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1、第九章内压薄壁圆筒和球壳设计第一页，本课件共有28页根据给定的内直径，设计压力，设计温度以及介质腐蚀性等条件，设计出合适的厚度，以保证在规定的使用寿命内安全可靠地运行。压力容器强度计算的内容主要是新容器的强度及在用容器的强度校核。第一节 概述第二页，本课件共有28页压力容器设计的内容压力容器设计的内容1 1、确定设计参数、确定设计参数：p（设计压力设计压力）、t（设计温度设计温度正常工作的情况下设定的元件金属的温度）、DN（公称直径公称直径）、t（设计温度下的许用应力设计温度下的许用应力）、（焊接接头系数焊接接头系数）等。2、选择材料选择材料 只讨论钢制化工容器。压力低、按刚度设计的容器：尽量
2、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。第三页，本课件共有28页4、确定壳体（筒体、封头）壁厚、确定壳体（筒体、封头）壁厚。强度计算。5、选取标准件、选取标准件。法兰、支座、开孔附件等。6、绘制设备图纸、绘制设备图纸。本章主要讨论中低压化工容器筒体与封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。头的强度计算问题。第四页，本课件共有28页一、薄壁圆筒强度计算公式l承受内压的圆筒，薄膜应力为承受内压的圆筒，薄膜应力为l根据第三强度理论根据第三强度理论l工艺设计中一般给出内直径工艺设计中一般
3、给出内直径l考虑焊缝区金属强度一般低于母材考虑焊缝区金属强度一般低于母材第二节第二节 内压薄壁圆筒和球壳强度计算内压薄壁圆筒和球壳强度计算第五页，本课件共有28页p pc c 计算压力，计算压力，MPaMPaD Di i 圆筒内直径，圆筒内直径，mmmm 计算厚度，计算厚度，mmmm 焊接接头系数焊接接头系数t t 设计温度下材料许用应力，设计温度下材料许用应力，MPaMPa适用范围适用范围第六页，本课件共有28页l 壳体厚度壳体厚度计算厚度计算厚度设计厚度设计厚度 d d=+C+C2 2名义厚度名义厚度 n n=d d+C+C1 1并圆整并圆整有效厚度有效厚度 e e=n n-C-C1 1-
4、C-C2 2=n n-C-C毛坯厚度毛坯厚度=n n+加工减薄量加工减薄量C C3 3最小厚度最小厚度minmin为满足制造工艺要求及运输和安装的刚为满足制造工艺要求及运输和安装的刚度要求度要求,对壳体规定的最小厚度对壳体规定的最小厚度设计厚度与名义厚度设计厚度与名义厚度第七页，本课件共有28页第八页，本课件共有28页l内压圆筒应力校核内压圆筒应力校核l内压圆筒许可压力确定内压圆筒许可压力确定第九页，本课件共有28页四、关于最小厚度的规定四、关于最小厚度的规定l按按壁壁厚厚公公式式计计算算得得到到的的壁壁厚厚很很小小，不不能能满满足足制制造造工工艺艺要要求求以以及及运运输输和和安安装装过过程程
5、中中的的刚刚度度要要求求，规规定壳体加工成型后不包括腐蚀裕量的最小厚度定壳体加工成型后不包括腐蚀裕量的最小厚度对碳素钢、低合金钢制容器，不小于对碳素钢、低合金钢制容器，不小于3mm3mm对高合金钢制容器，不小于对高合金钢制容器，不小于2mm2mm第十页，本课件共有28页与薄壁圆筒的推导相似，可以得到球形容器的厚度设计计算公式如下：计算厚度应力校核二、内压球壳的强度计算二、内压球壳的强度计算第十一页，本课件共有28页许可压力许可压力第十二页，本课件共有28页1.设计压力设计压力 p 表压，设计压力是指在相应设计温度表压，设计压力是指在相应设计温度下用以确定容器壳体厚度及其元件尺寸下用以确定容器壳
6、体厚度及其元件尺寸的压力，是标注在铭牌上的容器设计压的压力，是标注在铭牌上的容器设计压力。力。液体静压力液体静压力5%p时，取设计压力时，取设计压力+静静压力为计算压力，有安全阀时取压力为计算压力，有安全阀时取（1.051.1）最高工作压力，有爆破膜时）最高工作压力，有爆破膜时取（取（1.151.3）倍的最高工作压力）倍的最高工作压力三、三、设计参数的确定设计参数的确定第十三页，本课件共有28页2.计算压力计算压力3.设计温度设计温度(表表 9-1）4.许用应力和安全系数许用应力和安全系数许用应力：强度性能许用应力：强度性能/安全系数安全系数安全系数：考虑到材料性能、载荷条件、设计方法、安全系
