壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)選擇

1、1,壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)選擇,2,,本節(jié)主要內(nèi)容,設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)溫度設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力組合厚度附加量安全系數(shù)及許用應(yīng)力焊接接頭分類(lèi)及焊接接頭系數(shù),3,,1、設(shè)計(jì)壓力的定義,當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于5%設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可忽略不計(jì)。否則應(yīng)取設(shè)計(jì)壓力和液柱靜壓力之和進(jìn)行該部位或元件的設(shè)計(jì)計(jì)算。,,2、設(shè)計(jì)壓力系指設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不低于容器的工作壓力，亦即標(biāo)注在產(chǎn)品銘牌上的容器設(shè)計(jì)壓力。,

2、,3、計(jì)算壓力 系指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。,1、工作壓力 指在正常工作情況下，容器頂部的最高壓力。,工作壓力、最大工作壓力、最高工作壓力 GB150-98 GB150-89 容規(guī) 三者概念相同,表壓力,,4,,1、設(shè)計(jì)壓力的選取,中低壓容器設(shè)計(jì)壓力取1.10倍工作壓力，高壓容器取1.05倍工作壓力。,,容器的設(shè)計(jì)壓力不得低于最高工作壓力,當(dāng)壓力容器無(wú)安全泄放裝置時(shí)， 容器的設(shè)計(jì)壓力取(1

3、.0～1.1)工作壓力,,當(dāng)壓力容器裝有安全閥時(shí)，其設(shè)計(jì)壓力不得低于（等于或稍大于）安全閥開(kāi)啟壓力（安全閥開(kāi)啟壓力取1.05～1.10倍工作壓力）。,,,閥瓣開(kāi)始升起介質(zhì)開(kāi)始排出,閥瓣達(dá)到規(guī)定高度,5,,設(shè)計(jì)壓力的選取,,當(dāng)壓力容器裝有爆破片時(shí)，其設(shè)計(jì)壓力取爆破片設(shè)計(jì)爆破壓力加制造范圍上限. 壓力有可能迅速上升情況，選擇爆破片。,爆破片有一定制造范圍,6,,設(shè)計(jì)壓力的選取,對(duì)于固定式盛裝液化氣體的容器，在規(guī)定的充裝系數(shù)范圍內(nèi)，設(shè)

4、計(jì)壓力應(yīng)根據(jù)工作條件下可能達(dá)到的最高金屬溫度確定。,,液化氣體臨界溫度大于或等于50℃,,有可靠保冷設(shè)施為可能達(dá)到的最高工作溫度下的飽和蒸汽壓力,無(wú)可靠保冷設(shè)施為50℃的飽和蒸汽壓力,液化氣體臨界溫度小于50℃,,有可靠保冷設(shè)施取試驗(yàn)實(shí)測(cè)最高工作溫度下的飽和蒸汽壓力,無(wú)可靠保冷設(shè)施為設(shè)計(jì)所規(guī)定的最大充裝量時(shí)溫度為50℃的氣體壓力,固定式液氨的容器,7,,設(shè)計(jì)壓力的選取,,固定式盛裝液化氣體 液氨,移動(dòng)式盛裝壓力容器罐體常見(jiàn)設(shè)計(jì)

5、壓力見(jiàn)《容規(guī)》P23,8,,設(shè)計(jì)壓力的選取,,無(wú)夾套真空容器,,有安全泄放裝置,設(shè)計(jì)壓力取小值,,0.1MPa,1.25倍內(nèi)外最大壓差,無(wú)安全泄放裝置,設(shè)計(jì)壓力取0.1MPa,外壓容器設(shè)計(jì)壓力取不小于在正常工作條件下可能產(chǎn)生的最大內(nèi)外壓差,兩側(cè)受壓的壓力容器元件一般應(yīng)以?xún)蓚?cè)的設(shè)計(jì)壓力分別作為該元件的設(shè)計(jì)壓力.除非有特殊措施保證兩側(cè)同時(shí)受壓,可取兩側(cè)的最大壓差作為設(shè)計(jì)壓力.,9,,設(shè)計(jì)壓力的選取,,夾套為內(nèi)壓的真空容器,,容器(真空),

