p2 21 8=即标准椭圆形封头的名义厚度 n=18压容器筒体和封头厚度的计算 1 2 16 002 . 蝶形封头 结构: 又称 带折边球形封头 ,由半径为 面体 、半径为 弧(即折边) 和高度为 圆筒(即直边) 等三部分组成 Rc h0 h 边 直边 球体部分 压容器筒体和封头厚度的计算 优点: 过渡圆弧 降低 了封头 深度 , 方便成型 ,且压制碟形封头的钢模加工简单,应用广泛。 缺点: 不连续曲面,存在 较大边缘弯曲应力 。
6、边缘弯曲应力与薄膜应力叠加,使该部位的应力远远高于其它部位,故 受力状况不佳 。 Rc h0 h 面部分的薄膜应力: 2c:球面部分的中面半径 :壁厚 压容器筒体和封头厚度的计算 折边: 折边内除了薄膜应力外,还有较大弯曲应力,总应力大于球面内的应力: )3(41 M: 碟形封头的形状系数 2MM 折面内半径 r:折边半径 2M 折 p 2 jj t p R2蝶形封头壁厚: p 2 j蝶形封头厚度计算公式 蝶形封头厚度简化计算公式 令 : 2 jj2=,常取 压容器筒体和封头厚度的计算 碟形封头的厚度如果太薄,也会发生内压下的弹性失稳。 Me i M e i 压容器筒体和封头厚度的计算 4.
7、球冠形封头 结构:将 球面 部分直接焊在 圆柱壳体 上,构成了无折边球形封头。 封头的 球面半径 一般取等于 圆柱筒体 的内直径或 直径 。 优点: 结构简单、制造方便,常用作容器中两独立受压室中间封头,端盖。 缺点: 无转角过渡,存在 相当大的不连续应力 ,其应力分布 不 甚 合理 。 压容器筒体和封头厚度的计算 应用: 端封头 或容器中两个相邻承压空间的 中间封头 ,承压小。 pQ p j 2折边封头与筒体连接处存在 较大的边界应力 ,厚度计算要考虑边界应力: Q: 系数,查 1, 明边界应力影响越大。 压容器筒体和封头厚度的计算 形封头 轴对称锥壳 无折边锥壳 带折边锥壳:有过渡圆弧(折
8、边) 和直边 不带折边锥形封头 局部加强的不带 折边锥形封头 带折边锥形封头 不带折边锥形封头与筒体连接处存在 较大边界应力 ,降低边界应力的方法: 1)局部加强 ; 2)加折边和直边 2 2压容器筒体和封头厚度的计算 带折边锥形封头 (直边) (折边) 压容器筒体和封头厚度的计算 特点: 结构不连续,应力分布不理想 应用 许多化工设备的底盖,便于卸料。 不同直径圆筒体的中间过渡段(变径段) 中低压 结构限制 无折边锥形封头:半锥角 30 带折边锥形封头:半锥角 60 折边半径 r:不小于 0%,且不小于该过渡段厚度的 3倍。 2压容器筒体和封头厚度的计算 1. 不带折边锥形封头 锥形壳体的最大薄膜应力位于锥体大端: 2 c c 不考虑封头与圆筒连接处的边界应力,则: j tr c o jj c o 2c o s2 当 于三类容器,焊缝需要100%探伤,故 j=1。 16t=170 用容器的强度校核 i j p= j=1, t=170义厚度圆整为 n=10整值 =用容器的强度校核