7、数：考虑到材料性能、载荷条件、设计方法、加工制造和操作等方面的不确定因素而确定的质量保加工制造和操作等方面的不确定因素而确定的质量保证系数到材料性能、载荷条件、设计方法、加工制造证系数到材料性能、载荷条件、设计方法、加工制造和操作等方面的不确定因素而确定的质量保证系数和操作等方面的不确定因素而确定的质量保证系数 第十四页，本课件共有28页l碳素钢、低合金钢碳素钢、低合金钢 l高合金钢高合金钢 lGB150GB150许用应力表（表许用应力表（表9-49-4）第十五页，本课件共有28页5.焊接接头系数焊接接头系数 表示焊缝区金属与母材金属强度的比值。表示焊缝区金属与母材金属强度的比值。焊缝热影响区
8、有热应力的存在，焊焊缝热影响区有热应力的存在，焊缝金属晶粒粗大，焊缝中存在缺陷缝金属晶粒粗大，焊缝中存在缺陷影响焊缝的强度。影响焊缝的强度。采用焊接接头系数，以补偿焊接型式、采用焊接接头系数，以补偿焊接型式、焊接工艺及焊缝探伤检验的严格程度对焊焊接工艺及焊缝探伤检验的严格程度对焊缝区材料强度的影响。缝区材料强度的影响。焊接接头系数的大小取决于焊缝结构和探伤焊接接头系数的大小取决于焊缝结构和探伤方法。方法。GB150规定：规定：第十六页，本课件共有28页GB150规定：规定：双面焊或相当双面焊的全焊透的对接接头双面焊或相当双面焊的全焊透的对接接头 当采用当采用100%探伤时探伤时,=1.00 当
9、采用局部探伤时当采用局部探伤时,=0.85 单面焊的对接接头（沿焊缝根部全长有单面焊的对接接头（沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板）紧贴基本金属的垫板）当采用当采用100%探伤时探伤时,=0.90 当采用局部探伤时当采用局部探伤时,=0.80第十七页，本课件共有28页6.厚度附加量厚度附加量 C=C1+C2lC1钢材厚度负偏差lC2腐蚀裕量容器厚度附加量包括钢板或钢管厚度的负偏差C1和介质的腐蚀裕量C2。第十八页，本课件共有28页l钢材厚度负偏差钢材厚度负偏差C C1 1薄钢板厚度负偏差按薄钢板厚度负偏差按GB708GB708规定选取规定选取厚钢板厚度负偏差按厚钢板厚度负偏差按GB709GB7
10、09规定选取规定选取第十九页，本课件共有28页l腐蚀裕量腐蚀裕量C C2 2为防止容器元件由于腐蚀、机械磨损导致的厚为防止容器元件由于腐蚀、机械磨损导致的厚度减薄而附加的厚度量度减薄而附加的厚度量根据腐蚀速度和设计寿命选取腐蚀裕量根据腐蚀速度和设计寿命选取腐蚀裕量容器的各元件受到的腐蚀程度不同时，会采用不同容器的各元件受到的腐蚀程度不同时，会采用不同的腐蚀裕量的腐蚀裕量介质为水、水蒸气、空气的碳素钢或低合金钢制容介质为水、水蒸气、空气的碳素钢或低合金钢制容器，器，C C2 21mm1mm。第二十页，本课件共有28页 对于碳素钢和低合金钢：对于碳素钢和低合金钢：腐蚀速度腐蚀速度0.05mm/a
11、P 试验前应对圆筒圆筒在试验压力下的最大应力进行应力校核：应力校核：（防止应力过大，试验前进行防止应力过大，试验前进行）第二十六页，本课件共有28页将容积为V的容器充满压力为P的气体所需压缩功比液体压缩功大几百到几万倍，一旦破裂压缩功转化为爆破能，所以气体比液体造成的危害要大得多。因为压力试验的目的就是检验容器的强度，所以存在破裂的可能性。所以：只有在不宜做液压试验的容器才进行气压试验（100%探伤并采取有效的防护措施）。如：内衬耐火材料不易烘干的容器；不允许残留微量试验液的容器（生产时装有触媒的反应容器）。二、气压试验二、气压试验第二十七页，本课件共有28页气体介质：气体介质：干燥洁净的空气、氮气或其它惰性气体。试验温度：试验温度：一般15试验压力：试验压力：内压容器内压容器若 取取1.8。试验前应对圆筒圆筒的最大薄膜应力进行校核进行校核：第二十八页，本课件共有28页