6、設(shè)計(jì)外壓力按無(wú)夾套真空容器規(guī)定選擇,夾套(內(nèi)壓),設(shè)計(jì)壓力按內(nèi)壓容器選擇,夾套為真空的真空容器,,設(shè)計(jì)壓力按內(nèi)壓容器規(guī)定選擇,夾套(真空),設(shè)計(jì)外壓力按無(wú)夾套真空容器規(guī)定選擇,容器(內(nèi)壓),,,10,,設(shè)計(jì)壓力的選取,,夾套為內(nèi)壓的真空容器,,容器(真空),設(shè)計(jì)外壓力按無(wú)夾套真空容器規(guī)定選擇,夾套(內(nèi)壓),設(shè)計(jì)壓力按內(nèi)壓容器選擇,,,計(jì)算壓力：以設(shè)計(jì)壓差為外壓計(jì)算；并按夾套水壓試驗(yàn)作為外壓校核的計(jì)算壓力,11,,設(shè)計(jì)壓力的選取,,

7、,工作壓力:真空度:650mmHg,工作壓力:0.6MPa,,填出壓力容器各設(shè)計(jì)參數(shù),設(shè)計(jì)壓力: 內(nèi)筒: 夾套:,計(jì)算壓力: 內(nèi)筒上封頭: 內(nèi)筒下封頭:被夾套包圍的圓筒:夾套圓筒:夾套封頭:水壓試驗(yàn)壓力:夾套 內(nèi)筒,12,,設(shè)計(jì)壓力的選取,,,工作壓力:真空度:650mmHg,工作壓力:0.6MPa,,填出壓力容器各設(shè)計(jì)參數(shù),設(shè)計(jì)壓力: 內(nèi)筒: 外壓0.1MPa 夾套: 內(nèi)壓0.

8、6MPa,計(jì)算壓力: 內(nèi)筒上封頭: 外壓0.1MPa 內(nèi)筒下封頭: 外壓0.75MPa被夾套包圍的圓筒:外壓0.75MPa夾套圓筒: 內(nèi)壓0.6MPa 夾套封頭: 內(nèi)壓0.6MPa水壓試驗(yàn)壓力:夾套:1.25x0.6=0.75MPa內(nèi)筒1.25x0.1=0.125MPa,13,,2、設(shè)計(jì)溫度的選取,設(shè)計(jì)溫度系指容器在正常操作情況，設(shè)定的元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。設(shè)計(jì)溫度與設(shè)

9、計(jì)壓力一起作為設(shè)計(jì)載荷條件。標(biāo)志在產(chǎn)品銘牌上的設(shè)計(jì)溫度應(yīng)是殼體設(shè)計(jì)溫度的最高值或最低值。,,,14,,設(shè)計(jì)溫度的選取,2、壓力容器安裝在室外,當(dāng)殼體的金屬溫度受大氣環(huán)境氣溫條件所影響時(shí),其最低設(shè)計(jì)溫度,取歷年來(lái)月平均溫度的最低值作為最低設(shè)計(jì)溫度.,,,1、 設(shè)計(jì)溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)下可能達(dá)到的最高溫度。對(duì)于0℃以下的金屬溫度，設(shè)計(jì)溫度不得高于元件金屬可能達(dá)到的最低溫度。,3、容器內(nèi)介質(zhì)用蒸汽直接加熱或被內(nèi)置加熱元件間接加熱

10、時(shí)，設(shè)計(jì)溫度取最高溫度。,15,,試驗(yàn)溫度的選取,試驗(yàn)溫度是指壓力試驗(yàn)時(shí)容器殼體的金屬溫度.規(guī)定壓力試驗(yàn)溫度為了防止液壓和氣壓試驗(yàn)時(shí),由于低溫而使容器產(chǎn)生脆性破壞.相關(guān)規(guī)定: 碳素鋼\16MnR和正火15MnVR鋼制壓力容器液壓試驗(yàn)時(shí)，液體溫度不低于5℃.其他低合金鋼液壓試驗(yàn)時(shí)溫度不低于15℃。,,,16,應(yīng)以容器運(yùn)行中設(shè)計(jì)壓力條件下的對(duì)應(yīng)的操作溫度作為設(shè)計(jì)溫度的基礎(chǔ),由此確定的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度能使容器經(jīng)受最苛刻的運(yùn)行條

11、件,3、設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力組合,,,介質(zhì)：飽和水蒸汽工作壓力：0.2MPa工作溫度：68.7℃以壓強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn),介質(zhì)：飽和水蒸汽設(shè)計(jì)壓力：0.3MPa設(shè)計(jì)溫度：75.4 ℃,,17,,,18,,4、厚度附加量C,厚度附加量C＝C1＋C2，mm；式中：C1為鋼板或鋼管的厚度負(fù)偏差，mm； C2為腐蝕裕量2、 C1可按相應(yīng)的鋼板或鋼管標(biāo)準(zhǔn)選取。當(dāng)鋼板的厚度負(fù)偏差不大于0.25mm時(shí)，且不超過(guò)名義厚度

12、的6%時(shí)，負(fù)偏差可忽略不計(jì), C1=0 。3、16MnR（GB6654）、低溫壓力容器用鋼板（16MnDR、15MnNiDR）全部厚度下負(fù)偏 差均為0.25mm。,,,19,,厚度負(fù)偏差C1,,,表1 常用鋼板厚度負(fù)偏差C1值,表2 常用無(wú)縫鋼管的厚度負(fù)偏差C1值,20,,腐蝕裕量C2,1、對(duì)于與工作介質(zhì)接觸的圓筒、封頭、接管、人孔及內(nèi)部構(gòu)件等均考慮腐蝕裕量。2、用涂刷涂料可以有效防止環(huán)境腐蝕的容器外部構(gòu)件，如支座、支腿、底板、

13、托架、塔頂?shù)跫艿仍瓌t上不考慮腐蝕裕量，但不包括裙座。3、下列情況不考慮腐蝕裕量： 介質(zhì)對(duì)不銹鋼無(wú)腐蝕作用，指不銹鋼、不銹鋼復(fù)合管板或有不銹鋼堆焊的元件；有可靠耐腐蝕襯里的基體材料，如，襯鉛、襯橡膠、襯塑料等。法蘭的密封面管殼式換熱器的換熱管、拉桿、定距管、折流板和支持板。,,,A、確定腐蝕裕量的原則,21,,腐蝕裕量C2,1、對(duì)有腐蝕或磨損的元件，應(yīng)根據(jù)預(yù)期的容器壽命和介質(zhì)對(duì)金屬材料的腐蝕速率確定腐蝕裕量。 對(duì)

14、有經(jīng)驗(yàn)者，可按經(jīng)驗(yàn)選取。2、容器筒體、封頭腐蝕裕量。 介質(zhì)為壓縮空氣、水蒸汽或水的碳素鋼或低合金鋼制容器，腐蝕裕量C2不小于1mm； 對(duì)于不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)的腐蝕性極微時(shí)，取C2＝0。 其他情況可按表3確定筒體、封頭的腐蝕裕量。,,,,B、腐蝕裕量的選取,,,,,,,22,,腐蝕裕量C2,3、容器接管腐蝕裕量，一般取筒體的腐蝕裕量。 4、容器內(nèi)件與筒體材料相同時(shí)，

15、容器內(nèi)件的單面腐蝕裕量,,,,B、腐蝕裕量的選取,,,,,,內(nèi)件不可拆卸或無(wú)法從人孔取出,內(nèi)件可拆卸或可從人孔取出,,受力 取筒體腐蝕裕量,不受力 取筒體腐蝕裕量的1/2,,受力 取筒體腐蝕裕量的1/2,不受力 0,,,,,23,,腐蝕裕量C2,5、容器各元件受到的腐蝕程度不同時(shí)，可采用不同的腐蝕裕量；6、兩側(cè)同時(shí)與介質(zhì)接

16、觸的元件，應(yīng)根據(jù)兩側(cè)不同的操作介質(zhì)選取不同的腐蝕裕量，取兩者之和作為總的腐蝕裕量。7、容器地腳螺栓根徑的腐蝕裕量一般取3mm。8、碳鋼、低合金鋼裙座圓筒的腐蝕裕量應(yīng)不小于2mm。,,,,B、腐蝕裕量的選取,,,,,,C、影響腐蝕裕量的因素,介質(zhì)對(duì)材料的腐蝕速度可查有關(guān)的防腐手冊(cè)，—般容器的設(shè)計(jì)壽命，除有特殊要求外，塔器、反應(yīng)器等主要容器一般不應(yīng)少于15年；一般容器和換熱器等應(yīng)不少于8年。腐蝕裕量一般只針對(duì)均勻腐蝕，對(duì)于各種類(lèi)型按相

17、關(guān)技術(shù)資料和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定防腐蝕技術(shù)方案。,24,,腐蝕裕量C2,GBl50《鋼制壓力容器》規(guī)定，厚度附加量不應(yīng)計(jì)入加工制造的減薄量，壓力容器元件的加工制造減薄量由制造單位依據(jù)各自的加工工藝和加工能力自行選取，只要求保證產(chǎn)品的實(shí)際厚度不小于名義厚度減去鋼材厚度負(fù)偏差。這樣處理可使制造單位根據(jù)自身?xiàng)l件調(diào)節(jié)加工減薄量。從而切實(shí)保證產(chǎn)品強(qiáng)度所要求的厚度、更切合容器制造的實(shí)際情況。,,25,,最小厚度,為了滿(mǎn)足制造工藝要求以及運(yùn)輸和安裝過(guò)程中的剛

18、度要求，容器殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度應(yīng)符合以下規(guī)定：（1）對(duì)碳鋼和低合金鋼制容器，不小于3mm；（2）對(duì)高合金鋼制容器，不小于2mm；（3）碳素鋼和低合金鋼制塔式容器的最小厚度為2/1000的塔器內(nèi)直徑，且不小于4mm；對(duì)不銹鋼制塔式容器的最小厚度不小于3mm；（4）管殼式換熱器殼體的最小厚度應(yīng)符合GB151《管殼式換熱器》的相應(yīng)規(guī)定。為了增加殼體的剛性，減少變形，以利于管板和管束的安裝。 對(duì)于名義

19、厚度取決于最小厚度且公稱(chēng)直徑較大、厚度較薄的容器,為防止在制造、運(yùn)輸或安裝時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的變形，應(yīng)根據(jù)具體情況采取臨時(shí)的加固措施（如在容器的內(nèi)部設(shè)置臨時(shí)的支撐元件等）。,,,,,,,,26,,5、許用應(yīng)力和安全系數(shù),許用應(yīng)力是容器殼體等受壓元件的材料許用強(qiáng)度，取材料的極限強(qiáng)度除以相應(yīng)的安全系數(shù)。,,,,,,,,,-常溫強(qiáng)度極限；,-設(shè)計(jì)溫度下的強(qiáng)度極限；,,-常溫屈服極限，對(duì)于沒(méi)有明顯屈服臺(tái)階的塑性材料常 取相應(yīng)于產(chǎn)生0.2％塑性應(yīng)變時(shí)

20、的應(yīng)力,常溫下的許用應(yīng)力,,一般設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力,,在高溫下的許用應(yīng)力,,27,,許用應(yīng)力和安全系數(shù),許用應(yīng)力是容器殼體等受壓元件的材料許用強(qiáng)度，取材料的極限強(qiáng)度除以相應(yīng)的安全系數(shù)。影響安全系數(shù)數(shù)值的因素大致有：①計(jì)算方法和計(jì)算公式的精確程度和可靠程度；②材料性能的穩(wěn)定性和可能存在的偏差；③制造、檢驗(yàn)和安裝的允許偏差；④工藝操作條件(如壓力、溫度等)的波動(dòng)以及安全泄放裝置的誤差；⑤使用場(chǎng)合的重要性和造成事故后的危害性；

21、⑥迄今為止尚未被人們認(rèn)識(shí)的其它因素。,,,,,,,,28,,6、焊接接頭系數(shù),,,,,1、為什么引入焊接接頭系數(shù)？,1、 焊接接頭是容器及其受壓元件上的薄弱環(huán)節(jié)。 2、壓力容器由于種種原因產(chǎn)生的破環(huán)，絕大部分都發(fā)生在焊接 接頭處。焊縫區(qū)強(qiáng)度降低原因在于焊接時(shí)出現(xiàn)在焊縫區(qū)。 3、在一般情況下，焊縫金屬的強(qiáng)度都等于或大于被焊接母材金屬的強(qiáng)度。 4、但是由于焊縫熱影響區(qū)有熱應(yīng)力存在；焊縫金屬晶粒粗大、韌性下降；在焊接和冷卻過(guò)程中

22、，焊縫中心部位和其它部位存在溫差，熱脹冷縮時(shí)變形不同，可能造成很大的焊接殘余應(yīng)力甚至裂紋；5、焊接過(guò)程中產(chǎn)生高溫氣體和燃燒生成物等，致使在焊縫中出現(xiàn)氣孔、夾渣、未焊透、咬邊等缺陷，仍會(huì)影響焊縫的塑性、韌性和強(qiáng)度。6、為此，除規(guī)定合理的焊接工藝條件外，還需引入焊接接頭系數(shù)，以補(bǔ)償焊接產(chǎn)生的強(qiáng)度削弱。,29,,焊接接頭系數(shù),焊接時(shí)存在焊接缺陷，焊接熱影響區(qū)往往形成粗大晶粒區(qū) 而使強(qiáng)度或塑性降低；由于結(jié)構(gòu)鋼性約束造成焊接接頭

23、 內(nèi)應(yīng)力過(guò)大。 焊接接頭是指用焊接方式連接的接頭，焊接接頭由焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)。（焊接專(zhuān)業(yè)） 焊縫是指焊接接頭的延長(zhǎng)度量（壓力容器）,,,,,,1、焊接接頭系數(shù)的定義,是指對(duì)接焊接接頭強(qiáng)度與母材強(qiáng)度之比值，用于反映由于焊接原因使焊接接頭強(qiáng)度被削弱的程度。,2、焊接強(qiáng)度削弱的原因,30,,焊接接頭系數(shù),GB150《鋼制壓力容器》規(guī)定，焊接接頭系數(shù)的大小取決于焊接接頭的型式及無(wú)損檢測(cè)的長(zhǎng)度比例確定

24、。焊接接頭系數(shù)按以下方法選?、匐p面焊對(duì)接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全焊透對(duì)接接頭100％無(wú)損探傷 局部無(wú)損探傷 ②單面焊對(duì)接接頭（沿焊縫根部全長(zhǎng)有緊貼基本金屬的墊板）100％無(wú)損探傷 局部無(wú)損探傷,,,,,,31,,焊接接頭系數(shù),在計(jì)算式中所選用的焊接接頭系數(shù)，系指對(duì)該計(jì)算部位所確定的焊接接頭系數(shù)。對(duì)于不同部位，如若焊接接頭型式不同，應(yīng)以該部位的所在位置選擇計(jì)算公式，并用該部位的焊接接頭系數(shù)。同一容器若有幾種焊接接頭型

25、式，應(yīng)分別計(jì)算之后，取其大值作為容器的計(jì)算壁厚。 對(duì)容器來(lái)說(shuō)．主要存在兩種對(duì)接焊接接頭，即縱向?qū)雍附咏宇^和環(huán)向?qū)雍附咏宇^。由此在容器強(qiáng)度計(jì)算中引出兩個(gè)焊接接頭系數(shù)，即縱向焊接接頭系數(shù)和環(huán)向焊接接頭系數(shù)。顯然，當(dāng)承壓圓筒在依據(jù)周向應(yīng)力確定計(jì)算厚度時(shí)，應(yīng)體現(xiàn)縱向焊接接頭系數(shù)的作用；相應(yīng)地環(huán)向焊接接頭主要承受軸向應(yīng)力的作用，為此承壓圓筒在進(jìn)行軸向應(yīng)力校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)采用環(huán)向焊接接頭系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。此處必須強(qiáng)調(diào)，盡管承壓

26、圓筒中的軸向應(yīng)力僅為周向應(yīng)力的一半，圓筒計(jì)算厚度是依據(jù)周向應(yīng)力公式并采用縱向焊接接頭系數(shù)計(jì)算的，環(huán)向焊接接頭系數(shù)在厚度計(jì)算中不起控制作用，但對(duì)環(huán)向焊接接頭質(zhì)量的要求不能降低，仍應(yīng)取同一的焊接接頭系數(shù)，除非由于結(jié)構(gòu)限制了焊接接頭的型式。,,32,,思考題,,,33,,思考題,,,34,,思考題,,,35,,思考題,,,1、工作壓力、設(shè)計(jì)壓力是怎樣定義和確定的？ 2、容器的金屬溫度、設(shè)計(jì)溫度、試驗(yàn)溫度如何確定？3、厚度附加量指什么？如